Nhom 8B - Tu luan- tham khao

Chơng XI Các nguyên tố nhóm VIIIB. họ sắt
Fe - Co - Ni
Thời lợng: Lý thuyết 4 tiết (thứ 2, ngày 24/ 04/ 06) + Bài tập 2 tiết.
Tài liệu tham khảo: Nguyễn Đức Vận. Hóa học Vô cơ. T r 243-278.
Hoàng Nhâm. Hóa học Vô cơ T3. Tr 153-204.
Nguyễn Đức Vận. Bài tập hóa Vô cơ. Bài 489-500.
XI.1. Đặc điểm chung các nguyên tố nhóm VIIIB
Lí thuyết
Thế điện cực của Fe, Co, Ni
Trong môi trờng axít Trong môi trờng bazơ:
Fe
3+
Fe
2+
Fe

Fe(OH)
3
Fe(OH)
2
Fe
Co
3+
Co
2+
Co

Co(OH)
3
Co(OH)
2

Co
NiO
2
Ni
2+
Ni NiO
2
Ni(OH)
2
Ni
Bảng 11-1. Đặc điểm của các nguyên tố Fe, Co, Ni
Kim
loại
Z
Cấu hình
electron
Năng lợng ion hóa, kJ/mol
R
n tử

R
ion
I
1
I
2
I
3
I
4

I
5
I
6
M
2+
M
3+
Fe 26 [Ar]3d
6
4s
2
762,
5
1561 2957 5290 7240 9600 1,26 0,80 0,67
Co 27 [Ar]3d
7
4s
2
760,4 1646 3232 4950 7670 9840 1,25 0,78 0,64
Ni 28 [Ar]3d
8
4s
2
737,1 1753 3393 5300 7280 10400 1,24 0,74 -
Câu hỏi
1- Hãy cho nhận xét và giải thích về các đặc điểm sau đây của các nguyên tố nhóm sắt
- Đặc điểm lớp electron hóa trị. - Sự biến thiên bán kính nguyên tử.
- Sự biến đổi năng lợng ion hoá?
2. a. Trong dãy Fe - Co - Ni, độ bền hợp chất với số oxi hóa +2 tăng lên và độ bền số oxi hoá +3

giảm xuống. Giải thích nguyên nhân?
b. Dựa vào thuyết VB, giải thích tại sao Fe, Co, Ni thuộc nhóm VIIIB nhng không tạo đợc số oxi
hóa +8? Số oxi hoá cao nhất có thể có của chúng là bao nhiêu?
3. Từ các giá trị thế điện cực hãy:
a. Dự đoán về hoạt tính hoá học của Fe, Co, Ni.
b. Nhận xét về độ bền các trạng thái oxi hoá của sắt, coban, niken trong môi trờng axit và bazơ?
XI.2. Trạng thái thiên nhiên - Thành phần đồng vị
Câu hỏi
4. a. Nhận xét chung về trạng thái tồn tại và hàm lợng nguyên tố của Fe, Co, Ni trong tự nhiên?
b. Trong tự nhiên, Fe, Co, Ni tồn tại ở các khoáng vật chính nào? Khoáng vật nào có ứng dụng
thực tế điều chế kim loại.
c. Cho biết các đồng vị tự nhiên và % số nguyên tử mỗi đồng vị của Fe, Co, Ni.
1
+0,77V
-0,44V
+1,95V
-0,29V
-0,04V
+0,46V
+1,56V
-0,26V
-0,56V -0,88V
+0,17V -0,71V
-0,77V
-0,42V
+0,49V
-0,72V
XI.2.2. Tính chất vật lí
Lí thuyết
Bảng 11-2. Các hằng số vật lí quan trọng của Fe, Co, Ni

Tính chất Fe Co Ni
Khối lợng riêng (g/cm
3
) 7,91 8,90 8,90
Nhiệt độ nóng chảy,
o
C 1536 1495 1453
Nhiệt độ sôi,
o
C 2880 3100 3185
Độ dẫn điện (so với Hg = 1) 10 10 14
Độ cứng (so với kim cơng=10) 4-5 5,5 5
Nhiệt thăng hoa, kJ/mol 418 425 424
Câu hỏi
5- a. Nhận xét về đặc điểm bên ngoài của các kim loại Fe, Co, Ni.
b. Nêu nhận xét về các tính chất vật lí: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt thăng hoa, độ cứng,
độ dẫn điện, dẫn nhiệt, khối lợng riêng của các nguyên tố họ sắt? Giải thích?
6- a. Sắt là kim loại đa hình. Hãy cho biết các dạng đó tồn tại ở điều kiện nào?
b. Fe- và Fe- đều có kiến trúc lập phơng tâm khối, hãy giải thích tại sao:
- Fe- và Fe- có khối lợng riêng khác nhau (tơng ứng là 7,927 g/cm
3
và 7,371 g/cm
3
).
- Dạng Fe- có tính sắt từ, dạng Fe- thuận từ?
XI.3. Tính chất hóa học
Lí thuyết
1- Tác dụng với phi kim: - Hidro - Nhóm IVA (cacbon, siclic) Nhóm VA (nitơ, photpho)
Nhóm VIA (oxi, lu huỳnh, selen, telu) Nhóm halogen.
2- Tác dụng với hơi nớc.

3- Tác dụng với axit: - HCl, H
2
SO
4
loãng - HNO
3
đặc và loãng, H
2
SO
4
đặc.
4- Tác dụng với dung dịch muối 5- Tác dụng của Fe với dung dịch kiềm
Câu hỏi
7- a. Viết các ptp (ghi rõ điều kiện) khi cho Fe tác dụng với
- Các phi kim: oxi; lu huỳnh ; halogen. - H
2
O
- Các axit H
2
SO
4
loãng; H
2
SO
4
đặc, nóng. - Các dung dịch muối FeCl
3
, CuSO
4
.

Cho các giá trị thế điện cực Fe
3+
/Fe
2+
= 0,77V; Fe
2+
/Fe = - 0,44V.
b. Giải thích và viết phơng trình ăn mòn của hợp chất Fe-C trong không khí ẩm?
8- Khi cho Fe phản ứng với dung dịch HCl, H
2
SO
4
loãng có thể tạo thành muối Fe
3+
đợc không.
Giải thích?
Cho: Fe
3+
/Fe
2+
= 0,77V; Fe
2+
/Fe = - 0,44V; Fe
3+
/Fe = - 0,04V .
9- Khi cho coban kim loại tác dụng với dung dịch axit HCl 1M , sản phẩm thu đợc là CoCl
2
hay
CoCl
3

? Tại sao?
Cho : E
0
(Co
2+
/Co ) = - 0,28V; E
0
(Co
3+
/Co
2+
) = 1,80V; E
0
(Co
3+
/Co) = 0,46V.
2
XI.4. Phức chất cacbonyl của sắt(0), coban(0), niken(0)
Câu hỏi:
10- Giải thích sự hình thành liên kết trong phân tử Fe(CO)
5
, Co
2
(CO)
8
, Ni(CO)
4
. Nêu cách điều
chế, tính chất và ứng dụng của các hợp chất này.
XI.5. Hợp chất sắt(II), coban(II), niken(II)

XI.5.1. Hợp chất sắt(II)
Lí thuyết
1. Cấu tạo
1- Từ cấu hình hình electron của ion Fe
2+
hãy dự đoán:
- Hoạt tính hoá học - Số phối trí đặc trng - Từ tính.
2. Tính chất vật lý: Nhận xét về độ tan các và màu sắc hợp chất Fe(II). Tại sao ion Fe
2+
trong nớc có màu nhạt?
3. Tính chất hoá học:
- Tính bazơ (tác dụng với axit) - Tính axit (phản ứng với kiềm, phản ứng tạo phức).
- Tính khử (môi trờng axit và môi trờng kiềm). Trong môi trờng nào Fe(II) thể hiện tính
khử mạnh hơn? Tại sao?
1- Sắt(II) oxit - Trạng thái, màu sắc, tính tan.
- Tính chất hóa học: Tính bazơ (phản ứng với dung dịch axít); tính khử (phản ứng với oxi, HNO
3
,
H
2
SO
4
đặc...).
- Điều chế.
2- Sắt(II) hidroxit - Trạng thái, màu sắc, tính tan: Fe(OH)
2
Fe
2+
+ 2OH
-

T = 8,0.10
-16
Fe(OH)
2
Fe(OH)
+
+ OH
-
K
b
= 3,0.10
-10
Fe(OH)
2
H
+
+ HFeO

2
K
a
= 8,0.10
-20
- Tính chất hóa học: Tính bazơ (phản ứng với dung dịch axit); tính khử (phản ứng với oxi không
khí, Cl
2
, H
2
O
2

, HNO
3
, H
2
SO
4
đặc), tính axit rất yếu (tan trong kiềm đặc nóng).
- Điều chế.
3- Muối sắt(II): - Màu sắc, tính tan.
Tính tan: đa số các muối Fe(II) đều dễ tan trong nớc. Các muối ít tan là:
FeCO
3
FeS FeC
2
O
4


FeS
2
Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
Tt 3,5.10
-11
5,0.10
-18

2,0.10
-7

6,3.10
-31
3,0.10
-41
- Màu sắc ion Fe
2+
trong dung dịch nớc.
- Tính chất hóa học : Phản ứng thủy phân;
[Fe(H
2
O)
6
]
2+
+ H
2
O [Fe(H
2
O)
5
(OH)]
+
+ H
3
O
+

pK
a
= 6,74.
Tính khử (phản ứng với oxi, Cl
2
, H
2
O
2
, KMnO
4
, HNO
3
, H
2
SO
4
đặc).
4FeSO
4
+ O
2
+ 2H
2
O

4Fe(OH)SO
4

3

- Khả năng tạo muối kép: M
2
SO
4
.FeSO
4
.12H
2
O.
M = NH
+
4
muối Mo (Mohr).
4- Phức chất sắt(II):
- Hemoglobin:
Câu hỏi
11- a. Fe(OH)
2
có phải là hidroxit lỡng tính không? Tính axit hay tính bazơ mạnh hơn?
b. Viết ptp của Fe(OH)
2
với oxi không khí, Cl
2
, H
2
O
2
, HNO
3
, H

2
SO
4
đặc, NaOH đặc nóng.
12- a. Chứng minh rằng về mặt nhiệt động học, Fe(OH)
2
có thể chuyển thành Fe(OH)
3
trong môi
trờng trung tính khi tiếp xúc với oxi không khí.
b. Phản ứng đó thực tế diễn ra nh thế nào và có ứng dụng gì?
Cho Tt Fe(OH)
2
= 8.10
-16
; Tt Fe(OH)
3
= 6,3.10
-38
;
o
/FeFe
23
E
++
= 0,77V ; P
kk O
2
= 0,2 atm.
13- Viết các ptp khi cho dung dịch FeSO

4
tác dụng với
- KMnO
4
+ H
2
SO
4
- Dung dịch AgNO
3
- Dung dịch AgNO
3
- O
2
+ H
2
SO
4
- Dung dịch HNO
3
loãng - Dung dịch nớc clo
- Dung dịch NaNO
2
+ H
2
SO
4
- NaClO + H
2
SO

4
- Dung dịch H
2
SO
4
đặc.
14- a. Nêu bản chất các liên kết trong tinh thể FeSO
4
.7H
2
O?
b. FeSO
4
.7H
2
O để trong không khí ẩm dần chuyển thành màu nâu đỏ. Giải thích và viết ptp.
c. Khi sục khí NO vào dung dịch FeSO
4
tạo ra phức chất màu nâu tối kém bền. Hãy viết phơng
trình phản ứng và dự đoán về bản chất liên kết trong phức chất này?
15- Viết các phơng trình phản ứng khi cho FeCO
3
tác dụng với
a- Dung dịch H
2
SO
4
loãng b - Dung dịch H
2
SO

4
đặc, nóng
c- Dung dịch HNO
3
loãng d - CO
2
+ H
2
O
Trong nớc, các tinh thể lớn cuả FeCO
3
có thể bị hoà tan hoàn toàn khi sục CO
2
đến d hay không?
Giải thích? Cho Tt Fe(OH)
2
= 8.10
-16
.
16- a. Viết phơng trình phản ứng nhiệt phân các muối FeSO
4
; FeCO
3
; Fe(NO
3
)
2
; FeS
2
trong điều

kiện có và không có không khí.
b. Trong không khí ẩm, quặng pirit sắt bị oxi hoá chậm tạo thành sắt(II) sunfat và hợp chất này bị
oxi hoá một phần thành sắt(III) sunfat. Hãy:
- Viết các phơng trình phản ứng
- Dự đoán về hàm lợng sắt trong nớc ngầm ở các vùng gần mỏ quặng pirit sắt?
17- a. Tính thế khử chuẩn của cặp [Fe(CN)
6
]
3-
/[Fe(CN)
6
]
4-
.
Biết
o
/FeFe
23
E
++
= 0,77V và các hằng số bền: [Fe(CN)
6
]
4-
= 8.10
36
; [Fe(CN)
6
]
3-

= 8.10
43
.
b.Từ kết quả trên hãy so sánh tính khử của ion Fe
2+
ở dạng [Fe(CN)
6
4-
và [Fe(H
2
O)
6
]
2+
.
18- a. Viết ptp nhận biết ion Fe
2+
trong dung dịch bằng K
3
[Fe(CN)
6
].
b. Tiến hành các thí nghiệm sau:
- Sục khí H
2
S vào dung dịch FeSO
4
. - Cho dung dịch Na
2
S vào dung dịch FeSO

4
.
Nêu hiện tợng xảy ra và viết các phơng trình phản ứng. Có thể điều chế FeS theo hai cách trên
đây hay không?
4
Cho: Tt FeS = 5.10
-18
; Tt Fe(OH)
2
= 8.10
-16
; K
1
(H
2
S) = 1.10
-7
; K
2
(H
2
S) = 1.10
-14
19- Dung dịch A chứa FeSO
4
0,5M và đợc duy trì môi trờng pH = 0 bằng dung dịch H
2
SO
4
. Sục

không khí d vào A.
Tính nồng độ các ion sắt trong dung dịch A khi cân bằng.
Cho: Fe
3+
/Fe
2+
= 0,77V ; O
2
, H
+
/H
2
O = 1,23V.
XI.5.2. Hợp chất coban(II)
Lí thuyết
1. Cấu tạo
1- Từ cấu hình hình electron của ion Co
2+
hãy dự đoán:
- Hoạt tính hoá học - Số phối trí đặc trng - Từ tính.
2. Tính chất vật lý: Nhận xét về độ tan các và màu sắc hợp chất Co(II). M u sắc ion Co
2+
trong nớc?
3. Tính chất hoá học:
- Tính bazơ (tác dụng với axit) - Tính axit (phản ứng với kiềm, phản ứng tạo phức).
- Tính khử (môi trờng axit và môi trờng kiềm). Trong môi trờng nào Co(II) thể hiện tính
khử mạnh hơn? Tại sao?
1- Coban (II) oxit
- Trạng thái, màu sắc: chất rắn, màu lục thẫm.
- Tính chất hoá học: Tính bazơ, tính axit yếu (tan trong dung dịch kiềm

mạnh đặc nóng tạo thành dung dịch màu xanh lam chứa [Co(OH)
4
]
2-
).
CoO + O
2
= Co
3
O
4
( 400 700
0
C).
2- Coban (II) hidroxit
- Trạng thái, màu sắc, tính tan: Tt = 6,3.10
-13
. Tinh thể màu tím thẫm, dạng
vừa kết tủa màu xanh chàm do có tạp chất muối bazơ.
- Tính chất hóa học
Tính lỡng tính, nhng tính bazơ mạnh hơn (dễ tan trong axit, tan trong kiềm
đặc nóng tạo thành dung dịch màu tím xanh:
Co(OH)
2
+ 2NaOH (50%, nóng) = Na
2
[Co(OH)
4
].
Tính khử: oxi hóa chậm trong không khí, chuyển thành Co(OH)

3
màu hung;
tác dụng với NaClO, Cl
2
, Br
2
, H
2
O
2
trong môi trờng kiềm:
4Co(OH)
2
+ O
2
+ 2H
2
O = 4Co(OH)
3
2Co(OH)
2
+ H
2
O
2
= 2Co(OH)
3
2Co(OH)
2
+ Cl

2
+ 2NaOH = 2Co(OH)
3
+ 2NaCl
Phản ứng tạo phức với dung dịch NH
3
, dung dịch KCN
Co(OH)
2
+ 6NH
3
(đặc) = [Co(NH
3
)
6
](OH)
2
(vàng)
3- Muối Co(II)
- Trạng thái, màu sắc, tính tan:
5