Title 1. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA KIM LOẠI (HS).pdf ✅

Giáo viên: Nguyễn Thành Kiên, THCS Hùng Vương, 0972521072 1 CHUYÊN ĐỀ 5. KIM LOẠI A. Lý thuyết I. DÃY HOẠT ĐỘNG HÓA HỌC K Na Ba Ca Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Au * Ý nghĩa của dãy hoạt động hóa học. 1. Mức độ hoạt động của các kim loại giảm dần từ trái qua phải. 2. Kim loại đứng trước Mg phản ứng với nước ở điều kiện thường tạo thành kiềm và giải phóng khí H2. 3. Kim loại đứng trước H phản ứng được với một số dung dịch acid (HCl, H2SO4 loãng) giải phóng khí H2. 4. Kim loại đứng trước (trừ K, Na, Ba, Ca...) đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối. I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ 1. Tính dẻo - Kim loại có tính dẻo. - Các kim loại khác nhau có tính dẻo khác nhau. Do có tính dẻo nên kim loại được rèn, kéo sợi, dát mỏng tạo nên các đồ vật khác nhau. 2. Tính dẫn điện - Kim loại có tính dẫn điện. - Các kim loại khác nhau có khả năng dẫn điện khác nhau. Kim loại có khả năng dẫn điện tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Al, Fe,...Do có tính dẫn điện, một số kim loại được sử dụng làm dây dẫn điện. + Thí dụ như: Đồng (copper), Al (Aluminium) , ... 3. Tính dẫn nhiệt - Kim loại có tính dẫn nhiệt . - Kim loại khác nhau có tính dẫn nhiệt khác nhau. Kim loại nào dẫn điện tốt cũng thường dẫn nhiệt tốt. - Dó có tính dẫn nhiệt và một số tính chất khác, Al, thép không gỉ (inox) được dùng để làm dụng cụ nấu ăn. 4. Ánh kim - Kim loại có ánh kim. Nhờ tính chất này, một số kim loại được dùng làm đồ trang sức và các vật dụng trang trí khác. II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử M → Mn+ + ne 1. Tác dụng với nước a. Ở nhiệt độ thường - Ở nhiệt độ thường thì kim loại kiềm và kiềm thổ sẽ tác dụng với nước và tạo thành kiềm và khí H2. 2M + 2nH2O → 2M(OH)n + nH2 + Ví dụ: 2 2 2 2 2 2Na 2H O 2NaOH H Ca 2H O Ca(OH) H + ⎯⎯→ +  + ⎯⎯→ +  b. Ở nhiệt độ cao - Au và Ag không khử được H O2 - Phản ứng của Al và Mg rất phức tạp: 100 2 2 2 200 2 2 Mg 2H O Mg(OH) H Mg 2H O MgO H  + ⎯⎯⎯→ + + ⎯⎯⎯→ + o o C C - Fe, Cr, Zn và Mn sẽ phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành oxide kim loại và hydrogen: 570 C 2 3 4 2 570 C 2 2 3Fe 4H O Fe O 4H Fe H O FeO H   ⎯⎯⎯→ ⎯ + + + ⎯⎯→ +
Giáo viên: Nguyễn Thành Kiên, THCS Hùng Vương, 0972521072 2 2. Tác dụng với phi kim a. Tác dụng với oxygen 2Mg + O2 o ⎯⎯→t 2MgO 3Fe + 2O2 o ⎯⎯→t Fe3O4 * Kết luận: Hầu hết các kim loại (trừ Ag, Au, Pt) phản ứng với oxygen ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao tạo thành oxide. b. Tác dụng với phi kim khác - Tác dụng với Cl2: tạo muối chloride (kim loại có hóa trị cao nhất) Cu + Cl2 o ⎯⎯→t CuCl2 2Fe + 3Cl2 o ⎯⎯→t 2FeCl3 Nếu Fe dư: Fedư + 2FeCl3 o ⎯⎯→t 3FeCl2 - Tác dụng với lưu huỳnh (sulfur): khi đun nóng tạo muối sulfide (trừ Hg xảy ra ở nhiệt độ thường) Fe + S o ⎯⎯→t FeS Hg + S → HgS => Ứng dụng: dùng lưu huỳnh (sulfur) để thu hồi thủy ngân khi ống nhiệt kế bị vỡ. * Kết luận: Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) phản ứng với phi kim khác ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao tạo thành muối. 3. Tác dụng với dung dịch acid a. Tác dụng với dung dịch HCl và H2SO4 loãng (trừ Cu, Ag, Au, Pt) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 Zn + H2SO4 loãng → ZnSO4 + H2 b. Tác dụng với axit H2SO4 đặc nóng và HNO3 đặc nóng - Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 sẽ đạt số oxi hóa cao nhất. - Hầu hết các kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc nóng, HNO3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và H2SO4 đặc nguội, HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr...). - Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 loãng (trừ Pt, Au), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành (NO) ; (N2O) ; (N2) hoặc (NH4NO3) Ví dụ: 2Fe + 6H2SO4 (đặc) o ⎯⎯→t Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 4Mg + 5H2SO4 (đặc) o ⎯⎯→t 4MgSO4 + H2S + 4H2O 2Ag + H2SO4 đặc o ⎯⎯→t Ag2SO4 + SO2 ↑ + 2H2O 2Al + 6H2SO4 đặc o ⎯⎯→t Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O Lưu ý: Al, Fe, Cr không tác dụng với H2SO4 đặc nguội, HNO3 đặc nguội. 4. Tác dụng với dung dịch muối - Kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn (trừ Na, K, Ca, Ba...) có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối, tạo thành muối mới và kim loại mới. - Các kim loại Li, Na, K, Ca, Ba không tác dụng trực tiếp với muối mà tạo thành dung dịch kiềm khi phản ứng với nước và dung dịch kiềm tiếp tục phản ứng với muối (Base tác dụng với muối) + Ví dụ Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Nhận xét: Cu hoạt động hóa học mạnh hơn Ag Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Nhận xét: Fe hoạt động hóa học mạnh hơn Cu => Hoạt động hóa học của Fe > Cu > Ag III. ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI. Trong tự nhiên chỉ có một số ít kim loại ở trạng thái tự do, hầu hết các kim loại đều tồn tại dưới dạng ion trong các hợp chất hóa họ. Muốn chuyển hóa những ion này thành kim loại ta thực hiện quá trình khử ion kim loại: Mn+ + ne → M - Có 3 phương pháp điều chế kim loại.
Giáo viên: Nguyễn Thành Kiên, THCS Hùng Vương, 0972521072 3 1. Phương pháp thủy luyện - Phương pháp thủy luyện (còn gọi là phương pháp ướt) được dùng điều chế những kim loại có tính khử yếu, như Cu, Hg, Ag, Au,... Cơ sở phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như Acid, base, ... để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn. 2. Phương pháp nhiệt luyện - Phương pháp nhiệt luyện được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe, Sn, Pb,... - Nguyên tắc điều chế: khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như Al, C, H2, CO. • Điều chế sắt kim loại từ oxit sắt từ hoặc sắt (II) Oxit bằng CO hoặc phản ứng nhiệt Al: o o t 3 4 2 3 t 2 3 2 3Fe O 8Al 9Fe 4Al O Fe O 3CO 2Fe 3CO + ⎯⎯→ + + ⎯⎯→ + • Điều chế kim loại kẽm từ kẽm oxit bằng chất khử là C và CO: o o 2 t t 2 2ZnO C 2Zn CO 2ZnO 2CO 2Zn 2CO ⎯⎯→ + ⎯⎯→ + + + - Trường hợp điều chế từ quặng là sunfide kim loại như Cu,S, ZnS, FeS,... Thì phải chuyển sunfide kim loại thành oxide kim loại. Sau đó khử oxide kim loại bằng chất khử thích hợp. o o t 2 2 t 2ZnS 3O 2ZnO 2SO ZnO C Zn CO + ⎯⎯→ + + ⎯⎯→ + - Với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng đã thu được kim loại mà không cần thiết phải khử bằng các tác nhân khác: 0 t HgS O Hg SO 2 2 + ⎯⎯→ + 3. Phương pháp điện phân - Điều chế kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Al, ... bằng cách điện phân các hợp chất (muối, base, oxide) nóng chảy của chúng. - Ví dụ: + Điều chế Al từ Al2O3 ÑPNC 2 3 2 Criolit 4Al O 2Al 3O ⎯⎯⎯→ + + Điều chế kim loại kẽm bằng phương pháp điện phân dung dịch kẽm sunfate với điện cực trơ. Phương trình điện phân: ñpdd 4 2 2 2 4 2ZnSO 2H O 2Zn O 2H SO + ⎯⎯⎯→ + +
Giáo viên: Nguyễn Thành Kiên, THCS Hùng Vương, 0972521072 4 B. BÀI TẬP VẬN DỤNG 1. Bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với axit * Phương pháp giải: Xác định trong kim loại nào tác dụng được với axit loãng, kim loại không tác dụng với axit loãng. - Bước 1: Tính số mol của chất theo dữ kiện đề bài. - Bước 2: Đặt số mol phản ứng lần lượt của các chất trong hỗn hợp. - Bước 3: Viết phương trình hóa học. - Bước 4: Tính số mol theo dữ kiện đề bài và lập thành phương trình để giải. - Bước 5: Tính toán theo yêu cầu của đề bài. 2. Ví dụ vận dụng Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 10g hỗn hợp gồm Zn và Cu tác dụng với dung dịch acid H2SO4 loãng thì thu được 2,479 lít H2 (đkc). Tính thành phần % về khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu. Hướng dẫn giải * Phân tích: Ta nhận thấy Cu là kim loại đứng sau H trong dãy hoạt động hóa học nên trong hỗn hợp này Cu không tác dụng với H2SO4 loãng mà chỉ có Zn phản ứng nên không cần phải đặt số mol phản ứng. H2 n 0,1(mol) = - Phương trình hóa học: 2 4 4 2 Zn H SO ZnSO H + ⎯⎯→ +  - Theo phương trình hóa học, ta có: 2 Zn H n n 0,1(mol) = = → Zn Zn 6,5.100% m 0,1.65 6,5(gam) %m 65% 10 = = → = = →%m 100% 65% 35% Cu = − = Ví dụ 2: Hoà tan 5,2 g hỗn hợp gồm Mg và Fe bằng dung dịch acid HCl 1M, thì thu dược 3,7185 lít H2 (đkc). a/ Tính thành phần % theo khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp. b/ Tính thể tích dung dịch acid HCl đã dùng. Hướng dẫn giải * Phân tích: Ta nhận thấy Mg và Fe là kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học nên trong hỗn hợp này cả Mg, Fe đều tham gia phản ứng và đều không xác định được số mol của Mg và Fe nên khi giải ta cần đặt số mol phản ứng chất ban đầu. - Theo bài: H2 n 0,15(mol) = - Gọi x, y là mol của Mg và Fe tham gia phản ứng. - Phương trình hóa học: 2 2 2 2 Mg 2HCl MgCl H x x Fe 2HCl FeCl H y y + ⎯⎯→ + + ⎯⎯→ + - Theo bài và phương trình hóa học → ( ) 24x 56y 5,2 x 0,1 mol x y 0,15 y 0,05   + = =      + = = - Khối lượng các chất trong hỗn hợp đầu