Bài giảng Sắt và hợp chất của sắt

SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT A. Đơn chất Fe I. Vị trí: là kim lọai chuyển tiếp (IIB VIIIB) II. Cấu tạo của Fe 1. Cấu hình e: hay hay 2. Một số đại lượng khác a) Độ âm điện: 1,83 b) = -0,440 3. Cấu tạo đơn chất: mạng tinh thể lập phương tâm khối , tâm diện III. Tính chất vật lý 1. dễ rèn, 2. 15400C. dẫn điện, nhiệt tốt IV. Tính chất hóa học * Tính khử trung bình 1) Với phi kim: Fe Fe2+ hay Fe3+ Fe + S FeS vậy 3Fe+2O2 Fe3O4 Fe + Cl2 2FeCl3 Ví dụ: Đốt nóng bình đựng bột Fe trong khí O2 sau đó để nguội và cho vào bình đựng dung dịch HCl. Viết PTHH. H2SO4 0,25M V (l) dd HCl 0,5M Ví dụ 2: Đốt hỗn hợp Vừa đủ V? A. 0,56 B. 0,48 C. 0,36 D.0,24 Bài giải: 2/ Để hòa tan hết 18g hỗn hợp Fe2O3, Fe3O4 cần V (l) dd HCl 0,5M, H2SO4 0,25M. Khối lượng muối khan trong dung dịch là 21,3759. V? A. 0,1 B. 0,12 C. 0,15 D. 0,24 Bài giải: Trong oxit: 3) Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào dd HNO3 thu được X chứa 2 muối sunfat và khí duy nhất NO. Giá trị của a là: A. 0,04 B. 0,075 C. 0,12 D. 0,06 Bài giải: nS trước = nS sau 0,12 0,06 2.0,12 + a = 0,06.3 + 2a à a=0,06 a 2a 2) Với HCl, H2SO4 loãng: Fe + 2H+ àFe2++H2# 3) Với HNO3 đặc, nguội, H2SO4 đặc, nguội: Fe không phản ứng. 4) Với HNO3 loãng: Fe dư: K 0 4 Sau phản ứng Fe(NO3)2 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe dư Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)3 HNO3 dư VD: Cho 2,8g bột Fe phản ứng hết 320ml dd HNO3 0,5M, thoát ra khí NO duy nhất. Khối lượng chất tan trong dd thu được sau phản ứng. Bài giải: Gọi x là (M=242) y là (M=180) VD: (Câu 21 mã đề 596 A/2009): Cho hỗn hợp gồm 1,12g Fe và 1,92g Cu vào 400ml dd hỗn hợp H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dd X và NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dd NaOH 1M vào dd X thì lượng kết tủa max. Tìm giá trị tối thiểu của V. A. 120 B. 400 C. 360 D. 240 Bài giải: Các phản ứng theo thứ tự: 0,02 0,08 0,02 0,02 0,03 0,08 0,02 0,03 Sau phản ứng H+ dư: 0,4 – (0,08 + 0,08) = 0,24 Dd X: cho tác dung với dd NaOH 0,24 0,24 0,02 0,06 0,03 0,06 Câu 28 mã đề 596 A/2009: Cho 6,72 Fe vào 400ml dd HNO3 1M đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được NO (sản phẩm khử duy nhất) và dd X. Dd X có thể hòa tan tối đa m (g) Cu. m? A. 3,84. B. 1,92 C. 0,64 D. 3,2 Bài giải: nFe = 0,12 nHNO3 = 0,4 0,1 0,4 0,1 0,02 0,04 Sau đó còn dư 0,1 – 0,04 = 0,06 mol Fe(NO3)3 0,03 0,06 àmCu = 0,03.64 = 1,92 4) Với H2SO4 đặc, nóng: Nếu Fe dư có thể: Fe + Fe2(SO4)3 à 3FeSO4 5) Với HNO3 đặc, nóng: mmuối = nkim loại + 62.ne nhận Sản phẩm khử ne nhận Khối lượng muối NO NO2 N2 N2O 6) Với dung dịch muối: Fe có thể khử các ion kim loại đứng sau no, có Eo > – 0,44V (AgNO3 thiếu) (AgNO3 dư) Do K 2 3 Sau phản ứng Fe(NO3)2 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe dư Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)3 AgNO3 dư VD: Cho 1,68g bột Fe vào 400ml dd AgNO3 0,175M. tính số mol chất tan và lượng chất rắn thu được. Bài giải: à dd thu được chứa Ta có: x 2x x y 3y y 7) Tác dụng với H2O: Ở nhiệt độ cao <570 oC V) Trạng thái tự nhiên: 1) Hemantit: đỏ: Fe2O3, nâu: Fe2O3.nH2O 2) Manhetit: Fe3O4: giàu Fe nhất, hiếm. 3) Xiđêrit: FeCO3 4) Pirit: FeS2 5) Trong hồng cầu B) Hợp chất sắt II: Tính chất hóa học chung là khử I) FeO: Rắn 1) Rắn: màu đen, nhiệt độ nóng chảy là 1360oC, là oxit bazơ không tan. 2) Tan trong: HCl, H2SO4 loãng: FeO + 2H+ à Fe2+ + H2O 3) Có tính khử và tính oxi hóa: 4) Điều chế: II) Fe(OH)2 1) Chất kết tủa trắng xanh không tan trong nước là hidroxit Fe(OH)2 + 2H+ à Fe2+ + 2H2O 2) Bị oxi hóa bởi O2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O à 4Fe(OH)3 3) Bị nhiệt phân: 4) Điều chế: III) Muối Fe2+ 1) Tan trong nước kết tinh dạng FeSO4.7H2O 2) Chủ yếu là tính khử: 6FeSO4 + 3Cl2 à 2FeCl3 + 2Fe2(SO4)3 Fe(NO3)2 + AgNO3 à Fe(NO3)3 + Ag 3) Điều chế: Fe, FeO tan trong H+ C) Hợp chất sắt III I) Fe2O3 1) Chất rắn màu đỏ nâu, nóng chảy ở 1550oC, là oxit bazơ không tan trong nước. 2) Tan trong HCl, H2SO4 loãng. 3) Có tính oxi hóa, bị khử: 4) Điều chế: Chú ý: Fe3O4 = FeO.Fe2O3 II) Fe(OH)3 1) Kết tủa đỏ nâu không tan trong nước, là bazơ Fe(OH)3 + 3H+ à Fe3+ + 3H2O 2) Bị nhiệt phân: 3) Điều chế: III) Muối Fe3+ 1) Đa số tan trong nước 2) Có tính oxi hóa D) Hợp kim của Fe: gang và thép I) Định nghĩa và phân loại: Định nghĩa Phân loại Gang Là hợp kim của Fe và C chứa từ 2 – 5% C trong đó còn có thể có: Si, Mn, S,… * Gang trắng: chứa ít C Thép Là hợp kim của Fe và C và một số nguyên tố khác, trong đó C chiếm từ 0,01 – 2% (Si, Mn, Cr, Ni,…) * Thép thường: chứa II) Sản xuất gang, thép Gang Sản xuất thép Dùng CO khử oxit FexOy Nguyên liệu: quặng Fe, than cốc, Quá trình oxi hóa Luyện gang thành thép bằng cách lấy ra khỏi gang phần là C, Si, Mn và hầu hết P, S từ Nguyên liệu: gang trắng, sắt thép phế liệu, chất Các phản ứng: CO2, SO2 # còn SiO2, P2O5: CaO+SiO2àCaSiO3 3CaO+P2O5àCa3(PO4)2 Chú ý: Có phản ứng trong lò luyện quặng à gang Có Khử FexOy bằng CO +3 +8/3 +2 0 Nhớ VD: Để thu được 1000 tấn gang chứa 95% Fe (5% các nguyên tố khác) thì cần bao nhiêu tấn quặng chứa 90% Fe2O3 A. 305,5 B. 1357,1 C. 2714,2 D. 1428,5 Bài giải: MFe dùng = tấn 160 tấn 112 tấn x tấn 950 tấn tấn Lượng quặng d = 1357,1 . = 1428,5 tạ Ví dụ : Để thu được 1000 tấn 99 chứa Fe và 5% C .( lượng ----- khác ……) cần bao nhiêu tạ than cốc clorua 100 ./.C …. H = Co C + O2 " CO2 CO2 + C = 2CO Fe2O3 + 3 CO " 2Fe + 3 CO2 Như (1) .(1) "2C + O2 " 2 CO Fe2O3 + 3 CO " 2Fe + 3 CO2 n Fe = "nCO == nC nCO = " mC ==355,3.106 g = 355,3 tấn 4H 30 HUWD 5/89/09 : Hòa tan hết 0,3 mol Fe bằng một dung dịch HNO3 ,thu được vl NO ( ….. giá trị nhỏ nhất của V là A. 6,72 l B. 4,48 l C. 8,96 l D. 2,24 l Bài giải: + " + + 2H2 + " 3Fe(NO3)2 = 0,3 ó x = 0,2 = 4NO (A/2009) 11,36g Li A : Fe; FeO; Fe2O3 ;Fe3O4 trong dung dịch HNO3 dư thu được 0,06 mol NO là sản phẩm khử duy nhất và d X cô cạn được mg muối khan? Bài giải C1: Gọi hỗn hợp A: FexOy Bảo toàn e: FexOy cho NO3- dư. à Hỗn hợp A: Fe16O15 C2: 0,06 0,06 x mol 2x mA = 11,36 à0,06.56 + 160a = 11,36 àa = 0,05 à mmuối = 242(0,06 + 2.0,05) = 38,72 VD: 2,8g Fe tác dụng với V (l) dd HNO3 0,5M thoát ra khí NO duy nhất. Dd thu được phản ứng vừa đủ với 0,03 mol AgNO3. Tìm V? A. 300 B. 320 C. 360 D. 420 Bài giải: nFe = 0,05. Dd thu được Fe(NO3)2 0,03 0,03 Gọi x là số mol NO Bảo toàn e: Fe cho = NO3- nhận 0,03.2 + 0,02.3 = x.3 n x = 0,04 VD: Cho hỗn hợp X gồm Fe và Cu dư vào dd HNO3 loãng thu được dd X chứa: A. Fe(NO3)2, Cu(NO3)2. B. Cu(NO3)2 C. Fe(NO3)3, Cu(NO3)2 D. Fe(NO3)3 VD: Cho Cu và Fe dư vào dd HNO3, dd thu được: A. Fe(NO3)2, Cu(NO3)2. B. Cu(NO3)2 C. Fe(NO3)2 D. Fe(NO3)3 VD: Hỗn hợp Fe, Cu phản ứng dung dịch HNO3 loãng sau phản ứng thu được dd chứa 1 chất tan. Chất tan đó là: A. Fe(NO3)3 B.Fe(NO3)2 C. Cu(NO3)2 D. HNO3 VD: 36g hỗn hợp X phản ứng dd HCl dư thu được dd Y và a(g) rắn Z. Tìm a? A. 12,8 B. 6,4 C. 23,2 D. 16 VD: Lấy m (g) hỗn hợp A gồm Cu, Fe có mCu:mFe = 7:3 vào dd chứa 44,7g HNO3 thu được 0,75mg chất rắn không tan và 5,6l hỗn hợp NO và NO2 (dktc). Tìm m? A. 40,5g B. 12,6g C. 50,2g D. 50,4g. Bài giải: Hỗn hợp: mol 0,75m>0,7m à Cu chưa phản ứng, dd …….. Fe(NO3)2 n= 0,25. Bảo toàn nguyên tố N (FePhản ứng = 0,25mg) VD: Cho mg Fe vào 1 (l) dd Fe(NO3)3 0,1M và Cu(NO3)2 0,5M. Kết thúc phản ứng thu được mg kim loại. Số mol phản ứng là: A. 0,2 B. 0,35 C. 0,55 D. 0,4 Bài giải: 0,05 0,1 x x x mFe = mCu à (0,05 + x).56 = 64x àx = 0,35 à nFe phản ứng = 0,05 + 0,35 = 0,4 mol. VD: Thể tích dd HNO3 1M tối thiểu cần để hòa tan hết hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe, 0,15 mol Cu là (sản phẩm khử là NO) A. 1,2l B. 1l C. 0,6l D. 0,8l 0,15 0,6 0,15 0,075 0,2 0,075 0,15 nHNO3 = 0,8 mol à V = 0,8l. Khối lượng muối nitrat thu được khi cho hỗn hợp kim loại tác dụng HNO3 (Không có sự tạo NH4NO3) là: mmuối = mkim loại + 62(3nNO + nNO2 + 8nN2O + 10nN2) VD 59/23 NDĐ: Hòa tan 10g rắn X: Al, Mg, Zn bằng dd HNO3 đủ thu được dd chứa mg muối và 5,6l NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Tìm m? A. 55,6g B. 56,5g C. 25,5g D. 52,5g. Bài giải VD 60/23 NDĐ: Hòa tan 22,4g Fe trong dd HNO3 loãng thu được 6,72l NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất và dd chứa mg muối. Tìm m? A. 82,7g B. 96,8g C. 72g D. 78,2g VD: Hòa tan 24,4g bột Fe trong dd HNO3 thu được V (l) NO (đktc). Giá trị nhỏ nhất của V là: A. 5,97l B. 2,24l C. 8,96l D. 17,92l Để hòa tan hết 1 hỗn hợp kim loại bằng dd HNO3 thì: (trường hợp hỗn hợp không có Fe). Bài toán có Fe phản ứng: HNO3 dư. VD 62/23: Hòa tan hết hỗn hợp rắn X gồm Al, Fe bằng dd chứa x mol HNO3 (lấy dư 10%) thu được 13,44 hỗn hợp Y.