Lý thuyết tính chất hóa học của Sắt, hợp chất và cách điều chế Fe

Kiến thức liên quan:

Lý thuyết tính chất hóa học của Đồng, hợp chất và cách điều chế Cu

Lý thuyết Crom: tính chất hóa học của Crom, hợp chất và cách điều chế

Lý thuyết trọng tâm về sắt, hợp chất và hợp kim của Sắt

A- Sắt

I, Cấu tạo nguyên tử- Vị trí trong bảng tuần hoàn

1, Cấu tạo nguyên tử

26Fe ⇒ Cấu hình e nguyên tử: 1s22s22p63s23p64s23d6 ⇔ ⌊Ar⌋3d64s2

→ Cấu hình e của cation: 26Fe2+:  ⌊Ar⌋3d6

26Fe3+:  ⌊Ar⌋3d5

2, Vị trí trong bảng tuần hoàn: Nguyên tố Sắt thuộc ô thứ 26, chu kì 4, nhóm VIIIB

II, Tính chất vật lí

Sắt là kim loại màu trắng hơi sáng, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.Khác với kim loại khác, sắt có tính nhiễm từ

III, Tính chất hóa học

  • Fe → Fe+2  + 2e
  • Fe → Fe+3  + 3e

a. Tác dụng với phi kim

  • Với O2:                  3Fe + 2O2 –to→ Fe3O4 (FeO.Fe2O3)
  • Với Br2, Cl2, F2:    2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
  • Với S, I2:               Fe + S → FeS

b, Tác dụng với dung dịch axit

  • Với dung dịch HCl, H2SO4l….→ Fe+2

VD: Fe + 2HCl →  FeCl2  + H2↑  ⇔  Fe + 2H+ → Fe2+  + H2

  • Với dung dịch HNO3, H2SO, to:

VD: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑  + 2H2O

2Fe + 6H2SO –to→ Fe2(SO4)3 + 3SO2↑  +  6H2O

  • Fe, Al, Cr thụ động trong axit HNO3, H2SO4 đặc nguội.

c, Tác dụng với dung dịch muối

Fe có thể khử được các ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa của kim loại.

  • Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+
  • 3Ag+  + Feo  →  Fe3+ + 3Ag↓

d, Tác dụng với H2O

  • 3Fe +  4H2Oh –t0<5700C→ Fe3O4 + 4H2
  • Fe + H2Oh –t0>5700C→  FeO + H2

IV, Trạng thái tự nhiên

  • Đơn chất: thiên thạch
  • Hợp chất: dạng quặng

+) Quặng Hematit: đỏ- Fe2O3; nâu- Fe2O3.nH2O.

+) Quặng Manhetit: Fe3O4

+) Quặng Pirit sắt: FeS2

+) Quặng Xidrerit: FeCO3

B- Một số hợp chất quan trọng của Sắt

I, Hợp chất sắt(II):

Đặc trưng: tính khử   Fe0 + 2e ← Fe2+→ Fe3+ + 1e

1, Sắt(II) oxit: FeO

a, Tính chất

  • Tính chất vật lí: FeO là chất rắn, màu đen. Không có sẵn trong tự nhiên
  • Tính chất hóa học:

+) Là oxit bazo

VD: FeO + H2SO4L → FeSO4 + H2O ⇔  FeO + 2H+ → Fe3+ + H2O

+) Vừa khử- vừa oxi hóa

-) Tính khử: FeO + ( HNO3, H2SO,to, O2,…) → Fe3+

VD: 3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O ⇔ 3FeO + 10H+ + NO3 → 3Fe3+ + NO↑ + 5H2O

-) Tính oxi hóa: FeO + CO –to cao→ Fe + CO2

b, Điều chế : Fe2O3 –+ H2, CO(500oC)→ FeO +….

VD: Fe2O3 + CO –500oC→ FeO +   CO2

2, Sắt(II) hidroxit: Fe(OH)2

a, Tính chất: Fe(OH)2 là chất rắn, màu trắng hơi xanh, không tan trong nước.

  • Là bazo yếu: Fe(OH)2 + 2H+ → Fe2+ + H2O
  • Tính khử: Fe(OH)2 + ( O2; HNO3; H2SO, to…) → Fe3+

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

trắng xanh                                             nâu đỏ

2Fe(OH)2  + 4H2SO –to→ Fe2(SO4)3 + SO2 + 6H2O

b, Điều chế: dd Fe2+ + dd bazo

VD: FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO4

3, Muối sắt(II)

a, Các dạng muối tan: FeSO4.7H2O, FeCl2.4H2O

  • Phản ứng trao đổi: Fe2+ + 2NH3 + 2H-OH → Fe(OH)2↓  +  2NH4+
  • Phản ứng oxy hóa khử

1, Tính khử : Fe2+ + (HNO3, H2SO, to, Ag+,…) →Fe3+

VD:   Fe(NO3)3 + AgNO3 → Fe(NO3)3 + Ag↓

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

2, Tính oxi hóa: Fe2+ → Fe0

VD: Mg + FeSO4 → Fe0↓  + MgSO4

b, Các dạng FeS, FeCO3

  • Phản ứng trao đổi: FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑
  • Tính khử: + O2, HNO3, H2SO t0

II, Hợp chất sắt(III)

Tính oxi hóa: Fe3+ + 1e → Fe2+

Fe3+ + 3e → Fe0

1, Sắt(III) oxit: Fe2O3

a, Tính chất

  • Tính chất vật lí: Fe2O3 là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước
  • Tính chất hóa học

+) Là oxit bazo

VD: Fe2O3 + 6H+ → 2Fe3+  + 3H2O ⇔  Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O

+) Là chất oxi hóa: Fe2O3 + H2, CO, C, Al… → Fe

VD: Fe2O3 + 3H2 –t0→ 2Fe +    3H2O

b, Điều chế: 2Fe(OH)3 –t0→    Fe2O3 + 3H2O

2, Hidroxit sắt(III): Fe(OH)3

a, Tính chất

  • Tính chất vật lí: Fe(OH)3 là chất rắn, màu đỏ nâu, không tan trong nước.
  • Là bazo yếu: Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3+ + H2O ⇔ Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + H2O

b, Điều chế: dd Fe3+ + dd bazo

VD: Fe3+ + 3OH → Fe(OH)3↓ ⇔     Fe2(SO4)3 + 6NaOH →  2Fe(OH)3↓+   3Na2SO4

3, Muối sắt(III)

a, Tính chất

  •  Đa số muối sắt(III) tan trong nước, kết tinh dạng ngậm nước

VD: Fe2(SO4)3.6H2O, FeCl3.9H2O

  • Tính chất hóa học

1, Phản ứng trao đổi:

VD: Fe3+ + dd bazo → Fe(OH)3↓ +… ⇔     Fe3+ + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ +  3NH4+

2, Tính oxi hóa

VD: 2FeCl+ Cu →  FeCl2 + CuCl2

b, Điều chế

C- Sơ lược về các hợp kim của Sắt

I, Gang

1, Khái niệm- Phân loại

a, Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt với cacbon trong đó có từ 2-5% khối lượng cacbon, ngoài ra có một lượng nhỏ các nguyên tố Si, S,..

b, Phân loại: 2 loại

  • Gang xám: chứa nhiều C dạng than chì ⇒ Dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa,…
  • Gang trắng: chứa ít C hơn chủ yếu dạng xementit( Fe3C)⇒ Dùng để luyện thép.

2, Sản xuất gang

a, Nguyên tắc: khử oxit sắt thành sắt bằng CO

b, Nguyên liệu: quặng chứa oxit sắt( thường là Hematit Fe2O3)

c, Phản ứng chính trong quá trình tạo gang

  • Phản ứng tạo chất khử: C + O2 –t0→   CO2 ⇒ tạo ∼ 1800oC

CO2 + C –to→ 2CO ∼  1300oC

  • Phản ứng khử oxit sắt

Fe2O3 –+ CO(∼400oC)→ Fe3O4 –+CO(500-600oC)→ FeO–+CO(700-800oC)→ Fe

II, Thép

1, Khái niệm- phân loại

a, Khái niệm: Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01- 2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác Si,S,…

b, Phân loại: 2 nhóm chính

  • Thép thường: Thép mềm; thép cứng
  • Thép đặc biệt

2, Luyện thép

a, Nguyên tắc: oxi hóa C

b, Nguyên liệu: Gang trắng, chất oxi hóa, chất tạo xỉ