Chào các em học sinh! Sắt và hợp chất của sắt là một chuyên đề quan trọng, thường xuyên xuất hiện trong các đề thi tốt nghiệp THPT và các kỳ thi đánh giá năng lực. Để giúp các em nắm vững kiến thức và tự tin giải quyết các dạng bài tập, bài viết này sẽ tổng hợp toàn bộ lý thuyết và bài tập về sắt và hợp chất của sắt có lời giải chi tiết nhất. Chúng ta sẽ cùng nhau ôn lại các tính chất hoá học đặc trưng, cách điều chế, cũng như luyện tập với các bài tập từ cơ bản đến nâng cao. Hãy cùng bắt đầu nhé!
Mục lục
Lý thuyết về Sắt và Hợp chất của Sắt
Vị trí và cấu hình electron của Sắt
Sắt (Fe) là kim loại thuộc nhóm VIIIB, chu kì 4, số hiệu nguyên tử là 26. Cấu hình electron nguyên tử là [Ar]3d64s2. Sắt có các số oxi hóa phổ biến là +2 và +3, ít gặp số oxi hóa +6 trong hợp chất ferrat.
Tính chất vật lý của Sắt
Sắt là kim loại màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở 1540°C. Sắt có tính nhiễm từ, là kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
Tính chất hoá học của Sắt
Sắt là kim loại có tính khử trung bình. Sắt tác dụng với các chất oxi hóa yếu tạo Fe(II) và tác dụng với các chất oxi hóa mạnh tạo Fe(III).
Tác dụng với phi kim: Sắt tác dụng với hầu hết các phi kim khi đun nóng. Ví dụ, với O2 tạo hỗn hợp oxit (chủ yếu Fe3O4), với Cl2, Br2 tạo muối sắt(III), với S tạo muối sắt(II).
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (nóng)
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (nóng)
Fe + S → FeS (nóng)
Tác dụng với axit: Sắt tác dụng với axit loãng (HCl, H2SO4 loãng) tạo muối sắt(II), khí H2 và nước.
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2
Sắt tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4 đặc nóng) tạo muối sắt(III), sản phẩm khử của axit và nước. Sắt bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
2Fe + 6H2SO4 đặc nóng → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Tác dụng với dung dịch muối: Sắt đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của chúng. Ví dụ, sắt tác dụng với dung dịch CuSO4 tạo FeSO4 và Cu.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Hợp chất của Sắt: Oxit, Hidroxit, Muối
Oxit sắt
Có ba oxit sắt thường gặp: FeO (oxit sắt(II)), Fe2O3 (oxit sắt(III)), Fe3O4 (oxit sắt từ).
FeO: Chất rắn màu đen, là oxit bazơ. Tác dụng với axit tạo muối sắt(II). Có tính khử (dễ bị oxi hóa lên Fe(III)).
Fe2O3: Chất rắn màu đỏ nâu, là oxit bazơ. Tác dụng với axit tạo muối sắt(III). Bị khử bởi CO, H2, Al ở nhiệt độ cao tạo Fe.
Fe3O4: Chất rắn màu đen, là oxit hỗn hợp (FeO.Fe2O3). Tác dụng với axit mạnh tạo hỗn hợp muối sắt(II) và sắt(III). Có cả tính khử và tính oxi hóa.
Hidroxit sắt
Có hai hidroxit sắt: Fe(OH)2 (hidroxit sắt(II)) và Fe(OH)3 (hidroxit sắt(III)).
Fe(OH)2: Chất rắn màu trắng xanh, không tan trong nước. Là bazơ yếu, tác dụng với axit. Dễ bị oxi hóa bởi oxi trong không khí thành Fe(OH)3 màu nâu đỏ.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
Fe(OH)3: Chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước. Là bazơ, tác dụng với axit. Bị nhiệt phân tạo Fe2O3.
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (nhiệt độ cao)
Muối sắt
Muối sắt(II): Chứa ion Fe2+. Có tính khử đặc trưng (dễ bị oxi hóa lên Fe3+). Ví dụ: FeCl2, FeSO4.
Muối sắt(III): Chứa ion Fe3+. Có tính oxi hóa đặc trưng (dễ bị khử xuống Fe2+ hoặc Fe). Ví dụ: FeCl3, Fe2(SO4)3.
Bài tập về Sắt và Hợp chất của Sắt có lời giải
Dưới đây là một số bài tập minh họa giúp các em củng cố lý thuyết và bài tập về sắt và hợp chất của sắt có lời giải chi tiết.
Bài tập tự luận có lời giải
Bài 1: Cho 11,2 gam Fe tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng dư. Tính thể tích khí H2 thoát ra (ở đktc).
Lời giải:
Số mol Fe: nFe = 11,2 / 56 = 0,2 mol
Phương trình hóa học:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
Theo phương trình, số mol H2 bằng số mol Fe: nH2 = nFe = 0,2 mol
Thể tích khí H2 (đktc): VH2 = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít
Đáp số: 4,48 lít.
Bài tập trắc nghiệm có lời giải
Bài 2: Chất nào sau đây khi tác dụng với Fe tạo thành hợp chất sắt(III)?
A. Dung dịch HCl
B. Khí Cl2
C. Dung dịch H2SO4 loãng
D. Lưu huỳnh (S)
Lời giải:
Fe tác dụng với HCl loãng, H2SO4 loãng, S (khi đun nóng) đều tạo hợp chất sắt(II).
Fe tác dụng với Cl2 (khi đun nóng) tạo hợp chất sắt(III): 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3.
Đáp án đúng là B.
Bài 3: Oxi hóa hoàn toàn m gam Fe thu được 16 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được 2,24 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính giá trị của m.
Lời giải:
Coi hỗn hợp X gồm Fe và O. Khối lượng O trong X là 16 – m (gam).
Sơ đồ phản ứng:
Fe → Fe+3 + 3e
O + 2e → O-2
S+6 + 2e → S+4 (trong SO2)
Số mol SO2 = 2,24 / 22,4 = 0,1 mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron:
3nFe = 2nO + 2nSO2
3 * (m/56) = 2 * ((16-m)/16) + 2 * 0,1
3m/56 = (16-m)/8 + 0,2
3m/56 = (32 – 2m)/16 + 0,2
Quy đồng mẫu số 112:
6m = 7 * (32 – 2m) + 0,2 * 112
6m = 224 – 14m + 22,4
20m = 246,4
m = 246,4 / 20 = 12,32 gam
Đáp số: m = 12,32 gam.
Qua các ví dụ bài tập này, các em có thể thấy cách áp dụng lý thuyết để giải quyết các dạng bài khác nhau về sắt và hợp chất của sắt.
Kết luận
Hy vọng rằng, với phần tổng hợp đầy đủ về lý thuyết và bài tập về sắt và hợp chất của sắt có lời giải chi tiết này, các em đã có cái nhìn rõ ràng hơn và nắm vững kiến thức về chuyên đề quan trọng này. Việc nắm vững lý thuyết, hiểu rõ bản chất các phản ứng, và luyện tập thường xuyên với các dạng bài tập là chìa khóa để đạt điểm cao trong các kỳ thi. Hãy chăm chỉ ôn tập và áp dụng những kiến thức đã học vào giải các bài tập nhé. Chúc các em luôn học tốt và đạt được kết quả như mong đợi trong các kỳ thi sắp tới!
