Lý thuyết về Sắt

Lý thuyết về Sắt gồm chi tiết đầy đủ các nội dung liên quan đến tính chất vật lí, tính chất hóa học của sắt. Bên cạnh đó là các nội dung câu hỏi luyện tập dưới hình thức trắc nghiệm, bám sát chương trình hóa học 12 cũng như ôn luyện cho kì thi THPT Quốc gia. 

I. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

Sắt nằm ở ô số 26, nhóm VIIIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn. Cấu hình electron: [Ar]3d64s2. Nguyên tử sắt dễ dàng nhường đi 2 hoặc 3 electron để trở thành ion Fe2+ hoặc Fe3+.

II. Tính chất vật lí 

• Sắt là kim loại trắng hơi xám, là kim loại nặng (D = 7,9 g/cm³), nóng chảy ở 1540^oC.
• Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt và có tính nhiễm từ.

III. Tính chất hóa học

Sắt là kim loại có tính khử trung bình. Khi tác dụng với chất oxi hóa yếu, sắt bị oxi hóa lên số oxi hóa +2, với chất oxi hóa mạnh, sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +3.

1. Tác dụng với phi kim

Ở nhiệt độ cao, sắt khử nguyên tử phi kim thành ion âm và bị oxi hóa đến số oxi hóa +2 hoặc + 3.

1.1. Tác dụng với oxi

Khi đun nóng, oxi oxi hóa sắt đến số oxi hóa +2 và +3.

3Fe + 2O₂ Fe₃O₄

1.2. Tác dụng với clo

Clo oxi hóa sắt đến số oxi hóa +3.

2Fe + 3Cl₂ 2FeCl₃

1.3. Tác dụng với lưu huỳnh

Sắt bị lưu huỳnh oxi hóa đến số oxi hóa +2. 

Fe + S FeS

2. Tác dụng với axit

2.1. Với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng

Fe khử ion H⁺ của các dung dịch axit HCl, H₂SO₄ loãng thành H₂, còn Fe bị oxi hóa đến số oxi +2.

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2.2. Với dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng

Sắt bị oxi hóa lên số oxi hóa cao nhất là +3 khi tác dụng với dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc nóng.

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Lưu ý: Fe bị thụ động trong dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nguội.

3. Tác dụng với dung dịch muối

Sắt 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 đến số oxi hóa +2.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

4. Tác dụng với nước

Sắt không phản ứng được với nước ở nhiệt độ thường, nhưng ở nhiệt độ cao, sắt khử hơi nước tạo ra H₂ và Fe₃O₄ hoặc FeO.

3Fe + 4H₂O ​ Fe₃O₄ + 4

Fe + H₂O ​ FeO + H₂

Sắt khử hơi nước ở nhiệt độ cao

IV. Trạng thái tự nhiên

• Sắt chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất, đứng thứ 2 trong các kim loại (sau nhôm).
• Sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất trong tự nhiên (quặng sắt): quặng manhetit (Fe₃O₄), quặng hematit đỏ (Fe₂O₃), quặng hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O), quặng xiderit (FeCO₃), quặng pirit (FeS₂).

• Sắt còn có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu, có nhiệm vụ vận chuyển oxi, duy trì sự sống.
• Sắt tự do có trong các thiên thạch từ Vũ Trụ rơi vào Trái Đất.