Hoà tan hoàn toàn một lượng hỗn hợp X gồm ${\mathrm{Fe}}_3{\mathrm{O}}_4$ và ${\mathrm{FeS}}_2$ trong 63 gam dung dịch ${\mathrm{HNO}}_3$ nồng độ a (%), thu được 1,568 lit ${\mathrm{NO}}_2$ (đktc) duy nhất và dung dịch Y. Dung dịch Y tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi, thu được 9,76 gam chất rắn. Giá trị của a là

Các kiến thức cơ bản cần nắm vững:

1. Sắt

- Sắt thuộc ô 26,  nhóm VIIIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn.

- Cấu hình electron của Fe: [Ar]3d⁶4s²;       Fe²⁺: [Ar]3d⁶;    Fe³⁺: [Ar]3d⁵.

- Số oxi hóa trong hợp chất: +2, +3.

- Có màu trắng, hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540^oC,

- D = 7,9 g/cm³, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có tính nhiễm từ.

- Sắt có tính khử trung bình:

+ Với chất oxi hóa yếu:           Fe → Fe²⁺ + 2e.

+ Với chất oxi hóa mạnh:       Fe → Fe³⁺ + 3e.

+ Fe thụ động với H₂SO₄ đặc, nguội và HNO­­₃ đặc, nguội.

Ví dụ:

3Fe + 2O₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ Fe₃O₄

Fe + S $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ FeS

2Fe + 3Cl₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ 2FeCl₃

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Fe + 4 HNO₃ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

              Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

2. Hợp chất của sắt

- Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt(II) là tính khử.

          Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1e

- Tính chất hóa học đặc trưng của hợp chất sắt(III) là tính oxi hóa:

          Fe³⁺ + 1e → Fe²⁺

          Fe³⁺ + 3e → Fe

Ví dụ minh họa:

          2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃

          Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂

3. Hợp kim của sắt

a. Gang

- Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó C chiếm 2 – 5% về khối lượng.

- Phân loại: Gang trắng và gang xám.

- Nguyên tắc luyện gang : khử oxit sắt trong quặng thành sắt.

Các phương trình hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang:

 -  Phản ứng tạo thành chất khử CO:

C + O₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ CO₂

C + CO₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ 2CO

- Phản ứng khử sắt oxit:

+ Phần trên thân lò có nhiệt độ khoảng 400^oC xảy ra phản  ứng:

          3Fe₂O₃ + CO $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ 2Fe₃O₄ + CO₂

+ Phần giữa thân lò có nhiệt độ khoảng 500 – 600^oC xảy ra phản ứng:

          Fe₃O₄ + CO $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ 3FeO + CO₂

+ Phần dưới thân lò có nhiệt độ khoảng 700 – 800^oC xảy ra phản ứng:

          FeO + CO $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ Fe + CO₂

- Phản ứng tạo xỉ:

Ở phần bụng lò, nơi có nhiệt độ khoảng 1000^oC. Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO₂ có trong quặng tạo thành xỉ.

CaO + SiO₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ CaSiO₃

b.Thép

- Là hợp kim của sắt với C trong đó C chiếm 0,01 – 2% về khối lượng.

- Phân loại: thép thường và thép đặc biệt.

- Nguyên tắc luyện gang thành thép: loại bỏ phần lớn các nguyên tố C, Si,Mn, S,… ra khỏi gang bằng cách oxi hóa chúng và chuyển thành xỉ.

- Phương pháp luyện thép: phương pháp Bet-xơ-me (lò thổi oxi); phương pháp Mac-tanh (lò bằng); phương pháp lò điện.

- Gang và thép được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp và đời sống.