Hóa học Đại cương về kim loại46000

ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI I VỊ TRÍ, CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI: 1.Vị trí kim loại bảng tuần hoàn: - Các kim loại (KL) nguyên tố họ s.(nhóm IA (trừ H) nhóm IIA) - Là KL họ p: nhóm IIIA (trừ B), phần nhóm IVA, VA, VIA - Là KL họ d: nhóm IB đến VIIIB - Là KL họ f: họ lantan actini (chúng xếp thành hàng cuối bảng) Cấu tạo KL: a cấu tạo nguyên tử KL - KL có bán kính ngun tử lớn - KL có e ngồi ít: đến e b Cấu tạo mạng KL KL tồn dạng tinh thể phổ biến: - Mạng lập phương tâm khối có ion dương (ion KL) nằm đỉnh tâm hình lập phương Ví dụ : kim loại kiềm, Cr, Fe… - Mạng lập phương tâm diện có ion dương (ion KL) nằm đỉnh mặt hình lập phương Ví dụ : Cu, Al, Pb… - Mạng lăng trụ lục giác có ion dương (ion KL) đỉnh, mặt đáy đáy hình lăng trụ Ví dụ kim loại nhóm II (Be, Mg, Ca, ) Trong tinh thể KL, ion dương nguyên tử KL nằm nút mạng tinh thể Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử chuyễn động tự mạng tinh thể => Liên kết kim loại liên kết hình thành electron tự gắn ion dương kim loại với II TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI: Tính chất chung: a Tính dẻo - KL bị biến dạng tác dụng lực học đủ mạnh lên miếng KL: KL có khả dễ rèn, dễ dát mỏng dễ kéo sợi Lí do: Khi có tác động học cation KL mạng tinh thể trượt lên nhau, không tách rời nhờ sức hút tĩnh điện e tự với cation KL Những KL có tính dẻo cao là: Au, Ag, Al, Cu, Sn b Tính dẫn điện - KL có khả dẫn điện được, nhiệt độ KL cao tính dẫn điện KL giảm Lí do: + Khi nối với nguồn điện, e tự chuyển động hỗn loạn trở nên chuyển động thành dòng KL www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | + Khi tăng nhiệt độ, dao động cation KL tăng lên, làm cản trở chuyển động dòng e tự KL - KL khác khau có tính dẫn điện khác chủ yếu mật độ e tự chúng không giống KL dẫn điện tốt Ag (49), Cu (46), Au 35,5), Al (26)… c Tính dẫn nhiệt + KL có khả dẫn nhiệt Lí : Những e tự vùng nhiệt độ cao có động lớn hơn, chúng chuyển động đến vùng có nhiệt độ thấp KL truyền lượng cho ion dương Tính dẫn nhiệt KL giảm dần theo thứ theo : Ag, Cu, Al, Fe… d Ánh kim + Vẻ sáng KL gọi ánh kim Hầu hết KL có ánh kim Lí : electron tự có khả phản xạ tốt tia sáng có bước sóng mà mắt ta nhận đươc Tóm lại : tính chất vật lí chung KL chủ yếu electron tự KL gây Tính chất riêng KL: a Khối lượng riêng : - KL khác có khối lượng riêng khác rõ rệt nhẹ Liti (Li có D=0,5), nặng Osimi (Os có D= 22,6) - Quy ước : + KL nhẹ có D5g/cm3 (Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Hg… b Nhiệt độ nóng chảy : - KL khác có nhiệt độ nóng khác nhau, thấp Hg (-39oC), cao W (3410oC) - Quy ước : + KL có nhiệt độ nóng chảy < 1500oC KL dễ nóng chảy + KL có nhiệt độ nóng chảy > 1500oC KL khó nóng chảy c Tính cứng : - Những KL khác có tính cứng khác - Quy ước kim cương có độ cứng 10 : Cr 9, W 7, Fe 4,5, Cu l Al 3, Cs 0,2…  Các tính chất : khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng phụ thuộc vào độ bền liên kết kim loại, nguyên tử khối, kiểu mạng tinh thể…của KL III TÍNH CHẤT HĨA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI : Vì KL có e hóa trị ít, bán kính nguyên tử lớn, độ âm điện thấp, lượng ion hóa nguyên tử thấp nên tính chất hóa học đặc trưng KL tính khử (dễ bị oxi hóa) :  Mn+ + neM Tác dụng với phi kim www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | - Hầu hết Kl tác dụng với phi kim trừ Au, Ag, Pt + Tác dụng với oxi : M + n O2  M2On Al + O2  Al2O3 Mg + O2  MgO Na + O2  Na2O Chú ý : Fe bị oxi hóa oxi cho nhiều oxit khác Fe + O2  FeO Fe + O2  Fe 2O3 Fe + O2  Fe 3O4 + Tác dụng với halogen (X2): M + n X2  MXn Fe + Cl2  FeCl3 Cu + Cl2  CuCl2  KCl K + Cl2  M2Sn + Tác dụng với lưu huỳnh: M +nS  FeS Fe + S  Na2S Na + S  HgS Hg + S Tác dụng với axit a Axít có tính oxi hóa ion hidro (HCl; H2SO4 loãng) M + 2n H+  Mgn+ + n H2  Ví dụ: Mg + HCl  MgCl2 + H2  Fe + HCl  FeCl2 + H2  Chú ý: Các KL đứng sau hidro dãy điiện hóa khơng có phản ứng b Axít có tính oxi hóa khơng phải nguyên tử hiđro (HNO3; H2SO4 đ): ● Hầu hết KL tác dụng được,( trừ Au Pt), không giải phóng hidro mà tạo sản phẩm N hay S: - Với axit HNO3 Sơ đồ: Chú ý: + Nếu HNO3 đặc gỉai phóng NO2 + Nếu HNO3 lỗng KL đứng sau H tạo NO; KL đứng trước H tạo NO ( N2O; N2 ; NH+4) + Nếu KL có nhiều hóa trị, tạo hóa trị tối đa - Với axit H2SO4 đ : www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | Sơ đồ: Lưu ý: Al, Fe, Cr : không tác dụng với axit HNO3; H2SO4 đặc, nguội Tác dụng với nước: - Ở nhiệt độ thường có kim loại kiền (Li, Na, K, Rb, Cs) kim loại kiềm thổ ( Ca, Sr, Ba) tác dụng với nước tạo dd kiềm khí H2 M + a H2O —> M(OH)a + a H2  Ví dụ: K + H2O —> K(OH) + H2  Ca + H2O —> Ca(OH)2 + H2  - Một số KL có tính khử trung bình khử nước nhiệt độ cao Zn, Fe tạo oxit hidro - Các KL có tính khử yếu Cu, Ag, Hg không khử H2O, dù nhiệt độ - Một số KL có hidroxit lưỡng tính tác dụng với H2O mơi trường kiềm như: Al, Zn, Be, Sn Ví dụ: Al + H 2O + NaOH  NaAlO + H2  Zn + NaOH  Na ZnO2 + H  Tác dụng với dung dịch muối: a Với KL trung bình yếu (không tác dụng với H2O nhiệt độ thường) khử ion KL hoạt động dung dịch muối thành KL tự Zn + CuCl2  ZnCl2 + Cu Ví dụ: CuCl2  AlCl3 + Cu Al + b Với KL mạnh (tác dụng H2O nhiệt độ thường) xảy qua giai đoạn: + Giai đoạn kim loại tác dụng với nước tao dung dịch kiềm hidro + Giai đoạn 2: dung dịch kiềm tác dụng với muối (nếu thỏa mãn đk xảy ra) Ví dụ: Khi cho Na vào lượng dư dung dịch CuCl2 (Giai đoạn 1) Na + H 2O  NaOH + H2  2 NaOH Hay Na + CuCl2  Cu(OH)2  + NaCl (Giai đoạn 2) + H 2O + CuCl2  Cu(OH)2  + NaCl + H  IV DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI Một số khái niệm: ● Cặp oxi hóa-khử KL www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | Dạng oxi hóa dạng khử nguyên tố KL tạo nên cặp oxi hóa-khử: Dạng oxi hóa / dạng khử 2+ 3+ Ag 2+ Ví dụ: Cu Cu ; Fe ; Ag Fe2+ ● Pin điện hóa: Là thiết bị gồm KL nhúng dung dịch muối nối cầu muối Ví dụ: Lá Zn nhúng ZnSO4 Cu nhúng CuSO4 dung dịch nối với qua cầu muối: - Lá Zn bị ăn mịn Zn bị oxi hóa:  Zn2+ + 2eZn  Các e di chuyễn qua Cu thông qua dây dẫn (làm kim vôn kế bị lệch) - Trong dung dịch CuSO4 ion Cu2+ di chuyễn đến Cu, chúng bị khử thành Cu, bám lên Cu  Cu2+ + 2e  Cu 2+ Ion Cu dung dịch bị giảm dần nồng độ - vai trò cầu muối: trung hịa điện tích dung dịch: ion dương NH+4 K+ Zn2+ di chuyễn qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO4 ngược lại ion âm NO3-, SO42- di chuyễn qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch ZnSO4 Zn đóng vai trị điện cực âm (Anot) nơi xảy oxi hóa Cu đóng vai trị điện cực dương (catot) nơi xảy khử ● Thế điện cực: Sự xuất dòng điện từ cực Cu sang cực Zn chứng tỏ có chênh lệch điện điện cực Zn Cu tức điện cực xuất điện cực định ● Suất điện động: Hiệu điện cực dương (E(+)) với điện cực âm (E(-)) gọi suất điện động pin điện hóa: Epin = E(+) - E(-) (ở ví dụ E pin = E0(Cu2+/ Cu) - E0(Zn2+/Zn)) ● Điện cực hidro chuẩn: Tấm platin (Pt) nhúng dung dịch axit có nồng độ ion H+ M Bề mặt hấp phụ khí hidro áp suất 1atm E02H+/ H2 = 0,00 V ● Thế điện cực chuẩn kim loại: - Điện cực KL mà nồng độ ion KL dung dịch 1M gọi điện cực chuẩn - Thế điện cực chuẩn KL cần đo chấp nhận sđd pin tạo điện cực hidro chuẩn điện cực chuẩn KL cần đo www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | - Nếu KL đóng vai cực âm, điện cực chuẩn KL có giá trị âm, đóng vai trị cực dương điện cực chuẩn KL có gía trị dương Ý nghĩa dãy điện cực chuẩn KL ● So sánh tính oxi hóa-khử: Trong dung dịch nước điện cực chuẩn KL E0Mn+/ M lớn tính oxi hóa cation Mn+ tính khử KL M yếu (ngược lại) ● Xác định chiều phản ứng oxi-hóa khử: Cation KL cặp oxihóa-khử điện cực chuẩn lớn oxi hóa KL cặp điện cực chuẩn nhỏ - Dựa vào điện cực chuẩn KL để xếp nhỏ bên trái, lớn bên phải - Viết phương trình phản ứng theo quy tắc anpha (  ) KL cặp oxihóa-khử ĐCC âm khử ion H+ dung dịch axit ● Xác định suất điện động chuẩn pin điện hóa: Epin = E(+) - E(-) suất điện động pin điện hóa ln số dương ● Xác định điện cực chuẩn cặp oxihóa-khử: Dựa vào Epin = E(+) - E(-) Một số CT liên quan đến E : + Suất điện động pin có liên quan đến lượng Gip  G (còn gọi entanpi tự do) phản ứng:  G = -nFE điều kiện chuẩn  G0 = -nFE0 Trong đó: - E0 E sđđ (V) pin đkc điều kiện khác với đkc; - F số faraday (F = 96500 C) -  ,  G biến thiên lượng Gip (J) ĐKC ĐK G - n số e tối thiểu trao đổi phản ứng oxi hóa-khử + phương trình Necst:   Kh Phương trình điện cực là: Trong Oxh + ne   E = E0 + 0, 059 [Ox]  lg n [ Kh] V ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI Nguyên tắc Khử ion KL thành KL: Mn+ + ne  M Phương pháp: có phương pháp ● Phương pháp thủy luyện: - Dùng kim loại mạnh khử (không tác với H2O t0 thường) kim loại yếu khỏi muối Zn + CuCl2  ZnCl2 + Cu Ví du: Cu + www.facebook.com/trungtamluyenthiuce AgNO3  Cu(NO3 )2 + Ag Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | —> Phương pháp dùng để điều chế kim loại có tính khử yếu ● Phương pháp nhiệt luyện: - Dùng chất khử (CO, H2; C; Al) để khử ion kim loại oxit CO + CuO  Cu + CO2 Ví dụ: H + CuO  Cu + H 2O Page | CO + Fe2O3  Fe + CO2 —> Phương pháp để điều chế kim loại hoạt động trung bình yếu.(sau nhơm) ● Phương pháp điện phân - Dùng dòng điện chiều catôt (cực âm)để khử ion kim loại: + Điện phân dung dịch nóng chảy: dùng để điều chế kim loại từ Al trở trước Ví dụ: điện phân nóng chảy NaCl Sơ đồ điện phân K NaCl A + Na (nc) Cl + Na + 1e = Na 2Cl- -2e = Cl2 điện phân nóng chảy Phương trình điện phân: NaCl   2Na + Cl2 + Điện phân dung dịch (trong nước): dùng để điều chế kim loại sau Al Ví dụ: điện phân dung dịch CuCl2 Sơ đồ điện phân K CuCl2 A + Cu (H2O) Cl 2+ Cu + 2e = Cu 2Cl- -2e = Cl2 điện phân dung dịch  Cu Phương trình điện phân: CuCl2  + Cl2  VI SỰ ĐIỆN PHÂN Khái niệm: Là trình oxi hóa- khử xảy bề mặt điện cực có dịng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li Sự điện phân chất điện li ● Điện phân chất điện li nóng chảy: - Chất điện li nóng chảy phân li thành ion Cation chuyển catot, anion anot - Tại catot: cation KL nhận e thành KL - Tại anot: anion nhường e thành phi kim ● Điện phân dung dịch chất điện li nước: - Ở katot(K) thứ tự điện phân: Ag+, Fe3+, Cu2+, H+(của axit), Pb2+ Fe2+, Zn2+, H+ (của nước) - Ở anot (A) thứ tự điện phân: S2-, I-, Br-, Cl- , OH3 Định luật faraday: www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com m = A.I.t n.F V SỰ ĂN MỊN KIM LOẠI Định nghĩa - Ăn mịn kim loại phá hủy KL hợp kim tác dụng chất môi trường Hậu KL bị oxi hóa thành ion KL: M  Mn+ + ne Phân loại Có dạng ăn mịn KL: * Ăn mịn hóa học: - Đ/N: phá hủy KL KL phản ứng hóa học với chất khí nước nhiệt độ cao - Bản chất: qúa trình oxhóa– khử.trong KL cho e môi trường nhận e - Đặc điểm: nhiệt độ cao tốc độ ăn mòn nhanh khơng sinh dịng điện * Ăn mịn điện hóa - Đ/N: phá huỷ KL KL tiếp xúc với mơi trường điện li tạo dịng diện - Điều kiện: + điện cực phải khác + điện cực phải tiếp xúc + điện cực phải tiếp xúc với môi trường chất điện li - Bản chất: trình oxi hóa, khử xảy bề mặt điện cực tạo dòng điện - Cơ chế: + Điện cực âm(thường KL mạnh hơn) cho e thành ion dương, e di chuyển sang điện cực dương + Điện cực dương: H+, H2O nhận e thành H2, OH+ Ion dương KL kết hợp với OH- thành hidroxit, bị phân huỷ thành oxit Cách chống ăn mòn kim loại a Cách li kim loại với môi trường - Theo phương pháp dùng chất bền vững mơi trường để phủ ngồi mặt vật làm kim loại Như: + Sơn chóng gỉ, vecni + Mạ điện kim loại thiếc, crom, kẽm + Dùng chất hóa học bền vững oxit kim loại, photphat kim loại (phương pháp tạo màng) b Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inơc) c Dùng chất chống ăn mịn (chất kìm hãm) d Phương pháp điện hóa www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com Page | - Để bào vệ kim loại người ta nối kim loại với kim loại khác có tính khử mạnh Page | www.facebook.com/trungtamluyenthiuce Copyright by UCE Corporation ThuVienDeThi.com ... TÍNH CHẤT HĨA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI : Vì KL có e hóa trị ít, bán kính ngun tử lớn, độ âm điện thấp, lượng ion hóa nguyên tử thấp nên tính chất hóa học đặc trưng KL tính khử (dễ bị oxi hóa) :  Mn+... Dùng chất hóa học bền vững oxit kim loại, photphat kim loại (phương pháp tạo màng) b Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inôc) c Dùng chất chống ăn mịn (chất kìm hãm) d Phương pháp điện hóa www.facebook.com/trungtamluyenthiuce... V SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI Định nghĩa - Ăn mòn kim loại phá hủy KL hợp kim tác dụng chất mơi trường Hậu KL bị oxi hóa thành ion KL: M  Mn+ + ne Phân loại Có dạng ăn mịn KL: * Ăn mịn hóa học: - Đ/N: