Tài liệu ôn tập môn Hóa học Lớp 11 - Chuyên đề: Sắt và hợp chẩ của sắt

Nội dung text: Tài liệu ôn tập môn Hóa học Lớp 11 - Chuyên đề: Sắt và hợp chẩ của sắt

1. CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT. Phần 1. Nội dung trọng tâm: A. Lý thuyết: - Vị trí của Fe, cấu trúc e của Fe, của ion tương ứng. - Tính chất hoá học của Fe. - Tính chất hoá học, cách điều chế của các hợp chất của sắt: FeO, Fe2O3, Fe3O4, Fe(OH)2, Fe(OH)3. - Hợp kim của Fe ( Gang , thép) + Sản xuất gang thép. I. Cấu tạo của Fe: 56 2 2 6 2 6 6 2 26 Fe :1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s . - Qua cấu tạo lớp vỏ e ta thấy sắt có hai e ở lớp vỏ ngoài cùng dễ nhường hai electron (ở lớp thứ 4) này - 2+ 2+ 56 2 2 6 2 6 6 Fe – 2e Fe . Cấu hình electron của Fe : 26 Fe :1s 2s 2p 3s 3p 3d - Xét phân lớp 3d6, để đạt cơ cấu bán bão hoà , phân lớp này sẽ cho đi một electron để đạt 3d5. 2+ - 3+ 3+ 56 2 2 6 2 6 5 Fe - 1e Fe . Cấu hình electron của Fe : 26 Fe :1s 2s 2p 3s 3p 3d Vì thế , sắt có hai hoá trị là (II) và (III). II.Lý tính:Rắn , có màu trắng xám, dẻo , dễ rèn , dẫn điện , nhiệt tốt (sau Cu, Al), có từ tính. III.Hoá tính :Có tính khử và sản phẩm tạo thành có thể Fe2+, Fe3+. a.Phản ứng phi kim trung bình ,yếu(S,I2, ) * Phản ứng với phi kim mạnh (Cl2,Br2. . .) 0 Fe + S t FeS 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Fe + I2 FeI2 2Fe + 3Br2 2FeBr3 -Khi phản ứng với oxy trong không khí ẩm hoặc nước giàu oxy, Fe tạo thành Fe(OH)3: to 4Fe + 6H2O + 3O2  4Fe(OH)3 - Khi đốt cháy sắt trong không khí : to 3Fe + 2O2  Fe3O4 b.Phản ứng axit (khác HNO3, H2SO4đ) Phản ứng với HNO3 và H2SO4 đặc Fe + 2HCl FeCl + H to 2 2 2Fe + 6H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3SO2+ 6H2O. Fe + H2SO4 loãng FeSO4 + H2 to Fe + 4HNO3 loãng  Fe(NO3)3 + NO + 2H2O c. Phản ứng với hơi H2O ở nhiệt độ cao: to 570o C Fe + H2O  FeO + H2 to 570o C 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2 d. Phản ứng với dung dịch muối: luôn tạo muối Fe2+. Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu Fe + 2FeCl3 3FeCl2 e. Phản ứng với oxit: Chỉ phản ứng CuO. to 2Fe + 3CuO  Fe2O3 + 3Cu. Chú ý: Fe, Al,( Cr, Ni ) không phản ứng được với HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội. IV. Điều chế: a. Trong phòng thí nghiệm: Dùng phương pháp thủy luyện( dùng kim loại có tính khử mạnh hơn Fe để khử muối Fe2+, Fe3+). FeCl2 + Mg Fe + MgCl2. FeCl3 + Al AlCl3 + Fe b. Trong công nghiệp: Sắt được điều chế ở dạng gang thép qua quá trình phản ứng sau đây: O2 +CO oxi hoá Quặng Sắt  Fe2O3 +CO Fe3O4 +CO FeO Fe( gang)  Fe( thép). t0 4000C 600t0C 8000C tạp chất Tên các quặng sắt: - Hê matic đỏ: Fe2O3 khan. Xiđeric : FeCO3 - Hêmatic nâu: Fe2O3.nH2O Nhóm A Pirit : FeS2. Nhóm B ( muối) - Manhêtit : Fe3O4. ( Oxit) - Các quặng ở nhóm A không cần oxi hóa ở giai đoạn đầu. - Các quặng ở nhóm B ta phải oxi hoá ở gian đoạn đầu để tạo ra oxit. to 4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2. to 4FeCO3 + O2  2Fe2O3 + 4CO2. V. HỢP CHẤT SẮT: 1. Hợp chất Fe2+: Có tính khử và tính oxi hoá ( vì có số oxi hoá trung gian). a. Tính khử: 2+ 3+ Fe Fe : 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3. b. Tính oxi hoá: Fe2+ Fe. 1. FeCl2 + Mg Fe + MgCl2. to 2. FeO + CO  Fe + CO2 1
2. CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT to 3. FeO + H2  Fe + H2O. 2. Hợp chất Fe3+. ( có số oxi hoá cao nhất) nên bị khử về Fe 2+ hay Fe thuỳ thuộc vào chất khử mạnh hay chất khử yếu. a. 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. b. Fe3+ Fe: Cho Fe3+ phản ứng pứ với kim loại từ Mg đến Cr ( kim loại đứng trước Fe : không phải kim loại kiềm, Ba và Ca). FeCl3 + Al AlCl3 + Fe 2FeCl3 + 3Mg 3MgCl2 + 2Fe. 3. Một số hợp chất quan trọng của Fe. a. Fe3O4 là một oxit hỗn hợp của FeO và Fe2O3, vì thế khi phản ứng với axit ( không phải là H2SO4 đặc, hay 2+ 3+ HNO3) ta lưu ý tạo cả hai muối Fe và Fe . Fe3O4 + 8HCl FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O. b. Fe(OH)2: kết tủa màu trắng xanh, để lâu ngoài không khí hoặc khi ta khoáy kết tủa ngoài không khí thì phản ứng tạo tủa đỏ nâu Fe(OH)3. to 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3. Khi nung Fe(OH)2 tuỳ theo điều kiện phản ứng: Fe(OH)2 nung trong FeO + H2O. chân không nung trong 4Fe(OH)2 + O2 3Fe2O3 + 4H2O không khí c. Phản ưng với axit có tính oxi hoá ( HNO3, H2SO4 đặc) FeO NO Fe3O3 HNO3 NO2 3+ Fe(OH)2 + H2SO4  Fe + H2O + SO2 FeCO3 II. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG 1. Dạng hỗn hợp sắt và các oxit phản ứng với chất oxi hóa mạnh: Đề bài: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO 3 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. Tính m ? Phát triển bài toán: Trường hợp 1: Cho nhiều sản phẩm sản phẩm khử như NO 2, NO ta có vẫn đặt hệ bình thường tuy nhiên chất nhận e bây giờ là HNO3 thì cho 2 sản phẩm. Trường hợp 2: Nếu đề ra yêu cầu tính thể tích hoặc khối lượng của HNO 3 thì ta tính số mol dựa vào bảo toàn nguyên tố N khi đó ta sẽ có: n nmuôi nKhí 3n n (n ) HNO3 NO3 NO3 Fe NO NO2 2. Dạng đốt cháy Sắt trong không khí rồi cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa Bài 1: Nung nóng 12,6 gam Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hỗn hợp này phản ứng hết với dung dịch H 2SO4 đặc nóng (dư), thu được 4,2 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính m? Bài 2: Nung nóng m gam bột sắt ngoài không khí, sau phản ứng thu được 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 loãng thu được 5,6 lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO 2 có tỉ khối so với H2 là 19. Tính m và thể tích HNO3 1M đã dùng? 2
3. CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT 3. Dạng khử không hoàn toàn Fe2O3 sau cho sản phẩm phản ứng với chất oxi hóa mạnh là HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng: Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 . Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính m ? 4. Dạng hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ Tổng quan về dạng này: Đây không phải là phản ứng oxi hóa khử mà chỉ là phản ứng trao đổi. Trong phản ứng này ta coi đó là 2 2+ 3+ phản ứng của: 2H O H2O và tạo ra các muối Fe và Fe trong dung dịch. Như vậy nếu biết số mol + H ta có thể biết được khối lượng của oxi trong hỗn hợp oxit và từ đó có thể tính được tổng số mol sắt trong hỗn hợp ban đầu. VD: Cho 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe 3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 260 ml HCl 1M thu được dung dịch X. Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m 5. Dạng sắt và hỗn hợp oxit sắt phản ứng với axit thường: H+ Tổng quan về dạng này: Dạng này cơ bản giống dạng thứ 4 tuy nhiên sản phẩm phản ứng ngoài H 2O còn có H2 do Fe phản ứng. Như vậy liên quan đến H+ sẽ có những phản ứng sau: 2H 2e  H2  2 2H O  H2O + 2- Như vậy chúng ta có thể dựa vào tổng số mol H và số mol H2 để tìm số mol của O từ đó tính được tổng số mol của Fe. VD: Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 3O4, Fe2O3 tác dụng vừa hết với 700 ml HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít khí H2 (đktc). Cho X phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Y. Nung Y ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được đến khối lượng không đổi được m(g) chất rắn. Tính m 6. Dạng chuyển đổi hỗn hợp tương đương: Tổng quan: Trong số oxit sắt thì ta coi Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3 có số mol bằng nhau. Như vậy có thể có hai dạng chuyển đổi. Khi đề ra cho số mol FeO và Fe 2O3 có số mol bằng nhau thì ta coi như trong hỗn hợp chỉ là Fe3O4. còn nếu không có dữ kiện đó thì ta coi hỗn hợp là FeO và Fe 2O3. Như vậy hỗn hợp từ 3 chất ta có thể chuyển thành hỗn hợp 2 chất hoặc 1 chất tương đương. Bài 1: Hỗn hợp A gồm FeO, Fe 2O3, Fe3O4 (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe 2O3). Hòa tan 4,64 gam trong dung dịch H 2SO4 loãng dư được 200 ml dung dịch X . Tính thể tích dung dịch KMnO 4 0,1M cần thiết để chuẩn độ hết 100 ml dung dịch X? 3
4. CHUYÊN ĐỀ: SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT Bài 2: Cho m gam hỗn hợp oxit sắt gồm FeO, Fe 3O4 và Fe2O3 tan vừa hết trong dung dịch H 2SO4 tạo thành dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được 70,4 gam muối, mặt khác cho Clo dư đi qua X rồi cô cạn thì thu được 77,5 gam muối. Tính m? C. Zn D. Cu 4