Bài 31: Sắt

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

Tính chất vật lí

• Sắt là kim loại màu trắng hơi xám
• Khối lượng riêng lớn (D=7,9g/cm³), là kim loại nặng
• Nóng chảy ở 1540°C
• Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.
• Khác với kim loại khác, sắt có tính nhiễm từ.

Tính chất hóa học

• Sắt là kim loại có tính khử trung bình. Khi tác dụng với chất oxi hóa yếu, sắt từ bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.
  \( Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e \)
• Với chất oxi hóa mạnh, sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +3, điển hình là clo:
  \( 2Fe + 3Cl_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2FeCl_{3} \)

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.

Tác dụng với lưu huỳnh

Khi đun nóng, Fe khử S xuống số oxi hóa -2, còn sắt bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.
\( Fe + S \overset{t^{0}C}{\rightarrow} FeS \)

Tác dụng với oxi

Khi đun nóng, Fe khử oxi đến số oxi hóa -2.
\( 3Fe + 2O_{2 }\xrightarrow{t\circ} Fe_{3}O_{4} \)

Tác dụng với clo

Fe khử Cl₂ đến số oxi hóa -1, còn Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa cao nhất, +3.
\( 2Fe + 3Cl_{2 }\xrightarrow{t\circ} 2FeCl_{3} \)

Tác dụng với axit

Với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng

Fe khử ion H⁺ của các dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng thành H₂, Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa +2
\( Fe + H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4} +H_{2} \)

Với dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng

• Fe khử N⁺⁵ hoặc S⁺⁶ trong dung dịch HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, nóng xuống số oxi hóa thấp hơn, còn Fe bị oxi hóa đến số oxi hóa cao nhất, +3.
  \( Fe +4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3+NO+2H_2O \)
• Fe bị thụ động bởi các axit HNO₃ đặc, nguội hoặc H₂SO₄ đặc, nguội.

Tác dụng với dung dịch muối

• Fe có thể khử được ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa của kim loại. Trong các phản ứng này, Fe thường bị oxi hóa đến số oxi hóa +2.
• Fe cũng có thể bị oxi hoá số oxi hoá +3.
• Các phản ứng xảy ra được phải tuân theo quy tắc con cá vàng (phải vẽ được đường \( \alpha \) của phản ứng).

• Ví dụ:
  • \( Fe+CuSO_4\rightarrow Cu+FeSO_4 \)
  • \( Fe+2AgNO_3\rightarrow 2Ag+Fe(NO_3)_2 \)

Tác dụng với nước

• Ở nhiệt độ thường, sắt không khử được nước, nhưng ở nhiệt độ cao sắt khử nước tạo ra H₂ và Fe₃O₄ hoặc FeO:
  • \( 3Fe+4H_2O \xrightarrow{t\circ <{570\circ}C}Fe_3O_4+3H_2 \)
  • \( Fe+H_2O\xrightarrow{t\circ >{570\circ}C} FeO+H_2 \)

Trạng thái tự nhiên