Lí thuyết về tính chất hóa học của Sắt (Fe) (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về tính chất hóa học của Sắt (Fe)

I. Lí thuyết

1. Vị trí và cấu tạo

- Fe: Z = 26 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

=> Sắt nằm ở chu kì 4, nhóm VIIIB, ô số 26.

- Là kim loại chuyển tiếp, có xu hướng nhường 2, 3 electron khi tham gia phản ứng hóa học

- Sắt có 2 kiểu mạng tinh thể là lập phương tâm diện và lập phương tâm khối

2. Tính chất vật lí

- Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540^oC, có D = 7,9 g/cm³.

- Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đặc biệt có tính nhiễm từ.

3. Tính chất hóa học

3.1. Tác dụng với phi kim

Fe  +  S  $\stackrel{t^o}{\to }$  FeS

3Fe  +  2O₂  $\stackrel{t^o}{\to }$  Fe₃O₄

2Fe  +  3Cl₂  $\stackrel{t^o}{\to }$  2FeCl₃

3.2. Tác dụng với axit

- Fe + axit HCl, H₂SO₄ loãng → muối + H₂

Fe  +  H₂SO₄  →  FeSO₄  +  H₂

- Fe + axit có tính OXH mạnh → muối + sản phẩm khử + H₂O

Fe  +  4HNO₃  →  Fe(NO₃)₃  +  2H₂O  +  NO­   

2Fe  +  6H₂SO₄  → Fe₂(SO₄)₃  +  6H₂O  +  3SO₂­

=> Fe thụ động trong HNO₃ đặc nguội, H₂SO₄ đặc nguội.

3.3. Tác dụng với dung dịch muối

Fe tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn nó (kim loại đứng sau nó trong dãy hoạt động hóa học)

Fe  +  CuSO₄ → FeSO₄  +  Cu

Fe  +  3AgNO₃ (dư) →  Fe(NO₃)₃  + 3Ag

3.4. Tác dụng với nước

Ở nhiệt độ cao, sắt khử được hơi nước :

3Fe  +  4H₂O  $\stackrel{t^o<{570}^{o}C}{\to }$ Fe₃O₄  +  4H₂­

Fe   +   H₂O $\stackrel{t^o>{570}^{o}C}{\to }$  FeO   +  H₂­

4. Trạng thái tự nhiên

- Sắt là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong vỏ trái đất (sau nhôm). 

- Một số quặng sắt quan trọng: Quặng hematit đỏ chứa Fe₂O₃ khan. Quặng hematit nâu chứa Fe₂O₃.nH­₂O. Quặng manhetit chứa Fe₃O₄ , quặng xiđerit chứa FeCO₃, quặng pirit sắt chứa FeS₂.

- Sắt còn có mặt trong hồng cầu của máu. 

II. Bài tập vận dụng

Câu 1: Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dung dịch HCl 4M thu được 5,6 lít H₂ (đktc) và dung dịch D. Để kết tủa hoàn toàn các ion trong D cần 300 ml dung dịch NaOH 2M. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là :

A. 0,1 lít.

B. 0,12 lít.

C. 0,15 lít.

D. 0,2 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có sơ đồ phản ứng như sau:

$\underset{10g}{\{\begin{array}{l}Mg\\ Fe\end{array}}+HCl\to \{\begin{array}{l}FeC{l}_2\\ MgC{l}_2\\ HCl\end{array}+\underset{0,6mol}{NaOH}\to \{\begin{array}{l}Fe(OH{)}_2\\ Mg(OH{)}_2\end{array}+NaCl$

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Natri

n _NaCl = n_NaOH = 0,6 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Clo

=> n _HCl = n _NaCl = 0,6 (mol)

V _HCl = 0,6 : 4 = 0,15 lít

Đáp án C.

Câu 2: Để hoà tan hoàn toàn 23,2 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ (trong đó số mol FeO bằng số mol Fe₂O₃), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 0,5M. Giá trị của V là :

A. 1,8.

B. 0,8.

C. 2,3.                               

D. 1,6.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Vì số mol của FeO và Fe₂O₃ trong hỗn hợp bằng nhau nên ta quy đổi hỗn hợp FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ thành Fe₃O₄.

Ta có  =  $\frac{23,3}{233}$ =   0,1 mol.

n _HCl = 2 . n _{O (trong oxit)} = 2 . 0,1 .4 = 0,8 (mol)

=> V _HCl = 0,8 : 0,5 = 1,6 lít

Đáp án D

Câu 3: Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO₂ và NO có V_X = 8,96 lít (đktc) và tỉ khối đối với O₂ bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của  NO, NO₂ và khối lượng m của Fe đã dùng là :

A. 25% và 75% ; 1,12 gam.

B. 25% và 75% ; 11,2 gam.

C. 35% và 65% ; 11,2 gam.

D. 45% và 55% ; 1,12 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi số mol của NO₂, NO lần lượt là x, y.

n Hỗn hợp khí = 8,96 : 22,4 = 0,4 (mol)

=> x + y = 0,4 (I)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là:

1,3125 . 32 = 42 (gam/mol)

=> Khối lượng của hỗn hợp khí trên là: 42 . 0,4 = 16,8 (gam)

=> 46x + 30y = 16,8 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,3 ; y = 0,1

=> % NO₂ = 0,3 : (0,3 + 0,1) . 100% = 75%

% NO = 25%

Áp dụng đinh luật bảo toàn electron ta có:

3 . n Fe = 1 . n NO₂ + 3 . n NO

=> 3 . n Fe = 0,3 + 3 . 0,1 = 0,6

=> n Fe = 0,6 : 3 = 0,2 mol

=> m Fe = 0,2 .56 = 11,2 gam

Đáp án B

Câu 4: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO₃ 63%. Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khí NO₂ duy nhất (đktc). Nồng độ % các chất có trong dung dịch A là :

A. 36,66% và 28,48%.

B. 27,19% và 21,12%.

C. 27,19% và 72,81%.

D. 78,88% và 21,12%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Nito

=> n HNO₃ = n NO₃ + n NO₂

Do n NO₃ = n e trao đổi = n NO₂

=> n HNO₃ = 1 mol

m HNO₃ = 1  . 63 = 63 gam

=> m dd HNO₃ = 63 : C% = 63 : 63 . 100 = 100 (gam)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m dung dịch muối = m hỗn hợp kim loại + m dd HNO₃ – m NO₂

= 12 + 100 – 0,5 .46 = 89 (gam)

Gọi số mol của Fe, Cu lần lượt là x, y mol

Ta có hệ phương trình như sau:

$\left\{\begin{array}{l}56x + 64y = 12\\ 3x + 2y = 0,5\end{array}\right.$=> x = 0,1 ; y = 0,1

m Fe(NO₃)₃ = 0,1 . (56 + 62.3) = 24,2 (gam)

m Cu(NO₃)₂ = 0,1 . (64 + 62.2) = 18,8 (gam)

% m Fe(NO₃)₃ = 24,2 : 89 . 100% = 27,19%

% m Cu(NO₃)₂ = 18,8 : 89 . 100% = 21,1%

Câu 5: Hoà tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm Fe₃O₄ và FeS₂ trong 63 gam HNO₃, thu được 1,568 lít NO₂ (đktc). Dung dịch thu được cho tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu được 9,76 gam chất rắn X. Nồng độ % của dung dịch HNO₃ có giá trị là :

A. 47,2%.

B. 46,2%.

C. 46,6%.

D. 44,2%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Chất rắn X là Fe₂O₃

=> n Fe₂O₃ = 9,76 : 160 = 0,061 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> n Fe(OH)₃ = 2 . n Fe₂O₃ = 0,061 . 2 = 0,122 mol

Gọi số mol của Fe₃O₄, FeS₂ lần lượt là x, y (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe

=> 3 . n Fe₃O₄ + n FeS₂ = n Fe(OH)₃

=> 3x + y = 0,122 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn electron

=> n Fe₃O₄ + 15 . n FeS₂ = n NO₂

=> x + 15y = 0,07 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,04; y = 0,002

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na

=> n NaOH = n NaNO₃ + 2 . n Na₂SO₄ (1)

n Na₂SO4 = 2 . nFeS₂ = 0,002 . 2 = 0,004 mol (2)

=> n NaNO₃ = 0,04 – 0,004 . 2 = 0,392 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N là:

n HNO₃ = n NaNO₃ + n NO₂ = 0,392 + 0,07 = 0,462 (mol)

=> C% HNO₃ = (0,462 . 63) : 63 . 100% = 46,2%

Đáp án B

Câu 6: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,15 mol AgNO₃ và 0,2 mol Cu(NO₃)₂. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 12,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Ag+ = 0,1 mol;  n_Cu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag⁺ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1    

=> m_tăng = 0,15.108 – 0,075.56 = 12 < 12,8

=> Ag⁺ phản ứng hết;  Cu²⁺ phản ứng 1 phần

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

=> m_tăng = 64x – 56x = 8x

+) tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

m_tăng = 12 + 8x = 12,8  => x = 0,1 mol

=> m_{kim loại bám vào} = m_Ag+ m_Cu = 22,6 gam

Câu 7: Cho 8,4 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO₃ 2M và Cu(NO₃)₂ 1M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Fe = 0,15 mol;  n_AgNO3 = 0,2mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,1 mol

Nhận xét: 2n_Fe > n_Ag

=> không xảy ra phản ứng Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺

 => Fe tạo muối Fe²⁺

n_{e Fe cho tối đa} = 0,15.2 = 0,3 mol

n_{e Ag+ nhận tối đa} = 0,2 mol

n_{e Cu2+ nhận tối đa} = 0,1.2 = 0,2 mol

Ta thấy : 0,2 < n_{e Fe cho tối đa}< 0,2 + 0,2

=> Ag⁺ phản ứng hết, Cu²⁺ phản ứng 1 phần

=> n_{e Cu2+ nhận tạo Cu} = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol  => n_Cu = 0,05 mol

=> m = m_Ag + m_Cu = 0,2.108 + 0,05.64 = 24,8 gam.

Câu 8: Cho a gam Fe tác dụng với dung dịch HNO₃ thu được 2,24 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc), dung dịch X và còn dư 5,6 gam Fe. Cô cạn X thu được b gam muối khan. Giá trị của a, b lần lượt là

A. 14,0; 27,0.

B. 8,4; 27,0.

C. 14,0; 36,3.

D. 11,2; 27,0.

Hướng dẫn giải chi tiết:

${\mathrm{n}}_{\mathrm{NO}}=\frac{2,24}{22,4}=0,1\mathrm{mol}$

Do sau phản ứng còn dư Fe nên muối thu được là muối sắt (II)

Quá trình cho nhận electron:

Bảo toàn electron: 2n_{Fe phản ứng} = 3n_NO

$\to {\mathrm{n}}_{\mathrm{Fe}\mathrm{phan}\mathrm{ung}}=\frac{3.0,1}{2}=0,15\mathrm{mol}$

Ta có: a = m_{Fe phản ứng} + m_{Fe dư} = 0,15.56 + 5,6 = 14 gam

Bảo toàn nguyên tố:

${\mathrm{n}}_{\mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2}={\mathrm{n}}_{\mathrm{Fe}\mathrm{phan}\mathrm{ung}}=0,15\mathrm{mol}$

$\to \mathrm{b}={\mathrm{m}}_{\mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2}=0,15.180=27\mathrm{gam}$

Chọn A.

Câu 9: Cho a gam Fe vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm HNO₃ 0,8M và Cu(NO₃)₂ 1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,92a gam hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N⁺⁵). Giá trị của a là

A. 8,4.

B. 11,0.

C. 11,2.

D. 5,6.

Hướng dẫn giải chi tiết:

$$\begin{gathered} {\mathrm{n}}_{{\mathrm{HNO}}_3}=0,08\mathrm{mol}; \\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{Cu}}^{2+}}=0,1\mathrm{mol} \end{gathered}$$

$\to {\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}^{+}}={\mathrm{n}}_{{\mathrm{NO}}_3^{-}}=0,08\mathrm{mol}$

Gọi số mol của Fe phản ứng là x mol

Quá trình cho nhận electron:

Bảo toàn electron: 2x = 0,06 + 0,2

→ x = 0,13

Ta có: m_giảm = a – 0,92a = 0,08a gam

Lại có m_giảm = m_{Fe phản ứng} – m_Cu = 0,13.56 – 0,1.64 = 0,88 gam

→ 0,08a = 0,88

→ a = 11

Chọn B.

Câu 10: Cho m gam bột Fe vào dung dịch HNO₃ lấy dư, ta được hỗn hợp gồm hai khí NO₂ và NO có thể tích 8,96 lít (đktc) và tỉ khối đối với O₂ bằng 1,3125. Thành phần phần trăm theo thể tích của NO, NO₂ và khối lượng m của Fe đã dùng là

A. 25% và 75%; 1,12 gam.

B. 25% và 75%; 11,2 gam.

C. 35% và 65%; 11,2 gam.

D. 45% và 55%; 1,12 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt số mol của NO₂ và NO là x và y

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}46\mathrm{x}+30\mathrm{y}=1,3125.32.0,4\\ \mathrm{x}+\mathrm{y}=0,4\end{array}\right. \\ \to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{x}=0,3\\ \mathrm{y}=0,1\end{array}\right. \\ \to \left\{\begin{array}{l}\%{\mathrm{NO}}_2=75\%\\ \%\mathrm{NO}=25\%\end{array}\right. \end{gathered}$$

Áp dụng định luật bảo toàn electron cho các chất khử và oxi hóa ta có:

$$\begin{gathered} 3{\mathrm{n}}_{\mathrm{Fe}}={\mathrm{n}}_{{\mathrm{NO}}_2}+3{\mathrm{n}}_{\mathrm{NO}} \\ \to {\mathrm{n}}_{\mathrm{Fe}}=0,2\mathrm{mol} \\ \to {\mathrm{m}}_{\mathrm{Fe}}=0,2.56=11,2\mathrm{gam} \end{gathered}$$

Chọn B.

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học hay khác:

Lí thuyết về Tinh bột (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về Saccarozơ (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về Hiđroxit lưỡng tính (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về Hiệu suất phản ứng (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về Peptit (2024) chi tiết nhất