Hóa học 12 Bài 32: Hợp chất của sắt

Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) là tính khử.

Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1e

a. 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

b. 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

c. 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).

Tính chất hoá học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hoá.

Fe³⁺ + 1e → Fe²⁺

Fe³⁺ + 2e → Fe

a. 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

b. 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

c. 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

Bài 1: Dẫn luồng khí CO dư qua ống đựng một bột oxit sắt ( Fe_xO_y) ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng kết thúc thu được 0,84g sắt và dẫn khí sinh ra vào nước vôi trong dư thì thu được 2g kết tủa. Công thức phân tử của Fe_xO_y là:

A. Fe₃O₄   

B. FeO   

C. Fe₂O₃   

D. Fe₂O

Hướng dẫn giải

n↓ = n_CO2 = n_{O oxit} = 0,02mol

n_Fe = 0,015

x: y = n_Fe : n_O = 0,015 : 0,02 = 3:4 ⇒ Fe₃O₄

→ Đáp án A

Bài 2: Khử hoàn toàn m gam oxit M_xO_y cần vừa đủ 17,92 lít khí CO (đktc), thu được a gam kim loại M. Hòa tan hết a gam M bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được 20,16 lít SO₂ (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Oxit M_xO_y là:

A. Cr₂O₃   

B. FeO   

C. Fe₃O₄   

D. CrO

Hướng dẫn giải

nCO = 0,8 mol; nSO₂ = 0,9 mol

Gọi n là hóa trị của kim loại M (n = 1, 2, 3)

M + H₂SO₄:

Nhường e: M → M⁺ⁿ + ne Nhận e: S + 2e → S⁺⁴

1,8/(n) ← 1,8 ⇐ 1,8 ← 0,9 (mol)

n_O(oxit) = n_CO = 0,8

⇒ x: y = 1,8/(n) : 0,8 = 9/(4n )

Nếu n = 1 ⇒ x: y = 9: 4 (loại)

Nếu n = 2 ⇒ x: y = 9: 8 (loại)

Nếu n = 3 ⇒ x: y = 3: 4 ⇒ Fe₃O₄

→ Đáp án C

Bài 1: Cho 18,5 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe₃O₄ tác dụng với 200ml dung dịch HNO₃ a (mol/lít). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc), dung dịch B và 1,46 gam kim loại. Khối lượng muối trong B và giá trị của a là:

24,3g và 1,6M

48,6g và 3,2M

54g và 3,2M

36,45g và 1,8M

Hướng dẫn giải

Sau phản ứng còn 1,46g kim loại ⇒ Fe dư, muối chỉ có muối Fe₂₊

Gọi n_{Fe pư} = x mol; n_Fe3O₄ = y mol

⇒ 56x + 232y = 18,5 – 1,46 = 17,04g (1)

Nhường e:

Fe → Fe⁺² + 2e

x          x        2x

Nhận e:

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

          0,3      0,1

3Fe^+8/3 + 2e → 3Fe⁺²

3y         2y          3y

Bảo toàn e: 2x = 0,3 + 6y ⇒ x – y = 0,15 mol (2)

Từ (1)(2) ⇒ x = 0,18 mol; y = 0,03mol

n_Fe²⁺ = x + 3y = 0,27 ⇒ m_Fe(NO3)₂ = 0,27.180 = 48,6g

Bảo toàn N: nHNO₃ = 2nFe(NO₃)₂ + n_NO = 0,54 + 0,1 = 0,64 mol

a = 0,64 : 0,2 = 3,2 (mol/l)

→ Đáp án B

Bài 2: Cho 6,72g Fe vào 400ml dung dịch HNO₃ 1M, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Dung dịch X có thể hòa tan tối đa được m gam Cu. Giá trị m là:

A. 1,92   

B. 0,64   

C. 3,84   

D. 3,20

Hướng dẫn giải

n_Fe = 0,12 mol; n_HNO3 = 0,4 mol

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

0,12       0,4 (mol)

⇒ Fe dư; HNO₃ hết

n_{Fe pư} = n_Fe(NO3)₃ = 1/4 n_HNO3 = 0,1 mol

n_{Fe dư} = 0,02

Fe + 2Fe³⁺ → 3Fe²⁺

0,02        0,1

⇒ Fe bị hòa tan hết; Fe3+dư = 0,1 – 0,04 = 0,06 mol

Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺

0,03 ← 0,06 (mol)

m_Cu = 1,92g

→ Đáp án A

Bài 3: Cho m gam bột Fe vào 800ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO₃)₂ 0,2M và H₂SO₄ 0,25M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Gía trị m và V lần lượt là:

17,8 và 4,48

17,8 và 2,24

10,8 và 4,48

10,8 và 2,24

Hướng dẫn giải

Dung dịch có NO₃^- và H⁺ nên có tính oxi hóa như HNO₃

Sau phản ứng thu được hỗn hợp bột kim loại ⇒ Fe dư

nH⁺ = 2 nH₂SO₄ = 0,4 mol; nNO₃^- = 2nCu(NO₃)₂ = 0,32; n_Cu²⁺ = 0,16

Fe + 4H⁺ + NO₃^- → Fe³⁺ + NO + 2H₂O

0,1 ← 0,4 →     0,1         0,1 (mol)

⇒H⁺ hết ⇒ n_Fe = 1/4 n_H⁺ = 0,1 mol

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

0,16     ← 0,16        0,16 (mol)

Fe + 2Fe₃₊ → 3Fe₂₊

0,05 ← 0,1 (mol)

n_{Fe pư} = 0,1 + 0,16 + 0,05 = 0,31mol

m_{kim loại} = m_{Fe dư} + m_{Cu sinh ra} = m – 56.0,31 + 0,16.64 = m – 7,12 = 0,6m

⇒m = 17,8g

n_NO = 1/4 n_H⁺ = 0,1 ⇒ V= 2,24l

→ Đáp án B

Bài 1: Đem nung hỗn hợp A gồm 2 kim loại: x mol Fe và 0,15 mol Cu trong không khí một thời gian, thu được 63,2g hỗn hợp B gồm 2 kim loại trên và hỗn hợp các oxit của chúng. Đem hoà tan hết lượng hỗn hợp B bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư thì thu được 0,3 mol SO₂. x là:

A. 0,6 mol   

B. 0,7 mol   

C. 0,4 mol    

D. 0,5 mol

Hướng dẫn giải

Bỏ qua các giai đoạn trung gian, quan tâm sự thay đổi số oxi hóa đầu và cuối của các nguyên tố

Gọi n O phản tác dụng với A tạo B là: a mol

⇒ m B = m A + m O = 56x + 0,15.64 + 16a = 63,2g

⇒ 56x + 16a = 53,6g (1)

Cho electron:

Fe → Fe3+ + 3e

X                     3x

Cu → Cu2+ + 2e

0,15                0,3

Nhận electron:

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

          0,6      0,3

O + 2e → O^2-

a      2a

Bảo toàn e: 3x + 0,3 = 0,6 + 2a ⇒ 3x – 2a = 0,3 mol (2)

Từ (1)(2) ⇒ x = 0,7; a = 0,9

→ Đáp án B

Bài 2: Hòa tan m (g) hỗn hợp Fe và Cu trong đó Fe chiếm 40% khối lượng bằng dung dịch HNO₃ thu được dung dịch X; 0,448 lít NO duy nhất (đktc) và còn lại 0,65m (g) kim loại. Khối lượng muối trong dung dịch X là:

A. 5,4g   

B. 6,4g   

C. 11,2g   

D. 4,8g

Hướng dẫn giải

m_Fe = 0,4m; m_Cu = 0,6m

m_{KL dư} > m_Cu ⇒ Chưa phản ứng và Fe dư

m_{Fe dư} = 0,65m – 0,6m = 0,05m; m_{Fe pư} = 0,35m

Muối tạo thành chủ có muối Fe²⁺ ( do kim loại dư)

Bảo toàn e:

2n_Fe = 3 n NO ⇒2. 0,35m/56 = 3. 0,02 ⇒ m = 4,8g

n_Fe(NO3)₂ = n_{Fe pư} = 0,35m/56 = 0,03 mol

m_muối = m_Fe(NO3)₂ = 0,03.180 = 5,4g

→ Đáp án A

Bài 1: Cho 11,36g hỗn hợp Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ phản ứng hết với dung dịch HNO₃ loãng dư, thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:

A. 38,72   

B. 35,50   

C. 49,09   

D. 34,36

Hướng dẫn giải

Cách 1: Quy đổi hỗn hợp thành Fe và Fe₂O₃

Bảo toàn e: 3n_Fe = 3 n_NO ⇒ n_Fe = n_NO = 0,06 mol

⇒ n_Fe2O₃ = (11,36-0,06.56)/160 = 0,05 mol

Bảo toàn Fe: n_Fe(NO3)₃ = n_Fe + 2 n_Fe2O₃ = 0,06 + 0,1 = 0,16 mol

m_Fe(NO3)₃ = 0,16.242 = 38,72g

Cách 2: Quy đổi hốn hợp thành Fe (x mol) và O (y mol)

⇒ 56x + 16y = 11,36g (1)

Viết quá trình cho nhận e và bảo toàn e ta có:

3n_Fe = 2 n_O + 3 n_NO ⇒ 3x = 2y + 0,18

⇒ 3x – 2y = 0,18 (2)

Từ (1)(2) ⇒ x = 0,16; y = 0,15

m_Fe(NO3)₃ = 0,16.242 = 38,72 (g)

→ Đáp án A

Bài 2: Hòa tan hoàn toàn 2,44g hỗn hợp bột X gồm Fe_xO_y và Cu bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư. Sau phản ứng thu được 0,504 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 6,6g hỗn hợp muối sunfat. Phần trăm khối lượng của Cu trong X là:

A. 39,34%   

B. 65,57%   

C. 26,23%   

D. 13,11%

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe (a mol); O( b mol); Cu( c mol)

⇒ 56a + 16b + 64c = 2,44g (1)

Muối thu đươc là Fe_2(SO4)₃ (a/2mol); CuSO₄ (c mol)

m_muối = m_Fe2(SO₄)₃ + m_CuSO4 = 200a + 160c = 6,6 (2)

Viết quá trình cho nhận e và bảo toàn e:

3n_Fe + 2 n_Cu = 2 n_NO + 2n_SO2

⇒ 3a + 2c – 2b = 0,045(3)

Từ (1)(2)(3) ⇒ a = 0,025; b = 0,025; c = 0,01

⇒ %m_Cu = 0,01.64/2,44.100% = 26,23%

→ Đáp án C

Bài 3: Nung 8,4g Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam chất rắn X gồm Fe, Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO₃ dư thu được 2,24 lít khí NO₂ (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Gía trị của m là:

A. 11,2g   

B. 10,2g   

C. 7,2g   

D. 6,9g

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X về hai chất FeO và Fe2O3:

n_Fe = n_FeO + 2 n_Fe2O₃ = 0,15 mol

FeO + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O

0,1           ←                           0,1 (mol)

⇒ n_Fe2O₃ = 0,025

⇒ m = m_FeO + m_Fe2O₃ = 0,1.72 + 0,025.160 = 11,2g

→ Đáp án B

Bài 1: Có các dung dịch muối: FeCl₃, FeCl₂, MgCl₂, AlCl₃, NaCl và NH₄Cl. Để phân biệt các dung dịch muối clorua này có thể dùng thuốc thử nào dưới đây?

A. Dung dịch AgNO₃        

B. Dung dịch NH₃

C. Dung dịch H₂SO₄        

D. Dung dịch KOH

Hướng dẫn giải

Trích mẫu thử cho mỗi lần thí nghiệm. Nhỏ dung dịch KOH từ từ cho đến dư vào các mẫu thử:

Mẫu nào xuất hiện kết tủa nâu ⇒ là dung dich FeCl₃.

FeCl₃ + 3KOH → Fe(OH)₃ + 3KCl

Mẫu nào xuất hiện kết tủa trắng dần hóa nâu đung dịch FeCl₂.

FeCl₂ + 2KOH → Fe(OH)₂ + 2KCl

Mẫu nào xuất hiện kết tủa trắng ⇒ dung dịch MgCl₂.

MgCl₂ + 2KOH → Mg(OH)₂ + 2KCl

Mẫu nào không có hiện tượng nào xảy ra ⇒ dung dịch NaCl.

Mẫu nào xuất hiện kết tủa keo trắng, tan dần khi dư dung dịch KOH

⇒ dung dịch AlCl₃.

AlCl₃ + 3KOH → Al(OH)₃ + 3KCl

Al(OH)₃ + KOH → K[Al(OH)₄]

Mẫu nào có khí mùi khai bay ra ⇒ dung dịch NH₄Cl.

KOH + NH₄Cl → KCl + NH₃ + H₂O

Bài 2: Từ Fe, hãy trình bày 3 phương pháp điều chế trực tiếp muối FeSO₄. Viết các phương trình hóa học.

Hướng dẫn giải

3 phương pháp hóa học điều chế trực tiếp FeSO₄ từ Fe là:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Fe + Fe₂(SO₄)₃ → 3FeSO₄

Câu 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?

Câu 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?

Câu 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?

Câu 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?

Câu 5: 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:

Câu 1: Chất nào sau đây khí phản ứng với dung dịch HNO₃ đặc nóng sẽ không sinh ra khí?

A. FeO    

B. Fe₃O₄    

C. Fe₂O₃   

D. Fe(OH)₂

Câu 2: Cách nào sau đây có thể dùng để điều chế FeO?

A. Dùng CO khử Fe₂O₃ ở 500°C.

B. Nhiệt phân Fe(OH)₂ trong không khí.

C. Nhiệt phân Fe(NO₃)₂

D. Đốt cháy FeS trong oxi.

Câu 3: Hòa tan một lượng FexOy bằng H₂SO₄ loãng dư được dung dịch X. Biết X vừa có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím, vừa có khả năng hòa tan được bột Cu. Oxit sắt đó là:

A. FeO    

B. Fe₂O₃    

C. Fe₃O₄    

D. A hoặc B

Câu 4: Dung dịch muối nào sau đây sẽ có phản ứng với dung dịch HCl khi đun nóng?

A. FeBr₂    

B. FeSO₄    

C. Fe(NO₃)₂    

D. Fe(NO₃)₃

Câu 5: Dung dịch loãng chứa hỗn hợp 0,01 mol Fe(NO₃)₃ và 0,15 mol HCl có khả năng hòa tan tối đa lượng Fe là:

A. 0,28 gam    

B. 1,68 gam    

C. 4,20 gam    

D. 3,64 gam

Sau bài học cần nắm:

• Tính chất vật lí - hóa học của hợp chất Sắt (II), Sắt (III) và phương pháp điều chế.
• Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của hợp chất của Sắt.