Lý thuyết về sắt (Có bài tập áp dụng)

 SẮT

I.Tính chất vật lý

-Sắt là kim loại, màu trắng xám, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhưng kém nhôm

-Sắt có tính nhiễm từ (bị nam châm hút và sắt cũng có thể nhiễm từ trở thành nam châm)

-Sắt là kim loại nặng, khối lượng riêng 7,86g/cm³, nóng chảy ở nhiệt độ 1539⁰C

-Sắt dẻo nên dễ rèn

II.Tính chất hóa học

Sắt là kim loại có hóa trị II và III.

1. Tác dụng với phi kim

Ở điều kiện thường không có hơi ẩm, sắt không tác dụng với những nguyên tố phi kim điển hình như oxy, lưu huỳnh, clo, brom vì có màng mỏng oxit bảo vệ. Khi đun nóng sắt tác dụng với hầu hết phi kim. Sắt tinh khiết bền trong không khí và nước. Ngược lại, sắt có chứa tạp chất bị ăn mòn dưới tác dụng của hơi ẩm, khí cacbonic và oxy ở trong không khí tạo nên gỉ sắt.

a) Tác dụng với oxi.

3Fe + 20₂ → Fe₃0₄ (oxit sắt từ, sắt có hóa trị II và III)

b) Tác dụng với phi kim khác.

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Ngoài oxi và lưu huỳnh, sắt có thể tác dụng được với nhiều phi kim khác như Cl₂, Br₂,… tạo thành muối

2. Tác dụng với dung dịch axit:

- Sắt tác dụng với HCl, H₂S0₄ loãng tạo thành muối sắt (II) và giải phóng H₂.

Fe + 2HCl → FeCl₂, + H₂

Chú ý: Ở nhiệt độ thường , trong axit HN0₃ đặc và axit H₂S0₄ đặc, sắt tạo ra lớp oxit bảo vệ kim lọai trở nên “thụ động”, không bị hòa tan.

- Sắt tác dụng với HNO₃ đặc nóng, H₂SO₄ đặc nóng tạo thành muối sắt III, không giải phóng H₂

          Fe + H₂SO_{4đặc,nóng}  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

          Fe + 6HNO_{3đặc,nóng}  Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + H₂O

3. Tác dụng với dung dịch muối

- Sắt tác dụng với dung dịch muối của những kim loại kém hoạt động hơn, tạo thành dung dịch muối sắt và giải phóng kim loại trong muối

Fe + CuS0₄ -> FeS0₄ + Cu 

4. Tác dụng với nước

Sắt hầu như không có phản ứng với nước lạnh, nhưng nếu cho Fe đi qua hơi nước ở nhiệt độ cao thì Fe khử  H₂O giải phóng H₂

   Khi t⁰C < 570⁰C:

            3Fe + 4H₂O  Fe₃O₄ + 4H₂

   Khi t⁰C > 570⁰C:

             Fe + H₂O  FeO + H₂

III.Điều chế sắt

1.Phương pháp nhiệt luyện

Khử oxit sắt bằng các chất khử (Al, C, CO, H₂) ở nhiệt độ cao, dùng để điều chế sắt trong công nghiệp

               Fe₃O₄ + 4CO  3Fe + 4CO₂

               Fe₂O₃ + 3H₂    2Fe + 3H₂O

               Fe₂O₃ + 2Al     2Fe + Al₂O₃

2.Phương pháp điện phân dung dịch

               2FeSO₄ + 2H₂O  2Fe  + O₂ + 2H₂SO₄

IV. Bài tập vận dụng

Bài 1: Viết các pthh trong sơ đồ chuyển hóa sau:

Fe  FeCl₃  Fe(OH)₃  Fe₂O₃  Fe  Fe₂(SO₄)₃  FeSO₄  Fe₂(SO₄)₃

FeO Fe(NO₃)₂

Bài 2: Oxi hóa chậm m gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được 12 gam hỗn hợp X ( Fe , FeO , Fe₂O₃ ,Fe₃O₄ ). Để hòa tan hết X , cần vừa đủ 300 ml dung dịch HCl 1M , đồng thời giải phóng 0,672 lít khí ( đktc ). Tính m ? 

Bài 3: Hòa tan hỗn hợp gồm sắt và 1 oxit của sắt cần vừa đủ 0,1 mol H₂SO₄ đặc ; thoát ra 0,224 lít SO₂ ( đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được bao nhiêu gam muối khan ?

Bài 4: Hòa tan hết a gam hỗn hợp X gồm Fe và một oxit sắt trong b gam dung dịch H₂SO₄ 9,8% ( lượng vừa đủ), sau phản ứng  thu được dung dịch chứa 51,76 gam hỗn hợp hai muối khan. Mặt khác nếu hòa tan hết a gam X bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thì thu được duy nhất 58 gam muối Fe (III). Xác định b ?

Bài 5: Cho m gam Fe tan vừa đủ trong dung dịch hỗn hợp HCl và FeCl₃ thu được dung dịch X chỉ chứa một muối duy nhất và 5,6 lít H₂ ( đktc ). Cô cạn dung dịch X thu được 85,09 gam muối khan. m nhận giá trị nào ?

V. Đáp án

Bài 1:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

FeCl₃ + 3NaOH → 3NaCl + Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ → Fe₂0₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Fe + H₂SO_{4đặc,nóng}  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe₂(SO₄)₃ + Fe → Fe SO₄

Fe₂(SO₄)₃   + Fe    3FeSO₄

          2Fe+ O₂   2FeO

          FeO + 2HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + H₂O

Bài 2:

n_khí = n_H­2 = 0,672/22,4= 0,03 mol .

    Ta có : n_H+(HCl)= n_{H+(hoà tan oxit )} + n_{H+(khí )}  

=> 0,3 = n_{H+(hoà tan oxit )} + 2.0,03

=> n_{H+(hoà tan oxit )} = 0,24 mol

               n_O(oxit) = ½ n_{H+(hoà tan oxit )}= 0,12 mol 

=> m = m_X– m_O(oxit) = 12 – 0,12.16 = 10,08 gam

Bài 3:

BTNT S : n_{H2SO4 p/u}  = n_SO4(muoi)  + n_SO2 

=> n_{SO4(trong muoi)}  = 0,1 – 0,01 = 0,09 mol

    Fe₂(SO₄)_3­  à 3SO₄²      

      0,03   ß        0,09

=> m_muoi = 0,03.400 = 12 gam

Bài 4:

51,76 gam gồm 2 muối FeSO₄ : x mol và Fe₂(SO₄)₃ : y mol.

      Lập hệ : 152x + 400y = 51,76 và x + 2y = 58.2/400 (BTNT Fe trong Fe₂(SO₄)_3­  )

        => x = 0,13 mol và y = 0,08 mol

=> Số mol H₂SO₄ p/ ứ = x +3y = 0,37 mol

        => m_{dung dich} = ( 0,37.98.100) / 9,8 gam = 370 gam = b

Bài 5:

∑n_FeCl2 = 0,67 mol 

           Fe + 2HCl à FeCl₂ +  H₂     (1)       

0,25ß                 0,25 ß  0,25              

Fe + 2FeCl₃ à 3FeCl₂ ( 2 )

          0,14 ß         ( 0,67 – 0,25 = 0,42 )    

            =>   ∑n_Fe = 0,25 + 0,14 = 0,39 mol

=> m = 0,39.56 = 21,84 gam