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

1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử: - Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất gồm các nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 21 (Sc) đến 29 (Cu), thuộc chu kì 4 (xem Bảng 27.1). Số hiệu nguyên tử Nguyên tử Cấu hình electron Số hiệu nguyên tử Nguyên tử Cấu hình electron 21 Sc [Ar]3d 1 4s 2 26 Fe [Ar]3d 6 4s 2 22 Ti [Ar]3d 2 4s 2 27 Co [Ar]3d 7 4s 2 23 V [Ar]3d 3 4s 2 28 Ni [Ar]3d 8 4s 2 24 Cr [Ar]3d 5 4s 1 29 Cu [Ar]3d 10 4s 1 25 Mn [Ar]3d 5 4s 2 Bảng 27.1. Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất - Đặc điểm cấu hình electron trong nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có lớp vỏ bên trong của khí hiếm Ar. số electron trên phân lớp 3d tăng dần từ 1 (ở Sc) đến 10 (ở Cu). Trong khi đó trên phân lớp 4s, số electron thường bằng 2 (trừ Cr và Cu). - 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.
2. Tính chất vật lí và ứng dụng của kim loại chuyển tiếp: - Một số thông số vật lí của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được trình bày ở Bảng 27.2. Bảng 27.2. Một số thông số vật lí của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (1 ) Kim loại Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Nhiệt độ nóng chảy (°C) 1 541 1 668 1 917 1 907 1 244 1 535 1 494 1 453 1 084 Khối lượng riêng (g/cm 3 ) 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 - Các kim loại chuyển tiếp thường có khối lượng riêng lớn, cứng và khó nóng chảy. - Một số tính chất vật lí và ứng dụng của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được trình bày ở Bảng 27.3. 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 đỗi nhiệt, đồ gia dụng,.. Ví dụ 1. Cấu hình electron nào sau đây là của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất? A. [Ar] 3d 10 4s 2 4p 1 '. B. [Ar] 3d 8 4s 2 . C. [Ar] 4s 2 . D. [Ar] 3d 10 4s 2 4p 6 . Ví dụ 2. Trả lời các câu hỏi sau: a) Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được xếp ở chu kì mấy? b) Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhát thuộc khối s, p, d hay f? c) Nhận xét chung về cấu hình electron của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất về: - Đặc điểm giống nhau và khác nhau trong cấu hình electron nguyên tử.
- Sự biến đổi số electron trên phân lớp 3d và 4s. Đáp án: a) Chu kì 4. b) Khối d. c) - Đặc điểm giống nhau và khác nhau trong cấu hình electron nguyên tử. + Giống nhau: Đều có 4 lớp electron; cấu hình electron trong nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có lớp vỏ bên trong của khí hiếm Ar. + Khác nhau: Số electron hoá trị của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất là khác nhau. - Sự biến đổi số electron trên phân lớp 3d và 4s: Số electron trên phân lớp 3d tăng dần từ 1 (ở Sc) đến 10 (ở Cu). Trong khi đó, trên phân lớp 4s, số electron thường bằng 2 (trừ Cr và Cu). Ví dụ 3. Đặc điểm cấu hình electron nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có gì khác biệt với nhóm IA và IIA trong cùng chu kì? Đáp án: So với nhóm IA và IIA trong cùng chu kì, cấu hình electron nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có phân lớp 3d. Ví dụ 4. Trả lời các câu hỏi sau: Trong số các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất, hây chỉ ra: a) Các kim loại khó nóng chảy hơn Be. Biết nhiệt độ nóng chảy của Be là 1 287 °C. b) Các kim loại nặng (D > 5 g/cm 3 ). Đáp án: a) Các kim loại khó nóng chảy hơn Be là: Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni. b) Các kim loại nặng (D ≥ 5g/cm 3 ) là: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Ví dụ 5. Cho các thông số vật lí của K, Ca, Fe, Cu vào vở theo mẫu bảng sau: Kim loại K Ca Fe Cu Nhiệt độ nóng chảy (°C) 63,4 842 1535 1084 Khối lượng riêng (g/cm 3 ) 0,89 1,55 7,86 8,96 Độ dẫn điện ở 20 °C (Hg = 1) 13,3 28,5 10 57,1 Độ cứng (kim cương = 10) 0,4 1,75 4 3 So sánh sự khác biệt về các thông số vật lí trên giữa Fe, Cu (kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất) với K, Ca (kim loại họ s). Đáp án: Fe và Cu có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ dẫn điện và độ cứng lớn hơn K và Ca. Ví dụ 6. Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử Cr có cấu hình electron là [Ar]3d 5 4s 1 . Mỗi phát biểu sau là đúng hay sai? a. Nguyên tố chromium thuộc chu kì 4, nhóm VB trong bảng tuần hoàn. b. Chromium là kim loại nhẹ, có nhiệt độ nóng chảy cao. c. Ở trạng thái cơ bản, chromium có 6 electron độc thân. d. Chromium ứng dụng trong chế tạo hợp kim không gỉ hoặc siêu cứng để sản xuất dụng cụ y tế, nhà bếp, vòng bi, mũi khoan,... Đáp án: a. Sai, Nhóm VIB. b. Sai vì chromium là kim loại nặng, nhiệt độ nóng chảy cao. c. Đúng. d. Đúng.
Ví dụ 7. Số electron hóa trị của nguyên tử cobalt (Z = 27) là bao nhiêu? A. 1. B. 9. C. 7. D. 2. Ví dụ 8. Trong dãy kim loại chuyển tiếp thứ nhất, kim loại có tính dẫn điện tốt nhất là A. Fe. B. Ti. C. Cu. D. Mn. Ví dụ 9. Có nên sử dụng các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất làm dây chảy trong các cầu chì không? Giải thích. Đáp án: Không nên sử dụng các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất làm dây chảy trong các cầu chì. Vì các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy cao nên không thể kịp thời ngắt mạch khi chập cháy điện, gây hiện tượng nổ thiết bị. 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 thử nhất Nguyên tử Cr Mn Fe Cu Số oxi hoá +3 +6 +2 +4 +7 +2 +3 +2 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  Fe 2+ + 2e Fe  Fe 3+ + 2e [Ar]3d 6 4s 2 [Ar]3d 6 [Ar]3d 6 4s 2 [Ar]3d 5 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). Màu sắc: xanh lục vàng hồng lục nhạt xanh dương Hình 27.2. Màu sắc của một số ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất trong dung dịch 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: 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4  5Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O 4. Nhận biết một số ion kim loại chuyền 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 1. Xác định số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố chromium và manganese trong các dãy sau: - Cr 2 O 3 , CrO 3 , K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 .