Lý thuyết Hoá 12 Bài 18: Tính chất của kim loại. Dãy điện hóa của kim loại Bài giảng Hoá 12 Bài 18: Tính chất của kim loại. Dãy điện hóa của kim loại I. Tính chất vật lý 1. Tính chất chung - Ở điều kiện thường, các kim loại đều ở trạng thái rắn (trừ Hg), có tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim. - Tính chất vật lý chung của kim loại gây nên bởi sự có mặt của electron tự do trong mạng tinh thể kim loại. 2. Giải thích a) Tính dẻo - Kim loại có tính dẻo: dễ rèn, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. - Kim loại có tính dẻo là vì các ion dương trong tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau dễ dàng mà không cần phải tách ra khỏi nhau nhờ những electron tự do chuyển động dính kết chúng với nhau.  Các lớp mạng tinh thể kim loại trước khi biến dạng (a) và sau khi biến dạng (b) - Vàng là kim loại có tính dẻo cao, có thể dát thành lá mỏng đến mức ánh sáng có thể xuyên qua. b) Tính dẫn điện - Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe, … - Ở nhiệt độ càng cao, tính dẫn điện của kim loại càng giảm do nhiệt độ cao các ion dương dao động càng mạnh cản trở dòng electron chuyển động. c) Tính dẫn nhiệt - Thường các kim loại dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt. - Các electron trong vùng nhiệt độ cao có động năng lớn, chuyển động hỗn loạn và nhanh chóng sang vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng này nên nhiệt lan truyền được từ vùng này sang vùng khác trong khối kim loại. d) Ánh kim Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết các tia sáng nhìn thấy được, đo đó kim loại có vẻ sáng lấp lánh gọi là ánh kim. Trang sức kim loại bạc 3. Một số tính chất vật lí riêng: a. Khối lượng riêng của các kim loại rất khác nhau nhưng thường dao động từ 0,5 g/cm3 (Li) đến 22,6 g/ cm3 (Os). Thường thì: + D < 5 g/cm3: kim loại nhẹ (ví dụ: K, Na, Mg, Al …). + D > 5 g/cm3: kim loại nặng (ví dụ: Zn, Fe...). b. Nhiệt độ nóng chảy biến đổi từ -39oC (Hg) đến 3410oC (W). Thường thì: + tnc < 1000oC: kim loại dễ nóng chảy. + tnc > 1500oC: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt). c. Tính cứng Kim loại mềm nhất là K, Rb, Cs (dùng dao cắt được) và cứng nhất là Cr (cắt được kính). II. Tính chất hóa học Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương): M → Mn+ + ne 1. Tác dụng với phi kim a) Tác dụng với clo Hầu hết các kim loại đều có thể khử trực tiếp clo tạo thành muối clorua. Ví dụ: 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Sắt tác dụng với clo b) Tác dụng với oxi Hầu hết các kim loại có thể khử oxi từ số oxi hóa 0 (O2) xuống số oxi hóa -2. Ví dụ: 4Al + 3O2 →to 2Al2O3 3Fe + 2O2 →to Fe3O4 c) Tác dụng với lưu huỳnh Nhiều kim loại có thể khử lưu huỳnh từ số oxi hóa 0 xuống số oxi hóa -2. Phản ứng cần đun nóng (trừ Hg). Hg + S → HgS Fe + S →to FeS 2. Tác dụng với axit a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng M + nH+ → Mnn+ + n2H2 (M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn) Ví dụ: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 b) Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit có tính oxi hóa mạnh) + Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 và H2SO4 đặc (trừ Pt, Au) Khi đó S+6 trong H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2); S0 hoặc S−2 (H2S) Trong HNO3 đặc N+5 bị khử thành N+4 (NO2) Với HNO3 loãng N+5 có thể bị khử thành N+2 (NO) hoặc N+1 (N2O) hoặc N0 (N2) hoặc N−3 (NH4+) Ví dụ: 2Fe + 6H2SO4 (đặc) →to Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 4Mg + 5H2SO4 (đặc) →to 4MgSO4 + H2S + 4H2O Cu + 4HNO3 (đặc) →to Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3 (loãng) →to 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc, nguội. 3. Tác dụng với dung dịch muối - Với Na, K, Ca và Ba…. (các kim loại tác dụng được với nước) phản ứng với nước trước sau đó dung dịch kiềm tạo thành sẽ phản ứng với muối. Ví dụ: Cho Na vào dung dịch CuSO4 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 - Với các kim loại không tan trong nước, kim loại mạnh hơn khử được ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do. Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Chú ý: 2Fe3+ + Fe → 3Fe2+ Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ Fe2+ + Ag+ → Ag + Fe3+ 4. Tác dụng với nước - Các kim loại có tính khử mạnh: kim loại nhóm IA và IIA (trừ Be, Mg) khử H2O dễ dàng ở nhiệt độ thường. - Các kim loại có tính khử trung bình chỉ khử nước ở nhiệt độ cao (Fe, Zn,…). Các kim loại còn lại không khử được H2O. Ví dụ: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2 III. Dãy điện hóa của kim loại 1. Cặp oxi hoá – khử của kim loại Ag+ + 1e ⇄ Ag Cu2+ + 2e ⇄ Cu Mn+ + ne ⇄ M [O] [K] - Các nguyên tử kim loại (Ag, Cu, …) đóng vai trò là chất khử, các ion kim loại (Ag+, Cu2+…) đóng vai trò là chất oxi hóa. - Dạng oxi hoá và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hoá – khử của kim loại. Ví dụ: Cặp oxi hoá – khử Ag+/Ag; Cu2+/Cu; Fe2+/Fe 2. So sánh tính chất của các cặp oxi hoá – khử Ví dụ: So sánh tính chất của hai cặp oxi hoá – khử Cu2+/Cu và Ag+/Ag. Thực nghiệm cho thấy Cu tác dụng được với dung dịch muối AgNO3 theo phương trình: Cu + 2Ag+→ Cu2+ + 2Ag Kết luận: Tính khử: Cu > Ag Tính oxi hoá: Ag+ > Cu2+ 3. Dãy điện hóa của kim loại Người ta đã so sánh tính chất của nhiều cặp oxi hóa – khử và sắp xếp thành dãy điện hóa của kim loại: 4. Ý nghĩa về dãy điện hóa của kim loại - Dãy điện hóa của kim loại cho phép dự đoán chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử theo quy tắc alpha (α): Phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn. - Cách xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử theo quy tắc alpha: Tổng quát Giả sử có hai cặp oxi hóa khử: Xx+/ X và Yy+/Y (trong đó cặp Xx+/ X đứng trước cặp Yy+/Y trong dãy điện hóa). Xác định chiều của phản ứng oxi hóa khử. Bước 1: Viết hai cặp oxi hóa – khử theo đúng thứ tự trong dãy điện hóa:
Bước 2: Áp dụng quy tắc alpha (α) Phản ứng xảy ra theo chiều mũi tên như sau: Bước 3: Xác định chiều phản ứng Phản ứng xảy ra như sau: Ví dụ: Xác định chiều phản ứng xảy ra giữa hai cặp Fe2+/ Fe và Cu2+/ Cu. Hướng dẫn giải: Bước 1: Theo trật tự dãy điện hóa có cặp Fe2+/ Fe đứng trước cặp Cu2+/ Cu. Bước 2: Áp dụng quy tắc alpha: Bước 3: Xác định chiều phản ứng Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+ Phản ứng xảy ra theo chiều ion Cu2+ oxi hóa Fe để tạo ra Fe2+ và Cu. Trắc nghiệm Hóa học 12 Bài 18: Tính chất của kim loại, dãy điện hóa kim loại Câu 1: Tính chất nào sau đây không phải tính chất vật lí chung của kim loại? A. Dẫn nhiệt B. Cứng C. Dẫn điện D. Ánh kim
Đáp án: B Giải thích: Các tính chất vật lí chung của kim loại là: Tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiêt, tính ánh kim. Câu 2: Ở điều kiện thường kim loại nào sau đây không phản ứng với nước? A. K B. Na C. Ba D. Be
Đáp án: D Giải thích: Kim loại nhóm IA, IIA (trừ Be và Mg) có thể phản ứng với nước ở nhiệt độ thường giải phóng khí hiđro. Câu 3: Kết luận nào sau đây là sai? A. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg. B. Kim loại dẻo nhất là natri. C. Kim loại dẫn điện tốt nhất là bạc. D. Kim loại nhẹ nhất là liti.
Đáp án: B Giải thích: B. Sai vì kim loại dẻo nhất là vàng Câu 4: Cho các kim loại sau: Li, Mg, Al, Zn, Fe, Ni. Có bao nhiêu kim loại tác dụng với HCl và Cl2 thu được cùng một muối ? A. 6 B. 3 C. 4 D. 5
Đáp án: D Giải thích: Các kim loại tác dụng với HCl và Cl2 cho cùng một muối là: Li; Mg; Al; Zn; Ni. Sắt là kim loại có nhiều hóa trị. Khi phản ứng với HCl cho muối sắt(II), khi phản ứng với Cl2 cho muối sắt(III) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 2Fe + 3Cl2 →t°2FeCl3 Câu 5: Cho kim loại Fe lần lượt phản ứng với các dung dịch: FeCl3, Cu(NO3)2, AgNO3, MgCl2. Số trường hợp xảy ra phản ứng hóa học là A. 4 B. 3 C. 1 D. 2
Đáp án: B Giải thích: Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2 Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag → Có 3 trường hợp xảy ra phản ứng hóa học. Câu 6: Trong các kim loại: Al, Mg, Fe và Cu, kim loại có tính khử mạnh nhất là A. Cu B. Mg C. Fe D. Al
Đáp án: B Giải thích: Trong dãy hoạt động hóa học của kim loại, đi từ trái sang phải tính khử của kim loại giảm dần. Dãy hoạt động hóa học của một số kim loại K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. → Trong số các kim loại Al, Mg, Fe và Cu thì Mg có tính khử mạnh nhất. Câu 7: Cho các phát biểu sau: 1. Lưu huỳnh có thể phản ứng với thủy ngân ở ngay nhiệt độ thường. 2. Có thể dùng thùng bằng kẽm để vận chuyển HNO3 đặc, nguội. 3. Ngay cả ở nhiệt độ cao, magie không tác dụng với nước. 4. Bạc để lâu trong không khí có thể bị hoá đen do chuyển thành Ag2S. Trong các phát biểu trên, số phát biểu đúng là A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
Đáp án: B Giải thích: 1. Đúng. Thủy ngân có thể phản ứng với lưu huỳnh ở nhiệt độ thường Hg + S → HgS 2. Sai. Fe, Al, Cr thụ động trong HNO3 đặc, nguội, còn Zn vẫn có khả năng tan trong dung dịch HNO3 đặc, nguội. 3. Sai. Magie có thể khử nước ở nhiệt độ cao Mg + H2O →t° MgO + H2 4. Đúng. Bạc tiếp xúc với không khí có H2S bị biến đổi thành Ag2S có màu đen 4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O → có hai phát biểu đúng là 1,4 Câu 8: Cho 7,22 gam hỗn hợp X gồm sắt và một kim loại M có hoá trị không đổi. Chia X thành 2 phần bằng nhau: Phần 1: Tác dụng với dung dịch HC1 dư tạo ra 2,128 lít khí (đktc) Phần 2: Tác dụng với dung dịch HNO3 dư tạo ra 1,792 lít (đktc) NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5). Phần trăm khối lượng của M trong X là A. 22,44%. B. 55,33%. C. 24,47%. D. 11,17%.
Đáp án: A Giải thích: nH2= 0,095 mol; nNO = 0,08 mol Đặt nFe, nM là số mol Fe và kim loại M ở mỗi phần (mol) n là số electron trao đổi của kim loại M trong phản ứng oxi hóa khử. Khối lượng hỗn hợp X ở mỗi phần là 7,22 : 2 = 3,61 gam → 56.nFe + MM.nM = 3,61 (1) Phần 1: Bào toàn electron 2.nFe + n.nM = 2.nH2 → 2.nFe + n.nM = 0,19 (2) Phần 2: Bảo toàn electron 3.nFe + n.nM = 3.nNO → 3.nFe + n.nM = 0,24 (3) Giải hệ (2) và (3) → nFe = 0,05 mol; n.nNO = 0,09 mol Thay vào (1) → 56.0,05 + MM.0,09n = 3,61 → Chọn được giá trị của n = 3 và M = 27 (Al) %mAl = 0,03.2703,61.100 = 22,44% Câu 9: Phát biểu nào sau đây không đúng? A. Kim loại Cs được dùng để làm tế bào quang điện B. Kim loại Cr được dùng để làm dao cắt kính. C. Kim loai Ag được dùng để làm dây dẫn điện trong gia đình D. Kim loại Pb được dùng để chế tạo điện cực trong acquy.
Đáp án: C Giải thích: Mặc dù bạc dẫn điện tốt nhưng do giá thành đắt nên không dùng làm dây dẫn điện. Câu 10: Kim loại nào sau đây vừa phản ứng được với dung dịch HCl, vừa phản ứng được với dung dịch NaOH? A. Fe B. Al C. Cu D. Ag
Đáp án: B Giải thích: Al vừa phản ứng được với dung dịch HCl, vừa phản ứng được với dung dịch NaOH 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Hóa học lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác: Lý thuyết Bài 19: Hợp kim Lý thuyết Bài 20: Sự ăn mòn kim loại Lý thuyết Bài 21: Điều chế kim loại Lý thuyết Bài 22: Luyện tập tính chất của kim loại Lý thuyết Bài 23: Luyện tập Điều chế kim loại và sự ăn mòn kim loại |
