Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 11 Sắt và một số kim loại khác. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 11 Sắt và một số kim loại khác. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 11 Sắt và một số kim loại khác.
CHƯƠNG XI SẮT VÀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM PHỤ KHÁC A SẮT I Cấu tạo nguyên tử Cấu hình electron: Lớp sắt ngồi có 14 electron, xây dựng dở dang nên bền Vì Fe nhường electron lớp ngồi số electron lớp sát ngồi để có số oxi hoá +2, +3 +6 Sắt kim loại hoạt động trung bình, số oxi hố thường gặp +2 +3 II Tính chất vật lý Sắt nguyên chất có ánh bạc, dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, nóng chảy 1539oC Dưới 800oC sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút trở thành nam châm (tạm thời) III Tính chất hố học Phản ứng với O2 Ở nhiệt độ thường, khơng khí khơ, tạo thành lớp oxit bề mặt (Fe3O4) Trong khơng khí ẩm, sắt bị gỉ (do bị ăn mịn điện hố) Khi nóng đỏ, cháy với oxi: Phản ứng với phi kim Khi bị đốt nóng, Fe phản ứng với hầu hết phi kim, ví dụ: Phản ứng với nước: Ở nhiệt độ nóng đỏ, Fe phản ứng mạnh với nước: Phản ứng với axi thường: Phản ứng với axit oxi hoá Fe bị thụ động hoá HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc, nguội Trong trường hợp khác (H2SO4 đặc, nóng; HNO3 lỗng), Fe dễ dàng phản ứng Với dd kiềm Fe không tác dụng với dd kiềm Đẩy kim loại chủ yếu khỏi hợp chất IV Hợp chất Oxit Có loại: FeO, Fe2O3, Fe3O4 (FeO.Fe2O3) Cả chất rắn, không tác dụng với H2O không tan H2O Với chất khử (như CO, H nhiệt độ cao) : Oxit chứa sắt có số oxi hố cao bị khử thành oxit có số oxi hoá thấp thành kim loại: Với chất oxi hố: Oxit chứa sắt có số oxi hố thấp biến thành oxit có số oxi hố cao: Cả oxit bazơ, hồ tan axit, khơng hồ tan kiềm Nếu hồ tan axit oxi hố tạo thành muối Fe3+: Hiđroxit Fe(OH)2 có màu trắng Fe(OH)3 có màu nâu Cả hiđroxit tan nước Khi nung nóng, bị nước: Nếu nung khí có oxi tạo thành Fe2O3, vì: Fe(OH)2 dễ bị oxi hố (ngay khơng khí) thành Fe(OH)3: Cả hiđroxit bazơ yếu, tan axit: Fe(OH)3 không tan kiềm dư, tan kiềm đặc có tính axit yếu Muối a) Các muối nitrat, halogenua, sunfat Fe tan nhiều nước b) Muối Fe2+ có tính khử mạnh c) Muối Fe3+ có tính oxi hố Cách nhận biết a) Nhận biết hợp chất Fe2+ Bằng phản ứng tạo kết tủa Fe(OH) màu trắng, bị oxi hoá dần thành Fe(OH) màu nâu Bằng phản ứng thể tính khử Fe 2+ Ví dụ làm màu KMnO4 (xem phản ứng 3b.) b) Nhận biết hợp chất Fe3+ Bằng phản ứng tạo thành kết tủa Fe(OH)3 màu nâu Hợp chất Fe tự nhiên Trong tự nhiên, sắt tồn chủ yếu khoáng chất sau : Oxit sắt từ (Fe3O4), hêmatit (Fe2O3), hêmatit nâu (Fe2O3 H2O), xeđerit (FeCO3), pirit (FeS2) V Hợp kim Fe Sắt non: hợp kim sắt có chứa 0,01% cacbon Gang: hợp kim sắt chứa - 6% cacbon, ngồi cịn có Mn, Si, P, S Người ta phân biệt: Gang xám: Chế tạo nhiệt độ cao, có chứa nhiều cacbon (3,5 - 6%) Si Gang trắng: Rất cứng dòn, dùng để luyện sắt thép Gang đặc biệt: Có chứa nhiều Mn, Si, Cr, W Dùng để trộn vào gang thường để luyện thép quý Thép: hợp kim sắt có từ 0,01 - 2% cacbon số nguyên tố khác Người ta phân biệt: a) Thép thường hay thép cacbon: có chứa C, Si, Mn P, S Độ cứng thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon b) Thép đặc biệt: có chứa lượng đáng kể nguyên tố khác Mn, Si, Cr, Ni, W Thép đặc biệt có tính chất học vật lý quý Ví du: Thép Ni - Cr: Rất cứng, dòn Dùng để chế tạo vòng bi, vỏ xe bọc thép Thép W - Mo - Cr: Rất cứng nhiệt độ cao Dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại Thép Si: Rất dẻo, đàn hồi tốt Dùng chế lị xo, díp ơtơ Thép Mn: Rất bền, chịu va đập mạnh Dùng để chế máy nghiền đá, đường ray VI Luyện gang Nguyên tắc Dùng CO để khử sắt oxit (nếu quặng FeCO3 nung trước để biến thành sắt oxit) Các phản ứng lò cao: Ở phía nồi lị: Khí CO bốc lên gặp sắt oxit: Đồng thời xảy tương tác Fe C tạo thành sắt cacbua Fe 3C hoà tan gang Một phần cacbon gang dạng than chì (graphit) Gang trắng chứa nhiều Fe3C, gang xám chứa nhiều than chì VII Luyện thép Nguyên tắc Tách bớt khỏi gang phần lớn C, Cr, Si, Mn hầu hết P, S Phản ứng xảy luyện thép O2 khơng khí oxi hoá phần Fe gang lỏng FeO oxi hoá tạp chất Si, Mn, C: SiO2 MnO bị loại xỉ lò, CO cháy: Loại P, S: Ca3(PO4)2, CaO CaS loại với xỉ Khử FeO cịn sót lại thép FeSiO3, MnSiO3 loại xỉ B PHÂN NHÓM PHỤ NHÓM I I Tính chất vật lý Đều kim loại màu, nặng, cứng Nhiệt độ nóng chảy cao (gần 1000oC) II Tính chất hố học Đều kim loại hoạt động chủ yếu, đứng sau H dãy điện hoá Các số oxi hoá chủ yếu: Cu : +1, +2 ; Ag : +1 ; Au : +1, +3 Một số phản ứng quan trọng: Phản ứng với oxi Chỉ có Cu phản ứng trực tiếp đun nóng (ở nhiệt độ thường, khí mặt đồng tạo thành lớp oxit mỏng bảo vệ) Phản ứng với halogen Cả kim loại phản ứng trực tiếp tạo thành CuCl 2, AgCl, AuCl3 Khi nung nóng, Cu phản ứng với S tạo thành Cu2S Phản ứng với axit oxi hoá HNO3 (đặc, loãng), H2SO4 (đặc) phản ứng trực tiếp với Cu Ag: Au tan nước cường toan: III Hợp chất Hợp chất có số oxi hố +1 a) Oxit: Cu2O: màu đỏ gạch, không tan không tác dụng với nước Ag2O: màu nâu, tan lượng nhỏ nước b) Hiđroxit: Hiđroxit khơng bền, bị phân tích vừa tạo thành c) Muối Muối Ag+: AgNO3 tan nhiều, AgCl Ag2SO4 không tan Trong dd NH3 tạo thành phức chất tan Muối Cu+ Au+ : không bền, dễ bị oxi hoá tự biến đổi thành hợp chất có số oxi hố bền Hợp chất có số oxi hố +2 Chỉ đặc tương Cu a) Oxit CuO chất rắn màu đen, không tác dụng với nước, không tan nước b) Hiđroxit Cu(OH)2 Kết tủa xanh da trêi, nung nóng bị phân tích thành CuO H2O c) Muối: Các muối nitrat, sunfat, halogenua tan nhiều Có khuynh hướng tạo phức chất Hợp chất có số oxi hố +3 Chỉ đặc trưng với Au a) Au2O3 : Rắn, màu đen, không tan nước b) Au(OH)3 : Kết tủa, lưỡng tính, tan dd kiềm axit c) Muối: Các muối nitrat, clorua, sunfat dễ tan IV Trạng thái tự nhiên Cu: thường gặp dạng Cu2S (pirit đồng), CuCO3.Cu(OH)2 (malakit), 2CuCO3.Cu(OH)2 (azurit), Cu2O (cuprit) Ag: Thường gặp muối sunfua bạc lẫn quặng muối sunfua kim loại khác Au: gặp dạng đơn chất C PHÂN NHÓM PHỤ NHÓM II I Tính chất vật lý Zn, Cd, Hg kim loại trắng bạc Hg chất lỏng, Zn, Cd chất rắn tương đối dễ nóng chảy Hg dễ tạo hợp kim với nhiều kim loại khác gọi hỗn hống Zn Cd đứng trước H, Hg đứng sau H dãy điện hoá II Kẽm Tính chất hố học Zn Zn kim loại hoạt động: a) Phản ứng với nhiều phi kim: b) Phản ứng với H2O: Ở nhiệt độ thường tạo thành lớp Zn(OH)2 bảo vệ Khi nung nóng Zn phản ứng với nước: c) Phản ứng với axit kiềm: Zn phản ứng dễ dàng với axit thường axit oxi hoá Zn phản ứng với dd kiềm: d) Zn tan dd NH4OH (khác Al) Hợp chất Zn a) Oxit ZnO Là chất rắn, màu trắng, không tan nước, tan dd axit dd kiềm b) Hiđroxit Zn(OH)2: Là chất kết tủa trắng, có tính lưỡng tính (tan axit kiềm) Dễ tạo phức chất với dd NH3: c) Muối Zn : Zn(NO3)2, ZnSO4, ZnCl2, ZnBr2 tan nhiều nước ZnS kết tủa trắng Điều chế Zn Nung quặng (ZnS hay ZnCO3) tạo thành oxit, sau đó: Trạng thái tự nhiên III Thuỷ ngân Tính chất hố học a) Phản ứng với oxi: Khi đun nóng Hg phản ứng với Cl2 S nhiệt độ thường b) Phản ứng với axit oxi hóa: c) Phản ứng với muối Hg2+ tạo thành Hg+: Hợp chất Hợp chất thuỷ ngân tồn số oxi hoá : +2, +1 a) Oxit HgO: chất rắn, màu đỏ vàng, không tan không tác dụng với nước Tan axit, nung nóng bị phân tích thành Hg O2 b) Hiđroxit: khơng bền, bị phân tích vừa tạo thành: c) Muối: Các muối Hg(NO3)2, Hg2SO4, HgCl2 tan nhiều nước D MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG KHÁC I Thiếc chì (Sn, Pb) Tính chất vật lý Sn kim loại màu trắng, Pb kim loại màu xám Đều có nhiệt độ nóng chảy thấp Tính chất hố học Là kim loại hoạt động trung bình Trong hợp chất tồn số oxi hoá: +2 +4 a) Phản ứng với oxi: Ở nhiệt độ thường, bề mặt tạo thành lớp oxit bảo vệ Khi nung nóng phản ứng mạnh với oxi tạo thành SnO2 PbO b) Phản ứng với halogen Phản ứng tạo thành halogenua SnX4, PbX2: c) Phản ứng với nước Ở nhiệt độ thường tạo thành lớp hiđroxit bảo vệ Khi có mặt oxi, Pb phản ứng với H2O d) Phản ứng với axit thường (HCl H2SO4 loãng) Sn phản ứng chậm Pb không phản ứng tạo thành muối khơng tan bảo vệ e) Phản ứng với axit oxi hoá Pb phản ứng tạo thành muối Pb2+ Sn phản ứng tạo thành muối Sn2+ Sn4+ tuỳ trường hợp: f) Phản ứng với dd kiềm Cả kim loại tan: Hợp chất Sn Pb a) Oxit: SnO2, PbO2, SnO, PbO Các oxit chất rắn, không tác dụng với nước Tác dụng với axit khó khăn (cả đun nóng) Tác dụng với kiềm nóng chảy PbO2 thể tính oxi hố: b) Hiđroxit: Sn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)4, Pb(OH)4 chất không tan nước lưỡng tính Ví dụ: c) Muối Muối Pb4+ : bền, dễ chuyển thành muối Pb2+ Muối halogenua sunfat Pb2+ : tan Muối Sn2+ có tính khử: II Crom Tính chất Crom (Cr = 52) kim loại sáng trắng, khó nóng chảy, cứng Crom bền nước khơng khí nhiệt độ thường Khi nung nóng, trạng thái bột, crom dễ bị oxi hoá phi kim Ví dụ: Crom dễ dàng tan axit thường Crom bị thụ động hoá HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc, nguội Crom dễ dàng tác dụng với chất oxi hố mơi trường kiềm Hợp chất: Trong hợp chất, crom tồn số oxi hố điển hình : +3 +6 a) Oxit Cr2O3 Là chất rắn, màu xanh cây, không tác dụng với nước, không tác dụng với dd kiềm axit Cr2O3 tác dụng với kiềm nóng chảy tạo thành muối cromit MeCrO2 b) Hiđroxit Cr(OH)3 Là chất không tan nước, màu xanh cây, lưỡng tính c) Muối Cr3+ Cr(NO3)3, CrCl3, Cr2(SO4)3 tan nhiều nước tạo thành dd màu xanh d) Hợp chất Cr+6 H2CrO4: axit cromic H2Cr2O7: axit đicromic Hợp chất Cr6+ có tính oxi hố: III Mangan Tính chất Mangan kim loại trắng bạc, cứng dịn, khó nóng chảy,khá hoạt động (kém Al mạnh Zn) Mangan tồn mức oxi hoá +2, +3, +4, +6 +7 Nhưng bền phổ biến mức : +2 ; +4 ; +6 +7 Phản ứng với oxi: nhiệt độ thường tạo lớp oxit MnO bảo vệ, dạng bột bị oxi hoá dễ dàng Phản ứng với phi kim: tạo thành hợp chất mangan (II) Phản ứng với nước: nhiệt độ thường phản ứng chậm, nhiệt độ cao phản ứng nhanh Phản ứng với axit thường axit oxi hoá tạo thành muối Mn2+ Mn bị HNO3 đặc, nguội thụ động hoá Hợp chất a) Hợp chất Mn2+ Oxit MnO chất rắn, tan axit, bị oxi hoá thành MnO2 Hiđroxit Mn(OH)2 chất kết tủa trắng, dễ chuyển thành Mn(OH)4 màu nâu Muốn Mn2+ muối nitrat, clorua,sunfat, axetat tan nhiều nước b) Oxit MnO2 chất rắn màu đen, không tan nước, phản ứng với axit tạo thành muối Mn2+ Trong kiềm nóng chảy, oxi khơng khí oxi hố MnO2: Muối Mn4+ bền, dễ bị chuyển thành muối Mn2+ c) Kali manganat K2MnO4 Là chất tinh thể màu xanh, tan nước, bền dd, dễ bị chuyển thành KMnO4: d) Kali pemanganat KMnO4 Là chất tinh thể màu tím, tan nhiều nước, có tính oxi hố mạnh, tuỳ theo môi trường Mn7+ bị khử: Môi trường axit: Môi trường trung tính: Mơi trường kiềm: Ví dụ: KMnO4 bị nhiệt phân giải phóng oxi: IV Coban niken Tính chất Coban niken kim loại màu trắng bạc, đặc biệt Ni sáng đẹp nên thường dùng để mạ kim loại Cả cứng, nặng, nhiệt độ nóng chảy cao Coban niken đứng trước H dãy điện hoá, hoạt động Fe Khi đun nóng, coban niken có khả tham gia phản ứng với số phi kim như: O2, Cl2, S, P,… Hợp chất coban niken Hợp chất coban, niken có số oxi hố +2 đặc trưng +3 (khác Fe) a) Oxit CoO, NiO, Co2O3, Ni2O3 Các oxit chất rắn, không tác dụng với nước Tác dụng với axit không tác dụng với kiềm: b) Hiđroxit Me(OH)2 : chất kết tủa, Co(OH)2 màu hồng, Ni(OH)2 màu xanh + Dưới tác dụng chất oxi hố mạnh (ví dụ NaClO) chuyển thành Me(OH)3 + Ni(OH)2 không bị oxi hoá oxi nhiệt độ thường + Me(OH)2 bazơ yếu, tan axit Me(OH)3: + Là chất kết tủa, Co(OH)3 màu xanh thẫm, Ni(OH)3 màu nâu đen + Đều bazơ yếu, hoà tan axit tạo thành muối có số oxi hố +2 c) Muối: Chỉ có muối với oxi hố +2 bền Muối Co2+: muối khan màu xanh lam, bị hiđrat hố tan dd có màu hồng Muối Ni2+: có màu xanh Các muối nitơrat, sunfat, halogenua tan nhiều nước ... KHÁC I Thi? ??c chì (Sn, Pb) Tính chất vật lý Sn kim loại màu trắng, Pb kim loại màu xám Đều có nhiệt độ nóng chảy thấp Tính chất hố học Là kim loại hoạt động trung bình Trong hợp chất tồn số oxi... tạo hợp kim với nhiều kim loại khác gọi hỗn hống Zn Cd đứng trước H, Hg đứng sau H dãy điện hố II Kẽm Tính chất hố học Zn Zn kim loại hoạt động: a) Phản ứng với nhiều phi kim: b) Phản ứng với... sunfua kim loại khác Au: gặp dạng đơn chất C PHÂN NHÓM PHỤ NHÓM II I Tính chất vật lý Zn, Cd, Hg kim loại trắng bạc Hg chất lỏng, Zn, Cd chất rắn tương đối dễ nóng chảy Hg dễ tạo hợp kim