Trả lời nhanh
Sắt (Fe) là kim loại có nhiều hóa trị, phổ biến nhất là hóa trị II và hóa trị III. Fe thể hiện hóa trị II khi tác dụng với chất oxi hóa yếu như HCl, H2SO4 loãng, lưu huỳnh, muối đồng. Fe thể hiện hóa trị III khi gặp chất oxi hóa mạnh như khí clo, HNO3 dư, H2SO4 đặc nóng.
Sắt có những hóa trị nào?
Khác với Na hay Al chỉ có một hóa trị cố định, sắt là kim loại chuyển tiếp nên có nhiều số oxi hóa. Trong chương trình phổ thông, em chỉ cần nhớ hai hóa trị chính: II (ion Fe2+) và III (ion Fe3+). Hóa trị VI chỉ gặp ở muối ferat (K2FeO4), thường không xuất hiện trong bài tập cơ bản.
| Hóa trị II | Hóa trị III |
|---|---|
| FeO, Fe(OH)2 | Fe2O3, Fe(OH)3 |
| FeCl2, FeSO4, Fe(NO3)2 | FeCl3, Fe2(SO4)3, Fe(NO3)3 |
| FeS, FeCO3 | Fe2(SO4)3, FePO4 |
Riêng Fe3O4 (oxit sắt từ) là trường hợp đặc biệt: có thể viết gọn là FeO·Fe2O3, nghĩa là chứa đồng thời Fe(II) và Fe(III) theo tỉ lệ 1 : 2.
Vì sao sắt có hai hóa trị?
Nguyên tử Fe có cấu hình electron [Ar]3d64s2. Khi phản ứng, Fe nhường trước 2 electron ở lớp 4s và trở thành Fe2+. Nếu gặp chất oxi hóa đủ mạnh, Fe2+ nhường thêm 1 electron 3d để thành Fe3+ có cấu hình 3d5 (phân lớp d bán bão hòa nên khá bền).
Vì vậy, chất oxi hóa càng mạnh thì càng “lấy” được nhiều electron của sắt, đẩy sắt lên hóa trị III.
Quy tắc xác định hóa trị của Fe trong phản ứng
Fe lên hóa trị II
- Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
- Fe + H2SO4 (loãng) → FeSO4 + H2↑
- Fe + S → FeS (đun nóng)
- Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
- Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2 (Fe dư khử muối sắt III)
Fe lên hóa trị III
- 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (đun nóng, khói nâu đỏ)
- Fe + 4HNO3 (loãng, dư) → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
- 2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
Trường hợp “dễ nhầm”
- 3Fe + 2O2 → Fe3O4 (đốt trong oxi): sản phẩm chứa cả Fe(II) và Fe(III).
- Fe + HNO3 dư cho muối sắt III, nhưng Fe dư + HNO3 lại cho muối sắt II vì Fe dư tiếp tục khử Fe3+: Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2.
- Fe nguội bị thụ động trong HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội, nên không có phản ứng.
Mẹo nhớ nhanh
- “Yếu II, mạnh III”: chất oxi hóa yếu cho Fe(II), chất oxi hóa mạnh cho Fe(III).
- Axit không có tính oxi hóa mạnh (HCl, H2SO4 loãng) chỉ oxi hóa Fe bằng ion H+, nên chỉ ra Fe2+.
- Nhóm halogen: Cl2, Br2 cho FeX3; riêng I2 yếu hơn nên cho FeI2.
- Gặp “Fe dư” thì cuối cùng thường ra muối sắt II; gặp “oxi hóa mạnh dư” thì ra muối sắt III.
Lỗi sai thường gặp
- Viết Fe + HCl → FeCl3 + H2. Sai, đúng phải là FeCl2.
- Cho rằng Fe3O4 có hóa trị Fe là 8/3 và dùng như hóa trị thật. Đây chỉ là giá trị trung bình, thực tế là hỗn hợp Fe(II) và Fe(III).
- Quên cân bằng điện tích khi viết công thức: Fe(III) kết hợp với gốc SO4 (hóa trị II) cho Fe2(SO4)3, không phải FeSO4.
Bài tập luyện tập
Bài 1. Lập công thức hóa học của hợp chất tạo bởi Fe(III) và nhóm OH.
Đáp án: Fe(OH)3, vì 1 nguyên tử Fe hóa trị III kết hợp với 3 nhóm OH hóa trị I.
Bài 2. Cho Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng. Viết phương trình và cho biết hóa trị của sắt trong muối.
Đáp án: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑; sắt hóa trị II.
Bài 3. Đốt 5,6 g Fe trong khí Cl2 dư. Tính khối lượng muối thu được.
Đáp án: n(Fe) = 0,1 mol; 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 nên n(FeCl3) = 0,1 mol; m = 0,1 × 162,5 = 16,25 g.
Em có thể xem thêm cách viết phản ứng giữa sắt với muối sắt III tại Fe + Fe2(SO4)3.
Câu hỏi thường gặp
Fe hóa trị mấy?
Sắt có hai hóa trị phổ biến là II và III. Hóa trị cụ thể phụ thuộc vào chất mà sắt tác dụng cùng: chất oxi hóa yếu cho Fe(II), chất oxi hóa mạnh cho Fe(III).
Fe tác dụng với HCl cho muối sắt mấy?
Cho muối sắt II: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2. Ion H+ trong HCl chỉ là chất oxi hóa yếu nên không đưa sắt lên hóa trị III.
Fe3O4 có hóa trị mấy?
Fe3O4 là hỗn hợp FeO·Fe2O3 nên chứa cả Fe(II) và Fe(III) theo tỉ lệ 1 : 2, không có một hóa trị duy nhất.
Khi nào Fe tạo muối sắt III?
Khi sắt tác dụng với chất oxi hóa mạnh và chất này dư, ví dụ Cl2, HNO3 dư hoặc H2SO4 đặc nóng dư.