Iron và hợp chất của iron

I. Vị trí, cấu hình nguyên tử và tính chất vật lý của iron

1. Vị trí, cấu hình electron nguyên tử

- Iron nằm ở ô số 26, nhóm VIIB, chu kì 4 trong bảng tuần hoàn.

- Cấu hình electron:

Fe (Z = 26): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

- Nguyên tử iron dễ dàng nhường đi 2 hoặc 3 electron để trở thành ion Fe² hoặc Fe³⁺.

2. Tính chất vật lý của iron

- Iron là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ cao.

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

- Iron là kim loại nặng (D = 7,9 g/cm³)

II. Iron tác dụng với phi kim

- Tính chất hóa học cơ bản của iron là tính khử trung bình:

Chú ý dạng câu hỏi lí thuyết: Chất vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử, phải xem xét ion Fe³⁺  (chỉ có tính oxi hóa) và các ion mang điện tích âm (có thể có tính khử). Ví dụ FeCl₃ vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.

Iron tác dụng với phi kim

- Với phi kim là chất oxi hóa mạnh như clo, … Fe bị oxi hóa thành Fe³⁺

2Fe + 3Cl₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2FeCl₃

- Với oxygen tạo ra oxide iron từ (có thể tạo ra hỗn hợp FeO và Fe₂O₃)

3Fe + 2O₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Fe₃O₄

- Với phi kim là chất oxi hóa trung bình như S thì Fe bị oxi hóa thành Fe²⁺

Fe + S \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) FeS

III. Iron tác dụng với dung dịch acid

- Fe tác dụng với acid HCl và H₂SO₄ loãng sinh ra muối Fe²⁺ và khí H₂

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

- Fe tác dụng với acid HNO₃ và H₂SO₄ đặc nóng sinh ra muối Fe³⁺ và sản phẩm khử

Fe  \(\xrightarrow{{ + \,HN{O_3},\,{H_2}S{O_4}\,đặc,\,{t^o}}}\) Fe³⁺  +  sản phẩm khử của \(\mathop N\limits^{ + 5} ,\,\,\mathop S\limits^{ + 6} \,\) +  H₂O (*)

- Đối với phản ứng (*) nếu Fe dư thì:   

Fe + 2Fe³⁺  → 3Fe²⁺

IV. Iron tác dụng với dung dịch muối và hơi nước

1. Tác dụng với dung dịch muối

Iron đẩy được các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa của kim loại ra khỏi dung dịch muối. Trong các phản ứng này, Fe thường bị oxi hóa hoá thành Fe²⁺.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Fe  +  2AgNO₃  → Fe(NO₃)₂   +   2Ag (1)

- Nếu Fe dư thì sau phản ứng thu được: chất rắn gồm Ag và Fe dư, dung dịch chỉ có Fe(NO₃)₂

- Nếu AgNO₃ dư thì xảy ra phản ứng:

AgNO₃  +  Fe(NO₃)₂  → Fe(NO₃)₃  +  Ag (2)

Sau phản ứng thu được: chất rắn chỉ có Ag (1+2); dung dịch chứa Fe(NO₃)₃ và AgNO₃ dư.

2. Tác dụng với hơi nước

Iron chỉ khử được hơi nước ở nhiệt độ cao, tạo H₂ và Fe₃O₄ hoặc FeO.

\(3Fe\,\, + \,\,4{H_2}O\,\,\xrightarrow{{ < {{570}^o}C}}\,\,F{e_3}{O_4}\, + \,4{H_2}\)

\(Fe\,\, + \,\,{H_2}O\,\,\xrightarrow{{ > {{570}^o}C}}\,\,FeO\, + \,{H_2}\)

V. Trạng thái tự nhiên của iron

- Iron tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất trong tự nhiên (quặng iron):

+ Quặng hematite đỏ chứa Fe₂O₃ khan, quặng hematite nâu chứa Fe₂O₃.nH₂O

+ Quặng magnetite chứa Fe₃O₄ là quặng giàu iron nhất.

+ Quặng siderite chứa FeCO₃, quặng pyrite chứa FeS₂.

- Iron còn có trong hemoglobn của máu, vận chuyển oxygen để duy trì sự sống.

- Iron tự do có trong các thiên thạch từ Vũ trụ rơi vào Trái Đất.

VI. Iron (II) oxide

Hợp chất iron (II) vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử:

                   \(Fe\,\,\xleftarrow{{nhận\,e}}\,F{e^{2 + }}\,\xrightarrow{{cho\,e}}\,F{e^{3 + }}\)

Iron (II) oxide – FeO

- FeO là chất rắn màu đen, không tan trong nước, không có trong tự nhiên.

- FeO có các tính chất hóa học của oxide base:

FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O

- FeO là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử mạnh như H₂, CO, Al,...: 

Ví dụ: FeO + H₂ → Fe + H₂O

- FeO là chất khử khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như HNO₃, H₂SO₄ đặc, nóng:

FeO \(\xrightarrow{{ + \,HN{O_3},\,{H_2}S{O_4}\,đặc,\,{t^o}}}\) dung dịch muối Fe³⁺

Ví dụ: 3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O

VII. Iron (II) hydroxide và muối iron (II)

1. Iron (II) hydroxide – Fe(OH)₂

- Fe(OH)₂ là chất rắn màu trắng hơi xanh, là base không tan trong nước.

- Fe(OH)₂ bị oxi hóa trong không khí:

Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃

(trắng xanh)                  (nâu đỏ)

- Fe(OH)₂ dễ bị nhiệt phân:

+ Trong chân không:

Fe(OH)₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) FeO + H₂O

+ Trong không khí:

4Fe(OH)₂ + O₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Fe₂O₃ + 4H₂O

3. Muối iron (II)

- Dễ bị oxi hóa thành muối iron (III): 

Muối Fe²⁺ \(\xrightarrow{{oxi\,\,hóa}}\) muối Fe³⁺  

Ví dụ:      

2FeCl₂  +  Cl₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2FeCl₃

lục nhạt                      vàng nâu

VIII. Iron (III) oxide

- Ion Fe³⁺ nhận 1 hoặc 3e để trở thành Fe²⁺ hoặc Fe => tính chất đặc trưng của hợp chất iron (III) là tính oxi hóa.

- Các hợp chất iron (III) tác dụng với HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, nóng không sinh ra khí.

Iron (III) oxide – Fe₂O₃

- Fe₂O₃ là chất rắn màu đỏ nâu, không tan trong nước.

- Fe₂O₃ là oxide base, dễ tan trong acid mạnh:

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

- Fe₂O₃ là chất oxi hóa:  

Fe₂O₃  \(\xrightarrow{{ + \,Al,\,{H_2},\,CO,\,C}}\)  Fe

PTHH: Fe₂O₃ + Al \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Al₂O₃  +  2Fe

IX. Iron (III) hydroxide và muối iron (III)

1. Iron (III) hydroxide – Fe(OH)₃

- Fe(OH)₃ là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước.

- Fe(OH)₃ là base, dễ tan trong acid mạnh:

Fe(OH)₃ + 3HCl → FeCl₃ + 3H₂O

- Fe(OH)₃ bị nhiệt phân tạo thành oxide:

2Fe(OH)₃ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Fe₂O₃ + 3H₂O

2. Muối iron (III)

- Muối iron (III) có tính oxi hóa, dễ bị khử thành muối iron (II).

PTHH: Fe₂(SO₄)₃ + Cu → 2FeSO₄ + CuSO₄

             2FeCl₃ + H₂S → 2FeCl₂ + 2HCl + S

          (vàng nâu)            (vàng lục)

- Các muối iron (III) bị thủy phân trong môi trường kiềm

PTHH: 2FeCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Fe(OH)₃ + 6NaCl + 3CO₂