[HÓA 9] Bài 19: Sắt

CHƯƠNG 2: KIM LOẠI

Bài 19: Sắt

1. Kiến thức cần nhớ:

• Sắt là kim loại màu trắng xám, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. sắt có tính nhiễm từ (bị nam châm hút).
• Tính chất hoá học :

-Tác dụng với phi kim : O₂, Cl₂,...

-Tác dụng với axit : HCl, H₂SO₄,... (trừ HNO_{3đặc nguội} ; H₂SO_{4 đặc nguội}).

- Tác dụng với dung dịch muối của kim loại kém hoạt động hơn : CuSO₄, AgNO₃,...

• Sắt là kim loại nhiều hoá trị (hoá trị II và hoá trị III).

2. Lý thuyết:

• Kí hiệu hóa học: Fe
• Nguyên tử khối: 56
• Tên gọi: sắt

a) Tính chất vật lý 

• Sắt là kim loại màu trắng hơi xám
• Khối lượng riêng d = 7,9g/cm³
• Nóng chảy ở 1539^oC, có tính nhiễm từ.

b) Tính chất hóa học: 

• Sắt là kim loại đứng trước hidro.
• Sắt là kim loại có hóa trị II và III.

a/ Tác dụng với phi kim.

2Fe +  3Cl₂ ->   2FeCl₃ (sắt (III) clorua)

Fe   +    S  ->  FeS

3Fe  +   2O₂ ->  Fe₃O₄  (oxit sắt từ)

b/ Tác dụng với axit

• Tác dụng với axit HCl, H₂SO₄ loãng giải phóng khí hiđro

Fe  +  2HCl -> FeCl₂ +  H₂

Fe +  4HNO₃ -> Fe(NO₃)₃ +  NO   + 2H₂O

• Tác dụng với axit HNO₃ loãng tạo khí NO

Fe +  4HNO₃ -> Fe(NO₃)₃ +  NO   + 2H₂O

• Sắt tác dụng với HNO₃ đặc nóng, H₂SO₄ đặc nóng tạo thành muối sắt III, không giải phóng H₂ 

Fe + H₂SO_{4đặc,nóng} -> Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe + 6HNO_{3đặc,nóng} -> Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + H₂O

• Fe không tác dụng với axit HNO₃ và  H₂SO₄  đặc nguội.

Chú ý: Ở nhiệt độ thường , trong axit HN0₃ đặc và axit H₂S0₄ đặc, sắt tạo ra lớp oxit bảo vệ kim lọai trở nên “thụ động”, không bị hòa tan.

c/ Tác dụng với muối

Fe  +  CuCl₂  -> FeCl₂  +  Cu

d/ Tác dụng với nước

• Sắt hầu như không có phản ứng với nước lạnh, nhưng nếu cho Fe đi qua hơi nước ở nhiệt độ cao thì Fe khử  H₂O giải phóng H₂
• Khi t⁰C < 570⁰C: 3Fe + 4H₂O -> Fe₃O₄ + 4H₂

• Khi t⁰C > 570⁰C: Fe + H₂O -> FeO + H₂

3.  Điều chế kim loại

• Dùng kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối.

Fe  +  CuCl₂  -> FeCl₂  +  Cu

• Điện phân nóng chảy oxit tương ứng.

      2Al₂O₃  4Al  +  3O₂

• Dùng CO khử oxit tương ứng.

FeO  +  CO  -> Fe  +  CO₂

3. Ví dụ minh họa:

Bài 1:

Sắt có những tính chất hóa học nào ? Viết các phương trình hóa học minh họa.

Giải:

a) Tác dụng với phi kim :

Tác dụng với oxi : 3Fe + 2O₂   Fe₃O₄

Tác dụng với clo : 2Fe + 3Cl₂  2FeCl₃

Lưu ý: Fe tác dụng với clo chỉ cho Fe (III) clorua (không cho Fe(II) clorua).

b) Tác dụng với dung dịch axit: Sắt tác dụng với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng cho muối sắt (II) và giải phóng H₂.

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

Lưu ý: Fe tác dụng với dung dịch HCl chỉ cho Fe (II) clorua (không cho Fe(III) clorua).

Fe không tác dụng với HNO₃ đặc, nguội và H₂SO₄ đặc, nguội.

c) Tác dụng với dung dịch muối:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Sắt tác dụng với dung dịch muối sắt (II) và giải phóng kim loại mới.

Bài 2:

Từ sắt và các hóa chất cần thiết, hãy viết các phương trình hóa học để thu được các oxit riêng biệt: Fe₃O₄, Fe₂O₃ và ghi rõ điều kiện phản ứng, nếu có:

Giải:

Các PTHH:

∗ Fe₃O₄

3Fe + 2O₂  Fe₃O₄

∗ Fe₂O₃

Sơ đồ: Fe ^{+ Cl}₂→ FeCl₃ ^{+ NaOH}→ Fe(OH)₃  Fe₂O₃

2Fe + 3Cl₂  2FeCl₃

FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl

2Fe(OH)₃  Fe₂O₃ + 3H₂O

Bài 3:

Có bột kim loại sắt lẫn tạp chất nhôm. Hãy trình bày phương pháp làm sạch sắt.

Giải:

Cho bột kim loại sắt có lẫn nhôm vào dung dịch NaOH dư, sau khi hết khí bay ra thì lọc ta được Fe:

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂ ↑

Bài 4:

Sắt tác dụng được với chất nào sau đây?

a) Dung dịch muối Cu(NO₃)₂

b) H₂SO₄ đặc, nguội

c) Khí Cl2

d) Dung dịch ZnSO4.

Viết các phương trình hóa học và ghi điều kiện, nếu có:

Giải:

Sắt tác dụng với dung dịch muối Cu(NO₃)₂ (a) và khí Cl₂ (c):

Fe + Cu(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₂ + Cu ↓

(kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối)

2Fe + 3Cl₂  2FeCl₃.

Lưu ý: Sắt bị thụ động hóa trong môi trường H₂SO₄ đặc nguội và HNO₃ đặc nguội.

Bài 5:

Ngâm bột sắt dư trong 10ml dung dịch đồng sunfat 1M. Sau khi phản ứng kết thúc, lọc được chất rắn A và dung dịch B.

a) Cho A tác dụng với dung dịch HCl dư. Tính khối lượng chất rắn còn lại sau phản ứng.

b) Tính thể tích dung dịch NaOH 1M vừa đủ để kết tủa hoàn toàn dung dịch B.

Giải:

a) n_CuSO4 = C_M .V = 1. 0,01 = 0,01 (mol)

PTHH: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu (1)

Chất rắn A gồm sắt dư và đồng, dung dịch B là FeSO₄.

n_Cu = n_CuSO4 = 0,01 mol

PTHH cho A + dd HCl:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑ (2)

Cu + HCl → không phản ứng.

Khối lượng chất rắn còn lại sau phản ứng với HCl chỉ có Cu

m_Cu = 0,01 x 64 = 0,64g.

b) Dung dịch B chỉ có FeSO4:

FeSO₄ + 2NaOH → Fe(OH)₂ ↓ + Na₂SO₄ ( 3)

Theo pt (1) n_FeSO4 = n_CuSO4 = 0,01 mol

Theo pt (3) n_NaOH = 2. n_FeSO4 = 2. 0,01 = 0,02 mol

\[{{V}_{NaOH}}=\frac{n}{{{C}_{M}}}=\frac{0,02}{1}=0,02(l)\]  

4. Bài tập:

Bài 1:

Viết các pthh trong sơ đồ chuyển hóa sau:

Fe -> FeCl₃ -> Fe(OH)₃ -> Fe₂O₃ -> Fe -> Fe₂(SO₄)₃ -> FeSO₄ -> Fe₂(SO₄)₃ -> FeO -> Fe(NO₃)₂

Bài 2:

Hòa tan hết a gam hỗn hợp X gồm Fe và một oxit sắt trong b gam dung dịch H₂SO₄ 9,8% ( lượng vừa đủ), sau phản ứng  thu được dung dịch chứa 51,76 gam hỗn hợp hai muối khan. Mặt khác nếu hòa tan hết a gam X bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thì thu được duy nhất 58 gam muối Fe (III). Xác định b ?

Bài 3:

Khử hoàn toàn 12 gam Fe₂O₃ bằng khí hiđro. Thể tích khí hiđro ở đktc cần dùng là

A. 5,04 lít.

B. 7,56 lít.

C. 10,08 lít.

D. 13,44 lít.

Bài 4:

Cho 200 ml dd HCl có nồng độ 3,5 M hoà tan vừa hết 20 gam hỗn hợp hai oxit CuO và Fe₂O₃. Khối lượng của mỗi oxit có trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là

A. 12 gam và 8 gam.                      B. 8 gam và 12 gam.

C. 16 gam và 4 gam.                      D. 4 gam và 16 gam.

Bài 5:

Cho m gam sắt tác dụng hết với Cl₂ thì thu được 24,375 gam muối. Nếu cho lượng sắt trên tác dụng với dung dịch HCl dư thì thu được bao nhiêu lít H₂ (đktc) ?

Bài 6:

Để 56 gam sắt ngoài không khí một thời gian thì thu được hỗn hợp các chất Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ có khối lượng 64 gam.

a/ Tính khối lượng nguyên tố oxi có trong hỗn hợp các chất.

b/ Viết các pthh khi cho hỗn hợp trên tác dụng với HCl,

Bài 7:

Thổi lượng CO dư qua hỗn hợp A có khối lượng 24 gam gồm CuO và Fe₂O₃ nung nóng, đến khi phản xảy ra hoàn toàn. Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí, sục vào nước vôi trong dư thấy tạo thành 40 gam kết tủa.

a/ Viết các pthh xảy ra.

b/ Tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp A.

Bài 8:

Hoà tan một lượng sắt trong dung dịch HCl vừa đủ, dung dịch sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thấy tạo kết tủa. Nung kết tủa trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 16 gam chất rắn.

a/ Viết các pthh xảy ra.

b/ Tính khối lượng sắt ban đầu.

Bài 9:

Dùng CO dư để khử hoàn toàn 8 gam bột sắt oxit (FexOv) dẫn toàn bộ lượng khí sinh ra đi thật chậm qua lít dung dịch Ba(OH)₂ (vừa đủ) thu được 9,85 gam kết tủa và dung dịch A. Cho A tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH lại thu được 9,85 gam chất kết tủa.

a/ Xác định công thức oxit sắt.

b/ Tính nồng độ dung dịch Ba(OH),.

5. Đáp án:

Bài 1:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

FeCl₃ + 3NaOH → 3NaCl + Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Fe + H₂SO_{4đặc,nóng} -> Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe₂(SO₄)₃ + Fe → Fe SO₄

Fe₂(SO₄)₃   + Fe    3FeSO₄

2Fe+ O₂ ->  2FeO

FeO + 2HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + H₂O

Bài 2:

51,76 gam gồm 2 muối FeSO₄ : x mol và Fe₂(SO₄)₃ : y mol.

Lập hệ :

152x + 400y = 51,76

x + 2y = 58.2/400

=> x = 0,13 mol và y = 0,08 mol

=> Số mol H₂SO₄ p/ ứ = x +3y = 0,37 mol

=> m_{dung dich} = ( 0,37.98.100) / 9,8 gam = 370 gam = b

Bài 3: A                        Bài 4: C

Bài 5:

Pthh :

2Fe + 3Cl₂ 2FeCl₃

Fe + 2HCl -> FeCl₂ + H₂

\[{{n}_{FeC{{l}_{3}}}}=\frac{24,375}{162,5}=0,15(mol)\]

Căn cứ pthh ta có :

n_Fe = n_FeCl3 = 0,15 (mol).

-> n_H2 = n_Fe = 0,15 (mol)

 -> V_H2 =0,15.22,4 = 3,36 (lít).

Bài 6:

a/ m_O = m_hh - m_Fe = 64-56 = 8 (gam).

b/ Fe + 2HCl -> FeCl₂ + H₂ 

FeO + 2HCl -> FeCl₂ + H₂O

Fe₃O4 + 8HCl -> FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

Fe₂O₃ + 6HCl -> FeCl₃ + 3H₂O

Bài 7:

a) Pthh :

3CO + Fe₂O₃ 2Fe + 3CO₂

    x               x

CO + CuO  Cu + CO₂

  y               y

CO₂ + Ca(OH)₂ —> CaCO₃ + H₂O

 3x + y                        3x + y

 

b) nCaCO₃ = 40/100=0,4(gam).

Căn cứ bài ra và các pthh ta có :

160x + 80y = 24

3x + y = 0,4

Giải hệ hai phương trình trên ta được : x= 0,1 ; y = 0,1.

 %Fe₂O₃ = 100% - 33,33% = 66,67%

Bài 8:

a) Pthh :

Fe + 2HCl-> FeCl₂ + H₂

FeCl₂ + 2NaOH -> Fe(OH)₂  + 2NaCl

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O -> 4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ -> Fe₂O₃ + 3H₂O

b) n_Fe2O3 = 16/160=0,1 (mol)

Căn cứ các pthh ta có :

n_Fe = 2. n_Fe2O3=0,2 (mol)

-> m_Fe = 0,2.56 = 11,2 (gam).

Bài 9:

Pthh :

FexOy        +        yCO xFe + yCO₂                      (1)

(56x+16y)                                         y

8                                                        0,15

CO₂ +Ba(OH)₂ -> BaCO₃ +H₂O                                   (2)

0,05   0,05            0,05

2CO₂ + Ba(OH)₂ -> Ba(HCO₃)₂                                    (3)

0,1              0,05            0,05

Ba(HCO₃)₂ +2NaOH -> BaCO₃ +Na₂CO₃ +2H₂O                (4)

0,05                                  0,05

n_l(BaCO3) =9,85/197= 0,05(mol) = n_2(BaCO3)

Căn cứ các pthh ta có :

n_CO2 =0,05 + 0,1 =0,15 (mol) ;

n_Ba(OH)2 =0,05 + 0,05 = 0,1 (mol);

Cãn cứ phương trình (1) :    

\[8y=0,15\left( 56x\text{ }+\text{ }16y \right)=>\frac{x}{y}=\frac{2}{3}\]

Vậy công thức oxit sắt là : Fe₂O₃ ; C_M(Ba(OH)2) = 0,1 (M)

CHÚC CÁC BẠN HỌC THẬT TỐT NHÉ <3

Bài viết gợi ý: