Sắt (Fe): Tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng và cách điều chế

3.6 K

Tailieumoi.vn biên soạn và giới thiệu các kiến thức trọng tâm về Sắt (Fe) bao gồm định nghĩa, tính chất vật lí, tính chất hóa học, ứng dụng và cách điều chế của sắt, giúp học sinh ôn tập và bổ sung kiến thức cũng như hoàn thành tốt các bài kiểm tra môn Hóa học. Mời các bạn đón xem:

Sắt (Fe): Tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng và cách điều chế

I. Định nghĩa Sắt (Fe) là gì?

- Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26. Sắt là nguyên tố có nhiều trên Trái Đất, cấu thành lớp vỏ ngoài và trong của lõi Trái Đất.

- Kí hiệu: Fe

- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 hoặc [Ar]3d64s2

- Số hiệu nguyên tử: 26

- Khối lượng nguyên tử: 56 g/mol

- Vị trí trong bảng tuần hoàn

   + Ô: số 26

   + Nhóm: VIIIB

   + Chu kì: 4

- Đồng vị: sắt có nhiều đồng vị như 55Fe, 56Fe, 58Fe, 59Fe

- Độ âm điện: 1,83

II. Tính chất vật lí & nhận biết của Sắt (Fe)

1. Tính chất vật lí:

   - Sắt là kim loại màu trắng hơi xám, dẻo, dai, dễ rèn, nhiệt độ nóng chảy khá cao (1540oC)

   - Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, có tính nhiễm từ.

2. Nhận biết

   - Sắt có tính nhiễm từ nên bị nam châm hút.

III. Tính chất hóa học của Sắt (Fe)

- Sắt là kim loại có tính khử trung bình, tùy theo các chất oxi hóa mà sắt có thể bị oxi hóa lên mức +2 hay +3.

Fe → Fe2+ + 2e

Fe → Fe3+ + 3e

1. Tác dụng với phi kim

a. Tác dụng với lưu huỳnh

Tính chất hóa học của Sắt (Fe) | Tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng

b. Tác dụng với oxi

Tính chất hóa học của Sắt (Fe) | Tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng

c. Tác dụng với clo

Tính chất hóa học của Sắt (Fe) | Tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng

2. Tác dụng với axit

a.Tác dụng với dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2

b. Với các axit HNO3, H2SO4 đặc

Tính chất hóa học của Sắt (Fe) | Tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng

Fe + 4HNO3 l → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Chú ý: Với HNO3 đặc, nguội; H2SO4 đặc, nguội: Fe bị thụ động hóa.

3. Tác dụng với dung dịch muối

- Fe đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối của chúng:

Fe+ CuSO4 → FeSO4 + Cu

Chú ý:

Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag

Ag+  + Fe2+ → Fe3+ + Ag

IV. Trạng thái tự nhiên của Sắt (Fe)

- Trong tự nhiên sắt tồn tại ở dạng hợp chất, trong các quặng sắt.

- Các quặng sắt:

   + Hematit: Hematit đỏ (Fe2O3 khan) và Hematit nâu ( Fe2O3.nH2O).

   + Manhetit ( Fe3O4)

   + Xiđerit ( FeCO3)

   + Pirit ( FeS2)

- Sắt còn có trong hồng cầu của máu, giúp vận chuyển oxi tới các tế bào.

V. Điều chế Sắt (Fe)

- Sắt được điều chế theo phương pháp nhiệt luyện.

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

VI. Ứng dụng của Sắt (Fe)

   - Phần lớn sắt được sử dụng để luyện thép, gang.

   - Ứng dụng trong nhiều vật dụng đời sống như oto, xe máy……

VII. Các hợp chất quan trọng của Fe

Hợp chất sắt (II)

Sắt oxit FeO

Sắt Hidroxit Fe(OH)2

Sắt clorua FeCl2

Sắt Nitrat Fe(NO3)2

Sắt SunFat FeSO4

Sắt SunFat FeS

Sắt Cacbonat FeCO3

Hợp chất sắt (III)

Sắt Cacbonat Fe2O3

Sắt hidroxit Fe(OH)3

Sắt Clorua FeCl3

Sắt Nitrat Fe(NO3)3

Sắt Sunfat Fe2(SO4)3

Sắt từ Oxit Fe3O4

Pirit Sắt FeS2

VIII. Bài tập liên quan của Sắt (Fe)

Dạng 1: Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng)

* Một số lưu ý cần nhớ:

Oxit sắt + dung dịch axit (HCl, H2SO4) => Dung dịch muối + H2O

=> Ta có phương trình tổng quát:

FexOy + 2y H+ → xFe(2y/x) ++ y H2O

=> n O trong oxit = ½ n H+ phản ứng = n H2O sinh ra sau phản ứng

- Để làm được loại bài tập này, ta thường áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố để giải quyết bài toán.

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dung dịch HCl 4M thu được 5,6 lít H(đktc) và dung dịch D. Để kết tủa hoàn toàn các ion trong D cần 300 ml dung dịch NaOH 2M. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là :

A. 0,1 lít.

B. 0,12 lít.

C. 0,15 lít.

D. 0,2 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có sơ đồ phản ứng như sau:

{MgFe10g+HCl{FeCl2MgCl2HCl+NaOH0,6mol{Fe(OH)2Mg(OH)2+NaCl

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Natri

n NaCl = nNaOH = 0,6 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Clo

=> n HCl = n NaCl = 0,6 (mol)

V HCl = 0,6 : 4 = 0,15 lít

Đáp án C.

Ví dụ 2: Để hoà tan hoàn toàn 23,2 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 0,5M. Giá trị của V là :

A. 1,8.

B. 0,8.

C. 2,3.                               

D. 1,6.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Vì số mol của FeO và Fe2O3 trong hỗn hợp bằng nhau nên ta quy đổi hỗn hợp FeO, Fe3O4 và Fe2O3 thành Fe3O4.

Ta có  =  23,3233 =   0,1 mol.

n HCl = 2 . n O (trong oxit) = 2 . 0,1 .4 = 0,8 (mol)

=> V HCl = 0,8 : 0,5 = 1,6 lít

Đáp án D

Dạng 2: Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Đối với phản ứng với HNO3, H2SO4 đặc, ta thường dùng định luật bảo toàn electron để giải quyết bài toán.

- Nếu sau phản ứng Fe còn , muối tạo thành sau phản ứng là muối sắt (II)

VD: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1)

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2)

- Fe, Al, Cr bị thụ động trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1 : Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO3 lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO2 và NO có VX = 8,96 lít (đktc) và tỉ khối đối với O2 bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của  NO, NO2 và khối lượng m của Fe đã dùng là :

A. 25% và 75% ; 1,12 gam.

B. 25% và 75% ; 11,2 gam.

C. 35% và 65% ; 11,2 gam.

D. 45% và 55% ; 1,12 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi số mol của NO2, NO lần lượt là x, y.

n Hỗn hợp khí = 8,96 : 22,4 = 0,4 (mol)

=> x + y = 0,4 (I)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là:

1,3125 . 32 = 42 (gam/mol)

=> Khối lượng của hỗn hợp khí trên là: 42 . 0,4 = 16,8 (gam)

=> 46x + 30y = 16,8 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,3 ; y = 0,1

=> % NO2 = 0,3 : (0,3 + 0,1) . 100% = 75%

% NO = 25%

Áp dụng đinh luật bảo toàn electron ta có:

3 . n Fe = 1 . n NO2 + 3 . n NO

=> 3 . n Fe = 0,3 + 3 . 0,1 = 0,6

=> n Fe = 0,6 : 3 = 0,2 mol

=> m Fe = 0,2 .56 = 11,2 gam

Đáp án B

Ví dụ 2: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 63%. Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khí NO2 duy nhất (đktc). Nồng độ % các chất có trong dung dịch A là :

A. 36,66% và 28,48%.

B. 27,19% và 21,12%.

C. 27,19% và 72,81%.

D. 78,88% và 21,12%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Nito

=> n HNO3 = n NO3 + n NO2

Do n NO3 = n e trao đổi = n NO2

=> n HNO3 = 1 mol

m HNO3 = 1  . 63 = 63 gam

=> m dd HNO3 = 63 : C% = 63 : 63 . 100 = 100 (gam)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m dung dịch muối = m hỗn hợp kim loại + m dd HNO3 – m NO2

= 12 + 100 – 0,5 .46 = 89 (gam)

Gọi số mol của Fe, Cu lần lượt là x, y mol

Ta có hệ phương trình như sau:

56x + 64y = 12

3x + 2y = 0,5

=> x = 0,1 ; y = 0,1

m Fe(NO3)3 = 0,1 . (56 + 62.3) = 24,2 (gam)

m Cu(NO3)2 = 0,1 . (64 + 62.2) = 18,8 (gam)

% m Fe(NO3)3 = 24,2 : 89 . 100% = 27,19%

% m Cu(NO3)2 = 18,8 : 89 . 100% = 21,1%

Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm Fe3O4 và FeS2 trong 63 gam HNO3, thu được 1,568 lít NO(đktc). Dung dịch thu được cho tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu được 9,76 gam chất rắn X. Nồng độ % của dung dịch HNO3 có giá trị là :

A. 47,2%.

B. 46,2%.

C. 46,6%.

D. 44,2%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Chất rắn X là Fe2O3

=> n Fe2O3 = 9,76 : 160 = 0,061 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> n Fe(OH)3 = 2 . n Fe2O3 = 0,061 . 2 = 0,122 mol

Gọi số mol của Fe3O4, FeS2 lần lượt là x, y (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> 3 . n Fe3O4 + n FeS= n Fe(OH)3

=> 3x + y = 0,122 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn electron

=> n Fe3O4 + 15 . n FeS2 = n NO2

=> x + 15y = 0,07 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,04; y = 0,002

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na

=> n NaOH = n NaNO3 + 2 . n Na2SO4 (1)

n Na2SO4 = 2 . nFeS2 = 0,002 . 2 = 0,004 mol (2)

=> n NaNO3 = 0,04 – 0,004 . 2 = 0,392 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là:

n HNO= n NaNO3 + n NO2 = 0,392 + 0,07 = 0,462 (mol)

=> C% HNO3 = (0,462 . 63) : 63 . 100% = 46,2%

Đáp án B

Dạng 3: Kim loại Fe tác dụng với dung dịch muối

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Sắt tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn để tạo dung dịch muối mới và kim loại mới.

- Để làm loại bài tập này, chúng ta thường áp dụng đinh luật bảo toàn electron để giải quyết bài toán.

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,15 mol AgNO3 và 0,2 mol Cu(NO3)2. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 12,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt

Hướng dẫn giải chi tiết:

nAg+ = 0,1 mol;  nCu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag+ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag+ → Fe2+ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1    

=> mtăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8

=> Ag+ phản ứng hết;  Cu2+ phản ứng 1 phần

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

=> mtăng = 64x – 56x = 8x

+) tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

mtăng = 12 + 8x = 12,8  => x = 0,1 mol

=> mkim loại bám vào = mAg+ mCu = 22,6 gam

Ví dụ 2: Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO3 2M và Cu(NO3)2 1M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải chi tiết:

nFe = 0,15 mol;  nAgNO3 = 0,2mol;  nCu(NO3)2 = 0,1 mol

Nhận xét: 2nFe > nAg

=> không xảy ra phản ứng Ag+ + Fe2+ → Ag + Fe3+

 => Fe tạo muối Fe2+

ne Fe cho tối đa = 0,15.2 = 0,3 mol

ne Ag+ nhận tối đa = 0,2 mol

ne Cu2+ nhận tối đa = 0,1.2 = 0,2 mol

Ta thấy : 0,2 < ne Fe cho tối đa< 0,2 + 0,2

=> Ag+ phản ứng hết, Cu2+ phản ứng 1 phần

=> ne Cu2+ nhận tạo Cu = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol  => nCu = 0,05 mol

=> m = mAg + mCu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam.

Đánh giá

0

0 đánh giá