Tính chất hoá học của Sắt Fe, bài tập về Sắt - hoá 12 bài 31

Vậy sắt Fe có tính chất hoá học và tính chất vật lý cụ thể như thế nào, cách điều chế sắt ra sao và sắt được ứng dụng vào lĩnh vực nào trong đời sống sản xuất, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Vị trí của Sắt trong bảng HTTH

- Cấu hình e nguyên tử của sắt: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

- Vị trí: Fe thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.

- Cấu hình e của các ion được tạo thành từ Fe:            

Fe²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Fe³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

II. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên của Sắt

1. Tính chất vật lý của Sắt

- Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm.

- Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (800⁰C) sắt mất từ tính. t⁰_nc = 1540⁰C.

- Sắt là kim loại nặng, khối lượng riêng D = 7,86g/cm³.

2. Trạng thái tự nhiên của Sắt

- Là kim loại phổ biến sau nhôm, tồn tại chủ yếu ở các dạng:

 + Hợp chất: oxit, sunfua, silicat...

 + Quặng: hematit đỏ (Fe₂O₃ khan), hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O), manhetit (Fe₃O₄), xiđerit (FeCO_­3) và pirit (FeS₂).

III. Tính chất hoá học của Sắt

- Fe là chất khử trung bình. Trong các phản ứng, Fe có thể nhường 2 hoặc 3e (Fe có hoá trị II hoặc III):

Fe → Fe³⁺ + 3e

Fe → Fe²⁺ + 2e

1. Sắt tác dụng với các phi kim

- Sắt tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng:

a) Sắt tác dụng với halogen → muối sắt (III) halogenua (trừ iot tạo muối sắt II):

+ Phương trình phản ứng tổng quát:

 2Fe + 3X₂  2FeX₃

- Fe tác dụng với Clo: Fe + Cl₂

2Fe + 3Cl₂  2FeCl₃

b) Sắt tác dụng với Oxi O­₂  (Fe + O₂)

 3Fe + 2O₂  Fe₃O₄ 

- Fe₃O₄ là oxit sắt từ, sắt có hoá trị II và hoá trị III

* Lưu ý: Thực tế khi giải các bài tập thường gặp trường hợp tạo ra hỗn hợp gồm Fe và các oxit sắt.

c) Sắt tác dụng với lưu huỳnh S (Fe + S)

 Fe + S  FeS

2. Tác dụng với nước

- Fe không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng mạnh với hơi nước:

 3Fe + 4H₂O  Fe₃O₄ + 4H₂↑

 Fe + H₂O  FeO + H₂↑

3. Sắt tác dụng với dung dịch axit

a) Sắt tác dụng với axit HCl, H₂SO₄ loãng → muối  sắt (II) + H₂↑

- Fe tác dụng với HCl: Fe + HCl 

 Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

- Fe tác dụng với H₂SO₄ : Fe + H₂SO₄

 Fe + H₂SO_4 loãng → FeSO₄ + H₂↑

b) Sắt tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh (HNO₃, H₂SO₄ đậm đặc)

- Fe thụ động với H₂SO₄ đặc nguội và HNO₃ đặc nguội → có thể dùng thùng Fe chuyên chở axit HNO₃ đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội.

- Fe + HNO_3 loãng → muối sắt (III) + NO↑ + H₂O

 Fe + 4HNO_3 loãng → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

- Fe + HNO_{3 đậm đặc} → muối sắt (III) + NO₂↑ + H₂O

 Fe + 6HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

- Fe + H_2­SO_{4 đậm đặc và nóng} → muối sắt (III) + H₂O + SO₂↑

 2Fe+ 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

* Lưu ý: Sản phẩm sinh ra trong phản ứng của Fe với HNO₃ hoặc H₂SO₄ đậm đặc là muối sắt (III) nhưng nếu sau phản ứng có Fe dư hoặc có Cu thì tiếp tục xảy ra phản ứng:

 2Fe³⁺ + Fe → 3Fe²⁺

 Hoặc 2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺

4. Sắt tác dụng với dung dịch muối

- Fe đẩy được những kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối sắt (II) + kim loại.

 Fe + CuCl₂ → Cu + FeCl₂

- Fe tham gia phản ứng với muối Fe³⁺ → muối sắt (II):

 2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂

* Chú ý: Với muối Ag⁺, Fe có thể tham gia phản ứng để tạo thành muối Fe³⁺:

 Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag↓

 Fe(NO₃)₂ + AgNO_3 dư → Fe(NO₃)₃ + Ag↓

IV. Điều chế và ứng dụng của sắt

1. Điều chế sắt bằng 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. Điều chế sắt bằng phương pháp điện phân dung dịch

 2FeSO₄ + 2H₂O -^đpdd→  2Fe  + O₂ + 2H₂SO₄

3. Ứng dụng của sắt

- Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành không thể thay thế được, đặc biệt trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây dựng. Thép là hợp kim nổi tiếng nhất của sắt, ngoài ra còn có một số hình thức tồn tại khác của sắt như:

• Gang thô (gang lợn) chứa 4% – 5% cacbon và chứa một loạt các chất khác như lưu huỳnh, silic, phốt pho.
• Gang đúc chứa 2% – 3.5% cacbon và một lượng nhỏ mangan.
• Thép carbon chứa từ 0,5% đến 1,5% cacbon, với một lượng nhỏ mangan, lưu huỳnh, phốt pho và silic.
• Sắt non chứa ít hơn 0,5% cacbon.
• Các loại thép hợp kim chứa các lượng khác nhau của cacbon cũng như các kim loại khác, như crôm, vanađi, môlipđen, niken, vonfram, v.v.
• Oxít sắt (III) được sử dụng để sản xuất các bộ lưu từ tính trong máy tính. Chúng thường được trộn lẫn với các hợp chất khác, và bảo tồn thuộc tính từ trong hỗn hợp này.

V. Bài tập về Sắt

* Bài 1 trang 141 SGK Hóa 12: Các kim loại nào sau đây đều phản ứng với dung dịch CuCl₂?

A. Na, Mg, Ag.

B. Fe, Na, Mg.

C. Ba, Mg, Hg.

D. Na, Ba, Ag.

>> Giải bài 1 trang 141 SGK Hóa 12

* Bài 2 trang 141 SGK Hóa 12: Cấu hình electron nào sau đây là của Fe³⁺?

A. [Ar]3d⁶.

B. [Ar]3d⁵.

C. [Ar]3d⁴.

D. [Ar]3d³.

>> Giải bài 2 trang 141 SGK Hóa 12

* Bài 3 trang 141 SGK Hóa 12: Cho 3,52 gam một kim loại tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ loãng, thu được 6,84 gam muối sunfat. Kim loại đó là

A. Mg.   B. Zn.

C. Fe.   D. Al.

>> Giải bài 3 trang 141 SGK Hóa 12

* Bài 4 trang 141 SGK Hóa 12: Ngâm một lá kim loại có khối lượng 50 gam 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 :

A. Zn.      B. Fe.

C. Al.       D. Ni.

>> Giải bài 4 trang 141 SGK Hóa 12

* Bài 5 trang 141 SGK Hóa 12: Hỗn hợp A chứa Fe và kim loại M có hóa trị không đổi trong mọi hợp chất. Tỉ lệ số mol của M và Fe trong hỗn hợp là 1 : 3.

Cho 19,2 gam hỗn hợp A tan hết vào dung dịch HCl thu được 8,96 lít khí H₂ Cho 19,2 gam hỗn hợp A tác dụng hết với Cl₂ thì cần dùng 13,32 lít khí Cl₂.

Xác định kim loại M và phần trăm khối lượng các kim loại trong hỗn hợp A. Các thể tích khí đo ở đktc.

>> Giải bài 5 trang 141 SGK Hóa 12