Phương pháp điều chế sắt

Câu hỏi: Phương pháp điều chế sắt:

Câu trả lời:

Sắt được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện.

PTTH:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Trong công nghiệp, sắt được chiết xuất từ ​​quặng của nó, chủ yếu là hematit (Fe2O3) và magnesit (Fe3O4), bằng cách khử với cacbon trong lò sử dụng không khí nóng ở khoảng 2000 ° C. Trong lò, quặng sắt, cacbon ở dạng than cốc và các tạp chất như đá vôi được xếp ở trên cùng của lò, và không khí nóng được đưa vào lò từ phía dưới.

– Than cốc phản ứng với oxy trong luồng không khí để tạo ra carbon monoxide:

2C + O₂ → 2CO

– Carbon monoxide khử quặng sắt (hematit trong phương trình bên dưới) thành sắt nóng chảy và nó trở thành carbon dioxide:

3 CO + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO₂

Cùng với nhau Trường ĐH KD & CN Hà Nội Đi tìm hiểu thêm về sắt Fe.

– Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu Fe và số hiệu nguyên tử 26. Sắt là nguyên tố có nhiều trên Trái đất, cấu tạo nên lớp vỏ bên ngoài và bên trong của lõi Trái đất.

1. Cấu tạo và vị trí của sắt trong bảng tuần hoàn

– Cấu hình electron nguyên tử:

26Fe: 1 giây₂2 giây₂2p₆3 giây₂3p₆3d₆4 giây₂.

– Vị trí: Fe thuộc ô 26, tiết 4, nhóm VIIIB.

– Cấu hình e của các ion tạo thành từ Fe:

Fe2 + 1s₂2 giây₂2p₆3 giây₂3p₆3d₆

Fe3 + 1s₂2 giây₂2p₆3 giây₂3p₆3d₅

– Đồng vị: sắt có nhiều đồng vị như _⁵⁵Fe, _⁵⁶Fe, _⁵⁸Fe, _⁵⁹Fe

– Độ âm điện: 1,83

2. Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý

một. Trạng thái tự nhiên

– Trong tự nhiên, con người chỉ gặp sắt tự do trong các thiên thạch. Nhưng các hợp chất sắt tồn tại dưới dạng quặng rất nhiều, nằm rải rác ở nhiều nơi trên Trái Đất (sắt chiếm 5% khối lượng vỏ Trái Đất, chỉ đứng sau nhôm).

Dưới đây là một số quặng sắt tự nhiên quan trọng:

– Quặng hematit, có hai loại:

+ Hematit đỏ, chứa Fe₂O₃ khan.

+ Hematit nâu, chứa Fe₂O₃.N₂O

– Quặng Mandemit chứa Fe₃O₄ là loại quặng giàu sắt nhất, nhưng hiếm trong tự nhiên.

– Quặng ciderit chứa FeCO₃

– Quặng pyrit chứa FeS.₂có nhiều trong tự nhiên.

– Quặng sắt có giá trị sản xuất gang là mandehit và hematit.

b. Tính chất vật lý

– Fe là kim loại nặng, dễ rèn, có màu trắng xám.

– Sắt dẫn điện, dẫn nhiệt, nhiễm từ tốt nhưng ở nhiệt độ cao (800⁰C) sắt mất từ ​​tính. HÀNG TRIỆU_⁰nc = 1540⁰C.

– Fe có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện hoặc lập phương tâm khối tùy thuộc vào nhiệt độ.

3. Tính chất hóa học

– Fe là chất khử trung bình. Trong các phản ứng này, Fe có thể góp 2 hoặc 3e:

Fe → Fe₃₊ + 3e

Fe → Fe₂₊ + 2e

một. Phản ứng với phi kim

– Sắt phản ứng với hầu hết các phi kim loại khi đun nóng:

– Với halogen → sắt (III) halogenua (trừ iot tạo muối sắt II):

2Fe + 3X₂ → 2FeX₃ (t^₀)

– Với O₂:

3Fe + 2O2 → Fe3O4 (t_⁰)

* Lưu ý: Khi giải dạng bài tập này, sản phẩm tạo thành là hỗn hợp Fe và các oxit sắt.

– Với S:

Fe + S → FeS (t_⁰)

b. Tác dụng với nước

– Fe không phản ứng với nước ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao sắt phản ứng mạnh với hơi nước:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4 GIỜ₂ (0C)

Fe + H₂O → FeO + H₂ (> 570⁰C)

c. Phản ứng với các dung dịch axit

– Phản ứng với dung dịch axit HCl, H₂VÌ THẾ₄ bẩn thỉu

Fe + 2H + → Fe₂+ + Họ₂

Với axit HNO₃H₂VÌ THẾ₄ đặc biệt

Fe + 4HNO₃ l → Fe (KHÔNG₃)₃ + KHÔNG + 2H₂O

– Chú ý: Với HNO₃ rắn, lạnh; H₂VÌ THẾ₄ đặc, nguội: Fe bị thụ động hóa.

Phản ứng với dung dịch muối

– Fe đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối → muối sắt (II) + kim loại.

Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

– Fe tham gia phản ứng với Fe. Muối₃+ → muối sắt (II):

2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂

* Lưu ý: Với muối Ag +, Fe có thể tham gia phản ứng tạo thành Fe. Muối₃₊:

Fe + 2AgNO₃ → Fe (KHÔNG.)₃)₂ + 2Ag

Fe (KHÔNG₃)₂ + AgNO₃ dư → Fe (NO₃)₃ + Ag

4. Trạng thái tự nhiên

– Trong tự nhiên, sắt tồn tại ở dạng hợp chất, ở dạng quặng sắt.

– Quặng sắt:

+ Hematit: Hematit đỏ (Fe₂O₃ khan) và hematit nâu (Fe₂O₃.N₂O).

+ Manhetit (Fe₃O₄)

+ Ciderit (FeCO₃)

+ Pyrit (FeS₂)

Sắt cũng có trong hồng cầu của máu, giúp vận chuyển oxy đến các tế bào.

5. Điều chế

Trong công nghiệp, sắt được chiết xuất từ ​​quặng của nó, chủ yếu từ hematit (Fe₂O₃) và magnetit (Fe₃O₄) bằng cách khử cacbon trong lò luyện sử dụng không khí nóng ở khoảng 2000 ° C

– Nguyên tắc: Khử quặng oxit sắt bằng than cốc trong lò cao.

– Nguyên liệu: Quặng sắt oxit (quặng hematit đỏ Fe₂O₃), than cốc, chất trợ dung (CaCO₃ hoặc SiO₂).

Các phản ứng sau đây xảy ra trong quá trình luyện gang:

– CO. phản ứng khử

Phản ứng khử oxit sắt:

6. Ứng dụng

Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại được sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp giữa chi phí thấp và các đặc tính tốt về độ bền, độ dẻo và độ cứng khiến nó trở nên không thể thay thế, đặc biệt là trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, vỏ tàu lớn, khung cho các dự án xây dựng. Thép là hợp kim được biết đến nhiều nhất của sắt, nhưng có một số dạng sắt khác tồn tại như:

– Gang thô (gang) chứa 4% – 5% cacbon và chứa nhiều loại chất khác như lưu huỳnh, silic, photpho. Tính năng độc đáo của nó: là bước trung gian từ quặng sắt thành thép cũng như gang (gang trắng và gang xám).

Gang chứa 2% – 3,5% cacbon và một lượng nhỏ mangan. Các chất trong gang thô có ảnh hưởng xấu đến các đặc tính của vật liệu, chẳng hạn như lưu huỳnh và phốt pho, được giảm xuống mức có thể chấp nhận được. Nó có điểm nóng chảy từ 1420–1470 K, thấp hơn cả hai thành phần chính của nó, khiến nó trở thành sản phẩm đầu tiên nóng chảy khi cacbon và sắt được nung nóng cùng nhau. Nó rất rắn, cứng và dễ vỡ. Làm việc với gang, ngay cả khi nóng trắng, nó có xu hướng phá vỡ hình dạng của vật thể.

Thép cacbon chứa từ 0,5% đến 1,5% cacbon, với một lượng nhỏ mangan, lưu huỳnh, phốt pho và silic.

Sắt non chứa ít hơn 0,5% cacbon. Nó là một sản phẩm cứng, dễ uốn, không nóng chảy như gang thô. Nó có rất ít carbon. Nếu bị mài vào một lưỡi dao sắc, nó sẽ mất tính chất này rất nhanh.

– Thép hợp kim chứa nhiều lượng khác nhau của cacbon cũng như các kim loại khác, chẳng hạn như crom, vanadi, molypden, niken, vonfram, v.v.

– Sắt (III) oxit được dùng để chế tạo bộ lưu từ trong máy tính. Chúng thường được trộn với các hợp chất khác, và bảo toàn tính chất từ ​​tính của chúng trong hỗn hợp này.

Đăng bởi: Trường ĐH KD & CN Hà Nội

Chuyên mục: Lớp 12, Hóa 12