Lý Thuyết Về Sắt Và Các Hợp Chất Của Sắt

SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT

*LÝ THUYẾT :

A:Sắt(Fe :NTK=56đvC)

 I. Vị trí trong bảng tuần hoàn

- Vị trí: Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.

II. Tính chất vật lí

- Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm.

- Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (8000C) sắt mất từ tính. T0nc = 15400C.

III. Trạng thái tự nhiên

     Là kim loại phổ biến sau nhôm, tồn tại chủ yếu ở các dạng:

- Hợp chất: oxit, sunfua, silicat...

- Quặng: hematit đỏ (Fe2O3 khan), hematit nâu (Fe2O3.nH2O), manhetit (Fe3O4), xiđerit (FeCO­3) và pirit (FeS2).

IV . Tính chất hóa học :

1. Tác dụng với oxi

1. 3Fe + 2O2 --> Fe3O4(Sắt từ oxit)

                          (Fe2O3.FeO)

2. Tác dụng với phi kim.

VD:       3Fe(r) + 3Cl2(k)----> 2FeCl3(r)

                Fe   + I2 --->  FeI2

                Fe  + S   ----> FeS

3. Tác dụng với axit:

1. Với dung dịch HCl,H2SO4 loãng→H2  +muối sắt II

Ví dụ: Fe  +  2HCl ---> FeCl2  +  H2

           Fe +H2SO4    → FeSO4 + H2  

b. Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4 đậm đặc)

- Fe thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội → có thể dùng thùng Fe chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.

- Với dung dịch HNO3 loãng → muối sắt (III) + NO + H2O:

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

- Với dung dịch HNO3 đậm đặc → muối sắt (III) + NO2 + H2O:

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

- Với dung dịch H2­SO4 đậm đặc và nóng → muối sắt (III) + H2O + SO2:

2Fe+ 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Chú ý:-  Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc là muối sắt (III) nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

2Fe3+ + Fe → 3Fe3+

Hoặc

2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+

•  Fe kh«ng t¸c dông víi HNO3 ®Æc nguéi, H2SO4 ®Æc nguéi.

4. T¸c dông víi dung dÞch muèi:

      Fe +   CuSO4   FeSO4  +    Cu

      Fe + 2AgNO3  Fe(NO3)2 + Ag

 * NhËn xÐt: Fe t¸c dông víi c¸c dung dÞch muèi cña c¸c kim lo¹i yÕu h¬n t¹o thµnh muèi vµ gi¶i phãng kim lo¹i trong muèi.

5. Tác dụng với nước ở nhiệt độ cao

  Fe + H2O     -->     FeO  + H2 ­

3Fe + 4H2O  ---->  Fe3O4  + 4H2 ­

V. Điều chế :Có thể dung các phương pháp nhiệt luyện, thủy phân,điện phân để điều chế sắt

          3CO + Fe2O3 ---> 3CO2 + 2Fe

        4 CO  + Fe3O4   ----> 4CO2   +   3Fe

        FeO + C ---->  CO2 + Fe

        Mg  +   FeCl2 →Fe  + MgCl2

B: HỢP CHẤT CỦA SẮT:

I. Các oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3)

1. FeO 

- Là chất rắn, đen, không tan trong nước.

- Tính chất hoá học:

+ Là oxit bazơ:

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2

FeO + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2O

+ FeO là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh: H2, CO, Al → Fe:

FeO + H2 → Fe + H2O (t0)

FeO + CO → Fe + CO2 (t0)

3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe (t0)

+ FeO là chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh:

4FeO + O2 → 2Fe2O3

3FeO + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

- Điều chế FeO:

FeCO3 → FeO + CO2 (nung trong điều kiện không có không khí)

Fe(OH)2 → FeO + H2O (nung trong điều kiện không có không khí)

2. Fe3O4 (FeO.Fe2O3)

- Là chất rắn, đen, không tan trong nước và có từ tính.

- Tính chất hoá học:

+ Là oxit bazơ:                        

Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

Fe3O4 + 4H2SO4 loãng → Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O

+ Fe3O4 là chất khử:               

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

+ Fe3O4 là chất oxi hóa:         

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O (t0)

Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 (t0)

3Fe3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe (t0)

- Điều chế: thành phần quặng manhetit

3Fe + 2O2 → Fe3O4 (t0)

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (< 5700C)

3. Fe2O3

- Là chất rắn, nâu đỏ, không tan trong nước.

- Tính chất hoá học:

+ Là oxit bazơ:            

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

+ Là chất oxi hóa:        

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (t0)

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (t0)

Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (t0)

- Điều chế: thành phần của quặng hematit

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (t0)

II. Các hiđroxit của Fe (Fe(OH)2 và Fe(OH)3)

1. Fe(OH)2

- Là chất kết tủa màu trắng xanh.

- Là bazơ không tan:

+ Bị nhiệt phân:          

Fe(OH)2 → FeO + H2O (nung trong điều kiện không có không khí)

4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3 + 4H2O (nung trong không khí)

+ Tan trong axit không có tính oxi hóa → muối sắt (II) và nước:

Fe(OH)2 + 2HCl → FeCl2 + 2H2O

+ Có tính khử (do Fe có mức oxi hóa +2):

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

3Fe(OH)2 + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O

- Điều chế:      

Fe2+ + 2OH-  → Fe(OH)2 (trong điều kiện không có không khí)

2. Fe(OH)3

- Là chất kết tủa màu nâu đỏ.

- Tính chất hoá học:

+ Là bazơ không tan:

* Bị nhiệt phân:                                              

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

* Tan trong axit → muối sắt (III):                  

Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O

Fe(OH)3 + 3HNO3 → Fe(NO3)3 + 3H2O

- Điều chế:                                                      

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3

III. Muối sắt

1. Muối sắt (II)

     Không bền, có tính khử, khi tác dụng với chất oxi hóa tạo thành muối sắt (III).

2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3

3Fe(NO3)2 + 4HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

2FeSO4 + 2H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H­2O

Chú ý: Các muối sắt (II) không tan như FeCO3, FeS, FeS2 bị đốt nóng trong không khí tạo Fe2O3.

2FeCO3 + 1/2O2 → Fe2O3 + 2CO2

4FeS + 9O2 → 2Fe2O3 + 4SO2

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2

2.Muối sắt (III)         

- Có tính oxi hóa khi tác dụng với chất khử.

2FeCl3 + Cu → CuCl2 + 2FeCl2

2FeCl3 + 2KI → 2FeCl2 + 2KCl + I2

2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + 2HCl + S

- Các dung dịch muối sắt (III) có môi trường axit:

Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 + 3H+

- Khi cho muối sắt (III) tác dụng với các kim loại cần lưu ý:

     + Nếu kim loại là Na, Ca, K, Ba + H2O → Kiềm + H2. Kiềm + Fe3+ → Fe(OH)3

     + Nếu kim loại không tan trong nước và đứng trước Fe + Fe3+ → Fe2+ → Fe

     + Nếu kim loại là Cu hoặc Fe + Fe3+ → Fe2+

- Các muối sắt (III) bị thủy phân hoàn toàn trong môi trường kiềm:

2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3 + 6NaCl + 3CO2­

Chú ý: Ngoài 3 oxit trên sắt cón tạo ra sắt từ oxit Fe2O4(có thể coi FeO.Fe2O3)

• Sắt từ oxit là chất rắn màu đen không tan tan trong nước và nhiễm từ.

• F3O4 là một oxit bazơ:
• Fe3O4 vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa:

C. HỢP KIM CỦA SẮT

I. Gang

- Là hợp kim sắt - cacbon trong đó hàm lượng C từ 2 - 5%.

- Gang gồm gang xám và gang trắng:

     + Gang xám: chứa nhiều tinh thể C nên có màu xám; kém cứng và kém giòn hơn gang trắng.

     + Gang trắng: chứa nhiều tinh thể hợp chất hóa học Fe3C nên có màu sáng. Rất cứng và giòn thường được dùng để luyện thép.

- Luyện gang:

* Nguyên liệu:

+ Quặng sắt: cung cấp Fe (phải chứa trên 30% Fe, chứa ít S, P).

+ Chất chảy: CaCO3 (nếu quặng lẫn silicat) hoặc SiO2 (nếu quặng lẫn đá vôi)  để làm giảm nhiệt độ nóng chảy và tạo xỉ.

+ Không khí giàu oxi và nóng: để tạo chất khử CO và sinh nhiệt.

+ Than cốc (tạo chất khử CO; tạo nhiệt và tạo gang).

* Các phản ứng xảy ra trong lò cao khi luyện gang:

+ Phản ứng tạo chất khử.       

C + O2 → CO2

CO2 + C → 2CO

+ Phản ứng khử Fe2O3.          

CO + 2Fe2O3  → Fe3O4 + CO­2

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

+ Phản ứng tạo xỉ.                  

CaCO3 → CaO + CO2

CaO + SiO2 → CaSiO3

II. Thép

- Là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C ít hơn 2%C (theo khối lượng).

- Nguyên liệu: tùy theo phương pháp: Gang, sắt, thép phế liệu, chất chảy, không khí nóng, dầu mazut.

- Nguyên tắc: khử các tạp chất Mn, Si, Ca, S, P có trong gang.

- Các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép:

C + O2 → CO2

S + O2 → SO2­

Si + O2 → SiO2

CaO + SiO2 → CaSiO3 (xỉ)

B/ BÀI TẬP :

Bài 1: Viết phương trình thực hiện dãy chuyển đổi sau:                                                                                                                                                                                               

1. 3Fe + 2O2   --->  Fe3O4

Hay 3Fe +  4H2O  ---->  Fe3O4  + 4H2

2. Fe + 2HCl  "  FeCl2   + H2

    Fe + CuCl2  "  FeCl2   + Cu

3. Fe3O4 + 4H2  ---> 3Fe + 4H2O

    Fe3O4 + 4CO ---> 3Fe + 4CO2

    3Fe3O4 + 8Al ----> 9Fe + 4Al2O3

4. Fe3O4  + 10HNO3  "  3Fe(NO3)3  + NO2 + 5H2O

5. Fe3O4  + 8HCl  "  FeCl2  + 2FeCl3 + 4H2O

6. 3Fe2O3  + CO ---->  2Fe3O4  + CO2

    3Fe2O3  + H2 ---->  2Fe3O4  + H2O

7. 4Fe + 3O2   ---->  2Fe2O3

8. Fe2O3 + 3H2  ----> 2Fe + 3H2O

     Fe2O3 + 3CO  ----> 2Fe + 3CO2

9. Fe  + 4HNO3(d.n)   ----> Fe(NO3)3  + NO + 2H2O

10. 2Fe + 3Cl2   ----> 2FeCl3 

11. 2FeCl2 + Cl2   -----> 2FeCl3 

12. 4Fe(NO3)2    ----> 2Fe2O3  + 3O2   + 12NO2

13. FeCl3 + 3AgNO3  "  Fe(NO3)3  + 3AgCl↓

14. Fe2O3  + 6HCl  "  2FeCl3  + 3H2O

15. Fe(NO3)3 + 3NaOH "  Fe(OH)3↓  + 3NaNO3

16. 2FeCl3 + Fe   ----> 3FeCl2 

17. Giống PTHH 13

18. FeCl3 + 3NaOH  "  Fe(OH)3↓  + 3NaCl

19. Fe2(SO4)3  +  3Ba(NO3)2    " 2Fe(NO3)3   + 3BaSO4↓

20. Fe2(SO4)3  +  3BaCl2    " 2FeCl3   + 3BaSO4↓

21. 2Fe(OH)3   +  3H2SO4    "  Fe2(SO4)3   + 6H2O

22. 2Fe(OH)3    ----->  Fe2O3  + 3H2O

23. FeCl2 + 2AgNO3  "  Fe(NO3)2  + 2AgCl↓

24.  2Fe(NO3)3   + Fe   ----> 3Fe(NO3)2   

25. 6Fe(NO3)2   + 3Cl2   -----> 4Fe(NO3)3   + 2FeCl3  

26. Fe2O3  +  3H2SO4    "  Fe2(SO4)3   + FeCl3

27. 4Fe(OH)2  + O2   + 2H2O ----->  4Fe(OH)3

28. 6FeSO4 + 3Cl2   -----> 2Fe2(SO4)3   + 2FeCl3  

Hay 10FeSO4 + 2KmnO4 +  8H2SO4     "  5Fe2(SO4)3   + 2MnSO4 + K2SO4  + 8H2O

29. Fe2(SO4)3   + Fe   ----> 3FeSO4

30.  Fe(NO3)2 + 2NaOH "  Fe(OH)2↓  + 2NaNO3

31. FeSO4  +  Ba(NO3)2    " Fe(NO3)3   + BaSO4↓

32. Fe   +  H2SO4 (l)   "  FeSO4 + H2

33. FeSO4  + Mg "  MgSO4  + Fe

34. FeO + H2SO4 (l)   "  FeSO4 + H2O

35. FeO + H2  -----> Fe + H2O

     FeO + CO  -----> Fe + CO2

36. 2Fe + O2  -----> 2FeO

37. Fe(OH)2    ---->  FeO  + H2O

38. Giống PTHH 8

39. FeCl3 + 3NaOH  "  Fe(OH)3↓  + 3NaCl

40. 2Fe   +  6H2SO4 (đ)  ---->   Fe2(SO4)3   + 3SO2 + 6H2O

41. Fe2(SO4)3   + 2Al  "  2Fe + Al2(SO4)3  

42. FeCl3 + 3AgNO3  "  Fe(NO3)3  + 3AgCl↓

43. FeCl2 + 2NaOH  "  Fe(OH)2↓  + 2NaCl

2) Để hòa tan hoàn toàn 34,8 gam hỗn hợp gồm Fe3O4 , FeO, Fe2O3 ( số mol FeO = số mol Fe2O3 ) thì phải dùng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 4,9 % ( loãng).

a) Tính khối lượng của dung dịch H2SO4 4,9% .

b) Tính nồng độ % của các chất trong dung dịch thu được.

 

Hướng dẫn:    Vì số mol FeO = số mol Fe2O3 nên xem như Fe3O4.

Vậy hỗn hợp được coi như chỉ có một oxit là Fe3O4

Fe3O4   +   4H2SO4   ® Fe2(SO4)3   +  FeSO4   +  4H2O

0,15             0,6                  0,15              0,15                                  mol

Khối lượng dung dịch H2SO4 4,9% :  

Khối lượng dung dịch thu được :  1200 +  34,8  =  1234,8 gam

( dễ dàng tìm được C% của mỗi muối trong dung dịch thu được)

Bài viết gợi ý:

1. 1 SỐ CÂU HỎI LÝ THUYẾT VỀ CHƯƠNG 1 -HÓA HỌC 12

2. HỆ THỐNG BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM TRONG SGK Chuyên đề: Kim loại kiềm – kiềm thổ - nhôm

3. Trắc nghiệm CÁC DẠNG TOÁN TRỌNG TÂM chuyên đề Kim loại kiềm- kiềm thổ - nhôm

4. Phương Pháp Tăng Giảm Khối Lượng Giải Nhanh Hóa Học

5. Phương Pháp Bảo Toán Khối Lượng Giải Nhanh Hóa Học

6. Hóa học và vấn đề phát triển kinh tế, xã hội , môi trường

7. Chuyên đề bài tập Kim loại kiềm - kiềm thổ - nhôm