Tiêu đề Bài 27 Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.pdf ✅

1 BÀI 27: ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT Hình 27.1. Một số ứng dụng của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất I. ĐƠN CHẤT KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT 1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử - Các nguyên tố từ Sc (Z = 21) đến Cu (Z = 29) được gọi là nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất. - Cấu hình electron nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất: [Ar]3dx 4sy + Đều có lớp vỏ bên trong của khí hiếm Ar (Z=18). + Số electron trên phân lớp 3d tăng dần từ 3d1 (Sc) đến 3d10 (Cu) + Số electron trên phân lớp 4s là 4s2 (trừ Cr và Cu là 4s1 ). - Nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiều electron hoá trị thuộc phân lớp 3d và 4s nên kim loại chuyển tiếp dây thứ nhất thường tạo thành các hợp chất với nhiều số oxi hoá khác nhau. Bảng 27.1. Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Số hiệu nguyên tử Nguyên tử Cấu hình electron Số hiệu nguyên tử Nguyên tử Cấu hình electron 21 Sc [Ar]3d1 4s2 26 Fe [Ar]3d6 4s2 22 Ti [Ar]3d2 4s2 27 Co [Ar]3d7 4s2
2 23 V [Ar]3d3 4s2 28 Ni [Ar]3d8 4s2 24 Cr [Ar]3d5 4s1 29 Cu [Ar]3d104s1 25 Mn [Ar]3d5 4s2 2. Tính chất vật lí và ứng dụng của kim loại chuyển tiếp Bảng 27.2. Một số thông số vật lí của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Kim loại Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Nhiệt độ nóng chảy (°C) 1,541 1668 1917 1907 1244 1535 1494 1453 1084 Khối lượng riêng (g/cm3 ) 2,98 4,50 6,11 7,15 7,21 7,86 8,90 8,91 8,96 Độ dẫn điện ở 20°C (Hg = 1) 1,7 2,3 4,9 7,7 0,7 10 15,4 13,8 57,1 Độ dẫn nhiệt ở 25°C (Hg = 1) 1,9 2,6 3,7 11,3 0,9 9,7 12,0 11,0 48,3 Độ cứng (kim cương = 10) - 6 7 8,5 6 4 5 4 3 Bảng 27.3. Tính chất vật lí và ứng dụng của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Tính chất Đặc điểm ứng dụng Nhiệt độ nóng chảy Khó nóng chảy, đặc biệt là vanadium, chromium và cobalt. Chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao. Độ cứng Khá cao, chromium là kim loại cứng nhất trong tất cả các kim loại. Chế tạo hợp kim không gỉ hoặc siêu cứng để sản xuất dụng cụ y tế, nhà bếp, vòng bi, mũi khoan,... Khối lượng riêng Scandium và titanium tương đối nhẹ. Các kim loại khác đều là kim loại nặng. Chế tạo vật liệu hàng không, gọng kính. Sản xuất phương tiện giao thông, máy móc, bệ máy,... Độ dẫn điện Tương đối tốt, đồng là kim loại dẫn điện tốt (chỉ sau bạc). Chế tạo dây dẫn, thiết bị điện,... Độ dẫn nhiệt Tương đối tốt, điển hình là đồng. Chế tạo thiết bị nồi hơi thiết bị trao đổi nhiệt, đồ gia dụng,.. II. HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT 1. Số oxi hoá của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất trong hợp chất Do có nhiều electron hoá trị (ở phân lớp 4s và 3d) nên các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất có khả năng tạo ra các hợp chất với nhiều trạng thái oxi hoá khác nhau. Bảng 27.4. Các trạng thái oxi hoá thường gặp của một số nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Nguyên tử Cr Mn Fe Cu
3 Hình 27.2. Màu sắc của một số ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất trong dung dịch Số oxi hoá +3 (Cr2O3) +6 (K2CrO4, K2Cr2O7) +2 (MnO) +4 (MnO2) +7 (KMnO4) +2 (FeO) +3 (Fe2O3) +2 (CuO) +1 (Cu2O) Khi tham gia phản ứng hoá học, nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất ưu tiên nhường electron ở phân lớp 4s trước rồi đến electron ở phân lớp 3d, tạo thành các cation tương ứng. Ví dụ: Fe → Fe2+ + 2e Fe2+ → Fe3+ + 1e [Ar]3d6 4s2 [Ar]3d6 [Ar]3d6 [Ar]3d5 2. Màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có màu sắc phong phú (Hình 27.2). 3. Chuẩn độ iron(ll) sulfate bằng thuốc tím Trong phòng thí nghiệm, nồng độ iron (ll) sulfate có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch thuốc tím trong môi trường sulfuric acid theo phương trình hoá học: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O 4. Nhận biết một số ion kim loại chuyển tiếp Trong hoá học, các ion kim loại chuyển tiếp thường được nhận biết dựa vào màu sắc đặc trưng của ion, của hợp chất ít tan hoặc của phức chất tương ứng. Ví dụ: Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓ (màu nâu đỏ) Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2↓ (Màu xanh)
4 B. BÀI TẬP VẬN DỤNG CÂU HỎI BÀI HỌC Câu hỏi đầu bài. [KNTT - SGK] Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất và hợp kim của chúng được sử dụng phổ biến làm vật liệu chế tạo dụng cụ, thiết bị, máy móc, phương tiện giao thông... Các ứng dụng này dựa trên tính chất nào của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất? .Hƣớng dẫn giải Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất và hợp kim của chúng được sử dụng phổ biến làm vật liệu chế tạo dụng cụ, thiết bị, máy móc, phương tiện giao thông,... nhờ vào những tính chất sau: + Kim loại chuyển tiếp khó nóng chảy do nhiệt độ nóng chảy cao. + Kim loại chuyển tiếp có độ cứng khá cao + Kim loại chuyển tiếp có độ cứng khá cao, chromium là kim loại cứng nhất trong tất cả các kim loại. + Các kim loại chuyển tiếp thường là kim loại nặng. + Độ dẫn điện, dẫn nhiệt của các kim loại chuyển tiếp tương đối tốt. Câu 1. [KNTT - SGK] Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được cho trong bảng sau: Bảng 27.1 Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Số hiệu nguyên tử Nguyên tử Cấu hình electron Số hiệu nguyên tử Nguyên tử Cấu hình electron 21 Sc [Ar]3d1 4s2 26 Fe [Ar]3d6 4s2 22 Ti [Ar] 3d2 4s2 27 Co [Ar] 3d7 4s2 23 V [Ar] 3d3 4s2 28 Ni [Ar] 3d8 4s2 24 Cr [Ar] 3d5 4s1 29 Cu [Ar] 3d104s1 25 Mn [Ar] 3d5 4s2 Thực hiện các yêu cầu sau: