Phản ứng giữa Sắt(II) sulfat (FeSO₄), Kali Permanganat (KMnO₄) và Axit sulfuric (H₂SO₄) có công thức FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 là ví dụ điển hình của phản ứng oxi hóa - khử trong hóa học vô cơ. Đây là bài toán cân bằng phổ biến và nền tảng cho nhiều ứng dụng phân tích định lượng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp.
Bài viết sẽ giải thích bản chất phản ứng, hướng dẫn cân bằng, phân tích vai trò các chất, hiện tượng quan sát và ứng dụng thực tiễn.
I, Tổng Quan Về Phản Ứng: Bản Chất Oxi Hóa - Khử Điển Hình
1. Phương trình hóa học tổng quát là
Phương trình hóa học đã cân bằng hoàn chỉnh như sau
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4→5Fe2(SO4)3+K2SO4+2MnSO4+8H2O
Các chất tham gia phản ứng bao gồm:
- Sắt(II) sulfat (FeSO4): Muối của Sắt với số oxi hóa +2.
- Kali Permanganat (KMnO4): Muối của Mangan với số oxi hóa +7, có màu tím hồng đặc trưng.
- Axit sulfuric (H2SO4): Axit mạnh, đóng vai trò cung cấp môi trường axit cho phản ứng.
Các sản phẩm tạo thành sau phản ứng là:
- Sắt(III) sulfat (Fe2(SO4)3): Muối của Sắt với số oxi hóa +3.
- Kali sulfat (K2SO4): Muối của Kali.
- Mangan(II) sulfat (MnSO4): Muối của Mangan với số oxi hóa +2.
- Nước (H2O)
2. Xác định Chất Oxi hóa và Chất Khử Trong Phản Ứng FeSO4+KMnO4+H2SO4
Phản ứng oxi hóa - khử là loại phản ứng hóa học trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một hoặc nhiều nguyên tố, thể hiện qua sự trao đổi electron giữa các chất. Để xác định chất oxi hóa và chất khử trong phản ứng FeSO4+KMnO4+H2SO4.
Như vậy, phản ứng FeSO4+KMnO4 trong môi trường H2SO4 chính xác là một phản ứng oxi hóa - khử điển hình, nơi FeSO4 đóng vai trò chất khử và KMnO4 đóng vai trò chất oxi hóa mạnh mẽ.
II,Cân Bằng Phản Ứng Feso₄ + Kmno₄ + H₂so₄ Theo Phương Pháp Thăng Bằng Electron
Phương trình phản ứng:
FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O
Các bước cân bằng:
Cân bằng số electron trao đổi:
- Nhân 5 vào bán phản ứng oxi hóa: 5 × (2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2e⁻) → 10Fe²⁺ → 10Fe³⁺ + 10e⁻
- Nhân 2 vào bán phản ứng khử: 2 × (Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺) → 2Mn⁷⁺ + 10e⁻ → 2Mn²⁺
→ Tổng electron nhường = Tổng electron nhận = 10e⁻ (thỏa mãn bảo toàn electron).
Bước 4: Viết phương trình phản ứng có hệ số
→ 10FeSO₄ + 2KMnO₄ + H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + H₂O
→ Phương trình đã cân bằng đúng.
Bước 6: Phương trình hoàn chỉnh
10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O
III, Ứng Dụng Và Tầm Quan Trọng Của Phản Ứng FeSO4 + KMnO4 + H2SO4
Phản ứng giữa FeSO4+KMnO4+H2SO4 không chỉ là 1 phương trình hóa học “ khô khan “ mà nó còn có các ứng dụng dưới đây
Ứng dụng trong chuẩn độ Oxi hóa - Khử (Permanganometry)
Phản ứng oxi hóa - khử này được ứng dụng trong kỹ thuật chuẩn độ Permanganat (Permanganometry), dùng để xác định nồng độ chất khử (như ion Fe²⁺ trong FeSO₄) bằng dung dịch KMnO₄ đã biết nồng độ.
KMnO₄ có ưu điểm tự chỉ thị nhờ màu tím hồng đặc trưng. Khi nhỏ vào dung dịch chất khử, màu tím biến mất do phản ứng. Khi chất khử phản ứng hết, giọt KMnO₄ dư sẽ làm dung dịch chuyển tím hồng nhạt bền vững, đánh dấu điểm tương đương.
Dựa vào thể tích KMnO₄ đã dùng, có thể tính được nồng độ chất khử.
Ứng dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp
- Phân tích hàm lượng Sắt: Xác định hàm lượng sắt II(Fe(II)) trong quặng, hợp kim, sản phẩm khác.
- Kiểm tra chất lượng nước: Ứng dụng trong xác định Chemical Oxygen Demand (COD) (nhu cầu oxy hóa học) để đánh giá độ ô nhiễm nước thải.
- Minh họa giảng dạy: Ví dụ điển hình để dạy về phản ứng oxi hóa - khử và cân bằng phương trình.
- Quy trình oxi hóa công nghiệp: Dùng trong xử lý tạp chất hoặc tổng hợp một số chất.
V, Lưu Ý Về An Toàn Khi Thí Nghiệm Phản Ứng FeSO4 + KMnO4 + H2SO4
Mặc dù phản ứng FeSO4+KMnO4+H2SO4 là một phản ứng quan trọng trong hóa học, VIETCHEM khuyên bạn tiến hành thí nghiệm này đòi hỏi sự cẩn trọng cao độ và tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn. Các hóa chất tham gia đều có những tính chất nguy hiểm tiềm ẩn.
Bảo hộ cá nhân PPE
VI, Kết Luận
Phản ứng giữa Sắt(II) sulfat (FeSO4), Kali Permanganat (KMnO4) và Axit sulfuric (H2SO4) là một trong những phản ứng oxi hóa - khử kinh điển và mang tính nền tảng trong hóa học vô cơ. Việc nắm vững phản ứng này không chỉ giúp bạn giải quyết các bài toán cân bằng phương trình phức tạp mà còn mở ra cánh cửa hiểu biết về bản chất của sự trao đổi electron và vai trò của các chất oxi hóa, chất khử.
Hoặc