- Các muối Sắt II dễ bị thuỷ phân trong môi trường nước cho dung dịch có tính axit yếu làm nhạt màu quì tím chuyển sang hồng PH... - Trong các phản ứng giữa Sắt và các hợp chất của Sắt I
Trang 1CHUYÊN ĐỀ 8 - SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT.
I-Tính chất hóa học của sắt và các hợp chất của sắt :
1) Sắt : (Fe) Là kim loại dễ nhiễm từ , có tính khử trung bình
a Tác dụng với ôxi : 3Fe + 2O2 t
«
Fe3O4 (*)
b Tác dụng với hầu hết các phi kim hoạt động khi đun nóng -> tạo muối Sắt (III) :
2Fe + 3Cl2 t
«
2FeCl3
- Với các phi kim hoạt động yếu -> muối Sắt (II) : Fe + S t
«
FeS
c Tác dụng với axit loãng muối Sắt (II) + H2 : Fe + 2HCl FeCl2 + H2
d Tác dụng với dung dịch muối của kim loại hoạt động yếu hơn muối Sắt (II) + KL:
Fe + 2AgNO3 Fe(NO3)2 + 2Ag
*Lưu ý : Khi cho sắt tác dụng với dung dịch muối Sắt (III) phản ứng tạo thành dung dịch muối Sắt
(II):
Fe + Fe2(SO4)3 3FeSO4
e Tác dụng với axit có tính oxi hoá mạnh (H2SO4 đặc nóng ,HNO3 loãng ,đặc nóng ) -> ôxi hoá thành muối Sắt (III)
*Tác dụng với H2SO4 đặc ,nóng -> Khí không màu, mùi hắc thoát ra (SO2)
2Fe + 6H2SO4 đặc t
«
Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O *Tác dụng với HNO3 -> Muốí Sắt (III) nitrat + ( N2O , N2 , NO ,NO2 , NH4NO3 ) + H2O
- Nếu xuất hiện khí không màu thoát ra ,khí đó có thể là (N2O , N2)
PT : 8Fe + 30HNO3 loãng t
«
8Fe(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
- Nếu xuất hiện khí không màu thoát ra sau đó hoá nâu ngoài không khí ,khí đó là (NO)
PT : Fe + 4HNO3 đặc t
«
Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 2NO + O2 2NO2 (nâu đỏ)
- Nếu xuất hiện khí nâu đỏ ,khí đó là (NO2)
PT : Fe + 6HNO3 đặc t
«
Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
- Nếu cho kim loại Sắt tác dụng với HNO3 thu được 2 muối,trong đó phải có 1 muối là NH4NO3
PT : 8Fe + 30HNO3 loãng t
«
8Fe(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
=>Lưu ý : Sắt không phản ứng với D 2 HNO 3 đặc nguội và H 2 SO 4 đặc nguội.
*Điều chế : - Dùng các chất khử mạnh như : H2 , Al , C , CO để khử các ôxit Sắt ở nhiệt độ cao hoặc điện phân dung dịch muối Sắt (II)
2) Các ôxit của Sắt : (FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 )
+ Là những ôxit bazơ không tan trong nước :
- Tác dụng với dung dịch axit không có tính ôxi hoá ( HCl ,H2SO4 loãng) -> Muối tương ứng và nước FeO + 2HCl FeCl2 + H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 (l) Fe2(SO4)3 + 3H2O
Tổng quát : FexOy + 2yHCl xFeCl2y/x + yH2O
2FexOy + 2yH2SO4 loãng xFe2(SO4)2y/x + 2yH2O
=>Lưu ý : Sắt từ ôxit (Fe 3 O 4 hoặc có thể viết FeO.Fe 2 O 3 ) tác dụng với dung dịch axit không có tính
ôxi hoá cho dung dịch 2 muối trong đó có 1 muối Sắt (II) và 1 muối Sắt (III).
Fe3O4 + 4H2SO4 (l) FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
- Tác dụng với dung dịch axit có tính ôxi hoá ( HNO3 nóng , H2SO4 đặc ,nóng) đều bị ôxi hoá lên muối Sắt (III)
*Tác dụng với H2SO4 đặc Sắt (III) sufat + Khí không màu, mùi hắc thoát ra (SO2) + H2O
2FeO + 4H2SO4 đặc t
«
Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
2 Fe3O4 + 10H2SO4 đặc t
«
3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O
Trang 2Fe2O3 + 3H2SO4 đặc Fe2(SO4)3 + 3H2O
Tổng quát : 2FexOy + (6x - 2y)H2SO4 t
«
xFe2(SO4)3 + (3x – 2y) SO2 + (6x - 2y)H2O *Tác dụng với HNO3 -> Muối Sắt (III) nitrat + ( N2O , N2 , NO ,NO2 , NH4NO3 ) + H2O
PT : 8FeO + 26HNO3 loãng t
«
8Fe(NO3)3 + N2O + 13H2O 3Fe3O4 + 28HNO3 đặc t
«
9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O Tổng quát : 3FexOy + (12x - 2y)HNO3 t
«
3xFe(NO3)3 + (3x – 2y) NO + (6x - y)H2O
- Bị khử những chất khử ở nhiệt độ cao như : CO , C , H2 , Al ,
Phản ứng khử xảy ra theo cơ chế khử từ : Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe
PT : 3CO + Fe2O3 t
«
2Fe + 3CO2 Tổng quát : yCO + FexOy t
«
xFe + yCO2
yH2 + FexOy t
«
xFe + yH2O 2yAl + 3FexOy t
«
yAl2O3 + 3xFe
*Lưu ý : Nếu đầu bài chỉ cho biết khử ôxit Sắt ta coi ôxit bị khử về Sắt
+ Điều chế : 2Fe(OH)3 t
«
Fe2O3 + 3H2O Fe(OH)2 t
«
FeO + H2O hay 3Fe + 2O2 t
«
Fe3O4
3) Sắt (II) hiđrôxit Fe(OH) 2 ) , Sắt (III) hiđrôxit Fe(OH) 3 )
+ Là những bazơ (Fe(OH) 2 màu lục nhạt), (Fe(OH) 3 màu nâu đỏ) không tan trong nước:
- Tác dụng với dung dịch axit -> Muối Sắt tương ứng và nước
Fe(OH)2 + 2HCl FeCl2 + 2H2O
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 6H2O
*Lưu ý : Từ Fe(OH)2 có thể chuyển thành Fe(OH)3 khi nung Fe(OH)2 trong không khí theo phản ứng :
4Fe(OH)2lục nhạt + O2 + 2H2O t
«
4Fe(OH)3nâu đỏ
- Bị nhiệt phân huỷ -> Ôxit Sắt tương ứng và nước : 2Fe(OH)3 t
«
Fe2O3 + 3H2O
Fe(OH)2 t
«
FeO + H2O
4) Muối của Sắt : - Gồm 2 loại chính : Muối Sắt (II) và muối Sắt (III)
a- Muối Sắt (II) : (Có màu lục nhạt ) - Chia thành 2 loại :
*Muối sắt (II) không tan trong nước: FeS , FeS2 , FeCO3 ,…
- Tác dụng với dung dịch axit không có tính ôxi hoá : (HCl , H2SO4 loãng …)
FeS + H2SO4 loãng FeSO4 + H2S (Phản ứng dùng để điều chế H 2 S)
FeS2 + H2SO4 loãng FeSO4 + H2S + S (Phản ứng dùng để điều chế S)
FeCO3 + 2HCl FeCl2 + CO2 + H2O
- Tác dụng với dung dịch axit có tính ôxi hoá : (HNO3 , H2SO4 đặc …)
3FeCO3 + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 3CO2 + 5H2O
2FeCO3 + 4H2SO4 đặc Fe2(SO4)3 + SO2 + 2CO2 + 4H2O
FeS + 6HNO3 Fe(NO3)3 + 3NO + H2SO4 + 2H2O
- Tác dụng với ôxi dư: 4FeS + 7O2 t
«
2Fe2O3 + 4SO2
«
FeO + CO2
Nung FeCO3 trong điều kiện có không khí dư : 4FeCO3 + O2 t
«
2Fe2O3 + 4CO2
Nung FeCO3 trong bình chứa H2 dư : 4FeCO3 + H2 t
«
Fe + CO2 + H2O
*Muối sắt (II) tan trong nước: FeCl2 , FeSO , Fe(NO) , …
Trang 3- Các muối Sắt (II) dễ bị thuỷ phân trong môi trường nước cho dung dịch có tính axit yếu (làm nhạt màu quì tím chuyển sang hồng )(PH<7)
- Tác dụng với ôxi : Sục ôxi vào dung dịch muối Sắt (II) Muối Sắt (III) + Fe(OH)3
12FeCl2 + 3O2 + 6H2O 4Fe(OH)3 + 8FeCl3
- Tác dụng với dung dịch kiềm : FeSO4 + 2NaOH Fe(OH)2 + Na2SO4
- Khi cho kim loại đứng trước Sắt trong dãy hoạt động hoá học (trừ kim loại tan trong nước)vào dung dịch muối Sắt (II) muối mới và kim loại Sắt: 2Al + 3FeSO4 Al2(SO4)3 + 3Fe
- Tác dụng với dung dịch NH 3 : Fe(NO 3 ) 2 + 2NH 3 + 2H 2 O Fe(OH) 2 + 2NH 4 NO 3
- Tác dụng với dung dịch muối : FeCl2 + Na2S FeS + 2NaCl
- Dung dịch muối Sắt (II) có khả năng làm mất màu nước Clo hoặc nước Brôm muối Sắt (III) 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3
2FeSO4 + Br2 2FeSO4Br
VD: Hoà tan 7,2 gam FeO vào dung dịch H2SO4 loãng vừa đủ thu được dung dịch A.Sục khí Cl2 tới
dư vào A, đem cô cạn dung dịch thu được m gam muối khan Tính m ?
- Dung dịch muối Sắt (II) làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4)trong môi trường axit: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 t
«
5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
10FeCl 2 + 6KMnO 4 + 24H 2 SO 4 t « 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6MnSO 4 + 10Cl 2 + 3K 2 SO 4 + 24H 2 O.
*Lưu ý : Nhận biết dung dịch muối Sắt (II) bằng dung dịch kiềm hoặc nước Br2 ,KMnO4
b - Muối Sắt (III) : (Có màu nâu đỏ) + Không tồn tại muối Sắt : Fe2(CO3)3 ,Fe2(SO3)3 ,…
- Chia thành 2 loại :
*Muối sắt (III) không tan trong nước: Fe2S3 , Fe2(SiO3)3 , FePO4 , …
- Tác dụng với dung dịch axit không có tính ôxi hoá : (HCl , H2SO4 loãng …)
Fe2S3 + 3H2SO4 loãng Fe2(SO4)3 + 3 H2S (Phản ứng dùng để điều chế H 2 S)
*Muối sắt (III) tan trong nước: FeCl3 , Fe(NO3)3 , Fe2(SO4)3,…
+ Các muối Sắt (III) tan dễ bị thuỷ phân trong môi trường nước cho dung dịch có tính axit yếu (làm nhạt màu quì tím chuyển sang hồng )(PH<7) :
- Tác dụng với dung dịch kiềm : Fe2(SO4)3 + 6NaOH 2Fe(OH)3nâu đỏ + 3Na2SO4
- Tác dụng với kim loại đứng trước Ag trong dãy hoạt động hoá học của kim loại :
Cu + 2Fe(NO3)3 Cu(NO3)2 + 2Fe(NO3)2
Fe + 2FeCl3 3 FeCl2
*Lưu ý : - Giữa muối Sắt (II) và muối Sắt (III) có mối quan hệ chuyển hoá : Fe (II) <-> Fe (III)
Fe2+ Fe3+: 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3
Fe3+ Fe2+: Cho Fe3+ phản ứng với kim loại từ Fe cho đến Cu trong dãy hoạt động của kim loại 2FeCl3 + Fe 3FeCl2
2FeCl3 + Cu 2FeCl2 + CuCl2
2FeCl3 + 2KI 2FeCl2 + 2KCl + I2
2FeCl3 + H2S 2FeCl2 + S + 2HCl
II - Bài toán và phương pháp giải:
* Lưu ý : - Đối với bài toán có sắt hoặc muối sắt tác dụng với dung dịch axit hoặc kiềm cần nắm rõ
axit, kiềm cho dư hay phản ứng hết , nung kết tủa trong chân không hay trong không khí Viết PTPƯ theo thứ tự nếu không rõ ràng cần biện luận ,…
- Sau mỗi phản ứng hoặc hệ phản ứng cần xác định rõ: Chất còn dư , chất hết , sản phẩm tạo thành,… với số mol là bao nhiêu ? Chú ý vận dụng phương pháp bảo toàn số mol nguyên tố sắt
- Nếu đầu bài cho biết tỉ lệ về khối lượng của các chất trong hỗn hợp cần chuyển về tỉ lệ theo số mol, sau đó đặt số mol của 1 chất rồi suy ra số mol của các chất còn lại
- Đối với các bài toán khử sắt ôxit cần chú ý tới hiệu suất khử đã đạt 100% chưa, sản phẩm thu được có phải chỉ có Sắt hay không
Trang 4- Trong các phản ứng giữa Sắt và các hợp chất của Sắt (II) với dung dịch axit có tính ôxi hoá thì kim loại Sắt luôn bị ôxi hóa lên hoá trị cao nhất là Sắt (III)
- Đối với các bài toán yêu cầu xác định công thức của oxit Sắt cần đưa về tỉ lệ x/y, lấy giá trị phần nguyên nhỏ nhất của tỉ số x/y công thức cần tìm
Bài tập vận dụng :
Câu 1 Đốt cháy hoàn toàn 2,24 gam bột sắt trong oxi dư Chất rắn thu được cho tác dụng hết với dung dịch HCl được dung
dịch A Cho NaOH dư vào A Kết tủa thu được đem nung trong không khí tới khối lượng không đổi Khối lượng cuả chất rắn thu được là :
A .23 gam B 32 gam C 34 gam D 35 gam
Câu 2 Cho 3,44 gam hỗn hợp Fe và Fe 3 O 4 tác dụng hết với dung dịch HCl thu được dung dịch A Cho NaOH dư vào A ,lọc
lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi cân nặng 4 gam Khối lượng Fe và Fe 3 O 4 trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là :
A 2,32 g và 2,8 g B 1,12 g và 2,32 g C 3,23g và 2,8 g D 2,8 g và 2,32 g.
Câu 3 Cho a gam Fe hoà tan trong dung dịch HCl Sau khi cô cạn được 3,1 gam chất rắn Nếu cho a gam Fe và b gam Mg
vào dung dịch HCl như trên thì thu được 3,34 gam chất rắn và 448 ml khí H 2 (đktc) Tính a và b ?
Câu 4 Một hỗn hợp gồm Fe , FeO , Fe 2 O 3 Lấy 0,4 gam X cho tác dụng với HCl dư thu được 56 ml khí H 2 (đktc) Đem khử
1 gam hỗn hợp X bằng H 2 thì thu được 0,2115 gam H 2 O
a) Tính % về khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp
,phản ứng cho khí NO
Câu 5 Hoà tan một khối lượng m gam Fe x O y bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng Thu được dung dịch A và khí B Cho khí B
hấp thụ hoàn toàn bởi dung dịch NaOH dư tạo ra 12,6 gam muối Mặt khác cô cạn dung dịch A thu được 120 gam muối khan Xác định công thức của Fe x O y
Câu 6 Để m gam phôi bào sắt A ngoài không khí thu được 12 gam hỗn hợp rắn B gồm : Fe , FeO , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 Hoà tan B
bằng dung dịch HNO 3 dư thu được 2,24 lít khí NO duy nhất ở (đktc) Viết các phương trình phản ứng và tính m ?
Câu 7 Hoà tan hoàn toàn 7,2 gam một ôxit sắt Fe x O y cần 69,52 ml dung dịch HCl 10% có khối lượng riêng d= 1,05 g/ml
.Xác định công thức hoá học của ôxit sắt
Câu 8 Cho m gam hỗn hợp A gồm : Fe 3 O 4 ,FeCO 3 tác dụng với dung dịch HNO 3 dư thu được 11,2 lít hỗn hợp khí B gồm 2
khí (đktc) Tỉ khối của B so với H 2 bằng 22,6 Tính m ?
Câu 9 Cho X lít CO (đktc) đi qua ống sứ đựng a gam Fe 2 O 3 đốt nóng Giả sử chỉ có phản ứng khử Fe 2 O 3 Fe Sau phản ứng
thu được hỗn hợp khí Yđi qua ống sứ có tỉ khối so với H 2 là 17,5 Nếu hoà tan chất rắn còn lại trong ống sứ thì thấy tốn hết 50 ml dung dịch H 2 SO 4 0,5M Còn nếu dùng dung dịch HNO 3 thì thu được một loại muối sắt duy nhất có khối lượng nhiều hơn khối lượng của chất rắn B là 8,48 gam.
a Tính % thể tích các khí trong hỗn hợp Y.
b Tính X và a?
Câu
10 Cho V lít CO qua ống sứ đựng 5,8 gam một ôxit của Sắt nóng đỏ một thời gian thu được hỗn hợp khí A và chất rắn B.Cho B tác dụng hết với dung dịch HNO 3 loãng thu được dung dịch C và 0,78 lít khí NO (đktc) Cô cạn C thu được 18,15 gam một muối khan Nếu hoà tan hoàn toàn B bằng dung dịch HCl thì thấy thoát ra 0,672 lít khí (đktc).
1 Xác định công thức của ôxit Sắt và tính thành phần % các chất trong B.
2 Tính V và tính % theo thể tích các khí trong A Biết tỉ khối của A so với H 2 bằng 17,2.
Câu
2 qua dung dịch Đun nóng đựơc dung dịch A Thêm NaOH dư vào dung dịch A thu được hỗn hợp 2 kết tủa Nung hỗn hợp này ngoài không khí được chất rắn có khối lượng giảm 15,12% so với khối lượng kết tủa tạo thành Tính nồng độ mol các chất trong dung dịch A.
Câu
1) Cần bao nhiêu lít H 2 (đktc) để khử hoàn toàn các ôxit trong phần 1.
loãng.
3) Phần thứ 3 trộn với 10,8 gam bột nhôm rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm (hiệu suất 100%) Hoà tan hỗn hợp thu đựơc sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư.Tính thể tích khí thoát ra ở (đktc)
Câu
13 Cho hỗn hợp bột Fe và Cu vào bình chứa 200ml dung dịch Hvà 1 chất không tan B Để ôxi hoá các sản phẩm trong bình người ta thêm vào đó 20,2 gam KNO2SO4 loãng ,dư thu được 4,48 lít H2 (đktc), dung dịch A3 Sau khi phản ứng xảy ra thu được 1 chất khí không màu hoá nâu ngoài không khí và dung dịch C Để trung hoà lượng axit dư trong dung dịch cần 200 ml dung dịch NaOH 2M.
a Tính khối lượng của các kim loại và thể tích khí không màu.
b Tính nồng độ mol của dung dịch H 2 SO 4
Câu
14 Cho 76,72 gam hỗn hợp A gồm Fe và Fe6,272 lít hỗn hợp khí C (đktc) gồm NO và N3O4 tác dụng với V ml dung dịch HNO2 O có tỉ khối với H 2 bằng 16 , còn lại 7,28 gam chất rắn không tan Lọc,3 4M đun nóng thu được dung dịch B, rửa để tách chất rắn đó, thu được dung dịch D Hoà tan chất rắn trong lượng dư dung dịch HCl đun nóng thấy tan hết
và thu được 2,912 lít khí H (đktc)
Trang 5b Khi cô cạn dung dịch D thì thu được bao nhiêu gam muối khan.
Câu
15 Hỗn hợp A gồm : Fe ,FeO ,Febằng dung dịch HCl thu được dung dịch B Lấy 1/2 dung dịch B cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết3O4 trộn với nhau theo tỉ lệ về khối lượng 7:3,6:17,4 Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp A tủa C.Lấy 1/2 dung dịch B cho khí Cl 2 đi qua đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn ,đun nóng thêm NaOH tới dư ,thu được kết tủa D.
Kết tủa C và D có khối lượng chênh lệch nhau 1,7 gam Nung D + C trong không khí thì thu được m gam chất rắn
E Viết các phương trình phản ứng Tính khối lượng các chất trong A và tính m?
Câu
16