I- HỢP CHẤT SẮT $(II)$
1. Tính chất hóa học của hợp chất sắt $(II)$
a) Hợp chất sắt $(II)$ có tính khử
Khi tác dụng với oxi hóa, các hợp chất sắt $(II)$ bị oxi hóa thành hợp chất sắt $(III)$. Trong các phản ứng này, ion $Fe^{2+}$ có khả năng nhường $1$ electron:
\[F{e^{2 + }}\xrightarrow{{ }}F{e^{3 + }} + 1e\]
Như vậy, tính chất hóa học chung của hợp chất sắt $(II)$ là tính khử. sau đây là những phản ứng hóa học minh họa cho tính khử cảu hợp chất sắt $(II)$:
- Hợp chất sắt $(II)$ bị oxi hóa bởi axit $H_2SO_4$ đặc nóng hoặc dung dịch axit $HNO_3$ tạo thành muối sắt $(III):$
\[3FeO + 10HN{O_3}\xrightarrow{{ }}3Fe{(N{O_3})_3} + 5{H_2}O + NO \uparrow \]
$FeO$ đã khử một phần $HNO_3$ thành $NO$.
- Sắt $(II)$ hiđroxit bị oxi hóa trong không khí (có mặt oxi và hơi nước) thành sắt $(III)$ hiđroxit:
$4Fe(OH)_2+O_2+2H_2O \xrightarrow{{ }} 4Fe(OH)_3$
(trắng xanh) (nâu đỏ)
- Muối sắt $(II)$ bị oxi hóa thành muối sắt $(III):$
$2FeCl_2+Cl_2 \xrightarrow{{ }} 2FeCl_3$
(lục nhạt) (vàng nâu)
$10FeSO_4+2KMnO_4+8H_2SO_4 \xrightarrow{{ }} 5Fe_2(SO_4)_3+K_2SO_4+2MnSO_4+8H_2O$
(dung dịch màu tím hồng) (dung dịch màu vàng)
Trong các phản ứng trên, $Fe^{2+}$ đã khử $Cl_2$ thành ion $Cl^-$ hoặc khử $MnO^-_4$ thành $Mn^{2+}$.
b) Oxit và hiđroxit sắt $(II)$ có tính bazơ
Sắt $(II)$ oxit và sắt $(II)$ hiđroxit có tính bazơ. Chúng tác dụng được với axit $(HCl, H_2S_4 loãng)$ tạo thành muối sắt $(II)$
2. Điều chế một số hợp chất sắt $(II)$
Sắt $(II)$ có thể được điều chế bằng cách hủy sắt $(II)$ hiđroxit ở nhiệt độ cao trong môi trường không có oxi:
\[Fe{(OH)_2}\xrightarrow{{{t^0}}}FeO + {H_2}O\]
hoặc khử sắt $(III)$ oxit:
\[F{e_2}{O_3} + CO\xrightarrow{{500 - {{600}^0}C}}2FeO + C{O_2} \uparrow \]
Sắt $(II)$ hiđroxit được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion của dung dịch muối sắt $(II)$ với dung dịch bazơ không có không khí
\[FeC{l_2} + 2NaOH\xrightarrow{{ }}Fe{(OH)_2} \downarrow + 2NaCl\]
\[F{e^{2 + }} + 2O{H^ - }\xrightarrow{{ }}Fe{(OH)_2}\]
Muối sắt $(II)$ được điều chế bằng cách cho sắt hoặc các hợp chất sắt $(II)$ như $FeO, Fe(OH)_2,...$ tác dụng với dung dịch $HCl$ hoặc $H_2SO_4$ loãng (trong điều kiện không có không khí).
Cũng có thể điều chế muối sắt $(II)$ từ muối sắt $(III)$.
3. Ứng dụng của hợp chất sắt $(II)$
Muối $FeSO_4$ được dùng làm chất diệt sâu bọ có hại cho thực vật, pha chế sơn, mực và trong kĩ nghệ nhuộm vải.
II- HỢP CHẤT SẮT $(III)$
1. Tính chất hóa học của hợp chất sắt $(III)$
a) Hợp chất sắt $(III)$ có tính oxi hóa
Khi tác dụng với các chất khử, các hợp chất sắt $(III)$ sẽ bị khử thành hợp chất sắt $(II)$ hoặc sắt tự do. Trong các phản ứng hóa học này, ion $Fe^{3+}$ có khả năng nhận $1$ hoặc $3$ electron, tùy thuộc vào chất khử mạnh hay yếu:
\[F{e^{3 + }} + 1e\xrightarrow{{ }}F{e^{2 + }}\]
\[F{e^{3 + }} + 3e\xrightarrow{{ }}Fe\]
Như vậy, tính chất hóa học chung của hợp chất $(III)$ là tính oxi hóa
- Hợp chất sắt $(III)$ oxi hóa nhiều kim loại thành ion dương:
\[2FeC{l_3} + Fe\xrightarrow{{ }}3FeC{l_2}\]
\[2FeC{l_3} + Cu\xrightarrow{{ }}2FeC{l_2} + CuC{l_2}\]
- Hợp chất sắt $(III)$ oxi hóa một số hợp chất có tính khử:
\[2FeC{l_3} + 2KI\xrightarrow{{ }}2FeC{l_2} + 2KCl + {I_2}\]
b) Oxit và hiđroxit sắt $(III)$ có tính bazơ
Sắt $(III)$ oxit và sắt $(III)$ hiđroxit có tính bazơ. Chúng tác dụng với axit tạo thành muối sắt $(III)$.
2. Điều chế một số hợp chất sắt $(III)$
- Sắt $(III)$ oxit có thể điều chế bằng phản ứng phân hủy sắt $(III)$ hiđroxit ở nhiệt độ cao:
\[2Fe{(OH)_3}\xrightarrow{{{t^0}}}F{e_2}{O_3} + 3{H_2}O\]
- Sắt $(III)$ hiđroxit có thể được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion của dung dịch muối sắt $(III)$, hoặc phản ứng oxi hóa sắt $(II)$ hiđroxit:
\[FeC{l_3} + 3NaOH\xrightarrow{{ }}Fe{(OH)_3} \downarrow + 3NaCl\]
\[F{e^{3 + }} + 3O{H^ - }\xrightarrow{{ }}Fe(OH) \downarrow \]
- Muối sắt $(III)$ có thể được điều chế trực tiếp từ phản ứng của sắt với các chất oxi hóa mạnh như $Cl_2, HNO_3, H_2SO_4$ đặc nóng, hoặc phản ứng của các hợp chất sắt $(III)$ với axit:
\[2Fe{(OH)_3} + 3{H_2}S{O_4}\xrightarrow{{ }}F{e_2}{(S{O_4})_3} + 6{H_2}O\]
\[F{e_2}{O_3} + 6HCl\xrightarrow{{}}2FeC{l_3} + 3{H_2}O\]
3. Ứng dụng của hợp chất sắt $(III)$
Muối $FeCl_3$ được dùng làm chất xúc tác trong một số phản ứng hữu cơ.
$Fe_2(SO_4)_3$ có trong phèn sắt - amoni, tức muối kép sắt $(III)$ amoni sunfat $(NH_4)_2SO_4.Fe_2(SO_4)_3.24H_2O$
$Fe_2O_3$ được dùng để pha chế sơn chống gỉ.