Lý thuyết về hợp chất của Fe cơ bản và mở rộng

I/ Hợp chất của sắt (II) :

1/ FeO : - Chất rắn màu đen không tan trong nước.
              - Là Oxit bazơ.
* Tác dụng với dung dịch axit clohydrid (HCl), H2SO4 (l), CH3COOH.
FeO + 2H+ ----> Fe²+ + H2O.
* Tác dụng với các chất oxi hóa: O2, HNO3, H2SO4 (₫), KMnO4,...
2FeO +1/2O2 ----> Fe2O3.
3FeO + 10HNO3 ----> 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O.
2FeO + 4H2SO4 ----> Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O.
10FeO + 2KMnO4 + 18H2SO4 ----> 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 18H2O.
* T/d với chất khử : CO, H2, Al ở t° cao.
FeO + CO --t°--> Fe + CO2.
FeO + H2 --t°--> Fe + H2O.
3FeO + 2Al -- t°--> 3Fe + Al2O3.
Điều chế:
Fe(OH)2 --t° trong chân không --> FeO + H2O.
Fe3O4 + CO ----> 3FeO + CO2.
Fe(CO2)2 (C2FeO4) --t°--> FeO + CO2 + CO.
Fe2O3 + CO --500°C--> 2FeO + CO2. ( hoặc dùng Hidro)

2/ Sắt (II) hidroxit Fe(OH)2 :
Fe(OH)2 tinh khiết có kết tủa trắng, không tan trong nước. Khi thêm OH- vào dd Fe²+ thì được kết tủa màu lục nhạt, đó là hidroxit hỗn tạp của Fe²+ và Fe³+ có thành phần được biểu diễn Fe3O4.xH2O nguyên nhân là do Fe²+ rất dễ bị oxi hóa trong không khí tạo Fe³+. Kết tủa lục nhạt sau đó bị oxi hóa trong không khí tạo thành kết tủa đỏ nâu Fe2O3.xH2O ( Fe(OH)3).
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ----> 4Fe(OH)3.
* Có tính bazơ : Fe(OH)2 + 2HCl ----> FeCl2 + H2O.
Điều chế: 
Fe²+ + OH-  ----> Fe(OH)2.
3/ Muối sắt (II) :
Các muối tan được khi kết tinh từ dung dịch ở dạng tinh thể Hidrat:
FeSO4.7H2O, FeCl2.4H2O, (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O.
Dễ bị oxi hóa thành muối sắt (III):
3Fe(NO3)2 + 4HNO3(l) ----> 3Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.
4FeSO4 + O2 + 2H2O ----> 4Fe(OH)SO4.
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 ----> 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O.
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2O ----> 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4.

II/ Hợp chất của Sắt (III):

1/ Fe2O3: Là chất bột màu đỏ nâu, không tan trong nước.

- Tan trong dd axit tạo muối sắt (III):

Fe2O3 + 6H+ ----> 2Fe³+ + 3H2O.

- Tan trong kiềm nóng chảy hay cacbonat kim loại nhóm IA nóng chảy:

Fe2O3 + Na2CO3 ----> 2NaFeO2 + CO2 ( Natri ferit).

- Tác dụng với chất khử H2, Al, CO ở nhiệt độ cao:

Fe2O3 --+CO t°--> Fe3O4 --+CO t°--> FeO --+CO--> Fe.

Điều chế:

2Fe(OH)3 --t°--> Fe2O3 + 3H2O.

2FeO + 1/2O2 ----> Fe2O3.

2FeSO4 --t°--> Fe2O3 + SO2 + SO3.

2/ Fe(OH)3: Kết tủa đỏ nâu, không tan trong nước.

- Hidroxit lưỡng tính tan dễ trong dung dịch axit và tan rõ rệt trong kiềm đặc nóng.

Fe(OH)3 + NaOH ----> NaFeO2 + 2H2O.

Fe(OH)3 + 3H+ ----> Fe³+ + 3H2O.

Điều chế:

Fe³+ + 3OH- ----> Fe(OH)3.

3/ Muối sắt (III):
Đa số tan được trong nước và khi kết tinh từ dung dịch thì ở dạng Hidrat tinh thể.

VD: FeCl3.6H2O, Fe2(SO4)3.9H2O, K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O (Phèn sắt).

- Dễ dàng bị thủy phân trong dd nước và dd có màu vàng nâu do các ion Fe(OH)²+ và Fe(OH)2+ còn chính Fe³+ không có màu.

Fe³+ + H2O ----> Fe(OH)²+ + H+.

Fe³+ + 2H2O ----> Fe(OH)2+ + 2H+.

- Dễ dàng bị khử :

FeCl3 + KI ----> FeCl2 + KCl + 1/2 I2.

2FeCl3 + Fe -----> 3FeCl2.

2FeCl3 + Cu ----> 2FeCl2 + CuCl2.

III/ Nhận biết ion Fe²+ và Fe³+:

1/ Nhận biết ion Fe²+ :

* Dùng thuốc thử là dd kiềm: Fe²+ +2OH- ----> Fe(OH)2 kết tủa màu lục nhạt.

* Dùng thuốc thử là muối vàng máu: Kali hexaxiano ferat (III).

2K3[Fe(CN6)] + 3Fe²+ ----> Fe3[Fe(CN6)]2 + 6K+. Tạo kết tủa màu xanh Turnbull.

2/ Nhận biết ion Fe³+:

* Dùng thuốc thử là dd kiềm: Fe³+ + 3OH- ----> Fe(OH)3 ( kết tủa màu đỏ nâu).

* Dùng thuốc thử là KSCN ( kali sulfo xianur ) tạo Fe(SCN)3 có màu đỏ máu.

Fe³+ + 3KSCN ----> Fe(SCN)3 + 3K+.

Thuốc thử là ddd K4[Fe(CN)6] kali hexaxiano Ferat (II) tạo kết tủa màu xanh phổ hay xanh berlin.

4Fe³+ + 3K4[Fe(CN)6] ----> Fe4[Fe(CN)6]3 + 12K+.

IV/ Một số hợp chất khác của sắt:

1/ Oxit sắt từ Fe3O4:

Màu đen, có ánh kim, khó tan trong nước và axit, dẫn điện được nên được dùng làm điện cực, Fe3O4 là oxit hỗn tạp của Fe(II) & Fe(III) và được coi là muối Fe(II) ferit: Fe

• Oxit bazơ: Fe3O4 + 8H+ ----> 2Fe³+ + Fe²+ + 4H2O.

• Tác dụng với các chất khử Al, H2, CO ở nhiệt độ cao:

Fe3O4 --+CO t°--> FeO --+ CO t° --> Fe.

• Tác dụng với chất oxi hóa :

3Fe3O4 + NO3- + 28H+ ----> 9Fe³+ + NO + 14H2O.

Điều chế:

3Fe + 2O2 --t°--> Fe3O4.

3Fe2O3 + CO ----> 2Fe3O4 + CO2.

3Fe + 4H2O --<570°C--> Fe3O4 + 4H2.

2/ Hợp chất Fe(VI) : M2FeO4 ( M là kim loại nhóm IA).

Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH --t° cao--> 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O.

2Fe(OH)3 + 3Cl2 + 10KOH ----> 2K2FeO4 + 6KCl + 8H2O.

* Ghi chú:

Các loại quặng chứa Fe quang trọng:

• Hematit đỏ: Fe2O3 khan ( sản xuất gang).

• Hematit nâu: Fe2O3.nH2O.

• Manhetit: Fe3O4 ( Hiếm).

• Xiderit: FeCO3.

• Pirit: FeS2.

Lưu ý một số hợp kim của Fe:

• Gang:

- Khái niệm: Hợp kim của Fe và C (2-5%).

- Nguyên tắc sản xuất: Khử Fe2O3 bằng CO ở t° cao.

- Nguyên liệu chính: Quặng hematit đỏ.

• Thép:

- Khái niệm: Hợp kim của Fe và C (0.01-2%).

- Nguyên tắc sản xuất: Giảm hàm lượng tạp chất trong gang bằng cách oxi hóa chúng bởi oxi không khí.

- Nguyên liệu chính: Gang, sắt thép phế liệu.

Chúc bạn thành công !