Sắt(III) oxit tạo ra 3 dạng thù hình, α-Fe2O3 dạng thuận từ, γ-Fe2O3 dạng sắt từ, -Fe2O3 có cấu trúc kiểu corindon.
Khi nung Sắt(III) hidroxit hay chính xác là dạng Fe2O3.nH2O, ở nhiệt độ thấp hơn 6500C tạo ra chất rắn ở dạng bột màu nâu đỏ, nhưng nếu nung ở nhiệt độ cao hơn tạo ra tinh thể xám đen không còn khả năng tan trong axit tương tự như Cr2O3, Al2O3 ở dạng tinh thể:
Fe2O3.nH2O to Fe2O3 + nH2O
Fe2O3 có thể điều chế bằng cách nung FeSO4. 7H2O, FeO, hoặc một muối Fe(II) của axit dễ bay hơi khác.
Trong công nghiệp điều chế bằng cách nung quặng pirit mà thành phần chính là FeS2:
4FeS2 + 11O2 to 2Fe2O3 + 8SO2
Fe2O3 nóng chảy ở 15650C và thăng hoa ở 20000
C.
Fe2O3 tan trong axit tạo thành phức [Fe(OH2)6]3+ không màu, màu nâu của dung dịch muối sắt(III) là do màu của sản phẩm phản ứng thủy phân, tức là màu của phức hiđroxo – aquơ:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
[Fe(OH2)6]3+ + H2O → [Fe(OH2)5OH]2+ + H3O+ (Vàng nâu)
Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe2O3 còn có tính axit, tạo thành muối ferit có màu vàng hoặc màu đỏ.
Khi nung hỗn hợp Na2CO3 với Fe2O3: Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 + CO2
Khi nung với C hoặc nung trong luồng khí CO, H2 hoặc khí than đá, Fe2O3 sẽ bị khử thành Fe:
2 Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
1.2.2.5. Sắt(III) hiđroxit: Fe(OH)3
Sắt(III) hiđroxit là chất kết tủa màu nâu đỏ tạo ra khi cho muối sắt(III)tác dụng với kiềm, amoniac, cacbonat:
FeCl3 + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3NH4Cl
Thực ra dạng kết tủa vô định hình là dạng Fe2O3.nH2O, với hàm lượng H2O khác nhau. Trong công thức thường viết Fe(OH)3 thực ra đó là dạng Fe2O3.3H2O, trong thiên nhiên dạng hemantit nâu như Fe2O3.H2O hay là FeO(OH). Khả năng tan trong axit phụ thuộc vào “tuổi” của kết tủa. Kết tủa vừa điều chế tan trong axit vô cơ và hữu cơ nhưng để một thời gian thì khó tan. Khi nung nóng đến 500 – 7000C sẽ mất nước hoàn toàn và biến thành Fe2O3.
Bên cạnh tính bazơ là chủ yếu, Fe(OH)3 còn thể hiện tính axit yếu (axit ferơ HFeO2):
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
NaFeO2 hay các ferit khác đều bị thủy phân trong kiềm tạo ra Fe2O3: 2NaFeO2 + H2O → 2NaOH + Fe2O3
1.2.2.6. Muối sắt(III)
Sắt(III) tạo nên muối với đa số các anion. Đa số muối Fe(III) dễ tan trong nước cho dung dịch chứa ion bát diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt. Khi kết tinh từ dung dịch, muối Fe(III) thường ở dạng tinh thể hiđrat. Ví dụ : FeCl3.6H2O màu nâu vàng, Fe(NO3)3.9H2O màu tím, Fe2(SO4)3.10H2O màu vàng, Fe(ClO4).10H2O màu hồng,...Màu của muối khan tùy thuộc vào bản chất của anion, ví dụ FeCl3 màu nâu đỏ, Fe2(SO4)3 màu trắng, Fe(SCN)3 màu đỏ máu...
Số phối trí của Fe(III) là 4,6 với sự phân bố 4 mặt. Trong dung dịch nước Fe(III) rất dễ thuỷ phân và tồn tại dưới dạng phức hiđroxo:
Fe3+ + H2O = Fe(OH)2+ + H+ ; lg* = -2,17 Fe3+ +2H2O = Fe(OH)2+ + 2H+ ; lg*= 25,7 Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ ; lg* = 37,5 2Fe3+ + 2H2O = Fe2(OH)2 4+ + 2H+ ; lg* = -2,85 Trong môi trường axit có pH 2, sắt tạo phức hiđroxo.
Fe(H2O)6 3+
+ H2O → Fe(H2O)5OH2+
+ H3O+
Chỉ trong dung dịch có phản ứng axit mạnh (pH<1) sự thủy phân mới bị đẩy lùi. Ngược lại khi thêm kiềm hoặc đun nóng dung dịch, phản ứng thủy phân xảy ra đến cùng tạo thành kết tủa (gel) hoặc dung dịch keo (sol) của sắt(III) hiđroxit bao gồm những phức chất hiđroxo nhiều nhân do hiện tượng ngưng tụ tạo nên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong môi trường axit Fe3+ có tính oxi hoá. Fe3+ có thể oxi hoá được nhiều chất khử (H2S, I-, Sn2+, SO2, S2O32-,...). Khi có các chất tạo phức mạnh với Fe3+, tính khử của Fe2+
tăng lên, tính oxi hoá của Fe3+ giảm đi.