Giáo án Hóa học 12 - Chương 7: Sắt và một số kim loại quan trọng, Bài 31: Sắt

Tuần 24 Tiết: 1 Tiết PPCT: 70 CHƯƠNG 7: SẮT VÀ MỘT SỐ KIM LOẠI QUAN TRỌNG Bài 31: SẮT I. Mục tiêu 1. Nêu lên được vị trí, cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí của sắt. 2. Trình bày được tính chất hóa học của sắt: tính khử trung bình (tác dụng với oxi, clo, lưu huỳnh, dung dịch axit, dung dịch muối). 3. Dự đoán, kiểm tra và kết luận được tính chất hóa học của sắt. 4. Viết được các phương trình minh họa tính khử của sắt. 5. Tính được thành phần phần trăm về khối lượng của sắt trong hỗn hợp phản ứng. II. Chuẩn bị - Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. - Dụng cụ, hoá chất: bình khí O2 và bình khí Cl2 (điều chế trước), dây sắt, đinh sắt, dung dịch H2SO4 loãng, dung dịch CuSO4, ống nghiệm, đèn cồn, giá thí nghiệm, kẹp sắt, III. Tiến trình dạy học 1. Ổn định lớp 2. Kiểm tra bài cũ 3. Bài mới Hoạt động của GV – HS Nội dung Hoạt động 1 - GV dùng bảng HTTH và yêu cầu HS xác định vị trí của Fe trong bảng tuần hoàn. - HS viết cấu hình electron của Fe, Fe2+, Fe3+; suy ra tính chất hoá học cơ bản của sắt. I. Vị trí trong BTH, cấu hình electron nguyên tử - Ô thứ 26, nhóm VIIIB, chu kì 4. - Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 hay [Ar]3d64s2 ð Sắt dễ nhường 2 electron ở phân lớp 4s trở thành ion Fe2+ và có thể nhường thêm 1 electron ở phân lớp 3d để trở thành ion Fe3+. - HS nghiên cứu SGK để biết được những tính chất vật lí cơ bản của sắt. II. Tính chất vật lí Là kim loại màu trắng hơi xám, có khối lượng riêng lớn (d = 8,9 g/cm3), nóng chảy ở 15400C. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ. Hoạt động 2 - HS đã biết được tính chất hoá học cơ bản của sắt nên GV yêu cầu HS xác định xem khi nào thì sắt thị oxi hoá thành Fe2+, khi nào thì bị oxi hoá thành Fe3+ ? III. Tính chất hóa học Có tính khử trung bình. Với chất oxi hoá yếu: Fe ® Fe2+ + 2e Với chất oxi hoá mạnh: Fe ® Fe3+ + 3e - HS tìm các thí dụ để minh hoạ cho tính chất hoá học cơ bản của sắt. 1. Tác dụng với phi kim a) Tác dụng với lưu huỳnh - GV biểu diễn các thí nghiệm: + Fe cháy trong khí O2. b) Tác dụng với oxi + Fe cháy trong khí Cl2. c) Tác dụng với clo + Fe tác dụng với dung dịch HCl và H2SO4 loãng. - HS quan sát các hiện tượng xảy ra. Viết PTHH của phản ứng. 2. Tác dụng với dung dịch axit a) Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng - GV yêu cầu HS hoàn thành các PTHH: + Fe + HNO3 (l) + Fe + HNO3 (đ) + Fe + H2SO4 (đ) b) Với dung dịch HNO3 và H2SO4 đặc, nóng Fe khử hoặc trong HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng đến số oxi hoá thấp hơn, còn Fe bị oxi hoá thành . § Fe bị thụ động bởi các axit HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội. - HS viết PTHH của phản ứng: Fe + CuSO4 3. Tác dụng với dung dịch muối Hoạt động 3 - HS nghiên cứu SGK để biết được trạng thái thiên nhiên của sắt. IV. Trạng thái tự nhiên - Chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ trái đất, đứng hàng thứ hai trong các kim loại (sau Al). - Trong tự nhiên sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất có trong các quặng: quặng manhetit (Fe3O4), quặng hematit đỏ (Fe2O3), quặng hematit nâu (Fe2O3.nH2O), quặng xiđerit (FeCO3), quặng pirit (FeS2). - Có trong hemoglobin (huyết cầu tố) của máu. - Có trong các thiên thạch. 4. Củng cố 1. Các kim loại nào sau đây đều phản ứng với dung dịch CuSO4 ? A. Na, Mg, Ag. B. Fe, Na, MgP C. Ba, Mg, Hg. D. Na, Ba, Ag 2. Cấu hình electron nào sau đây là của ion Fe3+ ? A. [Ar]3d6 B. [Ar]3d5P C. [Ar]3d4 D. [Ar]3d3 3. Cho 2,52g một kim loại tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng, thu được 6,84g muối sunfat. Kim loại đó là A. Mg B. Zn C. FeP D. Al 5. Dặn dò - Làm bài tập trang 141 SGK. - Xem trước bài hợp chất của sắt. Tuần 24 Tiết 2 Tiết PPCT: 71 Bài 32: HỢP CHẤT CỦA SẮT I. Mục tiêu - Nêu lên được : Tính chất vật lí, nguyên tắc điều chế và ứng dụng của một số hợp chất của sắt. - Trình bày được: + Tính khử của hợp chất sắt (II) : FeO, Fe(OH)2, muối sắt (II). + Tính oxi hóa của hợp chất sắt (III) : Fe2O3, Fe(OH)3, muối sắt (III). - Viết được các PTHH phân tử hoặc ion rút gọn minh họa tính chất hóa học. - Nhận biết được ion Fe2+, Fe3+ trong dung dịch. - Giải được bài tập về hợp chất của sắt. II. Chuẩn bị Đinh sắt, mẩu dây đồng, dung dịch HCl, dung dịch NaOH, dung dịch FeCl3. III. Tiến trình dạy học 1. Ổn định lớp 2. Kiểm tra bài cũ Tính chất hoá học cơ bản của sắt là gì ? Dẫn ra các PTHH để minh hoạ. 3. Bài mới: Hoạt động của GV – HS Nội dung Hoạt động 1: - GV?: Em hãy cho biết tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) là gì? Vì sao? I. Hợp chất sắt (II) Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) là tính khử. Fe2+ Fe3+ + 1e - HS nghiên cứu tính chất vật lí của sắt (II) oxit. - HS viết PTHH của phản ứng biểu diễn tính khử của FeO. - GV giới thiệu cách điều chế FeO. 1. Sắt (II) oxit a. Tính chất vật lí: (SGK) b. Tính chất hoá học 3FeO+ 10H+ + 3Fe3+ + NO­ +5H2O c. Điều chế - HS nghiên cứu tính chất vật lí của sắt (II) hiđroxit. - GV biểu diễn thí nghiệm điều chế Fe(OH)2. - HS quan sát hiện tượng xảy ra và giải thích vì sao kết tủa thu được có màu trắng xanh rồi chuyển dần sang màu nâu đỏ. 2. Sắt (II) hiđroxit a. Tính chất vật lí : (SGK) b. Tính chất hoá học Thí nghiệm: Cho dung dịch FeCl2 + dung dịch NaOH FeCl2 + 2NaOH Fe(OH)2¯ + 2NaCl 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 c. Điều chế: Điều chế trong điều kiện không có không khí. - HS nghiên cứu tính chất vật lí của muối sắt (II). 3. Muối sắt (II) a. Tính chất vật lí: Đa số các muối sắt (II) tan trong nước, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước. Thí dụ: FeSO4.7H2O; FeCl2.4H2O - HS lấy thí dụ để minh hoạ cho tính chất hoá học của hợp chất sắt (II). - GV giới thiệu phương pháp điều chế muối sắt (II). - GV ?: Vì sao dung dịch muối sắt (II) điều chế được phải dùng ngay ? b. Tính chất hoá học c. Điều chế: Cho Fe (hoặc FeO; Fe(OH)2) tác dụng với HCl hoặc H2SO4 loãng. Fe + 2HCl FeCl2 + H2­ FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O % Dung dịch muối sắt (II) điều chế được phải dùng ngay vì trong không khí sẽ chuyển dần thành muối sắt (III). Hoạt động 2 - GV ?: Tính chất hoá học chung của hợp chất sắt (III) là gì ? Vì sao ? II. Hợp chất sắt (III) Tính chất hoá học đặc trưng của hợp chất sắt (III) là tính oxi hoá. Fe3+ + 1e Fe2+ Fe3+ + 2e Fe - HS nghiên cứu tính chất vật lí của Fe2O3. - HS viết PTHH của phản ứng để chứng minh Fe2O3 là một oxit bazơ. - GV giới thiệu phản ứng nhiệt phân Fe(OH)3 để điều chế Fe2O3. 1. Sắt (III) oxit a. Tính chất vật lí: (SGK) b. Tính chất hoá học v Fe2O3 là oxit bazơ Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O Fe2O3 + 6H+ 2Fe3+ + 3H2O v Tác dụng với CO, H2 c. Điều chế % Fe3O3 có trong tự nhiên dưới dạng quặng hematit dùng để luyện gang. - HS tìm hiểu tính chất vật lí của Fe(OH)3 trong SGK. - GV?: Chúng ta có thể điều chế Fe(OH)3bằng phản ứng hoá học nào ? 2. Sắt (III) hiđroxit v Fe(OH)3 là chất rắn, màu nâu đỏ, không tan trong nước, dễ tan trong dung dịch axit tạo thành dung dịch muối sắt (III). 2Fe(OH)3 + 3H2SO4Fe2(SO4)3 + 6H2O v Điều chế: dung dịch kiềm + dung dịch muối sắt (III). FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3¯ + 3NaCl - HS nghiên cứu tính chất vật lí của muối sắt (III). - GV biểu diễn thí nghiệm: + Fe + dung dịch FeCl3. + Cu + dung dịch FeCl3. - HS quan sát hiện tượng xảy ra. Viết PTHH của phản ứng. 3. Muối sắt (III) v Đa số các muối sắt (III) tan trong nước, khi kết tinh thường ở dạng ngậm nước. Thí dụ: FeCl3.6H2O; Fe2(SO4)3.9H2O v Muối sắt (III) có tính oxi hoá, dễ bị khử thành muối sắt (II) 4. Củng cố 1. Cho Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng thu được V lít H2 (đkc), dung dịch thu được cho bay hơi được tinh thể FeSO4.7H2O có khối lượng là 55,6g. Thể tích khí H2 đã giải phóng là A. 8,19 B. 7,33 C. 4,48P D. 3,23 2. Khử hoàn toàn 16g Fe2O3 bằng khí CO ở nhiệt độ cao. Khi đi ra sau phản ứng được dẫn vào dung dịch Ca(OH)2 dư. Khối lượng (g) kết tủa thu được là A. 15 B. 20 C. 25 D. 30P 5. Dặn dò - Làm bài tập trang 145 (SGK) - Xem trước bài hợp kim của sắt Tuần 24 Tiết 3 Tiết PPCT: 72 Bài 33: HỢP KIM CỦA SẮT I. Mục tiêu Nêu lên được: - Khái niệm và phân loại gang, nguyên tắc sản xuất gang. - Khái niệm và phân loại thép, nguyên tắc chung sản xuất thép. - Ứng dụng của gang, thép. - Quan sát mô hình, hình vẽ, sơ đồ ... rút ra được nhận xét về nguyên tắc và quá trình sản xuất gang, thép. - Viết được các PTHH của phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trong lò luyện gang, luyện thép. II. Chuẩn bị Đinh sắt, mẩu dây đồng, dung dịch HCl, dung dịch NaOH, dung dịch FeCl3. III. Tiến trình dạy học 1. Ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) và sắt (III) là gì ? Dẫn ra các PTHH để minh hoạ. 3. Bài mới: Hoạt động của GV – HS Nội dung Hoạt động 1 v GV đặt hệ thống câu hỏi: - Gang là gì ? I. Gang 1. Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon trong đó có từ 2 – 5% khối lượng cacbon, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S, - Có mấy loại gang ? v GV bổ sung, sửa chữa những chổ chưa chính xác trong định nghĩa và phân loại về gang của HS. 2. Phân loại: Có 2 loại gang a) Gang xám: Chứa cacbon ở dạng than chì. Gẫngms được dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa, b) Gang trắng - Gang trắng chứa ít cacbon hơn và chủ yếu ở dạng xementit (Fe3C). - Gang trắng (có màu sáng hơn gang xám) được dùng để luyện thép. Hoạt động 2 v GV nêu nguyên tắc sản xuất gang. 3. Sản xuất gang a) Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao. v GV thông báo các quặng sắt thường dung để sản xuất gang là: hematit đỏ (Fe2O3), hematit nâu (Fe2O3.nH2O) và manhetit (Fe3O4). b) Nguyên liệu: Quặng sắt oxit (thường là hematit đỏ Fe2O3), than cốc và chất chảy (CaCO3 hoặc SiO2). v GV dùng hình vẽ 7.2 trang 148 để giới thiệu về các phản ứng hoá học xảy ra trong lò cao. v HS viết PTHH của các phản ứng xảy ra trong lò cao. c) Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang v Phản ứng tạo chất khử CO v Phản ứng khử oxit sắt - Phần trên thân lò (4000C) - Phần giữa thân lò (500 – 6000C) - Phần dưới thân lò (700 – 8000C) v Phản ứng tạo xỉ (10000C) CaCO3 CaO + CO2­ CaO + SiO2 CaSiO3 d) Sự tạo thành gang (SGK) Hoạt động 3 v GV đặt hệ thống câu hỏi: - Thép là gì ? II. Thép 1. Khái niệm: Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 – 2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,) - Có mấy loại thép ? v GV bổ sung, sửa chữa những chổ chưa chính xác trong định nghĩa và phân loại về thép của HS và thông báo thêm: Hiện nay có tới 8000 chủng loại thép khác nhau. Hàng năm trên thế giới tiêu thụ cỡ 1 tỉ tấn gang thép. 2. Phân loại a) Thép thường (thép cacbon) - Thép mềm: Chứa không quá 0,1%C. Thép mềm dễ gia công, được dùng để kép sợi,, cán thành thép lá dùng chế tạo các vật dụng trong đời sống và xây dựng nhà cửa. - Thép cứng: Chứa trên 0,9%C, được dùng để chế tạo các công cụ, các chi tiết máy như các vòng bi, vỏ xe bọc thép, b) Thép đặc biệt: Đưa thêm vào một số nguyên tố làm cho thép có những tính chất đặc biệt. - Thép chứa 13% Mn rất cứng, được dùng để làm máy nghiền đá. - Thép chứa khoảng 20% Cr và 10% Ni rất cứng và không gỉ, được dùng làm dụng cụ gia đình (thìa, dao,), dụng cụ y tế. - Thép chứa khoảng 18% W và 5% Cr rất cứng, được dùng để chế tạo máy cắt, gọt như máy phay, máy nghiền đá, v GV nêu nguyên tắc của việc sản xuất thép. 3. Sản xuất thép Nguyên tắc: Giảm hàm lượng các tạp chất C, Si, S, Mn,có trong thành phần gang bằng cách oxi hoá các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách khỏi thép. 4. Củng cố 1. Nêu những phản ứng chính xảy ra trong lò cao. 2. Khử hoàn toàn 17,6g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4,Fe2O3 đến Fe cần vừa đủ 2,24 lít CO (đkc). Khối lượng sắt thu được là A. 15 B. 16P C. 17 D. 18 5. Dặn dò: làm bài tập trang 151 và xem trước các bài tập trang 165 SGK