Bài giảng Vị trí, cấu tạo, tính chất của sắt

Ở nhiệt độ cao, sắt khử mạnh mẽ nguyên tử phi kim thành anion, sắt bị oxi hóa thành ion hoặc ion :
Oxit sắt từ có thể coi là hỗn hợp sắt II oxit và sắt III oxit. viết tắt là 
2. Tác dụng với axit
a. loãng: Fe khử ion của những dung dịch axit này thành khí hiđro, sắt bị oxi hóa thành ion 
b. đặc: sắt không tác dụng với đặc và nguội, vì các axit này làm cho sắt trở nên thụ động. đặc và nóng, loãng oxi hóa sắt thành và sẽ khử hoặc trong các axit này đến mức oxi hóa thấp hơn.
3. Tác dụng với muối
Sắt có thể khử được ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa kim loại tự do. Trong các phản ứng này, sắt bị ion hóa thành ion . Ví dụ:
4. Tác dụng với nước
Ở nhiệt độ thường, sắt không khử được nước. Nếu cho hơi nước nóng đi qua sắt ở nhiệt độ cao, sắt khử nước, giải phóng khí hiđro và sắt bị oxi hóa thành hoặc .
B. Hợp chất của sắt
I. Hợp chất sắt II
1. Tính chất hóa học chung của hợp chất sắt II
Hợp chất sắt II tác dụng với chất oxi hóa sẽ bị oxi hóa thành hợp chất sắt III. Trong các phản ứng hóa học này, ion có khả năng cho 1 electron:
Như vậy, tính chất hóa học của hợp chất sắt II là tính khử:
a. Ở nhiệt độ thường, không khí ( có oxi và hơi nước) oxi hóa nhanh chóng thành :
ion khử nguyên tử thành ion .
b. Cho khí clo đi qua dung dịch muối sắt II, clo sẽ oxi hóa muối sắt II thành muối sắt III:
ion khử nguyên tử thành ion .
c. Hòa tan sắt II oxit trong dung dịch được muối sắt III:
ion khử của thành .
2. Điều chế một số hợp chất sắt II
a. Sắt II hiđroxit là chất rắn mục lục nhạt, không tan trong nước. được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch muối sắt II và dung dịch kiềm.
b. Sắt II oxit là chất rắn màu đen, không có tong tự nhiên. Có thể điều chế bằng phương pháp phân hủy hợp chất không bền của sắt của sắt II ở nhiệt độ cao, không có không khí:
là những oxit bazơ và bazơ. Chúng tác dụng với dung dịch axit loãng sinh ra muối sắt II. Cho bay hơi những dung dịch muối này, ta được muối tương ứng ngậm nước: .
III. Hợp chất sắt III
1. Tính chất hóa học chung của hợp chất sắt III
Hợp chất sắt III tác dụng với chất khử, chúng sẽ bị khử thành hợp chất sắt II hoặc sắt tự do. Trong các phản ứng hóa học, ion có khả năng nhận 1 hoặc 3 electron:
Như vậy, tính chất hóa học chung của hợp chất sắt III là tính oxi hóa.
a. Ở nhiệt độ cao, ion oxi hóa nguyên tử thành ion :
b. Ngâm một đinh sắt sạch trong dung dịch muối sắt III, ion oxi hóa thành ion :
Ion có tính oxi hóa mạnh hơn ion :
2. Điều chế một số hợp chất sắt III
a. Sắt III hiđroxit là chất rắn màu đỏ, không tan trong nước, được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch muối sắt III với dung dịch kiềm:
b. Sắt III oxit là chất rắn, màu nâu đỏ. Có thể điều chế bằng phương pháp phân hủy ở nhiệt độ cao:
là những oxit bazơ và bazơ. Chúng tác dụng với axit tạo ra muối sắt III:
C. Hợp kim sắt
I. Gang
1. Thành phần các nguyên tố trong gang
Gang là hợp chất sắt - cacbon và một số nguyên tố khác. Hàm lượng các nguyên tố trong gang biến động trong một giới hạn rộng:
2. Phân loại gang
Dựa vào thành phần và tính chất của gang, có hai loại chính:
a. Gang trắng: Gang trắng chứa ít cacbon, rất ít silic, chứa nhiều tinh thể hợp chất hóa học là xementit . Tinh thể xementit và sắt có màu sáng, vì vậy có tên là gang trắng. Gang trắng rất cứng, rất giòn, không dùng để đúc. Gang trắng dùng để luyện thép.
b. Gang xám: Gang xám có chứa nhiều tinh thể cacbon, có màu xám (dưới dạng thù hình là than chì) và silic, vì vậy có tên gang xám. Gang là chất lỏng linh động ( ít nhớt) và khi hóa rắn thì tăng thể tích. Vì vậy, gang xám dùng để đúc một số bộ phận của máy móc, đúc ống dẫn nước...
II. Thép
1. Thành phần các nguyên tố trong thép
Thép là hợp chất sắt - cacbon trong đó có C(0,01 - 2%) và một lượng rất ít các nguyên tố Si, Mn, S, P
2. Phân loại thép
a. Thép thường và thép cacbon: Thép thường chứa ít cacbon, silic, mangan và rất ít lưu huỳnh, photpho so với gang. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon. Thép cứng có 0,9% cacbon, thép mềm chứa không quá 0,1%. Loại thép này được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng và đời sống.
b. Thép đặc biệt: Thép đặc biệt là thép có chứa thêm một số nguyên tố như Si, Mn, Ni, Cr, W...Thép đặc biệt có những tính chất cơ học và lí học rất quý. Ví dụ:
        - Thép Ni - Cr: rất cứng, ít giòn. Dùng chế tạo vòng bi, vỏ xe bọc thép
        - Thép W - Mo - Cr: rất cứng ngay cả ở nhiệt độ cao. Dùng chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại.
        - Thép silic: rất dẻo, đàn hồi tốt. Dùng chế tạo lo xo, nhíp ôtô...
        - Thép mangan: rất bền, chịu được va đập mạnh. Dùng chế tạo các thanh ray vát nhọn, máy nghiền đá...
Khái niệm về phân nhóm phụ nhóm VIII
I. Một số đặc điểm của kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII
1. Cấu hình electron
Số electron ở phân lớp ngoài cùng ( phân lớp s) của nguyên tử có từ 1 đến 2s
Phân lớp d của lớp sát ngoài cùng được làm đầy electron (từ , trừ trường hợp nguyên tố Pd lớp ngoài cùng không có electron, còn phân lớp 4d được bão hòa electron ( ). Vì vậy, những kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII là những nguyên tố nhóm d.
Dưới đây là cấu hình electron của 3 bộ ba kim loại:
Chu kì 4: 
Chu kì 5:
Chu kì 6:
2. Bán kính nguyên tử
Xét theo cột đứng, bán kính nguyên tử tăng dần từ trên xuống dưới.
Xét theo hàng ngang (cùng chu kì), bán kính nguyên tử của chúng có giá trị gần giống nhau.
3. Cấu tạo mạng tinh thể
Ở trạng thái rắn, các kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện hoặc lăng trụ giác đều, đó là những kiểu mạng có cấu tạo đặc chắc. Thể tích nguyên tử tương đối nhỏ, mật độ electron tự do tương đối lớn, do đó lực liên kết kim loại trong mạng tinh thể rất bền vững, vì vậy các kim loại này có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi rất cao và có tỉ khối lớn
4. Số oxi hóa
Các kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII đều có số oxi hóa biến đổi. Nhìn chung, số oxi hóa biến đổi từ +2 đến +6. Trừ 2 nguyên tố là Ru và Os đạt đến số oxi hóa cực đại là +8.
Dựa vào cấu tạo nguyên tử và tính chất, người ta phân loại các kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII thành 2 họ: các kim loại họ sắt gồm có Fe, Co, Ni và các kim loại họ platin gồm 6 kim loại còn lại
II. Các kim loại họ sắt
Kim loại họ sắt gồm 3 kim loại nằm trong chu kì 14. Chúng có một số tinh chất sau:
1. Bán kính nguyên tử giảm dần từ Fe đến Ni khuynh hướng nhường electron giảm dần trong các phản ứng hóa học: tính khử của các kim loại giảm dần theo chiều Fe - Co - Ni
2. Số oxi hóa cực đại giảm dần từ Fe là +6 đến +4 ở Co và Ni. Số oxi hóa bền của Fe là +3, của Co và Ni là +2.
3. Trong dãy điện hóa của kim loại, các cặp đều đứng trước cặp : các kim loại Fe, Co, Ni có tính khử tương đối mạnh, các ion của chúng có tính oxi hóa yếu
III. Các kim loại họ platin
kim loại họ platin gồm 6 nguyên tố: Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt. Chúng có một số tính chất chung:
1. Các kim loại này có nhiều tính chất rất giống nhau: cùng tồn tại ở trạng thái tự do trong tự nhiên và thường có lẫn với nhau. Việc tách riêng từng kim loại ra khỏi hỗn hợp là rấ khó khăn.
2. Các kim loại này có nhiều số oxi hóa khác nhau, nhưng phổ biến và điểm hình là +4.
3. Trong dãy điện hóa của kim loại, các cặp oxi hóa khử của những kim loại này đều đứng sau cặp . Các kim loại này không bị ăn mòn trong tự nhiên. Rất bền vững đối với các chất hóa học. Một số không tan trong axit có tính oxi hóa mạnh. Những kim loại này có tính khử yếu, ion của chúng có tính oxi hóa mạnh.
4. Các kim loại họ platin có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất cao.
Một số bài tập
Baì 1
Hòa tan hết 1,08 gam hỗn hợp Cr và Fe trong dung dịch HCl thu được 448ml khí (đktc). Khối lượng Crom có trong hỗn hợp là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. 0,065 gam
B. 0,520 gam
C. 0,520 gam
Baì 2
Thổi khí dư qua 1 gam đốt nóng đến phản ứng hoàn toàn thì thu được lượng chất rắn bằng :
Chọn một đáp án dưới đây
A. 0,52 gam
B. 0,68 gam
C. 0,76 gam
D. 1,52 gam
Baì 3
Hòa tan hoàn toàn 9,2 gam Cu vào dung dịch loãng thoát ra khí NO. Trộn NO thu được với oxi rồi sục vào nước để chuyển hết thành . Thể tích khí đã tham gia vào quá trình trên là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. 2,24 lít
B. 3,36 lít
C. 4,48 lít
D. 5,6 lít
Baì 4
Hòa tan hết 3,8 gam oxit cần 100ml dung dịch hỗn hợp: 0,15M và KOH 0,2M . Vậy oxit có thể là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. 
B. 
C. ZnO
D. PbO
Baì 5
Trong thì :
Chọn một đáp án dưới đây
A. Số oxi hóa của Fe, Cu lần lượt bằng +2 , +2
B. Số oxi hóa của Fe, Cu lần lượt bằng +3, +2
C. Số oxi hóa của Fe, Cu lần lượt bằng +2, +1
D. Cả A, B, C đều sai
Baì 6
Dùng khí CO để khử sản phẩm khử sinh ra có thể là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. Fe
B. Fe và FeO
C. Fe, FeO và 
D. Fe, FeO, và 
Baì 7
Chất nào sau đây tham gia khử oxit sắt trong lò cao?
Chọn một đáp án dưới đây
A. CO
B. Al
C. Na
D. 
Baì 8
Cặp tên gắn với công thức của các quặng sắt nào sau đây không đúng:
Chọn một đáp án dưới đây
A. Hematit nâu ()
B. Hematit đỏ ()
C. Manhehit()
D. Xiderit()
Baì 9
Hỗn hợp kim loại nào sau đây tất cả đều tham gia phản ứng trực tiếp với muối sắt (III) trong dung dịch?
Chọn một đáp án dưới đây
A. Fe, Mg, Cu 
B. Ag, Na, Cu
C. Au, Fe, K
D. Cu, K, Na
Baì 10
Khử hoàn toàn một oxit sắt nguyên chất bằng CO dư ở nhiệt độ cao. Kết thúc phản ứng, khối lượng chất rắn giảm đi 27,58%. Oxit sắt đã dùng là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. 
B. 
C. 
D. Tất cả đều đúng.
Một số bài tập
Baì 11
Hòa tan hết 1,08 gam hỗn hợp Cr và Fe trong dung dịch HCl thu được 448ml khí (đktc). Khối lượng Crom có trong hỗn hợp là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. 0,065 gam
B. 0,520 gam
C. 0,520 gam
Baì 12
Thổi khí dư qua 1 gam đốt nóng đến phản ứng hoàn toàn thì thu được lượng chất rắn bằng :
Chọn một đáp án dưới đây
A. 0,52 gam
B. 0,68 gam
C. 0,76 gam
D. 1,52 gam
Baì 13
Hòa tan hoàn toàn 9,2 gam Cu vào dung dịch loãng thoát ra khí NO. Trộn NO thu được với oxi rồi sục vào nước để chuyển hết thành . Thể tích khí đã tham gia vào quá trình trên là:
Chọn một đáp án dưới đây
A. 2,24 lít
B. 3,36 lít
C. 4,48 lít
D. 5,6 lít
Baì 14
Hòa t