Hoá học 12 Bài 31: Sắt

Ngay trong bài đầu tiên của chương 7 sắt và một số kim loại quan trọng, các em sẽ được tìm hiểu tỉ mỉ về nguyên tố rất quan trong và phổ biến trong đới sống và sản xuất chính là Sắt. Nội dung bài học sẽ giúp cho các em biết vị trí của sắt trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Biết được cấu tạo nguyên tử cũng như tính chất vật lý – tính chất hóa học của chúng cũng như phương pháp điều chế. Biết được tính chất và một số hợp chất quan trọng của sắt.

Hoá học 12 Bài 31: Sắt

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. 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+.

1.2. Tính chất vật lí

Quan sát Con cá Sắt giúp ngăn ngừa bệnh thiếu máu  

Con cá sắt

- 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.

1.3. 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

Sắt phản ứng với Lưu huỳnh: Fe + S → FeS

Sắt cháy trong Oxi: Fe + O2 → Fe3O4

Sắt tác dụng với Clo: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

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 + H2SO4 → FeSO4 + H2​

- 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 + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

+ 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 + CuSO4 →FeSO4 + Cu

d. Tác dụng với nước

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

Sắt khử hơi nước ở nhiệt độ cao

- Phương trình hóa học:

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (đk: < 570oC)

Fe + H2O → FeO + H2 (đk: > 570oC)

1.4. 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.

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Sắt tác dụng với axit HNO3, H2SO4 đặc nóng

Bài 1: Cho m(g) Fe vào dung dịch chứa 1,38 mol HNO3, đun nóng đến kết thúc phản ứng còn 0,75m (g) chất rắn không tan và có 0,38 mol hỗn hợp khí NO, NO2 thoát ra ở (dktc). Giá trị của m là:

A. 70        

B. 56        

C. 84        

D. 112

Hướng dẫn giải

Sau phản ứng Fe dư nên chỉ tạo muồi Fe(NO3)2.

Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2

Áp dụng sự bảo toàn khối lượng (số mol) N ta có:

nN (trong HNO3) = nN trong Fe(NO3)2 + nN trong NO,NO2

Hay: 1,28 = 2. nFe(NO3)2 + 0,38

nFe(NO3)2 = 0,5 mol = nFe phản ứng

Vậy: mFe = 0,5.56 = m - 0,75m ⇒ m = 112 (g)

Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Giá trị của V là.

A. 2,24        

B. 5,60        

C. 3,36        

D.4,48

Hướng dẫn giải

Như vậy đề bài cho axit dư nên 2 muối thu được là Fe3+ và Cu2+

Gọi x là số mol Fe và Cu ta có: 56x + 64 x = 12 ⇒ x = 0,1 mol

Fe → Fe3+ + 3e

0,1                0,3

Cu → Cu2+ + 2e

0,1                 0,2

Mặt khác:

Đặt x, y là số mol của NO và NO2 thì 30x + 46 y = 38 (x+ y) ⇒ x = y

ne nhận = 3x + y = 4x, ne cho = 0,5 ⇒ 4x = 0,5.

Vậy x = 0,125 mol

V = 0,125.2. 22.4= 5,6 lít (đáp án B)

2.2. Dạng 2: Cách nhận biết, điều chế sắt 

Hãy dùng 2 thuốc thử tự chọn để có thể phân biệt được các kim loại sau: Al, Fe, Mg, Ag. Trình bày cách nhận biết và viết các phương trình hóa học.

Hướng dẫn giải

Có thể chọn 2 thuốc thử là axit HCl và dung dịch kiềm NaOH

- Lấy vào mỗi ống nghiệm một ít bột kim loại đã cho.

- Nhỏ vào mỗi ống nghiệm một ít dung dịch HCl.

Ở ống nghiệm nào không có hiện tượng gì xảy ra đó là ống đựng kim loại Ag. Phản ứng xảy ra ở các ống nghiệm còn lại.

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

- Nhỏ từ từ dung dịch kiềm vào ống nghiệm chứa các dung dịch muối vừa thu được.

Ở ống nào thấy có kết tủa tạo thành rồi lại tan ra thì đó là ống chứa muối nhôm.

AlCl3 + 3NaOH → 3NaCl + Al(OH)3

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

Ở ống nào thấy có kết tủa màu trắng xanh, sau đó dần dần hóa nâu thì đó là ống chứa muối sắt, ta nhận ra kim loại sắt.

FeCl2 + 2NaOH → 2NaCl + Fe(OH)2↓ (trắng xanh)

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ (nâu đỏ)

Ở ống nào thấy có kết tủa màu trắng không bị biến đổi thì đó là ống chứa muối magie, ta nhậ ra kim loại Mg.

MgCl2 + 2NaOH → 2NaCl + Mg(OH)2↓ (trắng)

2.3. Dạng 3: xác định tên kim loại

Ngâm một lá kim loại có khối lượng 50g trong dung dịch HCl. Sau khi thu được 336ml khí H2 (đktc) thì khối lượng lá kim loại giảm 1,68%. Kim loại đó là kim loại nào?

A. Zn        

B. Fe        

C. Al        

D. Ni

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Khối lượng kim loại phản ứng là

mKL = (1,68%.50) : 100% = 0,84 gam

Số mol H2 là nH2 = 0,336/22,4 = 0,015 (mol)

M + nHCl → MCln + nH2

Số mol của M là

nM = 2/n.nH2 = (2.0,015) : n = 0,03/n (mol)

M = 0,84 : (0,03/n) = 28n → M = 28n → n = 2, M = 56 → M là Fe

2.4. Dạng 4: Chuỗi phản ứng hóa học của sắt

Viết phương trình hóa học của các phản ứng trong quá trình chuyển đổi sau:

FeS2 → Fe2O3 → FeCl3 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → FeO → FeSO4 → Fe

Hướng dẫn giải

(1) 4FeS2 + 11O2 −→ 2Fe2O3 + 8SO2 ↑

(2) Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

(3) FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl

(4) 2Fe(OH)3 −→ Fe2O3 + 3H2O

(5) Fe2O3 + H2 −→ 2FeO + H2O

(6) FeO + H2SO4(l) → FeSO4 + H2O

(7) FeSO4 + Mg → MgSO4 + Fe

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 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?

Câu 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?

Câu 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?

Câu 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?

Câu 5: 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?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Sắt tác dụng với H2O ở nhiệt độ cao hom 570 °C thì tạo ra H2 và sản phẩm rắn là

A. FeO.    

B. Fe3O4.   

C. Fe2O3.    

D. Fe(OH)2.

Câu 2: Phản ứng xảy ra khi đốt cháy sắt trong không khí là

A. 3Fe + 2O2 → Fe3O4.    

B. 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.

C. 2Fe + O2 → 2FeO.    

D. tạo hỗn hợp FeO, Fe2O3, Fe3O4.

Câu 3: Chất nào dưới đây phản ứng với Fe tạo thành hợp chất Fe(II) ?

A. Cl2    

B. dung dịch HNO3 loãng

C. dung dịch AgNO3 dư    

D. dung dịch HCl đặc

Câu 4: Dãy các phi kim nào sau đây khi lấy dư tác dụng với Fe thì chỉ oxi hoá Fe thành Fe(III)?

A. Cl2, O2, S    

B. Cl2, Br2, I2    

C. Br2, Cl2, F2   

D. O2, Cl2, Br2

Câu 5: Nung hỗn hợp gồm 0,3 mol Fe và 0,2 mol S cho đến khi kết thúc phản ứng thu được chất rắn A. Cho A tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được khí B. Tỉ khối của B so với không khí là:

A. 0,8045    

B. 0,7560    

C. 0,7320    

D. 0,9800

3.3. Trắc nghiệm Online

Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Sắt Hóa học 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.

Trắc Nghiệm

4. Kết luận

Sau bài học cần nắm:

  • Vị trí của Sắt trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
  • Cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế.
  • Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Sắt.
Ngày:11/07/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM