Từ xa xưa, con người đã biết cách dùng các vật dụng làm từ sắt và hợp kim của sắt. Đến nay, sắt vẫn là một kim loại có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Điều này xuất phát từ những tính chất vật lý và hóa học đặc trưng của sắt. Vậy, kim loại sắt được định nghĩa như thế nào? Các tính chất và ứng dụng của sắt trong đời sống ra sao? Hãy cùng Phế liệu Hoàng Ngọc Diệp khám phá chi tiết trong nội dung dưới đây!
Khái niệm kim loại sắt
Trong bảng tuần hoàn, sắt là một nguyên tố hóa học với ký hiệu là Fe, số nguyên tử 26, thuộc nhóm VIIIB và chu kỳ 4. Sắt là một nguyên tố phổ biến trên Trái Đất, cấu thành nên lớp vỏ và lõi của hành tinh này.
- Kí hiệu hóa học: Fe.
- Nguyên tử khối: 56.
- Tỷ trọng: 7.86 g / cm³.
- Nhiệt độ nóng chảy: 1539 ° C.
- Khối lượng nguyên tử: 55,845u.
- Cấu hình electron: 2, 8, 14, 2 trên từng lớp vỏ.
- Số hiệu nguyên tử: 26.
Tính chất vật lý của kim loại sắt
Sắt biểu hiện là một kim loại màu trắng xám, có độ dẻo, độ dai và khả năng rèn rất tốt. Nhiệt độ nóng chảy của sắt tương đối cao, đạt tới 1539 độ C. Nó còn là chất dẫn nhiệt, dẫn điện tốt và có tính từ.
Tính chất hóa học của kim loại sắt
Kim loại sắt sở hữu những tính chất hóa học đặc trưng nào? Sắt có khả năng phản ứng với phi kim, axit, nước và muối để tạo ra các hợp chất khác nhau. Các phản ứng hóa học này có thể xảy ra với hoặc không cần chất xúc tác.
Tác dụng phi kim
Khi được nung nóng, sắt có thể phản ứng với hầu hết các phi kim.
Phản ứng giữa sắt và oxi diễn ra như sau: 3Fe + 2O2 → Fe3O4
Fe3O4, còn gọi là oxit sắt từ, là một oxit hỗn hợp của sắt với hóa trị II và III, bao gồm FeO và Fe2O3.
Sắt phản ứng với các phi kim khác: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Ngoài oxi (O) và lưu huỳnh (S), sắt còn có thể tương tác với nhiều phi kim khác như Cl2, Br2,… tạo thành các loại muối khác nhau.
Tác dụng với axit
Sắt tác dụng với các axit như HCl, H2S04 loãng để tạo ra muối sắt (II) đồng thời giải phóng khí H2:
Fe + 2HCl (loãng) → FeCl2 + H2 ↑
Fe + 2H2SO4 (loãng) → FeSO4 + H2 ↑
Lưu ý: Sắt (Fe) không phản ứng với các axit HNO3 đặc, nguội và H2S04 đặc, nguội. Ở điều kiện nhiệt độ thường, sắt tạo thành một lớp oxit bảo vệ, làm cho kim loại trở nên trơ và không bị hòa tan.
Sắt có thể phản ứng với HNO3 đặc nóng, H2SO4 đặc nóng để tạo thành muối sắt III:
2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3 (đặc, nóng) → Fe(NO3) 3 + 3NO2 + 3H2O
Tác dụng với dung dịch muối
Khi sắt tác dụng với muối của một kim loại yếu hơn, phản ứng sẽ tạo ra một muối mới và kim loại mới.
Fe + CuSO4 → Cu + FeSO4
Tác dụng với nước
Kim loại sắt có thể phản ứng với nước khi được đun nóng ở nhiệt độ cao.
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (nếu nhiệt độ < 5700C)
Fe + H2O → FeO + H2 (nếu nhiệt độ > 5700C)
Phương pháp điều chế sắt
Sắt thường được sản xuất bằng phương pháp nhiệt luyện, trong đó sử dụng các chất khử như CO, H2, Al, C để khử các hợp chất của sắt.
Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 (điều kiện: nhiệt độ cao)
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (điều kiện: nhiệt độ cao)
Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3 (điều kiện: nhiệt độ cao)
Sắt có phải kim loại nặng không?
Câu trả lời là không. Sắt có khối lượng riêng khoảng 7.87 g/cm³ lớn hơn 5 g/cm³. Tuy nhiên, sắt không có độc tính cao như các kim loại nặng khác và được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Những lý do mà sắt không phải kim loại nặng:
- Không gây độc cấp tính: Sắt là một nguyên tố quan trọng cho cơ thể người, nhưng nếu thừa sắt có thể gây ra một số bệnh. Tuy nhiên, sắt không gây độc cấp tính như các kim loại nặng khác.
- Ứng dụng rộng rãi: Sắt được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hiện nay đặc biệt là sử dụng để sản xuất thép, một trong những vật liệu xây dựng phổ biến Điều này cho thấy sắt không gây hại cho sức khỏe con người.
Ứng dụng của kim loại sắt
Kim loại sắt có mặt trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ đồ dùng gia đình đến sản xuất công nghiệp. Sắt được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như:
- Đồ gia dụng: Bàn ghế, thùng rác, kệ sắt và các móc treo cho các thiết bị như máy giặt, máy xay, máy cắt,…
- Ngoại thất và nội thất: Cầu thang, cửa sắt, cổng sắt, lan can, hàng rào sắt, tủ sắt, kệ sắt, phụ kiện cửa và trụ đèn,…
- Ngành giao thông vận tải: Cầu vượt, đường ray xe lửa, cột đèn đường và khung của một số loại phương tiện giao thông,…
- Ứng dụng trong xây dựng: Giàn giáo sắt, chốt, trụ và lưới an toàn...
- Ngành cơ khí: Các phụ tùng máy móc, phụ kiện cơ khí và bản lề cửa. Hơn nữa, sắt còn là vật liệu chủ chốt trong quá trình gia công cơ khí để tạo ra các sản phẩm theo yêu cầu của khách hàng.
Bài tập về kim loại sắt trong Sách giáo khoa Hóa học 9 kèm lời giải
Sau khi nắm vững các kiến thức lý thuyết về kim loại sắt, bạn có thể làm một số bài tập trong Sách giáo khoa Hóa học lớp 9 để củng cố lại những gì đã học.
Luyện tập các bài tập về kim loại sắt. (Ảnh: Shutterstock.com)
Bài tập 1 (SGK Hóa học 9, trang 60)
Sắt có những tính chất hóa học nào? Hãy minh họa bằng các phương trình hóa học.
Gợi ý lời giải:
Các tính chất hóa học của sắt bao gồm:
- Tác dụng với phi kim.
- Phản ứng với oxi tạo oxit sắt từ:
3Fe + 2O2 → (t0) Fe3O4
- Tác dụng với clo tạo ra sắt (III) clorua
2Fe + 3Cl2 → (t0) 2FeCl3
- Tương tác với các phi kim khác tạo thành muối tương ứng.
- Tác dụng với dung dịch axit tạo thành muối sắt (II) và giải phóng khí H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
- Phản ứng với dung dịch muối.
Sắt phản ứng với dung dịch muối của kim loại có tính hoạt động yếu hơn, tạo thành muối mới và kim loại mới.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Bài tập 2 (SGK Hóa học 9, trang 60)
Từ sắt và các hóa chất cần thiết, hãy viết phương trình hóa học để điều chế các oxit riêng biệt: Fe3O4, Fe2O3 và chỉ rõ điều kiện phản ứng (nếu có).
Gợi ý lời giải:
- 3Fe + 2O2 → (t0) Fe3O4
- 2Fe + 3Cl2 → (t0) 2FeCl3
FeCl3 + 3NaOH → 3NaCl + Fe(OH)3
2Fe(OH)3 → Fe203 + 3H2O
Bài tập 3 (SGK Hóa học 9, trang 60)
Một mẫu bột kim loại sắt bị lẫn tạp chất là nhôm. Hãy đề xuất phương pháp làm sạch sắt.
Gợi ý lời giải:
Hòa tan hỗn hợp bột kim loại này vào dung dịch kiềm dư; nhôm tan trong kiềm.
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2
Bài tập 4 (SGK Hóa học 9, trang 60)
Sắt có thể phản ứng với chất nào sau đây?
- Dung dịch muối Cu(NO3)2
- H2SO4 đặc, nguội
- Khí Cl2
- Dung dịch ZnSO4.
Viết phương trình hóa học và ghi rõ điều kiện đi kèm (nếu có).
Gợi ý lời giải:
Sắt phản ứng với dung dịch Cu(NO3)2 và khí Cl2.
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu
2Fe + 3Cl2 →(t0) 2FeCl3
Bài tập 5 (Trang 60 SGK)
Ngâm một lượng bột sắt dư vào 10 ml dung dịch đồng sunfat 1M. Sau khi phản ứng kết thúc, lọc được chất rắn A và dung dịch B.
- Cho A tác dụng với dung dịch HCl dư. Tính khối lượng chất rắn còn lại sau phản ứng.
- Tính thể tích dung dịch NaOH 1M vừa đủ để kết tủa hoàn toàn dung dịch B.
Gợi ý lời giải:
- nCuSO4 = 1.0,01 = 0,01 mol
PTHH: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Vì sắt còn dư, chất rắn A chứa: Cu và Fe dư
Cho A vào dung dịch HCl dư
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
=> Chất rắn còn lại là Cu : mCu = 0,01.64 = 0,64 gam
- Dung dịch B chứa FeSO4
PTHH: FeSO4 + 2NaOH → Na2SO4 + Fe(OH)2
(mol) 0,01 0,02 0,01 0,01
Thể tích NaOH cần dùng là
VddNaOH = n/CM = 0,02/1= 0,02 lít = 20ml
Tổng kết
Mong rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về kim loại sắt và những ứng dụng của nó trong cuộc sống. Hãy thường xuyên ghé thăm Phế liệu Hoàng Ngọc Diệp để cập nhật thêm nhiều kiến thức bổ ích về các môn học khác nhé!
CÔNG TY TNHH XUẤT NHẬP KHẨU HOÀNG NGỌC DIỆP
