CHUYEN DE SAT VA HOP CHAT HAY

CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT. Phần 1. Nội dung trọng tâm: A. Lý thuyết: - Vị trí của Fe, cấu trúc e của Fe, của ion tương ứng. - Tính chất hoá học của Fe. - Tính chất hoá học, cách điều chế của các hợp chất của sắt: FeO, Fe2O3, Fe3O4, Fe(OH)2, Fe(OH)3. - Hợp kim của Fe ( Gang , thép) + Sản xuất gang thép. I. Cấu tạo của Fe: 56 2 2 6 2 6 6 2 26 Fe :1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s . - Qua cấu tạo lớp vỏ e ta thấy sắt có hai e ở lớp vỏ ngoài cùng  dễ nhường hai electron (ở lớp thứ 4) này 56 Fe – 2e-  Fe2+ . Cấu hình electron của Fe2+: 26 Fe :1s2 2s2 2p6 3s23p63d6 - Xét phân lớp 3d6, để đạt cơ cấu bán bão hoà , phân lớp này sẽ cho đi một electron để đạt 3d5. 56 Fe2+ - 1e-  Fe3+ . Cấu hình electron của Fe3+: 26 Fe :1s2 2s2 2p6 3s23p63d5 Vì thế , sắt có hai hoá trị là (II) và (III). II.Lý tính:Rắn , có màu trắng xám, dẻo , dễ rèn , dẫn điện , nhiệt tốt (sau Cu, Al), có từ tính. III.Hoá tính :Có tính khử và sản phẩm tạo thành có thể Fe2+, Fe3+. a.Phản ứng phi kim trung bình ,yếu(S,I2,…) * Phản ứng với phi kim mạnh (Cl2,Br2. . .) Fe + S t0 FeS 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Fe + I2 FeI2 2Fe + 3Br2 2FeBr3 -Khi phản ứng với oxy trong không khí ẩm hoặc nước giàu oxy, Fe tạo thành Fe(OH)3: o 4Fe + 6H2O + 3O2 ¾t¾ ® 4Fe(OH)3 - Khi đốt cháy sắt trong không khí : to 3Fe + 2O2 ¾¾ ® Fe3O4 b.Phản ứng axit (khác HNO3, H2SO4đ) Phản ứng với HNO3 và H2SO4 đặc to Fe + 2HCl FeCl2 + H2 2Fe + 6H2SO4 ¾¾ ® Fe2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O. Fe + H2SO4 loãng FeSO4 + H2 to Fe + 4HNO3 loãng ¾¾ ® Fe(NO3)3 + NO + 2H2O c. Phản ứng với hơi H2O ở nhiệt độ cao: t o >570o C Fe + H2O ¾¾¾¾ ® FeO + H2 t o £570o C 3Fe + 4H2O ¾¾¾¾ ® Fe3O4 + 4H2 d. Phản ứng với dung dịch muối: luôn tạo muối Fe2+. Fe + CuSO4  FeSO4 + Cu Fe + 2FeCl3  3FeCl2 e. Phản ứng với oxit: Chỉ phản ứng CuO. to 2Fe + 3CuO ¾¾ ® Fe2O3 + 3Cu. Chú ý: Fe, Al,( Cr, Ni ) không phản ứng được với HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội. IV. Điều chế: a. Trong phòng thí nghiệm : Dùng phương pháp thủy luyện( dùng kim loại có tính khử mạnh hơn Fe để khử muối Fe2+, Fe3+). FeCl2 + Mg  Fe + MgCl2. FeCl3 + Al  AlCl3 + Fe b. Trong công nghiệp: Sắt được điều chế ở dạng gang thép qua quá trình phản ứng sau đây: oxi hoá O2 +CO +CO Quặng Sắt ¾¾¾ Fe2O3 +CO Fe3O4 ¾¾¾ FeO Fe( gang) ¾¾¾ ® ¾¾¾ ® ® ®ấtFe( thép). 0 0 0 0 tạp ch t 800 C 400 C 600t C Tên các quặng sắt: - Hê matic đỏ: Fe2O3 khan. Xiđeric : FeCO3 - Hêmatic nâu: Fe2O3.nH2O Nhóm A Pirit : FeS2. Nhóm B ( muối) - Manhêtit : Fe3O4. ( Oxit) - Các quặng ở nhóm A không cần oxi hóa ở giai đoạn đầu. - Các quặng ở nhóm B ta phải oxi hoá ở gian đoạn đầu để tạo ra oxit. to 4FeS2 + 11O2 ¾¾ ® 2Fe2O3 + 8SO2. to 4FeCO3 + O2 ¾¾ ® 2Fe2O3 + 4CO2. V. HỢP CHẤT SẮT: 1. Hợp chất Fe2+: Có tính khử và tính oxi hoá ( vì có số oxi hoá trung gian). a. Tính khử: Fe2+  Fe3+: 2FeCl2 + Cl2  2FeCl3. b. Tính oxi hoá: Fe2+  Fe. 1. FeCl2 + Mg  Fe + MgCl2. to 2. FeO + CO ¾¾ ® Fe + CO2 to 3. FeO + H2 ¾¾ ® Fe + H2O. 1 CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT 2. Hợp chất Fe . ( có số oxi hoá cao nhất) nên bị khử về Fe2+ hay Fe thuỳ thuộc vào chất khử mạnh hay chất khử yếu. a. Fe3+  Fe2+: Cho Fe3+ phản ứng với kim loại từ Fe cho đến Cu trong dãy hoạt động của kim loại.  2FeCl3 + Fe  3FeCl2.  2FeCl3 + Cu  2FeCl2 + CuCl2. b. Fe3+  Fe: Cho Fe3+ phản ứng pứ với kim loại từ Mg đến Cr ( kim loại đứng trước Fe : không phải kim loại kiềm, Ba và Ca).  FeCl3 + Al  AlCl3 + Fe  2FeCl3 + 3Mg  3MgCl2 + 2Fe. 3. Một số hợp chất quan trọng của Fe. a. Fe3O4 là một oxit hỗn hợp của FeO và Fe2O3, vì thế khi phản ứng với axit ( không phải là H2SO4 đặc, hay HNO3) ta lưu ý tạo cả hai muối Fe2+ và Fe3+. Fe3O4 + 8HCl  FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O. b. Fe(OH)2: kết tủa màu trắng xanh, để lâu ngoài không khí hoặc khi ta khoáy kết tủa ngoài không khí thì phản ứng tạo tủa đỏ nâu Fe(OH)3. to 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ¾¾ ® 4Fe(OH)3. Khi nung Fe(OH)2 tuỳ theo điều kiện phản ứng: trong Fe(OH)2 nung FeO + H2O. chân không 3+ nung trong 4Fe(OH)2 + O2 không khí 3Fe2O3 + 4H2O c. Phản ưng với axit có tính oxi hoá ( HNO3, H2SO4 đặc) FeO Fe3O3 HNO3 Fe(OH)2 + H2SO4 ¾¾¾¾ SO2 ® Fe3+ + H2O + FeCO3  II. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG NO NO2 ……… 1. Dạng hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh: Đề bài: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO 3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung d ịch X. Cô c ạn dung d ịch X thu được m gam muối khan. Tính m ? Phát triển bài toán: Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm sản phẩm khử như NO 2, NO ta có vẫn đặt hệ bình thường tuy nhiên chất nhận e bây giờ là HNO3 thì cho 2 sản phẩm. Trường hợp 2: Nếu đề ra yêu cầu tính thể tích hoặc khối lượng của HNO 3 thì ta tính số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có: muôi Khí nHNO3 =nNO + n =3nFe +nNO (nNO2 ) NO 3 3 2. Dạng đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa Bài 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu đ ược m gam h ỗn h ợp X g ồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H 2SO4 đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO 2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính m? Bài 2: Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau phản ứng thu đ ược 20 gam h ỗn h ợp X g ồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 loãng thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO 2 có tỉ khối so với H2 là 19. Tính m và thể tích HNO3 1M đã dùng? 2 CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT 3. Dạng khử không hoàn toàn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh là HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m ? 4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ Tổng quan về dạng này: Đây không phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao đổi. Trong phản ứng này ta coi đó + 22+ 3+ là phản ứng của: 2H +é ëO ù û® H 2O và tạo ra các muối Fe và Fe trong dung dịch. Như vậy nếu biết số mol H+ ta có thể biết được khối lượng của oxi trong hỗn hợp oxit và t ừ đó có th ể tính đ ược t ổng s ố mol s ắt trong hỗn hợp ban đầu. VD: Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 260 ml HCl 1M thu được dung dịch X. Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đ ến kh ối lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m 5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ Tổng quan về dạng này: Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng ngoài H 2O còn có H2 do Fe phản ứng. Như vậy liên quan đến H+ sẽ có những phản ứng sau: 2 H + +2e ¾¾ ® H2 ­ 22 H + +é ® H 2O ëO ù û¾¾ Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H + và số mol H2 để tìm số mol của O2- từ đó tính được tổng số mol của Fe. VD: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H2 (đktc). Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m 6. Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương: Tổng quan: Trong số oxit sắt thì ta coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau. Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi. Khi đề ra cho số mol FeO và Fe 2O3 có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe3O4. còn nếu không có dữ kiện đó thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe 2O3. Như vậy hỗn hợp từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương. Bài 1: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3). Hòa tan 4,64 gam trong dung dịch H2SO4 loãng dư được 200 ml dung dịch X . Tính thể tích dung dịch KMnO 4 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X? 3 CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT Bài 2: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe 3O4 và Fe2O3 tan vừa hết trong dung dịch H2SO4 tạo thành dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được 70,4 gam muối, mặt khác cho Clo d ư đi qua X r ồi cô c ạn thì thu được 77,5 gam muối. Tính m? C. Zn D. Cu 4