Bài 31. Sắt - Củng Cố Kiến Thức

I. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

Sắt (Fe) ở ô số 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn.

Cấu hình electron nguyên tử :

1s22s22p63s23p63d64s2, có thể viết gọn là [Ar]3d64s2.

Nguyên tử sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion $Fe^{2+}$ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d trở thành ion $Fe^{3+}$.

II. Tính chất vật lí

Sắt là kim loại màu trắng hơi xám, có khối lượng riêng lớn (D = 7,9 g/cm3), nóng chảy ở 1540oC. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ.

III. Tính chất hóa học

Sắt có tính khử trung bình. Khi tác dụng với chất oxi hóa yếu, sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.

Với chất oxi hóa mạnh, sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +3.

1. Tác dụng với phi kim

Ở nhiệt độ cao, sắt khử nguyên tử phi kim thành ion âm và bị oxi hóa đến số oxi hóa +2 hoặc +3.

- Tác dụng với lưu huỳnh

Khi đun nóng, Fe khử S xuống số oxi hóa -2, còn sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.

$\mathop {Fe}\limits^0 + \mathop S\limits^0 \xrightarrow{{{t^o}}}\mathop {Fe}\limits^{ + 2} \mathop S\limits^{ - 2} $

- Tác dụng với oxi

Khi đun nóng, Fe khử O2 đến số oxi hóa -2, còn Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa +2 và +3.

$Fe + {\text{ }}{2O_2} \to F{e_3}{O_4}$

- Tác dụng với clo

Fe khử Cl2 đến số oxi hóa -1, còn Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa +3.

$\mathop {2Fe}\limits^0 + \mathop {3C{l_2}}\limits^0 \xrightarrow{{{t^o}}}\mathop {2Fe}\limits^{ + 3} \mathop {C{l_3}}\limits^{ - 1} $

2. Tác dụng với axit

- Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng

Fe khử ion H+ của các dung dịch HCl, H2SO4 loãng thành H2, Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.

$\mathop {Fe}\limits^0 + {\mathop H\limits^{ + 1} _2}S{O_4}{\text{ }} \to \mathop {Fe}\limits^{ + 2} S{O_4} + {\mathop H\limits^0 _2} \uparrow $

- Với dung dịch HNO3 và H2SO4 đặc, nóng

Fe khử $\mathop N\limits^{ + 5}$ hoặc $ \mathop S\limits^{ + 6} $trong dung dịch HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng đến số oxi hóa thấp hơn, còn Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa +3.

$\mathop {Fe}\limits^0 + \mathop {HNO}\limits_3^{ + 5} ({\text{loãng}}){\text{ }} \to \mathop {Fe}\limits^{{\text{ + 3}}} {({\text{N}}{{\text{O}}_{\text{3}}})_{\text{3}}}{\text{ + }}\mathop {NO}\limits^{{\text{ + 2}}} \uparrow {\text{ + 2}}{{\text{H}}_{\text{2}}}{\text{O}}$

Fe bị thụ động bởi các axit HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội.

3. Tác dụng với dung dịch muối

Fe có thể khử được ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa của kim loại.

Thí dụ : $Fe{\text{ }} + {\text{ }}\mathop {Cu}\limits^{ + 2} S{O_4} \to \mathop {Fe}\limits^{ + 2} S{O_4} + {\text{ }}Cu \downarrow $

4. Tác dụng với nuớc

Ở nhiệt độ cao sắt khử hơi nước tạo ra H2 và Fe3O4 hoặc FeO.

$3Fe{\text{ }} + {\text{ }}\mathop {4{H_2}O}\limits^{} \xrightarrow{{{t^o} < {{570}^o}C}}{\mathop {Fe}\limits^{} _3}{O_4} + {\text{ 4}}{{\text{H}}_2} \uparrow $

$Fe + {H_2}O\xrightarrow{{{t^o} > {{570}^o}C}}\mathop {Fe}\limits^{} {O_{}} + {\text{ }}{{\text{H}}_2} \uparrow $

IV. Trạng thái tự nhiên

Sắt chiếm 5% khối lượng vỏ Trái Đất, đứng thứ hai trong các kim loại (sau nhôm).

Sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất.

Quặng sắt quan trọng là: quặng manhetit (Fe3O4) (hiếm có trong tự nhiên), quặng hematit đỏ (Fe2O3), quặng hematit nâu (Fe2O3.nH2O), quặng xiđerit (FeCO3), quặng pirit (FeS2).

Sắt có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu, làm nhiệm vụ vận chuyển oxi, duy trì sự sống.

Những thiên thạch từ khoảng không của Vũ Trụ rơi vào Trái Đất có chứa sắt tự do.