Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Sắt và hợp chất của sắt. Hợp kim của sắt. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Sắt và hợp chất của sắt. Hợp kim của sắt. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Sắt và hợp chất của sắt. Hợp kim của sắt.
Trang 1CHƯƠNG 7: SẮT VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI QUAN TRỌNG
Bài 31: SẮT
I Vị trí , cấu hìh electron
* Vị trí : Sắt ở ô 26 ,nhóm VIIB , chu kì 4 của bảng tuần hoàn
* Cấu hình electron:
Lớp sắt 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
II Tính chất vật lý
* Sắt nguyên chất có ánh bạc, dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, nóng chảy ở 1539oC, khối lượng riêng
D = 7,9g/cm3
* Dưới 800oC sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và trở thành nam châm (tạm thời)
III Tính chất hoá học Fe → Fe2+ + 2e ; Fe → Fe3+ + 3e
1 Tác dụng với phi kim : Sắt khử oxi đến số oxh -2 ,còn sắt bị oxh đến số oxh + 2 và +3
a) Phản ứng với O 2
*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→ Fe3O4
b) Phản ứng với các phi kim Khi bị đốt nóng, Fe phản ứng với hầu hết các phi kim
ví dụ: 2Fe + 3Cl2
0
t
2FeCl3
Fe + S t 0
FeS 3Fe + C t 0
Fe3C ( xêmentit )
Chú ý : I2 chỉ oxh Fe thành Fe(II)
2 Tác dụng với axit
a) Phản ứng với axi thường: Sắt khử H+ của dung dịch axit loãng thành H2 , còn sắt bị oxh đến
số oxh +2
Chú ý : Khi có mặt O2 , Fe hòa tan trong a xit tạo muối Fe (III)
4Fe + 12H+ + 3O2 → 4Fe3+ + 6H2O
b) Phản ứng với axit oxi hoá : Trong các trường hợp khác (H2SO4 đặc, nóng; HNO3 loãng), Fe
dễ dàng phản ứng
Chú ý : + Fe bị thụ động hoá bởi HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội
+ Khi cho Fe dư + HNO3 sau pư chỉ thu được muối sắt (II)
3 Tác dụng với dung dịch muối : Sắt có thể khử được các ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện
hóa , còn sắt thường bị oxh đến số oxh +2
Fe + Cu SO4 → FeSO4 + Cu
Chú ý : Riêng Fe tác dụng với dung dịch muối AgNO3 dư thì sắt bị oxh dến số oxh +3
Trang 23 Tác dụng với nước : Ở nhiệt độ nóng đỏ, Fe phản ứng mạnh với hơi nước:
IV.Điều chế :
1 Thủy luyện
Mg + FeSO4 → MgSO4 + Fe
2 Nhiệt luyện
FeO + H2 t 0
Fe + H2O
Fe2O3 + 3CO t 0
2Fe + 3CO2
3 Điện phân dung dịch muối sắt (II)
FeCl2 dpdd
Fe + Cl2
2FeSO4 + 2H2O dpdd
2Fe + O2 + 2H2SO4
V Trạng thái tự nhiên của sắt : Trong tự nhiên sắt tồn tai chủ yếu ở dạng hợp chất
Quặng sắt quan trọng : 1- Quặng Manhetit Fe3O4
2- Quặng Hematit đỏ Fe2O3
3- Quặng Hematit nâu Fe2O3 nH2O
4- Quặng Xi đe rit FeCO3
5- Quặng pi rit FeS2
Trang 3Bài 32: HỢP CHẤT CỦA SẮT
A HỢP CHẤT SẮT (II ) Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (II) là tính khử
I Sắt (II) oxit : FeO
1 Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu đen , không tan trong nước ,không có trong tự nhiên
2 Tính chất hóa học : Là o xit bazơ và vừa có tính khử ,vừa có tính oxh nhưng tính khử là tính
chất đặc trưng
a) Tác dụng với axit thường tạo muối sắt (II) + H2O
FeO + HCl FeCl2 + H2O
b) Tác dụng với chất khử ( thể hiện tính oxh ) :
FeO + H2 t 0
Fe + H2O FeO + CO t 0
Fe + CO 2
3FeO + 2Al t 0
3Fe + Al2O3
c) Tác dụng với chất oxh ( thể hiện tính khử ) :
4FeO + O2 t 0
2Fe2O3 3FeO + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
3 Điều chế :
Fe3O4 + CO t 0
3FeO + CO2
Fe(OH)2 t 0
FeO + H2O Fe(CO3)2 t 0
FeO + CO2 + CO
II Sắt (II) hiđroxit : Fe(OH) 2
1 Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu trắng xanh , không tan trong nước
2 Tính chất hóa học : Là một bazo và có tính chất khử
a) Tác dụng với axit thường tạo muối sắt (II) + H2O
Fe(OH)2 + 2HCl FeCl2 + 2H2O
b) Tác dụng với chất oxh :
* Để trong không khí hóa thành màu nâu :
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
* Fe(OH)2 cũng bị oxh bởi các chất oxh mạnh khác tạo thành hợp chất Fe (III) , phản ứng này đặc biệt dễ dàng trong mt kiềm
3Fe(OH)2 + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O
2Fe(OH)2 + Cl2 + 2NaOH 2Fe(OH)3 + 3NaCl
2Fe(OH)2 + NaClO + H2O 2Fe(OH)3 + NaCl
3Fe(OH)2 + KMnO4 + 2H2O 3Fe(OH)3 + MnO2 + KOH
3 Điều chế : Fe2+ + 2OH -
Fe(OH)2
III Muối sắt (II)
1 Tính chất vật lí : Đa số muối sắt II tan trong nước , khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước
2 Tính chất hóa học : Vừa có tính khử , vừa có tính oxihóa nhưng tính khử là chủ yếu , có pư trao
đổi
Trang 4a) Tính khử : Muối sắt (II) dễ bị oxihóa thành muối sắt (III) bằng chất oxh mạnh như : Cl2 , Br2 ,
O2 , nước giaven , KMnO4 ,K2Cr2O7 , H2O2 ,HNO3 , H2SO4đặc
4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 2Fe2(SO4)3 + 2H2O
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
FeCl2 + 3AgNO3 Fe(NO3)3 + 2AgCl + Ag
Fe(NO3)2 + AgNO3 Fe(NO3)3 + Ag
b) Tính oxh : Fe2+ + Zn Zn2+ + Fe
Chú ý : 1- I2 không có khả năng oxh muối sắt (II) thành muối sắt (III)
2- Quặng xiđerit ( FeCO3 )
* Nung quặng :
Nếu nung trong chân không: FeCO3
0
t
FeO + CO2
Nếu nung trong không khí : 4FeCO3 + O2
0
t
2Fe2O3 + 4CO2
* Tác dụng với axit :
FeCO3 + 2HCl FeCl2 + CO2 + H2O
3FeCO3 + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 3CO2 + 5H2O
3 Điều chế : Cho Fe hay FeO hay Fe(OH)2 tác dụng với a xit HCl ,H2SO4 loãng
B HỢP CHẤT SẮT (III ) Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt (II) là tính oxh
I Sắt (III ) oxit : Fe2O3
1 Tính chất vật lí : Là chất rắn màu nâu đỏ , không tan trong nước ,dễ tan trong axit tạo dung dịch
muối sắt ( III )
2 Tính chất hóa học : Là một oxit bazơ và có tính oxh yếu
a) Tính bazo :
Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO3)3 + 3H2O
b) Tính oxh yếu :
Fe2O3 + 3CO t 0
2Fe + 3CO2
Fe2O3 + 3H2 t 0
2Fe + 3H2O
Fe2O3 + 2Al t 0
2Fe + Al2O3
Chú ý : A xit có tính khử mạnh ( như HI , H2S …) có thể khử được Fe+3 thành Fe+2
Fe2O3 + 6HI 2FeI2 + I2 + 3H2O
Fe2O3 + H2S + HCl 2FeCl2 + S + 3H2O
3 Điều chế :
2Fe(OH)3
0
t
Fe2O3 + 3H2O
II Oxit sắt từ : Fe3O4 hay FeO.Fe2O3
1 Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu đen , không tan trong nước và có tính nhiễm từ
2 Tính chất hóa học : Là một oxit bazơ và vừa có tính khử , vừa có tính oxh
a) Tính bazơ :
Fe3O4 + 8HCl 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
Trang 5Fe3O4 + 4H2SO4 Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O
b) Tính oxh :
Fe3O4 + 4CO t 0
3Fe + 4CO2
Fe3O4 + 4H2 t 0
3Fe + 4H2O 3Fe3O4 + 8Al t 0
9Fe + 4Al2O3
Chú ý : Axit có tính khử mạnh ( như HI , H2S …) có thể khử được Fe+3 thành Fe+2
Fe3O4 + 8HI 3FeI2 + I2 + 4H2O
c) Tính oxh khử :
3Fe3O4 + 28HNO3 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
3 Điều chế : 3Fe2O3 + CO t 0
2Fe3O4 + CO2
III Sắt (II) hiđroxit : Fe(OH) 3
1 Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu nâu đỏ ,không tan trong nước nhưng dễ tan trong a xit tạo
dung dịch muối sắt (III)
2 Tính chất hóa học :
a) Tính bazơ : Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3HNO3 Fe(NO3)3 + 3H2O
b) Bị nhiệt phân : 2Fe(OH)3
0
t
Fe2O3 + 3H2O
3 Điều chế : Fe3+ + 3OH
- - Fe(OH)3
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3
IV Muối sắt (III )
1 Tính chất vật lí :
+ Muối sắt III kết tinh từ dung dịch ở trạng thái ngậm nước
FeCl3.6H2O , Fe2(SO4)3 .9H2O …
+ Muối sắt III bị thủy phân
2 Tính chất hóa học : Muối Fe3+ có tính oxi hoá , pư trao đổi
2FeCl3 + Cu 2FeCl2 + CuCl2
2FeCl3 + Fe 3FeCl2
2FeCl3 + H2S 2FeCl2 + S + 2HCl
2FeCl3 + Na2SO3 + H2O 2FeCl2 + Na2SO4 + 2HCl
Chú ý : 1- Muối Fe2(CO3)3 không tồn tại do bị thủy phân
Fe2(CO3)3 + 3H2O 2Fe(OH)3 + 3CO2
2- Khi trộn lẫn dung dịch muối Fe3+ với dung dịch muối của các axit yếu như Na2CO3 , NaAlO2 … thì do có sự thủy phân đồng thời cation gốc bazo yếu và anion gốc axit yếu nên phản ứng thủy phân hoàn toàn
Fe3+ + 3AlO2- + 6H2O Fe(OH)3 + 3Al(OH)3
2Fe3+ + 3CO32- + 3H2O 2Fe(OH)3 + 3CO2
3 Điều chế : Fe2O3 + dd axit
Fe(OH)3 + dd axit
Trang 6Bài 33: HỢP KIM CỦA SẮT
I Gang
1 Khái niệm :Gang là hợp kim của sắt chứa 2 - 5% cacbon, ngoài ra còn có một ít Mn, Si, P, S…
2 Phân loại : Người ta phân biệt:
* Gang xám: Chế tạo ở nhiệt độ cao, có chứa nhiều cacbon (3,5 - 5%) 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.
3 Sản xuất gang ( Luyện gang ):
a) Nguyên tắc
Dùng than cốc để khử sắt oxit (nếu là quặng FeCO3 thì nung trước để biến thành sắt oxit)
b)Nguyên liệu :
* Quặng oxit : Thường là quặng hematit
* Than cốc : Tạo chất khử và cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt
* Chất chảy : Thường là CaCO3 hoặc SiO2 , có tác dụng tạo xỉ
c) Các phản ứng trong lò cao:
* Tạo chất khử ( Ở phía trên nồi lò) :
C + O2
0
t
CO2
CO2 + C t 0
CO
* Phản ứng khử oxít : Khí CO bốc lên gặp sắt oxit , các phản ứng này được thực hiện trong phần thân lò có nhiệt độ từ 4000C - 8000C
* Phản ứng tạo xỉ :
CaCO3
0
t
CaO + CO2
CaO + SiO2 CaSiO3
Chú ý : + 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
d )Sự tạo gang : SGK
II Thép :
1 Khái niệm : Thép là hợp kim của sắt có từ 0,01 - 2% cacbon và một số nguyên tố khác như Mn,
Si, Cr ,Ni …
2 Phân loại : Người ta phân biệt:
a) 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 mềm : Chứa không quá 0,1% C
* Thép cứng : Chứa 0,9% C
b) 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.
3 Sản xuất thép ( Luyện thép ):
a) Nguyên tắc
Trang 7Tách 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
* FeO oxi hoá các tạp chất như Si, Mn, C:
SiO2 và MnO bị loại cùng xỉ lò, CO cháy:
* Loại P, S:
Ca3(PO4)2, CaO và CaS được loại cùng với xỉ
* Khử FeO còn sót lại trong thép
FeSiO3, MnSiO3 được loại cùng xỉ
c)Các phương pháp luyện thép