Sắt và các hợp chất của sắt

sắt và hợp chất
A- sắt
1- Tác dụng với phi kim:
- Tác dụng với oxi: Fe + O
2

không khí


hỗn hợp oxit: FeO, Fe
2
O
3
và Fe
3
O
4
4Fe + 3O
2

d
= 2Fe
2
O
3
- Tác dụng với lu huỳnh:
Fe + S = FeS
- Tác dụng với halogen
2Fe + 3Cl
2
= FeCl

3
2- Tác dụng với axit
- Tác dụng với dung dịch axit HCl và H
2
SO
4
loãng:
Fe + 2HCl = FeCl
2
+ H
2

Fe + H
2
SO
4
= FeSO
4
+ H
2

- Dung dịch H
2
SO
4
đặc, nóng:
2Fe + 6H
2
SO
4 đặc

= Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3SO
2
+ 6H
2
O
Nếu Fe d:
Fe + Fe
2
(SO
4
)
3
= 3FeSO
4
Fe không tan trong dung dịch H
2
SO
4
đặc nguội!
- Dung dịch HNO
3
:
Axit HNO
3

tác dụng với Fe tạo thành Fe(NO
3
)
3
, nớc và các sản phẩm ứng với số oxi hoá thấp hơn của
nitơ:
Ví dụ:
Fe + 6HNO
3 đặc
= Fe(NO
3
)
3
+ 3NO
2
+ 3H
2
O
Nếu Fe d:
Fe + 2Fe(NO
3
)
3
= 3Fe(NO
3
)
2
Fe không tan trong dung dịch HNO
3
đặc nguội!

3- Tác dụng với hơi nớc
3Fe + 4H
2
O = Fe
3
O
4
+ 4H
2
Fe + H
2
O = FeO + H
2
4- Tác dụng với dung dịch muối
Fe + CuSO
4
= FeSO
4
+ Cu
Fe + 2AgNO
3
= Fe(NO
3
)
2
+ 2Ag
B- Hợp chất sắt(II):
Hợp chất Fe(II) khi tác dụng với chất oxi hoá sẽ bị oxi hoá thành hợp chất Fe(III).
I- Sắt(II) oxit: FeO
1- Trạng thái, màu sắc, tính tan: Là chất rắn màu đen, không tan trong nớc.

2- Tính chất hoá học:
- Tính chất của oxit bazơ:
FeO + H
2
SO
4 loãng
= FeSO
4
+ H
2
O
- Tính khử: thể hiện khi tác dụng với chất oxi hoá mạnh nh oxi, dung dịch
HNO
3
, dung dịch H
2
SO
4
đặc
1
t
o
-3 0 +1 +2 +4 +5
NH
4
NO
3
N
2
N

2
O NO NO
2
HNO
3

t
o
t
o
t
o
t
o
<570
o
C
t
o
>570
o
C
t
o
4FeO + O
2
= 2Fe
2
O
3

2FeO + 4H
2
SO
4

đặc
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ 4H
2
O
3FeO + 10HNO
3
= 3Fe(NO
3
)
3
+ NO + 5H
2
O
- Tính oxi hoá: thể hiện khi tác dụng với các chất khử nh C, CO, H
2
, Al:
FeO + H

2
= Fe + H
2
O
3- Điều chế:
- Nhiệt phân các hợp chất không bền của Fe(II) trong điều kiện không có
không khí:
Fe(OH)
2
= FeO + H
2
O hoặc FeCO
3
= FeO + CO
2

II- Sắt(II) hidroxit: Fe(OH)
2
1- Trạng thái, màu sắc, tính tan: Là chất rắn màu lục nhạt, không tan trong nớc.
2- Tính chất hoá học:
- Tính chất bazơ: Fe(OH)
2
+ H
2
SO
4 loãng
= FeSO
4
+ 2H
2

O
- Tính khử: ở nhiệt độ thờng Fe(OH)
2
bị oxi hoá nhanh chóng trong không khí
ẩm thành Fe(OH)
3
màu nâu đỏ:
4Fe(OH)
2
+ O
2
+ 2H
2
O = 4Fe(OH)
3
3- Điều chế:
- Cho dung dịch muối Fe(II) tác dụng với dung dịch kiềm.
III- Muối sắt(II):
1- Muối tan: FeCl
2
, FeSO
4
, Fe(NO
3
)
2
:
- Tính chất của muối: (các phản ứng trao đổi):
FeSO
4

+ 2NaOH = Fe(OH)
2
+ Na
2
SO
4
- Tính khử mạnh: thể hiện khi tác dụng với chất oxi hoá mạnh nh khí Cl
2
,
dung dịch HNO
3
, dung dịch H
2
SO
4
đặc, dung dịch KMnO
4
trong môi trờng
H
2
SO
4
loãng
2FeCl
2
+ Cl
2
= 2FeCl
3
2FeSO

4
+ 2H
2
SO
4

đặc
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ 2H
2
O
3Fe
2+
+ NO
3
-
+ 4H
+

= 3Fe
3+
+ NO + 2H
2

O
10FeSO
4
+ 2KMnO
4
+ 8H
2
SO
4
= 5Fe
2
(SO
4
)
3
+K
2
SO
4
+ 2MnSO
4
+ 8H
2
O
Dạng ion thu gọn:
5Fe
2+

+ MnO
4

-
+ 8H
+
= 5Fe
3+
+ Mn
2+
+ 4H
2
O
- Tính oxi hoá: thể hiện khi tác dụng với các kim loại mạnh hơn:
Mg + FeSO
4
= MgSO
4
+ Fe
2- Muối không tan:
- Muối FeCO
3
: - Phản ứng nhiệt phân: FeCO
3
= FeO + CO
2

Nếu nung trong không khí: 4FeO + O
2
= 2Fe
2
O
3

- Phản ứng trao đổi: FeCO
3
+ 2HCl = FeCl
2
+ CO
2
+ H
2
O
- Tính khử:
FeCO
3
+ 4HNO
3
= Fe(NO
3
)
3
+ NO
2
+ CO
2
+ 2H
2
O
2FeCO
3
+ 4H
2
SO

4

đặc
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ 2CO
2
+ 4H
2
O
- Muối FeS: - Phản ứng trao đổi: FeS + 2HCl = FeCl
2
+ H
2
S
- Tính khử:
FeS + 6HNO
3
= Fe(NO
3
)
3
+ H
2

SO
4
+ 3NO + 2H
2
O
- Muối FeS
2
: - Tính khử:
2
t
o
t
o
t
o
t
o
4FeS
2
+ 11O
2
= 2Fe
2
O
3
+ 8SO
2
FeS
2
+ 18HNO

3
= Fe(NO
3
)
3
+ H
2
SO
4
+ 15NO
2
+ 7H
2
O
B- Hợp chất sắt(III)
I- Sắt(III) oxit: Fe
2
O
3
1- Trạng thái, màu sắc, tính tan: Là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nớc.
2- Tính chất hoá học:
- Tính chất của oxit bazơ:
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4

= Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Fe
2
O
3
+ 6HNO
3
= 2Fe(NO
3
)
3
+ 3H
2
O
- Tính oxi hoá: thể hiện khi tác dụng với các chất khử thông thờng nh C, CO,
H
2
, Al:
Fe
2
O
3

+ 3H
2
= 2Fe + 3H
2
O
3- Điều chế:
- Nhiệt phân Fe(OH)
3
: 2Fe(OH)
3
= Fe
2
O
3
+ 3H
2
O
II- Sắt(III) hidroxit: Fe(OH)
3
1- Trạng thái, màu sắc, tính tan: Là chất kết tủa màu nâu đỏ, không tan trong nớc.
2- Tính chất hoá học:
- Tính chất bazơ:
Fe(OH)
3
+ 3H
2
SO
4
= Fe
2

(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
- Phản ứng nhiệt phân: 2Fe(OH)
3
= Fe
2
O
3
+ 3H
2
O
3- Điều chế:
- Cho dung dịch muối Fe(III) tác dụng với dung dịch NH
3
hoặc các dung dịch
bazơ kiềm:
FeCl
3
+ 3NH
3
+ 3H
2
O = Fe(OH)
3

+ 3NH
4
Cl
FeCl
3
+ 3NaOH = Fe(OH)
3

+ 3NaCl
III- Muối sắt(III):
1- Muối tan: FeCl
3
, Fe
2
(SO
4
)
3
, Fe(NO
3
)
3
:
- Tính chất của muối: (các phản ứng trao đổi):
FeCl
3
+ 3NaOH = Fe(OH)
3

+ 3NaCl

- Tính oxi hoá: - Thể hiện khi tác dụng với chất khử nh Cu, Fe :
Fe + 2Fe(NO
3
)
3
= 3Fe(NO
3
)
2
Cu + 2Fe(NO
3
)
3
= 2Fe(NO
3
)
2
+ Cu(NO
3
)
2
- Khi tác dụng với các kim loại mạnh hơn:
Mg + 2FeCl
3
= MgCl
2
+ 2FeCl
2
Mg + FeCl
2

= MgCl
2
+ Fe
2- Muối không tan: Muối FePO
4
c- oxit sắt từ : Fe
3
O
4
(FeO.Fe
2
O
3
)
1- Trạng thái, màu sắc, tính tan: Là chất rắn màu nâu, không tan trong nớc.
2- Tính chất hoá học:
- Tính bazơ: Fe
3
O
4
+ 8HCl = FeCl
2
+ 2FeCl
3
+ 4H
2
O
Fe
3
O

4
+ 4H
2
SO
4 loãng
= FeSO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3
+ 4H
2
O
- Tính khử:
2Fe
3
O
4
+ 10H
2
SO
4

đặc
= 3Fe
2
(SO

4
)
3
+ SO
2
+ 10H
2
O
3
t
o
t
o
t
o
Fe
3
O
4
+ 10HNO
3
= 3Fe(NO
3
)
3
+ NO
2
+ 5H
2
O

- Tính oxi hoá: Thể hiện khi tác dụng với các chất khử thông thờng nh C, CO, H
2
, Al:
Fe
3
O
4
+ 4CO = 3Fe + 4CO
2
D- Sản xuất gang
1- Nguyên liệu
- Quặng hematit, chứa Fe
2
O
3


- Quặng manhetit, chứa Fe
3
O
4
- Quặng xiđerit, chứa FeCO
3
- Quặng prit, chứa FeS
2
2- Nguyên tắc sản xuất gang
Khử oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao (phơng pháp nhiệt luyện)
Trong lò cao, sắt có số oxi hoá cao bị khử dần dần đến sắt có số oxi hoá thấp
theo sơ đồ:
Fe

2
O
3


Fe
3
O
4


FeO

Fe
3- Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình sản xuất gang
- Phản ứng tạo chất khử CO:
C + O
2
= CO
2
CO
2
+ C = 2CO
- CO khử sắt trong oxit:
Phần trên thân lò có nhiệt độ khoảng 400
o
C:
3Fe
2
O

3
+ CO = 2Fe
3
O
4
+ CO
2
Phần giữa thân lò có nhiệt độ khoảng 500 - 600
o
C:
Fe
3
O
4
+ CO = 3FeO + CO
2
Phần dới thân lò có nhiệt độ khoảng 700 - 800
o
C:
FeO + CO = Fe + CO
2
E- bàI tập
Phần A
Bài 1
Hoàn thành sơ đồ phản ứng:
FeCl
2


Fe(OH)

2


FeO

FeSO
4
Fe
2
(SO
4
)
3
Fe(OH)
3

Fe









Fe
2
O
3

FeCl
3


Fe(OH)
3


Fe
2
O
3
Fe Fe(NO
3
)
2
Fe(NO
3
)
3

Bài 2
Từ lu huỳnh, bột sắt, muối ăn, oxi và nớc, hãy viết các phơng trình phản ứng để điều chế:
- Các muối natri: Na
2
S, Na
2
SO
3
, Na

2
SO
4
.
- Các muối sắt: FeS, FeSO
4
, Fe
2
(SO
4
)
3
, FeCl
3
.
(Đợc dùng thêm các điều kiện và xúc tác cần thiết).
Bài 3
Khi cho 17,4 gam hỗn hợp gồm: Al, Fe, Cu phản ứng với 500 ml dung dịch H
2
SO
4
loãng (vừa đủ)
ta đợc 6,4 gam chất rắn không tan và 8,96 lít khí ở đktc.
1- Tính % theo khối lợng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu.
2- Tính nồng độ mol/lit dung dịch H
2
SO
4
đã dùng.
Bài 4

Khi hoà tan hết 14 gam kim loại M hoá trị II trong axit sunfuric loãng thì tạo thành 5,6 lít khí H
2
(đktc) và dung dịch A.
1- Tìm kim loại M.
2- Khi cô cạn dung dịch A thì muối sunfat kết tinh cùng với nớc để tạo thành 69,5 gam muối
ngậm nớc dạng MSO
4
.nH
2
O. Xác định n.
Bài 5
4
Cho 25,9 gam hỗn hợp gồm bột S và một kim loại M (hoá trị 2) vào bình kín không có không
khí, đốt nóng bình cho đến khi phản ứng hoàn toàn thu đợc chất rắn A. Biết A tan hoàn toàn
trong dung dịch HCl d thu đợc 6,72 lít khí B (đktc).
Tỉ khối của B so với hiđro là
3
35
1- Xác định thành phần % của hỗn hợp khí B.
2- Xác định tên kim loại M.
Bài 6
Hỗn hợp bột A gồm kim loại Fe và S. Đun nóng hỗn hợp A một thời gian thu đợc chất rắn B.
Cho B tác dụng với dung dịch HCl d, còn lại 1,6 gam chất rắn không tan và tạo ra 8,96 lít hỗn
hợp khí (đktc).Tỉ khối của hỗn hợp khí này so với hiđro là 7.
1- Tính hiệu suất phản ứng giữa Fe và S.
2- Tính khối lợng hỗn hợp A.
Bài 7
Chia hỗn hợp B gồm Fe và Fe
2
O

3
thành hai phần bằng nhau:
Phần 1: Tác dụng vừa đủ với 50 gam dung dịch H
2
SO
4
9,8% (loãng).
Phần 2: Tác dụng với dung dịch H
2
SO
4
đặc, nóng, d, thu đợc 0,672 lít khí SO
2
(đktc).
1- Viết các phơng trình phản ứng 2- Tính % khối lợng các chất trong B
Bài 8
Hỗn hợp B gồm Fe và FeO.
Cho B tác dụng với dung dịch H
2
SO
4
loãng, d, thu đợc 4,48 lít khí (đktc).
Mặt khác, nếu cho B tác dụng với dd H
2
SO
4
đặc, nóng, d, thu đợc 10,08 lít khí SO
2
(đktc).
1- Viết các phơng trình phản ứng 2- Tính % khối lợng các chất trong B

Bài 9
Hỗn hợp B gồm Fe và Fe
3
O
4
đợc chia thành hai phần bằng nhau.
Phần 1: Tác dụng vừa đủ với 90 ml dung dịch H
2
SO
4
1M (loãng).
Phần 2: Tác dụng với dung dịch H
2
SO
4
đặc, nóng, d, thu đợc 560 ml khí SO
2
(đktc).
1- Viết các phơng trình phản ứng
2- Tính % khối lợng các chất trong B
Bài 10
Có 5,56 gam hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (hoá trị III). Chia A làm hai phần bằng nhau:
Phần 1: Hoà tan hết trong dung dịch HCl đợc 1,568 lít khí H
2
(đktc).
Phần 2: Hoà tan hết trong dung dịch H
2
SO
4
đặc nóng thu đợc 2,016 lít khí SO

2
(đktc).
Xác định kim loại M và thành phần % theo khối lợng của mỗi kim loại trong A.
Bài 11
Hoà tan hết m gam hỗn hợp gồm Fe và FeCO
3
trong dung dịch HCl, thu đợc 4,48 lít hỗn hợp khí
A (đktc). Tỉ khối của A so với H
2
là 11,5.
1-Tính % thể tích các khí trong A.
2-Tính m.
3-Tính khối lợng dung dịch H
2
SO
4
98% đặc nóng cần để hoà tan hết m gam hỗn hợp A.
Bài 12
Hoà tan hoàn toàn một lợng hỗn hợp A gồm FeCO
3
và Fe
3
O
4
trong 73,5 gam dung dịch H
2
SO
4

đặc, nóng theo các phơng trình phản ứng:

FeCO
3
+ H
2
SO
4
Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2

+ CO
2

+ H
2
O
Fe
3
O
4
+ H
2
SO
4
Fe

2
(SO
4
)
3
+ SO
2

+ H
2
O
Thể tích hỗn hợp khí thoát ra là 4,48 lít (đktc)
Dung dịch thu đợc cho tác dụng vừa đủ với 310 ml dd NaOH 4M, lọc kết tủa và đem nung đến
khối lợng không đổi, thu đợc 32 gam chất rắn .
5
Tính khối lợng mỗi chất trong A và nồng độ phần trăm của dung dịch H
2
SO
4
đã dùng.
Bài 13
Cho các cặp oxy hoá khử sau: Fe
2+
/Fe , Cu
2+
/Cu , Fe
3+
/Fe
2+
.

Từ trái sang phải theo dãy trên, tính oxi hoá tăng dần theo thứ tự: Fe
2+
, Cu
2+
, Fe
3+
; Tính khử giảm
dần theo thứ tự: Fe, Cu, Fe
2+
. Hỏi:
1- Fe có khả năng tan đợc trong dung dịch FeCl
3
và trong dung dịch CuCl
2
không.
2- Cu có khả năng tan trong dung dịch FeCl
3
và dung dịch FeCl
2
không.
Bài 14
Cho lá Fe kim loại vào:
1- Dung dịch H
2
SO
4
loãng.
2- Dung dịch H
2
SO

4
loãng có một lợng nhỏ CuSO
4
.
Nêu hiện tợng xảy ra, giải thích và viết các phơng trình phản ứng trong mỗi trờng hợp.
Bài 15
Cho bột Fe vào dung dịch CuSO
4
thì màu xanh của dung dịch giảm dần, ngợc lại khi cho bột Cu
vào dung dịch Fe
2
(SO
4
)
3
thì dung dịch không màu trở thành có màu xanh đậm dần.
Giải thích hiện tợng xảy ra.
Bài 16
Dung dịch A có FeSO
4
và Fe
2
(SO
4
)
3
.
1- Cho vài giọt dung dịch NaOH vào 10 ml dung dịch A thấy có kết tủa trắng xanh và đỏ nâu
xuất hiện.
2- Cho vài giọt dung dịch KMnO

4
và vài giọt dung dịch H
2
SO
4
vào 10 ml dung dịch A thấy mầu
tím của dung dịch KMnO
4
bị mất.
3- Cho khí SO
2
lội chậm qua 10 ml dung dịch A tới d, sau đó thêm dung dịch NaOH d thấy có
kết tủa xuất hiện màu trắng xanh, lấy kết tủa này để ngoài không khí thấy chuyển thành kết tủa
đỏ nâu.
Giải thích hiện tợng và viết các phơng trình phản ứng.
Bài 17
Cho dãy sau đây theo chiều tăng tính oxy hoá của các ion.
Zn
2+
/Zn , Fe
2+
/Fe , Cu
2+
/Cu , Fe
3+
/Fe , Ag
+
/Ag.
trong các kim loại trên:
1- Kim loại nào phản ứng đợc với dung dịch muối Fe(III)?

2- Kim loại nào có khả năng đẩy đợc Fe ra khỏi dung dịch muối Fe(III).
3- Có thể xảy ra phản ứng không khi cho AgNO
3
tác dụng với dung dịch Fe(NO
3
)
2
. Viết phơng
trình phản ứng (nếu có).
Phần B
Bài 1
Hoà tan hoàn toàn một lợng oxít Fe
x
O
y
bằng một lợng dung dịch H
2
SO
4
đặc nóng thu đợc 4,48 lít
khí SO
2
ở đktc, phần dung dịch thu đợc chứa 240 gam một loại muối sắt duy nhất. Xác định công
thức của oxít sắt.
Bài 2
Hoà tan hoàn toàn một lợng hỗn hợp A gồm Fe
3
O
4
và FeS

2
trong 63 gam dung dịch HNO
3
theo
các phơng trình phản ứng:
Fe
3
O
4
+ HNO
3
Fe(NO
3
)
3
+NO
2
+H
2
O
FeS
2
+HNO
3
Fe(NO
3
)
3
+ NO
2

+H
2
SO
4
+H
2
O
Thể tích khí NO
2
thoát ra là 1,568 lít (đktc)
Dung dịch thu đợc cho tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M ,lọc kết tủa và đem
nung đến khối lợng không đổi ,thu đợc 9,76 gam chất rắn .
Tính số gam mỗi chất trong A và C% của dung dịch HNO
3
đã dùng.
(Giả thiết HNO
3
không bị mất do bay hơi trong quá trình phản ứng).
6