Chuyên đề Đại Cương Về Kim Loại Hóa 12 có tóm tắt lý thuyết cùng với bài tập trắc nghiệm theo từng bài học file word và PDF gồm 83 trang. Các nguyên tố hoá học được phân thành kim loại và phi kim. Trong số 110 nguyên tố hoá học đã biết có tới gần 90 nguyên tố là kim loại. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố kim loại có mặt ở :
THẦY HUY - 0376638779 Chuyên đề ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI TĨM TẮT LÝ THUYẾT ***** B1 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI I Cấu tạo Vị trí kim loại bảng tuần hồn Các ngun tố hoá học phân thành kim loại phi kim Trong số 110 nguyên tố hoá học biết có tới gần 90 nguyên tố kim loại Trong bảng tuần hồn ngun tố kim loại có mặt : - Nhóm IA (trừ hiđro) IIA - Nhóm IIIA (trừ bo) phần nhóm IVA, VA, VIA Các nhóm B (từ IB đến VIIIB) - Họ lantan actini, xếp riêng thành hai hàng cuối bảng Cấu tạo nguyên tử kim loại Nguyên tử hầu hết nguyên tố kim loại có electron lớp ngồi (1, 3e) Thí dụ : Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 ; Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 ; Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Trong chu kì, nguyên tử nguyên tố kim loại có bán kính ngun tử lớn điện tích hạt nhân nhỏ so với nguyên tử nguyên tố phi kim Thí dụ xét chu kì (bán kính nguyên tử biểu diễn nanomet, nm) : 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 0,157 0,136 0,125 0,117 0,110 0,104 0,099 Cấu tạo tinh thể kim loại Hầu hết kim loại điều kiện thường tồn dạng tinh thể (trừ Hg) Trong tinh thể kim loại, nguyên tử ion kim loại nằm nút mạng tinh thể Các electron hoá trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử chuyển động tự mạng tinh thể Đa số kim loại tồn ba kiểu mạng tinh thể phổ biến sau : Trang THẦY HUY - 0376638779 a) Mạng tinh thể lục phương Trong tinh thể, thể tích nguyên tử ion kim loại chiếm 74%, lại 26% khe rỗng Thuộc loại có kim loại : Be, Mg, Zn, b) Mạng tinh thể lập phương tâm diện Các nguyên tử, ion kim loại nằm đỉnh tâm mặt hình lập phương Trong tinh thể, thể tích nguyên tử ion kim loại chiếm 74%, lại 26% khe rỗng Thuộc loại có kim loại : Cu, Ag, Au, Al, c) Mạng tinh thể lập phương tâm khối Các nguyên tử, ion dương kim loại nằm đỉnh tâm hình lập phương Trong tinh thể, thể tích nguyên tử ion kim loại chiếm 68%, lại 32% khe rỗng Thuộc loại có kim loại : Li, Na, K, V, Mo, Liên kết kim loại Liên kết kim loại liên kết hình thành nguyên tử ion kim loại mạng tinh thể tham gia electron tự II Tính chất vật lí chung kim loại Tính dẻo Khác với phi kim, kim loại có tính dẻo : dễ rèn, dễ dát mỏng dễ kéo sợi Vàng kim loại có tính dẻo cao, dát thành mỏng đến mức ánh sáng xuyên qua Kim loại có tính dẻo ion dương mạng tinh thể kim loại trượt lên dễ dàng mà không tách khỏi nhờ electron tự chuyển động dính kết chúng với Tính dẫn điện Khi đặt hiệu điện vào hai đầu dây kim loại, electron tự kim loại chuyển động thành dịng có hướng từ cực âm đến cực dương, tạo thành dòng điện Kim loại dẫn điện tốt Ag, sau đến Cu, Au, Al, Fe, Nhiệt độ kim loại cao tính dẫn điện kim loại giảm nhiệt độ cao, ion dương dao động mạnh cản trở dòng electron chuyển động Trang THẦY HUY - 0376638779 Tính dẫn nhiệt Tính dẫn nhiệt kim loại giải thích có mặt electron tự mạng tinh thể Các electron vùng nhiệt độ cao có động lớn, chuyển động hỗn loạn nhanh chóng sang vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền lượng cho ion dương vùng nên nhiệt lan truyền từ vùng đến vùng khác khối kim loại Thường kim loại dẫn điện tốt dẫn nhiệt tốt ánh kim Các electron tự tinh thể kim loại phản xạ hầu hết tia sáng nhìn thấy được, kim loại sáng lấp lánh gọi ánh kim Tóm lại : Tính chất vật lí chung kim loại nói gây nên có mặt electron tự mạng tinh thể kim loại III Tính chất hố học chung kim loại Trong chu kì, nguyên tử nguyên tố kim loại có bán kính tương đối lớn điện tích hạt nhân nhỏ so với phi kim, số electron hố trị ít, lực liên kết với hạt nhân electron tương đối yếu nên chúng dễ tách khỏi ngun tử Vì vậy, tính chất hố học chung kim loại tính khử M Mn+ + ne Tác dụng với phi kim Nhiều kim loại khử phi kim đến số oxi hoá âm, đồng thời nguyên tử kim loại bị oxi hoá đến số oxi hoá dương a) Tác dụng với clo Hầu hết kim loại khử trực tiếp clo tạo muối clorua Thí dụ : Dây sắt nóng đỏ cháy mạnh khí clo tạo khói màu nâu hạt chất rắn sắt(III) clorua Trong phản ứng Fe khử từ b) Tác dụng với oxi xuống Hầu hết kim loại khử từ xuống Thí dụ : Khi đốt, bột nhơm cháy mạnh khơng khí tạo nhôm oxit c) Tác dụng với lưu huỳnh Nhiều kim loại khử lưu huỳnh từ (trừ Hg) xuống Phản ứng cần đun nóng Thí dụ : Tác dụng với dung dịch axit a) Với dung dịch HCl, H2SO4 lỗng Nhiều kim loại khử ion H+ dung dịch axit thành hiđro Thí dụ : b) Với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) khử (trong HNO3) (trong H2SO4 ) xuống số oxi hoá thấp Trang THẦY HUY - 0376638779 Thí dụ : Chú ý : HNO3, H2SO4 đặc, nguội làm thụ động hoá Al, Fe, Cr, Tác dụng với nước Các kim loại nhóm IA IIA bảng tuần hồn (trừ Be, Mg) có tính khử mạnh nên khử H2O nhiệt độ thường thành hiđro Các kim loại cịn lại có tính khử yếu nên khử H2O nhiệt độ cao (thí dụ Fe, Zn, ) khơng khử H2O (thí dụ Ag, Au, ) Thí dụ : +1 +1 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Tác dụng với dung dịch muối Kim loại mạnh khử ion kim loại yếu dung dịch muối thành kim loại tự Thí dụ : Ngâm đinh sắt (đã làm lớp gỉ) vào dung dịch CuSO4, sau thời gian màu xanh dung dịch CuSO4 bị nhạt dần đinh sắt có lớp đồng màu đỏ bám vào B2 DÃY ĐIỆN HĨA CỦA KIM LOẠI Cặp oxi hố - khử kim loại Nguyên tử kim loại dễ nhường electron trở thành ion kim loại, ngược lại ion kim loại nhận electron trở thành nguyên tử kim loại Thí dụ : Các nguyên tử kim loại (Ag, Cu, Fe, ) đóng vai trị chất khử, ion kim loại (Ag+, Cu2+, Fe2+ ) đóng vai trị chất oxi hoá Chất oxi hoá chất khử nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hố - khử Thí dụ ta có cặp oxi hố - khử : Ag+/Ag ; Cu2+/Cu ; Fe2+/Fe So sánh tính chất cặp oxi hố - khử Thí dụ : So sánh tính chất hai cặp oxi hoá - khử Cu2+/Cu Ag+/Ag, thực nghiệm cho thấy Cu tác dụng với dung dịch muối Ag+ theo phương trình ion rút gọn : Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag 2+ So sánh : Ion Cu khơng oxi hố Ag, Cu khử ion Ag + Như vậy, ion Cu2+ có tính oxi hoá yếu ion Ag + Kim loại Cu có tính khử mạnh Ag Để xác định tính khử kl tính oxi hóa ion kl, người ta thiết lập pin điện hóa với điện cực H2 làm chuẩn điện cực lại kim loại cần xác định Qua người ta đưa giá trị gọi điện cực chuẩn.Kí hiệu E 0Mn+/M Dãy điện hố kim loại Người ta so sánh tính chất nhiều cặp oxi hoá - khử xếp thành dãy điện hoá kim loại : Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ Au3+ /Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Ag Au -2,37 -,166 -0,76 -0,44 -0,23 -0,14 -0,13 0,00 0,34 0,8 1,5 ý nghĩa dãy điện hoá kim loại Trang THẦY HUY - 0376638779 Dãy điện hoá kim loại cho phép dự đoán chiều phản ứng cặp oxi hoá - khử theo quy tắc (anpha) : Phản ứng cặp oxi hoá - khử xảy theo chiều, chất oxi hoá mạnh oxi hoá chất khử mạnh nhất, sinh chất oxi hoá yếu chất khử yếu Thí dụ : Phản ứng cặp Fe2+/Fe Cu2+/Cu xảy theo chiều ion Cu2+ oxi hoá Fe tạo ion Fe2+ Cu / Cu2+ Chất oxi hoá mạnh B3 PIN + Fe Chất khử mạnh Fe2+ + Chất oxi hoá yếu Cu Chất khử yếu ĐIỆN HĨA (BAN NÂNG CAO) VÀ ĂN MỊN KIM LOẠI I Pin điện hóa Cấu tạo hoạt động - Kim loại mạnh làm điện cực âm (anot) bị ăn mịn - Kim loại có tính khử yếu bảo vệ - Cầu muối có tác dụng trung hịa dung dịch Tính suất điện động pin điện hóa Epin = Ecatot – Eanot = Emax - Emin II Ăn mòn kim loại Sự ăn mòn kim loại phá huỷ kim loại hợp kim tác dụng chất mơi trường xung quanh Đó q trình hố học q trình điện hố kim loại bị oxi hoá thành ion dương M Mn+ + ne Có hai kiểu ăn mịn kim loại ăn mịn hố học ăn mịn điện hố Ăn mịn hố học Ăn mịn hố học q trình oxi hố - khử, electron kim loại chuyển trực tiếp đến chất môi trường Máy móc dùng nhà máy hố chất, thiết bị lò đốt, nồi hơi, chi tiết động đốt bị ăn mòn tác dụng trực tiếp với hoá chất với nước nhiệt độ cao Nhiệt độ cao, kim loại bị ăn mòn nhanh /2 Ăn mòn điện hố/ Ăn mịn điện hố q trình oxi hố - khử, kim loại bị ăn mịn tác dụng dung dịch chất điện li tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương a) Thí nghiệm ăn mịn điện hố Nhúng kẽm đồng không tiếp xúc với vào cốc đựng dung dịch H2SO4 loãng Nối kẽm với đồng dây dẫn cho qua vơn kế Kim vơn kế quay, chứng tỏ có dịng điện chạy qua Thanh Zn bị mòn dần, Cu có bọt khí Giải thích : Ở điện cực âm (anot), kẽm bị ăn mòn theo phản ứng : Zn Zn2+ + 2e Trang THẦY HUY - 0376638779 Ion Zn2+ vào dung dịch, electron theo dây dẫn sang điện cực đồng Ở điện cực dương (catot), ion H+ dung dịch H2SO4 nhận electron biến thành nguyên tử H thành phân tử H2 thoát : 2H+ + 2e H2 /b) Cơ chế ăn mịn điện hóa sắt (hợp kim sắt khơng khí ẩm) Lấy ăn mịn sắt làm thí dụ Trong khơng khí ẩm, bề mặt sắt ln có lớp nước mỏng hồ tan O2 khí CO2 khí quyển, tạo thành dung dịch chất điện li Sắt tạp chất (chủ yếu cacbon) tiếp xúc với dung dịch tạo nên vơ số pin nhỏ mà sắt anot cacbon catot Tại anot, sắt bị oxi hoá thành ion Fe2+ : Fe Fe2+ + 2e Các electron giải phóng chuyển dịch đến catot Tại vùng catơt, O2 hồ tan nước bị khử thành ion hiđroxit : O2 + 2H2O + 4e 4OH Các ion Fe2+ di chuyển từ vùng anot qua dung dịch điện li đến vùng catot kết hợp với ion OH để tạo thành sắt (II) hiđroxit Sắt(II) hiđroxit tiếp tục bị oxi hoá oxi khơng khí thành sắt (III) hiđroxit, chất lại phân huỷ thành sắt II oxit Gỉ sắt màu đỏ nâu, có thành phần Fe2O3.xH2O c) Điều kiện xảy ăn mịn điện hố Các điện cực phải khác chất nhau, cặp kim loại khác cặp kim loại với phi kim Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với qua dây dẫn Các điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li Thiếu ba điều kiện không xảy ăn mịn điện hố Các diều kiện mơ tả tuyệt đối hố, q trình ăn mịn điện hố xảy tự nhiên III Chống ăn mòn kim loại Sự ăn mòn kim loại gây tổn thất to lớn cho kinh tế quốc dân Hàng năm phải sửa chữa, thay nhiều chi tiết máy móc, thiết bị dùng nhà máy công trường, phương tiện giao thông vận tải, Mỗi năm, lượng sắt, thép bị gỉ chiếm đến gần 1/4 lượng sản xuất Vì vậy, chống ăn mịn kim loại cơng việc quan trọng cần phải làm thường xuyên để kéo dài thời gian sử dụng máy móc, vật dụng làm kim loại Dưới vài phương pháp chống ăn mòn kim loại Phương pháp bảo vệ bề mặt Dùng chất bền vững mơi trường để phủ ngồi mặt đồ vật kim loại bôi dầu mỡ, sơn, mạ, tráng men, Sắt tây sắt tráng thiếc, tôn sắt tráng kẽm Các đồ vật sắt thường mạ niken hay crom /2 Phương pháp điện hoá Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại hoạt động để tạo thành pin điện hoá kim loại hoạt động bị ăn mòn, kim loại bảo vệ Thí dụ để bảo vệ vỏ tàu biển làm thép vỏ tàu (phần chìm nước), ống thép dẫn nước, dẫn dầu, dẫn khí đốt đất, người ta lắp vào mặt thép khối kẽm Kết kẽm bị nước biển hay dung dịch chất điện li đất ăn mòn thay cho thép Trang THẦY HUY - 0376638779 B4 ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI I Nguyên tắc điều chế kim loại Trong thiên nhiên, có số kim loại vàng, platin, tồn dạng tự do, hầu hết kim loại lại tồn dạng hợp chất Trong hợp chất, kim loại tồn dạng ion dương Mn+ Muốn điều chế kim loại, ta phải khử ion kim loại thành nguyên tử Vậy : Nguyên tắc điều chế kim loại khử ion kim loại thành nguyên tử Mn+ + ne M II Các phương pháp điều chế kim loại Phương pháp nhiệt luyện Những kim loại có độ hoạt động trung bình Zn, Fe, Sn, Pb điều chế phương pháp nhiệt luyện, nghĩa khử ion kim loại hợp chất nhiệt độ cao chất khử thông thường C, CO, H2 Thí dụ : Phương pháp dùng để sản xuất kim loại công nghiệp Chất khử hay sử dụng công nghiệp cacbon Phương pháp thuỷ luyện Cơ sở phương pháp dùng dung mơi thích hợp dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN, để hoà tan kim loại hợp chất kim loại tách khỏi phần khơng tan có quặng Sau khử ion kim loại kim loại có tính khử mạnh Fe, Zn, Thí dụ : Dùng Fe để khử ion Cu2+ dung dịch muối đồng Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu Hoặc dùng Zn để khử ion Ag+ dung dịch muối bạc Zn + 2AgNO3 Zn(NO3)2 + 2Ag Zn + 2Ag+ Zn2+ +2Ag Phương pháp điện phân a) Điện phân hợp chất nóng chảy Những kim loại có độ hoạt động mạnh K, Na, Ca, Mg, Al điều chế phương pháp điện phân nóng chảy, nghĩa khử ion kim loại dịng điện Thí dụ : Điện phân Al2O3 nóng chảy để điều chế Al Ở catot (cực âm) : Al3+ + 3e Al Ở anôt (cực dương) : 2O2- O2 + 4e Điện phân Al2O3 nóng chảy phương pháp sản xuất nhôm công nghiệp Thí dụ : Điện phân MgCl2 nóng chảy để điều chế Mg Ở catot : Mg2+ + 2e Mg Ở anot : 2Cl- Cl2 + 2e b) Điện phân dung dịch Cũng điều chế kim loại có độ hoạt động trung bình yếu cách điện phân dung dịch muối chúng Thí dụ : Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu Ở catot : Cu2+ + 2e Cu Trang Ở anot : 2Cl- Cl2 + 2e THẦY HUY - 0376638779 c) Tính lượng chất thu điện cực Dựa vào công thức biểu diễn định luật Farađây ta xác định khối lượng chất thu điện cực : m= m : Khối lượng chất thu điện cực (gam) A : Khối lượng mol nguyên tử chất thu điện cực n : Số electron mà nguyên tử ion cho nhận I : Cường độ dòng điện (ampe) t : Thời gian điện phân (giây) // CÁC DẠNG BÀI TẬP ***** Dạng XÁC ĐỊNH TÊN NGUYÊN TỐ KIM LOẠI / PHƯƠNG PHÁP Phương pháp giải: Do kim loại khác có khối lượng mol khác nên để xác định tên nguyên tố kim loại người ta thường dựa vào khối lượng mol Lưu ý: 1- Nếu kim loại thuộc phân nhóm chu kì liên tiếp gọi R kim loại tương đương tìm khối lượng nguyên tử trung bình kim loại sử dụng bảng HTTH để xác định tên kim loại 2- Đối với kim loại nhiều hóa trị (VD Fe, Cr) tác dụng với chất có độ mạnh tính OXH khác nhiều thường thể hố trị khác nhau, viết PTPƯ ta phải đặt cho hố trị khác VD: 3- Nên ý đến việc sử dụng phương pháp tăng giảm khối lương định luật bảo toàn electron: “Tổng số mol electron cho tổng số mol electron nhận vào” để rút ngắn thời gian giải toán BÀI TẬP Bài Hoà tan hoàn toàn gam kim loại thuộc nhóm IIA vào dung dịch HCl sau cạn dung dịch người ta thu 5,55 gam muối khan Kim loại nhóm IIA là: A Be B Ba C Ca D Mg Bài Nhiệt phân hoàn toàn 3,5 gam muối cacbonat kim loại hoá trị thu 1,96 gam chất rắn Muối cacbonat kim loại dùng là: Trang THẦY HUY - 0376638779 A FeCO3 B BaCO3 C MgCO3 D CaCO3 Bài Hoà tan hoàn toàn 0,575 gam kim loại kìềm vào nước Để trung hồ dung dịch thu cần 25 gam dung dịch HCl 3,65% Kim loại hoà tan là: A Li B K C Na D Rb Bài Lượng khí clo sinh cho dung dịch HCl đặc dư tác dụng với 6,96 gam MnO2 oxi hố kim loại M (thuộc nhóm IIA), tạo 7,6 gam muối khan Kim loại M là: A Ba B Mg C Ca D Be Bài Hoà tan 2,52 gam kim loại dung dịch H2SO4 lỗng dư, cạn dung dịch thu 6,84 gam muối khan Kim loại là: A Mg B Al C Zn D Fe Bài Hoà tan hết m gam kim loại M dung dịch H2SO4 loãng, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu 5m gam muối khan Kim loại M là: A Al B Mg C Zn D Fe Bài 7: Ngâm kim loại có khối lượng 50 gam dung dịch HCl Sau thu 336 ml khí H2 (đktc) khối lượng kim loại giảm 1,68% Kim loại A Zn B Fe C Ni D Al Bài Hoà tan 1,3 gam kim loại M 100 ml dung dịch H2SO4 0,3M Để trung hoà lượng axit dư cần 200 ml dung dịch NaOH 0,1M Xác định kim loại M? A Al B Fe C Zn D Mg Bài Khi điện phân muối clorua kim loại nóng chảy, người ta thu 0,896 lít khí (đktc) anot 3,12 gam kim loại catot Công thức muối clorua điện phân A NaCl B CaCl2 C KCl D MgCl2 Bài 10 Cho 19,2 gam kim loại (M) tan hoàn toàn dung dịch HNO3 lỗng thu 4,48 lít khí NO (đktc, sản phẩm khử nhất) Kim loại (M) là: A Cu B Zn C Fe D Mg Trang THẦY HUY - 0376638779 // Dạng KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT / Một số lưu ý trình làm bài: Khi KL hỗn hợp gồm nhiều KL tác dụng với dung dịch HCl H2SO4 loãng ta ln có: nHCl = 2nH2 nH2SO4 = nH2 Các KL nhiều hóa trị tác dụng với nhóm axit khác nhau: (HCl, H2SO4 loãng) (HNO3, H2SO4 đậm đặc) thể hóa trị khác nên viết phương trình phản ứng ta phải đặt hóa trị khác Fe + HNO3 loang Fe(NO3)3 + NO + H2O Fe gian FeCl2 + H2 + HCl Nếu hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với axit kim loại có tính khử mạnh ưu tiên bị OXH trước VD1: Hòa tan hỗn hợp KL Al Fe dung dịch HCl thứ tự phản ứng xảy sau: 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 VD2: Hoà tan hỗn hợp gồm Fe Cu vào dung dịch HNO3 lỗng phản ứng xảy sau: 3Fe + 8HNO3 → 3Fe(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3Fe(NO3)2 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O Trong trình làm cần ý sử dụng ĐLBTKL ĐLBT electron để tiết kiệm thời Kết hợp phương pháp bảo toàn khối lượng phương pháp bảo toàn electro ta có biểu thức tính khối lượng muối thu sau phản ứng sau: Khối lượng muối Clorua = mKL + mCl- = mKL + 71.nH2 / mKL + 96.nH2 2Khối lượng muối sunphat = mKL + mSO4 = mKL + 96.nSO2 / Khối lượng muối nitrat = mKL + mNO3 - mKL + 62.nNO2 = mKL + 62.3nNO mKL + 62.8nN2O mKL +62.10nN2 Trang 10 ... Câu 14: Kim loại sau dẻo tất kim loại? A Vàng B Bạc C Đồng D Nhơm Câu 15: Kim loại sau có độ cứng lớn tất kim loại? A Vonfam B Crom C Sắt D Đồng Câu 16: Kim loại sau kim loại mềm tất kim loại ?... dần đinh sắt có lớp đồng màu đỏ bám vào B2 DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI Cặp oxi hoá - khử kim loại Nguyên tử kim loại dễ nhường electron trở thành ion kim loại, ngược lại ion kim loại nhận electron... tích nguyên tử ion kim loại chiếm 68%, lại 32% khe rỗng Thuộc loại có kim loại : Li, Na, K, V, Mo, Liên kết kim loại Liên kết kim loại liên kết hình thành nguyên tử ion kim loại mạng tinh thể