Trong phòng thí nghiệm, một học sinh xác định thành phần của chiếc đinh sắt đã bị oxi hóa một phần thành gỉ sắt (Fe2O3.nH2O) theo các bước sau:
• Bước 1: Hòa tan hoàn toàn đinh sắt vào dung dịch H2SO4 loãng, nóng (gấp đôi lượng phản ứng, giả thiết Fe chỉ phản ứng với acid), thu được 200ml dung dịch X.
• Bước 2: Cho dung dịch BaCl2 dư vào 5,00 ml dung dịch X thu được 0,5126 gam kết tủa.
• Bước 3: Nhỏ từ từ dung dịch KMnO4 0,02M vào 5,00 ml dung dịch X đến khi phản ứng vừa đủ thì hết 8,0 ml. Giả thiết toàn bộ lượng gỉ sắt tạo ra bám trên đinh sắt.
a) Đinh sắt bị gỉ chủ yếu do sự ăn mòn điện hóa học.
b) Sau bước 1, trong dung dịch X có chứa hai chất tan.
c) Ở bước 3, Fe2+ trong dung dịch X bị khử bởi dung dịch KMnO4.
d) Phần trăm khối lượng sắt đã chuyển thành gỉ sắt là 20%.
(a) Đúng, đinh sắt thực tế không làm bằng sắt nguyên chất mà làm bằng thép, khi đó đinh sắt bị gỉ chủ yếu do ăn mòn điện hóa gây ra bởi cặp Fe-C trong môi trường không khí ẩm.
(b) Sai, sau bước 1 dung dịch X chứa 3 chất tan gồm FeSO4, Fe2(SO4)3, H2SO4 dư.
(c) Sai, sau bước 3 thì Fe2+ bị oxi hóa bởi KMnO4 thành Fe3+.
(d) Đúng
5 mL X chứa FeSO4 (a mmol), Fe2(SO4)3 (b mmol) —> nH2SO4 phản ứng = a + 3b mmol
Dùng acid gấp đôi lượng phản ứng —> nH2SO4 dư = a + 3b
Bảo toàn electron —> a = 5nKMnO4 = 5.8.0,02 = 0,8 mmol
nBaSO4 = 2(a + 3b) = 2,2 mmol —> b = 0,1 mmol
Để tạo 5 mL X thì lượng đinh đã dùng chứa Fe (0,8 mmol) và Fe2O3.nH2O (0,1 mmol)
—> %Fe bị oxi hóa = 0,1.2/(0,1.2 + 0,8) = 20%