Sắt-Gang-Thép Chúc Mừng Ngày Gỏi đu đủ Thái 14-12 - W3CHEM

Lượt xem: 208

Sắt (Fe) và Gang – Thép là kim loại và hợp kim rất quen thuộc đến nỗi, …nhiều người không biết chúng là gì luôn!

Nội dung bài viết

Toggle

• 1. Sắt, nặng ký có gương mặt màu trắng xám
• 2. Tính chất hóa học của kim loại Sắt
  • 2.1. Với phi kim
  • 2.2. Với nước
  • 2.3. Với axit
  • 2.4. Với dung dịch muối của kim loại đứng sau
    • Phản ứng quen thuộc
    • Phản ứng mới học lớp 12 hay bị lãng quên ***
• 3. Sản xuất kim loại Sắt
• 4. Hợp chất Fe (II)
  • 4.1. Tính oxi hóa (Fe2+ + 2e → Fe0)
    • Sắt (II) oxit FeO rắn màu đen; Sắt (III) oxit Fe2O3 rắn màu đỏ nâu
  • 4.2. Tính khử đặc trưng (Fe2+ – 1e → Fe3+)
    • Sắt (II) hiđroxit Fe(OH)2 rắn màu trắng hơi xanh; Sắt (III) hiđroxit Fe(OH)3 rắn màu nâu đỏ
    • Dung dịch muối Fe2+ màu lục rất nhạt; Fe3+ màu vàng nâu rỉ
• 5. Hợp chất Fe (III)
  • 5.1. Tính oxi hóa (Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Fe3+ + 3e → Fe0)
• 6. Một số ghi chú bài Sắt
• 7. Liên kết hữu ích

1. Sắt, nặng ký có gương mặt màu trắng xám

Sắt (mạng tinh thể lập phương tâm khối-Feµ hoặc lập phương tâm diện Fe¡ tuỳ t0) là kim loại nặng, màu trắng hơi xám.

Cuộc sống quanh ta không thấy Fe nguyên chất; mà chỉ thấy gang hoặc thép_đó là hợp kim của Sắt với Cacbon và một số nguyên tố khác, không phải sắt nguyên chất ⇒ màu “kim loại sắt” chẳng giống lí thuyết tí nào!.

Dẻo dễ rèn. Dẫn điện – nhiệt tốt. Đặc biệt, khác với các kim loại khác, sắt có tính nhiễm từ.

Vị trí Fe trong bảng tuần hoàn:

• Z = 26 nên ở ô số 26.
• Có 4 lớp 4 nên ở chu kì 4.
• Là nguyên tố d, ở nhóm VIIIB (gọi là kim loại chuyển tiếp).

Cấu hình electron của:

• Nguyên tử Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d6 4s2 ⇔ [18Ar] 3d6 4s2
• Ion Fe2+ (do Fe – 2e → Fe2+): [18Ar] 3d6
• Ion Fe3+ (do Fe – 3e → Fe3+): [18Ar] 3d5

Do cấu hình bán bão hòa 3d5 bền hơn cấu hình 3d6 ⇒ ion Fe3+ SỐNG BỀN HƠN ION Fe2+

• Fe2+ không bền, luôn có khuynh hướng chuyển thành Fe3+.
• tức Fe2+ có tính khử là đặc trưng (Fe2+ → Fe3+ + 1e).

Hãy nhớ là các hợp chất Fe2+ rất không bền, nếu chẳng may gặp anh oxy hoá – kẻ cướp electron (như O2 không khí, khí Cl2, KMnO4 trong H+, K2Cr2O7 trong H+, . . . . ), Fe2+ lập tức chuyển thành Fe3+ bền. Muốn bảo quản các hợp chất Fe2+, người ta phải nhốt kín Fe2+ trong môi trường không có chất oxi hoá, hoặc phải dùng một biện pháp hoá học nào đó để chặn ngăn . . . . ; ví dụ, người ta thường cho vào dung dịch Fe2+ một cây đinh Fe, để nếu có Fe2+ biến thành Fe3+ thì Fe3+ sẽ + đinh Fe tái tạo lại Fe2+ (2Fe3+ + Fe → 3Fe2+) ; hoặc nhỏ vào dung dịch Fe2+ vài giọt axit HCl.

2. Tính chất hóa học của kim loại Sắt

Đương nhiên là tính khử rồi – Fe dễ cho đi các electron hóa trị, trường hợp này là 3e ở 3d và 4s:

Fe → Fen+ + ne (n = 2, 3)

nên Fe có các số oxi hóa phổ biến là +2 (kém bền), +3 (bền)

Còn nhiều hợp chất đã biết-trong đó sắt có các số oxi hóa khác nữa; nhưng chúng không quan trọng ở cấp độ nghiên cứu của tuổi teen.

2.1. Với phi kim

Fe có tính khử trung bình. Tùy chất oxi hoá mạnh hay yếu, Fe có thể bị oxi hoá thành Fe2+ hoặc Fe3+. Mình xét các phản ứng sau:

2.2. Với nước

Fe không phản ứng với nước ở t0 thường. Chỉ phản ứng khi đun nóng, phản ứng xảy ra là

Fe + H2O — lớn hơn 570 0C → FeO + H2

3Fe + 4H2O — nhỏ hơn 570 0C → Fe3O4 + 4H2

2.3. Với axit

­Với axit HCl, H2SO4 loãng: tạo muối Fe2+ (giống Cr, nhưng không cần đun nóng)

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2­

Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2

­Với axit H2SO4 đặc, HNO3

LƯU Ý Al Cr, Fe không phản ứng với axit HNO3 đặc nguội ; axit H2SO4 đặc nguội – gọi là sự thụ động hóa.

Nếu Axit dư: chỉ tạo Fe3+ thôi

2Fe + 6H2SO4 đặc-nóng-dư → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Fe + 6HNO3 đặc-nóng-dư → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

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

Nếu Fe dư sau những phản ứng trên: xét tiếp Fe (phần còn dư) + 2Fe3+ → 3Fe2+

Nếu Fe dư nhiều đến nỗi …chuyển hết sạch Fe3+ thành Fe2+ thì mình mới có quyền ghi phản ứng là

Fedư rất nhiều +2H2SO4 đặc nóng → FeSO4 + SO2 + 2H2O

3Fedư rất nhiều + 8HNO3 loãng → 3Fe(NO3)2 + 2NO + 4H2O

2.4. Với dung dịch muối của kim loại đứng sau

Phản ứng quen thuộc

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

Xuất hiện lớp kim loại Cu bán vào lá Fe, dung dịch từ màu xanh lam của CuSO4 chuyển thành màu xanh lục rất nhạt của FeSO4),

+Người ta chế thêm, cho thành bài tập Ăn mòn điện hóa luôn, bằng cách nói:

Cho lá Fe kim loại (hoặc bài khác cho lá Al) vào dung dịch H2SO4 loãng, cho thêm một lượng nhỏ CuSO4 em thấy:

• đầu tiên lá sắt bị ăn mòn chậm (mới xảy ra ăn mòn hoá học à) do Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2
• sau đó tốc độ ăn mòn tăng dần, bọt khí hiđro thoát ra nhanh do phản ứng

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

⇒ xuất hiện hai kim loại Fe, Cu nên xảy ra thêm ăn mòn điện hoá (điện cực Fe là cực – ; Cu là cực +).

Phản ứng mới học lớp 12 hay bị lãng quên ***

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag

• Nếu Fe dư ⇒ xong
• Nếu AgNO3 dư ⇒ thì AgNO3 dư + Fe(NO3)2 → Fe(NO3)3 + Ag ***
• nếu AgNO3 dư rất nhiều, dư đến nỗi chuyển được tất cả Fe2+ sinh ra thành Fe3+ thì mình mới viết

Fe + 3AgNO3 dư rất nhiều → Fe(NO3)3 + 3Ag

⇒ vậy khi cho bột Fe tác dụng với dung dịch AgNO3 thì …ta chưa thể xác định thu được muối Fe2+, Fe3+ hay cả hai do còn tuỳ vào số mol Fe, AgNO3.

3. Sản xuất kim loại Sắt

Một số quặng sắt quan trọng

• Hematit đỏ chứa Fe2O3 khan.
• Hematit nâu chứa Fe2O3.nH2O.
• Manhetit chứa Fe3O4 (có nhiều Fe nhất nhưng hiếm có trong tự nhiên).
• Xiđerit chứa FeCO3.
• Pirit sắt chứa FeS2.

Trong cuộc sống, con người không sản xuất được Fe nguyên chất để sử dụng; mà chỉ sản xuất được hợp kim của Sắt-gọi là Gang, Thép.

Người ta cũng phát hiện ra rằng, hợp kim sắt có những tính chất tốt đẹp hơn là Fe nguyên chất. Và vì vậy, họ cứ tiếp tục sản xuất và tìm tòi thêm các hợp kim khác, nhưng dựa trên nền Thép-tạo ra các loại Thép khác nhau.

Fe nguyên chất, có lẽ chỉ có trong các phòng thí nghiệm cấp cao, sử dụng cho nghiên cứu hay thiết bị gì đó …thì hổng biết!

Để học bài Gang-Thép, bạn hãy đọc câu chuyện khác, nếu nóng lòng quá thì hãy click vào đây.

4. Hợp chất Fe (II)

4.1. Tính oxi hóa (Fe2+ + 2e → Fe0)

Sắt (II) oxit FeO rắn màu đen; Sắt (III) oxit Fe2O3 rắn màu đỏ nâu

FeO và Fe2O3 đều là oxit base và không tan trong nước nhưng tan trong axit mạnh. FeO không có trong tự nhiên.

FeO + H2 → Fe + H2O

4.2. Tính khử đặc trưng (Fe2+ – 1e → Fe3+)

Sắt (II) hiđroxit Fe(OH)2 rắn màu trắng hơi xanh; Sắt (III) hiđroxit Fe(OH)3 rắn màu nâu đỏ

Fe(OH)2 và Fe(OH)3 đều là base và không tan trong nước nhưng tan trong axit mạnh .

Fe(OH)2 không bền trong không khí, tự chuyển sang Fe(OH)3

4Fe(OH)2+O2+2H2O →4Fe(OH)3

Khi nhiệt phân, nếu không có không khí thì

Fe(OH)2 → FeO+H2O

Nhiệt phân nếu có không khí thì

2Fe(OH)2 + 0.5O2 → Fe2O3+2H2O

Dung dịch muối Fe2+ màu lục rất nhạt; Fe3+ màu vàng nâu rỉ

2FeCl2 + Cl2 →2FeCl3

3FeO + 10HNO3loãng → 3Fe(NO3)3 + NO2 ­+ 5H2O

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O (mất màu tím của dung dịch KMnO4)

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

Dung dịch muối Fe2+ màu lục rất nhạt, không bền, trong không khí sẽ chuyển dần sang Fe3+ (dung dịch Fe3+ màu vàng – nâu) ⇒ để bảo quản dung dịch Fe2+, ta phải

• dùng ngay sau khi điều chế, hoặc
• cho vào dung dịch Fe2+ một cây đinh Fe; để nếu có Fe2+ biến thành Fe3+ thì xảy ra phản ứng

Fe3+ + đinh Fe → tạo lại Fe2+

5. Hợp chất Fe (III)

5.1. Tính oxi hóa (Fe3+ + 1e → Fe2+ ; Fe3+ + 3e → Fe0)

Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

2FeCl3 + Fe → 3FeCl2 (dung dịch màu vàng nâu chuyển xanh lục nhạt)

2FeCl3 + Cu → 2FeCl2 + CuCl2 (dung dịch màu vàng nâu của Fe3+ chuyển màu xanh lam của ion Cu2+)

2FeCl3 + 2KI → 2FeCl2 + 2KCl + I2

6. Một số ghi chú bài Sắt

+Nói Fe(OH)2 ; Fe(OH)3 nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì sẽ tạo Fe2O3 do

2Fe(OH)2 + 0.5O2 → Fe2O3+2H2O

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

+Fe hoặc Fe+2 khi phản ứng với HNO3, H2SO4 đặc tạo Fe3+ và sủi bọt khí NO2 màu nâu đỏ ; khí SO2 không màu – mùi hắc ⇒ để phân biệt 2 chất rắn: FeO (!), Fe2O3 bằng phương pháp hóa học ta chỉ cần dùng dung dịch HNO3 ; hoặc H2SO4 đặc do

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O ⇒ tan, không sủi bọt khí

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NOkhí + 5H2O ⇒ tan, sủi bọt khí màu nâu đỏ (2NO + O2 → 2NO2)

hoặc

Fe2O3 + 3H2SO4 đ → Fe2(SO4)3 + 3H2O

2FeO + 4H2SO4 đ → Fe2(SO4)3 + SO2khí + 4H2O

+Fe (chỉ tính khử ~ soh chỉ tăng) , Fe2+ (vừa oxh vừa khử), Fe3+ (chỉ oxh ~ soh chỉ giảm)

• Hợp chất của sắt vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử (soh vừa tăng, vừa giảm): FeO, Fe(OH)2, FeCl2, Fe3O4.
• Đặc biệt khi nhiệt phân muối nitrat Fe2+ – Fe3+, muối FeCO3 hay sai, hãy xem các phản ứng sau:

7. Liên kết hữu ích

Đọc thêm các bài viết về Kim loại và Hóa lớp 12 tại đây.

Nếu có câu hỏi hoặc ý tưởng mới, hãy lưu lại trong phần bình luận bạn nhé. Câu hỏi và ý tưởng của bạn luôn tuyệt vời.

Cũng đừng quên chia sẻ bài viết lên mạng xã hội để nhiều người cùng học nha bạn.

• Share on Facebook
• Share on Twitter
• Share on Pinterest
• Share on LinkedIn

Tags: Fe, Gang Thép, Sắt

Post Navigation

Next Gang Thép là bạn rất thân của các công trình thế kỷ