Bài 32: Hợp chất của sắt
Video bài giảng
1. Hợp chất Sắt (II)
Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) là tính khử.
Fe2+ → Fe3+ + 1e
- Sắt (II) oxit:
+ Tính chất vật lý: FeO là chất rắn, màu đen.
+ Tính chất hóa học:
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
+ Điều chế:
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
- Sắt (II) hidroxit:
+ Tính chất vật lý: Fe(OH)2 nguyên chất là chất rắn, màu trắng hơi xanh, không tan trong nước
+ Tính chất hóa học:
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
4Fe(OH)2 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3
+ Điều chế: Điều chế trong điều kiện không có không khí
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
- Muối Sắt (II):
+ Tính chất vật lý: Tan trong nước, đa số kết tinh thường ở dạng ngậm nước.
Ví dụ: FeSO4.7H2O; FeCl2.4H2O
+ Tính chất hóa học: FeCl2 + 2Cl2 → 2FeCl3
+ Điều chế: Cho Fe (hoặc FeO; Fe(OH)2) tác dụng với HCl hoặc H2SO4 loãng.
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
*Dung dịch muối sắt (II) điều chế được phải dùng ngay vì trong không khí sẽ chuyển dần thành muối sắt (III).
2. Hợp chất của Sắt (III)
Tính chất hoá học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hoá.
Fe3+ + 1e → Fe2+
Fe3+ + 2e → Fe
- Sắt (III) oxit:
+ Tính chất vật lý: Fe2O3 là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước
+ Tính chất hóa học:
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
+ Điều chế: Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O
- Sắt (III) hidroxit:
+ Tính chất vật lý: là chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước
+ Tính chất hóa học: 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O
+ Điều chế: Dung dịch kiềm + dung dịch muối sắt (III)
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl
- Muối Sắt (III):
+ Tính chất vật lý: Đa số các muối sắt (III) tan trong nước, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước.
Ví dụ: FeCl3.6H2O; Fe2(SO4)3.9H2O
+ Tính chất hóa học:
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2
3. Bài tập Hợp chất của Sắt - Cơ bản
Bài 1:
Muối Fe2+ làm mất màu dung dịch KMnO4 trong môi trường axít tạo ra ion Fe3+. Còn ion Fe3+ tác dụng với I- tạo ra I2 và Fe2+. Sắp xếp các chất oxi hoá Fe3+, I2 và MnO4- theo thứ tự mạnh dần:
Hướng dẫn:
Muối Fe2+ làm mất màu dung dịch KMnO4 trong môi trường axít tạo ra ion Fe3+.
⇒ tính oxi hóa của Fe3+ < MnO4-
Còn ion Fe3+ tác dụng với I- tạo ra I2 và Fe2+.
⇒ Tính oxi hóa của I2 < Fe3+
Vậy thứ tự chất oxi hóa mạnh dần là: I2 < Fe3+ < MnO4 -.
Bài 2:
Nhúng một lá sắt nhỏ vào dd chứa một trong những chất sau: FeCl3, AlCl3, CuSO4, Pb(NO3)2, NaCl, HNO3 (loãng, dư), H2SO4 (đặc, nóng, dư), NH4NO3, AgNO3 thiếu. Số trường hợp phản ứng tạo muối Fe(II) là?
Hướng dẫn:
+) Fe + AlCl3, NaCl, NH4NO3 không phản ứng
+) Fe + HNO3 (loãng, dư), H2SO4 (đặc, nóng, dư) sắt đều bị đưa về hóa trị cao nhất tức Fe (III)
+) Fe + FeCl3 tạo FeCl2
+) Fe + CuSO4 tạo FeSO4
+) Fe + Pb(NO3)2 tạo Fe(NO3)2
+) Fe + AgNO3 ( thiếu) tạo Fe(NO3)2
Lưu ý: nếu AgNO3 dư thì tạo Fe (III) do:
Fe(NO3)2 + AgNO3 → Fe(NO3)3 + Ag
⇒ Các dung dịch tạo được muối sắt II là: FeCl3, CuSO4, Pb(NO3)2, AgNO3.
Bài 3:
Để hòa tan hoàn toàn m gam bột Fe2O3 cần dùng vừa đủ 300ml dung dịch HCl 1M. Sau phản ứng thu được dung dịch Y. Tính giá trị của m?
Hướng dẫn:
nHCl = 0,3 mol
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
0,05 0,3
⇒ \(m_{Fe_{2}O_{3}}\) = 0,05.160 = 8 gam
Bài 4:
Cho 100ml dung dịch FeCl2 1,2M tác dụng với 200ml dung dịch AgNO3 2M thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là?
Hướng dẫn:
3AgNO3 + FeCl2 → Fe(NO3)3 + 2 AgCl↓ + Ag↓
Mà nAgNO3 = 0,4 mol; nFeCl2 = 0,12 mol
⇒ AgNO3 dư
⇒ nAg = 0,12 mol; nAgCl = 0,24 mol
⇒ m = mAg + mAgCl = 47,4 g
4. Bài tập Hợp chất của Sắt - Nâng cao
Bài 1:
Hòa tan m gam hỗn hợp A gồm FeO vào Fe2O3 bằng lượng vừa đủ dung dịch HCl, sau phản ứng thu được dung dịch B. Cho một nửa dung dịch B tác dụng với dung dịch NaOH dư, kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được 40 gam chất rắn. Cho một nửa dung dịch B còn lại tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3, thu được 208,15 gam chất rắn. Giá trị của m là:
Hướng dẫn:
Dung dịch B sau phản ứng sẽ gồm: Fe2+, Fe3+, Cl-.
40 g chất rắn chính là Fe2O3 ⇒ nFe = 0,5 mol.
Gọi a, b lần lượt là số mol của Fe2+, Fe3+
Ta có: a + b = 0,5 (1)
Bảo toàn điện tích dd B có nCl- = 2nFe2+ + 3nFe3+ = 2a + 3b
Cho 1 nửa dd B tác dụng với AgNO3 dư thu được kết tủa gồm AgCl và Ag
Ag+ + Cl- → AgCl
2a+3b 2a+3b
Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag
a a
Ta có 143,5(2a + 3b) + 108a = 208,15 (2)
Từ 1 và 2 ⇒ a = 0,2 và b = 0,3
⇒ m = 2.(0,2.72 + 0,3.160) = 124,8g
Bài 2:
Cho 8,16 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 phản ứng hết với 250 ml dung dịch HNO3 x mol/lit (loãng), thu được 1,344 lít NO (đktc) và dung dịch Z. Dung dịch Z hòa tan tối đa 5,04 gam Fe, sinh ra khí NO. Biết trong các phản ứng, NO là sản phẩm khử duy nhất của N+5. Giá trị của x là:
Hướng dẫn:
Vì Z + Fe → khí NO ⇒ HNO3 dư và Fe → Fe3+
⇒ X phản ứng hết qui về: a mol Fe và b mol O
⇒ mX = 56a + 16b = 8,16g và Bảo toàn e: 3nFe = 3nNO + 2nO
⇒ 3a – 2b = 0,18 mol
⇒ a = 0,12; b = 0,09
Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+
3Fe + 8H+ + 2NO3- → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O (vì hòa tan tối đa)
⇒ nFe sau = ½ nFe3+ + \(\frac{3}{8}\) nH+ dư ⇒ nH+ dư = 0,08 mol
⇒ nHNO3 bđ = 0,08 + 4nNO + 2nO = 0,5 mol
⇒ x = 2 M
1. Hợp chất Sắt (II)
Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) là tính khử.
Fe2+ → Fe3+ + 1e
- Sắt (II) oxit:
+ Tính chất vật lý: FeO là chất rắn, màu đen.
+ Tính chất hóa học:
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
+ Điều chế:
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
- Sắt (II) hidroxit:
+ Tính chất vật lý: Fe(OH)2 nguyên chất là chất rắn, màu trắng hơi xanh, không tan trong nước
+ Tính chất hóa học:
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
4Fe(OH)2 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3
+ Điều chế: Điều chế trong điều kiện không có không khí
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
- Muối Sắt (II):
+ Tính chất vật lý: Tan trong nước, đa số kết tinh thường ở dạng ngậm nước.
Ví dụ: FeSO4.7H2O; FeCl2.4H2O
+ Tính chất hóa học: FeCl2 + 2Cl2 → 2FeCl3
+ Điều chế: Cho Fe (hoặc FeO; Fe(OH)2) tác dụng với HCl hoặc H2SO4 loãng.
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
*Dung dịch muối sắt (II) điều chế được phải dùng ngay vì trong không khí sẽ chuyển dần thành muối sắt (III).
2. Hợp chất của Sắt (III)
Tính chất hoá học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hoá.
Fe3+ + 1e → Fe2+
Fe3+ + 2e → Fe
- Sắt (III) oxit:
+ Tính chất vật lý: Fe2O3 là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước
+ Tính chất hóa học:
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
+ Điều chế: Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O
- Sắt (III) hidroxit:
+ Tính chất vật lý: là chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước
+ Tính chất hóa học: 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O
+ Điều chế: Dung dịch kiềm + dung dịch muối sắt (III)
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl
- Muối Sắt (III):
+ Tính chất vật lý: Đa số các muối sắt (III) tan trong nước, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước.
Ví dụ: FeCl3.6H2O; Fe2(SO4)3.9H2O
+ Tính chất hóa học:
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2
3. Bài tập Hợp chất của Sắt - Cơ bản
Bài 1:
Muối Fe2+ làm mất màu dung dịch KMnO4 trong môi trường axít tạo ra ion Fe3+. Còn ion Fe3+ tác dụng với I- tạo ra I2 và Fe2+. Sắp xếp các chất oxi hoá Fe3+, I2 và MnO4- theo thứ tự mạnh dần:
Hướng dẫn:
Muối Fe2+ làm mất màu dung dịch KMnO4 trong môi trường axít tạo ra ion Fe3+.
⇒ tính oxi hóa của Fe3+ < MnO4-
Còn ion Fe3+ tác dụng với I- tạo ra I2 và Fe2+.
⇒ Tính oxi hóa của I2 < Fe3+
Vậy thứ tự chất oxi hóa mạnh dần là: I2 < Fe3+ < MnO4 -.
Bài 2:
Nhúng một lá sắt nhỏ vào dd chứa một trong những chất sau: FeCl3, AlCl3, CuSO4, Pb(NO3)2, NaCl, HNO3 (loãng, dư), H2SO4 (đặc, nóng, dư), NH4NO3, AgNO3 thiếu. Số trường hợp phản ứng tạo muối Fe(II) là?
Hướng dẫn:
+) Fe + AlCl3, NaCl, NH4NO3 không phản ứng
+) Fe + HNO3 (loãng, dư), H2SO4 (đặc, nóng, dư) sắt đều bị đưa về hóa trị cao nhất tức Fe (III)
+) Fe + FeCl3 tạo FeCl2
+) Fe + CuSO4 tạo FeSO4
+) Fe + Pb(NO3)2 tạo Fe(NO3)2
+) Fe + AgNO3 ( thiếu) tạo Fe(NO3)2
Lưu ý: nếu AgNO3 dư thì tạo Fe (III) do:
Fe(NO3)2 + AgNO3 → Fe(NO3)3 + Ag
⇒ Các dung dịch tạo được muối sắt II là: FeCl3, CuSO4, Pb(NO3)2, AgNO3.
Bài 3:
Để hòa tan hoàn toàn m gam bột Fe2O3 cần dùng vừa đủ 300ml dung dịch HCl 1M. Sau phản ứng thu được dung dịch Y. Tính giá trị của m?
Hướng dẫn:
nHCl = 0,3 mol
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
0,05 0,3
⇒ \(m_{Fe_{2}O_{3}}\) = 0,05.160 = 8 gam
Bài 4:
Cho 100ml dung dịch FeCl2 1,2M tác dụng với 200ml dung dịch AgNO3 2M thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là?
Hướng dẫn:
3AgNO3 + FeCl2 → Fe(NO3)3 + 2 AgCl↓ + Ag↓
Mà nAgNO3 = 0,4 mol; nFeCl2 = 0,12 mol
⇒ AgNO3 dư
⇒ nAg = 0,12 mol; nAgCl = 0,24 mol
⇒ m = mAg + mAgCl = 47,4 g
4. Bài tập Hợp chất của Sắt - Nâng cao
Bài 1:
Hòa tan m gam hỗn hợp A gồm FeO vào Fe2O3 bằng lượng vừa đủ dung dịch HCl, sau phản ứng thu được dung dịch B. Cho một nửa dung dịch B tác dụng với dung dịch NaOH dư, kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được 40 gam chất rắn. Cho một nửa dung dịch B còn lại tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3, thu được 208,15 gam chất rắn. Giá trị của m là:
Hướng dẫn:
Dung dịch B sau phản ứng sẽ gồm: Fe2+, Fe3+, Cl-.
40 g chất rắn chính là Fe2O3 ⇒ nFe = 0,5 mol.
Gọi a, b lần lượt là số mol của Fe2+, Fe3+
Ta có: a + b = 0,5 (1)
Bảo toàn điện tích dd B có nCl- = 2nFe2+ + 3nFe3+ = 2a + 3b
Cho 1 nửa dd B tác dụng với AgNO3 dư thu được kết tủa gồm AgCl và Ag
Ag+ + Cl- → AgCl
2a+3b 2a+3b
Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag
a a
Ta có 143,5(2a + 3b) + 108a = 208,15 (2)
Từ 1 và 2 ⇒ a = 0,2 và b = 0,3
⇒ m = 2.(0,2.72 + 0,3.160) = 124,8g
Bài 2:
Cho 8,16 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 phản ứng hết với 250 ml dung dịch HNO3 x mol/lit (loãng), thu được 1,344 lít NO (đktc) và dung dịch Z. Dung dịch Z hòa tan tối đa 5,04 gam Fe, sinh ra khí NO. Biết trong các phản ứng, NO là sản phẩm khử duy nhất của N+5. Giá trị của x là:
Hướng dẫn:
Vì Z + Fe → khí NO ⇒ HNO3 dư và Fe → Fe3+
⇒ X phản ứng hết qui về: a mol Fe và b mol O
⇒ mX = 56a + 16b = 8,16g và Bảo toàn e: 3nFe = 3nNO + 2nO
⇒ 3a – 2b = 0,18 mol
⇒ a = 0,12; b = 0,09
Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+
3Fe + 8H+ + 2NO3- → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O (vì hòa tan tối đa)
⇒ nFe sau = ½ nFe3+ + \(\frac{3}{8}\) nH+ dư ⇒ nH+ dư = 0,08 mol
⇒ nHNO3 bđ = 0,08 + 4nNO + 2nO = 0,5 mol
⇒ x = 2 M