CHUYÊN ĐỀ: LÝ THUYẾT VỀ SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT

CHUYÊN ĐỀ: LÝ THUYẾT VỀ SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT

A. Sắt

I. Cấu tạo, vị trí trong bảng tuần hoàn:

- Cấu hình e nguyên tử: ₂₆Fe: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

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

- Cấu hình e của các ion được tạo thành từ Fe:            

Fe²⁺     1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Fe³⁺     1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

II. Tính chất vật lý:

- Kim loại màu trắng xám, ánh kim, dẻo, dễ rèn

- Có khả năng bị nhiễm từ, bản thân nó có thể bị nam châm hút hoặc tạo ra nam châm.

III. Tính chất hóa học:

- Fe là kim loại có tính khử trung bình tùy thuộc mức độ chất OXH tương tác, sản phẩm thu được có thể là Fe²⁺ hoặc Fe³⁺

c. Dung dịch AgNO_3dư

I. Trạng thái tự nhiên:

1. Dạng tự do: các mảnh thiên thạch

2. Dạng hợp chất

- Quặng sắt:

+ pirit FeS₂

+ manhetit Fe₃O₄

+ hematit nâu Fe₂O₃.nH₂O

 Hematit đỏ Fe₂O₃ khan

+ xiderit FeCO₃

- máu người và động vật

II. Sản xuất Fe

1. Gang

a. Khái niệm:

- là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C từ 2-5% và một số rất ít nguyên tố hóa học khác

b. Sản xuất gang:

- Nguyên liệu:

+ không khí: cung cấp O₂

+ quặng sắt: manhetit hoặc hematit

+ than cốc

+ chất chảy có khả năng phản ứng với các tạp chất trong nguyên liệu sản xuất tạo ra xỉ nổi trên bề mặt gang, bảo vệ gang tránh tiếp xúc với không khí

- Nguyên tắc: dùng khí CO để khử dần oxit sắt có trong quặng

2. Thép

a. Khái niệm

- là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C từ 0,01-2% và một lượng rất ít các nguyên tố hóa học khác

b. Sản xuất thép:

- Nguyên liệu

+ Sắt, thép phế liệu, gang

+ không khí giàu O₂

+ Nhiên liệu: không dùng than cốc mà dùng dầu mazut

+ Chất chảy: thường dùng CaCO₃

- Nguyên tắc: dùng khí O₂ có trong không khí để OXH các nguyên tố tạp chất trong gang nhằm làm giảm các nguyên tố tạp chất này đến hàm lượng mong muốn trong thép

B. CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT

I. Hợp chất của Fe(II)

- Chứa sắt mang số OXH +2

- Gồm FeO, Fe(OH)₂, các muối sắt (II)

1. Tính chất hóa học đặc trưng:

- TCHH đặc trưng của tất cả các hợp chất Fe(II) là tính khử khi tác dụng với chất OXH phù hợp sẽ tạo ra hợp chất Fe(III)

a. FeO

- tác dụng với HNO₃, H₂SO_4đặc, muối NO₃^-/H⁺, O₂

b. Fe(OH)₂

- tác dụng với O₂/H₂O, HNO₃, H₂SO_4đặc, muối NO₃^-/H⁺

c. Muối Fe²⁺ 

- Tác dụng với Ag⁺, HNO₃, H₂SO_4đặc, muối NO₃^-/H⁺, halogen khác I₂, O₂, KMnO₄, K₂Cr₂O₇ 

2. Một số hợp chất Fe²⁺ còn có tính OXH

- khi tác dụng với chất khử

- VD:

3. Ngoài ra các hợp chất Fe²⁺ còn mang những tính chất đặc trưng của nó

a. FeO: oxit bazo không tan, màu đen

- Tác dụng với dung dịch axit mạnh khác HNO₃, H₂SO_4đặc

b. Fe(OH)₂: bazo không tan, màu trắng xanh

- Tác dụng với dung dịch axit mạnh khác HNO₃, H₂SO_4đặc

- Bị nhiệt phân

c. Muối Fe²⁺: tham gia phản ứng trao đổi ion

4. Điều chế hợp chất Fe(II)

- Rất khó, luôn phải trong điều kiện không có không khí, dụng cụ sạch

a. FeO: nhiệt phân FeCO₃/Fe(OH)₂ không có không khí

b. Fe(OH)₂: cho dung dịch muối Fe²⁺ tác dụng với dung dịch kiềm không có không khí

c. Muối Fe²⁺

- FeCl₂, FeSO₄: cho Fe, FeO, Fe(OH)₂ tác dụng với dung dịch HCl, H₂SO_{4 loãng}

- Fe(NO₃)₂: cho Fe dư vào dung dịch Fe(NO₃)₃

Chú ý: Trong thực tế để bảo quản dung dịch Fe²⁺ phải cho một đinh sắt vào dung dịch muối đó

II. Hợp chất Fe(III)

- Chứa ion sắt mang số OXH +3 (cao nhất)

- Gồm Fe₂O₃, Fe(OH)₃, muối Fe³⁺

1. Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất Fe³⁺ là tính OXH

- Tùy thuộc mức độ chất khử tương tác mà sản phẩm thu được có thể là hợp chất Fe²⁺ hoặc Fe³⁺

- tác dụng với chất khử trung bình: I^-, S^2-, kim loại từ Fe đến Cu

2. Mang tính chất vốn có của nó

a. Fe₂O₃: oxit bazo không tan, tác dụng với mọi dung dịch axit mạnh đều thu được sản phẩm là hợp chất Fe³⁺

b. Fe(OH)₃: bazo không tan, màu nâu đỏ

- Khi nhiệt phân hoặc tác dụng với mọi dung dịch axit mạnh đều thu được sản phẩm là hợp chất Fe³⁺

c. Dung dịch muối Fe³⁺

- phản ứng trao đổi ion

3. Điều chế hợp chất Fe³⁺

a. Fe₂O₃:

- nung Fe(OH)₃

- nung Fe(OH)₂ trong không khí

b. Fe(OH)₃:

- cho dung dịch muối Fe³⁺ tác dụng với OH^-

c. Dung dịch muối Fe³⁺

              + Fe₂O₃, Fe(OH)₃ tác dụng với dung dịch HCl

- Fe₂(SO₄)₃

+ Fe hoặc hợp chất của Fe tác dụng với H₂SO_{4 đặc, nóng, dư}

+ Fe₂O₃, Fe(OH)₃ tác dụng với H₂SO₄ loãng

- Fe(NO₃)₃: Fe hoặc hợp chất của Fe tác dụng với dung dịch HNO₃ dư

III. Fe₃O₄ (FeO.Fe₂O₃)

1. Tính khử

- Tác dụng với HNO₃, H₂SO_4đặc, muối NO₃^-/H⁺, O₂

2. Tính oxi hóa

- Tác dụng với CO, H₂, Al, C

3. Tính chất vốn có:

- là oxit bazo hỗn hợp nên khi tác dụng với dung dịch axit mạnh khác HNO₃, H₂SO_4đặc thu được hỗn hợp 2 muối

C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Tính chất vật lí nào dưới đây không phải là tính chất vật lí của sắt:

A. Kim loại nặng, khó nóng chảy

B. Màu vàng nâu, dẻo, dễ rèn

C. Dẫn điện và nhiệt tốt

D. Có tính nhiễm từ

Đáp án: B

Câu 2: Cho phương trình phản ứng:

X + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O .

Có thể có bao nhiêu hợp chất là X chứa 2 nguyên tố thỏa mãn phương trình trên .

A. 4         B. 3    C. 5 D. 2

Đáp án: D

Câu 3: Cho hỗn hợp gồm Fe và Zn vào dung dịch AgNO₃ đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X gồm hai muối và chất rắn Y gồm hai kim loại. Hai muối trong X là:

A. Fe(NO₃)₂ và AgNO₃.

B. AgNO₃ và Zn(NO₃)₂.

C. Zn(NO₃)₂ và Fe(NO₃)₂.

D. Fe(NO₃)₃ và Zn(NO₃)₂.

Đáp án: C

Câu 4: Hoà tan một lượng Fe vào dung dịch H₂SO₄ loãng thấy thoát ra V₁ lít khí H₂. Mặt khác nếu hoà tan cùng một lượng Fe trên vào dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thấy thoát ra V₂ lít khí SO₂ (các thể tích đo ở cùng điều kiện). Mối quan hệ giữa V₁ và V₂ là :

A.V₁ = 2V₂                      B. 2V₁ = V₂

C. V₁ = V₂    D. 3V₁ = 2V₂

Đáp án: D

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn Fe₃O₄ trong dung dịch H₂SO₄ loãng (dư) được dung dịch X₁. Cho lượng dư   bột Fe vào dung dịch X₁ (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X₂ chứa chất tan là:

A. Fe₂(SO₄)₃ và H₂SO₄.        B. FeSO₄.

C. Fe₂(SO₄)₃                            D. FeSO₄ và H₂SO₄.

Đáp án: B

Câu 6: Trong các chất: FeCl₂ , FeCl₃ , Fe(NO₃)₃ , Fe(NO₃)₂ , FeSO₄ , Fe₂(SO₄)₃ . Số chất có cả tính oxi hoá và tính khử là:

A. 2.         B. 5.    C. 3.  D. 4.

Đáp án: D

Câu 7: Cho từng chất: Fe, FeO, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Fe₃O₄, Fe₂O₃, Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃,

FeCO₃ lần lượt phản ứng với HNO₃ đặc, nóng. Số phản ứng thuộc loại phản ứng oxi hoá - khử là

A. 8.          B. 5.     C. 7.  D. 6.

Đáp án: C

Câu 8: Trong phản ứng đốt cháy CuFeS₂ tạo ra sản phẩm CuO, Fe₂O₃ và SO₂ thì một phân tử CuFeS₂ sẽ

A. nhận 12 electron.          B. nhận 13 electron.

C. nhường 12 electron.       D. nhường 13 electron.

Đáp án: D

Câu 9: Phản ứng nào dưới đây tạo thành sản phẩm là muối sắt (II) ?

A. FeSO₄ + Ba(NO₃)₂

B. Fe + HNO₃ loãng

C. Fe + Cl₂

D. Fe(OH)₂ + HNO₃ đặc, nóng

Đáp án: A

Câu 10: Nhúng thanh sắt vào dung dịch CuSO₄. Hiện tượng quan sát được là:

A. Thanh sắt có màu trắng và dung dịch nhạt dần màu xanh

B. Thanh sắt có màu đỏ và dung dịch nhạt dần màu xanh

C. Thanh sắt có màu trắng xám và dung dịch có màu xanh

D. Thanh sắt có màu đỏ và dung dịch có màu xanh

Đáp án: B

Bài viết gợi ý: