Chào mừng các bạn đến với website Hóa học phổ thông http://hoaphothong.org

Đến với http://hoaphothong.org các bạn sẽ thấy hóa học thật đơn giản và thú vị. Thầy chúc các em học sinh và bạn đọc có những giây phút thoải mái, vui vẻ, hiệu quả! Mọi chi tiết xin liên hệ: Thầy Thiện - Trường THPT Tân Yên số 1, Bắc Giang - Hotline: 0914.612.679 hoặc 0977.995.084 - Email: thiendongduc@gmail.com - http://facebook.com/hoaphothong.org

TÌM KIẾM TRÊN GOOGLE (gõ tiếng Việt không dấu)

Thứ Tư, ngày 29 tháng 8 năm 2012

Sắt và hợp chất của sắt

1. Cấu tạo nguyên tửSắt nằm ở nhóm VIIIB, thuộc nhóm các nguyên tố họ d.Cấu hình electron: [Ne] 3s23p63d64s2. Lớp sát 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.
 2. Tính chất vật lý- Sắt nguyên chất có ánh bạc, dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, nóng chảy ở
1539oC.- Dưới 800oC sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và trở thành nam châm (tạm thời). 
3. Tính chất hoá họcKhi tham gia phn ng hóa hc, nguyên t st có th nhường 2e phân lp 4s hoc nhường thêm mt s electron phân lp 3d chưa bão hoà (thường là 1e). Tính cht hóa hc cơ bn ca st là tính kh và nguyên t st có th b oxi hóa thành ion Fe2+ hoc Fe3+,  tu thuc vào cht oxi hóa đã tác dng vi st.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  -> Fe3O4b. Phản ứng với các phi kim:Khi bị đốt nóng, Fe phản ứng với hầu hết các phi kim, ví dụ:
2Fe + 3Cl2  -> 2FeCl3
Fe + S -> FeS
c. Phản ứng với nước:
Ở nhiệt độ nóng đỏ, Fe phản ứng mạnh với hơi nước:
       Fe + H2O -> FeO + H2       3Fe + 4H2O -> Fe3O4 + 4H2d. Phản ứng với axit thông thường:Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2e. Phản ứng với axit oxi hoá:
- Fe bị thụ động hoá bởi HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội.
- Trong các trường hợp khác (H2SO4 đặc, nóng; HNO3 loãng), Fe dễ dàng phản ứng.
        Fe + 2H2SO4 đ  -> FeSO4 + SO2  + 2H2O       Fe + 4HNO3 l    -> Fe(NO33 + NO+ 2H2O       f. Với dung dịch kiềm:Fe không tác dụng với dung dịch kiềmg. Đẩy kim loại yếu khỏi hợp chất:Fe + CuSO4 -> Cu + FeSO44. Hợp chấta. OxitCó 3 loại: FeO, Fe2O3, Fe3O4 (FeO.Fe2O3).- Cả 3 đều là chất rắn, không tác dụng với H2O và không tan trong H2O- Với chất khử (như CO, H2 ở nhiệt độ cao) : Oxit chứa sắt có số oxi hoá cao bị khử thành oxit có số oxi hoá thấp rồi thành kim loại:              Fe2O3     -> Fe3O4  -> FeO -> Fe 
- Với chất oxi hoá: Oxit chứa sắt có số oxi hoá thấp biến thành oxit có số oxi hoá cao:
2FeO + 1/2O2 -> Fe2O3- Cả 3 đều là oxit bazơ, hoà tan trong axit, không hoà tan trong kiềm.  FeO + 2HCl -> FeCl2 + H2OFe3O4 + 3H2SO4 -> FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 3H2ONếu hoà tan trong axit oxi hoá thì tạo thành muối Fe3+:  3FeO + 10HNO3 -> 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2Ob. HiđroxitFe(OH)2 ¯ có màu trắng.Fe(OH)3 ¯ có màu nâu.- Cả 2 hiđroxit này đều ít tan trong nước.- Khi nung nóng (không có không khí), bị mất nước tạo thành oxit:       Fe(OH)2 -> FeO + H2O       2Fe(OH)3 -> Fe2O3 + 3H2ONếu nung trong khí quyển có oxi thì đều tạo thành Fe2O3, vì:2Fe(OH)2 + 1/2O2 -> Fe2O3 + 2H2O- Fe(OH)2 dễ bị oxi hoá (ngay trong không khí) thành Fe(OH)3:            4Fe(OH­)2 + O2 + 2H2O -> 4Fe(OH)3- Cả 2 hiđroxit đều là bazơ yếu, tan trong axit:            Fe(OH)2 + 2HCl -> FeCl2 + 2H2O            Fe(OH)3 + 3HCl -> FeCl3 + 3H2O- Fe(OH)3 không tan trong kiềm dư, nhưng tan một ít trong kiềm đặc vì có tính axit và rất yếu.c. Muối+) Các muối nitrat, halogenua, sunfat của Fe đều tan nhiều trong nước.+) Muối Fe2+ có tính khử mạnh.
 10FeSO4 + 2KMnO4 + 18H2SO4 -> 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 18H2O
+) Muối Fe3+ có tính oxi hoá
FeCl3+ KI -> FeCl2 + KCl + 1/2I2Fe2(SO4)3 + 3Na2S -> 2FeS + 3Na2SO4 + S d. Cách nhận biết
+) Nhận biết hợp chất của Fe2+
- Bằng phản ứng tạo kết tủa Fe(OH)2 màu trắng, rồi bị oxi hoá dần thành Fe(OH)3 màu nâu.
- Bằng phản ứng thể hiện tính khử của Fe2+. Ví dụ làm mất màu KMnO4 (xem phản ứng 3b.)
+) Nhận biết hợp chất của Fe3+
Bằng phản ứng tạo thành kết tủa Fe(OH)3 màu nâu đỏ.
e. Hợp chất của Fe trong tự nhiênTrong t nhiên, st tn ti ch yếu trong các khoáng cht sau :Oxit sắt từ (Fe3O4), hêmatit (Fe2O3), hêmatit nâu (Fe2O3 . H2O), xeđerit (FeCO3), pirit (FeS2)5.   Hợp kim của Fea. Sắt non: là hợp kim của sắt có chứa dưới 0,01% cacbon.b. Gang: là hợp kim của sắt chứa 2 - 6% cacbon, ngoài ra còn có một ít Mn, Si, P, S. Người ta phân biệt:- Gang xám: Chế tạo ở nhiệt độ cao, có chứa nhiều cacbon (3,5 - 6%) 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.c. Thép: là hợp kim của sắt có từ 0,01 - 2% cacbon và một số nguyên tố khác. Người ta phân biệt:+) 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 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.- 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.6. Luyện ganga. Nguyên tắcDùng CO để khử sắt oxit (nếu là quặng FeCO3 thì nung trước để biến thành sắt oxit).b. Các phản ứng trong lò cao:
- Ở phía trên nồi lò:
C + O2  -> CO2
CO2 + C ->  2CO
- Khí CO bốc lên gặp sắt oxit:
3Fe2O3 + CO     -> 2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO  -> 3FeO + CO2FeO + CO  -> Fe + CO2
- 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.
7. Luyện thépa. 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.
               2Fe + O2   -> 2FeO
- FeO oxi hoá các tạp chất như Si, Mn, C:
2FeO + Si -> 2Fe + SiO2FeO + Mn -> Fe + MnOFeO + CO -> Fe + CO2SiO2 và MnO bị loại cùng xỉ lò, CO cháy:CO + 1/2O2 -> CO2
- Loại P, S:
FeO + P -> Fe + P2O5P2O5 + 3CaO -> Ca3(PO4)2FeS + CaO -> CaS + FeOCa3(PO4)2, CaO và CaS được loại cùng với xỉ.- Khử FeO còn sót lại trong thépFeO + SiO2 -> FeSiO3FeO + Mn -> Fe + MnOMnO + SiO2 -> MnSiO3                         FeSiO3, MnSiO3 được loại cùng xỉ.