Title 1. CHUYÊN ĐỀ KIM LOẠI (LÝ THUYẾT + BÀI TẬP CƠ BẢN) - GV.docx ✅

CHUYÊN ĐỀ KIM LOẠI * Chú ý: Các nguyên tố kim loại phổ biến được sử dụng từ trước đã quen thuộc ta không nhất thiết phải viết theo tên mới. Có thể sử dụng tên gọi cũ như: Sắt, đồng, nhôm... - Khi viết tên gọi của hợp chất thì phải viết theo đúng danh pháp của chúng A. Lý thuyết 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 → M n+ + 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 H 2 . 2M + 2nH 2 O → 2M(OH)n + nH 2 + Ví dụ: 22 222 2Na2HO2NaOHH Ca2HOCa(OH)H   b. Ở nhiệt độ cao - Au và Ag không khử được 2HO - Phản ứng của Al và Mg rất phức tạp: 100 222 200 22 Mg2HOMg(OH)H Mg2HOMgOH   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:
570C 2342 570C 22 3Fe4HOFeO4H FeHOFeOH       ∘ ∘ 2. Tác dụng với phi kim a. Tác dụng với oxygen    2Mg + O 2   ot  2MgO    3Fe + 2O 2   ot Fe 3 O 4 * 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 Cl 2 : tạo muối chloride (kim loại có hóa trị cao nhất) Cu + Cl 2   ot CuCl 2 2Fe + 3Cl 2   ot 2FeCl 3 - Tác dụng với lưu huỳnh (sulfur): khi đun nóng tạo muối sulfide (trừ Hg xảy ra ở nhiệt độ thường) Fe + S  ot 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 H 2 SO 4  loãng (trừ Cu, Ag, Au, Pt) Fe + 2HCl → FeCl 2  + H 2 Zn + H 2 SO 4   loãng → ZnSO 4  + H 2 b. Tác dụng với axit H 2 SO 4  đặc nóng và HNO 3  đặc nóng - Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H 2 SO 4 đặc, HNO 3 sẽ đạt số oxi hóa cao nhất. - Hầu hết các kim loại phản ứng được với H 2 SO 4 đặc nóng, HNO 3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và H 2 SO 4 đặc nguội, HNO 3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…). - Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO 3 loãng (trừ Pt, Au), khi đó N +5 trong HNO 3 bị khử thành (NO) ; (N 2 O) ; (N 2 ) hoặc (NH 4 NO 3 )  Ví dụ:  2Fe + 6H 2 SO 4 (đặc) ot Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O 4Mg + 5H 2 SO 4 (đặc) ot 4MgSO 4 + H 2 S + 4H 2 O 2Ag + H 2 SO 4   đặc   ot Ag 2 SO 4  + SO 2  ↑ + 2H 2 O 2Al + 6H 2 SO 4   đặc  ot Al 2 (SO 4 ) 3  + 3SO 2 ↑ + 6H 2 O Lưu ý: Al, Fe, Cr không tác dụng với H 2 SO 4  đặc nguội, HNO 3 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 + 2AgNO 3  → Cu(NO 3 ) 2  + 2Ag
Nhận xét: Cu hoạt động hóa học mạnh hơn Ag Fe + CuSO 4  → FeSO 4  + Cu Nhận xét: Fe hoạt động hóa học mạnh hơn Cu => Hoạt động hóa học của Fe > Cu > Ag III. 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 H 2 . 3. Kim loại đứng trước H phản ứng được với một số dung dịch acid (HCl, H 2 SO 4 loãng) giải phóng khí H 2 . 4. Kim loại đứng trước (trừ K, Na, Ba, Ca…) đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối. IV. 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 học. Muốn chuyển hóa những ion này thành kim loại ta thực hiện quá trình khử ion kim loại: M n+  + ne → M - Có 3 phương pháp điều chế kim loại. 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, H 2 , CO. • Điều chế sắt kim loại từ Fe 3 O 4 hoặc Fe 2 O 3 bằng CO hoặc phản ứng nhiệt nhôm: o o t 3423 t 232 3FeO8Al 9Fe 4AlO FeO 3CO2Fe 3CO   • Điều chế kim loại Zinc (Zn) từ Zinc oxide (ZnO) bằng chất khử là C và CO: o o 2 t t 22ZnOC 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 22 t 2ZnS3O 2ZnO 2SO ZnOC 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 22HgSOHgSO 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 Al 2 O 3 ÑPNC 232Criolit4AlO2Al3O + Điều chế kim loại zinc bằng phương pháp điện phân dung dịch zinc sunfate với điện cực trơ. Phương trình điện phân: ñpdd 422242ZnSO2HO2ZnO2HSO V. HỢP KIM 1. Khái niệm hợp kim - Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. Kim loại cơ bản là kim loại chiếm thành phần chính trong hợp kim. + Ví dụ: thép có kim loại cơ bản là sắt, đuy-ra (duralumin) có kim loại cơ bản là nhôm,... 2. Ưu điểm của hợp kim - Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bến, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, phù hợp với nhiều ứng dụng. Do đó, chúng được sử dụng phổ biến trong đời sống và trong công nghiệp. 3. Một số hợp kim phổ biến - Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên tố khác (carbon chiếm hàm lượng từ 2% đến 5% trong gang và dưới 2% trong thép). - Hiện nay, chúng là những vật liệu kim loại phổ biến nhất trên thế giới. + Thép có nhiều ưu điểm hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực nên được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, giao thông. + Gang cứng và giòn hơn thép, thường được dùng để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống.... + Inox là một loại thép đặc biệt, ngoài sắt và carbon còn có các nguyên tố khác như chromium, nickel. Inox cứng và khó bị gỉ, được sử dụng làm đồ gia dụng, thiết bị y tế,... + Đuy-ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium,... Đuy-ra nhẹ tương đương nhôm nhưng bên và cứng hơn nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô,... VI. SẢN XUẤT GANG – THÉP Sắt tinh khiết hầu như không được sử dụng trong cuộc sống, nhưng các hợp kim của sắt là gang và thép lại được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và đời sống.