FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4+ H2OTừ Phương Trình Đến Ứng Dụng Thực Tiễn

Chu Văn An

Phản ứng giữa Sắt(II) sunfat (FeSO₄), Kali Permanganat (KMnO₄) và Axit Sulfuric (H₂SO₄) có công thức FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 là một ví dụ điển hình của phản ứng oxi hóa khử trong hóa học vô cơ. Đây là bài toán cân bằng phổ biến và là nền tảng cho nhiều ứng dụng phân tích định lượng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp.

Bài viết sẽ giải thích bản chất của phản ứng, hướng dẫn cân bằng, phân tích vai trò của các chất, hiện tượng quan sát được và ứng dụng thực tế.

I, Tổng quan về phản ứng: Bản chất oxy hóa – khử điển hình

1. Phương trình hóa học tổng quát là

Phương trình hóa học cân bằng hoàn chỉnh như sau

10FeSO4​+2KMnO4​+8H2​SO4​→5Fe2​(SO4​)3​+K2​SO4​+2MnSO4​+8H2​O

Các chất tham gia phản ứng bao gồm:

• Sắt(II) sunfat (FeSO4​): Muối sắt có số oxi hóa +2.
• Kali Permanganat (KMnO4​): Muối mangan có số oxi hóa +7, có màu hồng tím đặc trưng.
• Axit sunfuric (H2​SO4​): Axit mạnh, đóng vai trò cung cấp môi trường axit cho phản ứng.

Sản phẩm tạo thành sau phản ứng là:

• Sắt(III) sunfat (Fe2​(SO4​)3​): Muối của Sắt có số oxi hóa +3.
• Kali sunfat (K2​SO4​): Muối của Kali.
• Mangan(II) sunfat (MnSO4​): Muối mangan có số oxi hóa +2.
• Nước (H2O)

2. Xác định chất oxy hóa, chất khử trong phản ứng FeSO4​+KMnO4​+H2​SO4​

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, biểu hiện thông qua sự trao đổi electron giữa các chất. Xác định chất oxi hóa, chất khử trong phản ứng FeSO4​+KMnO4​+H2​SO4​.

Như vậy, phản ứng FeSO4​+KMnO4​ trong môi trường H2​SO4​ chính xác là một phản ứng oxi hóa khử điển hình, trong đó FeSO4​ đóng vai trò là chất khử và KMnO4​ đóng vai trò là chất oxy hóa mạnh.

II,Cân bằng phản ứng Feso₄ + Kmno₄ + H₂so₄ Theo phương pháp cân bằng điện tử

Phương trình phản ứng:

FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Các bước cân bằng:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố thay đổi

• Fe:
• Trong FeSO₄: Fe có số oxi hóa +2.
• Trong Fe₂(SO₄)₃: Fe có số oxi hóa +3. → Fe bị oxy hóa từ +2 → +3.
• Mn:
• Trong KMnO₄: Mn có số oxi hóa +7.
• Trong MnSO₄: Mn có số oxi hóa +2. → Mn bị khử từ +7 → +2.

Bước 2: Viết các quá trình oxi hóa – khử

• Quá trình oxy hóa (cho electron): 2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2e⁻
• Quá trình khử (nhận electron): Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺

Bước 3: Cân bằng số electron đã trao đổi

• Số electron bị mất: 2e⁻
• Số electron nhận được: 5e⁻ → bội số chung nhỏ nhất là 10e⁻.

Cân bằng số electron trao đổi:

• Nhân 5 vào nửa phản ứng oxy hóa: 5 × (2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2e⁻) → 10Fe²⁺ → 10Fe³⁺ + 10e⁻
• Nhân 2 vào nửa phản ứng khử: 2 × (Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺) → 2Mn⁷⁺ + 10e⁻ → 2Mn²⁺

→ Tổng số electron được tặng = Tổng số electron nhận được = 10e⁻ (thỏa mãn sự bảo toàn electron).

Bước 4: Viết phương trình phản ứng kèm hệ số

→ 10FeSO₄ + 2KMnO₄ + H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + H₂O

Bước 5: Cân bằng các yếu tố còn lại

• K (Kali): Bên trái 2K từ 2KMnO₄ → Bên phải 1K₂SO₄ (cân bằng).
• Cơ sở SO₄²⁻ (Sulfate):
• Bên trái: 10 từ FeSO₄.
• Vế phải: 5×3 = 15 từ Fe₂(SO₄)₃, 1 từ K₂SO₄, 2 từ MnSO₄ → Tổng 18 SO₄²⁻.
• Cần thêm 8H₂SO₄ → Vế trái có 18 SO₄²⁻.
• H (Hydro):
• Vế trái: 8H₂SO₄ → 16H.
• Vế phải: 8H₂O (8×2H = 16H).
• O (Ôxi):
• Vế trái: 10×4 (FeSO₄) + 2×4 (KMnO₄) + 8×4 (H₂SO₄) = 40 + 8 + 32 = 80 O.
• Vế phải: 5×12 (Fe₂(SO₄)₃) + 1×4 (K₂SO₄) + 2×4 (MnSO₄) + 8×1 (H₂O) = 60 + 4 + 8 + 8 = 80 O.

→ Phương trình được cân bằng hợp lý.

Bước 6: Hoàn thành phương trình

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​+H2​SO4​ không chỉ là phương trình hóa học “khô” mà nó còn có những ứng dụng sau:

Ứng dụng trong chuẩn độ oxy hóa – khử (Permanganometry)

Phản ứng oxy hóa-khử này được áp dụng trong kỹ thuật chuẩn độ Permanganat (Permanganometry), dùng để xác định nồng độ các chất khử (chẳng hạn như ion Fe²⁺ trong FeSO₄) bằng dung dịch KMnO₄ đã biết nồng độ.

KMnO₄ có ưu điểm là tự chỉ thị nhờ màu tím hồng đặc trưng. Khi thả vào dung dịch chất khử, màu tím biến mất do phản ứng. Khi chất khử ngừng phản ứng, giọt KMnO₄ còn lại sẽ làm cho dung dịch chuyển sang màu tím hồng nhạt ổn định, đánh dấu điểm tương đương.

Dựa vào thể tích KMnO₄ đã sử dụng, 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 và các sản phẩm khác.
• Kiểm tra chất lượng nước: Ứng dụng xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) để đánh giá ô nhiễm nước thải.
• Minh họa dạy học: Ví dụ điển hình dạy phản ứng oxi hóa khử và phương trình cân bằng.
• Quá trình oxy hóa công nghiệp: Dùng để xử lý tạp chất hoặc tổng hợp một số chất.

V, Lưu ý an toàn khi thí nghiệm phản ứng FeSO4 + KMnO4 + H2SO4

Mặc dù phản ứng FeSO4​+KMnO4​+H2​SO4​ là một phản ứng quan trọng trong hóa học, nhưng Trường Chu Văn An khuyến cáo bạn nên thực hiện thí nghiệm này cần hết sức thận trọng và tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn. Các hóa chất liên quan đều có đặc tính nguy hiểm tiềm tàng.

Đặc tính nguy hiểm của hóa chất

• Kali Permanganat (KMnO₄): Chất này là chất oxy hóa mạnh, dễ gây cháy nổ khi tiếp xúc với các chất hữu cơ hoặc chất khử (như giấy, vải, cồn, dầu mỡ), gây kích ứng da, mắt.
• H₂SO₄: là axit mạnh, có tính ăn mòn cao, gây bỏng nặng khi tiếp xúc với da, mắt hoặc niêm mạc. Khi pha loãng H2​SO4​ đậm đặc với nước, phản ứng tỏa rất nhiều nhiệt, có thể gây bắn tung tóe và nguy hiểm nếu không thực hiện đúng cách.
• Sắt(II) sunfat (FeSO4​): Ít nguy hiểm hơn hai chất trên nhưng nên tránh nuốt phải và tiếp xúc lâu với da.

Biện pháp an toàn

• Bảo hộ cá nhân: Mang tất cả các thiết bị như kính, găng tay, áo khoác phòng thí nghiệm.
• Môi trường làm việc: Nên thực hiện thao tác trong tủ hút có độ thông gió tốt.
• Đúng kỹ thuật: Thêm từ từ KMnO₄, pha loãng H₂SO₄ đúng cách (rót axit vào nước).
• Xử lý sự cố: Bạn phải hiểu quy trình sơ cứu và xử lý sự cố tràn.
• Xử lý chất thải: Sau khi hoàn thành sẽ được thu gom và xử lý theo quy định về môi trường.

PPE bảo vệ cá nhân

VI, Kết luận

Phản ứng giữa Sắt(II) sunfat (FeSO4), Kali Permanganat (KMnO4) và Axit Sulfuric (H2SO4) là một trong những phản ứng oxy hóa-khử cơ bản và cổ điển trong hóa học vô cơ. Nắm vững phản ứng này không chỉ giúp bạn giải các bài toán cân bằng phương trình phức tạp mà còn mở ra cơ hội hiểu biết bản chất của sự trao đổi điện tử cũng như vai trò của các chất oxy hóa và chất khử.