sắt và hợp chất hợp kim

a) Nguyên tắc: Giảm hàm lượng các tạp chất C, Si, S, Mn,…có trong thành phần gang bằng cách oxi hoá các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách khỏi thép. b) Các phương pháp l[r]

(1)

Biên soạn: HÓA HỌC MỖI NGÀY Website: www.hoahocmoingay.com FB Fanpage & Youtube: Hóa Học Mỗi Ngày Email: hoahocmoingay.com@gmail.com

A SẮT

I – VỊ TRÍ TRONG BẢNG TUẦN HỒN, CẤU HÌNH ELECTRON NGUN TỬ

- Nguyên tố Fe có số hiệu nguyên tử 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kì - Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 hay [Ar]3d64s2

- Số electron hóa trị sắt nên tạo nhiều số oxi hóa số oxi hóa thường gặp hợp chất +2, +3

Fe2+: [Ar]3d6 Fe3+: [Ar]3d5

II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Là kim loại màu trắng xám, có khối lượng riêng lớn (d = 7,9 g/cm3), nóng chảy 15400C - Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt có tính nhiễm từ

- Tùy theo nhiệt độ, kim loại Fe tồn mạng tinh thể lập phương tâm khối (Feα) lập phương tâm diện (Fe)

III – TÍNH CHẤT HỐ HỌC

Sắt có tính khử trung bình: Fe bị oxi hóa thành Fe2+ Fe3+ tùy thuộc vào: + Với chất oxi hoá yếu : Fe → Fe2+ + 2e

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

1 Tác dụng với phi kim

a) Tác dụng với lưu huỳnh: Fe + S FeS

0 t0 +2 -2

b) Tác dụng với oxi: 3Fe + 2O2 Fe3O4

0 t0 +8/3 -2

(FeO.Fe+2 +32O3) c) Tác dụng với clo: 2Fe + 3Cl2 2FeCl3

0 t0 +3 -1

2 Tác dụng với dung dịch axit a) Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng

Fe + H0 +12SO4 FeSO+2 4 + H02

0 +2

2

Fe + 2HCl  Fe Cl + H b) Với dung dịch HNO3 H2SO4 đặc, nóng

Fe + 4HNO0 +5 3 (loãng) Fe(NO+3 3)3 + NO+2 + 2H2O

2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 6SO2 + 6H2O CHÚ Ý: + Nếu axit thiếu, có tạo thành muối Fe2+ do:

Fe(dư) + 2Fe3+  3Fe2+ + Fe bị thụ động axit HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc, nguội 3 Tác dụng với dung dịch muối

(2)

Fe + CuSO0 +2 4 FeSO+2 4 + Cu0 CHÚ Ý: Trường hợp Fe tác dụng dung dịch AgNO3 dư, có tạo thành muối Fe(III) do:

Fe + 2AgNO3Fe(NO3)2 + 2Ag Sau đó: Fe(NO3)2 + AgNO3(dư)Fe(NO3)3 + Ag Tổng cộng: Fe + 3AgNO3(dư) Fe(NO3)3 + 3Ag 4 Tác dụng với nước

IV – TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊN

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

- Trong tự nhiên sắt chủ yếu tồn dạng hợp chất có quặng: quặng manhetit (Fe3O4;

giàu sắt hiếm), quặng hematit đỏ (Fe2O3), quặng hematit nâu (Fe2O3.nH2O), quặng xiđerit

(FeCO3), quặng pirit (FeS2)

- Có hemoglobin (huyết cầu tố) máu - Có thiên thạch

B HỢP CHẤT CỦA SẮT

NHẬN XÉT CHUNG:

- Trong hợp chất, Fe tồn hai mức oxi hóa +2 +3 Riêng oxit sắt từ Fe3O4 

oxit hỗn

hợp

2

2 3

Fe O.Fe O

 

 Những hợp chất sắt (III) có mức số oxi hóa cực đại nên có tính oxi hóa

 Những hợp chất sắt (II) có mức số oxi hóa trung gian nên vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử (đặc trưng)

I – HỢP CHẤT SẮT (II)

Tính chất hố học hợp chất sắt (II) tính khử Fe2+  Fe3+ + 1e

1 SẮT (II) OXIT, FeO

- Bột màu đen, khơng có tự nhiên

- Là oxit bazơ: tan dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng tạo muối sắt (II)

FeO + 2HCl  FeCl2 + H2O

FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O

- Do có tính khử nên bị HNO3 H2SO4 đặc oxi thành muối Fe (III):

FeO + 4HNO3(đặc) o

t C

 Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

2FeO + 6H2SO4(đặc) o

t C

 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

- Ở nhiệt độ cao, FeO bị khử H2, CO:

FeO + CO t Co Fe + CO2

(3)

Fe(OH)2 o

t C

FeO + H2O

Hoặc khử Fe2O3 CO 500oC:

Fe2O3 + CO t 2FeO + CO2

0

2 SẮT (II) HIĐROXIT, Fe(OH)2

- Là chất rắn, màu trắng xanh, không tan nước

- Có tính khử đặc trưng, bền dễ bị oxi khơng khí oxi hóa thành Fe(OH)3 màu nâu đỏ:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3

- Là bazơ, dễ tan dung dịch axit:

Fe(OH)2 + 2HCl FeCl2 + H2O

- Do có tính khử nên bị HNO3 H2SO4 đặc oxi thành muối Fe (III):

3Fe(OH)2 + 10HNO3(loãng) o

t C

 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O

- Nhiệt phân khơng khí:

4Fe(OH)2 + O2 o

t C

 2Fe2O3 + 4H2O

- Điều chế: Cho dung dịch muối Fe (II) tác dụng dịch kiềm:

FeCl2 + 2NaOH  Fe(OH)2 + 2NaCl 3 MUỐI SẮT (II)

- Đa số muối sắt (II) tan nước, kết tinh thường dạng ngậm nước

Thí dụ: FeSO4.7H2O; FeCl2.4H2O

- Có tính khử đặc trưng: dễ bị oxi hóa thành muối Fe3+

2FeCl2 + Cl2 2FeCl3

+2 +3-1

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4  5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

6FeSO4 + 2NaNO3 + 4H2SO4  3Fe2(SO4)3 + 2NO + Na2SO4 + 4H2O

- Điều chế: Cho Fe (hoặc FeO; Fe(OH)2) tác dụng với HCl H2SO4 loãng

Fe + 2HCl  FeCl2 + H2

FeO + H2SO4  FeSO4 + H2O

CHÚ Ý: Dung dịch muối sắt (II) điều chế phải dùng khơng khí chuyển dần thành muối sắt (III) II – HỢP CHẤT SẮT (III)

Tính chất hố học đặc trưng hợp chất sắt (III) tính oxi hố

Fe3+ + 1e  Fe2+ Fe3+ + 3e  Fe

1 SẮT (III) OXIT, Fe2O3

- Là chất rắn, màu đỏ nâu, không tan nước - Fe2O3 oxit bazơ:

Fe2O3 + 6HCl  2FeCl3 + 3H2O

Fe2O3 + 6H+  2Fe3+ + 3H2O

- Tác dụng với CO, H2:

Fe2O3 + 3CO t 2Fe + 3CO2

0

(4)

Fe2O3 + 3H2O

2Fe(OH)3

t0

- Fe2O3 có tự nhiên dạng quặng hematit dùng để luyện gang 2 SẮT (III) HIĐROXIT, Fe(OH)3

- Fe(OH)3 chất rắn, màu nâu đỏ, không tan nước, dễ tan dung dịch axit tạo thành dung

dịch muối sắt (III)

2Fe(OH)3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 6H2O

- Nhiệt phân: 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O

t0

- Điều chế: dung dịch kiềm + dung dịch muối sắt (III):

FeCl3 + 3NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl 3 MUỐI SẮT (III)

- Đa số muối sắt (III) tan nước, kết tinh thường dạng ngậm nước

Thí dụ: FeCl3.6H2O; Fe2(SO4)3.9H2O

- Dung dịch muối Fe3+ có màu vàng nâu

- Muối sắt (III) có tính oxi hoá, dễ bị khử thành muối sắt (II):

Fe + 2FeCl0 +3 3 3FeCl+2 2 Cu + 2FeCl0 +3 3 CuCl+2 2 + 2FeCl+2 2

2FeCl3 + 2KI  FeCl2 + I2 + 2KCl

2FeCl3 + H2S  2FeCl2 + S + 2HCl

- Với kim loại mạnh Fe:

Zn + Fe2(SO4)3 2FeSO4 + ZnSO4

Zn dư thì:

Zn + FeSO4 ZnSO4 + Fe

- Ứng dụng: + FeCl3 dùng xúc tác phản ứng hữu

+ Phèn sắt-amoni, tức muối kép sắt(III) amoni sunfat (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O

C NHẬN BIẾT ION Fe2+ VÀ Fe3+ TRONG DUNG DỊCH Dùng dung dịch kiềm đặc hay NH3:

- Ion Fe3+ cho kết tủa màu nâu đỏ:

Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3

- Ion Fe2+ cho kết tủa màu trắng xanh, hóa nâu đỏ khơng khí: Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3

D HỢP KIM CỦA SẮT I – GANG

1 Khái niệm: Gang hợp kim sắt cacbon có từ – 5% khối lượng cacbon, ngồi cịn có lượng nhỏ ngun tố Si, Mn, S,…

(5)

a) Gang xám: Chứa cacbon dạng than chì Gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa,…

b) Gang trắng

- Gang trắng chứa cacbon chủ yếu dạng xementit (Fe3C)

- Gang trắng (có màu sáng gang xám) dùng để luyện thép

3 Sản xuất gang

a) Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit than cốc lò cao

b) Nguyên liệu: Quặng sắt oxit (thường hematit đỏ Fe2O3), than cốc chất chảy (CaCO3

SiO2)

c) Các phản ứng hố học xảy q trình luyện quặng thành gang

- Phản ứng tạo chất khử CO: C + O2 CO2

t0

2CO CO2 + C

t0

- Phản ứng khử oxit sắt:

+ Phần thân lò (4000C): 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2

t0

+ Phần thân lò (500 – 6000C): Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

t0

+ Phần thân lò (700 – 8000C): FeO + CO Fe + CO2

t0

- Phản ứng tạo xỉ (10000C): CaCO3  CaO + CO2

CaO + SiO2  CaSiO3

d) Sự tạo thành gang

Ở phần bụng lị có nhiệt độ khoảng 1500oC, sắt nóng chảy có hòa tan phần cacbon lượng nhỏ nguyên tố Si, Mn, tạo thành gang

II – THÉP

1 Khái niệm:Thép hợp kim sắt chứa từ 0,01 – 2% khối lượng cacbon với số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,…)

2 Phân loại

a) Thép thường (thép cacbon)

- Thép mềm: Chứa không 0,1%C

- Thép cứng: Chứa 0,9%C, dùng để chế tạo công cụ, chi tiết máy vòng bi, vỏ xe bọc thép,…

b) Thép đặc biệt: Đưa thêm vào số ngun tố làm cho thép có tính chất đặc biệt - Thép chứa 13% Mn cứng, dùng để làm máy nghiền đá

- Thép chứa khoảng 20% Cr 10% Ni cứng khơng gỉ, dùng làm dụng cụ gia đình (thìa, dao,…), dụng cụ y tế

- Thép chứa khoảng 18% W 5% Cr cứng, dùng để chế tạo máy cắt, gọt máy phay, máy nghiền đá,…

3 Sản xuất thép

a) Nguyên tắc: Giảm hàm lượng tạp chất C, Si, S, Mn,…có thành phần gang cách oxi hố tạp chất thành oxit biến thành xỉ tách khỏi thép

b) Các phương pháp luyện gang thành thép

(6)

(7)

Mọi thắc mắc trao đổi liên quan đến vấn đề Hóa học, các bạn vui lịng liên hệ theo :

Website:www.hoahocmoingay.com

Email: hoahocmoingay.com@gmail.com

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	256,84 KB