các nguyên tố nhóm VIII B

UBND TP CẦN THƠ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN  BÀI TIỂU LUẬN CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIB Nhóm VIIIB gồm nguyên tố thuộc họ d chu kỳ 4; 5; thuộc bảng tuần hoàn là: Sắt, Coban, Niken, Ruteni, Rođi, Palađi, Osmi, Iriđi Platin Sắt, Coban Niken có tính chất tương tự nhau, nên xếp chung thành họ Sắt; nguyên tố lại có tính chất giống theo chiều thẳng đứng, nên xếp chung thành họ Platin Nguyên tử khối, phân bố electron trạng thái hóa trị nguyên tố sau: Nguyên tố Kí hiệu Nguyên tử khối Sắt Coban Niken Ruteni Rodi Paladi smi Iridi Platin Fe Co Ni Ru Rh Pd Os Ir Pt 55,847 58,933 58,710 101,070 102,905 106,400 190,200 192,220 195,090 Phân bố electron 2 2 2 2 8 8 8 8 14 15 16 18 18 18 18 18 18 2 15 16 18 32 32 32 Hóa trị 1 14 15 17 2 I, II, III,IV, VI I, II, III, IV I , II , III, IV II, III, IV, V, VI, VII, VIII I, II, III, IV, VI II, III, IV II, III, IV, VI, VIII I, II, III, IV, VI I, II, III, IV, VI A.Đặc điểm chung A.II Tính chất vật lí _Đều có tính chất kim loại, màu sắc từ xám đến xám trắng; khó nóng chảy khó bay hơi; thể tích nguyên tử thấp _Về cấu hình elcctron, nguyên tố nhóm VIIIB thuộc họ d mà nguyên tử lắp đầy dần obitan d lớp (n - l) - (n số thứ tự chu kỳ) A.III Tính chất hóa học _ Tất có khả hấp thụ hiđro bề mặt nhiều gây hoạt tính cao hiđro (hiđro hoạt động) _ Đều có tác dụng xúc tác cho phản ứng hóa học vô hữu _ có khuynh hướng tạo phức, đặc trưng phản ứng tạo phức với NH3, với CO với NO _ Có khả tạo nhiều hợp chất có hóa trị khác dễ chuyển hóa từ trạng thái hóa trị đến trạng thái hóa trị khác _ Đều tạo hợp chất có màu trạng thái tự do( dạng hiđrat hóa ) _ Hiđroxit chúng có tính bazơ yếu, axit yếu, có tính lưỡng tính _ Có lực yếu oxi giảm dần từ trái sang phải; lại có lực mạnh với lưu huỳnh tăng dần từ trái sang phải B.Các kim loại họ sắt B.I Đặc điểm I.1 Đặc điểm _ Cả ba kim loại sắt, coban niken - trạng thái kim loại trạng thái hợp chất có đặc điểm giống tính chất _ Cả ba kim loại tạo muối có số oxi hóa +2 ; sắt tạo muối có số oxi hóa +3; coban(II) dễ dàng chuyển thành Co(III) thường gặp hợp chất phức; với niken chủ yếu tạo hợp chất Ni(II) _ Khuynh hướng tạo hợp chất hóa trị I tăng từ sắt đến niken; niken dễ dàng tạo hợp chất hóa trị I tương tự đồng _ Hóa trị cực đại sắt Vi ( ferat FeO42-) tương tự mangan; hóa trị coban niken (IV) hợp chất đioxit dễ dàng bị phân bảy tách oxi I.2 Trạng thái tự nhiên đồng vị _Sắt thuộc nguyên tố phổ biến cấu tạo nên vỏ đất Khoáng vật chủ yếu sắt manhetit (Fe3O4), hematit đỏ(Fe2O3), hematit nâu [Fe2O3.2Fe(OH)3] Ngoài ra, lượng sắt lớn dạng khoáng chất xiđerit (FeCO3) quặng với lưu huỳnh, asen pirít FeS2 _ Hàm lượng coban vỏ đất nhiều so với sắt Khoáng vật quan trọng coban cobantin ( CoAsS) Coban lẫn với kim loại khác Cu, Ni, Ag, Fe, Mn quặng đa kim _Hàm lượng niken vỏ đất nhiều coban Khoáng vật chủ yếu niken penlađit quặng sunfua ni ken, đồng sắt Ngoài có loại quặng khác gacnierit ( NiSiO3.MgSiO3 ), quặng smantit quặng arsenua Ni, Co, Fe _Sắt có bốn đồng vị bền 54Fe (5,84%); 56Fe (91,68%); 57Fe (2,17%); 58Fe (0,31%); số đồng vị phóng xạ đồng vị 55Fe bền _ Coban có tám đồng vị từ 54Co đến 61Co có 59Co đồngvị thiên nhiên (100%) , số đồng vị lại đồng vị phóng xạ bền 60Co _Niken có 11 đồng vị từ 56Ni đến 66Ni , có năm đồng vị thiên nhiên 58Ni (67,76%); 60Ni (26,16%); 61Ni (l,25%); 62Ni (3,66%); 64Ni (l,16%) B.II Tính chất II.1 Tính chất vật lí _Màu trắng có ánh kim ; Fe Co có màu xám, Ni có màu trắng bạc _Sắt niken dễ rèn, dễ dát mỏng; coban cứng giòn _Đều chất sắt từ II.2 Tính chất hóa học _ Fe, Co, Ni kim loại hoạt động trung bình _ Tác dụng với nhiều đơn chất hợp chất _ Hoạt tính hóa học giảm dần từ Fe đến Ni _ Ở điều kiện thường sắt, coban niken bền với không khí nước + Khi nung bột Fe không khí oxi tạo Fe3O4 : 3Fe + 2O2 Fe3O4 + Ở nhiệt độ nóng trắng, coban bị oxi hóa tạo CO3O4: 3Co + 2O2 Co3O4 + Còn niken bị oxi hóa chậm hơn, bắt đầu 5000C tạo NiO: 2Ni + O2 2NiO _ Trong không khí ẩm, sắt có lẫn tạp chất bị gỉ, tức bị ăn mòn bề mặt Lớp gỉ tạo nên có thành phần chủ yếu Fe2O3 XH2O, lớp gỉ xốp giòn nên không bảo vệ cho sắt Phản ứng tạo gỉ chủ yếu theo Phương trình: 4Fe + 3O2 + 2xH2O 2[Fe2O3.xH2O] _ Cả ba kim loại phản ứng mạnh với halogen Khi đun nóng sắt kim loại với halogen thu Fe(III) halogenua khan FeX3; ví dụ: 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 _ Coban niken tác dụng trực tiếp với halogenua tạo muối ứng với số oxi hóa +2 kim loại Ví dụ: đất cháy coban hay niken luồng khí tạo CoCl2 NiCl2 ; tương tự với brom với flo, coban tạo hỗn hợp COF2 + COF3 M + Cl2 MCl2 ( M Co, Ni) _ Khi nung hỗn hợp gồm S với kim loại họ sắt tạo sunfua : Fe + S FeS + Co Ni có phản ứng tương tự tạo COS NIS _ Selen tàu phản ứng trực tiếp với Fe, Co, Ni: + Với Fe tạo : Fese, FeSe2 ; FeTe, FeTe ; Fese Fese2 chất bán dẫn + Với Co tạo : CoSe, CoSe2 ; CoTe, CoTe2 _ Cả ba kim loại không phản ứng trực tiếp với nitơ Fe, Co, Ni tạo hợp chất với cacbon ứng với thành phần M3C M2C, quan trọng Fe3C: 3Fe + C Fe3C _ Tác dụng với silic : + Fe tạo xilixua quan trọng FeSi2, FeSi, Fe3Si2 Fe2Si có thành phần ferosilic + Coban tạo hợp chất Co3Si, Co2Si , CoSi, CoSi2 trực tiếp từ nguyên tố, nóng chảy nhiệt độ khoảng từ 1200 - 14000C + Niken phản ứng trực tiếp với silic tạo silixua Ni3Si, Ni2Si, NiSi , NiSi2 _ Fe, Co, Ni phản ứng trực tiếp với B : +Nung nóng bột Fe với B 1300 - 14000C bầu khí trơ tạo FeB FeB2 : 2Fe + 3B FeB + FeB2 +Khi nung Co với bột B vó định hình ống thạch anh hàn kín tạo hợp chất Co3B , Co2B , COB , COB2 +Cũng tương tự cách điều chế trên, niken tạo hợp chất Ni3B, Ni2B, NiB, Ni3B2, Ni4B3 _ Nước không chứa không khí hòa tan không ăn mòn sắt nhiệt độ thường, bề mặt dễ tạo lớp mỏng Fe(OH)2 bảo vệ cho kim loại Nhưng cho nước qua Fe nung đỏ tạo Fe3O4 : Fe + H2O Fe3O4 + H2 _Co Ni không bị H2O ăn mòn nhiệt độ thường, cho H2O qua Ni nung đỏ tạo NiO: Ni + H2O NiO +H2 _ Với dung dịch kiềm, điều kiện thường thực tế không tác dụng với ba kim loại Tuy nhiên, đun sôi bột sắt khử với dung dịch NaOH 50% , điều kiện không khí, thu dung dịch natri hipoferit: Fe + 2NaOH + 2H2O Na2[Fe(OH)4] + H2 _Trong dãy điện cực, Co Ni đứng Fe Sn gần Sn nên hai kim loại tan axit loãng chậm Fe +Sắt tác dụng với axit tính oxi hóa tạo muối Fe(II) H2 : Fe + 2H3O+ Fe3+ + H2 + 2H2O +Sắt khử ion kim loại đứng sau sắt dãy điện cực : Fe + Cu2+ Cu + Fe2+ Fe + 2Fe2+ 2Fe3+ _ H2SO4 đặc nguội gây tính thụ động cho sắt , với H2SO4 đặc nóng oxi hóa sắt tạo muối Fe(III) đồng thời bị khử đến SO 2Fe + 6H2SO4 đặc Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O _ Khi nhúng sắt vào HNO3 bốc khói thời gian, sau nhúng vào dung dịch chứa ion Cu2+ dung dịch axit loãng HCI, H2SO4 sắt khả phản ứng, nghĩa sắt bị thụ động hóa HNO3 bốc khói, HNO3 loãng , lạnh hoà tan sắt tạo sắt(II)nitrat : 8Fe + 20HNO3 loãng 8Fe(NO3)2 + 2NH4NO3 + 6H2O _ Trong dung dịch axit loãng HCl, H2SO4, coban khó tan so với sắt, tạo H2 : Co + H2SO4 CoSO4 + H2 + Coban phản ứng với H2SO4 đặc nóng tạo SO2 : Co + 2H2SO4 đặc CoSO4 + SO2 + 2H2O + Coban tan HNO3 loãng, tương tự sắt, coban bị thụ động hóa HNO3 đặc _ Các axit vô loãng tác dụng với niken chậm sắt tạo H2: Ni + 2HCl NiCl2 + H2 _ Tương tự Fe Co, Ni bị thụ động hóa HNO3 bốc khói B.III Các hợp chất III.1 Hợp chất cacbonyl _ Khi đun nóng bột sắt ống chứa CO 150 - 2000C áp suất khoảng 100atm tạo sắtpentacbonyl: Fe + 5CO Fe(CO)5 _ Fe(CO)5 chất lỏng màu vàng nhạt (Tnc = - 200C ; Ts = l030C) có cấu tạo hình chóp kép với nguyên tử Fe trung tâm [d(Fe - C) = 1,84A ; d(C - O) =1,15A ] , ứng với obitan lai hóa dsp3 nguyên tử sắt +Khi đốt cháy Fe(CO)5 không khí tạo nên Fe2O3 : 4Fe(CO)5 + 13O2 2Fe2O3 + 20CO2 +Bị nhiệt phân hủy 1400C tạo thành sắt kim loại: Fe(CO)5 Fe + 5Co +Fe(CO)5 không tan nước, tan ete benzen, dung dịch ete +Fe(CO)5 phản ứng với H2SO4 theo phương trình : Fe(CO)5 + H2SO4 FeSO4 + H2 + CO +Fe(CO)5 có tính chất oxi hóa khử Chẳng hạn amoniac lỏng, tác dụng với natri kim loại thể tính oxi hóa: Fe(CO)5 + 2Na Na2[Fe(CO)4] + CO + Tác dụng với dung dịch kiềm rượu thể tính khử: Fe(CO)5 + 4KOH K2[Fe(CO)4] + K2CO3 + 2H2O _Các hợp chất M21[Fe(CO)4] dễ bị thủy phân tạo hiđrocacbonyl H2[Fe(COl4] có tính axit: K2[Fe(CO)4] + 2H2O H2[Fe(CO)4] + 2KOH _Gốc [Fe(CO)4]-2 xem dẫn xuất sắt ( - 2) _ Khi đun nóng bột coban khí cacbon oxit 150 - 2000C 250atm tạo coban octa cacbonvl: 2Co + 8CO Co2(CO)8 _ Co2(CO)8 hợp Chất hai nhân, nguyên tử coban tạo sáu liên kết - δ Bốn liên kết δ tạo bốn cặp electron bốn phân tử CO đặt vào bốn obitan tự coban; liên kết δ thứ năm tạo từ cặp electron d đặt vào obitan π phân tử CO Liên kết Co - Co tạo ghép đôi hai electron độc thân hai nguyên tử coban: +Co2(CO)8 tinh thể có màu da cam, bắt đầu bị phân hủy 600C: Co2(CO)8 2Co + 8CO +Khi đun nóng áp suất khí hiđro tạo hợp chất hidrua cacbonyl: Co2(CO)8 + H2 2H[Co(CO)4] + Chất có màu vàng, Tnc = - 330C, tan dung dịch kiềm tạo thành muối K[Co(CO)4] , NH4[Co(CO)4] _ Nikell tetracabonyl Ni(CO)4 hợp chất Ni(O) có cấu hình bốn mặt ứng với dạng lai hóa sp3 + Ni(CO)4 chất lỏng không màu ( Tnc = 19,30C ; Ts = 430C ) dễ dàng điều chế cách cho CO tác dụng với bột niken 60 - 800C: Ni + 4CO Ni(CO)4 + Ni(CO)4 không tan nước, không phản ứng với axit loãng, kiềm loãng, dễ tan dung môi hữu +Khi đun nóng khoảng 180 - 2000C, Ni(CO)4 bị phân hủy tạo Ni nguyên chất Ni(CO)4 Ni + 4CO Phản ứng dùng để điều chế ni ken tinh khiết III.2 Các hợp chất với số oxi hóa +2 2.1 Oxit Sắt (II) oxit chất bột màu đen, điều chế cách dùng H2 để khử Fe2O3 3000C Fe2O3 + H2 2FeO + H2O Hoặc cách nhiệt phân Fe(II) oxalat ( chất rắn màu vàng) điều kiện không khí: COO Fe FeO + CO +CO2 COO • FeO không tan nước, có phản ứng với H2O đặc biệt đun nóng Sau nung nóng mạnh, FeO trở nên trơ, nghĩa hoạt tính hóa học cao • FeO dễ tan axit , không tan dung dịch kiềm, oxit bazơ Khi tan axit loãng tạo ion [Fe(OH2)6 ]2+: FeO + 2H3O + 3H2O [Fe(OH2)6 ]2+ (màu xanh nhạt) (2)• Coban(II) oxit oxit bazơ CoO chất rắn màu xanh, tạo nung Co(OH)2, CoCO3 hay Co(NO3)2 bầu khí trơ hay chân không: Co(OH)2 CoO + H2O CoCO2 CoO + CO2 2Co(NO3)2 2CoO + 4NO2 + O2 nung không khí chuyển thành Co3O4: Co(OH)2 + ½ O2 Co3O4 + 3H2O 3Co(NO3)2 Co3O4 + 6NO2 + O2 • Khi nung mạnh, tất oxit coban chuyển thành CoO , nung luồng khí H2 tất oxit bị khử thành kim loại: 2Co2O3 4CoO + O2 CoO + H2 Co + H2O chất điện ly KOH Sự vận hành loại ắcquy theo sơ đồ: Fe + 2Ni(OH)3 Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2 (1,3V) Nhược điểm loại ăcquy hệ số hiệu dụng thấp Các muối Fe(III), Co(II) • Các muối Fe(III) điều chế cách oxi hóa muối Fe(II) Fe(OH)2 axit tương ứng Ví dụ hòa tan Fe(OH)2 HNO3: 3Fe(OH)2 + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O • Dung dịch muối Fe(III) axit dư, có màu thay đổi từ vàng - nâu đến nâu thẫm, màu sắc màu ion Fe3+ mà dạng keo muối bazơ gây phản ứng thủy phân Bản thân ion Fe3+ không màu, dung dịch dạng hiđrat hóa [Fe(OH2)6]3+ màu vàng nhạt, màu vàng đậm dần trình: [Fe(OH2)6]3+ [Fe(OH2)5OH]2+ + H+ [Fe(OH2)4(OH)2]+ + 2H+ Trong môi trường axit dư, màu dung dịch lại phụ thuộc vào chất anion axit thêm vào Ví dụ dung dịch FeF3 thêm axit HCl có màu hồng , dung dịch FeCl3 có màu vàng • Các muối Fe(III) dễ bị khử đến muối Fe(II) chất hiđro sinh , SO2, SnCl2, H2S, KI số kim loại âm điện Zn Ví dụ : Fe3+ + H Fe2+ + H+ 2Fe3+ + SO2 + 2H2O 2Fe2+ + SO42- + 4H+ 2Fe3+ + H2S 2Fe2+ + S + 2H+ • Trừ oxit Co(III) phức chất, nói chung muối Co(III) bền có tính oxi hóa 11 18 Các halogenua Fe(III), Co(III) (1) • Sắt (III) điều chế hòa tan Fe(OH)3 axit HF, sau làm bay nồi cách thủy thu tinh thể FeF3 3H2O Tinh thể hiđrat hóa có màu hồng nhạt; dạng khan có màu xanh (2) • Sắt (III) clorua thu cho khí clo khô qua bột sắt nung nóng đỏ tạo FeCl3 khan : 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Khi hòa tan sắt axit HCl, sau cho khí clo qua dung dịch, từ dung dịch tinh thể hexahiđrat FeCl3 6H2O tách ra: Fe + 2HCl FeCl2 + H2 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3 • FeCl3 khan tinh thể màu đen dạng vẩy phiến, có màu đỏ lựu ánh sáng truyền qua có màu lục ánh sáng phản chiếu Nóng chảy 3000C thành chất lỏng linh động màu đỏ Sôi phân hủy phần 3170C Ở 4400C, tỉ khối ứng với công thức kép Fe2Cl6 (hình 74 ); 7500C ứng với công thức lớn FeCl3; 7500C ứng với phân hủy FeCl3 thành FeCl2 Cl2 : 2FeCl3 2FeCl2 + Cl2 Trong không khí, FeCl3 dễ bị chảy rữa, nung FeCl3 không khí cho luồng nước qua chuyển thành Fe2O3 : 4FeCl3 + 3O2 2Fe2O3 + 6Cl2 2FeCl3 + 3H2O Fe2O3 + 6HCl • FeCl3 dễ bị khử đến FeCl2 nêu (3) • Fe(III) bromua màu đỏ hung, điều chế tương tự FeCl3: 2Fe + 3Br2 2FeBr3 Dạng khan có màu nâu đỏ; dạng hiđrat hóa FeBr3.6H2O tinh thể có màu lục thẫm Cả hai dạng dễ tan nước Khi nung nhiệt độ cao FeBr3 bị phân hủy dễ so với FeCl3 : 2FeBr3 2FeBr2 + Br2 (4) Sắt (III) iotua không bền nhiệt độ thường, bền cân với lượng dư lớn FeI2 2FeI3 2FeI3 + I2 tách dạng nguyên chất Khi nghiền I2 với bột sắt tạo nên sản phẩm có thành phần Fe3I8 ( tức 2FeI3 FeI2) Khi nung sản phẩm với K2CO3 tạo KI: 4K2CO3 + Fe3I8 8KI + Fe3O4 + 4CO2 Phản ứng dùng điều chế Ki kỹ thuật từ tự (4) • Coban(III) florua bền halogenua Co(III) CoF3 chất bột màu lục điều chế cách cho flo tác dụng với CoF2 3000C: 2CoF2 + F2 2CoF3 Cũng điều chế dạng hiđrat CoF3.3,5H2O điện phân với điện cực platin dung dịch bão hòa CoF2 dung dịch HF 40%, thu tinh thể màu lục tươi anot Nước tinh khiết phân hủy COF3 thành Co(OH)3: CoF3 + 3H2O Co(OH)3 + 3HF Khi đun nóng đến 3000C luồng CO2, CoF3 bị phân hủy thành CoF2 F2 (5) • Coban(III) clorua không bền Khi cho Co(OH)3 tác dụng với HCl không thu CoCl3 phản ứng: 2Co(OH)3 + 6HCl2CoCl2 + Cl2 + 6H2O điều chế cách cho Co2O3 tác dụng với hiđro clorua bóng tối - 50C lớp ete khô 11.19.Các sunfat Fe(III), Co(III) (1) • Sắt (III) sunfat điều chế cách sau : Hòa tan hiđroxit sắt(III) H2SO4 : 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 6H2O Đun nóng FeSO4 với H2SO4 đặc: 2FeSO4 + 2H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O Đun nóng FeSO4 với HNO3 H2SO4 đặc theo phương trình: 2FeSO4 + H2SO4 (đặc) + 2HNO3(đặc) Fe2(SO4)3 + 2NO2 + 2H2O Chế hóa Fe2O3 với axit sunfuric đặc : Fe2O3 + 3H2SO4 (đặc) Fe2(SO4)3 + 3H2O • Ở trạng thái khan chất bột màu trắng vàng nhạt, hút ẩm mạnh, để không khí chảy rữa thành chất lỏng màu • Tạo nên với nước số dạng hiđrat hóa Fe2(SO4)3 9H2O Fe2(SO4)3.l0H2O Cả hai dạng gặp thiên nhiên Khi tan nước có khả tạo thành dung dịch đậm đặc, trình tan chậm Tan rượu , không tan H2SO4 Dung dịch nước có màu nâu đỏ bị thủy phân mạnh, cho thêm H2SO4, phản ứng thủy phân bị hạn chế dung dịch không màu Khi đun sôi dung dịch loãng, muối bazơ kết tủa: Fe2(SO4)3 + 2H2O 2Fe(OH)SO4 + H2SO4 Khi đun nóng, dần nước kết tinh tạo Fe2(SO4)3 khan sau bị phân hủy: Fe2(SO4)3 Fe2O3 + 3SO3 • Sắt(III) sunfat có khả tạo muối kép dạng MI Fe(SO4)2 12H2O gọi phèn - sắt Quan trọng phèn sắt - amoni NH4 Fe(SO4)2 12H2O phèn sắt - kali K.Fe(SO4)2.12H2O, dùng làm chất cầm màu vải Ở trạng thái tinh khiết loại phèn sắt không màu, thường có màu tím nhạt có dấu vết mangan(III) sunfat Phèn điều chế cách oxi hóa dung dịch FeSO4.7H2O HNO3, cô dung dịch đến trạng thái bão hòa thêm lượng đồng phân tử amoni sunfat kali sunfat: 6(FeSO4.7H2O) + 3H2SO4 + 2HNO3 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 46H2O (NH4)2SO4 + Fe2(SO4)3 + 24H2O (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O Ở 330C phèn - sắt amoni biến thành màu nâu; nóng chảy khoảng 40 - 410C, đến 1500C 23 phân tử H2O 7500C tạo thành phèn khan (2) • Coban(III) sunfat điều chế cách điện phân dung dịch đặc CoSO4 H2SO4, thu tinh thể mỏng hình kim màu xanh nhạt, anot làm lạnh đến 00C, có dạng hiđrat hóa Co2(SO4)3 18H2O; bị H2O phân hủy, dung dịch H2SO4 loãng lại không bị phân hủy H2O phân hủy Co2(SO4)3 tạo oxit 2Co2(SO4)3 + 2H2O 4CoSO4 + O2 + 2H2SO4 • Với sunfat kim loại kiềm amoni , Co2(SO4)3 tạo phèn - coban , ví dụ phèn coban - kali điều chế làm lạnh dung dịch đồng phân tử K2SO4 Co2(SO4)3 Phèn K2SO4 Co2(SO4)3 24H2O tinh thể tám mặt màu xanh thẫm, bị H2O phân hủy nhiệt độ phòng tạo O2 Phèn coban- rubiđi phèn coban - xezi có màu xanh thẫm khó tan nhiều so với phèn coban - kali Phèn coban - anloni (NH4)2SO4.Co2(SO4)3 24H2O thu điện phân dung dịch gồm (NH4)2SO4 CoSO4 11.20 Sắt (III) nitrat • Được tạo hòa tan vỏ bào sắt HNO3 loãng gần 25% tạo Fe(III) nitrat hỗn hợp oxit khác Ở nhiệt độ thường , phụ thuộc vào nồng độ , muối kết tinh dạng không màu hình lập phương có thành phần Fe(NO3)3 6H2O dạng đơn tà màu tím có thành phần Fe(NO3)3 9H2O • Sắt(III) thuật tan nước tạo dung dịch màu nâu thủy phân, màu dần cho thêm HNO3 Trong công nghiệp , sắt(III) thuật dùng làm chất cắn màu 11.21 Các sunfua Fe(III) Co(III) (1)• Fe(III) sunfua ( Fe2S3 ) tạo dạng kết tủa màu đen cho H2S (NH4)2S tác dụng với muối Fe3+ môi trường trung tính kiềm yếu(amoniac) Ở trạng thái ẩm, Fe2S3 bị phân hủy nhanh chóng không khí tạo thành Fe(OH)3 lưu huỳnh tự do: 2Fe2S3 + 3O2 + 6H2O 4Fe(OH)3 + 6S • Fe2S3 thực tế không tan nước , tan dung dịch HCl loãng: Fe2S3 + 4HCl 2FeCl2 + 2H2S + S Tuy nhiên, người ta nghi ngờ kết tủa có phải hoàn toàn Fe2S3 không, hỗn hợp gồm FeS S tạo phản ứng : 2Fe3+ + 3S2- 2FeS + S Khi nung sắt với S không tạo sắt(III) sunfua Trong thiên nhiên gặp dạng muối kép Cu2S Fe2S3 3Cu2S Fe2S3 (2)• Coban(III) sunfua ( Co2S3 ) tạo nung nóng chảy muối Co2+ với S Và Na2CO3; sản phẩm thu tinh thể màu xám, không tan nước khó tan axit đặc 11.22 Phức chất xianua Fe(III) Co(III) (1)• Kali ferixianua ( K3[Fe(CN)6]) điều chế cách oxi hóa feroxianua K4[Fe(CN)6] chất Cl2, KMnO4, HNO3 H2O2: 2K4[Fe(CN)6] + Cl2 2K3[Fe(CN)6] + 2KCl Hợp chất điều chế phương pháp điều chế K4[Fe(CN)6] , nghĩa cho muối Fe3+ tác dụng với dung dịch KCN , tạo kết tủa Fe(OH)3 thủy phân KCN tạo môi trường kiềm • K3[Fe(CN)6] chất kết tinh màu đỏ - gạch, nghiền nhỏ chuyển thành chất bột màu vàng, tan nước cho dung dịch màu vàng Trong dung dịch nước, phản ứng ion Fe3+ ion CN- ion [Fe(CN)6]3- bền ( Kkb ≈ 10-44) : K3[Fe(CN)6] 3K+ + [Fe(CN)6]3• K3[Fe(CN)6] chất oxi hóa mạnh, đặc biệt hoạt động môi trường kiềm, kali ferixianua oxi hóa PbO thành PbO2 ; hợp chất Cr3+ thành Cro42; H2S thành S: 2K3[Fe(CN)6] + 2KOH + PbO 2K4[Fe(CN)6] + H2O + PbO 2K3[Fe(CN)6] + 2KOH + H2S 2K4[Fe(CN)6] + 2H2O + S Khi cho HCl đặc tác dụng với dung dịch bão hòa K3[Fe(CN)6] tạo tinh thể màu đỏ nâu axit ferixian hiđric H3[Fe(CN)6] : K3[Fe(CN)6 ]+ 3HCl H3[Fe(CN)6] + 3KCl Đun nóng K3[Fe(CN)6] với dung dịch KOH đặc ( với tỉ lệ l: tạo K4[Fe(CN)6] O2: K3[Fe(CN)6] + 4KOH(đặc) 4K4[Fe(CN)6] + H2O + O2 Với muối Fe2+, dung dịch K3[Fe(CN)6] tạo kết tủa màu "xanh Tuabun" (Tumbull) : 3Fe2+ + [Fe(CN)6]3- Fe3[Fe(CN)6]2 Ngược lại, muối Fe3+ lại tác dụng với dung dịch kim feroxianua K4[Fe(CN)6] tạo kết tủa màu " xanh Phổ" gọi " xanh Beclin" hay " xanh Phút Prussian): 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]3- Fe4[Fe(CN)6]3 • Trong ion [Fe(CN)6]3- có 17 electron hóa trị (12 electron nhóm CNvà electron ion trung tâm), có cấu hình : [lk]12[.d]5 muốn có cấu hình bền [n(d)]6 cần phải thêm electron, ion [Fe(CN)6]3- chất oxi hóa mạnh; tính oxi hóa ion [Fe(OH2)6]3+ giải thích tương tự; nhiên, [Fe(CN)6]3- có tác dụng oxi hóa mạnh môi trường kiềm, ion [Fe(OH2)6]3+ - môi trường axit (2) • Kali cobantixianua ( K3[Co(CN)6) tinh thể màu vàng, thu cho muối Co2+ tác dụng với KCN điều kiện có chất oxi hóa: 4K4[Co(CN)6] + 4HCl + O2 4KCl + 2H2O +4K3[Co(CN)6] Nếu muối tác dụng với HNO3 hay H2SO4 Sẽ thu tinh thể không màu axit cobantixian hiđric : 2K3[Co(CN)6] + 3H2SO4 2H3[Co(CN)6] + 3K2SO4 Axit điều chế cách cho K3[Co(CN)6] tác dụng với CuSO4 để tạo kết tủa màu xanh Cu3[Co(CN)6]2 Sau cho phân hủy với H2S: 2K3[Co(CN)6] + 3CuSO4 Cu3[Co(CN)6]2 + 3K2SO4 (xanh) Cu3[Co(CN)6]2 + 3H2S 3CuS + 2H3[Co(CN)6] • Axit cobantixianhiđric axit mạnh ba lần axit, kết tinh dạng hiđrat hóa H3[Co(CN)6].5H2O , dung dịch nước bền 500C Khi đun nóng lâu đến 1200C tạo Co(CN)3 màu xanh: H3[Co(CN)6] Co(CN)3 + 3HCN (3) • Sắt(III) thioxianat ( Fe(NCS)3 ) hay sắt(III) sunfoxianua tạo cho muối Fe3+ tác dụng với KNCS hay (NH4)NCS : FeCl3 + 3KNCS Fe(NCS)3 + 3KCl chất màu đỏ máu, tách từ dung dịch dạng hiđrat tinh thể Fe(NCS)3 3H2O màu đỏ thẫm, dễ tan nước Màu đỏ máu dung dịch màu ion [FeNCS]2+ HỢP CHẤT CỦA SẮT VỚI SỐ OXI HÓA +6 • Hợp chất gặp dạng ion FeO42- tạo oxi hóa kim loại Fe hợp chất Fe(III) chất oxi hóa mạnh môi trường kiềm mạnh Khi nấu chảy Fe2O3 với KNO3 KOH tạo nên muối K2FeO4 theo phản ứng : Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O nấu chảy Fe2O3 với Na2O2 : Fe2O3 + 3Na2O2 2Na2FeO4 + Na2O cho clo tác dụng với huyền phù Fe(OH)3 kiềm đặc: 3Cl2 + 2Fe(OH)3 + 10NaOH 2Na2FeO4 + 6NaCl + 8H2O • Các ferat có màu đỏ sẫm, bền dung dịch nước, đun nóng nhẹ giải phóng oxi 4Na2FeO4 + 2H2O 4NaFeO2 + 3O2 + 4NaOH Cho tác dụng với BaCl2 tạo kết tủa màu đỏ tím bari ferat: K2FeO4 + BaCl2 BaFeO4 + 2KCl • Các ferat chất oxi hóa mạnh, ví dụ oxi hóa amoniac điều kiện thường dẫn đến nitơ tự do: 2K2FeO4 + 2H3N 11 Điều chế Fe, Co, Ni 2KFeO2 + N2 + 2KOH + H2O (1) • Sắt tinh khiết điều chế cách dùng H2 tinh khiết để khử oxit sắt tinh khiết : Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O o Quá trình khử xảy khoảng 175 - 270 C; nhiệt độ đó, sản phẩm thu loại sắt tự cháy tiếp xúc với không khí loại sắt bị oxi hóa nhanh nóng đỏ lên Để thu sản phẩm có độ bền cao không khí, trình khử phải thực nhiệt độ cao khoảng 550 - 650 C; điều kiện đó, sắt thu dạng bột mịn khả tự cháy Quá trình khử xảy theo giai đoạn, ban đầu tạo Fe3O4, sau tạo thành Fe: 3Fe2O3 + H2 2Fe3O4 + H2O Nếu nung 573 C tạo oxit FeO: Fe2O3 + H2 2FeO + H2O Nếu trình khử xảy tăng nhiệt độ đến khoảng 700 - 1000 C không thu dạng bột mịn mà dạng sắt rèn tức dạng khối chảy • Có thể điều chế phương pháp nhiệt phân Fe(CO)5 sắt pentacacbonyl: Fe(CO)5 Fe + 5CO • Sắt tinh khiết điều chế phương pháp điện phân dung dịch muối Fe(II) chẳng hạn FeSO4 FeCl2, với dương cực Fe - Cr, âm cực sắt tinh khiết Quá trình điện phân phụ thuộc vào yếu tố pH dung dịch , nồng độ chất điện phân , mật độ dòng anot catot (2) • Coban tinh khiết điều chế cách dùng H2 để khử coban(II) oxit CoO oxit khác : CoO + H2 Co + H2O 0 Khi nung đến 120 C trình khử bắt đầu xảy , đến 250 C thu (coban tự (hay Nếu nung đến khoảng 400 C, sản phẩm thu dạng bột hoàn toàn bền không khí khô Sản phẩm thu phụ thuộc vào nhiệt độ, chẳng hạn 450 C thu dạng thù hình o β - Co (mạng lập phương), nhiệt độ thấp 450 C thu dạng α - Co (mạng lục phương) • Coban tinh khiết điều chế phương pháp điện phân dung dịch CoSO4 nước với dương cực thép không gỉ xử lý bề mặt âm cực chì tinh khiết hóa học Sản phẩm thu có chứa 99,1% 99,2% coban, tạp chất lại niken (3)• Niken tinh khiết điều chế phương pháp Khi dùng H2 để khử oxit NiO: NiO + H2 Ni + H2O o o nung 270 - 280 C thu niken tự (hay, 350 - 400 C cao thu niken bột, hoàn toàn bền không khí • Niken bột điều chế phương pháp điện phân dung dịch NiSO4 nước với dương cực ( Fe - Ni ), âm cực Ni; pa dung dịch chất điện phân khoảng từ - 4,5 • (Niken tinh khiết điều chế cách nhiệt phân niken ... với B : +Nung nóng b t Fe với B 1300 - 14000C b u khí trơ tạo FeB FeB2 : 2Fe + 3B FeB + FeB2 +Khi nung Co với b t B vó định hình ống thạch anh hàn kín tạo hợp chất Co 3B , Co 2B , COB , COB2 +Cũng... cấu hình elcctron, nguyên tố nhóm VIIIB thuộc họ d mà nguyên tử lắp đầy dần obitan d lớp (n - l) - (n số thứ tự chu kỳ) A.III Tính chất hóa học _ Tất có khả hấp thụ hiđro b mặt nhiều gây hoạt... +Cũng tương tự cách điều chế trên, niken tạo hợp chất Ni 3B, Ni 2B, NiB, Ni 3B2 , Ni 4B3 _ Nước không chứa không khí hòa tan không ăn mòn sắt nhiệt độ thường, b mặt dễ tạo lớp mỏng Fe(OH)2 b o vệ cho