Bài 31: Sắt

I. Sắt (Fe): vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

Sắt (Fe) ở ô số 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn.

Cấu hình electron nguyên tử:

Fe (Z = 26) : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² hay [Ar]3d⁶4s².

Nguyên tử sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion Fe²⁺ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d trở thành ion Fe³⁺.

Fe²⁺ : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Fe³⁺ : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

II. Tính chất vật lí của sắt (Fe)

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

III. Tính chất hoá học của sắt (Fe)

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

Fe → Fe⁺² + 2e

Với chất oxi hoá mạnh, sắt bị oxi hoá đến số oxi hoá +3.

Fe → Fe⁺³ + 3e

1. Sắt tác dụng với phi kim

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

a. Tác dụng với lưu huỳnh

Khi đun nóng, Fe khử S xuống số oxi hoá –2, còn sắt bị oxi hoá đến số oxi hoá +2.

+    (sắt (II) sufua)

b. Tác dụng với oxi

Khi đun nóng, Fe khử O₂ đến số oxi hoá –2, còn Fe bị oxi hoá đến số oxi hoá +2 và +3.

3 + 2   (oxit sắt từ)

 (  ≡    )

c. Tác dụng với clo

Fe khử Cl₂ đến số oxi hoá –1, còn Fe bị oxi hoá đến số oxi hoá +3.

+ 3    (sắt (III) clorua)

2. Sắt tác dụng với axit

a. Với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng

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

+     + ­  ↑ 

b. Với dung dịch HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng

Fe khử hoặc trong dung dịch HNO₃ hoặc H₂SO₄ đặc, nóng đến số oxi hoá thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá đến số oxi hoá +3.

+ 6 (đặc, nóng)  + 3­ + 3H₂O

+ 4 (loãng)   +  ↑­ + 2H₂O

2 + 6 (đặc, nóng)   + 3­ ↑ + 6H₂O

Fe bị thụ động bởi các axit HNO₃ đặc, nguội hoặc H₂SO₄ đặc, nguội.

3. Sắt tác dụng với dung dịch muối

Fe có thể khử được ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hoá của kim loại. Trong các phản ứng này, Fe thường bị oxi hoá đến số oxi hoá +2.

+      +  ↓  

(dư) + 2     + 2 ↓   

+ 3 (dư)       + 3 ↓  

4. Sắt tác dụng với nước

Ở nhiệt độ thường, sắt không khử được nước, nhưng ở nhiêt độ cao sắt khử được nước tạo ra H₂ và Fe₃O₄ hoặc FeO.

3 + 4   + 4 ↑   ­

  +       +  ­ ↑  

IV. Trạng thái tự nhiên của sắt (Fe)

Sắt chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ hai trong các kim loại (sau nhôm).

Trong tự nhiên, sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất.

Quặng sắt quan trọng :

+ Quặng manhetit (Fe₃O₄) (hiếm có trong tự nhiên),

+ Quặng hematit đỏ (Fe₂O₃),

+ Quặng hematit nâu (Fe₂O₃.nH₂O),

+ Quặng xiderit (FeCO₃),

+ Quặng pirit (FeS₂).

Sắt có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu, làm nhiệm vụ vận chuyển oxi, duy trì sự sống.

Những thiên thạch từ khoảng không của Vũ Trụ rơi vào Trái Đất có chứa sắt tự do.

Giáo viên biên soạn: Đặng Trung Vinh

Đơn vị: Trường THCS và THPT Nguyễn Khuyến