Tiêu đề Chuyên Đề 5 - IRON - HOP CHAT CUA IRON - HOP KIM CUA IRON-P1.docx ✅

Chuyên Đề IRON (SẮT) VÀ HỢP CHẤT CỦA IRON. HỢP KIM CỦA IRON Phần A: Lí Thuyết I – VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO - Vị trí : Sắt là nguyên tố kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm VIIIB, chu kì 4, số hiệu nguyên tử là 26. - Cấu hình electron nguyên tử : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ; hoặc viết gọn là [Ar] 3d 6 4s 2 . - Cấu hình electron của ion Fe 2+ : [Ar] 3d 6 - Cấu hình electron của ion Fe 3+ : [Ar] 3d 5 - Số oxi hóa : Trong các hợp chất, sắt có các số oxi hóa là +2, +3.  Cấu tạo đơn chất : Tùy thuộc vào nhiệt, kim loại Fe có thể tồn tại ở mạng tinh thể lập phương tâm khối () hoặc lập phương tâm diện ()  Năng lượng ion hóa : I 1 = 760 (KJ/mol) ; I 2 = 1560 (KJ/mol) ; I 3 = 2960 (KJ/mol).  Bán kính nguyên tử và ion : R (Fe) = 0,162 (nm) ; = 0,076 (nm) ; = 0,064 (nm).  Thế điện cực chuẩn : = –0,44V ; = –0,036V ; = +0,77V. II – TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN Sắt chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ hai trong các kim loại (sau nhôm). Trong tự nhiên, sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất trong các loại quặng, sắt tự do chỉ tìm thấy trong các mảnh thiên thạch. Quặng sắt quan trọng là : quặng hematit đỏ (Fe 2 O 3 khan), quặng hematit nâu (Fe 2 O 3 .nH 2 O), quặng manhetit (Fe 3 O 4 ), quặng xiderit (FeCO 3 ), quặng pirit sắt (FeS 2 ). III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ Sắt là kim loại màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540 o C, có khối lượng riêng 7,9 g/cm 3 . Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ. IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC Sắt là kim loại có tính khử trung bình. Khi tác dụng với chất oxi hóa yếu Fe bị oxi hóa thành Fe 2+ , với chất oxi hóa mạnh Fe bị oxi hóa thành Fe 3+ . Fe Fe 2+ + 2e Fe Fe 3+ + 3e 1. Tác dụng với phi kim - Sắt khử nhiều phi kim thành ion âm, trong khi đó Fe bị oxi hóa thành Fe 2+ hoặc Fe 3+ . Thí dụ : Fe + S ot FeS (xám đen) 3Fe + 2O 2 ot Fe 3 O 4 (nâu đen) FeO.Fe 2 O 3 2Fe + 3Cl 2 ot 2FeCl 3 (nâu đỏ) 2. Tác dụng với acid a) Với acid HCl, H 2 SO 4 loãng Fe khử dễ dàng ion H + trong acid HCl, H 2 SO 4 loãng thành khí H 2 , đồng thời Fe bị oxi hóa thành Fe 2+ .
Fe + 2H +  Fe 2+ + H 2 Fe + H 2 SO 4  FeSO 4 + H 2 b) Với acid HNO 3 , H 2 SO 4 đặc  Sắt bị thụ động hóa trong acid HNO 3 đặc, nguội và H 2 SO 4 đặc, nguội.  Với acid HNO 3 loãng, HNO 3 đặc nóng và H 2 SO 4 đặc nóng, Fe bị oxi hóa mạnh thành Fe 3+ . 2Fe + 6H 2 SO 4 (đặc) ot Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O Fe + 6HNO 3 (đặc) ot Fe(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O Fe + 4HNO 3 (loãng) ot Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O 3. Tác dụng với nước - Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước : 3Fe + 4H 2 O Ctoo570 Fe 3 O 4 + 4H 2 Fe + H 2 O Ctoo570 FeO + H 2 4. Tác dụng với dung dịch muối - Sắt khử được những ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do. Fe + CuSO 4  FeSO 4 + Cu Fe + 3AgNO 3 (dư)  Fe(NO 3 ) 3 + 3Ag BÀI 2: HỢP CHẤT CỦA SẮT I – HỢP CHẤT SẮT (II) - Trong các phản ứng hóa học, ion Fe 2+ dễ nhường 1 electron để trở thành ion Fe 3+ : Fe 2+  Fe 3+ + e Như vậy, tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (II) là tính khử. 1. Sắt (II) oxide, FeO - FeO là chất rắn, màu đen, không tan trong nước và không có trong tự nhiên. - FeO là oxide bazơ, tác dụng với acid HCl, H 2 SO 4 ,... tạo ra muối Fe 2+ . Thí dụ : FeO + 2HCl  FeCl 2 + H 2 O - FeO có tính khử, tác dụng với chất oxi hóa như acid HNO 3 , H 2 SO 4 đặc,... tạo thành muối Fe 3+ . Thí dụ : 2FeO + 4H 2 SO 4 (đặc) ot Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2 + 4H 2 O 3FeO + 10HNO 3 (loãng) ot 3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5H 2 O - FeO có tính oxi hóa, tác dụng với chất khử mạnh như Al, CO, H 2 ,... tạo thành Fe. Thí dụ : FeO + H 2 ot Fe + H 2 O - Điều chế : Nhiệt phân Fe(OH) 2 , khử Fe 2 O 3 , dùng Fe khử H 2 O ở t o > 570 o C,... Thí dụ : Fe(OH) 2 ot FeO + H 2 O Fe 2 O 3 + CO Co600500 2FeO + CO 2
2. Sắt (II) hydroxide, Fe(OH) 2 - Fe(OH) 2 là chất rắn, màu trắng xanh, không tan trong nước. Trong không khí ẩm, Fe(OH) 2 dễ bị oxi hóa trong thành Fe(OH) 3 màu nâu đỏ. 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O  4Fe(OH) 3 - Fe(OH) 2 là hydroxide kém bền, dễ bị phân hủy bởi nhiệt. - Nhiệt phân Fe(OH) 2 không có không khí (không có O 2 ) : Fe(OH) 2 ot FeO + H 2 O - Nhiệt phân Fe(OH) 2 trong không khí (có O 2 ) : 4Fe(OH) 2 + O 2 ot 2Fe 2 O 3 + 4H 2 O - Fe(OH) 2 là một bazơ, tác dụng với acid HCl, H 2 SO 4 loãng,... tạo ra muối Fe 2+ . Thí dụ : Fe(OH) 2 + H 2 SO 4 (loãng)  FeSO 4 + 2H 2 O - Fe(OH) 2 có tính khử, tác dụng với chất oxi hóa như acid HNO 3 , H 2 SO 4 đặc,... tạo thành muối Fe 3+ . Thí dụ : 2Fe(OH) 2 + 4H 2 SO 4 (đặc) ot Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2 + 6H 2 O 3Fe(OH) 2 + 10HNO 3 (loãng) ot 3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 8H 2 O - Điều chế Fe(OH) 2 bằng cách cho muối sắt (II) tác dụng với dung dịch bazơ trong điều kiện không có không khí. Thí dụ : FeCl 2 + 2NaOH  Fe(OH) 2 + 2NaCl 3. Muối sắt (II) - Đa số muối sắt (II) tan trong nước, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước như FeSO 4 .7H 2 O, FeCl 2 .4H 2 O,... - Muối sắt (II) có tính khử, bị các chất oxi hóa mạnh oxi hóa thành muối sắt (III). Thí dụ : 2FeCl 2 + Cl 2  2FeCl 3 (dd màu lục nhạt) (dd màu vàng nâu) 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4  5Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O (dd màu tím hồng) (dd màu vàng nâu) - Điều chế muối sắt (II) bằng cách cho Fe hoặc các hợp chất sắt (II) như FeO Fe(OH) 2 ,... tác dụng với acid HCl, H 2 SO 4 loãng (không có không khí). Dung dịch muối sắt (II) thu được có màu lục nhạt. 4. Ứng dụng của hợp chất sắt (II) Muối FeSO 4 được dùng làm chất diệt sâu bọ có hại cho thực vật, pha chế sơn, mực và dùng trong kĩ nghệ nhuộm vải. II – HỢP CHẤT SẮT (III) - Trong các phản ứng hóa học, tùy thuộc vào chất khử mạnh hay yếu, ion Fe 3+ có khả năng nhận 1 hoặc 3 electron : Fe 3+ + 1e  Fe 2+ Fe 3+ + 3e  Fe - Như vậy, tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hóa.
1. Sắt (III) oxide, Fe 2 O 3 - Fe 2 O 3 là chất rắn, màu đỏ nâu, không tan trong nước. - Fe 2 O 3 là oxide bazơ, tan trong các dung dịch acid mạnh như HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 ,... tạo ra muối Fe 3+ . Thí dụ : Fe 2 O 3 + 6HNO 3  2Fe(NO 3 ) 3 + 3H 2 O - Fe 2 O 3 có tính oxi hóa, tác dụng với chất khử như Al, C, CO, H 2 ,... ở nhiệt độ cao. Thí dụ : Fe 2 O 3 + 2Al ot Al 2 O 3 + Fe Fe 2 O 3 + 3CO ot 2Fe + 3CO 2 - Điều chế Fe 2 O 3 bằng cách nhiệt phân Fe(OH) 3 ở nhiệt độ cao. 2Fe(OH) 3 ot Fe 2 O 3 + 3H 2 O 2. Sắt (III) hydroxide, Fe(OH) 3 - Fe(OH) 3 là chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước. - Fe(OH) 3 là một bazơ, dễ tan trong các dung dịch acid như HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 ,... tạo ra muối Fe 3+ . Thí dụ : 2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4  Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O - Điều chế Fe(OH) 3 bằng cách cho muối sắt (III) tác dụng với dung dịch bazơ. Thí dụ : FeCl 3 + 3NaOH  Fe(OH) 3 + 3NaCl 3. Muối sắt (III) - Đa số muối sắt (III) tan trong nươc, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước như Fe 2 (SO 4 ) 3 .9H 2 O, FeCl 3 .6H 2 O,... - Muối sắt (III) có oxi hóa, dễ bị khử thành muối sắt (II). Thí dụ : Fe + 2FeCl 3  3FeCl 2 (dd màu vàng) (dd màu xanh nhạt) Cu + 2FeCl 3  CuCl 2 + 2FeCl 2 (dd màu vàng) (dd màu xanh) 2FeCl 3 + 2KI  2FeCl 2 + 2KCl + I 2 - Điều chế : Cho Fe tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như Cl 2 , HNO 3 , H 2 SO 4 đặc,... hoặc các hợp chất sắt (III) tác dụng với acid HCl, H 2 SO 4 loãng,... Dung dịch muối sắt (III) thu được có màu vàng nâu. - Nhận biết muối sắt (III) nhờ tác dụng với dung dịch muối kali hoặc muối amoni sunfoxianua (KSCN, NH 4 SCN) để tạo muối sắt (III) sunfoxianua màu đỏ máu: FeCl 3 + 3KSCN ⇌ Fe(SCN) 3 + 3KCl Đối với Fe 2+ và Fe 3+ thì có thể nhận biết qua phức cyanide: Fe 2+ + 6CN -  [Fe(CN) 6 ] 4-  Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Feroxianua xanh Prusse Fe 3+ + 6CN -  [Fe(CN) 6 ] 3-  Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 Feroxianua xanh Turn bull 4. Ứng dụng của hợp chất sắt (III)