O2
t0
+CO
4000C
+CO
600t0C
+CO
8000C
oxi hoá
t p ch tạ ấ
CHUYÊN Đ: S T VÀ H P CH T C A S TỀ Ắ Ợ Ấ Ủ Ắ
S T VÀ H P CH T C A S TẮ Ợ Ấ Ủ Ắ .
Ph n 1ầ. N i dung tr ng tâm:ộ ọ
A. Lý thuy tế: - V trí c a Fe, c u trúc e c a Fe, c a ion t ng ng.ị ủ ấ ủ ủ ươ ứ
- Tính ch t hoá h c c a Fe.ấ ọ ủ
- Tính ch t hoá h c, cách đi u ch c a các h p ch t c a s t: FeO, ấ ọ ề ế ủ ợ ấ ủ ắ Fe2O3, Fe3O4,
Fe(OH)2, Fe(OH)3.
- H p kim c a Fe ( Gang , thép) + S n xu t gang thép. ợ ủ ả ấ
I. C u t o c a Feấ ạ ủ :
56
26 Fe
:1s2 2s2 2p6 3s23p63d6 4s2.
- Qua c u t o l p v e ta th y s t có hai e l p v ngoài cùng ấ ạ ớ ỏ ấ ắ ở ớ ỏ d nh ng hai electron ( l p th 4)ễ ườ ở ớ ứ
này
Fe – 2e- Fe2+ . C u hình electron c a Feấ ủ 2+:
56
26
Fe
:1s2 2s2 2p6 3s23p63d6
- Xét phân l p 3dớ6, đ đt c c u bán bão hoà , phân l p này s cho đi m t electron đ đt 3dể ạ ơ ấ ớ ẽ ộ ể ạ 5.
Fe2+ - 1e- Fe3+ . C u hình electron c a Feấ ủ 3+:
56
26
Fe
:1s2 2s2 2p6 3s23p63d5
Vì th , s t có hai hoá tr là (II) và (III).ế ắ ị
II.Lý tính:R n , có màu tr ng xám, d o , d rèn , d n đi n , nhi t t t (sau Cu, Al), có t tính.ắ ắ ẻ ễ ẫ ệ ệ ố ừ
III.Hoá tính :Có tính kh và s n ph m t o thành có th Feử ả ẩ ạ ể 2+, Fe3+.
a.Ph n ng phi kim trung bình ,y u(S,Iả ứ ế 2,…)
Fe + S t0 FeS
Fe + I2 FeI2
* Ph n ng v i phi kim m nh (Clả ứ ớ ạ 2,Br2. . .)
2Fe + 3Cl2 2FeCl3
2Fe + 3Br2 2FeBr3
-Khi ph n ng v i oxy trong không khí m ho c n c giàu oxy, Fe t o thành Fe(OH)ả ứ ớ ẩ ặ ướ ạ 3:
4Fe + 6H2O + 3O2
o
t
4Fe(OH)3
- Khi đt cháy s t trong không khí :ố ắ
3Fe + 2O2
o
t
Fe3O4
b.Ph n ng axit (khác HNOả ứ 3, H2SO4đ)
Fe + 2HCl FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 loãng FeSO4 + H2
Ph n ng v i HNOả ứ ớ 3 và H2SO4 đcặ
2Fe + 6H2SO4
o
t
Fe2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O.
Fe + 4HNO3 loãng
o
t
Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
c. Ph n ng v i h i Hả ứ ớ ơ 2O nhi t đ caoở ệ ộ :
Fe + H2O
o
t 570oC>
FeO + H2
3Fe + 4H2O
o
t 570oC
Fe3O4 + 4H2
d. Ph n ng v i dung d ch mu i: luôn t o mu i Feả ứ ớ ị ố ạ ố 2+.
Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu Fe + 2FeCl3 3FeCl2
e. Ph n ng v i oxitả ứ ớ : Ch ph n ng CuO.ỉ ả ứ
2Fe + 3CuO
o
t
Fe2O3 + 3Cu.
Chú ý: Fe, Al,( Cr, Ni ) không ph n ng đc v i HNOả ứ ượ ớ 3 đc ngu i và Hặ ộ 2SO4 đc ngu i.ặ ộ
IV. Đi u chề ế:
a. Trong phòng thí nghi mệ: Dùng ph ng pháp th y luy n( dùng kim lo i có tính kh m nh h n Feươ ủ ệ ạ ử ạ ơ
đ ểkh mu i Feử ố 2+, Fe3+).
FeCl2 + Mg Fe + MgCl2. FeCl3 + Al AlCl3 + Fe
b. Trong công nghi pệ: S t đc đi u ch d ng gang thép qua quá trình ph n ng sau đây:ắ ượ ề ế ở ạ ả ứ
Qu ng S t ặ ắ
Fe2O3
Fe3O4
FeO Fe( gang)
Fe( thép).
Tên các qu ng s t: ặ ắ - Hê matic đ: Feỏ2O3 khan. Xiđeric : FeCO3
-Hêmatic nâu: Fe2O3.nH2O Nhóm A Pirit : FeS2. Nhóm B ( mu i)ố
-Manhêtit : Fe3O4. ( Oxit)
- Các qu ng nhóm A không c n oxi hóa giai đo n đu.ặ ở ầ ở ạ ầ
- Các qu ng nhóm B ta ph i oxi hoá gian đo n đu đ t o ra oxit.ặ ở ả ở ạ ầ ể ạ
4FeS2 + 11O2
o
t
2Fe2O3 + 8SO2.
T ng h p : Ph m văn nguyênổ ợ ạ
1
nung trong
chân không
nung trong
không khí
CHUYÊN Đ: S T VÀ H P CH T C A S TỀ Ắ Ợ Ấ Ủ Ắ
4FeCO3 + O2
o
t
2Fe2O3 + 4CO2.
V. H P CH T S TỢ Ấ Ắ :
1. H p ch t Feợ ấ 2+
: Có tính kh và tính oxi hoá ( vì có s oxi hoá trung gian).ử ố
a. Tính kh :ử
Fe2+ Fe3+: 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3.
b. Tính oxi hoá: Fe2+ Fe.
1. FeCl2 + Mg Fe + MgCl2.
2. FeO + CO
o
t
Fe + CO2
3. FeO + H2
o
t
Fe + H2O.
2. H p ch t Feợ ấ 3+
. ( có s oxi hoá cao nh t) nên b kh v Feố ấ ị ử ề 2+ hay Fe thu thu c vào ch t kh m nh hayỳ ộ ấ ử ạ
ch t kh y u.ấ ử ế
a. Fe3+ Fe2+: Cho Fe3+ ph n ng v i kim lo i t Fe cho đn Cu trong dãy ho t đng c a kim lo i.ả ứ ớ ạ ừ ế ạ ộ ủ ạ
2FeCl3 + Fe 3FeCl2.
2FeCl3 + Cu 2FeCl2 + CuCl2.
b. Fe3+ Fe: Cho Fe3+ ph n ng p v i kim lo i t Mg đn Cr ( kim lo i đng tr c Fe : khôngả ứ ứ ớ ạ ừ ế ạ ứ ướ
ph i kim lo i ki m, Ba và Ca).ả ạ ề
FeCl3 + Al AlCl3 + Fe
2FeCl3 + 3Mg 3MgCl2 + 2Fe.
3. M t s h p ch t quan tr ng c a Fe.ộ ố ợ ấ ọ ủ
a. Fe3O4 là m t oxit h n h p c a FeO và Feộ ỗ ợ ủ 2O3, vì th khi ph n ng v i axit ( không ph i là Hế ả ứ ớ ả 2SO4 đc,ặ
hay HNO3) ta l u ý t o c hai mu i Feư ạ ả ố 2+ và Fe3+.
Fe3O4 + 8HCl FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O.
b. Fe(OH)2: k t t a màu tr ng xanh, đ lâu ngoài không khí ho c khi ta khoáy k t t a ngoài không khí thìế ủ ắ ể ặ ế ủ
ph n ng t o t a đ nâu Fe(OH)ả ứ ạ ủ ỏ 3.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O
o
t
4Fe(OH)3.
Khi nung Fe(OH)2 tu theo đi u ki n ph n ng:ỳ ề ệ ả ứ
Fe(OH)2 FeO + H2O.
4Fe(OH)2 + O2 3Fe2O3 + 4H2O
c. Ph n ng v i axit có tính oxi hoá ( HNOả ư ớ 3, H2SO4 đc)ặ
FeO NO
Fe3O3HNO3NO2
Fe(OH)2 + H2SO4
Fe3+ + H2O + SO2
FeCO3………
VI. H P KIM C A S TỢ Ủ Ắ :
1. Gang : Là h p kim s t –cabon và m t s nguyên t khác: Hàm l ng Cacbon t 2% ợ ắ ộ ố ố ượ ừ 5%.
S n xu t Gangả ấ :
* Nguyên t cắ: Kh Fe trong oxit b ng CO nhi t đ cao ( ph ng pháp nhi t luy n).ử ằ ở ệ ộ ươ ệ ệ
Và quá trình này di n ra nhi u giai đo n: Feễ ề ạ 2O3 Fe3O4 FeO CO.
* Các giai đo n s n xu t gangạ ả ấ :
GĐ 1: ph n ng t o ch t khả ứ ạ ấ ử.
- Than c c đc đt cháy hoàn toàn: (1) C + Oố ượ ố 2 CO2 ; (2). CO2 + C
o
t
CO.
GĐ 2: * Oxit Fe b kh b i CO v Feị ử ở ề o
.
(3) CO + 3Fe2O3
o
t
2Fe3O4 + CO2
(4) CO + Fe3O4
o
t
FeO + CO2
(5) CO + FeO
o
t
Fe + CO2.
* Ph n ng t o sả ứ ạ ỉ: ( t o ch t ch y – ch t b o v không cho Fe b oxi hoá).ạ ấ ả ấ ả ệ ị
(6) CaCO3
o
t
CaO + CO2(7) CaO + SiO2
o
t
CaSiO3.
T ng h p : Ph m văn nguyênổ ợ ạ
2
CHUYÊN Đ: S T VÀ H P CH T C A S TỀ Ắ Ợ Ấ Ủ Ắ
GĐ 3:S t o thành gangự ạ :
Fe có kh i l ng riêng l n nên ch y xu ng ph n đáy. S n i trên b m t c a gang có tácố ượ ớ ả ố ầ ỉ ổ ề ặ ủ
d ng b o v Fe ( Không cho Fe b oxi hoá b i oxi nén vào lò).ụ ả ệ ị ở
- tr ng thái nóng ch y: Fe có kh năng hoà tan đc C và l ng nh các nguyên t Mn,Ở ạ ả ả ượ ượ ỏ ố
Si… t o thành gang.ạ
2. Thép: Thép là h p kim Fe – C ( Hàm l ng C : 0,1 ợ ượ 2%).
* S n xu t thépả ấ :
( Trong m t s ng d ng: Tính ch t v t lí c a gang không phù h p khi s n su t các v t d ngộ ố ứ ụ ấ ậ ủ ợ ả ấ ậ ụ
nh dòn, đ c ng cao, d b gãy… Nguyên nhân chính là do t l C, Mn, S, P … trong gang cao vìư ộ ứ ễ ị ỉ ệ
v y c n ph i gi m hàm l ng c a chúng b ng cách oxi hoá C, Mn , P, S… thành d ng h p ch t ,ậ ầ ả ả ượ ủ ằ ạ ợ ấ
Khi hàm l ng c a các t p ch t này th p thì tính ch t v t lí đc thay đi phù h p v i m c đíchượ ủ ạ ấ ấ ấ ậ ượ ổ ợ ớ ụ
s n xu t, h p ch t m i đc g i là thép).ả ấ ợ ấ ớ ượ ọ
* Nguyên t cắ: Oxi hoá các t p ch t có trong gang ( Si, Mn, C, S, P) thành Oxit nh m làmạ ấ ằ
gi m hàm l ng c a chúng.ả ượ ủ
* Các giai đo n s n xu t thépạ ả ấ :
- Nén oxi vào lò s n su t ( Gang, s t thép ph li u) tr ng thái nóng ch y.ả ấ ắ ế ệ ở ạ ả
- * GĐ 1: Oxi cho vào oxi hoá các t p ch t có trong gang theo th t sau:ạ ấ ứ ự
(1) Si + O2
o
t
SiO2
(2) Mn + O2
o
t
MnO2Mn + FeO MnO + Fe
(3) 2C + O2
o
t
2CO CaO + SiO2 CaSiO3
(4) S + O2
o
t
SO23CaO + P2O5 Ca3(PO4)2
(5) 4P + 5O2
o
t
2P2O5.
* Ph n ng t o sả ứ ạ ỉ: ( B o v Fe không b oxi hoá)ả ề ị
CaO + SiO2 CaSiO3
3CaO + P2O5 Ca3(PO4)2
Khi có ph n ng 2Fe + Oả ứ 2 2FeO thì d ng vi c nén khí.ừ ệ
GĐ 2 : Cho ti p Gang có giàu Mn vào.ế
L ng FeO v a m i t o ra s b kh theo ph n ng: ượ ừ ớ ạ ẽ ị ử ả ứ
Mn + FeO
o
t
MnO + Fe.
M c đích: h đn m c th p nh t hàm l ng FeO trong thép.ụ ạ ế ứ ấ ấ ượ
GĐ 3 : Đi u ch nh l ng C vào thép đ đc lo i thép theo đúng ý mu n.ề ỉ ượ ể ượ ạ ố
III. M T S D NG BÀI T P V N D NG Ộ Ố Ạ Ậ Ậ Ụ
1. D ng h n h p s t và các oxit ph n ng v i ch t oxi hóa m nh:ạ ỗ ợ ắ ả ứ ớ ấ ạ
Đ bài: ềCho 11,36 gam h n h p g m Fe, FeO, Feỗ ợ ồ 2O3 và Fe3O4 ph n ng h t v i dung d ch HNOả ứ ế ớ ị 3 loãng
(d ), thu đc 1,344 lít khí NO (s n ph m kh duy nh t, đktc) và dung d ch X. Cô c n dung d ch X thuư ượ ả ẩ ử ấ ở ị ạ ị
đc m gam mu i khan. Tính m ?ượ ố
Phân tích đ:ề Ta coi nh trong h n h p X ban đu g m Fe và O. Nh v y xét c quá trình ch t nh ng eư ỗ ợ ầ ồ ư ậ ả ấ ườ
là Fe ch t nh n e là O và ấ ậ
3
NO
−
. N u chúng ta bi t đc s t ng s mol Fe trong X thì s bi t đc s molế ế ượ ố ổ ố ẽ ế ượ ố
mu i Fe(NOố3)3 trong dung d ch sau ph n ng. Do đó chúng ta s gi i bài toán này nh sau:ị ả ứ ẽ ả ư
Gi i:ả S mol NO = 0,06 mol.ố
G i s mol Fe và O t ng ng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 11,36 (1).ọ ố ươ ứ
Quá trình nh ng và nh n e: ườ ậ
Ch t khấ ử Ch t oxi hóaấ
T ng h p : Ph m văn nguyênổ ợ ạ
3
CHUYÊN Đ: S T VÀ H P CH T C A S TỀ Ắ Ợ Ấ Ủ Ắ
3
3Fe Fe e
+
+
2
2
5
2
3
O e O
N e N O
−
+
+
+
+
T ng electron nh ng: 3x (mol)ổ ườ T ng electron nh n: 2y + (mol)ổ ậ
Áp d ng đnh lu t b o toàn electron ta có: 3x = 2y + (2)ụ ị ậ ả
T (1) và (2) ta có h ừ ệ
56 16 11,36
3 2 0,18
x y
x y
+ =
− =
Gi i h trên ta có x = 0,16 và y = 0,15 ả ệ
Nh v y ư ậ
3 3
( )
0,16
Fe Fe NO
n n= =
mol v y m = 38,72 gam.ậ
V i bài toán này ta cũng có th quy v bài toán kinh đi n: Đt m gam s t sau ph n ng sinh ra 11,36ớ ể ề ể ố ắ ả ứ
gam h n h p g m Fe, FeO, Feỗ ợ ồ 2O3 và Fe3O4 . H n h p này ph n ng h t v i dung d ch HNOỗ ợ ả ứ ế ớ ị 3 loãng (d ), thuư
đc 1,344 lít khí NO (s n ph m kh duy nh t, đktc). ượ ả ẩ ử ấ ở
Chúng ta s tính m r i t suy ra s mol Fe và t đó tính s mol c a s t.ẽ ồ ừ ố ừ ố ủ ắ
Phát tri n bài toán: ể
Tr ng h p 1ườ ợ : Cho nhi u s n ph m s n ph m kh nh NOề ả ẩ ả ẩ ử ư 2, NO ta có v n đt h bình th ng tuy nhiênẫ ặ ệ ườ
ch t nh n e bây gi là HNOấ ậ ờ 3 thì cho 2 s n ph m. ả ẩ
Tr ng h p 2:ườ ợ N u đ ra yêu c u tính th tích ho c kh i l ng c a HNOế ề ầ ể ặ ố ượ ủ 3 thì ta tính s mol d a vào b oố ự ả
toàn nguyên t N khi đó ta s có:ố ẽ
3 3 3 2
ôií
3 ( )
mu Kh
HNO NO NO Fe NO NO
n n n n n n
= + = +
2. D ng đt cháy S t trong không khí r i cho s n ph m ph n ng v i ch t oxi hóa ạ ố ắ ồ ả ẩ ả ứ ớ ấ
Đ bài 1:ề Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau m t th i gian thu đc m gam h n h p X g m Fe,ộ ờ ượ ỗ ợ ồ
FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . H n h p này ph n ng h t v i dung d ch Hỗ ợ ả ứ ế ớ ị 2SO4 đc nóng (d ), thu đc 4,2 lít khíặ ư ượ
SO2 (s n ph m kh duy nh t, đktc). Tính m?ả ẩ ử ấ ở
Phân tích đ: ềS đ ph n ngơ ồ ả ứ
2 2 4
3 4
( ) 2
2 3 2 4 3
,
à Fe du ( )
O kk H SO dn
FeO Fe O SO
Fe Fe O v Fe SO
� �
Fe ph n ng v i Oxi cho 3 s n ph m oxit và l ng s t d , sau đó h n h p oxit này ph n ng v iả ứ ớ ả ẩ ượ ắ ư ỗ ợ ả ứ ớ
H2SO4 đc nóng đa lên s t +3. Trong quá trình Oxi nh n e đ đa v Oặ ư ắ ậ ể ư ề 2- có trong oxit và H2SO4(+6) nh n eậ
đ đa v SOể ư ề 2 (+4).
Nh v y: ư ậ + Kh i l ng oxit s là t ng c a kh i l ng s t và oxi. ố ượ ẽ ổ ủ ố ượ ắ
+ C quá trình ch t nh ng e là Fe ch t nh n là O và Hả ấ ườ ấ ậ 2SO4.
T ng h p : Ph m văn nguyênổ ợ ạ
4
2y
y
x 3x
0,06
0,18
0,18
0,18
y
CHUYÊN Đ: S T VÀ H P CH T C A S TỀ Ắ Ợ Ấ Ủ Ắ
Gi iả:Ta có
2
SO
n = 0,1875 mol
, nFe = 0,225 mol
G i s mol oxi trong oxit là x ta có:ọ ố
Ch t khấ ử Ch t oxi hóaấ
3
3Fe Fe e
+
+
2
2
4 2
2
2
O e O
SO e SO
−
−
+
+
T ng electron nh ng: 0,675 molổ ườ T ng electron nh n: 2x + 0,375 (mol)ổ ậ
Áp d ng đnh lu t b o toàn electron ta có: 0,675 = 2x + 0,375 ụ ị ậ ả
x = 0,15
M t khác ta có: ặ
2
Fe O
m m m
−
= +
nên: m = 12,6 + 0,15x16 = 15 (gam).
ĐS: 15 gam.
Đ Bài 2:ề Nung nóng m gam b t s t ngoài không khí, sau ph n ng thu đc 20 gam h n h p X g m Fe,ộ ắ ả ứ ượ ỗ ợ ồ
FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan h t X trong dung d ch HNOế ị 3 loãng thu đc 5,6 lít h n h p khí Y g m NOượ ỗ ợ ồ
và NO2 có t kh i so v i Hỉ ố ớ 2 là 19. Tính m và th tích HNOể3 1M đã dùng?
Phân tích đ:ề s đ ph n ngơ ồ ả ứ
3
2
2
3 4
( )
2 3
3 3
,
à Fe du ( )
HNOO kk
NO
FeO Fe O
Fe NO
Fe O v Fe NO
� �
+ H n h p X g m Fe và O trong oxit.ỗ ợ ồ
+ Xét c quá trình ta th y ch có Fe nh ng e, Ch t nh n e là Oxi và HNOả ấ ỉ ườ ấ ậ 3 .
+ HNO3 nh n e đ cho NO và NOậ ể 2.
+ S mol HNOố3 ban đu b ng s mol HNOầ ằ ố 3 trong mu i và chuy n v các khí.ố ể ề
Gi i:ả Theo đ ra ta có: ề
2
0,125
NO NO
n n mol
= =
G i s mol Fe và O t ng ng trong X là x và y ta có: 56x + 16y = 20 (1).ọ ố ươ ứ
Quá trình nh ng và nh n e: ườ ậ
Ch t khấ ử Ch t oxi hóaấ
3
3Fe Fe e
+
+
2
4
5
2
2
5
2
1
3
O e O
N e N O
N e N O
−
+
+
+
+
+
+
+
T ng electron nh ng: 3x molổ ườ T ng electron nh n: 2y + 0,125+ 0,125x3 (mol)ổ ậ
T ng h p : Ph m văn nguyênổ ợ ạ
5
2x x
0,225 0,225 x 3
0,1875
0,1875 2x
2y
y
x 3x
0,125
0,125 3x
y
0,125
0,125
