Là chất sắt từ, dễ bị nam châm hóa nên được dùng làm lõi của động cơ điện 5.. Với phi kim hoạt động yếu như S thì sắt sẽ tạo hợp chất có số oxi hóa +2:... Sắt kĩ thuật gang được điều chế
Trang 1Pham Huy Quang Sat va hop chat
Pham Huy Quang
Bai Giang
SAT VA HOP CHAT CUA SAT
http://ebook.here.vn
A SAT — Cau tao va tinh chat
Cần chú ý những điểm chính về sắt như sau:
1 Cau hinh electron: Z = 26
[H[NENI [NIN[NINIR]
2 Fe có các số oxi hóa +2, +3, +6 (đặc trưng là +2 và +3)
3 Fe nguyên chất có màu trăng bạc, tương đối nặng, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt (nhưng kém hơn Đồng và Nhôm) Sắt có tính dẻo, dễ dát mỏng
và kéo SỢI
4 Là chất sắt từ, dễ bị nam châm hóa nên được dùng làm lõi của động
cơ điện
5 Hợp chất sắt (II) có màu lục lục nhạt, muối sắt (HH) có màu nâu
6 Fe có khả năng tạo nhiều phức chất như [Fe(HaO)%]Ÿ”, [Fe(H›:O%]'`',
[Fe(CN)6]"", [Fe(CN)6]”
7 Fe là một kim loại hoạt động trung bình
8 Fe có tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng Với phi kim là
những chất oxi hóa mạnh (Cla, O›, ) sẽ thu được các hợp chất trong đó sắt có sô oxi hóa +3, phản ứng tỏa nhiệt mạnh:
2Fe + 3Cl› —> 2FeC]a
3Fe+2O; 2Fe304
(Fe304 — oxit sắt từ là một hợp chất ion, tinh thê được tạo nên bởi các ion Fe””, Fe!” và O” Trung bình trong chất răn cứ có l ion Fe›; sẽ có 2
ion Fe” và 4 ion O”)
9 Trong không khí âm, sắt dễ bị gỉ theo phản ứng:
4Fe + 3O›;+nHạO ———> 2Fe›O›:.nH;O
10 Với phi kim hoạt động yếu như S thì sắt sẽ tạo hợp chất có số oxi hóa +2:
Trang 2
11 Sắt chỉ phản ứng với nước ở nhiệt độ cao:
#>570
——————
Fe + HạO n<.ưnC FeO + H;
3Fe †+4HạO —————Y [Ƒe:Q + 4H;
12 Sắt có tác dụng với HCI và H2SO4 loãng tạo ra Fe2+:
Fe + 2HC] ———> FeCl› +H;
Fe+tHạSOu TY FeSOx + Ho (Fe+2H ——> Fe'` + H2)
13 Sắt bị thụ động hóa trong HaSO¿ đặc nguội và HNO+s đặc nguội
14 Sắt tác dụng với H;SO¿ đặc nóng, HNO2: đặc nóng và HNOa lõng
cho muối sắt (II): e
2Fe + 6H2SO,(d) —_—o > Fe2(SO4)3 + 3SO> + 3H,O
Fe + 6HNO3(d) = Fe(NOa); + 2NO; + 3H¿O
Fe+4HNOa(l) ———> Fe(NO:): + NO + 2H;O
15 Sắt có thể đây được kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch
muối của chúng:
Fe + CuSO, ———> FeSOx+ Cu
16 Điều chế Sắt: Sắt tinh khiết được điều chế băng cách điện phân dung
dịch muối sắt (II) hoặc dùng H; hay AI khử Fe;O:;
đpdd
2FeSO„+ 2H›O ¬ 2Fe + O>+ 2HbSO,
Fe.03 + 3H> Ï_x 2Fe + 3H;O
FeaOa + 2AI ———> 2ƑFe + AlaOa
17 Sắt kĩ thuật (gang) được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện :
dùng than cốc để điều chế CO để khử sắt oxit trong lò cao Thứ tự các
C+O; —> CO;
COs+C ——>2CO
Oo
3Fe2.03 + CO ie 2Fe304 + CO>
Fe304 + CO — FeO + CO;
FeO+CO; ———> Fe+CQO>
Sắt chảy qua C xuống dưới thu được sản phẩm gang lỏng ở 1200°C và xảy ra các phản ứng phụ: „,
34Fe+2CO — ƑFe:C +CO;
(xementit) Ngoài ra còn thu duoc XỈ từ các phản ứng phụ sau:
CaO + SiOsz¿ao —— y CaSiOs œ)
Và khí lò cao gồm CO, H;, CH¡, dùng làm nhiên liệu
18 Luyện thép:
Khoảng 90% lượng gang sản xuất được trong lò cao được dùng và mục đích luyện thép Đó là quá trình oxi hóa để loại bỏ các tạp chất có trong gang nhu C, S, P, Si, Mn, dưới dạng khí như CO, CO, SO› hoặc chuyên thành xỉ (dùng sản xuất xi măng)
Ngày nay có một số phương pháp luyện thép chủ yếu sau đây:
I Phương pháp Bessemer: thôi không khí vào trong gang lỏng để đốt cháy các tạp chất trong gang:
Si+ Op —> SiO»
C+O; —* CO>
FeO + SiO, _ FeS103
* Dac diém:
- Xây ra nhanh (15 — 20 phút), không cho phép điều chỉnh được thành phân của thép
Trang 3Pham Huy Quang Sat va hop chat
- Không loại bỏ được P, S do đó không luyện được thép nếu gang có
chứa những tạp chất đó
2 Phuong phap Bessemer cai tién:
a) Phương pháp Thomas: Lót bằng gạch chứa MgO và CaO để loại bỏ P:
4P +50, ——» 2PO:
P205 + 3CaO ——» Ca3(PO4)2
* Đặc điểm: Cho phép loại được P nhưng không loại được lưu huỳnh
b) Phương pháp thôi Oxi: thay không khí băng O2 tinh khiết có áp suất
cao (khoảng 10atm) để oxi hóa hoàn toàn các tạp chất Đây là phương
pháp hiện đại nhất hiện nay
* Đặc điểm:
- Nâng cao chất lượng và chủng loại thép
- Dùng được quặng sắt và sắt thép gỉ để làm phôi liệu
- Khí O› có tốc độ lớn xuyên qua phê liệu nóng chảy và oxi hóa các tạp
chất một cách nhanh chóng Nhiệt lượng tỏa ra trong phản ứng oxi hóa
giữ cho phối liệu trong lò luôn ở thể lỏng
- Công suất tôi ưu
3 Phương pháp Martin: chất oxi hóa là oxi không khí và cả sắt oxit của
quặng sắt
* Đặc điểm: - tốn nhiên liệu để đốt lò
- Xây ra chậm (6 — 8h) nên kiểm soát được chất lượng thép theo ý muốn
4 Phương pháp hỗ quang điện: nhờ nhiệt độ trong lò điện cao (>
3000°C) nên có thê luyện được các loại thép đặc biệt chứa những kim
loại khó nóng chảy như Mo,W,
* Đặc điểm: luyện được thép chuyên dụng với chất lượng cao
B HOP CHAT CUA SAT (IL, IIL, VD
I HỢP CHẤT SÁT (ID
1 Sắt (II oxit: FeO
e FeO là chất rắn màu đen, không tan trong nước
e FeO la oxit bazo, tác dụng dễ dàng với dung dịch axit:
FeO +2H' ——> Fe?" + HO
e FeO thé hién tinh khtr: tac dụng được với các chất oxi hóa mạnh như H;SOx đặc, nóng, HNO: đặc nóng, HNO loãng:
2FeO + 4HaS5Ox(đ) —~ Fes(SOa)a + SO> + 4H›O
3FeO + I0HNOs() ——> 3Fe(NO;); + NO + 5H;O
FeO +4HNO:(đ) ———*> _ Fe(NO3)3 + NO» + 2H2O
e FeO có tính oxi hóa; tác dụng được với các chất khử như AI, CO, H¿,
3FeO + 2AI —> Al,O3 + 3Fe FeO + CO =——* CO; + Fe FeO+lH; ———> Fe † HạO
e Điều chế FeO băng cach Oxi hoa Fe hoặc khử Fe;Oa:
t° > 570°C
500°C
Fe,O3 + Hy — ar 2FeO + H2O FeaOa + CO ———— 2Ƒ'eO + CO;
2 Sat (ID hiddroxxit: Fe(OH),
e Fe(OH)2 la chat két tia mau trang, khong bền, dé bị oxi hóa từ từ
trong không khí ẩm chuyên VỆ Fe(OH)s3, mau nau do:
4Fe(OH); + O> + 2H;O ———* 4Fe(OH)a
e Phan wng nhiét phan Fe(OH)»:
+ không có không khi: °
Fe(OH)» ——— FeO + HO
4Fe(OH); + O> + 2HạO —* 4Fe(OH)a
2x |2Fe(OH); ———> Fe;O;+3H;O
4Fe(OH); +O› ———> 2Fe;O; + 3HzO
e Fe(OH) thé hién tinh bazo ác dụng với dung dịch axit
Fe(OH);+2H' ——* Fe”' +2H;O
Trang 4Pham Huy Quang Sat va hop chat
e Fe(OH), cé tinh khử khi tác dụng với oxi không khí, H;SO; đặc,
2Fe(OH)2 + 4H2SO,4(dac) —_ Fe2(SOx4)3 + SO +6H2O
3Fe(OH); +I0HNO:(loãng) ——.* 3Fe(NO3)3 + NO + SH;O
Fe(OH): + 4HNO3(dac) +=—*_ Fe(NO3)3 + NO» + 3H2O
e Biéu ché Fe(OH), bang cach cho muối sắt (II) tác dụng với dung
dich kiém manh:
FeSO, +2KOH =>—_ Fe(OH) +K2SO,4
e Kết tủa Fe(OH), tinh khiết chỉ được tạo nên ở dạng khí quyên và
dung dịch hoàn toàn không có oxI
3 Muối sắt (II)
e Muối sắt (II) kết tinh từ dung dịch thường ở dưới dạng tinh thê
hidrat(ngậm nước) như: FeSOx.7H›O, FeC]l;.6HaO,
Fe(C1O4)2.6H20
e_ Muối sắt (II) dễ bị oxi hóa bởi không khí và các châ oxi hóa
mạnh đề chuyên thành muối sắt (IID:
4FeSOx + O; +2H;O — 4Fe(OH)SO¿
2FeClạ+Clạ ——y 2FeCa
6FeSO¿ +KzCr;O; +7HạSO, ———® 3Fe(SO¿); +Cr(SO,)› +K;SO¿ +7HạO
e Dung dung dịch KMnO4 trong mỗi trường axit để chuẩn độ dung
dịch muối sắt (II) :
10FeSOx +2KMnO¿ +§H;SO4_ — 5Fex(SO,)3 +2MnSO, +K,SO,+8H20
e Trong môi trường trung tính và kiềm:
6FeSO,+2KMnO,+HạO_ ——> Fe;O: +2Fe;(SO,);+ 2MnO; +2KOH
FeSOu +KMnOu+3KOH ——> Fe(OH): +K›MnO¿ + K;SO¿
e_ Sắt (II) cacbonat FeCO:
FeCOa +2HC] ——* FeClạ +CO› +H;O
FeCOa +H;SOx (loãng) ——* FeSO, + CO, +H;O
2FeCOa +4HaSO„(đặc) ——> Fe;(SO)s +SO; + 2CO; + 4HO
3FeCO;3 +10HNO3 (loãng) ——— 3Fe(NO3)3 +NO + 3CO> + 5HạO
FeCO3 + 4HNO3 (dac)——» Fe(NO3)3 NO; + CO; +2H›O
e Nung FeCO3:
+ Trong không khí: re
FeCOa ——* FeQ +CO>
2FeO + 1\2 O2 —— FeO;
+ Trong chân không: ẹ
FeCOa: ———> FeO +CO;
e Nung FeSOu: ẹ
2FeSOx —* Fe,03 +SO, +SO3
Tinh oxi héa:Ag>Fe Tính khử :Fe>Ag Nên có phản ứng: Fe(NO3) tAgNO3; ———» Fe(NQ3)3 +Ag
II HOP CHAT SAT(ID
1 Sắt (HD oxit Fe;O;
° FezO; là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước, bị nhiệt phân chuyển thành oxit sắt rừ FeszOa:
6Fe›Oa ———— 4Fe304 + O>
e Fe.03c6 tinh bazo :tac dung voi dung dich axit
Fe03;+6H' — > 2Fe +3H0
e FeO; cé tinh axit yéu:tan duoc trong xut ran nong chay hoặc cacbonat kim loai kiém nong chay, tao muỗi frit:
FeOs+2NaOH _— "*» 2NaFeO;+HạO
FeaOa +2Na;COa — 2NaFeO> + CO>
e Chiy : Oxit sat tir Fe3O,4 cting duoc coi la sat (II) ferit
Fe(FeO>) trong do ti lé Fe’? : Fe? = 1:2
Trang 5Pham Huy Quang Sat va hop chat
e FeO; c6 tinh oxi hoa yéu :tác dụng được với các chất khử
như AI, H;,CO, ở nhiệt độ cao
FeaOa +2A] —?2Fe +AlaOa
FeạOa ———> FcaO; ——> FeO — Fe
e Fe;Os có sẵn trong thiên nhiên dưới dạng quặng hematit,
Fe›O¿ được điều chế băng cách nhiệt phân Fe(OH)a:
2 Sắt (II) Hidroxit: Fe(OH);
e _ Fe(OH); kết tủa màu nâu đỏ, không tan trong nước và có tính
lưỡng tính: tan dễ trong dung dịch axit và tan được trong
dung dịch kiềm đặc nóng hoặc NazCO; hay KzCOa nóng
chảy:
Fe(OH)a + 3HC] ——e* FeCl, + 3HO
Fe(OH)s + NaOH(đ) —— NaFeO; + 2H;O
2Fe(OH) + K;COa —— 2K›FeO› + CO; + 3H,O
e Fe(OH); được điều chế bằng cách cho muối sắt (III) phản ứng
với dung dịch kiềm:
Fe*! +30H ——> Fe(OH);
3.Muối Sắt (III)
e Muối Sắt (III) kết tinh từ dung dịch thường ở dạng tinh thê
hidrat: Fe(OH)3.6H20, Feo(SO4)3.9H20, `
e Muối Sắt (III) dễ bị thủy phân tương tự muối Nhôm (II) và muối
Crom (III):
Fe” +HạO ®————ys Fe(OH)’ +H"
Fe(OH)” + HạO S———— Fe(OH)’ + H' Fe(OH): +H,O “———— Fe(OH); + H”
Sự thủy phân tạo nên các ion Fe(OH)””, Fe(OH);”, Fe(OH)s; làm cho
dung dịch muối sắt (III) có màu vàng nâu
e Dung dịch muối Fez(CO:)s không tôn tại do bị thủy phân:
Fea(CO2a)s + 3H;O —* 2Fe(OH)3 + 3CO?
e Muéi sat (IIT) thể hiện tính oxy hóa:
2FeCl; + Fe ——» 3FeCh 3FeCla+Cu —» FeCl2 + CuCl,
2FeCl; + 2KI ——> 2FeC]› + L + 2KCl
2FeCl3 + H2S ———> 2FeC]› + S + 2HCI
e _ Nhận biết muối sắt (II) nhờ tác dụng với dung dịch muối kali hoặc
mudi amoni sunfoxianua (KSCN, NH4SCN) dé tao muéi sat (IID) sunfoxianua mau do mau:
FeCl; + 3KSCN “===> Fe(SCN)3 + 3KCI e_ Đối với Fe”' và Fe”” thì có thể nhận biết qua phức xyanua:
Fe?'+6CN ———>|[Fe(CN)|°ẴFt y — Fe/[Fe(CN)«]
Feroxianua B xanh Prusse
Fe*' + 6CN’ ——+ [Fe(CN)——> _ Fes[Fe(CN)}p
Feroxianua xanh Turn bull
e Cac muối Fe`' được điều chế bằng cách oxi hóa các muối sắt (II) hoặc sắt (II) hiddroxxit bằng các axit tương ứng:
3Fe(OH); + I0OHNO;: ———*_ 3Fe(NOa)s + NO + 8H2O
6FeSO¿ + K;CrO; + 7HạSO¿————— 3Fe;(SO¿)› + KạSO¿ + Cr;(SO¿); + 7HạO
HOP CHAT SAT (VI)
e Diéu ché: Oxi hoa Fe(OH); hoặc Fe;O; trong môi trường kiềm mạnh
FeaO+a + 3KNO;3 + 4KOH — “» 2K>FeO4 + 3KNO> + 2H2O 2Fe(OH)a + 3Br + I0KOH ———y 2K›FeOx + 6KBr + SH;O
(scit tetraoxoferat)
e Hop chat sắt (VI) màu đỏ, không bèn, khi đun nóng nhẹ bị phân hủy giải phóng oxi: p
4K>FeO, — 4K›;FeO; + 2K:O + 30,
(kali ferit)
e Thé hién tinh oxi hóa mạnh:
Trang 6Pham Huy Quang Sat va hop chat
2K›FeOx + 2NH3 — 2K›FeO› + Na + 2KOH + 2HaO
e _ Ferat chỉ bền trong môi trường kiểm mạnh, khi tan trong nước giải phóng oxi:
4K›FeO; + 10HạO ———> 4Fe(OH} + 30) + 8KOH
e Những năm gần đây đã có thong báo về việc điều chế được sắt tetraoxit FeO, la hop chat tuong tu OsO4 Oxit FeO, duoc tao
nén khi dun nong ferat trong dung dich kiém manh (nồng độ
FeO¿ tạo nên trong dung dịch khoảng 10%có thể chiết được bằng dung môi CCl¿, tuy nhiên, kém bên và dễ phân hủy trong nước
và dung môi hữu cơ giải phóng oxI)