Export HTML To Doc Tóm tắt Lý thuyết Hóa 12 Chương 5 Mục lục nội dung Tính chất của Kim loại Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng Tính chất của Hợp kim Định nghĩa, Tính chất hóa học, vật lí,[.]
Tóm tắt Lý thuyết Hóa 12 Chương Mục lục nội dung Tính chất Kim loại: Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng Tính chất Hợp kim: Định nghĩa, Tính chất hóa học, vật lí, Ứng dụng Lý thuyết Dãy điện hóa kim loại • I Khái niệm cặp oxi hóa – khử kim loại • II Pin điện hóa • III Thế điện cực chuẩn kim loại • IV Dãy điện cực chuẩn • V Ý nghĩa dãy điện cực chuẩn kim loại Lý thuyết Sự điện phân, Sự ăn mịn • A SỰ ĐIỆN PHÂN • I Sự điện phân • II Sự điện phân chất điện ly • B SỰ ĂN MỊN • I Khái niệm ăn mịn • II Phân loại • III Chống ăn mịn kim loại Tính chất Kim loại: Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng Vị trí, cấu tạo kim loại a Vị trí - Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA: kim loại nguyên tố s - Nhóm IIIA (trừ B), phần nhóm IVA, VA, VIA: kim loại nguyên tố p - Các nhóm B (từ IB đến VIIIB): kim loại chuyển tiếp, chúng nguyên tố d - Họ lantan actini (xếp riêng thành hai hàng cuối bảng): kim loại thuộc hai họ nguyên tố f b Cấu tạo - Cấu tạo nguyên tử kim loại + Hầu hết nguyên tử kim loại có 1, electron lớp ngồi + Bán kính ngun tử ngun tố kim loại nhìn chung lớn bán kính nguyên tử nguyên tố phi kim - Cấu tạo mạng tinh thể kim loại Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng lập phương tâm khối, lập phương tâm diện lục phương - Liên kết kim loại Là liên kết hóa học hình thành lực hút tĩnh điện ion dương kim loại nằm nút mạng tinh thể electron tự di chuyển toàn mạng lưới tinh thể kim loại Tính chất vật lý - Kim loại có tính chất vật lí chung dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt có ánh kim - Một số tính chất vật lí riêng: * Tỉ khối: kim loại khác thường dao động từ 0,5 (Li) đến 22,6 (Os) Thường thì: + d < 5: kim loại nhẹ (K, Na, Mg, Al) + d > 5: kim loại nặng (Zn, Fe ) * Nhiệt độ nóng chảy: biến đổi từ -39oC (Hg) đến 3410oC (W) Thường thì: + t < 10000C: kim loại dễ nóng chảy + t > 15000C: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt) * Tính cứng: Biến đổi từ mềm đến cứng Tỷ khối, nhiệt độ nóng chảy tính cứng kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố kiểu mạng tinh thể; mật độ e; khối lượng mol kim loại Tính chất hóa học Tính chất đặc trưng kim loại tính khử (ngun tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương): M → Mn+ + ne a Tác dụng với phi kim Hầu hết kim loại khử phi kim điển hình thành ion âm Ví dụ: b Tác dụng với axit - Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng: M + nH+ → Mn+ + n/2H2 (M đứng trước hiđro dãy điện cực chuẩn) - Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit có tính oxi hóa mạnh): + Kim loại thể nhiều số oxi hóa khác phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 đạt số oxi hóa cao + Hầu hết kim loại phản ứng với HNO3 H2SO4 đặc (trừ Pt, Au) Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa H2SO4 HNO3 đặc nguội Khi S +6 H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2); So S-2 (H2S) Trong HNO3 đặc N+5 bị khử thành N+4 (NO2) Với HNO3 loãng N+5 bị khử thành N+2(NO); N+1 (N2O); No (N2); N-3 (NH4+) + Các kim loại có tính khử mạnh thường cho sản phẩm khử có số oxi hóa thấp Các kim loại Na, K gây nổ tiếp xúc với dung dịch axit Ví dụ: c Tác dụng với dung dịch muối - Với Na, K, Ca Ba phản ứng với nước trước sau dung dịch kiềm tạo thành phản ứng với muối - Với kim loại không tan nước, kim loại hoạt động đẩy kim loại hoạt động khỏi dung dịch muối chúng theo quy tắc α Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Chú ý: d Tác dụng với dung dịch kiềm Các kim loại mà hiđroxit chúng có tính lưỡng tính Al, Zn, Be, Sn, Pb tác dụng với dung dịch kiềm (đặc) e Tác dụng với oxit kim loại Các kim loại mạnh khử oxit kim loại yếu nhiệt độ cao thành kim loại Ví dụ: Điều chế Nguyên tắc điều chế: Khử ion kim loại thành kim loại Mn+ + ne → M * Một số phương pháp điều chế a Phương pháp nhiệt luyện - Nguyên tắc: dùng chất khử CO, C, Al, H2 khử oxit kim loại nhiệt độ cao - Phạm vi sử dụng: thường dùng công nghiệp với kim loại sau Al Ví dụ: PbO + C → Pb + CO Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 b Phương pháp thủy luyện - Nguyên tắc: Dùng dung dịch thích hợp (HCl, HNO3, nước cường toan, CN- ) hòa tan ngun liệu sau lấy kim loại mạnh (khơng tan nước) đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch - Phạm vi sử dụng: thường dùng phịng thí nghiệm để điều chế kim loại sau Mg (thường kim loại yếu) * Ví dụ: Vàng lẫn đất đá hịa tan dần dung dịch NaCN với oxi khơng khí, dung dịch muối phức vàng: 4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH Sau đó, ion Au3+ phức khử kim loại Zn: Zn + 2Na[Au(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Au c Phương pháp điện phân - Điện phân nóng chảy + Ngun tắc: Dùng dịng điện chiều khử ion kim loại chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit) + Phạm vi sử dụng: dùng để điều chế tất kim loại thường dùng với kim loại mạnh: K, Na, Mg, Ca, Ba Al - Điện phân dung dịch + Nguyên tắc: Dùng dòng điện chiều khử ion kim loại yếu dung dịch muối + Phạm vi sử dụng: Dùng điều chế kim loại yếu Tính chất Hợp kim: Định nghĩa, Tính chất hóa học, vật lí, Ứng dụng Định nghĩa Hợp kim vật liệu kim loại có chứa kim loại số kim loại phi kim khác Ví dụ: Thép hợp kim sắt với cacbon số nguyên tố khác Tính chất a Tính chất vật lý Tính chất vật lí tính chất học hợp kim khác nhiều so với tính chất đơn chất: - Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo ánh kim hợp kim có electron tự - Tính dẫn điện, dẫn nhiệt hợp kim giảm so với kim loại thành phần mật độ electron tự hợp kim giảm rõ rệt - Có độ cứng cao so với kim loại thành phần có thay đổi cấu tạo mạng tinh thể, thay đổi thành phần ion mạng tinh thể - Có nhiều hợp kim khác chế tạo có hóa tính, tính lí tính ưu khơng gỉ, độ cứng cao, chịu nhiệt tốt, chịu ma sát tốt Ví dụ: - Hơp kim khơng bị ăn mịn: Fe–Cr–Mn (thép inoc) - Hợp kim siêu cứng: W–Co, Co–Cr–W–Fe, - Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp: Sn – Pb (thiếc hàn nóng chảy 210oC), - Hợp kim nhẹ, cứng bền: Al–Si, Al–Cu–Mn–Mg b Tính chất hóa học Có tính chất hóa học tương tự đơn chất tham gia tạo thành hợp kim Ứng dụng - Do có tính chất hóa học, vật lí, học quý nên hợp kim sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân - Có hợp kim trơ với axit, bazơ hóa chất khác dùng chế tạo máy móc, thiết bị dùng nhà máy sản xuất hóa chất - Có hợp kim chịu nhiệt cao, chịu ma sát mạnh dùng làm ống xả động phản lực - Có hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng chế tạo giàn ống dẫn nước chữa cháy tự động Lý thuyết Dãy điện hóa kim loại I Khái niệm cặp oxi hóa – khử kim loại Cặp oxi hoá – khử kim loại - Dạng oxi hoá dạng khử nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hố – khử kim loại Ví dụ: Cặp oxi hoá – khử Ag+/Ag; Cu2+/Cu; Fe2+/Fe So sánh tính chất cặp oxi hố – khử Ví dụ: So sánh tính chất hai cặp oxi hoá – khử Cu2+/Cu Ag+/Ag Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag Kết luận: Tính khử: Cu > Ag Tính oxi hố: Ag+ > Cu2+ II Pin điện hóa a Cấu tạo Là thiết bị gồm: kim loại, nhúng vào dd muối có chứa cation kim loại đó; dd nối với cầu muối (dd điện li trơ: NH4NO3, KNO3) - Suất điện động pin điện hoá (VD: Zn - Cu) Epin = 1,10V b Giải thích - Điện cực Zn (cực âm) nguồn cung cấp e, Zn bị oxi hoá thành Zn2+ tan vào dung dịch: Zn → Zn2+ + 2e - Điện cực Cu (cực dương) e đến cực Cu, ion Cu2+ bị khử thành kim loại Cu bám bề mặt đồng Cu2+ + 2e → Cu - Vai trò cầu muối: Trung hòa điện tích dung dịch + Cation NH4+ (hoặc K+) Zn2+ di chuyển sang cốc đựng dung dịch CuSO4 + Ngược lại: anion NO3- SO42- di chuyển sang cốc đựng dung dịch ZnSO4 Sự di chuyển ion làm cho dung dịch muối trung hồ điện - Phương trình ion rút gọn biểu diễn q trình oxi hố-khử xảy bề mặt điện cực pin điện hoá: c Nhận xét - Có biến đổi nồng độ ion Cu2+ Zn2+ trình hoạt động pin Cu2+ giảm, Zn2+ tăng - Năng lượng phản ứng oxi hóa – khử pin điện hóa sinh dòng điện chiều - Những yếu tố ảnh hưởng đến suất điện động pin điện hóa như: + Nhiệt độ + Nồng độ ion kim loại + Bản chất kim loại làm điện cực - Trong pin điện hóa: + Cực âm (anot): xảy trình oxi hóa + Cực dương (catot): xảy q trình khử III Thế điện cực chuẩn kim loại Điện cực hiđro chuẩn Trên bề mặt điện cực hiđro xảy cân oxi hóa – khử cặp oxi hóa – khử 2H+/H2 Quy ước rằng: điện cực điện cực hiđro chuẩn 0,00 V nhiệt độ, tức là: Thế điện cực chuẩn kim loại Thế điện cực tiêu chuẩn kim loại cần đoc chấp nhận bằng suất điện động pin tạo điện cực hiđro chuẩn điện cực chuẩn kim loại cần đo Có trường hợp xảy với giá trị điện cực chuẩn: - Thế điện cực chuẩn cặp Mn+/M số dương khả oxi hóa ion Mn+ nửa pin Mn+/M mạnh ion H+ nửa pin 2H+/H2 - Thế điện cực chuẩn cặp Mn+/M số âm khả oxi hóa ion Mn+ nửa pin Mn+/M yếu ion H+ nửa pin 2H+/H2 Ví dụ: Thế điện cực chuẩn cặp kim loại: IV Dãy điện cực chuẩn Dãy điện cực chuẩn kim loại cịn gọi dãy oxi hóa – khử chuẩn kim loại, dãy khử chuẩn kim loại V Ý nghĩa dãy điện cực chuẩn kim loại So sánh tính oxi hóa – khử V Ý nghĩa dãy điện cực chuẩn kim loại So sánh tính oxi hóa – khử Trong dung mơi nước, điện cực chuẩn kim loại lớn tính oxi hóa cation Mn+ mạnh tính khử kim loại M yếu ngược lại Xác định chiều phản ứng oxi hóa – khử Xác định chiều phản ứng oxi hóa – khử tìm hiểu phản ứng điều kiện tự nhiên có xảy hay khơng Xác định suất điện động chuẩn pin điện hóa Suất điện động chuẩn pin điện hóa (E0pin) điện cực chuẩn cực dương trừ điện cực chuẩn cực âm Suất điện động pin điện hóa ln số dương Xác định điện cực chuẩn cặp oxi hóa – khử Ta xác định điện cực chuẩn cặp oxi hóa – khử biết suất điện động chuẩn pin điện hóa (E0pin) điện cực chuẩn cặp oxi hóa – khử cịn lại E0(+) = E0pin + E0(-); E0(-) = E0(+) – E0pin Lý thuyết Sự điện phân, Sự ăn mòn A SỰ ĐIỆN PHÂN I Sự điện phân - Sự điện phân q trình oxi hóa – khử xảy bề mặt điện cực có dịng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dung dịch chất điện li - Khi cation chạy cực âm (catot) anion chạy điện cực dương (anot), xảy phản ứng điện cực (sự phóng điện): + Tại catot xảy trình khử cation (Mn+ + ne → M) + Tại anot xảy q trình oxi hóa anion (Xn- → X + ne) II Sự điện phân chất điện ly Điện phân chất điện li nóng chảy Nguyên tắc: Khử ion kim loại dòng điện cách điện phân nóng chảy hợp chất kim loại Phạm vi áp dụng: Điều chế kim loại hoạt động hố học mạnh (nhóm IA, IIA Al) K, Na, Ca, Mg, Al Ví dụ 1: Điện phân NaCl nóng chảy biểu diễn sơ đồ: Phương trình điện phân là: 2NaCl → 2Na + Cl2 Điện phân dung dịch chất điện li nước - Điều chế kim loại trung bình, yếu (sau Al) Mn+ + ne → M * Lưu ý: - Nếu điện phân dung dịch mà có ion K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+ nước tham gia điện phân 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Nếu dung dịch có nhiều cation cation có tính oxi hóa mạnh bị khử trước Ví dụ: Điện phân dung dịch mà catot có chứa ion Na+, Fe2+, Cu2+, Ag+ Zn2+ thứ tự điện phân là: Ag+ + 1e → Ag Cu2+ + 2e → Cu Fe2+ + 2e → Fe Zn2+ + 2e → Zn 2H2O + 2e → H2 + 2OH- Các ion H+ axit dễ bị khử ion H+ nước Quá trình điện phân diễn anot - Tại anot xảy trình oxi hóa anion Xn- → X + ne a Anot trơ (điện cực làm than chì) Gốc axit không chứa oxi halogenua X-, sunfua S2- gốc axit tham gia điện phân - Thứ tự anion bị oxi hóa: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H2O Gốc axit có chứa oxi NO3-, SO42-, PO43-, CO32-, ClO4- … nước tham gia điện phân 2H2O → O2 + 4H+ + 4e b Anot tan: Anot tham gia điện phân ứng dụng để mạ điện * Lưu ý: - Trong điện phân dung dịch nước giữ vai trò quan trọng: + Là môi trường để cation anion di chuyển cực + Có thể tham gia vào trình điện phân: Tại catot (-) H2O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OHTại anot (+) H2O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e - Về chất nước nguyên chất không bị điện phân điện lớn (I = 0) Do muốn điện phân nước cần hoà thêm chất điện li mạnh như: muối tan, axit mạnh, bazơ mạnh * Định luật Faraday Khối lượng chất giải phóng điện cực tỉ lệ với điện lượng qua dung dịch đương lượng chất Trong đó: - m: khối lượng chất giải phóng điện cực (gam) - A: khối lượng mol nguyên tử chất thu điện cực - n: số electron mà nguyên tử ion cho nhận - I: cường độ dòng điện (A) - t: thời gian điện phân (s) - F: số Faraday (F = 96500 Culong/mol) B SỰ ĂN MÒN I Khái niệm ăn mòn - Ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng môi trường xung quanh II Phân loại - Ăn mòn kim loại gồm ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa Ăn mịn hóa học a Ngun nhân: kim loại có phản ứng hóa học trực tiếp với chất môi trường xung quanh b Điều kiện: kim loại đặt mơi trường có chứa chất oxi hóa mà kim loại tham gia phản ứng thường chất khí, nước, dung dịch axit c Bản chất: phản ứng oxi hóa - khử kim loại đóng vai trị chất khử Electron chuyển trực tiếp từ kim loại vào môi trường Ăn mịn điện hóa a Khái niệm - Ăn mịn điện hóa phá hủy kim loại hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện b Điều kiện xảy ăn mịn điện hóa + Có điện cực khác chất (kim loại + kim loại; kim loại + phi kim; kim loại + hợp chất) + điện cực phải tiếp xúc điện với + điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li (khơng khí ẩm) c Ăn mịn điện hóa học hợp kim sắt (gang, thép) khơng khí ẩm Sự ăn mịn điện hóa học hợp kim sắt (gang, thép) khơng khí ẩm có ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng kinh tế quốc gia - Ở cực âm xảy oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e - Ở cực dương xảy khử: O2 + 2H2O + 4e → 4OHIon Fe2+ tan vào dung dịch chất điện li có hịa tan oxi Tại đây, ion Fe2+ tiếp tục bị oxi hóa tác dụng ion OH- tạo gỉ sắt có thành phần chủ yếu Fe2O3.nH2O d Cơ chế trình ăn mịn điện hóa + Kim loại mạnh đóng vai trò cực âm (anot) + Kim loại yếu phi kim đóng vai trị cực dương(catot) + Tại cực âm, kim loại mạnh bị ăn mòn (bị oxi hóa) M → Mn+ + ne + Tại cực dương, môi trường bị khử: Môi trường axit: 2H+ + 2e → H2 Mơi trường trung tính, bazơ: 2H2O + O2 + 4e → 4OH(phản ứng phụ): Mn+ + nOH- → M(OH)n (tạo gỉ) e Bản chất ăn mòn điện hóa: oxi hóa kim loại cực âm khử môi trường cực dương Electron chuyển từ kim loại mạnh sang kim loại yếu (hoặc phi kim) vào môi trường III Chống ăn mòn kim loại Để bảo vệ kim loại khỏi ăn mịn sử dụng phương pháp sau: Phương pháp bảo vệ bề mặt - Cách li kim loại với môi trường: sơn, mạ, tráng, nhúng nhựa - Dùng chất kìm hãm - Tăng khả chịu đựng: hợp kim chống gỉ Phương pháp điện hóa: dùng kim loại mạnh kim loại cực âm không tác dụng với nước gắn vào vật bị ăn mịn phần chìm dung dịch điện li (anot hi sinh) Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển thép, người ta gắn Zn vào phía ngồi vỏ tàu phần chìm nước biển (nước biển dung dịch chất điện li) Phần vỏ tàu thép cực dương, Zn cực âm - Ở anot (cực âm): Zn bị oxi hóa Zn → Zn2+ + 2e - Ở catot (cực dương): O2 bị khử 2H2O + O2 + 4e → 4OHKết vỏ tàu bảo vệ, Zn vật hi sinh, bị ăn mịn Nhưng tốc độ ăn mịn điện hóa kẽm điều kiện tương đối nhỏ vỏ tàu bảo vệ thời gian dài Sau thời gian định, người ta thay Zn bị ăn mòn Zn khác ... điện cực chuẩn cặp oxi hóa – khử biết suất điện động chuẩn pin điện hóa (E0pin) điện cực chuẩn cặp oxi hóa – khử cịn lại E0(+) = E0pin + E0(-); E0(-) = E0(+) – E0pin Lý thuyết Sự điện phân, Sự... nhiệt độ nóng chảy thấp dùng chế tạo giàn ống dẫn nước chữa cháy tự động Lý thuyết Dãy điện hóa kim loại I Khái niệm cặp oxi hóa – khử kim loại Cặp oxi hoá – khử kim loại - Dạng oxi hoá dạng khử... hóa – khử pin điện hóa sinh dịng điện chiều - Những yếu tố ảnh hưởng đến suất điện động pin điện hóa như: + Nhiệt độ + Nồng độ ion kim loại + Bản chất kim loại làm điện cực - Trong pin điện hóa: