Khi tham gia phản ứng hĩa học, nguyên tử sắt cĩ thể nhường 2e ở phân lớp 4s hoặc nhường thêm một số electron ở phân lớp 3d chưa bão hịa (thường là 1e). Như vậy, tính chất hố học cơ bản của sắt là tính khử và nguyên tử sắt cĩ thể bị oxi hĩa thành ion Fe2+ hoặc Fe3+, tùy thuộc vào chất oxi hĩa đã tác dụng với sắt.
Dưới đây là một số phản ứng hĩa học của sắt với đơn chất và hợp chất.
136
1. Tác dụng với phi kim
Ở nhiệt độ cao, sắt khử mạnh mẽ nguyên tử phi kim thành anion, sắt bị oxi hĩa thành ion Fe2+ hoặc ion Fe3+ :
3Fe + 2O2 = Fe3O4
(Oxit sắt từ Fe3O4 cĩ thể coi là hỗn hợp sắt II xit và sắt III oxit, viết là FeO . Fe2O3)
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
2. Tác dụng với axit
a) HCl, H2SO4 lỗng : Fe khử các ion H+ của những dung dịch axit này thành khí hidro, sắt bị oxi hĩa thành ion Fe2+.
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
b) HNO3, H2SO4 đặc : sắt khơng tác dụng với các dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc và nguội, vì các axit này làm cho sắt trở nên thụ động. HNO3, H2SO4 đặc và nĩng, HNO3 lỗng oxi hĩa sắt thành Fe3+
và Fe sẽ khử N+5 hoặc S+6 trong các này đến mức oxi hố thấp hơn. Thí dụ, sắt tác dụng với dung dịch axit nitric lỗng :
Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + 2H2O + NO (hình 27).
Hình 27 - Axit nitric lỗng nguội tác dụng với sắt tạo khí NO khơng màu, khí này tiếp xúc với khơng khí trở thành khì NO2 màu nâu đỏ.
3. Tác dụng với muối
Sắt cĩ thể khử được ion của các kim loại đứng sau nĩ trong dãy điện hĩa thành kim loại tự do. Trong các phản ứng này, sắt bị oxi hĩa thành ion Fe2+. Thí dụ, ngâm một đinh sắt sạch trong dung dịch
CuSO4, nhận thấy một phần sắt bị hịa tan và kim loại đồng bám trên đinh sắt :
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 137
4. Tác dụng với nước
Ở nhiệt độ thường, sắt khơng khử được nước. Nếu cho hơi nước nĩng đi qua sắt ở nhiệt độ cao, sắt khử hơi nước, giải phĩng khí hidro và sắt bị oxi hĩa thành Fe3O4 hoặc FeO (hình 28) :
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Ở nhiệt độ thường, sắt khơng bị oxi hĩa trong khí oxi khơ, sắt cũng khơng bị oxi hĩa trong nước khơng hịa tan oxi, sắt bị oxi hĩa dễ dàng tạo thành gỉ sắt màu nâu đỏ, đĩ là sắt III hidroxit :
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
138
BÀI TẬP
1. Hãy cho biết : a) vị trí và cấu tạo nguyên tử sắt, b) những tính chất vật lí của sắt.
2. Tính chất hĩa học cơ bản của sắt là gì ? Nguyên nhân ? Dẫn ra các phản ứng hĩa học để minh họa.
3. So sánh tính khử của nhơm và sắt, dẫn 2 phản ứng hĩa học để minh họa.
4. Đốt nĩng một ít bột sắt trong bình đựng khí oxi. Sau đĩ để nguội và cho vào bình một lượng dung dịch HCl. Viết các phương trình hĩa học cĩ thể xảy ra.
5. Cĩ 2 lá sắt khối lưọng bằng nhau và bằng 11,2g. Một cho tác dụng với khí clo, một ngâm trong dung dịch HCl.
a) Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra.
b) Lượng muối clorua thu được cĩ bằng nhau khơng và số gam là bao nhiêu ?
6. Một dung dịch cĩ hịa tan 3,25g sắt clorua tác dụng với dung dịch bạc nitrat dư, tạo ra 8,61g kết tủa màu trắng . Hãy xác định cơng thức hĩa học của sắt clorua.
7. Đốt nĩng một hỗn hợp gồm bột Al và bột Fe3O4 trong mơi trường khơng cĩ khơng khí. Những chất cịn lại sau phản ứng, nếu cho tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 6,72 lít hidro (đktc), nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 26,88 lít hidro (đktc). a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra và giải thích.
b) Tính số gam từng chất trong hỗn hợp đã dùng.
BÀI 2 - HỢP CHẤT CỦA SẮTI - HỢP CHẤT SẮT (II) I - HỢP CHẤT SẮT (II)
Hợp chất sắt (II) gồm những muối, hiđroxit, oxit của Fe2+
1. Tính chất hĩa học chung của hợp chất sắt (II)
Hợp chất sắt (II) tác dụng với chất oxi hĩa sẽ bị oxi hĩa thành hợp chất sắt (III). Trong các phản ứng hĩa học này, ion Fe2+ cĩ khả năng cho 1 electron : Fe2+ - 1e = Fe3+
Như vậy, tính chất hĩa học chung của hợp chất sắt (II) là tính khử. Những thí dụ minh họa tính khử của hợp chất sắt (II):
139
a) Ở nhiệt độ thường, khơng (cĩ oxi và hơi nước) oxi hĩa nhanh chĩng Fe(OH)2 thành Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3, ion Fe2+ khử nguyên tố O thành ion O2-.
b) Cho khí clo đi qua dung dịch muối sắt (II), clo sẽ oxi hĩa muối sắt (II) thành muối sắt (III):
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3, ion Fe2+ khử nguyên tố Cl thành ion Cl- c) Hịa tan sắt (II) oxit FeO trong dung dịch HNO3 được muối sắt (III)
2. Điều chế 1 số hợp chất sắt (II)
a) Sắt (II) hiđroxit Fe(OH)2 là chất rắn màu lục nhạt, khơng tan trong nước. Fe(OH)2 được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch muối sắt (II) và dung dịch kiềm
Thí dụ
b) Sắt (II) oxit feO là chất rắn màu đen, khơng cĩ trong tự nhiên. Cĩ thể điều chế FeO bằng phương pháp phân hủy hợp chất khơng bền của sắt (II) ở nhiệt độ cao, khơng cĩ khơng khí. Thí dụ:
FeO và Fe(OH)2 là những oxit bazơ và bazơ. Chúng tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 lỗng) sinh ra muối sắt (II). Cho bay hơi những dung dịch muối này, ta được các muối tương ứng ngậm nước: FeCl2.4H2O; FeSO4.7H2O.
140