Bài 31: Sắt


Video bài giảng

1. Vị trí trong Bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 hay [Ar]3d64s2

- Ô thứ 26, nhóm VIIIB, chu kì 4

- Sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion Fe2+ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d để trở thành ion Fe3+.

2. Tính chất vật lí

Quan sát Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu  

Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu

- Sắt là kim loại màu trắng hơi xám

- Có khối lượng riêng lớn (d = 8,9 g/cm3), nóng chảy ở 15400C. 

- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ.

3. Tính chất hóa học

- Là kim loại có tính khử trung bình.

+ Với chất oxi hoá yếu: Fe → Fe2+ + 2e

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

a. Tác dụng với Phi kim

- Thí nghiệm: Sắt phản ứng với Lưu huỳnh: 

\(Fe+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeS\)

- Thí nghiệm: Sắt cháy trong Oxi: 

\(Fe+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}\)​

- Thí nghiệm: Sắt tác dụng với Clo: 

\(2Fe+3Cl_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeCl_{3}\)

b. Tác dụng với axit

- Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng: Fe đưa về sắt (II), H+ chuyển thành H2

Thí nghiệm của Sắt trong dung dịch sunfuric loãng: 

\(Fe + H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+H_{2}\uparrow\)

- Với dung dịch HNO3 và H2SO4 đặc, nóng: Fe khử N+5 hoặc S+6 trong HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng đến số oxi hoá thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá thành Fe+3

+ Thí nghiệm: Sắt trong dung dịch HNO3 loãng: 

\(Fe+4HNO_{3}\rightarrow Fe(NO_{3})_{3}+NO\uparrow+2H_{2}O\)

+ Lưu ý: Fe bị thụ động bởi các axit HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội.

c. Tác dụng với dung dịch muối

- Sắt có thể khử được các ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa.

- Thí nghiệm: Sắt phản ứng với dung dịch Đồng(II) sunfat \(Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu\downarrow\)

d. Tác dụng với nước

- Hình vẽ mô phỏng thí nghiệm: Sắt khử hơi nước ở nhiệt độ cao

Sắt khử nước ở nhiệt độ cao

- Phương trình hóa học:

\(3Fe+4H_{2}O\overset{t^{0}<570^{0}C}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}+4H_{2}\uparrow\)

\(Fe+H_{2}O\overset{t^{0}>570^{0}C}{\rightarrow}FeO+H_{2}\uparrow\)​

4. Ứng dụng

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

- Trong tự nhiên sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất có trong các quặng:

+ quặng manhetit (Fe3O4)

+ quặng hematit đỏ (Fe2O3)

+ quặng hematit nâu (Fe2O3.nH2O)

+ quặng xiđerit (FeCO3)

+ quặng pirit (FeS2)

+ Có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu

+ Có trong các thiên thạch.

5. Bài tập Sắt - Cơ bản

Bài 1:

Cho m gam kim loại Fe tác dụng với dung dịch HNO3 dư, sau phản ứng thu được 3,36 lít khí NO đo ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

0,15                                  0,15

⇒ m Fe = 0,15. 56 = 8,4 gam 

Bài 2:

Cho 4,368 gam bột Fe tác dụng với m gam bột S. Sau phản ứng được rắn X. Toàn bộ X tan hết trong dung dịch HNO3 loãng dư được sản phẩm khử duy nhất là 0,12 mol NO. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Coi hỗn hợp X gồm Fe và S phản ứng với HNO3

Fe  → Fe3+ + 3e

S  → S6+ + 6e

N5+ + 3e → N2+

Bảo toàn e: 3nFe + 6nS = 3nNO

⇒ nS = 0,021 mol

⇒ m = 0,672g

Bài 3:

Cho m gam Fe vào bình đựng dung dịch H2SO4 và HNO3 thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp H2SO4 dư vào bình được 0,448 lít NO và dung dịch Y. Trong cả 2 trường hợp đều có NO là sản phẩm khử duy nhất ở kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 2,08 gam Cu không tạo sản phẩm khử N+5. Các phản ứng đều hoàn toàn. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Tổng số mol khí NO sau các phản ứng là: 0,07 mol

Giả sử trong Y có Fe3+ và Fe2+

⇒ bảo toàn e: 3nFe3+ + 2nFe2+ = 3nNO

Lại có: 2Fe3+ + Cu → Cu2+ + 2Fe2+ (Y hòa tan Cu nhưng không có sản phẩm khử của N+5)

⇒ nFe3+ = 2nCu = 0,065 mol ⇒ nFe2+ = 0,0075 mol

⇒ m = 56.(0,065 + 0,0075) = 4,06g

Bài 4:

Cho 6,72 gam bột Fe tác dụng với 384 ml dung dịch AgNO3 1M sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch A và m gam chất rắn. Dung dịch A tác dụng được với tối đa bao nhiêu gam bột Cu?

Hướng dẫn:

nFe = 0,12 mol; \(n_{AgNO_{3}}\) = 0,384 mol

Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag

⇒ Dung dịch sau có: 0,12 mol Fe3+; 0,024 mol Ag+

⇒ 2nCu = nFe3+ + nAg+

⇒ nCu = 0,072 mol

⇒ mCu = 4,608g

6. Bài tập Sắt - Nâng cao

Bài 1:

Đốt cháy hỗn hợp gồm 2,4g Mg; 4,48g Fe với hỗn hợp X gồm có Cl2 và O2; sau phản ứng chỉ thu được hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua (không có khí dư). Hòa tan Y vào lượng vừa đủ 120 ml HCl 2M thu được dung dịch Z. Cho AgNO3 dư vào Z thu được 61,01g kết tủa. Phần trăm V của O2 trong X là:

Hướng dẫn:

nMg = 0,1 mol; nFe = 0,08 và nHCl = 0,24.

Mg - 2e → Mg2+

0,1    0,2

Fe - 3e → Fe3+ 

0,08   0,24

Cl2 + 2e → 2Cl-

a        2a      2a

O2 + 4e  → 2O2-

b       4b        2b

Ag + e  → Ag

x          x       x

2H+  + O2- → H2O

0,24      0,12

nO = 2b = 0,12 ⇒ b = 0,06

Bảo toàn mol e: 2a + 4b + x = 0,2 + 0,24 = 0,44 ⇒ 2a + x = 0,2

Kết tủa gồm: AgCl (2a + 0,24) mol và Ag x mol

⇒ 143,5(2a + 0,24) + 108x = 61,01

⇒ 287a + 108x = 26,57

⇒ a = 0,07 và x = 0,06

⇒ X gồm 0,07 mol Cl2 và 0,06 mol O2

⇒ %VO2 = 46,15%

1. Vị trí trong Bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 hay [Ar]3d64s2

- Ô thứ 26, nhóm VIIIB, chu kì 4

- Sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion Fe2+ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d để trở thành ion Fe3+.

2. Tính chất vật lí

Quan sát Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu  

Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu

- Sắt là kim loại màu trắng hơi xám

- Có khối lượng riêng lớn (d = 8,9 g/cm3), nóng chảy ở 15400C. 

- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ.

3. Tính chất hóa học

- Là kim loại có tính khử trung bình.

+ Với chất oxi hoá yếu: Fe → Fe2+ + 2e

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

a. Tác dụng với Phi kim

- Thí nghiệm: Sắt phản ứng với Lưu huỳnh: 

\(Fe+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeS\)

- Thí nghiệm: Sắt cháy trong Oxi: 

\(Fe+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}\)​

- Thí nghiệm: Sắt tác dụng với Clo: 

\(2Fe+3Cl_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeCl_{3}\)

b. Tác dụng với axit

- Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng: Fe đưa về sắt (II), H+ chuyển thành H2

Thí nghiệm của Sắt trong dung dịch sunfuric loãng: 

\(Fe + H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+H_{2}\uparrow\)

- Với dung dịch HNO3 và H2SO4 đặc, nóng: Fe khử N+5 hoặc S+6 trong HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng đến số oxi hoá thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá thành Fe+3

+ Thí nghiệm: Sắt trong dung dịch HNO3 loãng: 

\(Fe+4HNO_{3}\rightarrow Fe(NO_{3})_{3}+NO\uparrow+2H_{2}O\)

+ Lưu ý: Fe bị thụ động bởi các axit HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội.

c. Tác dụng với dung dịch muối

- Sắt có thể khử được các ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa.

- Thí nghiệm: Sắt phản ứng với dung dịch Đồng(II) sunfat \(Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu\downarrow\)

d. Tác dụng với nước

- Hình vẽ mô phỏng thí nghiệm: Sắt khử hơi nước ở nhiệt độ cao

Sắt khử nước ở nhiệt độ cao

- Phương trình hóa học:

\(3Fe+4H_{2}O\overset{t^{0}<570^{0}C}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}+4H_{2}\uparrow\)

\(Fe+H_{2}O\overset{t^{0}>570^{0}C}{\rightarrow}FeO+H_{2}\uparrow\)​

4. Ứng dụng

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

- Trong tự nhiên sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất có trong các quặng:

+ quặng manhetit (Fe3O4)

+ quặng hematit đỏ (Fe2O3)

+ quặng hematit nâu (Fe2O3.nH2O)

+ quặng xiđerit (FeCO3)

+ quặng pirit (FeS2)

+ Có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu

+ Có trong các thiên thạch.

5. Bài tập Sắt - Cơ bản

Bài 1:

Cho m gam kim loại Fe tác dụng với dung dịch HNO3 dư, sau phản ứng thu được 3,36 lít khí NO đo ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

0,15                                  0,15

⇒ m Fe = 0,15. 56 = 8,4 gam 

Bài 2:

Cho 4,368 gam bột Fe tác dụng với m gam bột S. Sau phản ứng được rắn X. Toàn bộ X tan hết trong dung dịch HNO3 loãng dư được sản phẩm khử duy nhất là 0,12 mol NO. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Coi hỗn hợp X gồm Fe và S phản ứng với HNO3

Fe  → Fe3+ + 3e

S  → S6+ + 6e

N5+ + 3e → N2+

Bảo toàn e: 3nFe + 6nS = 3nNO

⇒ nS = 0,021 mol

⇒ m = 0,672g

Bài 3:

Cho m gam Fe vào bình đựng dung dịch H2SO4 và HNO3 thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp H2SO4 dư vào bình được 0,448 lít NO và dung dịch Y. Trong cả 2 trường hợp đều có NO là sản phẩm khử duy nhất ở kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 2,08 gam Cu không tạo sản phẩm khử N+5. Các phản ứng đều hoàn toàn. Giá trị m là:

Hướng dẫn:

Tổng số mol khí NO sau các phản ứng là: 0,07 mol

Giả sử trong Y có Fe3+ và Fe2+

⇒ bảo toàn e: 3nFe3+ + 2nFe2+ = 3nNO

Lại có: 2Fe3+ + Cu → Cu2+ + 2Fe2+ (Y hòa tan Cu nhưng không có sản phẩm khử của N+5)

⇒ nFe3+ = 2nCu = 0,065 mol ⇒ nFe2+ = 0,0075 mol

⇒ m = 56.(0,065 + 0,0075) = 4,06g

Bài 4:

Cho 6,72 gam bột Fe tác dụng với 384 ml dung dịch AgNO3 1M sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch A và m gam chất rắn. Dung dịch A tác dụng được với tối đa bao nhiêu gam bột Cu?

Hướng dẫn:

nFe = 0,12 mol; \(n_{AgNO_{3}}\) = 0,384 mol

Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag

⇒ Dung dịch sau có: 0,12 mol Fe3+; 0,024 mol Ag+

⇒ 2nCu = nFe3+ + nAg+

⇒ nCu = 0,072 mol

⇒ mCu = 4,608g

6. Bài tập Sắt - Nâng cao

Bài 1:

Đốt cháy hỗn hợp gồm 2,4g Mg; 4,48g Fe với hỗn hợp X gồm có Cl2 và O2; sau phản ứng chỉ thu được hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua (không có khí dư). Hòa tan Y vào lượng vừa đủ 120 ml HCl 2M thu được dung dịch Z. Cho AgNO3 dư vào Z thu được 61,01g kết tủa. Phần trăm V của O2 trong X là:

Hướng dẫn:

nMg = 0,1 mol; nFe = 0,08 và nHCl = 0,24.

Mg - 2e → Mg2+

0,1    0,2

Fe - 3e → Fe3+ 

0,08   0,24

Cl2 + 2e → 2Cl-

a        2a      2a

O2 + 4e  → 2O2-

b       4b        2b

Ag + e  → Ag

x          x       x

2H+  + O2- → H2O

0,24      0,12

nO = 2b = 0,12 ⇒ b = 0,06

Bảo toàn mol e: 2a + 4b + x = 0,2 + 0,24 = 0,44 ⇒ 2a + x = 0,2

Kết tủa gồm: AgCl (2a + 0,24) mol và Ag x mol

⇒ 143,5(2a + 0,24) + 108x = 61,01

⇒ 287a + 108x = 26,57

⇒ a = 0,07 và x = 0,06

⇒ X gồm 0,07 mol Cl2 và 0,06 mol O2

⇒ %VO2 = 46,15%

Bài học tiếp theo

Bài 32: Hợp chất của sắt
Bài 33: Hợp kim của sắt
Bài 34: Crom và hợp chất của Crom
Bài 35: Đồng và hợp chất của Đồng
Bài 36: Sơ lược về niken, kẽm, chì, thiếc
Bài 37: Luyện tập Tính chất hóa học của sắt và hợp chất của sắt
Bài 38: Luyện tập Tính chất hóa học của crom, đồng và hợp chất của chúng
Bài 39: Thực hành Tính chất hóa học của sắt, đồng và hợp chất của sắt, crom

Bài học bổ sung