Tóm tắt lý thuyết 1. Hợp chất Sắt (II) Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) là tính khử. $Fe^{2+} → Fe^{3+} + 1e$ Sắt (II) oxit Tính chất vật lí: \(FeO\) là chất rắn, màu đen. Tính chất hóa học: \(3FeO+10HNO_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}\). \(3Fe(NO_{3})_{3}+NO+5H_{2}O\) Điều chế: \(Fe_{2}O_{3}+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeO+CO_{2}\uparrow\) Sắt (II) hidroxit Tính chất vật lí: \(Fe(OH)_2\) nguyên chất là chất rắn, màu trắng hơi xanh, không tan trong nước Tính chất hóa học: \(\begin{array}{*{20}{c}} {FeC{l_2} + {\rm{ }}2NaOH{\rm{ }} \to {\rm{ }}Fe{{\left( {OH} \right)}_2} \downarrow + {\rm{ }}2NaCl}\\ {4Fe{{\left( {OH} \right)}_2} + {\rm{ }}{O_2} + {\rm{ }}2{H_2}O{\rm{ }} \to {\rm{ }}4Fe{{\left( {OH} \right)}_3} \downarrow } \end{array}\) Điều chế: Điều chế trong điều kiện không có không khí. \({FeC{l_2} + {\rm{ }}2NaOH{\rm{ }} \to {\rm{ }}Fe{{\left( {OH} \right)}_2} \downarrow + {\rm{ }}2NaCl}\) Muối Sắt (II) Tính chất vật lí: Tan trong nước, đa số kết tinh thường ở dạng ngậm nước. Ví dụ: FeSO4.7H2O; FeCl2.4H2O Tính chất hóa học: \(FeCl_{2} +2Cl_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeCl_{3}\) Điều chế: Cho Fe (hoặc FeO; Fe(OH)2) tác dụng với HCl hoặc H2SO4 loãng. \(\begin{array}{*{20}{c}} {Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}2HCl{\rm{ }} \to {\rm{ }}FeC{l_2} + {\rm{ }}{H_2} \uparrow }\\ {FeO{\rm{ }} + {\rm{ }}{H_2}S{O_4} \to {\rm{ }}FeS{O_4} + {\rm{ }}{H_2}O} \end{array}\). Dung dịch muối sắt (II) điều chế được phải dùng ngay vì trong không khí sẽ chuyển dần thành muối sắt (III). 2. Hợp chất của Sắt (III) Tính chất hoá học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hoá. $Fe^{3+} + 1e → Fe2+$ $Fe^{3+} + 2e → Fe$ Sắt (III) oxit Tính chất vật lí: \(Fe_2O_3\) là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước Tính chất hóa học: \(F{e_2}{O_3} + {\rm{ }}6HCl{\rm{ }} \to {\rm{ }}2FeC{l_3} + {\rm{ }}3{H_2}O\). \(Fe_{2}O_{3}+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeO+CO_{2}\uparrow\) Điều chế: \(Fe(OH)_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{2}O_{3}+3H_{2}O\) Sắt (III) hidroxit Tính chất vật lí: \(Fe(OH)_3\) là chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước Tính chất hóa học: \(2Fe{\left( {OH} \right)_3} + {\rm{ }}3{H_2}S{O_4} \to {\rm{ }}F{e_2}{\left( {S{O_4}} \right)_3} + {\rm{ }}6{H_2}O\) Điều chế: Dung dịch kiềm + dung dịch muối sắt (III). \(FeC{l_3} + {\rm{ }}3NaOH{\rm{ }} \to {\rm{ }}Fe{\left( {OH} \right)_3} \downarrow + {\rm{ }}3NaCl\) Muối Sắt (III) Tính chất vật lí: Đa số các muối sắt (III) tan trong nước, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước. Ví dụ: \(FeCl_3.6H_2O; Fe_2(SO_4)_3.9H_2O\) Tính chất hóa học: \(Fe+2FeCl_{3}\rightarrow 3FeCl_{2}\). \(Cu+2FeCl_{3}\rightarrow CuCl_{2}+2FeCl_{2}\) Bài tập minh họa 1. Bài tập Hợp chất của Sắt - Cơ bản Bài 1: Muối $Fe^{2+}$ làm mất màu dung dịch $KMnO_4$ trong môi trường axít tạo ra ion $Fe^{3+}$. Còn ion $Fe^{3+}$ tác dụng với $I^{-}$ tạo ra $I_2$ và $Fe^{2+}$. Sắp xếp các chất oxi hoá $Fe^{3+}$, $I_2$ và $MnO_4^{-}$ theo thứ tự mạnh dần: Hướng dẫn: Muối $Fe^{2+}$ làm mất màu dung dịch $KMnO_4$ trong môi trường axít tạo ra ion $Fe^{3+}$. ⇒ tính oxi hóa của $Fe^{3+} < MnO_4^{-}$ Còn ion $Fe^{3+}$ tác dụng với $I^{-}$ tạo ra $I_2$ và $Fe^{2+}$. ⇒ Tính oxi hóa của $I_2 < Fe^{3+}$ Vậy thứ tự chất oxi hóa mạnh dần là: $I_2 < Fe^{3+} < MnO_4^{-}$. Bài 2: Nhúng một lá sắt nhỏ vào dd chứa một trong những chất sau: $FeCl_3$, $AlCl_3$, $CuSO_4$, $Pb(NO_3)_2$, $NaCl$, $HNO_3$ (loãng, dư), $H_2SO_4$ (đặc, nóng, dư), $NH_4NO_3$, $AgNO_3$ thiếu. Số trường hợp phản ứng tạo muối $Fe(II)$ là? Hướng dẫn: +) $Fe + AlCl_3, NaCl, NH_4NO_3$ không phản ứng. +) $Fe + HNO_3$ (loãng, dư), $H_2SO_4$ (đặc, nóng, dư) sắt đều bị đưa về hóa trị cao nhất tức $Fe (III)$ +) $Fe + FeCl_3$ tạo $FeCl_2$ +) $Fe + CuSO_4$ tạo $FeSO_4$ +) $Fe + Pb(NO_3)_2$ tạo $Fe(NO_3)_2$ +) $Fe + AgNO_3$ ( thiếu) tạo $Fe(NO_3)_2$ Lưu ý: Nếu $AgNO_3$ dư thì tạo $Fe (III)$ do: $Fe(NO_3)_2 + AgNO_3 → Fe(NO_3)_3 + Ag$ ⇒ Các dung dịch tạo được muối sắt II là: $FeCl_3, CuSO_4, Pb(NO_3)_2, AgNO_3$. Bài 3: Để hòa tan hoàn toàn m gam bột $Fe_2O_3$ cần dùng vừa đủ 300ml dung dịch $HCl$ 1M. Sau phản ứng thu được dung dịch $Y$. Tính giá trị của $m$? Hướng dẫn: $n_{HCl} = 0,3$ mol $Fe_2O_3 + 6HCl → 2FeCl_3 + 3H_2O$ 0,05 0,3 ⇒ \(m_{Fe_{2}O_{3}} = 0,05.160 = 8 \) gam Bài 4: Cho $100ml$ dung dịch $FeCl_2$ 1,2M tác dụng với $200ml$ dung dịch $AgNO_3$ 2M thu được m gam kết tủa. Giá trị của $m$ là? Hướng dẫn: $3 AgNO_3 + FeCl_2 → Fe(NO_3)_3 + 2 AgCl↓ + Ag↓$ Mà $n_{AgNO_3} = 0,4$ mol; $n_{FeCl_2} = 0,12$ mol => $AgNO_3$ dư ⇒ $n_{Ag} = 0,12$ mol; $n_{AgCl} = 0,24$ mol ⇒ $m = m_{Ag} + m_{AgCl} = 47,4 $ g 2. Bài tập Hợp chất của Sắt - Nâng cao Bài 1: Hòa tan $m$ gam hỗn hợp $A$ gồm $FeO$ vào $Fe_2O_3$ bằng lượng vừa đủ dung dịch $HCl$, sau phản ứng thu được dung dịch $B$. Cho một nửa dung dịch $B$ tác dụng với dung dịch $NaOH$ dư, kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được $40$ gam chất rắn. Cho một nửa dung dịch $B$ còn lại tác dụng với lượng dư dung dịch $AgNO_3$, thu được $208,15$ gam chất rắn. Giá trị của $m$ là: Hướng dẫn: Dung dịch $B$ sau phản ứng sẽ gồm: $Fe^{2+}, Fe^{3+}, Cl^{-}.$ $40$ g chất rắn chính là $Fe_2O_3$ ⇒ $n_{Fe} = 0,5$ mol. Gọi $a, b$ lần lượt là số mol của $Fe^{2+}, Fe^{3+}$ Ta có: $a + b = 0,5$ (1) Bảo toàn điện tích dd $B$ có $n_{Cl^{-}} = 2n_{Fe^{2+}} + 3n_{Fe^{3+}} = 2a + 3b$ Cho $1$ nửa dd $B$ tác dụng với $AgNO_3$ dư thu được kết tủa gồm $AgCl$ và $Ag$ $Ag^{+} + Cl^{-} → AgCl $ $Fe^{2+} + Ag^{+} → Fe^{3+} + Ag$ $2a+3b$ $2a+3b$ $ a $ $ a$ Ta có $143,5(2a + 3b) + 108a = 208,15 (2)$ Từ 1 và 2 ⇒ $a = 0,2 và b = 0,3$ ⇒ $m = 2.(0,2.72 + 0,3.160) = 124,8g$ Bài 2: Cho $8,16$ gam hỗn hợp $X$ gồm $Fe, FeO, Fe_3O_4 và Fe_2O_3$ phản ứng hết với $250$ ml dung dịch $HNO_3$ x mol/lit (loãng), thu được $1,344$ lít $NO$ (đktc) và dung dịch $Z$. Dung dịch $Z$ hòa tan tối đa $5,04$ gam $Fe$, sinh ra khí $NO$. Biết trong các phản ứng, $NO$ là sản phẩm khử duy nhất của $N^{+5}$. Giá trị của $x$ là: Hướng dẫn: Vì $Z + Fe$ → khí $NO$ ⇒ $HNO_3$dư và $Fe → Fe^{3+}$ ⇒ $X$ phản ứng hết qui về: $a$ mol $Fe$ và $b$ mol $O$ ⇒ $m_X = 56a + 16b = 8,16g$ và Bảo toàn e: $3n_{Fe} = 3n_{NO} + 2n_{O}$ ⇒ $3a – 2b = 0,18$ mol ⇒ $a = 0,12; b = 0,09$ $Fe + 2Fe^{3+} → 3Fe^{2+}$ $3Fe + 8H^{+} + 2NO^{3-} → 3Fe^{2+} + 2NO + 4H_2O$ (vì hòa tan tối đa) ⇒ $n_{Fe} sau = \frac{1}{2} n_{Fe^{3+}} + \frac{3}{8} n_{H^{+}}$ dư ⇒ $n_{H^{+}}$ dư = 0,08 mol ⇒ $n_{HNO_{3}}$ bđ $= 0,08 + 4n_{NO} + 2n_{O} = 0,5$ mol ⇒ $x = 2 M$ Theo LTTK Education tổng hợp
