Sắt và hợp chất của sắt: tính chất Fe, Fe(II), Fe(III), nhận biết ion sắt và bài tập có đáp án Hóa 12

Sắt và hợp chất của sắt: Fe là kim loại chuyển tiếp quan trọng với số oxi hóa +2 và +3. Bài viết nêu cấu hình electron, tính chất vật lí và hóa học của sắt, tính chất hợp chất sắt(II), sắt(III), cách nhận biết ion Fe2+, Fe3+, quặng sắt, ví dụ tính toán và bài tập có đáp án Hóa 12.

Sắt và hợp chất của sắt là gì?

Sắt và hợp chất của sắt là nội dung quan trọng của hóa học vô cơ. Sắt (Fe, $Z = 26$) có cấu hình electron $[\text{Ar}]3d^64s^2$, thuộc chu kì $4$, nhóm VIIIB. Sắt là kim loại màu trắng hơi xám, dẻo, dẫn điện và nhiệt tốt, bị nam châm hút; sắt có hai số oxi hóa phổ biến là $+2$ và $+3$, và là kim loại được sử dụng nhiều nhất hiện nay.

Tính chất hóa học của sắt

Tác dụng với	Phản ứng	Số oxi hóa của Fe
Chất oxi hóa yếu ($\ce{S}$, $\ce{H+}$, $\ce{Cu^{2+}}$)	$\ce{Fe + S -> FeS}$; $\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2}$; $\ce{Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu}$	$+2$
Chất oxi hóa mạnh ($\ce{Cl2}$, $\ce{HNO3}$, $\ce{H2SO4}$ đặc nóng)	$\ce{2Fe + 3Cl2 -> 2FeCl3}$; $\ce{Fe + 4HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO + 2H2O}$	$+3$
Oxygen	$\ce{3Fe + 2O2 ->[t] Fe3O4}$	$+2$ và $+3$

Fe bị thụ động hóa trong $\ce{HNO3}$ đặc, nguội và $\ce{H2SO4}$ đặc, nguội.

Ví dụ 1

Cho $5{,}6$ g Fe tác dụng $\ce{Cl2}$ dư. Tính khối lượng $\ce{FeCl3}$ ($M = 162{,}5$).

$n_{\ce{Fe}} = 0{,}1$ mol nên $m = 16{,}25$ g.

Ví dụ 2

Cho $5{,}6$ g Fe tác dụng dung dịch HCl dư. Tính khối lượng $\ce{FeCl2}$ ($M = 127$) và thể tích $\ce{H2}$.

$m_{\ce{FeCl2}} = 12{,}7$ g; $V_{\ce{H2}} = 2{,}479$ L.

Hợp chất sắt(II) và sắt(III)

Hợp chất	Tính chất chính	Phản ứng
$\ce{Fe(OH)2}$ (trắng xanh)	Dễ bị oxi hóa trong không khí	$\ce{4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O -> 4Fe(OH)3}$ (nâu đỏ)
Muối $\ce{Fe^{2+}}$ ($\ce{FeCl2}$, $\ce{FeSO4}$)	Tính khử là chủ yếu	$\ce{10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 -> 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O}$
$\ce{Fe2O3}$ (đỏ nâu), $\ce{Fe(OH)3}$	Oxide/base: tan trong acid	$\ce{Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O}$
Muối $\ce{Fe^{3+}}$	Tính oxi hóa	$\ce{2FeCl3 + Fe -> 3FeCl2}$; $\ce{2FeCl3 + Cu -> 2FeCl2 + CuCl2}$

Ví dụ 3

Nhận biết dung dịch $\ce{FeCl2}$ và $\ce{FeCl3}$.

Thêm $\ce{NaOH}$: $\ce{FeCl2}$ cho kết tủa trắng xanh hóa nâu đỏ dần; $\ce{FeCl3}$ cho kết tủa nâu đỏ ngay. Hoặc dùng $\ce{KSCN}$: chỉ $\ce{Fe^{3+}}$ cho dung dịch đỏ máu.

Xem bài: Phức chất

Xem bài: Đặc điểm của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất

Quặng sắt

Quặng quan trọng: hematite $\ce{Fe2O3}$ (đỏ), magnetite $\ce{Fe3O4}$ (đen, có từ tính), pyrite $\ce{FeS2}$, siderite $\ce{FeCO3}$. Sắt được sản xuất chủ yếu để luyện gang, thép.

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Viết cấu hình electron của $\ce{Fe}$, $\ce{Fe^{2+}}$, $\ce{Fe^{3+}}$.
Cho $11{,}2$ g Fe tác dụng $\ce{S}$ dư. Tính khối lượng FeS ($M = 88$).
Viết phương trình $\ce{Fe2O3}$ tác dụng $\ce{H2SO4}$ loãng.
Hiện tượng khi nhỏ $\ce{NaOH}$ vào dung dịch $\ce{FeSO4}$ rồi để ngoài không khí?
Dung dịch $\ce{FeCl3}$ hòa tan được Cu không? Viết phương trình.

Đáp án

$\ce{Fe}$: $[\text{Ar}]3d^64s^2$; $\ce{Fe^{2+}}$: $[\text{Ar}]3d^6$; $\ce{Fe^{3+}}$: $[\text{Ar}]3d^5$.
$n = 0{,}2$ mol nên $m = 17{,}6$ g.
$\ce{Fe2O3 + 3H2SO4 -> Fe2(SO4)3 + 3H2O}$.
Xuất hiện kết tủa trắng xanh $\ce{Fe(OH)2}$, dần chuyển sang nâu đỏ $\ce{Fe(OH)3}$.
Có: $\ce{2FeCl3 + Cu -> 2FeCl2 + CuCl2}$.