§3. CRÔM - SẮT - ĐỒNG

I. CRÔM

$_{24}^{52}Cr: 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{5}4s^{1}$

1. Lưỡng tính: trắng bạc, rất cứng → sản suất thép.

2. Hóa tính:

$Cr-2e\rightarrow Cr^{2+}$ (Hóa trị II)

$Cr-3e\rightarrow Cr^{3+}$ (Hóa trị III)

a. Với oxi và clo:

$4Cr+3O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2Cr_{2}O_{3}$

$2Cr+3Cl_{2}\rightarrow 2CrCl_{3}$

b. Với $H_{2}O$: $2Cr+3H_{2}O\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cr_{2}O_{3}+3H_{2}$

c. Với dung dịch axit:

$Cr+2HCl\rightarrow CrCl_{2}+H_{2}$

$4Cr+12HCl+O_{2}\rightarrow 4CrCl_{3}+2H_{2}O+4H_{2}$

d. Với kiềm:

$Cr+3NaNO_{3}+2NaOH\rightarrow Na_{2}CrO_{4}+3NaNO_{2}+H_{2}O$

3. Hợp chất của crôm:

a. Crôm (III) oxit: $Cr_{2}O_{3}$

* Là oxit lưỡng tính.

$Cr_{2}O_{3}+6HCl\rightarrow 2CrCl_{3}+3H_{2}O$

$Cr_{2}O_{3}+2NaOH\rightarrow 2NaCrO_{2}+H_{2}O$

* Điều chế:

$(NH_{4})_{2}Cr_{2}O_{7}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cr_{2}O_{3}+N_{2}+4H_{2}O$

$Na_{2}Cr_{2}O_{7}+2C\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cr_{2}O_{3}+Na_{2}CO_{3}+CO$

$K_{2}Cr_{2}O_{7}+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cr_{2}O_{3}+K_{2}SO_{4}$

b. Crôm (III) hiđroxit $Cr(OH)_{3}$ (màu xanh)

* Là hiđroxit lưỡng tính.

$Cr(OH)_{3}+3HCl\rightarrow CrCl_{3}+3H_{2}O$

$Cr(OH)_{3}+NaOH\rightarrow NaCrO_{2}+2H_{2}O$

* Bị oxi hóa:

$2NaCrO_{2}+3Br_{2}+8NaOH\rightarrow 2Na_{2}CrO_{4}+6NaBr+4H_{2}O$

* Nhiệt phân:

$2Cr(OH)_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cr_{2}O_{3}+3H_{2}O$

c. Crôm (VI) oxit $CrO_{3}$ (rắn, đỏ sẫm) rất độc.

* Là oxit axit:

$H_{2}O+CrO_{3}\rightarrow H_{2}CrO_{4}$ (axit crômic)

$2NaOH+CrO_{3}\rightarrow Na_{2}CrO_{4}+H_{2}O$

* Là chất oxi hóa mạnh:

$2CrO_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cr_{2}O_{3}+1,5O_{2}$

d. Kali bi cromat $K_{2}Cr_{2}O_{7}$ (đỏ da cam).

* $4K_{2}Cr_{2}O_{7}\overset{t^{0}}{\rightarrow}4K_{2}CrO_{4}+2Cr_{2}O_{3}+3O_{2}$

* $K_{2}Cr_{2}O_{7}+14HCl\rightarrow 2KCl+2CrCl_{3}+3Cl_{2}+7H_{2}O$

II. SẮT $_{26}^{56}\textrm{Fe}: 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{6}4s^{2}$

1. Lí tính: Trắng xám, dẻo, nhiễm từ.

2.Hóa tính:

a. Với oxi và các phi kim:

$3Fe+2O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}$

$2Fe+3Cl_{2}\overset{500^{0}C}{\rightarrow}2FeCl_{3}$

$Fe+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeS$

$3Fe+C\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}C$ (xêmentit)

b. Với $H_{2}O$:

$3Fe+4H_{2}O\overset{t^{0}<570^{0}C}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}+4H_{2}$

$Fe+H_{2}O\overset{t^{0}<570^{0}C}{\rightarrow}FeO+H_{2}$

$2Fe+1,5O_{2}$ (dư) $+ nH_{2}O\rightarrow Fe_{2}O_{3}.nH_{2}O$

$3Fe+2O_{2}$ (thiếu) $+nH_{2}O\rightarrow Fe_{3}O_{4}.nH_{2}O$

c. Với dung dịch axit:

* Như các kim loại khác → sắt (II) + $H_{2}$

* Đặc biệt:

d. Với muối: $Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu$

3. Điều chế:

* $FeCl_{2}\overset{dpdd}{\rightarrow}Fe+Cl_{2}$

* $FeSO_{4}+H_{2}O\overset{dpdd}{\rightarrow}Fe+0,5O_{2}$ + $H_{2}SO_{4}$

* $FeSO_{4}+Mg\rightarrow MgSO_{4}+Fe$

* $FeO+H_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe+H_{2}O$

* $Fe_{3}O_{4}+4CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}3Fe+4CO_{2}$

4. Hợp chất của sắt:

a. Sắt (II) oxit FeO (rắn đen) không tan.

* Là oxit bazơ.

* Bị khử bởi CO, $H_{2}$, Al → Fe.

* Bị oxi hóa:

$4FeO+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2Fe_{2}O_{3}$

$3FeO+10HNO_{3}$ (loãng) → $3Fe(NO_{3})_{3}+NO+5H_{2}O$

* Điều chế:

$Fe_{3}O_{4}+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}3FeO+CO_{2}$

$Fe(OH)_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeO+H_{2}O$

$Fe(CO_{2})_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeO+CO_{2}$ + CO

b. Sắt từ oxit $Fe_{3}O_{4}$ (hay FeO.$Fe_{2}O_{3}$), rắn đen, không tan, nhiễm từ.

* Là oxit bazơ:

$Fe_{3}O_{4}+8HCl\rightarrow FeCl_{2}+2FeCl_{3}+4H_{2}O$

* Bị khử bởi $H_{2}$, CO, Al → Fe.

* Bị oxi hóa: $3Fe_{3}O_{4}+28HNO_{3}\rightarrow 9Fe(NO_{3})_{3}+NO+14H_{2}O$

* Điều chế: $3Fe_{2}O_{3}+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}$

c. Sắt (IV) oxit $Fe_{2}O_{3}$: Rắn, đỏ nâu, không tan.

* Là oxit bazơ, tác dụng với axit → Muối sắt (III).

* Bị khử bởi $H_{2}$, CO, Al → Fe

* Điều chế: $2Fe(OH)_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{2}O_{3}+3H_{2}O$

d.

Là những bazơ không tan.

$4Fe(OH)_{2}$ $+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow 4Fe(OH)_{3}$

e. Muối sắt (II), muối sắt (III).

* Muối sắt (II) có tính khử.

$2FeCl_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2FeCl_{3}$

$3Fe(NO_{3})_{2}+4HNO_{3}$ (loãng) $\rightarrow 3Fe(NO_{3})_{3}+NO$ + $2H_{2}O$

$2FeSO_{4}+2H_{2}SO_{4}$ (đặc, nóng) $\rightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+SO_{2}$ + $2H_{2}O$

$10Fe(SO_{4})+2KMnO_{4}+8H_{2}SO_{4}\rightarrow 5Fe_{2}(SO_{4})_{3}+K_{2}SO_{4}+2MnSO_{4}+8H_{2}O$

$6Fe(SO_{4})+K_{2}Cr_{2}O_{7}+7H_{2}SO_{4}\rightarrow 3Fe_{2}(SO_{4})_{3}+K_{2}SO_{4}+Cr_{2}(SO_{4})_{3}+7H_{2}O$

* Muối sắt (III) có tính oxi hóa.

$2FeCl_{3}+Cu\rightarrow 2FeCl_{2}+CuCl_{2}$

$2FeCl_{3}+2KI\rightarrow 2FeCl_{2}+2KCl+I_{2}$

$2FeCl_{3}+H_{2}S\rightarrow 2FeCl_{2}+2HCl+S$

5. Sản xuất gang, thép.

a. Các phản ứng xảy ra trong lò luyện gang (Lò cao).

* Than cốc cháy:

$C+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CO_{2}+Q$

$CO_{2}+C\rightarrow 2CO-Q$

* CO khử $Fe_{2}O_{3}$ → Fe:

$3Fe_{2}O_{3}+CO\rightarrow 2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}$

$Fe_{3}O_{4}+CO\rightarrow 3FeO+CO_{2}$

$FeO+CO\rightarrow Fe+CO_{2}$

* Sau đó:

$3Fe+C\rightarrow Fe_{3}C$

$3Fe+2CO\rightarrow Fe_{3}C+CO_{2}$

* Chú ý: Vì trong nguyên liệu có tạp chất là oxit $SiO_{2}$, MnO, $P_{2}O_{5}$... nên:

$SiO_{2}+2C\rightarrow Si+2CO$

$MnO+C\rightarrow Mn+CO$

$P_{2}O_{5}+5C\rightarrow 2P+5CO$

Như vậy sắt nóng chảy có hòa tan một lượng nhỏ C 4%, Si, P, S ta được gang.

* Chất chảy tác dụng với các tạp chất (quặng) → xỉ nổi lên trên bề mặt gang nóng chảy.

$CaCO_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaO+CO_{2}$

$CaO+SiO_{2}\rightarrow CaSiO_{3}$

b. Các phản ứng xảy ra trong lò luyện thép.

* Oxi hóa các tạp chất có trong gang (C, Si, P, S, Mn...) thành các chất khí, xỉ, biến gang thành thép.

$Si+O_{2}\rightarrow SiO_{2}$

$2Mn+O_{2}\rightarrow 2MnO$

$C+O_{2}\rightarrow CO_{2}$

Sau đó:

$2Fe+O_{2}\rightarrow 2FeO$

P, S ít bị loại do phản ứng:

$S+O_{2}\rightarrow SO_{2}$

$4P+5O_{2}\rightarrow 2P_{2}O_{5}$

Nên chọn gang ít S, P để luyện thép.

III. ĐỒNG $_{29}^{64}\textrm{Cu}$

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{1}$

1. Hóa tính:

Khử yếu $\left\{\begin{matrix} Cu-1e\rightarrow Cu^{+}\\ Cu-2e\rightarrow Cu^{2+} \end{matrix}\right.$

* Với oxi:

* Với clo:

* Với S:

* Với axit có tính oxi hóa mạnh → Muối, không có $H_{2}$.

* Với dung dịch muối:

2. Điều chế:

3. Hợp chất của đồng:

a. Đồng (I) oxit $Cu_{2}O$ (màu đỏ).

* Với oxi axit:

* Với hiđroxit:

* Với $Cu_{2}S$:

* Điều chế:

b. Đồng (I) clorua: CuCl (rắn trắng, không tan).

* Dễ phân hủy.

* Dễ bị oxi hóa.

* Tạo phức với dung dịch $NH_{3}$:

c. Đồng (II) oxit CuO (rắn, đen, không tan).

* Bị khử bởi AI, $H_{2}$, CO, C, $NH_{3}$ ở $t^{0}$ cao → Cu.

* Là 1 oxit bazơ (hay là 1 bazơ theo Bronsted)

* Điều chế:

d. Đồng (II) hiđroxit $Cu(OH)_{2}$ kết tủa màu lam.

* Kém bền $\overset{t^{0}}{\rightarrow}CuO+H_{2}O$

* Là bazơ.

* Tạo phức.

e. Các muối đồng (II) đều độc, dung dịch có màu xanh lam của $Cu^{2+}$ bị hiđrát hóa $[Cu(H_{2}O)]^{2+}$.

Cho phản ứng tạo phức $[Cu(NH_{3})_{4}]Cl$