3.1. Bài tập Sắt - Cơ bản
Cho m gam kim loại Fe tác dụng với dung dịch HNO3 dư, sau phản ứng thu được 3,36 lít khí NO đo ở đktc [sản phẩm khử duy nhất]. Giá trị m là:
Hướng dẫn:
Fe + 4HNO3 → Fe[NO3]3 + NO + 2H2O 0,15 0,15
⇒ m Fe = 0,15. 56 = 8,4 gam
Bài 2:
Cho 4,368 gam bột Fe tác dụng với m gam bột S. Sau phản ứng được rắn X. Toàn bộ X tan hết trong dung dịch HNO3 loãng dư được sản phẩm khử duy nhất là 0,12 mol NO. Giá trị m là:
Hướng dẫn:
Coi hỗn hợp X gồm Fe và S phản ứng với HNO3
Fe → Fe3+ + 3e
S → S6+ + 6e
N5+ + 3e → N2+
Bảo toàn e: 3nFe + 6nS = 3nNO
⇒ nS = 0,021 mol
⇒ m = 0,672g
Bài 3:
Cho m gam Fe vào bình đựng dung dịch H2SO4 và HNO3 thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp H2SO4 dư vào bình được 0,448 lít NO và dung dịch Y. Trong cả 2 trường hợp đều có NO là sản phẩm khử duy nhất ở kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 2,08 gam Cu không tạo sản phẩm khử N+5. Các phản ứng đều hoàn toàn. Giá trị m là:
Hướng dẫn:
Tổng số mol khí NO sau các phản ứng là: 0,07 mol
Giả sử trong Y có Fe3+ và Fe2+
⇒ bảo toàn e: 3nFe3+ + 2nFe2+ = 3nNO
Lại có: 2Fe3+ + Cu → Cu2+ + 2Fe2+ [Y hòa tan Cu nhưng không có sản phẩm khử của N+5]
⇒ nFe3+ = 2nCu = 0,065 mol ⇒ nFe2+ = 0,0075 mol
⇒ m = 56.[0,065 + 0,0075] = 4,06g
Bài 4:
Cho 6,72 gam bột Fe tác dụng với 384 ml dung dịch AgNO3 1M sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch A và m gam chất rắn. Dung dịch A tác dụng được với tối đa bao nhiêu gam bột Cu?
Hướng dẫn:
nFe = 0,12 mol; \[n_{AgNO_{3}}\] = 0,384 mol
Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag
⇒ Dung dịch sau có: 0,12 mol Fe3+; 0,024 mol Ag+
⇒ 2nCu = nFe3+ + nAg+
⇒ nCu = 0,072 mol
⇒ mCu = 4,608g
3.2. Bài tập Sắt - Nâng cao
Đốt cháy hỗn hợp gồm 2,4g Mg; 4,48g Fe với hỗn hợp X gồm có Cl2 và O2; sau phản ứng chỉ thu được hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua [không có khí dư]. Hòa tan Y vào lượng vừa đủ 120 ml HCl 2M thu được dung dịch Z. Cho AgNO3 dư vào Z thu được 61,01g kết tủa. Phần trăm V của O2 trong X là:
Hướng dẫn:
nMg = 0,1 mol; nFe = 0,08 và nHCl = 0,24. \[\begin{matrix} Mg & - & 2e & \rightarrow & Mg^{2+}\\ 0,1 & & 0,2 & & \\ Fe & - & 3e & \rightarrow & Fe^{3+}\\ 0,08 & & 0,24 & & \\ Cl_2 & + & 2e & \rightarrow & 2Cl^-\\ a & & 2a & & 2a\\ O_2 & + & 4e & \rightarrow & 2O^{2-}\\ b & & 4b & & 2b\\ Ag^+ & + & e & \rightarrow & Ag\\ x & & x & & x\\ 2H^+ & + & O^{2-} & \rightarrow & H_2O\\ 0,24 & & 0,12 & & \end{matrix}\]
nO = 2b = 0,12 ⇒ b = 0,06
Bảo toàn mol e: 2a + 4b + x = 0,2 + 0,24 = 0,44 ⇒ 2a + x = 0,2 Kết tủa gồm: AgCl [2a + 0,24] mol và Ag x mol ⇒ 143,5[2a + 0,24] + 108x = 61,01 ⇒ 287a + 108x = 26,57 ⇒ a = 0,07 và x = 0,06⇒ X gồm 0,07 mol Cl2 và 0,06 mol O2
\[\Rightarrow \%V_{O_2} = 46,15\%\]
Nguyên tử Fe có cấu hình electron: [Ar] 3d64s2.
Sắt có tính khử trung bình. Khi tác dụng với chất oxi hóa yếu, sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.
Với chất oxi hóa mạnh, sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +3.
II. Hợp chất của sắt
1. Hợp chất sắt[II]
Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt[II] là tính khử Fe2+ thành Fe3+. Hợp chất sắt[II] gồm: sắt[II] oxit [FeO], sắt[II] hiđroxit [Fe[OH]2], muối sắt[II].
2. Hợp chất sắt[III]
Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt[III] là tính oxi hóa.Hợpchất sắt[III] gồm: sắt[III] oxit [Fe2O3], sắt[III] hiđroxit [Fe[OH]3], muối sắt[III].
III. Hợp kim của sắt
1. Gang
- Gang là hợp kim của sắt với cacbon trong đó có từ 2 - 5% khối lượng cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S,...
- Sản xuất gang theo nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.
- Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang
2. Thép
- Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 - 2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác [Si, Mn, Cr, Ni,...].
- Sản xuất thép theo nguyên tắc: Giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn,... có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.
Xem thêm Giải Hóa 12: Bài 37. Luyện tập. Tính chất hóa học của sắt và hợp chất của sắt
I. SẮT [II]
Có tính khử: Fe2+ \[ \to\] Fe3+ + 1e và tính oxi hóa : Fe2+ + 2e \[ \to\] Fe
1. Oxit FeO
- Chất rắn màu đen, không có trong tự nhiên, không tan trong nước
- Tác dụng được với axit sinh ra muối sắt [II] còn khi tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh thì thu được muối sắt [III]
3FeO + 10HNO3 → 3Fe[NO3]3 + NO + 5H2O
- Điều chế bằng cách dùng CO hay H2 khử sắt [III] oxit ở 500oC
Fe2O3 + CO \[\xrightarrow{{{t^o}}}\] 2FeO + CO2
2. Hidroxit Fe[OH]2
- Là chất rắn, màu trắng hơi xanh, không tan trong nước.
- Dễ bị oxi hóa thành sắt [III] hiđroxit màu nâu đỏ trong không khí
4Fe[OH]2 + O2 + 2H2O → 4Fe[OH]3
- Có tính bazơ [tác dụng với axit [HCl, H2SO4 loãng] tạo nên muối sắt [II]]
- Điều chế: trong môi trường không có oxi để thu được sản phẩm tinh khiết
3. Muối sắt [II]
- Đa số tan trong nước, khi kết tinh ở dạng ngậm nước.
- Dễ bị oxi hóa thành muối sắt [III]
2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3
- Chú ý: dung dịch muối sắt [II] điều chế được cần dùng ngay, vì trong không khí muối sắt [II] sẽ chuyển dần thành muối sắt [III].
- Điều chế: cho Fe [hoặc FeO, Fe[OH]2] tác dụng với HCl hoặc H2SO4 loãng:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2
- Ứng dụng: muối FeSO4 được dùng làm chất diệt sâu bọ, pha chế sơn, mực nhuộm vải.
II. SẮT [III]
Có tính oxi hóa : tác dụng với một số kim loại, một số hợp chất có tính khử.
Fe3+ + 1e -> Fe2+ hoặc Fe3+ +3e -> Fe
1. Oxit Fe2O3
- Là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước
- Dễ tan trong cả dung dịch axit mạnh
- Ở nhiệt độ cao, Fe2O3 bị CO khử hoặc H2 khử thành Fe.
- Điều chế: qua phản ứng phân hủy sắt [III] hiđroxit ở nhiệt độ cao.
- Sắt [III] oxit tồn tại trong tự nhiên dưới dạng quặng hemantit dùng để luyện gang
2. Hidroxit Fe[OH]3
- Là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung dịch axit tạo muối sắt [III]
2Fe[OH]3 + 3H2SO4 → Fe2[SO4]3 + 6H2O
- Điều chế: cho dung dịch kiềm tác dụng với muối sắt [III].
FeCl3 + 3NaOH → Fe[OH]3 + 3NaCl
3. Muối sắt [III]
- Các muối sắt [III] có tính oxi hóa, dễ bị khử thành muối sắt [II].
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
- Bột đồng tan trong dung dịch muối sắt [III].
Cu + 2FeCl3 [vàng nâu] → CuCl2 + FeCl2
⇒ Dung dịch CuCl2 [màu xanh] và dung dịch FeCl2 [không màu] nên dung dịch thu được có màu xanh.
Sơ đồ tư duy: Hợp chất của sắt
Loigiaihay.com
I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO
- Fe: Z = 26 1s22s22p63s23p63d64s2
=> Sắt nằm ở chu kì 4, nhóm VIIIB, ô số 26.
- Là kim loại chuyển tiếp, có xu hướng nhường 2, 3 electron khi tham gia phản ứng hóa học
- Sắt có 2 kiểu mạng tinh thể là lập phương tâm diện và lập phương tâm khối
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540oC, có D = 7,9 g/cm3.
- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ.
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
1. Tác dụng với phi kim
Fe + S \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] FeS
3Fe + 2O2 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Fe3O4
2Fe + 3Cl2 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] 2FeCl3
2. Tác dụng với axit
- Fe + axit HCl, H2SO4 loãng → muối + H2
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
- Fe + axit có tính OXH mạnh → muối + sản phẩm khử + H2O
Fe + 4HNO3 → Fe[NO3]3 + 2H2O + NO
2Fe + 6H2SO4 → Fe2[SO4]3 + 6H2O + 3SO2
=> Fe thụ động trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội.
3. Tác dụng với dung dịch muối
Fe tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn nó [kim loại đứng sau nó trong dãy hoạt động hóa học]
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Fe + 3AgNO3 [dư] → Fe[NO3]3 + 3Ag
4. Tác dụng với nước
Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước :
3Fe + 4H2O \[\xrightarrow{{{t}^{o}}{{570}^{o}}C}\] FeO + H2
IV. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
- Sắt là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong vỏ trái đất [sau nhôm].
- Một số quặng sắt quan trọng: Quặng hematit đỏ chứa Fe2O3 khan. Quặng hematit nâu chứa Fe2O3.nH2O. Quặng manhetit chứa Fe3O4 , quặng xiđerit chứa FeCO3, quặng pirit sắt chứa FeS2.
- Sắt còn có mặt trong hồng cầu của máu.
Sơ đồ tư duy: Sắt - Fe
Loigiaihay.com