Bài 31: Sắt

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² hay [Ar]3d⁶4s²
• Ô thứ 26, nhóm VIIIB, chu kì 4

• Sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion Fe²⁺ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d để trở thành ion Fe³⁺.

Quan sát Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu  

• Sắt là kim loại màu trắng hơi xám
• Có khối lượng riêng lớn (d = 8,9 g/cm³), nóng chảy ở 1540⁰C. 
• Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ.

• Là kim loại có tính khử trung bình.

  • Với chất oxi hoá yếu: Fe → Fe²⁺ + 2e

  • Với chất oxi hoá mạnh: Fe → Fe³⁺ + 3e

a. Tác dụng với Phi kim

• Thí nghiệm: Sắt phản ứng với Lưu huỳnh: \(Fe+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeS\)

• Thí nghiệm: Sắt cháy trong Oxi: \(Fe+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}\)​

• Thí nghiệm: Sắt tác dụng với Clo: \(2Fe+3Cl_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeCl_{3}\)

b. Tác dụng với axit

• Với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng: Fe đưa về sắt (II), H⁺ chuyển thành H₂

  • Thí nghiệm của Sắt trong dung dịch sunfuric loãng: \(Fe + H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+H_{2}\uparrow\)

  • ​

• Với dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng: Fe khử \(N^{+5}\) hoặc \(S^{+6}\) trong HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, nóng đến số oxi hoá thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá thành \(Fe^{3+}\).
  • Thí nghiệm: Sắt trong dung dịch HNO₃ loãng: \(Fe+4HNO_{3}\rightarrow Fe(NO_{3})_{3}+NO\uparrow+2H_{2}O\)
  • Lưu ý: Fe bị thụ động bởi các axit HNO₃ đặc, nguội hoặc H₂SO₄ đặc, nguội.

c. Tác dụng với dung dịch muối

• Sắt có thể khử được các ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa.
• Thí nghiệm: Sắt phản ứng với dung dịch Đồng(II) sunfat \(Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu\downarrow\)

d. Tác dụng với nước

• Hình vẽ mô phỏng thí nghiệm: Sắt khử hơi nước ở nhiệt độ cao

• Phương trình hóa học:
  • \(3Fe+4H_{2}O\overset{t^{0}<570^{0}C}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}+4H_{2}\uparrow\)
  • \(Fe+H_{2}O\overset{t^{0}>570^{0}C}{\rightarrow}FeO+H_{2}\uparrow\)​

• Chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ trái đất, đứng hàng thứ hai trong các kim loại (sau Al).

• Trong tự nhiên sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất có trong các quặng:

  • quặng manhetit (Fe₃O₄)

  • quặng hematit đỏ (Fe₂O₃)

  • quặng hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O)

  • quặng xiđerit (FeCO₃)

  • quặng pirit (FeS₂)

• Có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu
• Có trong các thiên thạch.

Bài 1:

Cho m gam kim loại Fe tác dụng với dung dịch HNO₃ dư, sau phản ứng thu được 3,36 lít khí NO đo ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O
0,15                                  0,15
⇒ m _Fe = 0,15. 56 = 8,4 gam 

Bài 2:

Cho 4,368 gam bột Fe tác dụng với m gam bột S. Sau phản ứng được rắn X. Toàn bộ X tan hết trong dung dịch HNO₃ loãng dư được sản phẩm khử duy nhất là 0,12 mol NO. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Coi hỗn hợp X gồm Fe và S phản ứng với HNO₃
Fe  → Fe³⁺ + 3e
S  → S⁶⁺ + 6e
N⁵⁺ + 3e → N²⁺
Bảo toàn e: 3n_Fe + 6n_S = 3nNO
⇒ n_S = 0,021 mol
⇒ m = 0,672g

Bài 3:

Cho m gam Fe vào bình đựng dung dịch H₂SO₄ và HNO₃ thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp H₂SO₄ dư vào bình được 0,448 lít NO và dung dịch Y. Trong cả 2 trường hợp đều có NO là sản phẩm khử duy nhất ở kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 2,08 gam Cu không tạo sản phẩm khử N⁺⁵. Các phản ứng đều hoàn toàn. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Tổng số mol khí NO sau các phản ứng là: 0,07 mol
Giả sử trong Y có Fe³⁺ và Fe²⁺
⇒ bảo toàn e: 3nFe³⁺ + 2nFe²⁺ = 3nNO
Lại có: 2Fe³⁺ + Cu → Cu²⁺ + 2Fe²⁺ (Y hòa tan Cu nhưng không có sản phẩm khử của N⁺⁵)
⇒ nFe³⁺ = 2nCu = 0,065 mol ⇒ nFe²⁺ = 0,0075 mol
⇒ m = 56.(0,065 + 0,0075) = 4,06g

Bài 4:

Cho 6,72 gam bột Fe tác dụng với 384 ml dung dịch AgNO₃ 1M sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch A và m gam chất rắn. Dung dịch A tác dụng được với tối đa bao nhiêu gam bột Cu?

Hướng dẫn:

n_Fe = 0,12 mol; \(n_{AgNO_{3}}\) = 0,384 mol
Fe + 2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag
Fe²⁺ + Ag⁺ → Fe³⁺ + Ag
⇒ Dung dịch sau có: 0,12 mol Fe³⁺; 0,024 mol Ag⁺
⇒ 2n_Cu = n_Fe³⁺ + n_Ag⁺
⇒ n_Cu = 0,072 mol
⇒ m_Cu = 4,608g

Bài 1:

Đốt cháy hỗn hợp gồm 2,4g Mg; 4,48g Fe với hỗn hợp X gồm có Cl₂ và O₂; sau phản ứng chỉ thu được hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua (không có khí dư). Hòa tan Y vào lượng vừa đủ 120 ml HCl 2M thu được dung dịch Z. Cho AgNO₃ dư vào Z thu được 61,01g kết tủa. Phần trăm V của O₂ trong X là:

Hướng dẫn:

n_Mg = 0,1 mol; n_Fe = 0,08 và n_HCl = 0,24.
\(\begin{matrix} Mg & - & 2e & \rightarrow & Mg^{2+}\\ 0,1 & & 0,2 & & \\ Fe & - & 3e & \rightarrow & Fe^{3+}\\ 0,08 & & 0,24 & & \\ Cl_2 & + & 2e & \rightarrow & 2Cl^-\\ a & & 2a & & 2a\\ O_2 & + & 4e & \rightarrow & 2O^{2-}\\ b & & 4b & & 2b\\ Ag^+ & + & e & \rightarrow & Ag\\ x & & x & & x\\ 2H^+ & + & O^{2-} & \rightarrow & H_2O\\ 0,24 & & 0,12 & & \end{matrix}\)
n_O = 2b = 0,12 ⇒ b = 0,06
Bảo toàn mol e: 2a + 4b + x = 0,2 + 0,24 = 0,44 ⇒ 2a + x = 0,2
Kết tủa gồm: AgCl (2a + 0,24) mol và Ag x mol
⇒ 143,5(2a + 0,24) + 108x = 61,01
⇒ 287a + 108x = 26,57
⇒ a = 0,07 và x = 0,06
⇒ X gồm 0,07 mol Cl₂ và 0,06 mol O₂
\(\Rightarrow \%V_{O_2} = 46,15\%\)

Sau bài học cần nắm:

• Vị trí của Sắt trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
• Cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế.
• Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Sắt.

Bài kiểm tra Trắc nghiệm Hoá học 12 Bài 31 có phương pháp và lời giải chi tiết giúp các em luyện tập và hiểu bài.

• Câu 1:

  Cho phản ứng hoá học: Fe  + CuSO₄ → FeSO₄  +  Cu. Trong phản ứng trên xảy ra    

  • A. sự khử Fe²⁺ và sự oxi hoá Cu.
  • B. sự khử Fe²⁺ và sự khử Cu²⁺.
  • C. sự khử Fe²⁺ và sự khử Cu²⁺.
  • D. sự oxi hoá Fe và sự khử Cu²⁺.

• Câu 2:

  Thực hiện các thí nghiệm sau:

  (1) Cho Fe vào dung dịch HCl                  (4) Đốt dây sắt trong khí clo

  (2) Cho Fe dư vào dd HNO₃  loãng          (5)Cho Fe vào dung dịch AgNO₃ dư

   (3) Cho Fe vào dd KHSO₄.

  Số thí nghiệm tạo ra muối sắt (II) là: 

  • A. 2.
  • B. 3.
  • C. 4.
  • D. 5.

• Câu 3:

  Kim loại Fe có thể khử được ion nào sau đây?

  • A. Mg²⁺. 
  • B. Zn²⁺. 
  • C. Cu²⁺. 
  • D. Al³⁺.

• Câu 4:

  Kim loại Fe không tan trong dung dịch nào sau đây?

  • A. Fe(NO₃)₃. 
  • B. CuCl₂.
  • C. Zn(NO₃)₂.
  • D. AgNO₃

• Câu 5:

  Dãy gồm các ion đều oxi hóa được kim loại Fe là:

  • A. Cr²⁺, Au³⁺, Fe³⁺
  • B. Fe³⁺, Cu²⁺, Ag⁺
  • C. Zn²⁺, Cu²⁺, Ag⁺
  • D. Cr²⁺, Cu²⁺, Ag⁺

• Câu 6:

  Cho bột Fe vào dung dịch AgNO₃ dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch gồm các chất tan:

  • A. Fe(NO₃)₂ , Fe(NO₃₎₃ , AgNO₃.
  • B. Fe(NO₃)₂, AgNO₃.
  • C. Fe(NO₃)₃, AgNO₃.
  • D. Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃.

• Câu 7:

  Cho hỗn hợp Fe, Cu phản ứng với dung dịch HNO3  loãng. Sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được dung dịch chỉ chứa một chất tan và kim loại dư. Chất tan đó là:

  • A. Cu(NO₃)₂.
  • B. Fe(NO₃)₃.
  • C. Fe(NO₃)₂.
  • D. HNO₃.

• Câu 8:

  Cho bột Fe vào dung dịch gồm AgNO₃ và Cu(NO₃)₂ . Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch X gồm 2 muối và chất rắn Y gồm 2 kim loại. Hai muối trong X và 2 kim loại trong Y lần lượt là:

  • A. Cu(NO₃)₂, Fe(NO₃)₂ và Cu, Fe.
  • B. Cu(NO₃)₂, Fe(NO₃)₂ và Ag, Cu.
  • C. Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃ và Cu, Ag.
  • D. Cu(NO₃)₂, AgNO₃ và Cu, Ag

Câu 3- Câu 5: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể hệ thống lại nội dung bài học thông qua phần hướng dẫn Giải bài tập Hoá học 12 Bài 31.

Bài tập 31.12 trang 73 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.13 trang 73 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.14 trang 73 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.15 trang 73 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.16 trang 74 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.17 trang 74 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.18 trang 74 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.19 trang 74 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.20 trang 74 SBT Hóa học 12

Bài tập 31.21 trang 74 SBT Hóa học 12

Bài tập 1 trang 189 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 2 trang 189 SGK Hóa học 12 nâng cao

Trong quá trình học tập nếu có bất kì thắc mắc gì, các em hãy để lại lời nhắn ở mục Hỏi đáp để cùng cộng đồng Hóa Chúng tôi thảo luận và trả lời nhé.