Giải đáp vấn đề phản ứng FeS2 + acid

0
169

Bây giờ xin được đưa ra và trao đổi với mọi người một vấn đề mà được nhiều sự tranh luận và tranh cãi của nhiều học sinh, sinh viên và các thầy cô giáo.

fes2
Vấn đề:

FeS2 có tác dụng với dung dịch HCl loãng không?

Câu trả lời là hoàn toàn không.

Vấn đề này đã được cập trong đề kiểm tra năng lực giáo viên THPT tỉnh Bắc Ninh

Câu 6: Cho 88,2 g hỗn hợp A gồm FeCO3, FeS2 cùng lượng không khí (lấy dư 10% so với lượng cần thiết để đốt cháy hết A) vào bình kín dung tích không đổi. Nung bình một thời gian để xảy ra phản ứng, sau đó đưa bình về nhiệt độ trước khi nung, trong bình có khí B và chất rắn C (gồm Fe2O3, FeCO3, FeS2). Khí B gây ra áp suất lớn hơn 1,45% so với áp suất khí trong bình đó trước khi nung. Hòa tan chất rắn C trong lượng dư H2SO4 loãng, được khí D (đã làm khô); các chất còn lại trong bình cho tác dụng với lượng dư dung dịch KOH thu được chất rắn E. Để E ngoài không khí cho đến khi khối lượng không đổi, được chất rắn F. Biết rằng: Trong hỗn hợp A một muối có số mol gấp 1,5 lần số mol của muối còn lại; giả thiết hai muối trong A có khả năng như nhau trong các phản ứng; không khí chứa 20% oxi và 80% nitơ về thể tích.

a) Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

b) Tính phần trăm khối lượng của các chất trong hỗn hợp F.

c) Tính tỉ khối của khí D so với khí B.

Đây là một câu trong đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh năm 2010, với đáp án:

– Pthh của các phản ứng xảy ra

4FeCO3 + O2 → 2Fe2O3 + 4CO2                 (1)

4FeS2  +  11O2 → 2Fe2O3   +  8SO2            (2)

+ Khí B gồm: CO2, SO2, O2, N2; chất rắn C gồm: Fe2O3, FeCO3, FeS2.

+ C phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng:

Fe2O3  +  3H2SO4  → Fe2(SO4)3 + 3H2O            (3)

FeCO3  +  H2SO4   → FeSO4  +  H2O  +  CO2    (4)

     FeS2  +  H2SO4  → FeSO4 +  S   +  H2S             (5)

+ Khí D gồm: CO2 và H2S; các chất còn lại gồm:FeSO4, Fe2(SO4)3, H2SO4 dư và S, khi tác dụng với KOH dư:

2KOH  +  H2SO4  →  K2SO4  +  2H2O                          (6)

2KOH  +  FeSO4  →  Fe(OH)2↓       + K2SO4                 (7)

6KOH  +  Fe2(SO4)3 →  2Fe(OH)3↓         +  3K2SO4      (8)

+ Kết tủa E gồm Fe(OH)2, Fe(OH)3 và S, khi để ra không khí thì chỉ có phản ứng:

4Fe(OH)2  +  O2  +  2H2O  →  4Fe(OH)3                        (9)

Vậy F gồm Fe(OH)3 và S

Thảo luận về vấn đề phản ứng giữa FeS2 với acid

1. Trước hết, trong các tài liệu đại học trong nước và nước ngoài đều không nói có phản ứng xảy ra. Sách giáo khoa THPT của các bạn cũng không nói. Ad nêu ra dẫn chứng từ 2 tài liệu nước ngoài tiêu biểu:
+ Tính chất lí hóa học các hợp chất vô cơ, Bộ môn Vô cơ – Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Nga, Liên bang Nga: ” FeS2 KHÔNG TAN TRONG NƯỚC, KHÔNG TAN TRONG AXIT LOÃNG (H+) , KHÔNG TAN TRONG DUNG DỊCH KIỀM”
+ Hóa học các nguyên tố, N.N.Greenwood, A. Earnshaw, Đại học Leeds, Vương quốc Anh, cũng có những ý tương tự.

2. Thứ hai là ý kiến của một số thầy cô chuyên gia hóa học Việt Nam. Nhiều thầy cô vẫn thường cho rằng, FeS2 có thể coi là hỗn hợp của FeS và S viết dưới dạng FeS.S để viết phản ứng với axit theo dạng :

FeS.S + H2SO4 → FeSO4 + H2S + S

Tuy nhiên nhận thấy đây là sự sai lầm chết người.

+ Cô Đặng Thị Thuận An (Giảng viên khoa Hóa – ĐH Sư phạm – ĐH Huế, thành viên tổ ra đề thi ĐH 2010, 2011, 2012): “Cấu trúc tinh thể Pirit sắt không hề có mặt của Lưu huỳnh đơn chất, vậy việc lý luận như một số giáo viên để cho lưu huỳnh đơn chất là không thỏa đáng. Nếu xét về mặt phản ứng oxi hóa khử thì phản ứng trên hoàn toàn không hợp lý. Trong chương trình hóa học phổ thông không có phản ứng này nên đề thi ĐH sẽ không đề cập đến.
Xét về phản ứng này thì theo tôi phản ứng không thể xảy ra.”

+ Trả lời của Thầy Trần Dương (Trưởng Khoa Hóa học ĐHSP – Huế): “Xét về tích số tan của FeS2 rất nhỏ (nhỏ hơn 10-20) vì thế H+ không có khả năng hòa tan FeS2 thành Fe2+“.

+ Trả lời của Thầy Trần Văn Hùng (Tổ trưởng tổ Hóa Trường THPT Chuyên Quốc Học Huế): “Về vấn đề FeS2 từ trước đến giờ chỉ xét phản ứng của chất này trong axit có tính oxi hóa mạnh. Bản thân các bài toán có tính toán định lượng về việc FeS2 tan trong axit thường cần xem xét lại các số liệu và luận cứ khoa học, tránh những hiểu nhầm.”

+ PGS.TS Triệu Thị Nguyệt – Khoa Hóa – ĐHKHTN – ĐHQGHN cũng nói KHÔNG PHẢN ỨNG VỚI HCl

Và ngoài ra các bạn có thể hỏi ý kiến của các thầy cô giáo khác nữa, ad khuyên các bạn nên hỏi các thầy cô dạy chuyên ngành Hóa vô cơ tại các trường ĐH.

+ Một nguồn đáng tin cậy, đó là ad tự làm thí nghiệm này rồi. FeS2 chỉ tan trong những axit có tính oxi hóa mạnh như H2SO4 đặc. Còn HCl mọi nồng độ đều không xảy ra phản ứng. Ngẫm lại thấy có nhiều bạn chưa có điều kiện được làm thí nghiệm thực tế mà vẫn phán như đúng rồi ad lại thấy đắng …

Cấu trúc pyrite (Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrite#Acid_)
Trong cấu trúc tinh thể pyrite trên S được biểu thị màu vàng liên kết đều đặn với các nguyên tử S và Fe ở xung quanh. Và cấu trúc trên cũng cho thấy, không hề có S đơn chất trong tinh thể. Nghiên cứu vấn đề này, tôi đã tham khảo một số bài báo khoa học có đề cập đến sự hòa tan FeS2 trong nước: http://ftp.soest.hawaii.edu/glazer/Ch…apers1/FeS. 1. Pyrite Solubility The solubility of pyrite in water at ambient temperatures is not measurable as expected for an Fe(II) low-spin t2g 6 electron configuration. Pyrite solubility data are derived from heat capacity measurements of the formation of pyrite from its elements at higher temperatures. The equilibrium solubility product of pyrite, K*1sp,pyrite, in aqueous solutions is usually given by the eqs 31, 32, and 33

Tạm dịch: Sự hòa tan của pyrite ở nhiệt độ thường gần như không thế đo thấy được Fe(II) cấu hình spin thấp như mong đợi. Các dữ liệu về sự hòa tan Pyrite có được từ tính toán các phép đo công suất nhiệt của sự hình thành pyrite sắt ở nhiệt độ cao hơn. Cân bằng hòa tan sản phẩm của pyrite, K*1sp,pyrite,trong dung dịch nước thông thường được cho bởi cần bằng 31, 32 và 33. Từ các giá trị K ở trên cho thấy khả năng tan của Pyrite gần như là không có. Trong bài viết trên cũng khẳng định: This implies that the Fe2+ reagent used would need to contain less than 10 ppm in orderfor the disulfide not to be present in sufficient quantities for pyrite to precipitate… Điều đó cho thấy rằng sự có mặt của Fe2+ phải ở mức dưới 10 phần triệu để không đủ số lượng tạo kể tủa với disunfide… Bài sau chỉ ra rằng để hòa tan Pyrite trong môi trường axit cần có sự có mặt của tác nhân oxi hóa: http://www.vitorge.name/pierre/publis/04des_vi.

feS2
Tóm lại khi nghiên cứu sự hòa tan của Pyrite không chỉ đơn thuần theo cách nghĩ của bậc phổ thông và theo như các nghiên cứu cho thấy điều này hoàn toàn không phù hợp với bậc học này, vì thế các sách giáo khoa đã tránh đả động đến vấn đề trên. Thiết nghĩ các thầy cô giáo khi ra bài tập cũng cần lưu ý, không nên đưa ra vấn đề hòa tan Pyrite trong axit mà chỉ cần hướng tới phản ứng oxi hóa Pyrite là đủ. Thêm 1 tài liệu có thực nghiệm chứng minh phản ứng ngược lại ngay trong môi trường axit:

3Fe2+ + 4H2O + 7S° -» 3FeS2 + SO42- + 8H+

Leave a comment

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here