Gv: Hà Thành Trung Bài 9: KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP A Sắt: I Đơn chất: Cấu hình: [Ar] 3d6 4s2 Cấu trúc mạng tinh thề: LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN Lý tính: Màu trắng xám, dẻo, dễ rèn, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, có tính nhiễm từ ; d = 7,9 g/ml, kim loại nặng Hóa tính: Sắt kim loại có tính khử trung bình Khi tác dụng với chất oxi hóa yếu Fe bị oxi hóa thành Fe2+, với chất oxi hóa mạnh Fe bị oxi hóa thành Fe3+ Fe2+ + 2e Fe → Fe3+ + 3e Fe → a Tác dụng với phi kim t Fe + S  FeS t 3Fe + 2O2  Fe3O4 o o t 2Fe + 3Cl2  2FeCl3 o b Tác dụng với axit Với axit HCl, H2SO4 loãng: Fe khử dễ dàng H+ thành H2, Fe bị oxi hóa thành Fe2+  Fe2+ + H2 Fe + 2H+  Với axit HNO3, H2SO4 đặc  Sắt bị thụ động hóa axit HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc, nguội  Fe bị oxi hóa mạnh thành Fe3+ t 2Fe + 6H2SO4 (đặc)  Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O o t Fe + 6HNO3 (đặc)  Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O o t Fe + 4HNO3 (loãng)  Fe(NO3)3 + NO + 2H2O o Gv: Hà Thành Trung c Tác dụng với nước C   Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O t570 o C   FeO + H2 Fe + H2O t570 o o o t 4Fe + 6H2O + 3O2  4Fe(OH)3 o d Tác dụng với dung dịch muối: theo quy tắc anpha dãy điện hóa  FeSO4 + Cu Fe + CuSO4   Fe(NO3)3 + 3Ag Fe + 3AgNO3 (dư)  n h i nhi n a n h i nhi n ch Quặng sắt quan trọng : Quặn hema i đỏ (Fe2O3 khan) Quặng hematit nâu (Fe2O3.nH2O) Quặng manhetit (Fe3O4) Quặn xiđe i (FeCO3) Quặng pirit sắt (FeS2) Quặng xemenit Fe3C Phèn sắt amoni: (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O b Đi ch dpdd FeCl2   Fe + Cl2 - Điện h n d ng dị h m ối ắ dpdd FeSO4 + H2O   Fe + H2SO4 + ½ O2 - Tá dụng i nh ng im - xi ắ dụng i hấ Mg + FeCl2  Fe + MgCl2 ại mạnh h ( , t , H2, Al): Fe2O3 + 2Al  2Fe + Al2O3 o t Fe3O4 + 4CO  3Fe + 4CO2 o II – ốh chấ c a ắ chấ ắ II - Trong phản ứng hóa học, ion Fe2+ dễ nhường e e r n để trở thành ion Fe3+ :  Fe3+ + e Fe2+  Như vậy, tính chất hóa học đặc trưng hợp chất sắt (II) tính khử Gv: Hà Thành Trung a FeO: chất rắn màu đen, khơng tan nước, khơng có tự nhiên - FeO l oxi bazơ, tác dụng v i axit HCl, H2SO4, tạo muối Fe2+  FeCl2 + H2O FeO + 2HCl  - FeO có tính khử, tác dụng v i chất oxi hóa (axit HNO3, H2SO4đặc, ) tạo muối Fe3+ t 2FeO + 4H2SO4 (đặc)  Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O o t 3FeO + 10HNO3 (loãng)  3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O o t (5x-2y)FeO + 2(8x-3y) HNO3 (loãng)  (5x-2y)Fe(NO3)3 + NxOy + (8x-3y)H2O o - FeO có tính oxi hóa, tác dụng v i chất kh mạnh A , , H2, tạo thành Fe t FeO + H2  Fe + H2O o - Đi u ch : Nhiệt phân Fe(OH)2 chân không; kh Fe2O3, dùng Fe kh H2O to > 570oC, t Fe(OH)2  FeO + H2O o 600 C   2FeO + CO2 Fe2O3 + CO 500 o b Fe3O4 (hay FeO.Fe2O3): chất rắn màu đen, không tan nước, c t nh nh ễm t  FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O Fe3O4 + 8HCl   FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O ng  Fe3O4 + 4H2SO4  9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O 3Fe3O4 + 28HNO3   3(5x-2y)Fe(NO3)3 + NxOy + (23x-9y)H2O (5x-2y)Fe3O4 + 2(23x-9y)HNO3  t Fe3O4 + 4CO  3Fe + 4CO2 o c Fe(OH)2: chất rắn, màu trắng xanh, khơng tan nước Trong khơng khí ẩm, Fe(OH)2 dễ bị oxi hóa thành Fe(OH)3 mà n  4Fe(OH)3 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  - Fe(OH)2 l hiđ oxi b n, dễ bị phân h y nhiệt - Nhiệt phân Fe(OH)2 khơng có khơng khí (khơng có O2) : t Fe(OH)2  FeO + H2O o - Nhiệt phân Fe(OH)2 khơng khí (có O2) : t 4Fe(OH)2 + O2  2Fe2O3 + 4H2O o đỏ Gv: Hà Thành Trung - Fe(OH)2 m bazơ, tác dụng v i axit HCl, H2SO4 loãng, tạo muối Fe2+  FeSO4 + 2H2O Fe(OH)2 + H2SO4 (lỗng)  - Fe(OH)2 có tính khử:  2Fe(OH)3 + NaCl 2Fe(OH)2 + NaClO + H2O   (5x-2y) Fe(NO3)3 + NxOy + (13x-5y)H2O (5x-2y)Fe(OH)2 + (16x-6y) HNO3  - Đi u ch Fe(OH)2 cách cho muối sắt (II) tác dụng v i dung dị h bazơ r ng điều kiện khơng có khơng khí  Fe(OH)2 FeCl2 + 2NaOH  + 2NaCl  Fe(OH)2 Fe2+ + 2NH3 + 2H2O  + 2NH4+ d Muối sắt (II) - Đa ố muối sắ (II) an r ng nư c, kế inh hường dạng ngậm nư FeSO4.7H2O; FeCl2.4H2O; - Muối sắt (II) có tính khử, bị chất oxi hóa mạnh oxi hóa thành muối sắt (III)  2FeCl3 2FeCl2 + Cl2  (dd màu xanh nhạt) (dd màu vàng nâu)  5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4  (dd màu tím hồng) (dd màu vàng) - Đi u ch muối sắt (II) cách cho Fe hợp chất sắ (II) Fe Fe( H)2, tác dụng v i axit HCl, H2SO4 lỗng (khơng có khơng khí) Dung dịch muối sắt (II) thu có màu lục nhạt – chấ ắ III - Trong phản ứng hóa học, tùy thuộc vào chất kh mạnh hay yếu, ion Fe3+ có khả nhận electron :  Fe2+ Fe3+ + 1e   Fe Fe3+ + 3e  - Như vậy, tính chất hóa học đặc trưng hợp chất sắt (III) tính oxi hóa Gv: Hà Thành Trung a) Sắt (III) oxit, Fe2O3 : chất rắn, màu đỏ nâu, không tan nước - Fe2O3 l oxi bazơ, tan dung dịch axit mạnh H , H2SO4, HNO3, tạo muối Fe3+  2Fe(NO3)3 + 3H2O Fe2O3 + 6HNO3  - Fe2O3 có tính oxi hóa, tác dụng v i chất kh A , , , H2, nhiệ độ cao t Fe2O3 + 2Al  Al2O3 + Fe o t Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2 o - Đi u ch Fe2O3 cách nhiệt phân Fe(OH)3 nhiệ độ cao t 2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O o t 4Fe(OH)2 + O2  2Fe2O3 + 4H2O o b) Sắ III hiđ oxi , Fe O - Fe(OH)3 m 3: chất rắn, màu nâu đỏ, không tan nước bazơ, dễ tan dung dị h axi H , H2SO4, HNO3, tạo muối Fe3+  Fe2(SO4)3 + 3H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4  - Đi u ch Fe(OH)3 cách cho muối sắt (III) tác dụng v i dung dị h bazơ  Fe(OH)3 + 3NaCl FeCl3 + 3NaOH   Fe(OH)2 Fe3+ + 3NH3 + 3H2O  + 3NH4+ c) Muối sắt (III) - Đa ố muối sắ (III) an r ng nươ , hi ế inh hường dạng ngậm nư Fe2(SO4)3.9H2O, FeCl3.6H2O, - Muối sắt (III) có oxi hóa, dễ bị kh thành muối sắt (II)  3FeCl2 Fe + 2FeCl3   CuCl2 + 2FeCl2 Cu + 2FeCl3  (dd màu vàng) (dd màu xanh)  2FeCl2 + 2KCl + I2 2FeCl3 + 2KI  Gv: Hà Thành Trung - Đi u ch : Cho Fe tác dụng v i chất oxi hóa mạnh 2, HNO3, H2SO4 đặc, hợp chất sắt (III) tác dụng v i axit HCl, H2SO4 loãng, Dung dịch muối sắt (III) h có màu vàng nâu I III- T GANG: a Khái niệm: Gang hợp kim Fe – C (2% - 5%), Si (1-4%), Mn (0,3 -5%), P (0,1 2%), S (0,01-1%) b Phân lo i: Có loại gang: gang trắng gang xám - Gang trắng: gang chứa C, Si, chứa nhiều Fe3C Gang trắng cứng giòn, dùng để luyện thép - Gang xám: gang chứa nhiều C Si Gang xám cứng giịn gang rắng c Sản xuất gang: - Nguyên liệu: quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4), than cốc chất chảy CaCO3 - Ng n ắ Kh oxit sắt CO  CO  CO  CO Fe2O3  Fe3O4  0  FeO  0  Fe 400 C 500 600 C 700 800 C Những phản ứng hoá học xảy trình sản xuất gang - Phản ứng tạo chất kh CO: C + O2  CO2 CO2 + C  2CO - CO kh sắt oxit: 400 C 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 500 600 C  3FeO + CO2 Fe3O4 + CO  0 700 800 C  Fe + CO2 FeO + CO  0 -Phản ứng x : Xỉ lên bề mặt gang nóng chảy, lấy riêng 1000 C  CaO+CO2 CaCO3  Ở 15000C: 3Fe + C  Fe3C  CaSiO3 CaO+SiO2  3Fe + 2CO  Fe3C + CO2 Fe3C lẫn vào gang Gv: Hà Thành Trung Vì nguyên liệu chứa tạp chất SiO2, MnO, P2O5 nên chúng bị kh : t SiO2 + 2C  Si + 2CO o t MnO + C  Mn + CO o t P2O5 + 5C  P + 5CO o THÉP: a Khái niệm: Thép hợp kim sắt v i cacbon mộ ượng nguyên tố Si, Mn Hàm ượng cacbon thép chiếm 0,01 – 2% b Phân lo i: Có loại: dựa r n hàm ượng nguyên tố có loại thép Thép thường/ thép cacbon: chứa C, Si, Mn, S, P Thép cứng chứa 0,9%C, thép mềm chứa không 0,1%C Thép đặc biệt: Chứa thêm nguyên tố Si, Mn, Cr, Ni, W, V có tính chấ học, vật lý quý c c hươn + Phương há luyện h sản xuất: ò hổi oxi (PP Bet-xơ-me), thời gian luyện thép ngắn, chủ yế dùng để hường + Phương há Ma -tanh( lò bằng) hường dùng để luyện thép có chấ ượng cao + Phương há ị điện dùng để luyện đặc biệt, thành phần có nh ng kim loại khó chả W Nguyên liệu: gang trắng; chất chảy: CaO, khí O2; nhiên liệ hí đốt/ dầu madut Pư xảy trình luyện gang giống thép Các nguyên tố gang bị oxi hóa: t C + O2  CO2 t Si + O2  SiO2 t 4P + 5O2  2P2O5 t 2Mn + O2  2MnO o o o t S + O2  SO2 o o Nh ng oxit hóa hợp v i chất chảy tạo thành x lên bề mặt thép lỏng t 3CaO + P2O5  Ca3(PO4)2 o t CaO + SiO2  CaSiO3 o t SiO2 + MnO  MnSiO3 o Gv: Hà Thành Trung B- CROM I Đơn chất: Cấu tạo crôm: 24 Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 -Trong hợp chất, crơm có số oxi hố biến đổi từ +1 đến +6 số oxi hố phổ biến +2,+3,+6 ( crơm có e hố trị nằm phân l p 3d 4s) - Cấu tạo mạng tinh thể: LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI Tính chất vật lí: - Crơm có màu trắng bạc, cứng ( độ cứng h a im ương) - Khó nóng chảy, kimloại nặng, d = 7,2 g/cm3 Tính chất hố học: a Tác dụng với phi kim: t 4Cr + O2  Cr2O3 t 2Cr + 3Cl2  CrCl3 o o Ở nhiệt độ thường khơng khí, kim loại crơm tạo màng mỏng crơm (III) oxit có cấu tạo mịn, bền vững bảo vệ Ở nhiệt độ cao khử nhiều phi kim b.Tác dụng với nước: không tác dụng vớ nước có màng oxit bảo vệ c Tác dụng với axit: V i dung dịch axit HCl, H2SO4 lỗng nóng, màng oxit bị phá huỷ  Cr kh H dung dịch axit +  Cr2+ + H2 Cr + A1   Cr3+ + SPK + H2O Cr + A2  Chú ý: Crôm thụ động axit H2SO4 HNO3 đặc ,nguội d tác dụng với dd muối: theo quy tắc anpha dãy đ ện hóa  Cr(NO3)2 + Cu Cr + Cu(NO3)2  Đi u ch : Cho Cr2O3 tác dụng với chất khử (C, CO, H2, Al) t Cr2O3 + 2Al  2Cr + Al2O3 o Gv: Hà Thành Trung II H P CHẤT C A CROM M t số h p chất c a crôm (II) a CrO : OXIT BAZO, chất rắn màu đen, không tan nước  Cr2+ + H2 CrO + Axit1  CrO + Axit2   Cr3+ + SPK + H2O b Cr(OH)2: BAZO, chất rắn mà àng, hông an r ng nư c Cr(OH)2 + Axit1   Cr2+ + H2O  Cr3+ + SPK + H2O Cr(OH)2 + Axit2   4Cr(OH)3 4Cr(OH)2 + 2H2O + O2  c Muối Cr2+ :  2CrCl3 2CrCl2 + Cl2   4CrCl3 + 2H2O 4CrCl2 + 4HCl + O2  M t số h p chất c a crơm (III) a Cr2O3 : OXI LƯỠNG TÍNH, chất rắn màu lục thẫm, khơng tan nước, khó nóng chảy, tan axit kiềm đặc  2CrCl3 + 3H2O Cr2O3 + 6HCl   2NaCrO2+ H2O Cr2O3 + 2NaOH   4CrO42- + 4H2O 2Cr2O3 + 8OH- + 3O2  t (NH4)2Cr2O7  Cr2O3 + N2 + 4H2O t K2Cr2O7 + S  K2SO4 + Cr2O3 o o t Na2Cr2O7 + 2C  Na2CO3 + Cr2O3 + CO o IDROXI LƯỞNG TÍNH chất rắn màu lục xám b Cr(OH)3 :  NaCrO2+ 2H2O Cr(OH)3 + NaOH   CrCl3 + 3H2O Cr(OH)3 + 3HCl  Natri crômit t 2Cr(OH)3  Cr2O3 + 3H2O o  Cr(OH)3 + 3NaCl CrCl3 +3NaOH  Gv: Hà Thành Trung c) Muối crơm (III): vừa có tính kh vừa có tính oxi hố Muối quan trọng phèn crơm-kali: KCr(SO4)2.12H2O- có màu xanh tím, dùng thuộc da, chất cầm màu nhuộm vải  2Na2CrO4 + 6NaBr + 6NaCl + 8H2O 2CrCl3 + 3Br2 + 16NaOH  2CrCl3 + 3Cl2 + 16NaOH   2Na2CrO4 + 12NaCl + 8H2O  2Na2CrO4 + NaCl + 4H2O 2NaCrO2 + 3Cl2 + 16NaOH  H p chất Crôm (VI): a CrO3 , OXIT AXIT, Là chất rắn mà đỏ thẫm, rấ độc, hút ẩm mạnh - CrO3 oxit axit, tác dụng v i H2O tạo hỗn hợp axit  H2CrO4 : axit crômic CrO3 + H2O   H2Cr2O7 axi rômi 2CrO3 + H2O  Hai axit tồn dung dịch, tách khỏi dung dịch chúng bị phân huỷ tạo thành CrO3 ô àh - CrO3 chất oxi hoá mạnh số hợp chấ bốc cháy tiếp xúc v i CrO3 t 2CrO3 + 2NH3  Cr2O3 +N2 + 3H2O t 4CrO3 + 3S  2Cr2O3 + 3SO2 t 2CrO3 + C2H5OH  Cr2O3 + 2CO2 + 3H2O 4CrO3 → o o o Cr2O3 + 3O2  K2SO4 + CrO3 + H2O K2CrO4 + H2SO4 đặc   K2SO4 + 2CrO3 + H2O K2Cr2O7 + H2SO4 đặc  b Muối c oma đic oma : - Là nh ng hợp chất bền - Muối crômat: Na2CrO4, có màu vàng ion CrO42- - Muối rơma K2Cr2O7 có màu da cam ion Cr2O72- - Gi a ion CrO42- ion Cr2O72- có chuyển hoá lẫn theo cân Cr2O72- + OH-  (da cam) CrO42- + 2H+ (vàng) 10 Gv: Hà Thành Trung Khi thêm OH- : Cr2O72- + 2OH-   CrO42- + H2O (da cam) (vàng) Khi thêm H+ : 2CrO42- + H+   Cr2O72- + H2O (vàng) (da cam) 2Na2CrO4 + H2SO4   Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O Na2Cr2O7 + 2NaOH   2Na2CrO4 + H2O * Tính chất muối crơma r ma tính oxi hố mạnh đặc biệ r ng môi rường axit 4K2Cr2O7 → K2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 t K2Cr2O7 + S  Cr2O3 + K2SO4 o  2CrBr3 + 3Br2 + 2KBr + 7H2O K2Cr2O7 + 14HBr   Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O K2Cr2O7 + 3SO2 + H2SO4   Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 7H2O K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4   Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4   3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4  Phèn: K2SO4 Cr2(SO4)3 24 H2O (NH4)2SO4 Cr2(SO4)3 24 H2O Rb2SO4 Cr2(SO4)3 24 H2O Cs2SO4 Cr2(SO4)3 24 H2O Dùng kỹ nghệ thuộc da, chất cầm màu công nghiệp nhuộm vải sợi Đồng: Cấu hình: [Ar] 3d10 4s1 Cấu tạo mạng tinh thể: LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN đặc 11 Gv: Hà Thành Trung Lý tính: Mà đỏ, có ánh kim, dễ kéo sợi dát mòng; dẫn điện dẫn nhiệt tốt (kém Ag) Hóa tính: kim loại hoạt động, tính khử yếu a Td với phi kim: t 2Cu + O2  2CuO màu đen o Cu2O màu đỏ CuO + Cu → ( Trong khơng khí ầm có CO2 tạo “tanh đồng”: Cu(OH)2.CuCO3 màu xanh) t Cu + Cl2  CuCl2 t CuCl2 + Cu  2CuCl o o t Cu + S  CuS o b Td với dd muối: theo quy tắc anpha dãy điện hóa  Cu2+ + 2Ag Cu + 2Ag+   Cu2+ + 2Fe2+ Cu + 2Fe3+  c Td với axit:  2Cu2+ + 2H2O Cu + 4H+ + O2   Cu2+ + SPK + H2O Cu + Axit2  Đi u ch : t CuO + C/CO/H2/Al  Cu + CO/CO2/H2O/Al2O3 o t 3CuO + 2NH3  3Cu + N2 + 3H2O o CuCl2 → Cu + Cl2  Cu + Mn+ (tr Na, K, Ba, K) M + Cu2+  t 2CuFeS2 + 4O2  Cu2S + 2FeO + 3SO2 o t 2Cu2S + 3O2  2Cu2O + 2SO2 o t Cu2S + 2Cu2O  6Cu + SO2 o 12 Gv: Hà Thành Trung H p chất c a đồng: Cu2+ + 2OH-   Cu(OH)2 Cu(OH)2 + 4NH3   [Cu(NH3)4](OH)2 t Cu(OH)2  CuO + H2O o Các quặng đồng tự nhiên: i i đồng: CuFeS2 Cuprit: Cu2O Cancozin: Cu2S Manlachit: Cu(OH)2.CuCO3 D B c: Cấu hình e: [Kr] 4d10 5s1 Lý tính: Chất rắn màu trắng, có ánh kim, mềm, dẻo, dễ kéo sợi dát mỏng Dẫn nhiệt dẫn điện tốt Hóa tính: hoạt động t 2Ag + O3  Ag2O + O2 t 2Ag + Cl2  2AgCl2  2Ag2S + 2H2O 4Ag + 2H2S + O2   Ag+ + SKP + H2O Ag + Axit2  o  Cu2+ + 2Ag 2Ag+ + Cu  o 4AgNO3 + 2H2O → E Thi c: Cấu hình e: [Kr] 4d10 5s2 5p2 Lý tính: Chất rắn, mềm, màu trắng bạc, dẻo, dễ dát mịng Có dạng thù hình: Thiếc trắng thiếc xám 13 4Ag + 4HNO3 + O2 Gv: Hà Thành Trung Hóa tính: Ở nhiệt độ thường, Sn có lớp oxit bảo vệ t Sn + O2  SnO2 t Sn + 2Cl2  SnCl4 t Sn + 2S  SnS2 Sn + 2HCl   SnCl2 + H2 o o o F Kẽm: Cấu hình e: [Ar]3d10 4s2 Lý tính: Chất rắn màu trắng xanh; Giòn nhiệ độ hường 2000C, dẻo 100 – 1500C Hóa tính: kim loại hoạt động, tính khử tương đối mạnh Ở nhiệt độ thường, Zn có lớp oxit cacbonatbazo bảo vệ t 2Zn + O2  2ZnO o t Zn + Cl2  ZnCl2 o  Zn2+ + Cu Zn + Cu2+   Zn2+ + H2 Zn + Axit1   Zn2+ + SPK + H2O Zn + Axit2   ZnO22- + H2 Zn + 2OH-  Zn, ZnO, Zn(OH)2 không tan H2O  ZnO22- + H2O ZnO, Zn(OH)2 + OH-   [Zn(NH3)4](OH)2 Zn(OH)2 + 4NH3   ZnS tủa trắng Zn2+ + S2-  14