SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT
SẮT
MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA SẮT
Vị trí trong bảng tuần hoàn
Cấu hình e nguyên tử:
[26]Fe: 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
Tính chất vật lí
Sắt có tính nhiễm từ nhưng ở nhiệt độ cao (8000C) sắt mất từ tính. T°nc = 1540°C.
Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng và nhôm.
Tính chất hóa học
Fe là chất khử trung bình. Trong các phản ứng, Fe có thể nhường 2 hoặc 3e:
Fe → Fe3+ + 3e
Fe → Fe2+ + 2e
Các oxit sắt (FeO, Fe3O4, Fe2O3)
Tác dụng với các phi kim
Sắt tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng:
Với halogen → muối sắt (III) halogenua (trừ iot tạo muối sắt II):
2Fe + 3X2 → 2FeX3 (t°)
Thực tế khi giải các bài tập thường gặp trường hợp tạo ra hỗn hợp gồm Fe và các oxit sắt.
- Với S:
Fe + S → FeS (t°)
------Với O2: -------
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (t°)
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 (< 570°C)
Fe + H2O → FeO + H2 (> 570°C)
Tác dụng với dung dịch axit
Với H+ (HCl, H2SO4 loãng... ) → muối sắt (II) + H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2
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.
-Với dung dịch HNO3 loãng → muối sắt (III) + NO + H2O:
Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
- Với dung dịch HNO3 đậm đặc → muối sắt (III) + NO2 + H2O:
Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
- Với dung dịch H2SO4 đậm đặc và nóng → muối sắt (III) + H2O + SO2:
2Fe+ 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Chú 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 → 3Fe³+
Hoặc
2Fe³+ + Cu → 2Fe²+ + Cu²+
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 + AgNO3 dư → Fe(NO3)3 + Ag
FeO
Là chất rắn, đen, không tan trong nước.
Tính chất hoá học:
- Là oxit bazơ:
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2
FeO + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2O
FeO là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh: H2, CO, Al → Fe:
FeO + H2 → Fe + H2O (t0)
FeO + CO → Fe + CO2 (t0)
3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe (t0)
FeO là chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh:
4FeO + O2 → 2Fe2O3
3FeO + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
Điều chế FeO:
FeCO3 → FeO + CO2 (nung trong điều kiện không có không khí)
Fe(OH)2 → FeO + H2O (nung trong điều kiện không có không khí)
Fe3O4 (FeO.Fe2O3)
Là chất rắn, đen, không tan trong nước và có từ tính.
Tính chất hoá học:
+ Là oxit bazơ:
Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 loãng → Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O
Fe3O4 là chất khử:
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
Fe3O4 là chất oxi hóa:
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O (t0)
Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 (t0)
3Fe3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe (t0)
Điều chế: thành phần quặng manhetit
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (t0)
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (< 5700C)
Fe2O3
Là chất rắn, nâu đỏ, không tan trong nước.
Tính chất hoá học:
Là oxit bazơ:
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Là chất oxi hóa:
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (t0)
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (t0)
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (t0)
Điều chế: thành phần của quặng hematit
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (t0)
Các hiđroxit của Fe (Fe(OH)2 và Fe(OH)3)
Fe(OH)2
Là chất kết tủa màu trắng xanh
Là bazơ không tan
Fe(OH)2 → FeO + H2O (nung trong điều kiện không có không khí)
4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3 + 4H2O (nung trong không khí)
Tan trong axit không có tính oxi hóa → muối sắt (II) và nước:
Fe(OH)2 + 2HCl → FeCl2 + 2H2O
Có tính khử (do Fe có mức oxi hóa +2):
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
3Fe(OH)2 + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O
Điều chế:
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 (trong điều kiện không có không khí)
Fe(OH)3
Là chất kết tủa màu nâu đỏ.
Tính chất hoá học:
Là bazơ không tan:
- Bị nhiệt phân:
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
Tan trong axit → muối sắt (III):
Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3HNO3 → Fe(NO3)3 + 3H2O
Điều chế:
Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3
Muối sắt
Muối sắt (II)
Không bền, có tính khử, khi tác dụng với chất oxi hóa tạo thành muối sắt (III).
2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3
3Fe(NO3)2 + 4HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
Chú ý: Các muối sắt (II) không tan như FeCO3, FeS, FeS2 bị đốt nóng trong không khí tạo Fe2O3.
2FeCO3 + 1/2O2 → Fe2O3 + 2CO2
4FeS + 9O2 → 2Fe2O3 + 4SO2
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Muối sắt (III)
Có tính oxi hóa khi tác dụng với chất khử.
2FeCl3 + Cu → CuCl2 + 2FeCl2
Các dung dịch muối sắt (III) có môi trường axit:
Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 + 3H+
LƯU Ý Khi cho muối sắt (III) tác dụng với các kim loại cần lưu ý:
• Nếu kim loại là Na, Ca, K, Ba + H2O → Kiềm + H2.
Kiềm + Fe3+ → Fe(OH)3
• Nếu kim loại không tan trong nước và đứng trước
Fe + Fe3+ → Fe2+ → Fe
• Nếu kim loại là Cu hoặc Fe + Fe3+ → Fe2+
HỢP KIM CỦA SẮT
Gang
Là hợp kim sắt - cacbon trong đó hàm lượng C từ 2 - 5%.
Gang gồm gang xám và gang trắng:
Gang xám: chứa nhiều tinh thể C nên có màu xám; kém cứng và kém giòn hơn gang trắng.
Gang trắng: chứa nhiều tinh thể hợp chất hóa học Fe3C nên có màu sáng. Rất cứng và giòn thường được dùng để luyện thép
Thép
Là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C ít hơn 2%C (theo khối lượng).
Nguyên liệu: tùy theo phương pháp: Gang, sắt, thép phế liệu, chất chảy, không khí nóng, dầu mazut.
Nguyên tắc: khử các tạp chất Mn, Si, Ca, S, P có trong gang.
Các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép:
• C + O2 → CO2
• S + O2 → SO2
• Si + O2 → SiO2
• CaO + SiO2 → CaSiO3 (xỉ)
: 
Sắt ( II ) Sunfat ( FeSO4 )
Sắt ( II ) Nitrat ( Fe(NO3)2)
