Bài 1 trang 198 SGK hóa học 12 nâng cao. Hãy cho biết : a) Vị trí của sắt trong bảng tuần hoàn; b) Cấu hình electron của nguyên tử và của các ion sắt; c) Tính chất hóa học cơ bản của sắt ( dẫn ra những phản ứng minh họa, viết phương trình hóa học) Giải: a) Vị trí của \(Fe\) trong bảng tuần hoàn: Sắt nằm ở ô thứ 26; chu kì 4; nhóm VIIIB. b) Cấu hình electron của nguyên tử và của các ion sắt: Cấu hình e của \(Fe\) \({\rm{ }}1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^6}4{s^2}\) . Cấu hình e của \(F{e^{2 + }}\): \(1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^6}.\) Cấu hình e của \(F{e^{3 + }}\): \(1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^6}3{d^5}.\) c) Tính chất hóa học cơ bản của sắt: Tính chất hóa học cơ bản của Fe là tính khử. Nguyên tử Fe có thể bị oxi hóa thành ion \(F{e^{2 + }}\) hoặc \(F{e^{3 + }}\) tùy thuộc vào chất oxi hóa đã tác dụng với sắt. + Với chất oxi hóa mạnh, \(Fe\) bị oxi hóa thành \(F{e^{3 + }}\) \((Fe_{}^0 - 3e \to Fe_{}^{3 + })\) \(\eqalign{ & 2Fe + 3Cl_2^{}\buildrel {{t^0}} \over \longrightarrow 2FeC{l_3} \cr & Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}4HNO_{3\text{ loãng}}\buildrel {} \over \longrightarrow Fe{\left( {N{O_3}} \right)_3} + {\rm{ }}NO \uparrow + {\rm{ }}2{H_2}O. \cr & Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}6HNO_{3\text{ đặc nóng}}\buildrel {} \over \longrightarrow Fe{\left( {N{O_3}} \right)_3} + {\rm{ }}3N{O_2} \uparrow + {\rm{ }}3{H_2}O \cr & 2Fe + 6{H_2}SO_{4\text{ đặc nóng}} \to F{e_2}{\left( {S{O_4}} \right)_3} + 3S{O_2} \uparrow + 6{H_2}O \cr} \) + Với chất oxi hóa yếu, \(Fe\) bị oxi hóa thành \(F{e^{2 + }}(Fe_{}^0 - 2e \to Fe_{}^{2 + })\) \(\eqalign{ & Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}2HCl \to FeC{l_2} + {\rm{ }}{H_2} \cr & Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}{H_2}SO_{4\text{ loãng}}\buildrel {} \over \longrightarrow FeS{O_4} + {H_2} \cr & Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}S \to FeS \cr & Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}CuS{O_4} \to FeS{O_4} + {\rm{ }}Cu \downarrow \cr} \) Bài 2 trang 198 SGK hóa học 12 nâng cao. Đốt nóng một ít bột sắt trong bình đựng khí oxi. Sau đó để nguội và cho vào bình đựng dung dịch \(HCl\). Lập luận về các trường hợp có thể xảy ra và viết các phương trình hóa học. Giải: *Trường hợp 1: Oxi đủ hoặc dư, sắt cháy hết trong oxi. \(\eqalign{ & 4Fe + 3{O_2}\buildrel {t_{}^0} \over \longrightarrow 2F{e_2}{O_3} \cr & 3Fe + 2{O_2}\buildrel {t_{}^0} \over \longrightarrow F{e_3}{O_4} \cr} \) Chất rắn thu được sau khi đốt gồm \(F{e_2}{O_3}\) và \(F{e_3}{O_4}\). \(\eqalign{ & Fe_2^{}O_3^{} + 6HCl\buildrel {} \over \longrightarrow 2FeCl_3^{} + 3H_2^{}O \cr & Fe_3^{}O_4^{} + 8HCl\buildrel {} \over \longrightarrow 2FeCl_3^{} + FeCl_2^{} + 4H_2^{}O \cr} \) *Trường hợp 2: Oxi thiếu, sắt còn dư \(\eqalign{ & 4Fe + 3O_2^{}\buildrel {{t^0}} \over \longrightarrow 2F{e_2}{O_3} \cr & 3Fe + 2{O_2}\buildrel {{t^0}} \over \longrightarrow F{e_3}{O_4} \cr} \) Chất rắn thu được sau khi đốt gồm \(F{e_2}{O_3}\), \(F{e_3}{O_4}\) và \(Fe\) còn dư Hòa tan hỗn hợp này vào dung dịch \(HCl\) sẽ có hai trường hợp xảy ra: +Trường hợp 1: \(HCl\) dư \(\eqalign{ & F{e_2}{O_3} + 6HCl\buildrel {} \over \longrightarrow 2FeC{l_3} + 3{H_2}O \cr & F{e_3}{O_4} + 8HCl\buildrel {} \over \longrightarrow 2FeC{l_3} + FeC{l_2} + 4{H_2}O \cr & Fe_\text{dư}^{} + 2HCl\buildrel {} \over \longrightarrow FeC{l_2} + {H_2} \uparrow \cr} \) +Trường hợp 2: \(HCl\) thiếu \(Fe\) chưa phản ứng hết sẽ tác dụng với \(FeC{l_3}\) \(Fe + 2FeCl_3^{}\buildrel {} \over \longrightarrow 3FeCl_2^{}\) Bài 3 trang 198 SGK hóa học 12 nâng cao. Hãy dùng hai thuốc thử tự chọn để có thể phân biệt được các kim loại sau: \(Al; Fe; Mg; Ag\). Trình bày cách nhận biết và viết các phương trình hóa học. Giải: Chọn dung dịch \(HCl\) và dung dịch \(NaOH\). Dùng dung dịch \(HCl\) *Cho 4 mẫu kim loại tác dụng với dung dịch \(HCl\) dư: Mẫu tan và sủi bọt khí là: \(Al; Fe; Mg\). Mẫu còn lại là \(Ag\). \(\eqalign{ & Mg + 2HCl\buildrel {} \over \longrightarrow MgC{l_2} + {H_2} \uparrow . \cr & Al + 3HCl\buildrel {} \over \longrightarrow AlC{l_3} + {3 \over 2}{H_2} \uparrow . \cr & Fe + 2HCl\buildrel {} \over \longrightarrow FeC{l_2} + {H_2} \uparrow . \cr} \) * Nhỏ từ từ dung dịch \(NaOH\) vào ba dung dịch muối vừa hình thành ở trên cho đến dư. + Mẫu tạo kết tủa trắng đục là \(MgCl_2^{} \Rightarrow Mg\) \(MgCl_2^{} + 2NaOH\buildrel {} \over \longrightarrow Mg(OH)_2^{} \downarrow + 2NaCl.\) + Mẫu tạo kết tủa xanh rêu, hóa nâu ngoài không khí là \(FeCl_2^{} \Rightarrow Fe\) \(\eqalign{ & FeCl_2^{} + 2NaOH\buildrel {} \over \longrightarrow Fe(OH)_2^{} \downarrow + 2NaCl. \cr & 4Fe{(OH)_2} + {O_2} + 2{H_2}O\buildrel {} \over \longrightarrow 4Fe{(OH)_3}. \cr} \) + Mẫu tạo kết tủa và kết tủa tan dần là \(AlCl_3^{} \Rightarrow Al\) . \(\eqalign{ & AlCl_3^{} + 3NaOH\buildrel {} \over \longrightarrow Al(OH)_3^{} \downarrow + 3NaCl. \cr & Al{(OH)_3} + NaOH\buildrel {} \over \longrightarrow Na[Al{(OH)_4}{\rm{]}} \cr} \) Bài 4 trang 198 SGK hóa học 12 nâng cao. Cho một hỗn hợp gồm có \(1,12\) gam \(Fe\) và \(0,24\) gam \(Mg\) tác dụng với \(250\; ml\) dung dịch \(CuS{O_4}\). Phản ứng thực hiện xong, người ta thu được kim loại có khối lượng là \(1,88\) gam. Tính nồng độ mol của dung dịch \(CuS{O_4}\) đã dùng. Giải: Ta có: \(n_{Fe}^{} = 0,02mol;n_{Mg}^{} = 0,01mol\) Độ tăng khối lượng của kim loại sau phản ứng \(\Delta m_\text{tăng}^{} = 1,88 - (0,02.56 + 0,01.24) = 0,52(g)\) \(Mg\) có tính khử mạnh hơn \(Fe\) nên \(Mg\) sẽ ưu tiên phản ứng với \(C{u^{2 + }}\). \(\eqalign{ & Mg + CuSO_4^{}\buildrel {} \over \longrightarrow MgSO_4^{} + Cu.\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 1 \right)\, \cr & \,0,01 \to 0,01\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to0,01 \cr} \) Nếu \(Mg\) đã phản ứng hết thì theo (1) ta có \(\Delta m_\text{tăng}^{} = 0,01.64 - 0,01.24 = 0,4(g)\, < {\rm{ }}0,52{\rm{ }}\left( g \right)\) Như vậy \(Fe\) đã phản ứng với \(C{u^{2 + }}\). Đặt số mol \(Fe\) đã phản ứng là \(x\) (mol) \(\eqalign{ & Mg + CuSO_4^{}\buildrel {} \over \longrightarrow MgSO_4^{} + Cu.\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 1 \right) \cr & 0,01 \to 0,01\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \;\;\to 0,01 \cr & Fe + CuS{O_4}\buildrel {} \over \longrightarrow FeS{O_4} + Cu. \cr & x\, \to \,\,\,x\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\;\;\; \to \,x \cr} \) Chất rắn thu được sau phản ứng : \(\eqalign{ & Cu = \left( {0,01 + x} \right){\rm{ }}mol;{\rm{ }}F{e_\text{dư}} = \left( {0,02 - x} \right){\rm{ }}mol. \cr & \Rightarrow 64.\left( {0,01 + x} \right) + {\rm{ }}56.\left( {0,02 - x} \right) = 1,88 \Rightarrow x{\rm{ }} = 0,015 \cr & \Rightarrow n_{CuS{O_4}}^{} = 0,025 \Rightarrow CM_{{CuS{O_4}}^{}}^{} = {{0,025} \over {0,25}} = 0,1M. \cr} \) Bài 5 trang 198 SGK hóa học 12 nâng cao. Hòa tan \(58\) gam muối \(CuS{O_4}.5{H_2}O\) trong nước , được \(500\; ml\) dung dịch. a) Tính nồng độ mol của dung dịch \(CuS{O_4}\) đã pha chế. b) Cho dần dần mạt sắt đến dư vào dung dịch trên . Trình bày các hiện tượng quan sát được và giải thích. Viết phương trình hóa học dạng phân tử và dạng ion rút gọn. cho biết vai trò các chất tham gia phản ứng.Khối lượng kim loại thu được sau phản ứng tăng hay giảm là bao nhiêu so với ban đầu? Giải: a) \(\eqalign{ & n_{CuS{O_4}}^{} = n_{CuS{O_4}.5{H_2}O}^{} = {{58} \over {250}} = 0,232(mol) \cr & \Rightarrow CM_{{CuS{O_4}}^{}}^{} = {{0,232} \over {0,5}} = 0,464M. \cr} \) b) Cho dần dần mạt sắt vào dung dịch trên đến dư. + Hiện tượng: Xuất hiện kim loại màu đỏ, màu xanh của dung dịch \(CuS{O_4}\) nhạt dần + Phương trình phản ứng: \(Fe + CuS{O_4} \to FeS{O_4} + Cu\,;\,\left( {Fe + C{u^{2 + }} \to F{e^{2 + }} + Cu \downarrow } \right)\) + Vai trò của các chất tham gia: \(Fe\) là chất khử; \(C{u^{2 + }}\) là chất oxi hóa + Độ tăng khối lượng sau phản ứng : \(\Delta m_\text{tăng}^{} = 0,232.(64 - 56) = 1,856(g).\)
