Title Bài 19. Tính chất vật lí và tính chất hóa học của kim loại - HS.pdf ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 1 I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ Ở điều kiện thường, các kim loại đều có tính dẻo, dẫn diện, dẫn nhiệt và có ánh kim. 1. Tính dẻo: Kim loại có tính dẻo: dễ rèn, dễ rát mỏng và dễ kéo sợi. Tính chất này khác với phi kim và các hợp chất ion. Khi thanh kim loại chịu được lực tác động (rèn, cán, kéo....) các ion dương kim loại trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau mà không tách rời nhau. Đó là do các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại chuyển động, liên kết các ion dương kim loại với nhau (hình 19.1) Những kim loại có tính dẻo cao là Au, Ag, Al, Cu, Sn..... Người ta có thể dát được những lá vàng mỏng tới khoảng 8nm. Nhờ có tính dẻo mà kim loại có thể được uốn cong, ép khuôn thành nhiều hình dạng hay kích thước khác nhau. 2. Tính dẫn điện: Tất cả các kim loại đều có tính dẫn điện. Khi một hiệu điện thế được áp vào thanh kim loại, các electron tự do trong mạng tinh thể sẽ di chuyển từ phía cực âm về phía cực dương (Hình 19.2). Hệ quả là thanh kim loại trở thành vật dẫn điện. Bạc (Ag) là kim loại dẫn điện tốt nhất, tiếp sau bạc là đồng (Cu), vàng (Au) và nhôm (Al),....Tuy nhiên, nhôm và đồng thường được sử dụng làm dây dẫn điện hơn. 3. Tính dẫn nhiệt: Tính dẫn nhiệt của các kim loại cũng được giải thích bằng sự có mặt của các electron tự do trong mạng tinh thể. Khi đốt nóng một đầu của thanh kim loại thì động năng của electron trong vùng đó tăng lên. Các electron này truyền động năng của chúng cho các ion dương ở các nút mạng và các electron khác trong toàn thanh kim loại thông qua va chạm, làm cho nhiệt được lan truyền trong toàn bộ thanh kim loại. Các kim loại dẫn điện tốt thường dẫn nhiệt tốt. Do tính dẫn nhiệt tốt các kim loại hoặc hợp kim được sử dụng làm các dụng cụ nấu ăn như xoong, nồi, chảo.... 4. Tính ánh kim: Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được. Do đó, kim loại
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 2 có vẻ sáng lấp lánh, gọi là “ánh kim”. Trên thực thế, khi nhìn vào nhiều kim loại không thấy ánh kim vì chúng thường bị bao phủ bởi một lớp oxide, ví dụ như sắt thường có gỉ sắt, nhôm bị phủ bởi lớp aluminium oxide,... Ví dụ 1. Tính chất nào sau đây không thuộc tính chất vật lí chung của kim loại? A. Tính dẻo. B. Tính dẫn điện. C. Tính cứng. D. Ánh kim. Ví dụ 2. a) Vì sao kim loại có tính dẻo? b) Hãy cho biết hiện tượng xảy ra khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên tấm kim loại. Giải thích. c) Nhờ tính chất vật lí nào mà ta có thể uốn cong được kim loại? Dây kim loại được uốn cong Ví dụ 3. a) Hãy nêu sự khác biệt giữa liên kết kim loại và liên kết cộng hoá trị. b) Vì sao kim loại có tính dẫn điện, trong khi hầu hết các phi kim không dẫn điện? c) Cho biết kim loại nào có khả năng dẫn điện tốt nhất. Ví dụ 4. Vì sao kim loại có tính dẫn nhiệt tốt? Hãy nêu một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính dẫn nhiệt của chúng. Ví dụ 5. Vì sao kim loại có tính ánh kim? Hãy nêu một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính ánh kim của chúng. Ví dụ 6. Dưới đây là mô hình mô tả tính chất nào của kim loại? Giải thích. Ví dụ 7. a) Dựa vào những tính chất vật lí nào mà vàng được sử dụng làm đồ trang sức? b) Tại sao lõi dây điện thường được làm từ kim loại đồng? Ví dụ 8. Giải thích vì sao các kim loại đều có tính chất vật lí chung là dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo và có ánh kim. 5. Một số tính chất vật lí khác của kim loại: a) Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của các kim loại rất khác nhau. Kim loại nhẹ nhất là lithium (D = 0,534 g/cm3 ), kim loại nặng nhất là osmium (D = 22,6 g/cm3 ). Kim loại có D < 5 g/cm3 được gọi là kim loại nhẹ, những kim loại có D ≥ 5 g/cm3 , được gọi là kim loại nặng. b) Nhiệt độ nóng chảy: Nhiệt độ nóng chảy của các kim loại biến đổi trong khoảng rộng: Có kim loại nóng chảy ở nhiệt độ rất cao, nhưng tungsten (vonfram, W) nóng chảy ở 3410 oC; kim loại duy nhất ở trạng thái lỏng trong điều kiện thường là thuỷ ngân (nhiệt độ nóng chảy là = 39 oC).
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 3 c) Tính cứng: Các kim loại có độ cứng rất khác nhau. Kim loại cứng nhất là chromium, có thể cắt được kính, các kim loại mềm nhất là kim loại kiềm như potassium, rubidium, sodium và caesium, chúng có thể được cắt dễ dàng bằng dao. Ví dụ 1. Hoàn thành bảng sau: Tính chất vật lý Ví dụ ứng dụng tương ứng Ví dụ kí hiệu hóa học của kim loại phù hợp Nhiệt độ nóng chảy rất cao Dây tóc bóng đèn ...(?)... ...(?)... Bảo vệ bề mặt, chống mài mòn ...(?)... Khối lượng riêng nhỏ ...(?)... ...(?)... Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất ...(?)... ...(?)... ...(?)... Dây chảy của cầu chì ...(?)... ...(?)... ...(?)... Li Ví dụ 2. Kim loại nào sau đây nặng nhất (khối lượng riêng lớn nhất) trong tất cả các kim loại? A. Pb. B. Au. C. Ag. D. Os. Ví dụ 3. a) Khi tàu thuyền neo đậu, mỏ neo của chúng sẽ được thả xuống đáy sông. Kim loại nặng hay kim loại nhẹ sẽ được dùng để chế tạo mỏ neo? Giải thích. b) Vì sao người ta thường buộc một mẩu chì vào dây của cần câu? Vì sao không dùng mẩu nhôm có giá thành thấp hơn thay cho mẩu chì? Ví dụ 4. Dây chảy là một chi tiết trong cầu chì có tác dụng ngắt dòng điện khỏi thiết bị, bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố làm tăng nhiệt độ. Khi dây chảy (thường làm bằng chì) trong cầu chì bị đứt, có nên dùng đoạn dây đồng hoặc thép (thành phần chính là sắt) để làm dây chảy thay thế không? Giải thích. Ví dụ 5. Hãy giải thích: a) Tại sao tungsten (W) được dùng để làm dây tóc bóng đèn? b) Tại sao đồng dẫn điện tốt hơn nhôm nhưng dây điện cao thế thường được làm bằng nhôm mà không làm bằng đồng? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8,96 g/cm3 , của nhôm là 2,70 g/cm3 . II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC Các nguyên tử kim loại dễ nhường electron hoá trị: M → Mn+ + ne Trong đó: M là kí hiệu của kim loại Như vậy, tính chất hoá học chung của kim loại là tính khử. 1. Tác dụng với phi kim: Hầu hết các kim loại điều phản ứng với các phi kim điển hình. a) Tác dụng với oxygen: Hầu hết các kim loại (trừ vàng, bạc, platium,...) đều tác dụng với oxygen tạo thành oxide. Ví dụ: Khi đốt nóng, bột nhôm cháy mạnh trong không khí tạo thành aluminium oxide: 4Al(s) + 3O2(g) ⎯⎯→ 2Al2O3(s) b) Tác dụng với chlorine:
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 4 Hầu hết các kim loại đều tác dụng với khí chlorine khi đun nóng, thu được muối chloride tương ứng Ví dụ: Dây sắt nóng đỏ cháy mạnh trong khí chlorine tạo ra khói màu nâu có chứa iron (III) chloride: 2Fe(s) + 3Cl2(g) ⎯⎯→ 2FeCl3(s) c) Tác dụng với lưu huỳnh (sulfur): Nhiều kim loại có thể khử lưu huỳnh khi đun nóng (trừ thuỷ ngân phản ứng ngay ở nhiệt độ thường) Ví dụ: Fe(s) + S(s) o ⎯⎯→t FeS(s) Hg(l) + S(s) ⎯⎯→ HgS(s) 2: Tác dụng với nước: Hầu hết các kim loại nhóm IA, IIA có tính khử mạnh, tác dụng với nước ở nhiệt độ thường giải phóng khí H2 Ví dụ: 2Na(s) + 2H2O(l) ⎯⎯→ 2NaOH(aq) + H2(g) Những kim loại có thế điện cực chuẩn o E M /M n+ nhỏ hơn –0,414V có thể đẩy được hydrogen ra khỏi nước. 2. Tác dụng với acid: a) Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng: Ở điều kiện chuẩn, những kim loại có o E 0 M /M n+  có thể tác dụng với các dung dịch acid (như HCl, H2SO4) tạo thành H2. Ví dụ: Sắt phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng theo phương trình hoá học Fe(s) + H2SO4(aq) ⎯⎯→ FeSO4(aq) + H2(g) a) Với dung dịch H2SO4 đặc: Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au ) khử được S +6 (trong H2SO4 đặc) xuống số oxi hoá thấp hơn. Ví dụ: Cu(s) + H2SO4(đặc) o ⎯⎯→t CuSO4(aq) + SO2(g) + H2O(l) Chú ý: HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc nguội làm thụ động hoá Al, Fe, Cr,... 4. Tác dụng với muối: Kim loại hoạt động mạnh hơn có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. Ví dụ: Cu(s) + AgNO3(aq) ⎯⎯→ Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(s) Ví dụ 1. Thí nghiệm: Kim loại tác dụng với phi kim Chuẩn bị: Hoá chất: dây magnesium (Mg), bột nhôm, lưu huỳnh bột. Dụng cụ: kẹp sắt, ống nghiệm chịu nhiệt, đũa thuỷ tinh, đèn cồn. Tiến hành: 1. Magnesium tác dụng với oxygen: Dùng kẹp sắt kẹp một mẫu Magnesium (Mg) và đốt trên ngọn lửa đèn cồn. 2. Nhôm tác dụng với lưu huỳnh: Trộn đều bột nhôm và bột lưu huỳnh theo tỉ lệ khối lượng tương ứng khoảng 1 : 2. Lấy một thìa thuỷ tinh (khoảng 0,3g) hỗn hợp vào ống nghiệm khô chịu nhiệt. Hơ nóng đều ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đun tập trung vào phần ống nghiệm chứa hỗn hợp. Thực hiện yêu cầu sau: Hãy mô tả hiện tượng quan sát được và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra. Ví dụ 2. a) Khi tác dụng với phi kim, kim loại thể hiện tính chất hoá học gì? b) Viết phương trình hóa học của phản ứng giữa kim loại zinc (Zn) với mỗi chất sau: oxygen, sulfur va chlorine. Ví dụ 3. Thuỷ ngân (Hg) là chất lỏng ở điều kiện thường. dễ bay hơi và hơi thuỷ ngân rất độc. Khi nhiệt