Hoá học 12 Bài 31: Sắt

- Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² hay [Ar]3d⁶4s²

- Ô thứ 26, nhóm VIIIB, chu kì 4

- Sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion Fe²⁺ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d để trở thành ion Fe³⁺.

Quan sát Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu  

- Sắt là kim loại màu trắng hơi xám

- Có khối lượng riêng lớn (d = 8,9 g/cm³), nóng chảy ở 1540⁰C. 

- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ.

- Là kim loại có tính khử trung bình.

+ Với chất oxi hoá yếu: Fe → Fe²⁺ + 2e

+ Với chất oxi hoá mạnh: Fe → Fe³⁺ + 3e

a. Tác dụng với phi kim

Sắt phản ứng với Lưu huỳnh: Fe + S → FeS

Sắt cháy trong Oxi: Fe + O₂ → Fe₃O₄

Sắt tác dụng với Clo: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

b. Tác dụng với axit

- Với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng: Fe đưa về sắt (II), H⁺ chuyển thành H₂

_- Thí nghiệm của Sắt trong dung dịch sunfuric loãng: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H_2​

- Với dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng: Fe khử N⁺⁵ hoặc S⁺⁶ trong HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, nóng đến số oxi hoá thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá thành Fe⁺³

+ Thí nghiệm: Sắt trong dung dịch HNO₃ loãng: 

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

+ Lưu ý: Fe bị thụ động bởi các axit HNO₃ đặc, nguội hoặc H₂SO₄ đặc, nguội.

c. Tác dụng với dung dịch muối

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

- Thí nghiệm: Sắt phản ứng với dung dịch Đồng (II) sunfat 

Fe + CuSO₄ →FeSO₄ + Cu

d. Tác dụng với nước

- Hình vẽ mô phỏng thí nghiệm: Sắt khử hơi nước ở nhiệt độ cao

- Phương trình hóa học:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ (đk: < 570^oC)

Fe + H₂O → FeO + H₂ (đk: > 570^oC)

- Chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ trái đất, đứng hàng thứ hai trong các kim loại (sau Al).

- Trong tự nhiên sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất có trong các quặng:

+ quặng manhetit (Fe₃O₄)

+ quặng hematit đỏ (Fe₂O₃)

+ quặng hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O)

+ quặng xiđerit (FeCO₃)

+ quặng pirit (FeS₂)

+ Có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu

+ Có trong các thiên thạch.

Bài 1: Cho m(g) Fe vào dung dịch chứa 1,38 mol HNO₃, đun nóng đến kết thúc phản ứng còn 0,75m (g) chất rắn không tan và có 0,38 mol hỗn hợp khí NO, NO₂ thoát ra ở (dktc). Giá trị của m là:

A. 70        

B. 56        

C. 84        

D. 112

Hướng dẫn giải

Sau phản ứng Fe dư nên chỉ tạo muồi Fe(NO₃)₂.

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Fe + 2Fe(NO₃)₃ → 3Fe(NO₃)₂

Áp dụng sự bảo toàn khối lượng (số mol) N ta có:

nN _{(trong HNO3}) = nN _{trong Fe(NO3})₂ + nN _{trong NO,NO2}

Hay: 1,28 = 2. n_Fe(NO3)₂ + 0,38

n_Fe(NO3)₂ = 0,5 mol = n_Fe phản ứng

Vậy: m_Fe = 0,5.56 = m - 0,75m ⇒ m = 112 (g)

Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO₃, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H₂ bằng 19. Giá trị của V là.

A. 2,24        

B. 5,60        

C. 3,36        

D.4,48

Hướng dẫn giải

Như vậy đề bài cho axit dư nên 2 muối thu được là Fe³⁺ và Cu²⁺

Gọi x là số mol Fe và Cu ta có: 56x + 64 x = 12 ⇒ x = 0,1 mol

Fe → Fe³⁺ + 3e

0,1                0,3

Cu → Cu²⁺ + 2e

0,1                 0,2

Mặt khác:

Đặt x, y là số mol của NO và NO₂ thì 30x + 46 y = 38 (x+ y) ⇒ x = y

n_{e nhận} = 3x + y = 4x, n_{e cho} = 0,5 ⇒ 4x = 0,5.

Vậy x = 0,125 mol

V = 0,125.2. 22.4= 5,6 lít (đáp án B)

Hãy dùng 2 thuốc thử tự chọn để có thể phân biệt được các kim loại sau: Al, Fe, Mg, Ag. Trình bày cách nhận biết và viết các phương trình hóa học.

Hướng dẫn giải

Có thể chọn 2 thuốc thử là axit HCl và dung dịch kiềm NaOH

- Lấy vào mỗi ống nghiệm một ít bột kim loại đã cho.

- Nhỏ vào mỗi ống nghiệm một ít dung dịch HCl.

Ở ống nghiệm nào không có hiện tượng gì xảy ra đó là ống đựng kim loại Ag. Phản ứng xảy ra ở các ống nghiệm còn lại.

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

- Nhỏ từ từ dung dịch kiềm vào ống nghiệm chứa các dung dịch muối vừa thu được.

Ở ống nào thấy có kết tủa tạo thành rồi lại tan ra thì đó là ống chứa muối nhôm.

AlCl₃ + 3NaOH → 3NaCl + Al(OH)₃↓

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Ở ống nào thấy có kết tủa màu trắng xanh, sau đó dần dần hóa nâu thì đó là ống chứa muối sắt, ta nhận ra kim loại sắt.

FeCl₂ + 2NaOH → 2NaCl + Fe(OH)₂↓ (trắng xanh)

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

Ở ống nào thấy có kết tủa màu trắng không bị biến đổi thì đó là ống chứa muối magie, ta nhậ ra kim loại Mg.

MgCl₂ + 2NaOH → 2NaCl + Mg(OH)₂↓ (trắng)

Ngâm một lá kim loại có khối lượng 50g trong dung dịch HCl. Sau khi thu được 336ml khí H₂ (đktc) thì khối lượng lá kim loại giảm 1,68%. Kim loại đó là kim loại nào?

A. Zn        

B. Fe        

C. Al        

D. Ni

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Khối lượng kim loại phản ứng là

mKL = (1,68%.50) : 100% = 0,84 gam

Số mol H₂ là n_H2 = 0,336/22,4 = 0,015 (mol)

M + nHCl → MCl_n + nH₂

Số mol của M là

nM = 2/n.nH₂ = (2.0,015) : n = 0,03/n (mol)

M = 0,84 : (0,03/n) = 28n → M = 28n → n = 2, M = 56 → M là Fe

Viết phương trình hóa học của các phản ứng trong quá trình chuyển đổi sau:

FeS₂ → Fe₂O₃ → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → FeO → FeSO₄ → Fe

Hướng dẫn giải

(1) 4FeS₂ + 11O₂ −^tº→ 2Fe₂O3 + 8SO₂ ↑

(2) Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

(3) FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl

(4) 2Fe(OH)₃ −^tº→ Fe₂O₃ + 3H₂O

(5) Fe₂O₃ + H₂ −^tº→ 2FeO + H₂O

(6) FeO + H₂SO₄(l) → FeSO₄ + H₂O

(7) FeSO₄ + Mg → MgSO₄ + Fe

Câu 1: Cho m gam kim loại Fe tác dụng với dung dịch HNO₃ dư, sau phản ứng thu được 3,36 lít khí NO đo ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m là?

Câu 2: Cho 4,368 gam bột Fe tác dụng với m gam bột S. Sau phản ứng được rắn X. Toàn bộ X tan hết trong dung dịch HNO₃ loãng dư được sản phẩm khử duy nhất là 0,12 mol NO. Giá trị m là?

Câu 3: Cho m gam Fe vào bình đựng dung dịch H₂SO₄ và HNO₃ thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp H₂SO₄ dư vào bình được 0,448 lít NO và dung dịch Y. Trong cả 2 trường hợp đều có NO là sản phẩm khử duy nhất ở kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 2,08 gam Cu không tạo sản phẩm khử N⁺⁵. Các phản ứng đều hoàn toàn. Giá trị m là?

Câu 4: Cho 6,72 gam bột Fe tác dụng với 384 ml dung dịch AgNO₃ 1M sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch A và m gam chất rắn. Dung dịch A tác dụng được với tối đa bao nhiêu gam bột Cu?

Câu 5: Đốt cháy hỗn hợp gồm 2,4g Mg; 4,48g Fe với hỗn hợp X gồm có Cl₂ và O₂; sau phản ứng chỉ thu được hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua (không có khí dư). Hòa tan Y vào lượng vừa đủ 120 ml HCl 2M thu được dung dịch Z. Cho AgNO₃ dư vào Z thu được 61,01g kết tủa. Phần trăm V của O₂ trong X là?

Câu 1: Sắt tác dụng với H₂O ở nhiệt độ cao hom 570 °C thì tạo ra H₂ và sản phẩm rắn là

A. FeO.    

B. Fe₃O₄.   

C. Fe₂O₃.    

D. Fe(OH)₂.

Câu 2: Phản ứng xảy ra khi đốt cháy sắt trong không khí là

A. 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄.    

B. 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.

C. 2Fe + O₂ → 2FeO.    

D. tạo hỗn hợp FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄.

Câu 3: Chất nào dưới đây phản ứng với Fe tạo thành hợp chất Fe(II) ?

A. Cl₂    

B. dung dịch HNO₃ loãng

C. dung dịch AgNO₃ dư    

D. dung dịch HCl đặc

Câu 4: Dãy các phi kim nào sau đây khi lấy dư tác dụng với Fe thì chỉ oxi hoá Fe thành Fe(III)?

A. Cl₂, O₂, S    

B. Cl₂, Br₂, I₂    

C. Br₂, Cl₂, F₂   

D. O₂, Cl₂, Br₂

Câu 5: Nung hỗn hợp gồm 0,3 mol Fe và 0,2 mol S cho đến khi kết thúc phản ứng thu được chất rắn A. Cho A tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được khí B. Tỉ khối của B so với không khí là:

A. 0,8045    

B. 0,7560    

C. 0,7320    

D. 0,9800

Sau bài học cần nắm:

• Vị trí của Sắt trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
• Cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế.
• Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Sắt.