Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Sắt và hợp chất của sắt. Hợp kim của sắt

CHƯƠNG 7: SẮT VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI QUAN TRỌNG
Bài 31: SẮT
I. Vị trí , cấu hìh electron
* Vị trí : Sắt ở ô 26 ,nhóm VIIB , chu kì 4 của bảng tuần hoàn
* Cấu hình electron:
Lớp sắt ngoài cùng có 14 electron, đang xây dựng dở dang nên kém bền.
Vì vậy Fe có thể nhường 2 electron lớp ngoài cùng và một số electron ở lớp sát ngoài cùng để có
số oxi hoá +2, +3 và +6.
Sắt là kim loại hoạt động trung bình, số oxi hoá thường gặp là +2 và +3.
II. Tính chất vật lý
* Sắt nguyên chất có ánh bạc, dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, nóng chảy ở 1539 oC, khối lượng riêng
D = 7,9g/cm3
* Dưới 800oC sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và trở thành nam châm (tạm thời).
III. Tính chất hoá học Fe → Fe2+ + 2e ; Fe → Fe3+ + 3e
1. Tác dụng với phi kim : Sắt khử oxi đến số oxh -2 ,còn sắt bị oxh đến số oxh + 2 và +3
a) Phản ứng với O2.
*Ở nhiệt độ thường, trong không khí khô, tạo thành lớp oxit bề mặt (Fe3O4).
*Trong không khí ẩm, sắt bị gỉ (do bị ăn mòn điện hoá).
* Khi nóng đỏ, cháy với oxi: 3Fe + 2O2 → Fe3O4
b). Phản ứng với các phi kim. Khi bị đốt nóng, Fe phản ứng với hầu hết các phi kim
t
ví dụ: 2Fe + 3Cl2 ��
� 2FeCl3
t
Fe + S ��
� FeS
0

0

0

t
3Fe + C ��
� Fe3C ( xêmentit )

Chú ý : I2 chỉ oxh Fe thành Fe(II)
2. Tác dụng với axit
a) Phản ứng với axi thường: Sắt khử H+ của dung dịch axit loãng thành H2 , còn sắt bị oxh đến
số oxh +2
Chú ý : Khi có mặt O2 , Fe hòa tan trong a xit tạo muối Fe (III)
4Fe + 12H+ + 3O2 → 4Fe3+ + 6H2O
b) Phản ứng với axit oxi hoá : Trong các trường hợp khác (H2SO4 đặc, nóng; HNO3 loãng), Fe
dễ dàng phản ứng.

Chú ý : + Fe bị thụ động hoá bởi HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội.
+ Khi cho Fe dư + HNO3 sau pư chỉ thu được muối sắt (II)
3. Tác dụng với dung dịch muối : Sắt có thể khử được các ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện
hóa , còn sắt thường bị oxh đến số oxh +2
Fe + Cu SO4 → FeSO4 + Cu
Chú ý : Riêng Fe tác dụng với dung dịch muối AgNO3 dư thì sắt bị oxh dến số oxh +3
Trang 1


3. Tác dụng với nước : Ở nhiệt độ nóng đỏ, Fe phản ứng mạnh với hơi nước:

IV.Điều chế :
1. Thủy luyện
Mg + FeSO4 → MgSO4 + Fe
2. Nhiệt luyện
t

FeO + H2 ��
� Fe + H2O
0

0

t
Fe2O3 + 3CO ��
� 2Fe + 3CO2

3. Điện phân dung dịch muối sắt (II)
dpdd
FeCl2 ���
� Fe + Cl2
dpdd
2FeSO4 + 2H2O ���
� 2Fe + O2 + 2H2SO4

V. Trạng thái tự nhiên của sắt : Trong tự nhiên sắt tồn tai chủ yếu ở dạng hợp chất
Quặng sắt quan trọng : 1- Quặng Manhetit Fe3O4
2- Quặng Hematit đỏ Fe 2O3
3- Quặng Hematit nâu Fe2O3 .nH2O
4- Quặng Xi đe rit FeCO 3
5- Quặng pi rit FeS 2

Trang 2


Bài 32: HỢP CHẤT CỦA SẮT
A. HỢP CHẤT SẮT (II )

Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (II) là tính khử
I. Sắt (II) oxit : FeO
1. Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu đen , không tan trong nước ,không có trong tự nhiên
2. Tính chất hóa học : Là o xit bazơ và vừa có tính khử ,vừa có tính oxh nhưng tính khử là tính
chất đặc trưng
a) Tác dụng với axit thường tạo muối sắt (II) + H2O
FeO + HCl ��
� FeCl2 + H2O
b) Tác dụng với chất khử ( thể hiện tính oxh ) :
t
FeO + H2 ��
� Fe + H2O
t
FeO + CO ��
� Fe + CO 2
t
3FeO + 2Al ��
� 3Fe + Al2O3
c) Tác dụng với chất oxh ( thể hiện tính khử ) :
t
4FeO + O2 ��
� 2Fe2O3
3FeO + 10HNO3 ��
� 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
3. Điều chế :
t
Fe3O4 + CO ��
� 3FeO + CO2
t
Fe(OH)2

��
� FeO + H2O
t
Fe(CO3)2
��
� FeO + CO2 + CO
0

0

0

0

0

0

0

II. Sắt (II) hiđroxit : Fe(OH)2
1. Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu trắng xanh , không tan trong nước
2. Tính chất hóa học : Là một bazo và có tính chất khử
a) Tác dụng với axit thường tạo muối sắt (II) + H2O
Fe(OH)2 + 2HCl ��
� FeCl2 + 2H2O
b) Tác dụng với chất oxh :
* Để trong không khí hóa thành màu nâu :
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ��
� 4Fe(OH)3

* Fe(OH)2 cũng bị oxh bởi các chất oxh mạnh khác tạo thành hợp chất Fe (III) , phản ứng này đặc
biệt dễ dàng trong mt kiềm
3Fe(OH)2 + 10HNO3 ��
� 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O
2Fe(OH)2 + Cl2 + 2NaOH ��
� 2Fe(OH)3 + 3NaCl
2Fe(OH)2 + NaClO + H2O ��
� 2Fe(OH)3 + NaCl
3Fe(OH)2 + KMnO4 + 2H2O ��
� 3Fe(OH)3 + MnO2 + KOH
2+
3. Điều chế : Fe + 2OH ��
� Fe(OH)2
III. Muối sắt (II)
1. Tính chất vật lí : Đa số muối sắt II tan trong nước , khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước
Trang 3


2. Tính chất hóa học : Vừa có tính khử , vừa có tính oxihóa nhưng tính khử là chủ yếu , có pư trao
đổi
a) Tính khử : Muối sắt (II) dễ bị oxihóa thành muối sắt (III) bằng chất oxh mạnh như : Cl 2 , Br2 ,
O2 , nước giaven , KMnO4 ,K2Cr2O7 , H2O2 ,HNO3 , H2SO4đặc

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 ��
� 2Fe2(SO4)3 + 2H2O
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 ��
� 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
FeCl2 + 3AgNO3 ��
� Fe(NO3)3 + 2AgCl + Ag
Fe(NO3)2 + AgNO3 ��

� Fe(NO3)3 + Ag
b) Tính oxh : Fe2+ + Zn ��
� Zn2+ + Fe
Chú ý : 1- I2 không có khả năng oxh muối sắt (II) thành muối sắt (III)
2- Quặng xiđerit ( FeCO3 )
* Nung quặng :
t
Nếu nung trong chân không:
FeCO3 ��
� FeO + CO2
t
Nếu nung trong không khí :
4FeCO3 + O2 ��
� 2Fe2O3 + 4CO2
* Tác dụng với axit :
FeCO3 + 2HCl ��
� FeCl2 + CO2 + H2O
3FeCO3 + 10HNO3 ��
� 3Fe(NO3)3 + NO + 3CO2 + 5H2O
0

0

3. Điều chế :

Cho Fe hay FeO hay Fe(OH)2 tác dụng với a xit HCl ,H2SO4 loãng

B. HỢP CHẤT SẮT (III )
Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (II) là tính oxh
I. Sắt (III ) oxit : Fe2O3

1. Tính chất vật lí : Là chất rắn màu nâu đỏ , không tan trong nước ,dễ tan trong axit tạo dung dịch
muối sắt ( III )
2. Tính chất hóa học : Là một oxit bazơ và có tính oxh yếu
a) Tính bazo :
Fe2O3 + 6HCl ��
� 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 6HNO3 ��
� 2Fe(NO3)3 + 3H2O
b) Tính oxh yếu :
t
Fe2O3 + 3CO ��
� 2Fe + 3CO2
t
Fe2O3 + 3H2 ��
� 2Fe + 3H2O
t
Fe2O3 + 2Al ��
� 2Fe + Al2O3
Chú ý : A xit có tính khử mạnh ( như HI , H2S …) có thể khử được Fe+3 thành Fe+2
Fe2O3 + 6HI ��
� 2FeI2 + I2 + 3H2O
Fe2O3 + H2S + HCl ��
� 2FeCl2 + S + 3H2O
3. Điều chế :
t
2Fe(OH)3 ��
� Fe2O3 + 3H2O
0

0

0

0

II. Oxit sắt từ : Fe3O4 hay FeO.Fe2O3
1. Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu đen , không tan trong nước và có tính nhiễm từ
Trang 4


2. Tính chất hóa học : Là một oxit bazơ và vừa có tính khử , vừa có tính oxh
a) Tính bazơ :
Fe3O4 + 8HCl ��
� 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 ��
� Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O
b) Tính oxh :
t
Fe3O4 + 4CO ��
� 3Fe + 4CO2
t
Fe3O4 + 4H2 ��
� 3Fe + 4H2O
t
3Fe3O4 + 8Al ��
� 9Fe + 4Al2O3
Chú ý : Axit có tính khử mạnh ( như HI , H2S …) có thể khử được Fe+3 thành Fe+2
Fe3O4 + 8HI ��
� 3FeI2 + I2 + 4H2O
0

0

0

c) Tính oxh khử :
3Fe3O4 + 28HNO3 ��
� 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
3. Điều chế :

0

t
3Fe2O3 + CO ��
� 2Fe3O4 + CO2

III. Sắt (II) hiđroxit : Fe(OH)3
1. Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu nâu đỏ ,không tan trong nước nhưng dễ tan trong a xit tạo
dung dịch muối sắt (III)
2. Tính chất hóa học :
a) Tính bazơ : Fe(OH)3 + 3HCl ��
� FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3HNO3 ��
� Fe(NO3)3 + 3H2O
t
b) Bị nhiệt phân : 2Fe(OH)3 ��
� Fe2O3 + 3H2O
0

3. Điều chế :

Fe3+ + 3OH- ��
� Fe(OH)3
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ��
� 4Fe(OH)3

IV. Muối sắt (III )
1. Tính chất vật lí :
+ Muối sắt III kết tinh từ dung dịch ở trạng thái ngậm nước
FeCl3.6H2O , Fe2(SO4)3 .9H2O ….
+ Muối sắt III bị thủy phân
2. Tính chất hóa học : Muối Fe3+ có tính oxi hoá , pư trao đổi
2FeCl3 + Cu ��
� 2FeCl2 + CuCl2
2FeCl3 + Fe ��
� 3FeCl2
2FeCl3 + H2S ��
� 2FeCl2 + S � + 2HCl
2FeCl3 + Na2SO3 + H2O ��
� 2FeCl2 + Na2SO4 + 2HCl

Chú ý : 1- Muối Fe2(CO3)3 không tồn tại do bị thủy phân
Fe2(CO3)3 + 3H2O ��
� 2Fe(OH)3 + 3CO2
2- Khi trộn lẫn dung dịch muối Fe3+ với dung dịch muối của các axit yếu như Na2CO3 , NaAlO2 …
thì do có sự thủy phân đồng thời cation gốc bazo yếu và anion gốc axit yếu nên phản ứng thủy phân
hoàn toàn
Trang 5

Fe3+ + 3AlO2- + 6H2O
��
� Fe(OH)3 + 3Al(OH)3
3+
22Fe + 3CO3 + 3H2O
��
� 2Fe(OH)3 + 3CO2
3. Điều chế : Fe2O3 + dd axit
Fe(OH)3 + dd axit

Bài 33: HỢP KIM CỦA SẮT
I. Gang
1. Khái niệm : Gang là hợp kim của sắt chứa 2 - 5% cacbon, ngoài ra còn có một ít Mn, Si, P, S…
2. Phân loại : Người ta phân biệt:
* Gang xám: Chế tạo ở nhiệt độ cao, có chứa nhiều cacbon (3,5 - 5%) và ít Si hơn.
* Gang trắng: Rất cứng nhưng rất dòn, dùng để luyện sắt hoặc thép.
* Gang đặc biệt: Có chứa nhiều Mn, Si, Cr, W. Dùng để trộn vào gang thường để luyện thép quý.
3. Sản xuất gang ( Luyện gang ):
a) Nguyên tắc
Dùng than cốc để khử sắt oxit (nếu là quặng FeCO3 thì nung trước để biến thành sắt oxit).
b)Nguyên liệu :
* Quặng oxit : Thường là quặng hematit
* Than cốc : Tạo chất khử và cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt
* Chất chảy : Thường là CaCO3 hoặc SiO2 , có tác dụng tạo xỉ
c) Các phản ứng trong lò cao:
* Tạo chất khử ( Ở phía trên nồi lò) :
t
C + O2 ��
� CO2
t

CO2 + C ��
� CO
* Phản ứng khử oxít : Khí CO bốc lên gặp sắt oxit , các phản ứng này được thực hiện trong phần
thân lò có nhiệt độ từ 4000C - 8000C
0

0

* Phản ứng tạo xỉ :
t
CaCO3 ��
� CaO + CO2
CaO + SiO2 ��
� CaSiO3
Chú ý : + Đồng thời xảy ra tương tác giữa Fe và C tạo thành sắt cacbua Fe3C hoà tan trong gang.
Một phần cacbon trong gang ở dạng than chì (graphit).
+ Gang trắng chứa nhiều Fe3C, gang xám chứa nhiều than chì.
d )Sự tạo gang : SGK
0

II. Thép :
1. Khái niệm : Thép là hợp kim của sắt có từ 0,01 - 2% cacbon và một số nguyên tố khác như Mn,
Si, Cr ,Ni …
2. Phân loại : Người ta phân biệt:
a) Thép thường hay thép cacbon: có chứa ít C, Si, Mn và rất ít P, S. Độ cứng của thép phụ thuộc
vào hàm lượng cacbon.
* Thép mềm : Chứa không quá 0,1% C
* Thép cứng : Chứa 0,9% C
b) Thép đặc biệt: có chứa những lượng đáng kể các nguyên tố khác như Mn, Si, Cr, Ni, W. Thép
đặc biệt có những tính chất cơ học và vật lý rất quý.

Ví du:
* Thép Ni - Cr: Rất cứng, ít dòn. Dùng để chế tạo vòng bi, vỏ xe bọc thép.
Trang 6


* Thép W - Mo - Cr: Rất cứng ngay ở nhiệt độ cao. Dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại.
* Thép Si: Rất dẻo, đàn hồi tốt. Dùng chế lò xo, díp ôtô.
* Thép Mn: Rất bền, chịu được va đập mạnh. Dùng để chế máy nghiền đá, thanh đường ray.
3. Sản xuất thép ( Luyện thép ):
a) Nguyên tắc
Tách bớt khỏi gang một phần lớn C, Cr, Si, Mn và hầu hết P, S.
b) Phản ứng xảy ra khi luyện thép.
* O2 của không khí oxi hoá một phần Fe trong gang lỏng.
* FeO oxi hoá các tạp chất như Si, Mn, C:

SiO2 và MnO bị loại cùng xỉ lò, CO cháy:
* Loại P, S:

Ca3(PO4)2, CaO và CaS được loại cùng với xỉ.
* Khử FeO còn sót lại trong thép

FeSiO3, MnSiO3 được loại cùng xỉ.
c)Các phương pháp luyện thép

Trang 7