Luyện thi Đại học môn Hóa: Sắt và hợp chất của sắt (Kit 1

Khóa học LTĐH KIT-1: Môn Hóa học (Thầy Phạm Ngọc Sơn) Sắt và hợp chất của sắt

SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Giáo viên: PHẠM NGỌC SƠN Đây là tài liệu tóm lược các kiến thức đi kèm với bài giảng “Sắt và hợp chất của sắt” thuộc Khóa học LTĐH KIT– 1: Môn Hóa học (Thầy Phạm Ngọc Sơn) tại website Hocmai.vn. Để có thể nắm vững kiến thức phần “Sắt và hợp

chất của sắt”, Bạn cần kết hợp xem tài liệu cùng với bài giảng này.

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

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

A- ĐƠN CHẤT I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO 1. Vị trí của sắt trong bảng tuần hoàn 2. Cấu tạo của sắt 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]

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

3d5 4s 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)

Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540OC, có khối lượng riêng 7,9

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

Fe khử nhiều phi kim thành ion âm trong khi đó Fe bị oxi hoá thành Fe 2+ hoặc Fe3+. II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ g/cm3. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ. III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC trung bình : Fe có thể bị oxi hoá thành Fe2+ hoặc Fe3+. 1.Tác dụng với phi kim

Thí dụ : Fe + S FeS

3Fe + 2O2 Fe3O4

2Fe + 3Cl2 2FeCl3

FeSO4 + H2 Fe + H2SO4

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+ : 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) :

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - Trang | 1 - Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12

Khóa học LTĐH KIT-1: Môn Hóa học (Thầy Phạm Ngọc Sơn) Sắt và hợp chất của sắt

Fe(NO3)3 + 2H2O + NO Fe + 4HNO3 2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2

FeSO4 + Cu Thí dụ : Fe + CuSO4 Fe + 3AgNO3 (dư) Fe(NO3)3 + 3Ag

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). 4. Tác dụng với nước Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2

Fe + H2O FeO + H2

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. Quặng pirit sắt chứa FeS2. Quặng sắt dùng để sản xuất gang là manhetit và hematit.

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,

Fe3+ + 1e Fe2+ 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

IV. QUẶNG SẮT 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 ion Fe2+ có khả năng nhường 1 electron : 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.

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

2FeCl3 2FeCl2 + Cl2 (lục nhạt) (vàng nâu)

+Sắt(II) hiđroxit bị oxi hoá trong không khí (có mặt oxi và hơi nước) thành sắt(III) hiđroxit : (trắng xanh) +Muối sắt(II) bị oxi hoá thành muối sắt(III) : 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O (dung dịch màu vàng) (Dung dịch màu tím hồng)

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

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

Sắt(II) oxit có thể được điều chế bằng cách phân huỷ sắt(II) hiđroxit ở nhiệt độ cao trong môi trường không b) Oxit và hiđroxit sắt(II) có tính bazơ sắt(II). 2. Điều chế một số hợp chất sắt(II) có không khí :

Fe(OH)2 FeO + H2O hoặc khử sắt(III) oxit :

Fe2O3 + CO 2FeO + CO2 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 Fe2+ + 2OH– Fe(OH)2 + 2NaCl 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.

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt - Trang | 2 - Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12

Khóa học LTĐH KIT-1: Môn Hóa học (Thầy Phạm Ngọc Sơn) Sắt và hợp chất của sắt

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

Muối FeSO4 được dùng làm chất diệt sâu bọ có hại cho thực vật, pha chế sơn, mực và dùng trong kĩ nghệ

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

Fe2+ Fe Như vậy, tính chất hoá học chung của hợp chất sắt(III) là tính oxi hoá.

3FeCl2 2FeCl2 + CuCl2

2FeCl2 + 2KCl + I2

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

3. Ứng dụng của hợp chất sắt(II) 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 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 Fe3+ + 3e + Hợp chất sắt(III) oxi hoá nhiều kim loại thành ion dương : 2FeCl3 + Fe 2FeCl3 + Cu + Hợp chất sắt(III) oxi hoá một số hợp chất có tính khử : 2FeCl3 + 2KI b) Oxit và hiđroxit sắt(III) có tính bazơ 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

Fe(OH)3 + 3NaCl Fe(OH)3 FeCl3 + 3NaOH + 3OH– Fe3+ Muối sắt(III) có thể được điều chế từ phản ứng của sắt với các chất oxi hoá mạnh như Cl2, HNO3,

ứng oxi hoá sắt(II) hiđroxit (hình 7.5) : H2SO4 đặc nóng, hoặc phản ứng của các hợp chất sắt(III) với axit : Fe2(SO4)3 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O

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

Fe2O3 được dùng để pha chế sơn chống gỉ.