Chuyên đề luyện thi Hóa học 12 năm 2023 cực hay - Phần 7: Sắt và hợp chất của sắt

CHƯƠNG 7: SẮT VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI QUAN TRỌNG
BÀI 15: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT Mục tiêu  Kiến thức
+ Chỉ ra được vị trí, cấu hình electron lớp ngoài cùng, tính chất vật lý của sắt.
+ Trình bày được tính chất hoá học của sắt: tính khử trung bình (tác dụng với oxi, lưu huỳnh, clo,
nước, dung dịch axit, dung dịch muối).
+ Phân tích được tính khử của hợp chất sắt(II) và tính oxi hóa của hợp chất sắt(III).
+ Nêu được thành phần của gang và thép.
+ Trình bày được nguyên tắc điều chế và ứng dụng của sắt và một số hợp chất của sắt.  Kĩ năng
+ Viết được phương trình hóa học và phương trình ion thu gọn minh họa tính chất hóa học của
sắt và hợp chất của sắt...
+ Nhận biết được ion Fe2+, Fe3+ trong dung dịch.
+ Phân biệt được một số đồ dùng bằng gang, thép.
+ Giải các bài tập hóa học có liên quan như: xác định kim loại dựa vào số liệu thực nghiệm, tính
phần trăm khối lượng kim loại hoặc oxit kim loại trong hỗn hợp, tính khối lượng quặng...

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM A. SẮT
1. Vị trí trong bảng tuần hoàn Cấu hình: Fe : [Ar]3d64s2.
→ Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.
2. Tính chất vật lí
Kim loại màu trắng, hơi xám, khối lượng riêng lớn.
Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Có tính nhiễm từ.
3. Tính chất hóa học Tính khử trung bình.
Ví dụ: Fe + S FeS • Tác dụng với phi kim: 3Fe + 2O2 Fe3O4
Ở nhiệt độ cao, sắt khử được nguyên tử phi kim 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 thành ion âm. • Tác dụng với axit:
Ví dụ: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
HCl, H2SO4 loãng + Fe → Muối Fe2+ + H2
Ví dụ: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
HNO3, H2SO4 đặc, nóng + Fe → Muối Fe3++ SPK + Chú ý: Fe bị thụ động hóa trong HNO3 đặc, nguội H2O
và H2SO4 đặc, nguội.
Ví dụ: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu • Tác dụng với muối:
Fe chỉ khử được những ion kim loại đứng sau nó
trong dãy điện hóa (theo quy tắc α).
4. Trạng thái tự nhiên
Kim loại phổ biến thứ hai, sau Al.
Tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất (quặng). Ví dụ:
Quặng hematit đỏ: Fe2O3 khan.
Quặng hematit nâu: Fe2O3.nH2O.
Quặng manhetit: Fe3O4 (giàu sắt nhất, hiếm).
Quặng xiđerit: FeCO3. Quặng pirit: FeS2.
Sắt còn có mặt trong hemoglobin (hồng cầu của máu) → Vận chuyển oxi.
B. HỢP CHẤT CỦA SẤT 1. Hợp chất Fe (II)
Tính khử đặc trưng: Fe2+ → Fe3+ + e


• FeO: Chất rắn, màu đen, không có trong tự nhiên. Là oxit bazơ.
Ví dụ: FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O Có tính khử.
Ví dụ: FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O Điều chế: Dùng H2 hay CO khử Fe2O3.
Ví dụ: Fe2O3 + CO 2FeO + CO2
Nhiệt phân Fe(OH)2 trong điều kiện không có không khí. Fe(OH)2 FeO + H2O
• Fe(OH)2: Chất rắn, màu trắng hơi xanh, không tan trong nước. Có tính bazơ.
Ví dụ: Fe(OH)2 + 2HCl → FeCl2 + 2H2O Có tính khử.
Ví dụ: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓
Điều chế: Cho muối sắt(II) tác dụng với dung dịch kiềm Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2↓
• Muối Fe(II): Đa số tan trong nước.
Ví dụ: 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3 Có tính khử.
Chú ý: Muối sắt(II) điều chế được phải dùng ngay
Điều chế: Cho Fe (hoặc FeO, Fe(OH)2) tác dụng vì để trong không khi sẽ chuyển dần thành muối
với axit HCl hoặc H2SO4 loãng. sắt(III).
2. Hợp chất Fe (III)
Tính oxi hóa đặc trưng: Fe3+ + 1e → Fe2+
• Fe2O3: Chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước. Là oxit bazơ.
Ví dụ: Fe2O3 + 6HCl → FeCl3 + 3H2O Có tính oxi hóa.
Ví dụ: Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
Điều chế: Phân hủy Fe(OH)3. 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O
• Fe(OH)3: Chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước. Có tính bazơ.
Ví dụ: 2Fe(OH)3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Điều chế: Cho muối sắt(III) tác dụng với dung dịch kiềm. Fe3+ + 3OH– → Fe(OH)3↓
• Muối Fe(III): Đa số đều tan trong nước. Có tính oxi hóa.
Ví dụ: 2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
C. HỢP KIM CỦA SẮT

1. Gang
• Gang là hợp kim của sắt với cacbon trong đó có
từ 2 - 5% khối lượng cacbon, ngoài ra còn một
lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S... • Phân loại:
Gang xám: chứa cacbon ở dạng than chì,
dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước.
Gang trắng: chứa ít cacbon hơn ở dạng
xementit (Fe3C), dùng để luyện thép.
• Nguyên tắc sản xuất: Khử quặng oxit bằng than cốc trong lò cao. 2. Thép
• Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 - 2% khối
lượng của cacbon cùng với một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni...)
Ví dụ: Vòng bi, vở xe bọc thép • Phân loại:
Thép mềm: chứa không quá 0,1% C, dùng Ví dụ: Thép chứa 13% Mn rất cứng được dùng làm
để kéo sợi, chế tạo vật dụng trong đời sống và xây máy nghiền đá. dựng nhà cửa.
Thép cứng: chứa trên 0,9% C, dùng để chế
tạo công cụ, chi tiết máy.
Thép đặc biệt: đưa thêm một số nguyên tố
làm cho thép có những tính chất đặc biệt.
• Nguyên tắc sản xuất: Giảm hàm lượng các tạp
chất C, S, Si, Mn, ... có trong gang bằng cách oxi
hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA SẮT
Vị trí trong bảng tuần hoàn
+ Sắt thuộc ô 26, nhóm VIIIB, chu kì 4 trong bảng tuần hoàn.
+ Số oxi hóa trong hợp chất: +2, +3.
Trạng thái tự nhiên
+ Sắt là kim loại phổ biến sau Al.
+ Trong tự nhiên, sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất.
Fe2O3 khan: Quặng hematit đỏ.