LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT
A. LÝ THUYẾT
I. Cấu tạo của Fe:
Fe :1s2 2s2 2p6 3s23p63d6 4s2.
Fe2+: :1s2 2s2 2p6 3s23p63d6
Fe3+: :1s2 2s2 2p6 3s23p63d5
II.Tính chất hoá học : Có tính khử và sản phẩm tạo thành có thể Fe2+, Fe3+.
a. Phản ứng với phi kim.
- Phản ứng phi kim trung bình ,yếu (S,I2,…)
Fe + S → FeS
Fe + I2 → FeI2
- Phản ứng với phi kim mạnh (Cl2,Br2. . .)
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
2Fe + 3Br2 → 2FeBr3
- Khi phản ứng với oxy trong không khí ẩm hoặc nước giàu oxy, Fe tạo thành Fe(OH)3:
4Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH)3
- Khi đốt cháy sắt trong không khí :
3Fe + 2O2 → Fe3O4
b. Phản ứng với axit
- Phản ứng với axit oxi hoá bởi ion H+ (HCl, H2SO4 loãng...)
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2
- Phản ứng với axit oxi hoá bởi ion gốc axít (HNO3 và H2SO4 đặc) - sắt bị oxi hoá lên mức cao nhất +3
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O.
Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
Chú ý: Fe, Al,( Cr, Ni ) không phản ứng được với HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
c. Phản ứng với hơi H2O ở nhiệt độ cao:
Fe + H2O → FeO + H2
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
d. Phản ứng với dung dịch muối.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
e. Phản ứng với oxit:
2Fe + 3CuO → Fe2O3 + 3Cu.
III. 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:
Quặng Sắt → Fe2O3→ Fe3O4 → FeO → Fe( gang)→ Fe( thép).
Tên các quặng sắt: - Hematit đỏ: Fe2O3 khan.
- Hematit nâu: Fe2O3.nH2O
- Manhetit : Fe3O4 (là quặng giàu sắt nhất, nhưng hiếm có trong tự nhiên)
- Xiđerit : FeCO3
- Pirit : FeS2.
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2.
4FeCO3 + O2 → 2Fe2O3 + 4CO2.
IV. 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.
2. FeO + CO → Fe + CO2
3. FeO + H2 → Fe + H2O.
2. Hợp chất Fe3+. ( có số oxi hoá cao nhất) nên bị khử về Fe2+ hay Fe tuỳ 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+.
b. Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O.
b, Fe(OH)2: kết tủa màu trắng xanh, để lâu ngoài không khí hoặc khi ta khuấy kết tủa ngoài không khí thì phản ứng tạo kết tủa đỏ nâu Fe(OH)3.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3.
Khi nung Fe(OH)2 tuỳ theo điều kiện phản ứng:
Fe(OH)2 → FeO + H2O.
4Fe(OH)2 + O2 → 3Fe2O3 + 4H2O
V. HỢP KIM CỦA SẮT:
1. Gang: Là hợp kim sắt –cabon và một số nguyên tố khác: Hàm lượng Cacbon từ 2% à 5%.
* Sản xuất Gang:
- Nguyên tắc: Khử Fe trong oxit bằng CO ở nhiệt độ cao ( phương pháp nhiệt luyện). Quá trình này diễn ra nhiều giai đoạn: Fe2O3 ® Fe3O4 ® FeO ® CO.
2. Thép: Thép là hợp kim Fe – C ( Hàm lượng C : 0,1 à 2%).
* Sản xuất thép:
- Nguyên tắc: Oxi hoá các tạp chất có trong gang ( Si, Mn, C, S, P) thành Oxit nhằm làm giảm hàm lượng của chúng.
Chú ý:
- Trong một số bài tập khi cho hh gồm 3 oxit sắt:
+ Nếu cho biết nFeO = nFe2O3 thì ta coi hh như chỉ có Fe3O4 để giải (vì trong Fe3O4 thì nFeO = nFe2O3).
+ Nếu trong hh không cho biết điều này thì lúc này coi hh chỉ là FeO và Fe2O3
B. BÀI TẬP
Bài 1: Hoà tan 11,2g kim loại M trong dd HCl thu được 4,48 lít khí H2 (đktc). KL M là kim loại nào sau đây:
A. Al B. Ca C. Mg D. Fe
Bài 2: Cho 17,4 g hợp kim X gồm sắt, đồng, nhôm phản ứng hết với H2SO4 loãng, dư thu được 6,4 gam chất rắn và 9,856 lít khí Y (ở 27,3oC và 1 atm). Thành phần phần trăm theo khối lượng của sắt, đồng, nhôm trong hợp kim lần lượt là:
ĐA: 32,18%, 36,79%, 31,03%
Bài 3: Khi hoà tan cùng một lượng kim loại R vào dd HNO3 loãng và dd H2SO4 loãng thì thu được khí NO và H2 có thể tích bằng nhau (đo ở cùng điều kiện). Biết rằng muối nitrat thu được có khối lượng bằng 159,21% khối lượng muối sunfat. R là kim loại nào sau đây:
A. Zn B. Al C. Fe D. Mg
HD: giả sử kim loại chỉ có hoá trị n
Viết nhanh 2 pt hoặc chỉ viết sơ đồ các chất liên quan
từ pt và bài ra: nNO = nH2 ó nx/3 = nx/2 (vô lí)
Vậy kim loại R phải thể hiện hoá trị khác nhau ở 2 pt (nếu trắc nghiệm có thể suy là Fe)
3R + 4nHNO3 → 3R(NO3)n + nNO + 2nH2O
x nx/3
2R + mH2SO4 → R2(SO4)m + mH2
x mx/2
ta có: nx/3 = mx/2 → n = 3 và m = 2
Từ pt KL → R = 56
Bài 4: . Nung 2,1 gam bột sắt trong bình chứa oxi, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,9g một oxit. Tìm CTPT của oxit sắt?
HD: có thể từ pthh lập pt hoặc tìm nO2 và lập pt => Fe3O4
Bài 5: . Đốt một lượng kim loại trong bình kín đựng khí clo thu được 32,5g muối clorua và nhận thấy thể tích khí clo giảm 6,72 lít (đktc). Tìm KL X
Bài 6: . Khử một oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao, phản ứng xong người ta thu được 0,84g Fe và 448ml CO2 (đktc). Tìm CT oxit sắt.
HD: Fe3O4
Bài 7: . Hoà tan 3,04g hh bột kim loại Fe và Cu trong dd HNO3 loãng dư, thu được 0,896 lít khí duy nhất NO (đktc). Thành phần % theo KL mỗi KL trong hh là?
HD: 36,8% và 63,2%
Bài 8: . Để sản xuất 800 tấn gang có hàm lượng Fe là 95%, biết rằng trong quá trình sản xuất lượng sắt bị hao hụt là 1%. Tính khối lượng quặng manhetit chứa 80% Fe3O4 cần dùng.
HD: 1325,16 tấn (các dạng bài này chỉ cần viết sơ đồ và dùng máy tính ấn sẽ ra được kết quả)
Bài 9: . Hoà tan m gam oxit sắt cần 150ml dd HCl 3M, nếu khử toàn bộ m gam oxit sắt trên bằng CO nung nóng, dư thu được 8,4g sắt. CTPT của oxit sắt là?
HD: FexOy + 2yHCl → xFeCl2y/x + y H2O
a 2ya
FexOy + yCO → xFe + y CO2
a ax
Ta có: 2ay = 0,45 và ax = 0,15 → x:y = 2 : 3
Bài 10: . Cho 20g hh Fe và Mg tác dụng hết với dd HCl thấy có 11,2 lít (đktc) khí H2 thoát ra. Cô cạn dd thu được bao nhiêu gam muối khan?
HD: 55,5g (làm theo ĐLBTKL)
Bài 11: . Ngâm 1 lá kim loại M có khối lượng 50g trong dd HCl, sau phản ứng thu được 336ml khí H2 (đktc) thì khối lượng lá kim loại giảm 1,68%. Tìm KL M
Bài 12: . Hoà tan hoàn toàn một oxít FexOy bằng dd H2SO4 đặc, nóng thu được 2,24 lít khí SO2 (đktc), phần dd đem cô cạn thì thu được 120g muối khan. Tìm CT oxít sắt:
HD: 2FexOy + (6x-2y)H2SO4 → xFe2(SO4)3 + (3x-2y)SO2 + (6x-2y)H2O
→ Fe3O4
Bài 13: . Cho một luồng hkí CO dư qua ống đựng a gam hh Fe3O4 và CuO nung nóng đến phản ứng hoàn toàn, ta thu được 1,16g hh 2 kim loại. Khí thoát ra cho vào bình đựng dd nước vôi trong dư thu được 2,5g kết tủa trắng. Tính a
ĐA: 1,56
Bài 14: Hoà tan hoàn toàn 2,175g hh 3 kim loại Zn, Mg, Fe vào dd HCl dư thấy thoát ra 1,344 lít khí H2 (đktc). Khi cô cạn dd ta thu được bao nhiêu gam muối khan?
ĐS: 6,435g
Bài 15: .Khi cho 4,5g hh CuO và một oxit sắt có số mol bằng nhau, tác dụng với H2 dư thu được 1,76g chất rắn. Nếu cho chất rắn trên vào dd HCl dư thì thu được 0,224 lít khí (đktc). Tìm CT oxit sắt
HD: Từ nH2 → nFe → nCu → nCuO → nFexOy và mFexOy → MFexOy → CT Fe2O3
Bài 16: Dùng quặng hematit chứa 90% Fe2O3 để sản xuất 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất quá trình sản xuất là 80%. Tính KL quặng cần dùng.
ĐS: 1884,92 Kg
Bài 17: . Dùng 100 tấn quặng Fe3O4 để luyện gang (95% Fe), cho biết hàm lượng Fe3O4 trong quặng là 80%, hiệu suất quá trình là 93%. Tính khối lượng gang thu được?
ĐS: 56,712 tấn
Bài 18: Cho khí CO tác dụng với 10g bột quặng hematit nung nóng đỏ. Phản ứng xong lấy chất rắn còn lại đem hoà tan trong dd H2SO4 loãng dư thu được 2,24 lít khí H2 (đktc). Tính thành phần % theo KL của Fe2O3 trong quặng.
ĐS; 80%
...
Trên đây là trích dẫn 1 phần Lý thuyết và bài tập về sắt và hợp chất của sắt môn Hóa học 12 năm 2019-2020 để xem thêm nhiều nội dung hữu ích khác các em vui lòng đăng nhập vào hệ thống Chúng tôi chọn chức năng xem online hoặc tải về máy tính!
Chúc các em học tốt!
