TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA HÓA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN ỨNG DỤNG CHẤT DẺO LINH HOẠT & VẬT LIỆU NANO BÁO CÁO HÓA HỌC VÔ CƠ GVHD: Huỳnh Thị Hồng Hoa Sinh viên: 1/ Kim Ngọc Phương Bình 2/ Nguyễn Văn Tâm 3/ Trình Quốc Thanh 4/ Lưu Thanh Tiền 5/ Nguyễn Quốc Vinh Trà Vinh, 2013 MỤC LỤC I Cấu trúc đặc điểm chung: II- Tính chất vật lý III - Tính chất hóa học: III.1 Tính chất hóa học sắt đơn chất: III.2.Tính chất hóa học sắt hợp chất: 10 IV ĐIỀU CHẾ 23 Phương pháp Bexeme(Năm 855): 23 Phương pháp Mactanh(Năm 1860) 24 Phương pháp Tomat(Năm 1878) 24 V Ứng Dụng .25 VI – Tài liệu tham khảo: 26 I Cấu trúc đặc điểm chung: Nhóm VIIIB gồm nguyên tố thuộc họ d chu kỳ 4; 5; thuộc bảng tuần hoàn Gồm: Fe (Ferrum), Co (Cobaltum), Ni (Niccolum), Ru (Ruthenium), Rh (Rhodium), Pd (Palladium), Os (Osmium), Ir (Iridium), Pt (Platinium) Khi so sánh tính chất lý học hóa học nguyên tố nhóm VIIB, người ta thấy nguyên tố sắt, coban niken có tính chất tương tự nhau, nên xếp chung thành họ sắt; nguyên tố lại có tính chất giống theo chiều thẳng đứng, nên xếp chung thành họ platin Nói cách khác, khảo sát tính chất nguyên tố nhóm VIIIB, người ta không xem nhóm nhóm thống nhóm khác, mà xem ba chuyển tiếp nguyên tố nhóm VIIB (Mn, Tc, Re) nhóm IB(Cu, Ag, Au) Tóm tắt sau: Nguyên tử khối, phân bố electron trạng thái hóa trị nguyên tố sau: Về tính chất , nguyên tố thuộc nhóm VIIIB có nét chung sau:  Đều có tính chất kim loại, màu sắc từ xám đến xám trắng; khó nóng chảy khó bay hơi; thể tích nguyên tử thấp  Tất có khả hấp thụ hiđro bề mặt nhiều gây hoạt tính cao hiđro (hiđro hoạt động)  Tất có tác dụng xúc tác cho phản ứng hóa học vô hữu Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 3/ 26  Đều có khuynh hướng tạo phức, đặc trưng phản ứng tạo phức với NH3, với CO với NO  Có khả tạo nhiều hợp chất có hóa trị khác dễ chuyển hóa từ trạng thái hóa trị đến trạng thái hóa trị khác  Đều tạo hợp chất có màu trạng thái tự do( dạng hiđrat hóa )  Hiđroxit chúng có tính bazơ yếu, axit yếu, có tính lưỡng tính  Có lực yếu oxi giảm dần từ trái sang phải; lại có lực mạnh với lưu huỳnh tăng dần từ trái sang phải Về mặt này, nguyên tố nhóm VIIIB tương tự nhóm IB Về cấu hình elcctron, nguyên tố nhóm VIIIB thuộc họ d mà nguyên tử lắp đầy dần obitan d lớp n - l (n số thứ tự chu kỳ) SẮT Cấu tạo sắt a)Cấu hình electron Nguyên tử Fe có 26 electron, phân bố thành lớp: 2e, 8e, 14e, 2e Sắt nguyên tố d, có cấu hình electron nguyên tử: 1s22s22p63s23p63d64s2 hay viết gọn là: Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 4/ 26 Khi tạo ion sắt, nguyên tử Fe nhường electron phân lớp 4s trước phân lớp 3d 2+, Nguyên tử Fe nhường 2e phân lớp 4s tạo ion Fe có cấu hình electron: Nguyên tử Fe nhường 2e phân lớp 4s 1e phân lớp 3d tạo ion Fe3+, có cấu hình electron: Nhận xét: Tương tự nguyên tố Cr, tham gia phản ứng hóa học, nguyên tử Fe không nhường electron phân lớp 4s mà nhường thêm electron phân lớp 3d, tạo ion có điện tích khác Fe2+ Fe3+ Trong hợp chất, Fe có số oxi hóa +2 +3 b) Một số đại lượng nguyên tử Bán kính nguyên tử Fe:0,162 (nm) Bán kính ion Fe2+ Fe3+: 0,076 0,064 (nm) Năng lượng ion hóa I1, I2 I3: 760, 1560 2960 (kJ/mol) Độ âm điện :1,83 Thế điện cực chuẩn E0: Fe2+/Fe:−0,44 (V) E0: Fe2+ Fe3+: +0,77 (V) c) Cấu tạo đơn chất Ở điều kiện thường đến 770oC tồn dạng α - Fe có mạng lập phương tâm khối ; 7700C dạng α - Fe chuyển thành dạng β - Fe, mạng tinh thể không thay đổi độ dài hai nguyên tử tăng lên; đến 910oC chuyển thành dạng y - Fe, mạng tinh thể thay đổi thành mạng lập phương tâm diện; đến 1390 oC lại chuyển thành mạng lập phương tâm khối dạng δ - Fe Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 5/ 26 II- Tính chất vật lý (Niken) (Sắt) (Coban) Nguyên tố họ sắt : Sắt, Coban, Niken Một số thông số hóa lý: Thông số hóa lý Fe Co Ni 3d64s2 3d74s2 3d84s2 Bán kính nguyên tử RK (Å) 1,26 1,25 1,24 Năng lượng ion hóa 1 (eV) 7,78 7,86 7,64 Khối lượng riêng d (g/cm3) 7,9 8,9 8,9 Nhiệt độ nóng chảy tnc (0C) 1536 1495 1455 Nhiệt độ sôi ts (0C) 2740 2900 2730 Electron hóa trị Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 6/ 26 Độ dẫn điện (so với Hg = 1) Độ dẫn nhiệt (Hg = 1) Độ cứng (so với kim cương = 10) Nhiệt thăng hoa kJ/mol 10 10 4-5 418 10 5,5 425 14 424 Hàm lượng vỏ đất (%) 1,5 0,001 0,003 Sắt từ, thuận từ Sắt từ Sắt từ Thế ion hóa I1 (eV) 7,90 7,86 7,63 Thế cực chuẩn -0.44 -0.28 -0.25 1.8 1.6 1,8 Từ tính Độ âm điện - Hoạt tính trung bình giảm từ Fe  Ni, bột mịn cháy - Trong thiên nhiên dạng quặng Tính chất lý học Fe, Co, Ni: - Cả ba nguyên tố kim loại màu trắng có ánh kim ; Fe Co có màu xám, Ni có màu trắng bạc Có tính sắt từ - Sắt niken dễ rèn, dễ dát mỏng Coban cứng giòn (Theo Pauling) - Ở điều kiện thường, khác với tất kim loại, ba nguyên tố Fe, Co, Ni chất sắt từ tức chất bị nam châm hút Tuy nhiên, bốn dạng thù hình Fe, có α - Fe có tính sắt từ, nghĩa tính sắt từ sắt nhiệt độ đến 770oC, nhiệt độ tính sắt từ sắt biến mất, mạng tinh thể không đổi, sắt lại tính thuận từ - Coban có tính sắt từ nhiệt độ l0750C, niken - 3620C; nhiệt độ tính sắt từ coban niken - Một số hợp chất nguyên tố có tính sắt từ, người ta làm giàu quặng sắt phương pháp tử học - Ngoài tính chất bị nam châm hút, tác dụng dòng điện chất sắt từ trở thành nam châm Tuy nhiên, sắt nguyên chất tác dụng nam châm chịu tác dụng dòng điện, thép nam châm hóa sau tác dụng nam châm vĩnh cửu  Một điều cần ý nói đến tính chất lý học sắt cần để ý đến thành phần tạp chất có sắt với hai loại : - Sắt có độ tinh khiết cao có chứa 0,001% tạp chất, có từ tính tốt dễ hàn, tính chất học không cao, độ bền nhiều so với gang loại thép; dùng vật liệu chế tạo - Sắt tinh khiết kỹ thuật gọi thép điện kỹ thuật có chứa 0,02 - 0,04% cacbon, có tạp chất khác oxi , nhơ, lưu huỳnh, photpho có từ tính tết dễ hàn, có tính học cao, dùng làm vật liệu chế tạo Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 7/ 26 Nguyên tố họ Platin Một số thông số hóa lý: Thông số hóa lý Ru Rh Pd Os Ir Pt Khối lượng riêng d (g/cm3) 12,4 12,4 12 22,7 22,6 21,5 Nhiệt độ nóng chảy tnc (0C) 2250 1963 1554 3027 2450 1769 Nhiệt độ sôi ts (0C) 4200 3700 2940 5000 4500 3800 - Kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy, khó sôi - Cơ học chúng khác rõ rệt Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 8/ 26 III - Tính chất hóa học: III.1 Tính chất hóa học sắt đơn chất: Tác dụng với phi kim: Ở điều khiện thường sắt tinh khiết bền với không khí nước sắt lẫn tạp chất bị gỉ: 𝑡0 PTHH: Fe + O2 + 2x H2O → 2[Fe2O3.xH2O] Không phản ứng với phi kim oxi, flo, clo, brom, lưu huỳnh … nhiệt độ thường, phản ứng đun nóng 𝑡0 PTHH: Fe + Cl2 → FeCl3 Tác dụng với axit: a) Tác dụng với H2SO4:  Tác dụng với H2SO4 (đặc, nóng): Sắt bị oxi hóa mạnh thành ion Fe3+, không sinh khí hidro mà khí SO2 PTHH: Fe + H2SO4  Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O  Tác dụng với H2SO4 loãng, HCl: Sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+ sinh khí hidro PTHH: Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 b) Tác dụng với HNO3:  Tác dụng với HNO3 (loãng), HNO3 (đặc, nóng): Sắt bị oxi mạnh không sinh khí hidro mà sinh khí NO, NO2 PTHH: Fe + HNO3 (loãng)  Fe(NO3)3 + NO + H2O  Tác dụng với HNO3 (rất loãng, lạnh): Sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+ sinh khí hidro: PTHH: Fe + HNO3  Fe(NO3)2 + H2  Chú ý: Fe bị thụ động hóa HNO3, H2SO4 (đặc, nguội) Tác dụng với dung dịch muối: Sắt khử ion kim loại đứng sau dãy điện hóa Cu, Ag,… PTHH: Fe + CuSO4  FeSO4 + Cu Tác dụng với nước: Ở nhiệt độ cao, sắt khử nước: PTHH: 𝑡 5700 𝐶 Fe + H2O → Fe3O4 + H2  FeO + H2  Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 9/ 26 III.2.Tính chất hóa học sắt hợp chất: III.2.1 Tính chất hóa học sắt (II): Hóa học phối trí hợp chấc sắt ( II ) Số phối trí Fe(II) ứng với cấu hình tám mặt bốn mặt mặt phẳng vuông + Số phối trí ( tương ứng với kiểu phối trí bác diện ) Fe(II) hợp chất FeO (hình1); FeF2 (hình 2); FeCl2 đa số ion phức [Fe(OH)2]62+ ; [Fe(OH)6]4- … + Một số phức bốn mặt ứng với số phối trí ( tương ứng với kiểu phối trí tứ diện) Fe(II) [FeCl4]2- ; [Fe(NCS)4]2- …  Số phối trí đặt trưng Sắt (II) oxit - Sắt (II) oxit chất bột màu đen, điều chế cách dùng H2 để khử Fe2O3 300oC - Hoặc cách nhiệt phân Fe(II) oxalat ( chất rắn màu vàng) điều kiện không khí: - Hàm lượng sắt FeO thường bé so với hàm lượng nguyên tố ứng với công thức phân tử, nguyên tử Fe chiếm không hoàn toàn mắt mạng lưới tinh thể, ứng với công thức Fe0,95O Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 10/ 26 - Cũng điều chế cách dùng H2 để khử FeCl3 nung nóng : - FeCl2 chất kết tinh màu trắng Ở1500oC ứng với công thức FeCl2, nhiệt độthấp ứng với công thức Fe2Cl4 - Tinh thể hiđrat hóa FeCl2 4H2O tạo làm bay dung dịch sau cho sắt tác dụng với axit HCl Tinh thể màu lam Đểngoài không khí có màu lục bị oxi hóa phần Khi đun nóng nhẹ để H2SO4 đặc chuyển thành FeCl2 2H2O - FeCl2 bị oxi hóa thành Fe2O3 FeCl3 đun nóng không khí: - Sắt(II) bromua iotua điều chết trực tiếp từ sắt halogen - FeBr2 vảy có màu vàng lục, hút ẩm Khi đun nóng đến 300oC chuyển thành Fe2O3 Sắt (II) sunfua - FeS điều chế cách nung kim loại tương ứng với lưu huỳnh, cách cho (NH4)2S tác dụng với dung dịch muối kim loại đó, tạo kết tủa màu đen, thực tế không tan nước Lưu ý kết tủa dể dàng tan axic kể axic yếu axic acetic tạo H2S - Trong không khí ẩm, kết tủa FeS bị oxi hóa thành sunfat cuối tạo thành Fe2O3 - FeS2 điều chế cách nung nóng FeS với S: Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 12/ 26 - Trong không khí ẩm, FeS2 bị oxi hóa chậm tạo FeSO4; nhiệt độ cao tách lưu huỳnh thuận nghịch rõ rệt khoảng 550 – 700 oC; nung không khí tạo Fe2O3 SO2: Các xianua Fe(II) - Xianua sắt (II) dạng tinh khiết chưa biết Khi cho ion Fe2+ tác dụng với ion CN-, kết tủa lắng xuống ban đầu nhanh chóng tạo thành anion phức [Fe(CN)6]4-: - Các hợp feroxianua kim loại kiềm kiềm thổ bền với không khí, với axit, với kiềm, nhiên nung nóng bị phân hủy tác dụng với H2 SO4 đặc nóng tạo CO: - Khi cho HCl đặc tác dụng với dung dịch đậm K4[Fe(CN)6] tạo kết tủa trắng H4[Fe(CN)6] : - Khi đun nóng với axit loãng tạo HCN tự do, tác dụng với CuSO4 tạo kết tủa màu nâu socola Cu2[Fe(CN)6] : Các sunfat Fe(II) - Trong công nghiệp điều chế cách dùng O2 không khí H2O oxi hóa pirit Fe(II) ởnhiệt độ thường: - Trong phòng thí nghiệm điều chế cách hòa tan sắt tinh khiết H2SO4 loãng: Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 13/ 26 - Khi nung nóng tạo muối khan màu trắng nung nóng mạnh tạo Fe2 O3: - FeSO4 tạo dung dịch màu nâu tối tác dụng với khí NO tạo phức chất nitrozo Fe(II) sunfat: - Cũng muối Fe(II) khác, FeSO4 bị oxi hóa chậm để không khí Trong môi trường axit tạo muối Fe(II); mặt axit tạo muối bazơ: - FeSO4 chất khử tốt, khử muối Ag+ muối Au3+ thành kim loại: - Khử HgCl3 ( hợp chất cộng hóa trị) thành Hg2Cl2: - FeSO4 hình thành muối kép với kim loại kiềm amoni: Các nitrat Fe(II) - Sắt(II) nitrat tạo hòa tan sắt HNO3 loãng, lạnh: - Tốt phản ứng trao đổi FeSO4 Pb(NO3)2: - Kết tinh dạng hexahiđrat Fe(NO3)2.6H2O màu xanh sáng nhiệt độ thường, - 10oC kết tinh dạng nonahiđrat Fe(NO3)2 9H2O Khi đun nóng dung dịch sắt(ll) nitrat bị phân hủy tạo thành muối bazơ sắt(III) Muối cacbonat Fe(II) Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 14/ 26 - Muối cacbonat Fe(II) điều chế cách cho dung dịch muối Fe2+ tác dụng với dung dịch muối cacbonat trung tính chẳng hạn Na2CO3 - FeCO3 tan nước có CO2 - Trong không khí chuyển thành sắt( III) - Ở nhiệt độ cao bị phân hủy thành sắt oxit III.2.2.Tính chất hóa học sắt (III): (1) • Sắt (III) oxit tạo ba dạng thù hình α - Fe2O3 dạng thuận từ, dạng γ - Fe2O3 dạng sắt từ dạng δ - Fe2O3 có cấu trúc kiểu corinđon • Khi nung sắt (III) hiđroxit, nói oxit bị hiđrat hóa Fe2O3 nH2O, nhiệt độ thấp 6500C tạo chất rắn dạng bột màu đỏ nâu, nung nhiệt độ cao tạo thành tinh thể màu xám đen không khả tan axit, tương tự Cr2O3, Al2O3 dạng tinh thể : • Fe2O3 Cũng điều chế cách nung FeSO4.7H2O ; FeO muối sắt (II) axit dễ bay khác : Ngoài công nghiệp điều chế cách nung quặng pirit mà thành phần FeS2 • Fe2O3 nóng chảy 15650C thăng hoa 20000C • Fe2O3 tan axit tạo thành ion phức [Fe(OH2)6]3+ không màu ; màu nâu dung dịch muối sắt (III) màu sản phẩm phản ứng thủy phân, tức màu phức hiđroxo - aquo : Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 15/ 26 • Bên cạnh tính chất chủ yếu tính bazơ, Fe2O3 có tính axit tạo thành muối ferit màu vàng đỏ, nung hỗn hợp Na2CO3 + Fe2O3 : Khi nung với C, nung luồng khí CO, H2 khí than đá, Fe2O3 bị khử thành Fe: (2) • Sắt(II, III) oxit ( Fe3O4) có thành phần ứng với khoảng chất oxít sắt từ điều chế cách nung nóng Fe2O3 nhiệt độ 14500C : Khi nung sắt không khí tạo Fe3O4 ( Cùng với sản phẩm khác): • Fe3O4 tạo cho luồng H2O CO2 qua sắt nung đỏ : Cũng điều chế cách cho hỗn hợp hiđro nước qua Fe2O3 nung • Ngoài để điều chế dạng tinh khiết người ta cho dung dịch FeSO4 Fe2(SO4)3 tác dụng với dung dịch KOH, đun sôi thu kết tủa Fe3O4 : làm khô kết tủa khí H2 thu sản phẩm với thành phần Fe3O4.2H2O • Fe3O4 chất bột màu đen, nóng chảy 15400C; nung nhiệt độ cao , phần oxi tạo FeO: Ở trạng thái ẩm, dễ bị oxi hóa không khí tạo Fe2O3: • Khi tác dụng với axit tạo Fe2O3 Và dung dịch muối sắt (II) , sau thêm tiếp axit đến dư, tan hoàn toàn tạo nên muối sắt(II) sắt(III): Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 16/ 26 • Fe3O4 bị (Al, H2), CO khử thành kim loại: • Oxit sắt từ thiên nhiên (manhetit) không tan kiềm axit, lại có độ dẫn điện cao nên dùng làm điện cực số trình điện hóa ,như điện phân muối clorua kim loại kiềm Người ta xem Fe3O4 muối axit ferơ HFeO2 Fe(OH)2 (3) • Sắt (III) hiđroxit chất kết tủa màu đỏ nâu tạo cho tác nhân kết tủa kiềm, amoniac, dung dịch cacbonat tác dụng với muối Fe(III): • Khi đun nóng đến 500 - 7000C nước hoàn toàn biến thành Fe2O3: • Bên cạnh tính chất chủ yếu tính bazơ, Fe(OH)3 thể tính axit yếu ( axit ferơ HFeO2) nên cho Fe(OH)3 tác dụng với kiềm đặc nóng cách nấu chảy với Na2CO3 hay K2CO3 tạo thành muối ferit NaFeO2 hay KFeO2 : • NaFeO2 hay ferit khác bị thủy phân đến kiềm Fe2O3: Người ta lợi dụng phản ứng để điều chế NaOH công nghiệp cách nung hỗn hợp Na2CO3 Fe2O3 11000C: sau cho NaFeO2 thủy phân • Ngoài ferit kim loại kiềm, người ta biết số ferit khác Mg(FeO2)2 Zn(FeO2)2 v.v • Các muối Fe(III) điều chế cách oxi hóa muối Fe(II) Fe(OH)2 axit tương ứng Ví dụ hòa tan Fe(OH)2 HNO3: Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 17/ 26 • Dung dịch muối Fe(III) axit dư, có màu thay đổi từ vàng - nâu đến nâu thẫm, màu sắc màu ion Fe3+ mà dạng keo muối bazơ gây phản ứng thủy phân Bản thân ion Fe3+ không màu, dung dịch dạng hiđrat hóa [Fe(OH2)6]3+ màu vàng nhạt, màu vàng đậm dần trình: Trong môi trường axit dư, màu dung dịch lại phụ thuộc vào chất anion axit thêm vào Ví dụ dung dịch FeF3 thêm axit HCl có màu hồng , dung dịch FeCl3 có màu vàng • Các muối Fe(III) dễ bị khử đến muối Fe(II) chất hiđro sinh , SO2, SnCl2, H2S, KI số kim loại âm điện Zn Ví dụ : (4) • Sắt (III) clorua thu cho khí clo khô qua bột sắt nung nóng đỏ tạo FeCl3 khan : Khi hòa tan sắt axit HCl, sau cho khí clo qua dung dịch, từ dung dịch tinh thể hexahiđrat FeCl3 6H2O tách ra: • FeCl3 khan tinh thể màu đen dạng vẩy phiến, có màu đỏ lựu ánh sáng truyền qua có màu lục ánh sáng phản chiếu Nóng chảy 3000C thành chất lỏng linh động màu đỏ Sôi phân hủy phần 3170C Ở 4400C, tỉ khối ứng với công thức kép Fe2Cl6 (hình 74 ); 7500C ứng với công thức lớn FeCl3; 7500C ứng với phân hủy FeCl3 thành FeCl2 Cl2 : Trong không khí, FeCl3 dễ bị chảy rữa, nung FeCl3 không khí cho luồng nước qua chuyển thành Fe2O3 : Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 18/ 26 • FeCl3 dễ bị khử đến FeCl2 nêu (5) • Fe(III) bromua màu đỏ hung, điều chế tương tự FeCl3: Dạng khan có màu nâu đỏ; dạng hiđrat hóa FeBr3.6H2O tinh thể có màu lục thẫm Cả hai dạng dễ tan nước Khi nung nhiệt độ cao FeBr3 bị phân hủy dễ so với FeCl3 : (6) Sắt (III) iotua không bền nhiệt độ thường, bền cân với lượng dư lớn FeI2 tách dạng nguyên chất Khi nghiền I2 với bột sắt tạo nên sản phẩm có thành phần Fe3I8 ( tức 2FeI3 FeI2) Khi nung sản phẩm với K2CO3 tạo KI: Phản ứng dùng điều chế KI kỹ thuật từ tự (7) • Sắt (III) sunfat điều chế cách sau : Hòa tan hiđroxit sắt(III) H2SO4 : Đun nóng FeSO4 với H2SO4 đặc: Đun nóng FeSO4 với HNO3 H2SO4 đặc theo phương trình: Chế hóa Fe2O3 với axit sunfuric đặc : • Ở trạng thái khan chất bột màu trắng vàng nhạt, hút ẩm mạnh, để Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 19/ 26 không khí chảy rữa thành chất lỏng màu • Tạo nên với nước số dạng hiđrat hóa Fe2(SO4)3 9H2O Fe2(SO4)3.l0H2O Cả hai dạng gặp thiên nhiên Khi tan nước có khả tạo thành dung dịch đậm đặc, trình tan chậm Tan rượu , không tan H2SO4 Dung dịch nước có màu nâu đỏ bị thủy phân mạnh, cho thêm H2SO4, phản ứng thủy phân bị hạn chế dung dịch không màu Khi đun sôi dung dịch loãng, muối bazơ kết tủa: Khi đun nóng, dần nước kết tinh tạo Fe2(SO4)3 khan sau bị phân hủy: • Sắt(III) sunfat có khả tạo muối kép dạng MI Fe(SO4)2 12H2O gọi phèn - sắt Quan trọng phèn sắt - amoni NH4 Fe(SO4)2 12H2O phèn sắt - kali K.Fe(SO4)2.12H2O, dùng làm chất cầm màu vải Ở trạng thái tinh khiết loại phèn sắt không màu, thường có màu tím nhạt có dấu vết mangan(III) sunfat Phèn điều chế cách oxi hóa dung dịch FeSO4.7H2O HNO3, cô dung dịch đến trạng thái bão hòa thêm lượng đồng phân tử amoni sunfat kali sunfat: Ở 330C phèn - sắt amoni biến thành màu nâu; nóng chảy khoảng 40 410C, đến 1500C 23 phân tử H2O 7500C tạo thành phèn khan (8) Sắt (III) nitrat • Được tạo hòa tan vỏ bào sắt HNO3 loãng gần 25% tạo Fe(III) nitrat hỗn hợp oxit khác Ở nhiệt độ thường , phụ thuộc vào nồng độ , muối kết tinh dạng không màu hình lập phương có thành phần Fe(NO3)3.6H2O dạng đơn tà màu tím có thành phần Fe(NO3)3.9H2O • Sắt (III) thuật tan nước tạo dung dịch màu nâu thủy phân, màu dần cho thêm HNO3 Trong công nghiệp , sắt(III) thuật dùng làm chất cắn màu (9) Fe(III) sunfua ( Fe2S3 ) tạo dạng kết tủa màu đen cho H2S (NH4)2S tác dụng với muối Fe3+ môi trường trung tính Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 20/ 26 kiềm yếu(amoniac) Ở trạng thái ẩm, Fe2S3 bị phân hủy nhanh chóng không khí tạo thành Fe(OH)3 lưu huỳnh tự do: • Fe2S3 thực tế không tan nước , tan dung dịch HCl loãng: Tuy nhiên, người ta nghi ngờ kết tủa có phải hoàn toàn Fe2S3 không, hỗn hợp gồm FeS S tạo phản ứng : Khi nung sắt với S không tạo sắt(III) sunfua Trong thiên nhiên gặp dạng muối kép Cu2S Fe2S3 3Cu2S Fe2S3 (10) Kali ferixianua ( K3[Fe(CN)6]) điều chế cách oxi hóa feroxianua K4[Fe(CN)6] chất Cl2, KMnO4, HNO3 H2O2: Hợp chất điều chế phương pháp điều chế K4[Fe(CN)6] , nghĩa cho muối Fe3+ tác dụng với dung dịch KCN, tạo kết tủa Fe(OH)3 thủy phân KCN tạo môi trường kiềm • K3[Fe(CN)6] chất kết tinh màu đỏ - gạch, nghiền nhỏ chuyển thành chất bột màu vàng, tan nước cho dung dịch màu vàng Trong dung dịch nước, phản ứng ion Fe3+ ion CN- ion [Fe(CN)6]3- bền ( Kkb ≈ 10-44) : • K3[Fe(CN)6] chất oxi hóa mạnh, đặc biệt hoạt động môi trường kiềm, kali ferixianua oxi hóa PbO thành PbO2 ; hợp chất Cr3+4 thành Cro 2-; H2S thành S: Khi cho HCl đặc tác dụng với dung dịch bão hòa K3[Fe(CN)6] tạo tinh thể màu đỏ nâu axit ferixian hiđric H3[Fe(CN)6] : Đun nóng K3[Fe(CN)6] với dung dịch KOH đặc ( với tỉ lệ l: tạo Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 21/ 26 K4[Fe(CN)6] O2: Với muối Fe2+, dung dịch K3[Fe(CN)6] tạo kết tủa màu "xanh Tuabun" (Tumbull) : Ngược lại, muối Fe3+ lại tác dụng với dung dịch kim feroxianua K4[Fe(CN)6] tạo kết tủa màu " xanh Phổ" gọi " xanh Beclin" hay " xanh Phút Prussian): Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 22/ 26 IV ĐIỀU CHẾ Trong công nghiệp, sắt sản xuất chủ yếu từ quẳng nó, chủ yếu từ hematit (Fe2O3) magnetit (Fe3O4) cách khử với cacbon lò luyện kim với nhiệt độ 20000C Trong lò luyện, quặng sắt, cacbon, dạng than cốc chất tẩy tạp chất đá vôi xếp phía lò luồng không khí nóng đưa vào lò từ phía Than cốc phản ứng với oxy luồng không khí tạo cacbon monoxit: 2C + O2 → 2CO Sau hình thành cacbon monoxit khử quặng sắt (hematit) thành sắt nóng chảy, trở thành cacbon dioxit: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 Chất khử tạp chất thêm vào để khử tạp chất có quặng (chủ yếu silic dioxit silicat khác) Các chất khử tạp chất đá vôi (canxi cacbonat) dolomit (magie cacbonat), cho thêm số chất khử khác tùy theo tạp chất có quặng Trong lò luyện với nhiệt độ cao đá vôi bị chuyển thành vôi sống (CaO): CaCO3 → CaO + CO2 Sau canxi oxit tác dụng với silic dioxit tạo xỉ: CaO + SiO2 → CaSiO3 Ở phần lò luyện, xỉ nóng chảy nhẹ nên lên phía sắt nóng chảy Các lò mở để tháo xỉ hay sắt nóng chảy Sắt nguội đi, tạo gang thô, xỉ có thề sử dụng để làm đường hay để cải thiện loại đất nông nghiệp nghèo khoáng chất Một số phương pháp luyện thép : Phương pháp Bexeme(Năm 855): Ở phương pháp này, người ta luyện thép lò thổi có hình lê, vỏ thép, bên lớp gạch chịu lủa dinat Đáy lò có số để thổi không khí nén (áp suất 4-5 atm) Gang lỏng lò cao chuyển thẳng vào lò thổi Không khí thổi vào gang lỏng đốt cháy tạp chất có gang: Si + O2 → SiO2 2Mn + O2 → 2MnO C + O2 → CO2 oxi hóa phần sắt: 2Fe + O2 → 2Fe Những phản ứng phát lượng nhiệt cao lên đến 16000C toàn chất điều trạng thái lỏng Silic dioxit tạo nên từ Si có gang silic dioxit có lớp lót lò tác dụng với MnO FeO tạo thành xỉ: Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 23/ 26 FeO + SiO2 → FeSiO3 MnO + SiO2 → MnSiO3 Xỉ lỏng lên phía lớp thép lỏng trút trước thép quay nghiêng lò thổi Quá trình luyện gang xảy nhanh chóng, 15 – 20 phút, nên không cho phép điều chỉnh thành phần thép Nhược điểm phương pháp luyện thép chứa nhiều P Phương pháp Mactanh(Năm 1860) Trong phương pháp Mactanh , chất oxi hóa không oxi không khí thổi vào lò mà sắt (III) oxit quặng sắt sắt vụn cho thêm vào với gang, trình thực lò lửa Lò xây gạch chịu lửa, vòm lò thành lò lót gạch dinat, đáy lò lát gạch chịu lửa chứa nhiều SiO2 hay MgO CaO tùy theo thành phần phối liệu nạp vào lò Nhiệt độ lò đạt đến 18000C, không khí trước vào lò phải đạt 11000C – 12000C, lửa lò luôn tiếp xúc với bề mặt phối liệu nóng chảy Thời gian luyện kéo dài khoảng từ – Nhờ thời gian kéo dài người ta thêm số thành phần vào để đạt sản phẩm ý muốn, đặc biệt thép hợp kim Phương pháp Tomat(Năm 1878) Phương pháp dùng không khí nén thổi vào gang lỏng lò thổi giống phương pháp Bexeme lớp lót lò làm gạch chịu lủa chứa MgO hay hỗn hợp MgO CaO Lớp lót cho phép loại bỏ P: 4P + 5O2 → P4O10 P4O10 + 6CaO → 3Ca3(PO4)2 Nhược điểm phương pháp loại bỏ hoàn toàn S Ngoài phương pháp ta điều chế sắt phương pháp nhiệt phân Fe(CO)5 sắt pentacacbonul Fe(CO)5 → Fe + 5CO Ta điều chế sắt tinh khiết phương pháp điện phân dung dịch muối Fe(II) chẳng hạn FeSO4.FeCl2, với cực dương Fe – Cr, cực âm sắt tinh khiết Quá trình điện phân phụ thuộc vào yếu tố pH dung dịch, nồng độ chất điện phân, mật độ dòng anot catot Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 24/ 26 V Ứng Dụng Sắt kim loại dồi dào, rẻ tiền, hữu ích cho nhiều sử dụng có tầm quan trọng lịch sử loài người Sắt sử dụng dạng kim loại kể từ thời cổ đại Sắt bền, kiên cố dễ dàng pha hợp kim với chất khác để tăng công dụng Thép hợp kim carbon sắt Nó sử dụng cho nhiều sản phẩm đại, bao gồm xe hơi, đường ray, nhà chọc trời, súng ống tàu thủy Thép không rỉ, hợp kim với khoảng 10% chromium, dùng làm dụng cụ nhà bếp, đồ điện gia dụng dụng cụ nấu ăn Nó bị ăn mòn trầy xước Sắt rèn, hợp kim sắt với lượng carbon, dễ dát mỏng, khó nóng chảy có cấu trúc thớ “Rèn” có nghĩa dập tay Nhiều sản phẩm qua lửa rèn, ví dụ cổng vườn hàng rào, thật thép Tháp Eiffel xây dựng từ dạng sắt rèn Sắt đúc làm nóng đến trạng thái nóng chảy nó, sau rót vào khuôn đông đặc Nó dạng quan trọng sử dụng sản xuất ấm, lọ, xoong, chão, lò, khay Taconite, khoáng chất sắc, ngày sử dụng nhiều cho sản phẩm thương mại Giống đa số khoáng chất sắt, pha hợp kim với carbon để sản xuất sản phẩm tiện ích Sắt thiết yếu sống mang oxygen protein hemoglobin tế bào hồng cầu Các thực phẩm giàu sắt bao gồm: Thịt, bao gồm thịt bò, thịt gà tây, thịt gà ta thịt heo  Hải sản, bao gồm tôm, sò, hàu cá ngừ  Rau củ, bao gồm spinach, đậu, cải xanh, khoai tây đậu dây  Quả tươi, bao gồm dâu tây, dưa hấu, nho khô chà  Bánh mì ngũ cốc, bao gồm loại ngũ cốc có cám, thực phẩm lúa mì gạo  Những thực phẩm khác, bao gồm đậu, đậu lăng, paste cà chua, đậu hũ mật đường  Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 25/ 26 VI – Tài liệu tham khảo: Hóa học vô tập – Nguyễn Đức Vận Hóa học vô tập – Hoàng Nhâm Hóa học vô - Nguyễn Đình Soa Handbook of inorganic chemicals - Pradyot Patnaik Báo cáo: Hóa học Vô (nhóm VIIIB) Trang 26/ 26 [...]... bao gồm đậu, đậu lăng, paste cà chua, đậu hũ và mật đường  Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 25 / 26 VI – Tài liệu tham khảo: 1 2 3 4 Hóa học vô cơ tập 2 – Nguyễn Đức Vận Hóa học vô cơ tập 3 – Hoàng Nhâm Hóa học vô cơ - Nguyễn Đình Soa Handbook of inorganic chemicals - Pradyot Patnaik Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 26 / 26 ... gang: Si + O2 → SiO2 2Mn + O2 → 2MnO C + O2 → CO2 và oxi hóa một phần sắt: 2Fe + O2 → 2Fe Những phản ứng này phát ra một lượng nhiệt cao lên đến 16000C và toàn bộ các chất điều ở trạng thái lỏng Silic dioxit được tạo nên từ Si có trong gang và silic dioxit có trong lớp lót lò tác dụng với MnO và FeO tạo thành xỉ: Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 23 / 26 FeO + SiO2 → FeSiO3 MnO + SiO2 → MnSiO3... nung nóng: - FeCl2 cũng có thể điều chế bằng cách nung muối kép FeCl2.2NHCl4 hay (NH4)2FeCl4 trong điều kiện không có không khí: Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 11/ 26 - Cũng có thể điều chế bằng cách dùng H2 để khử FeCl3 nung nóng : - FeCl2 là chất kết tinh màu trắng Ở1500oC ứng với công thức FeCl2, nhiệt độthấp hơn ứng với công thức Fe2Cl4 - Tinh thể hiđrat hóa FeCl2 4H2O tạo ra khi làm... nóng FeSO4 với HNO3 và H2SO4 đặc theo phương trình: Chế hóa Fe2O3 với axit sunfuric đặc : • Ở trạng thái khan là chất bột màu trắng hoặc vàng nhạt, hút ẩm mạnh, để Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 19/ 26 ngoài không khí sẽ chảy rữa thành chất lỏng màu hung • Tạo nên với nước một số dạng hiđrat hóa như Fe2(SO4)3 9H2O và Fe2(SO4)3.l0H2O Cả hai dạng này cũng gặp trong thiên nhiên Khi tan trong... hóa mạnh, đặc biệt hoạt động trong môi trường kiềm, kali ferixianua có thể oxi hóa PbO thành PbO2 ; hợp chất Cr3+4 thành Cro 2- ; H2S thành S: Khi cho HCl đặc tác dụng với dung dịch bão hòa K3[Fe(CN)6] tạo ra tinh thể màu đỏ nâu là axit ferixian hiđric H3[Fe(CN)6] : Đun nóng K3[Fe(CN)6] với dung dịch KOH đặc ( với tỉ lệ l: 1 tạo ra Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 21 / 26 K4[Fe(CN)6] và O2:... sắt(III) 9 Muối cacbonat của Fe(II) Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 14/ 26 - Muối cacbonat của Fe(II) được điều chế bằng cách cho dung dịch muối Fe2+ tác dụng với dung dịch muối cacbonat trung tính chẳng hạn Na2CO3 - FeCO3 tan trong nước có CO2 - Trong không khí chuyển thành sắt( III) - Ở nhiệt độ cao bị phân hủy thành sắt oxit III .2. 2.Tính chất hóa học của sắt (III): (1) • Sắt (III) oxit... thủy phân như trên • Ngoài các ferit của kim loại kiềm, người ta còn biết một số ferit khác như Mg(FeO2 )2 Zn(FeO2 )2 v.v • Các muối Fe(III) được điều chế bằng cách oxi hóa các muối Fe(II) hoặc Fe(OH )2 bằng axit tương ứng Ví dụ hòa tan Fe(OH )2 trong HNO3: Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 17/ 26 • Dung dịch của các muối Fe(III) không có axit dư, có màu thay đổi từ vàng - nâu đến nâu thẫm, màu... thuật được dùng làm chất cắn màu (9) Fe(III) sunfua ( Fe2S3 ) được tạo ra ở dạng kết tủa màu đen khi cho H2S hoặc (NH4)2S tác dụng với muối Fe3+ trong môi trường trung tính hoặc Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 20 / 26 kiềm yếu(amoniac) Ở trạng thái ẩm, Fe2S3 bị phân hủy nhanh chóng trong không khí tạo thành Fe(OH)3 và lưu huỳnh tự do: • Fe2S3 thực tế không tan trong nước , tan trong dung dịch... (NH4)2S tác dụng với dung dịch muối của các kim loại đó, tạo ra kết tủa màu đen, thực tế không tan trong nước Lưu ý kết tủa có thể dể dàng tan trong axic kể cả axic yếu như axic acetic tạo ra H2S - Trong không khí ẩm, kết tủa FeS dần dần bị oxi hóa thành sunfat và cuối cùng tạo thành Fe2O3 - FeS2 có thể được điều chế bằng cách nung nóng FeS với S: Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 12/ 26 -... Báo cáo: Hóa học Vô cơ 2 (nhóm VIIIB) Trang 15/ 26 • Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe2O3 còn có tính axit tạo thành muối ferit màu vàng hoặc đỏ, khi nung hỗn hợp Na2CO3 + Fe2O3 : Khi nung với C, hoặc nung trong luồng khí CO, H2 hoặc khí than đá, Fe2O3 sẽ bị khử thành Fe: (2) • Sắt(II, III) oxit ( Fe3O4) có thành phần ứng với khoảng chất oxít sắt từ được điều chế bằng cách nung nóng Fe2O3 ở ...