Chương 7. Sắt và Một số kim loại quan trọng

Chi tiết

Chuyên mục: Chương 7. Sắt và Một số kim loại quan trọng

Được viết ngày Thứ hai, 16 Tháng 3 2015 22:21

Viết bởi Nguyễn Văn Đàm

A. SẮT

I. Vị trí trong bảng tuần hoàn

– Cấu hình e nguyên tử : 26F e : 1 s22s22p63s23p63d64s2 .

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

– Cấu hình e của những ion được tạo thành từ Fe :
Fe2 + 1 s22s22p63s23p63d6
Fe3 + 1 s22s22p63s23p63d5

II. Tính chất vật lí

– Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi ; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm .
– Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao ( 8000C ) sắt mất từ tính. T0nc = 15400C .

III. Trạng thái tự nhiên

Là sắt kẽm kim loại thông dụng sau nhôm, sống sót đa phần ở những dạng :
– Hợp chất : oxit, sunfua, silicat …
– Quặng : hematit đỏ ( Fe2O3 khan ), hematit nâu ( Fe2O3. nH2O ), manhetit ( Fe3O4 ), xiđerit ( FeCO ­ 3 ) và pirit ( FeS2 ) .

IV. Tính chất hóa học

Fe là chất khử trung bình. Trong những phản ứng, Fe hoàn toàn có thể nhường 2 hoặc 3 e :
Fe → Fe3 + + 3 e
Fe → Fe2 + + 2 e

1. Tác dụng với các phi kim

Sắt tính năng với hầu hết những phi kim khi đun nóng :
– Với halogen → muối sắt ( III ) halogenua ( trừ iot tạo muối sắt II ) :
2F e + 3X2 → 2F eX3 ( t0 )
– Với O ­ 2 :
3F e + 2O2 → Fe3O4 ( t0 )
Thực tế khi giải những bài tập thường gặp trường hợp tạo ra hỗn hợp gồm Fe và những oxit sắt .
– Với S :
Fe + S → FeS ( t0 )

2. Tác dụng với nước

– Fe không công dụng với nước ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng mạnh với hơi nước :
3F e + 4H2 O → Fe3O4 + 4H2 ( < 5700C ) Fe + H2O → FeO + H2 ( > 5700C )

3. Tác dụng với dung dịch axit

a. Với H + ( HCl, H2SO4 loãng … ) → muối sắt ( II ) + H2
Fe + 2HC l → FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2
b. Tác dụng với những axit có tính oxi hóa mạnh ( HNO3, H2SO4 đậm đặc )
– Fe thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội → hoàn toàn có thể dùng thùng Fe chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội .
– Với dung dịch HNO3 loãng → muối sắt ( III ) + NO + H2O :
Fe + 4HNO3 loãng → Fe ( NO3 ) 3 + NO + 2H2 O
– Với dung dịch HNO3 đậm đặc → muối sắt ( III ) + NO2 + H2O :
Fe + 6HNO3 → Fe ( NO3 ) 3 + 3NO2 + 3H2 O
– Với dung dịch H2 ­ SO4 đậm đặc và nóng → muối sắt ( III ) + H2O + SO2 :
2F e + 6H2 SO4 → Fe2 ( SO4 ) 3 + 3SO2 + 6H2 O

Chú ý: Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc là muối sắt (III) nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

2F e3 + + Fe → 3F e3 +
Hoặc
2F e3 + + Cu → 2F e2 + + Cu2 +

4. Tác dụng với dung dịch muối

– Fe đẩy được những sắt kẽm kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối sắt ( II ) + sắt kẽm kim loại .
Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2
– Fe tham gia phản ứng với muối Fe3 + → muối sắt ( II ) :
2F eCl3 + Fe → 3F eCl2

Chú ý: Với muối Ag+, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối Fe3+:

Fe + 2A gNO3 → Fe ( NO3 ) 2 + 2A g
Fe ( NO3 ) 2 + AgNO3 dư → Fe ( NO3 ) 3 + Ag

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA SẮT

I. Các oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3)

1. FeO 

– Là chất rắn, đen, không tan trong nước .
– Tính chất hoá học :
+ Là oxit bazơ :
FeO + 2HC l → FeCl2 + H2
FeO + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2O
+ FeO là chất oxi hóa khi công dụng với những chất khử mạnh : H2, CO, Al → Fe :
FeO + H2 → Fe + H2O ( t0 )
FeO + CO → Fe + CO2 ( t0 )
3F eO + 2A l → Al2O3 + 3F e ( t0 )
+ FeO là chất khử khi công dụng với những chất có tính oxi hóa mạnh :
4F eO + O2 → 2F e2O3
3F eO + 10HNO3 loãng → 3F e ( NO3 ) 3 + NO + 5H2 O
– Điều chế FeO :
FeCO3 → FeO + CO2 ( nung trong điều kiện kèm theo không có không khí )
Fe ( OH ) 2 → FeO + H2O ( nung trong điều kiện kèm theo không có không khí )

2. Fe3O4 (FeO.Fe2O3)

– Là chất rắn, đen, không tan trong nước và có từ tính .
– Tính chất hoá học :
+ Là oxit bazơ :
Fe3O4 + 8HC l → 2F eCl3 + FeCl2 + 4H2 O
Fe3O4 + 4H2 SO4 loãng → Fe2 ( SO4 ) 3 + FeSO4 + 4H2 O
+ Fe3O4 là chất khử :
3F e3O4 + 28HNO3 → 9F e ( NO3 ) 3 + NO + 14H2 O
+ Fe3O4 là chất oxi hóa :
Fe3O4 + 4H2 → 3F e + 4H2 O ( t0 )
Fe3O4 + 4CO → 3F e + 4CO2 ( t0 )
3F e3O4 + 8A l → 4A l2O3 + 9F e ( t0 )
– Điều chế : thành phần quặng manhetit
3F e + 2O2 → Fe3O4 ( t0 )
3F e + 4H2 O → Fe3O4 + 4H2 ( < 5700C )

3. Fe2O3

– Là chất rắn, nâu đỏ, không tan trong nước .
– Tính chất hoá học :
+ Là oxit bazơ :
Fe2O3 + 6HC l → 2F eCl3 + 3H2 O
Fe2O3 + 3H2 SO4 → Fe2 ( SO4 ) 3 + 3H2 O
Fe2O3 + 6HNO3 → 2F e ( NO3 ) 3 + 3H2 O

+ Là chất oxi hóa:        

Fe2O3 + 3H2 → 2F e + 3H2 O ( t0 )
Fe2O3 + 3CO → 2F e + 3CO2 ( t0 )
Fe2O3 + 2A l → Al2O3 + 2F e ( t0 )
– Điều chế : thành phần của quặng hematit
2F e ( OH ) 3 → Fe2O3 + 3H2 O ( t0 )

II. Các hiđroxit của Fe (Fe(OH)2 và Fe(OH)3)

1. Fe(OH)2

– Là chất kết tủa màu trắng xanh .
– Là bazơ không tan :
+ Bị nhiệt phân :
Fe ( OH ) 2 → FeO + H2O ( nung trong điều kiện kèm theo không có không khí )
4F e ( OH ) 2 + O2 → 2F e2O3 + 4H2 O ( nung trong không khí )
+ Tan trong axit không có tính oxi hóa → muối sắt ( II ) và nước :
Fe ( OH ) 2 + 2HC l → FeCl2 + 2H2 O
+ Có tính khử ( do Fe có mức oxi hóa + 2 ) :
4F e ( OH ) 2 + O2 + 2H2 O → 4F e ( OH ) 3
3F e ( OH ) 2 + 10HNO3 loãng → 3F e ( NO3 ) 3 + NO + 8H2 O
– Điều chế :
Fe2 + + 2OH – → Fe ( OH ) 2 ( trong điều kiện kèm theo không có không khí )

2. Fe(OH)3

– Là chất kết tủa màu nâu đỏ .
– Tính chất hoá học :
+ Là bazơ không tan :
* Bị nhiệt phân :
2F e ( OH ) 3 → Fe2O3 + 3H2 O
* Tan trong axit → muối sắt ( III ) :
Fe ( OH ) 3 + 3HC l → FeCl3 + 3H2 O
Fe ( OH ) 3 + 3HNO3 → Fe ( NO3 ) 3 + 3H2 O
– Điều chế :
Fe3 + + 3OH – → Fe ( OH ) 3

III. Muối sắt

1. Muối sắt (II)

Không bền, có tính khử, khi công dụng với chất oxi hóa tạo thành muối sắt ( III ) .
2F eCl2 + Cl2 → 2F eCl3
3F e ( NO3 ) 2 + 4HNO3 → 3F e ( NO3 ) 3 + NO + 2H2 O
2F eSO4 + 2H2 SO4 đặc nóng → Fe2 ( SO4 ) 3 + SO2 + 2H2 O
10F eSO4 + 2KM nO4 + 8H2 SO4 → 5F e2 ( SO4 ) 3 + K2SO4 + 2M nSO4 + 8H2 O
6F eSO4 + K2Cr2O7 + 7H2 SO4 → 3F e2 ( SO4 ) 3 + K2SO4 + Cr2 ( SO4 ) 3 + 7H ­ 2O

Chú ý: Các muối sắt (II) không tan như FeCO3, FeS, FeS2 bị đốt nóng trong không khí tạo Fe2O3.

2F eCO3 + 50% O2 → Fe2O3 + 2CO2
4F eS + 9O2 → 2F e2O3 + 4SO2
4F eS2 + 11O2 → 2F e2O3 + 8SO2

2. Muối sắt (III)         

– Có tính oxi hóa khi công dụng với chất khử .
2F eCl3 + Cu → CuCl2 + 2F eCl2
2F eCl3 + 2KI → 2F eCl2 + 2KC l + I2
2F eCl3 + H2S → 2F eCl2 + 2HC l + S
– Các dung dịch muối sắt ( III ) có thiên nhiên và môi trường axit :
Fe3 + + 3H2 O ↔ Fe ( OH ) 3 + 3H +
– Khi cho muối sắt ( III ) tính năng với những sắt kẽm kim loại cần chú ý quan tâm :
+ Nếu sắt kẽm kim loại là Na, Ca, K, Ba + H2O → Kiềm + H2. Kiềm + Fe3 + → Fe ( OH ) 3
+ Nếu sắt kẽm kim loại không tan trong nước và đứng trước Fe + Fe3 + → Fe2 + → Fe
+ Nếu sắt kẽm kim loại là Cu hoặc Fe + Fe3 + → Fe2 +
– Các muối sắt ( III ) bị thủy phân trọn vẹn trong thiên nhiên và môi trường kiềm :
2F eCl3 + 3N a2CO3 + 3H2 O → 2F e ( OH ) 3 + 6N aCl + 3CO2 ­

C. HỢP KIM CỦA SẮT

I. Gang

– Là kim loại tổng hợp sắt – cacbon trong đó hàm lượng C từ 2 – 5 % .
– Gang gồm gang xám và gang trắng :
+ Gang xám : chứa nhiều tinh thể C nên có màu xám ; kém cứng và kém giòn hơn gang trắng .
+ Gang trắng : chứa nhiều tinh thể hợp chất hóa học Fe3C nên có màu sáng. Rất cứng và giòn thường được dùng để luyện thép .
– Luyện gang :
* Nguyên liệu :
+ Quặng sắt : phân phối Fe ( phải chứa trên 30 % Fe, chứa ít S, P. ) .
+ Chất chảy : CaCO3 ( nếu quặng lẫn silicat ) hoặc SiO2 ( nếu quặng lẫn đá vôi ) để làm giảm nhiệt độ nóng chảy và tạo xỉ .
+ Không khí giàu oxi và nóng : để tạo chất khử CO và sinh nhiệt .
+ Than cốc ( tạo chất khử CO ; tạo nhiệt và tạo gang ) .
* Các phản ứng xảy ra trong lò cao khi luyện gang :
+ Phản ứng tạo chất khử .
C + O2 → CO2
CO2 + C → 2CO
+ Phản ứng khử Fe2O3 .
CO + 2F e2O3 → Fe3O4 + CO ­ 2
Fe3O4 + CO → 3F eO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
+ Phản ứng tạo xỉ .
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + SiO2 → CaSiO3

II. Thép

– Là kim loại tổng hợp của Fe và C trong đó hàm lượng C ít hơn 2 % C ( theo khối lượng ) .
– Nguyên liệu : tùy theo chiêu thức : Gang, sắt, thép phế liệu, chất chảy, không khí nóng, dầu mazut .
– Nguyên tắc : khử những tạp chất Mn, Si, Ca, S, P. có trong gang .
– Các phản ứng xảy ra trong quy trình luyện thép :
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2 ­
Si + O2 → SiO2
CaO + SiO2 → CaSiO3 ( xỉ )
Hochoaonline. net mời những bạn vận dụng lí thuyết để làm những bài tập tìm hiểu thêm sau :

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Giáo dục