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

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 (H2​SO4​): 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 (K2​SO4​): Muối của Kali.
• Mangan(II) sulfat (MnSO4​): Muối của Mangan với số oxi hóa +2.
• Nước (H2​O)

2. Xác định Chất Oxi hóa và 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, thể hiện qua sự trao đổi electron giữa các chất. Để xác định chất oxi hóa và 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, 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:

Bước 1: Xác định số oxi hóa 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 oxi 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 oxi hóa (nhường electron): 2Fe²⁺ → 2Fe³⁺ + 2e⁻
• Quá trình khử (nhận electron): Mn⁷⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺

Bước 3: Cân bằng electron trao đổi

• Số electron nhường: 2e⁻
• Số electron nhận: 5e⁻ → Bội chung nhỏ nhất là 10e⁻.

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

Bước 5: Cân bằng nguyên tố còn lại

• K (Kali): Vế trái 2K từ 2KMnO₄ → Vế phải 1K₂SO₄ (đã cân bằng).
• Gốc SO₄²⁻ (Sulfat):
  • Vế 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 đủ 18 SO₄²⁻.
• H (Hydro):
  • Vế trái: 8H₂SO₄ → 16H.
  • Vế phải: 8H₂O (8×2H = 16H).
• O (Oxi):
  • 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 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​+H2​SO4​ 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​+H2​SO4​ 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.

Tính chất nguy hiểm của hóa chất

• Kali Permanganat (KMnO₄): Chất này là chất oxi hóa mạnh, dễ gây cháy nổ khi tiếp xúc với chất hữu cơ hoặc chất khử (như giấy, vải, cồn, dầu mỡ), gây kích ứng da và mắt.
• H₂SO₄: là 1 Axit mạnh, ăn mòn cao, gây bỏng nghiêm trọng khi tiếp xúc với da, mắt, niêm mạc. Khi pha loãng H2​SO4​ đặc với nước, phản ứng tỏa nhiệt rất mạnh, có thể gây bắn tóe và nguy hiểm nếu bạn không thực hiện đúng cách.
• Sắt(II) sulfat (FeSO4​): Ít nguy hiểm hơn 2 chất phía trên, nhưng cần tránh nuốt phải và tiếp xúc lâu với da.

Biện pháp an toàn

• Bảo hộ cá nhân: Đeo đầy đủ các dụng cụ như Kính, găng tay, áo lab.
• Môi trường làm việc:Bạn nên thực hiện thao tác trong tủ hút, thông gió tốt.
• Thao tác đúng kỹ thuật: Nhỏ KMnO₄ từ từ, pha loãng H₂SO₄ đúng cách (rót axit vào nước).
• Xử lý sự cố: Bạn phải nắm rõ quy trình sơ cứu và xử lý tràn đổ.
• Xử lý chất thải: Sau khi thực hiện xong thì tiến hành thu gom, xử lý theo quy định môi trường.

Bảo hộ cá nhân PPE

VI, Kết Luận

Phản ứng giữa Sắt(II) sulfat (FeSO4​), Kali Permanganat (KMnO4​) và Axit sulfuric (H2​SO4​) 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.