Tài liệu khóa học : Luyện thi ĐH đảm bảo 2011 môn Hóa học – thầy Sơn

SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT

A- ĐƠN CHẤT

I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

1. Vị trí của sắt trong bảng tuần hoàn

Sắt là nguyên tố kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm VIIIB, chu kì 4, số hiệu nguyên tử là 26.

2. Cấu tạo của sắt

Nguyên tử Fe có 26 electron, được phân bố thành 4 lớp : 2e, 8e, 14e, 2e.

Sắt là nguyên tố d, có cấu hình electron nguyên tử : 1s22s22p63s23p63d64s2 hay

viết gọn là [Ar]3d64s2

3d6 4s2

Khi tạo ra các ion sắt, nguyên tử Fe nhường electron ở phân lớp 4s trước phân lớp 3d. Thí dụ :

Nguyên tử Fe nhường 2e ở phân lớp 4s tạo ra ion Fe2+, có cấu hình electron :

Fe2+ : [Ar]3d6 hay [Ar]

3d6 4s

Nguyên tử Fe nhường 2e ở phân lớp 4s và 1e ở phân lớp 3d tạo ra ion Fe3+, có cấu hình

electron :

Fe3+ : [Ar]3d5 hay [Ar]

3d5 4s

Trong hợp chất, Fe có số oxi hoá +2 hoặc +3.

3. Một số tính chất khác của sắt

Bán kính nguyên tử Fe : 0,162 (nm)

Bán kính các ion Fe2+ và Fe3+ : 0,076 và 0,064 (nm)

Năng lượng ion hoá I1, I2, và I3 : 760, 1560, 2960 (kJ/mol)

Độ âm điện : 1,65

Thế điện cực chuẩn : 0,44 (V)

: +0,77 (V)

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540OC, có khối lượng

riêng 7,9 g/cm3. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ.

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - 1 -

Tài liệu khóa học : Luyện thi ĐH đảm bảo 2011 môn Hóa học – thầy Sơn

Từ những đặc điểm về cấu tạo và tính chất, ta có thể nhận biết tính chất hoá học cơ bản của sắt là

tính khử trung bình : Fe có thể bị oxi hoá thành Fe2+ hoặc Fe3+.

1. Tác dụng với phi kim

Fe khử nhiều phi kim thành ion âm trong khi đó Fe bị oxi hoá thành Fe2+ hoặc Fe3+.

Thí dụ : Fe + S FeS

3Fe + 2O2 Fe3O4

2Fe + 3Cl2 2FeCl3

2. Tác dụng với axit

Fe khử dễ dàng ion H+ trong dung dịch axit HCl hoặc H2SO4 loãng thành hiđro đồng thời Fe bị oxi hoá

thành Fe2+ :

Fe + H2SO4 FeSO4 + H2

Khi tác dụng với những axit có tính oxi hoá mạnh,

như HNO3 và H2SO4 đặc nóng, Fe bị oxi hoá mạnh thành ion Fe3+ (hình 7.1) :

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

2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2

Axit HNO3 và H2SO4 đặc nguội không tác dụng với sắt mà còn làm cho sắt trở nên thụ động.

3. Tác dụng với dung dịch muối

Sắt khử được những ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hoá (có thế điện cực chuẩn lớn hơn 0,44

V).

Thí dụ : 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 Fe3O4 + 4H2

Fe + H2O FeO + H2

IV. QUẶNG SẮT

Quặng hematit đỏ chứa Fe2O3 khan.

Quặng hematit nâu chứa Fe2O3.nH2O

Quặng manhetit chứa Fe3O4 là quặng giàu sắt nhất, nhưng hiếm có trong tự nhiên.

Quặng xiđerit chứa FeCO3.

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - 2 -

Tài liệu khóa học : Luyện thi ĐH đảm bảo 2011 môn Hóa học – thầy Sơn

Quặng pirit sắt chứa FeS2.

Quặng sắt dùng để sản xuất gang là manhetit và hematit.

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA SẮT

I. HỢP CHẤT SẮT(II)

1. Tính chất hoá học của hợp chất sắt(II)

a) Hợp chất sắt(II) có tính khử

Khi tác dụng với chất oxi hoá, các hợp chất sắt(II) bị oxi hoá thành hợp chất sắt(III). Trong các

phản ứng này, ion Fe2+ có khả năng nhường 1 electron :

Fe2+ Fe3+ + 1e

Như vậy, tính chất hoá học chung của hợp chất sắt(II) là tính khử. Sau đây là những phản ứng hoá

học minh hoạ cho tính khử của hợp chất sắt(II) :

Sắt(II) oxit bị oxi hoá bởi axit H2SO4 đặc nóng hoặc dung dịch axit HNO3 tạo thành muối sắt(III)

: 3FeO + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO

FeO đã khử một phần HNO3 thành NO.

Sắt(II) hiđroxit bị oxi hoá trong không khí (có mặt oxi và hơi nước) thành sắt(III) hiđroxit :

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

(trắng xanh) (nâu đỏ)

Muối sắt(II) bị oxi hoá thành muối sắt(III) :

2FeCl2 + Cl2 2FeCl3

(lục nhạt) (vàng nâu)

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

(Dung dịch màu tím hồng) (dung dịch màu vàng)

Trong các phản ứng trên, Fe2+ đã khử Cl2 thành ion Cl– hoặc khử thành Mn2+.

b) Oxit và hiđroxit sắt(II) có tính bazơ

Sắt(II) oxit và sắt(II) hiđroxit có tính bazơ. Chúng tác dụng được với axit (HCl, H2SO4 loãng) tạo

thành muối sắt(II).

2. Điều chế một số hợp chất sắt(II)

Sắt(II) oxit có thể được điều chế bằng cách phân huỷ sắt(II) hiđroxit ở nhiệt độ cao trong môi

trường không có không khí :

Fe(OH)2 FeO + H2O

hoặc khử sắt(III) oxit :

Fe2O3 + CO 2FeO + CO2

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - 3 -

Tài liệu khóa học : Luyện thi ĐH đảm bảo 2011 môn Hóa học – thầy Sơn

Sắt(II) hiđroxit được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion của dung dịch muối

sắt(II) với dung dịch bazơ không có không khí (hình 7.4).

FeCl2 + 2NaOH Fe(OH)2 + 2NaCl

Fe2+ + 2OH– Fe(OH)2

Muối sắt(II) được điều chế bằng cách cho sắt hoặc các hợp chất sắt(II) như FeO, Fe(OH)2,... tác dụng với

dung dịch HCl hoặc H2SO4 loãng trong điều kiện không có không khí.

Cũng có thể điều chế muối sắt(II) từ muối sắt(III).

3. Ứng dụng của hợp chất sắt(II)

Muối FeSO4 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)

1. Tính chất hoá học của hợp chất sắt(III)

a) Hợp chất sắt(III) có tính oxi hoá

Khi tác dụng với chất khử, các hợp chất sắt(III) sẽ bị khử thành hợp chất sắt(II) hoặc sắt tự do.

Trong các phản ứng hoá học này, ion Fe3+ có khả năng nhận 1 hoặc 3 electron, tuỳ thuộc vào chất khử

mạnh hay yếu :

Fe3+ + 1e Fe2+

Fe3+ + 3e Fe

Như vậy, tính chất hoá học chung của hợp chất sắt(III) là tính oxi hoá.

Hợp chất sắt(III) oxi hoá nhiều kim loại thành ion dương :

2FeCl3 + Fe 3FeCl2

2FeCl3 + Cu 2FeCl2 + CuCl2

Hợp chất sắt(III) oxi hoá một số hợp chất có tính khử :

2FeCl3 + 2KI 2FeCl2 + 2KCl + I2

b) Oxit và hiđroxit sắt(III) có tính bazơ

Sắt(III) oxit và sắt(III) hiđroxit có tính bazơ. Chúng tác dụng với axit tạo thành muối sắt(III).

2. Điều chế một số hợp chất sắt(III)

Sắt(III) oxit có thể điều chế bằng phản ứng phân huỷ sắt(III) hiđroxit ở nhiệt độ cao :

2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O

Sắt(III) hiđroxit có thể được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion của dung dịch muối sắt(III),

hoặc phản ứng oxi hoá sắt(II) hiđroxit (hình 7.5) :

FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl

Fe3+ + 3OH– Fe(OH)3

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - 4 -

Tài liệu khóa học : Luyện thi ĐH đảm bảo 2011 môn Hóa học – thầy Sơn

Muối sắt(III) có thể được điều chế từ phản ứng của sắt với các chất oxi hoá mạnh như Cl2,

HNO3,

H2SO4 đặc nóng, hoặc phản ứng của các hợp chất sắt(III) với axit :

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 6H2O

Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O

3. Ứng dụng của hợp chất sắt(III)

Muối FeCl3 được dùng làm chất xúc tác trong một số phản ứng hữu cơ.

Fe2(SO4)3 có trong phèn sắt-amoni, tức muối kép sắt(III) amoni sunfat

(NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O (viết gọn là (NH4)Fe(SO4)2.12H2O), được dùng để làm trong nước.

Fe2O3 được dùng để pha chế sơn chống gỉ.

Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn

Nguồn: Hocmai.vn

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - 5 -