SKKN đại cương kim loại

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Viết tắt phương trình hoá học PTHH nguyên tử khối NTK nguyên tử khối trung bình Kí hiệu A A phân tử khối PTK phân tử khối trung bình M to nhiệt độ t nco nhiệt độ nóng chảy t so nhiệt độ sôi m khối lượng n số mol % phần trăm C% nồng độ phần trăm CM nồng độ mol phản ứng PƯ tác dụng t.d dung dịch đ hỗn hợp hh xúc tác xt kim loại KL công thức phân tử CTPT công thức cấu tạo CTCT ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI A KIẾN THỨC CƠ BẢN I TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA KIM LOẠI Các eclectron hoá trị nguyên tử kim loại liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử, kim loại dễ nhường electron để tạo thành ion dương (cation kim loại) M → M n+ + ne Vì vậy, kim loại chất khử, có khả tác dụng với nhiều chất khác tác dụng với đơn chất phi kim, tác dụng với hợp chất nước, axít, muối chất õi hoá khác Kết luận: Tính chất hoá học đặc trưng kim loại tính khử Tác dụng với phi kim a) Tác dụng với oxi Xét dãy điện hoá kim loại: K, Na, Mg, Al Zn, Fe, Ni, Pb(Cu, Hg) Ag, Pt, Hg Phản ứng nung Không phản ứng Phản ứng không cần điều kiện b) Tác dụng với lưu huỳnh Kim loại tác dụng với lưu huỳnh đun nóng (trừ Hg tác dụng điều kiện bình thường) tạo sunfua kim loại c) Tác dụng với clo Tất kim loại tác dụng với clo tạo muối clorua, kim loại có số oxi hoá cao Kết luận: Khi tính kim loại giảm, phản ứng với phi kim khó khăn cần phải đun nóng Tác dụng với hợp chất a) Tác dụng với nước - Các kim loại từ Al trở đầu dãy điện hoá kim loại tác dụng với H2O điều kiện thường - Mg Al thực tế coi không tác dụng với H 2O phản ứng sinhh Mg(OH)2 Al(OH)3 bám bề mặt kim loại tạo lớp màng ngăn cách kim loại với nước - Một số kim loại đứng sau Al tác dụng với H2O nhiệt độ cao: xM(Mn, Zn, Cr, Fe) + yH2O Fe + H2O 3Fe + 4H2O > 570oC 200 - 500oC MxOy + yH2 FeO + H2 < 570oC FeO + H2 b) Tác dụng với axit - Với dung dịch HCl: ● Kim loại đứng trước H (trong dãy hoạt động hoá học kim loại) tạo muối clorua kim loại có số oxi hoá thấp giải phóng H2 ● Chì phản ứng với axit HCL đun nóng Về nguyên tắc Pb đứng trước H nên phản ứng với axit HCl: Pb + 2HCl → PbCl2 ↓ + H2 Kết tủa PbCl2 ngăn cản phản ứng tiếp diễn Nếu đun nóng PbCl tan axit HCL đặc tạo phức theo phản ứng: PbCl2 + 2HCl → H2 [PbCl2] (Trong dung dịch HCl 10%, độ tan PbCl giảm nồng độ HCl cao 10% độ hoà tan tăng tạo phức) - Với dung dịch H2SO4 loãng: • Kim loại đứng trước H tạo muối sunfat kim loại có số oxi hoá thấp giải phóng H2 • Chì coi không phản ứng với H2SO4 loãng tạo PbSO4 tan ngăn cản phản ứng tiếp diễn • Đồng tan dung dịch HCl loãng dung dịch H 2SO4 loãng có oxi hoà tan, oxi hoá mạnh O2 môi trường axit: 2Cu + O2 + 4HCl → 2CuCl2 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + 2H2O - Với dung dịch H2SO4 đặc, nóng: Ví dụ: Với H2SO4 đặc, nóng Zn Cd phản ứng tạo SO S, với H2SO4 đặc nguội tạo H2S: Zn + 2H2SO4(đặc) to ZnSO4 + SO2↑ + H2O 3Zn + 4H2SO4(đặc) 3ZnSO4 + S + 4H2O 4Zn + 5H2SO4(đặc) 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O - Với dung dịch HNO3 loãng: • Kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thường tạo muối nitrat kim loại có số oxi hoá cao, NO H2O Ví dụ: 3Sn + 8HNO3 → 3Sn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O Sn tác dụng với dung dịch HNO3 loãng tạo NH3(NH4NO3): 4Sn + 10HNO3 → 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O - Với dung dịch HNO3 đặc: • Kim loại tác dụng với dung dịch HNO đăc, nóng tạo muối nitrat kim loại có số oxi hoá cao, NO2 H2O Ví dụ: Pb + 4HNO3 → Pb(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Kết luận: Khi kim loại tác dụng với axit có tính oxi hoá mạnh sản phẩm phản ứng phụ thuộc vào tính khử kim loại, nồng độ axit nhiệt độ phản ứng Trong phản ứng này, axit chất oxi hoá, số oxi hoá nguyên tố trung tâm giảm Ví dụ: +6 kim loại +5 kim loại H2 S O4 H2 S O3 +4 −2 S O2, S , H2 S +4 +2 +1 −3 N O2, N O, N 2O, N 2, N H3 II DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI Cặp oxi hoá - khử kim loại Trong phản ứng hoá học, cation kim loại nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại, ngược lại nguyên tử kim loại nhường electron để trở thành cation kim loại Ví dụ: Ag+ + 1e  Ag Mn+ + ne  M Chất oxi hoá Chất khử Như vậy, dạng oxi hoá nhận electron chuyển thành dạng khử tương ứng ngược lại dạng khử nhường electron chuyển thành dạng oxi hoá tương ứng Chất oxi hoá chất khử nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hoá - khử Ở thí dụ ta có cặp oxi hoá - khử sau: Ag+/Ag; Cu2+/Cu; Mn+/M Pin điện hoá Nhúng kẽm vào dung dịch CuSO4 xảy phản ứng: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu Trong phản ứng trên, nguyên tử kẽm bị oxi hoá thành cation Zn 2+ tan vào dung dịch, đồng thời cation Cu2+ bị khử thành đồng kim loại bám kẽm 2e Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu Như vậy, xảy phản ứng oxi hoá - khử Zn Cu 2+ Năng lượng phản ứng hoá học chuyển thành nhiệt Thực nghiệm: ● Nhúng kẽm vào cốc đựng dung dịch ZnSO41M ● Nhúng đồng vào cốc đựng dung dịch CuSO41M ● Nhúng đầu ống thuỷ tinh hình chữ U chứa dung dịch KNO đặc vào cốc (gọi cầu muối) ● Lấy dây dẫn nối kẽm với đồng qua vôn kế Chiều quay vôn kế cho biết có dòng điện chiều từ Cu (điện cực dương) đến kẽm (điện cực âm) Giải thích: Vôn kế cho biết U = 1,08V; suất điện động pin Trong pin điện hoá xảy trình sau: - Ở điện cực âm, nguyên tử Zn nhường electron biến thành cation Zn 2+ nên kẽm tan dần vào dung dịch Zn → Zn2+ + 2e (quá trình oxi hoá Zn) - Ở điện cực dương, cation Cu2+ nhận electron từ nguyên tử Zn chuyển sang biến thành nguyên tử Cu bám đồng nồng độ cation Cu 2+ dung dịch giảm Cu2+ + 2e → Cu (quá trình khử Cu2+) Vậy pin xảy phản ứng oxi hoá - khử: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Trong cầu muối, cation K + di chuyển sang cốc đựng dung dịch CuSO4 anion NO 3− di chuyển sang cốc đựng đungịch ZnSO4 làm cho dung dịch muối trung hoà điện Trong pin, lượng phản ứng hoá học chuyển thành điện Khi thay nửa bên trái pin Zn – Cu sắt nhúng cốc đựng dung dịch FeSO4, ta có pin Fe - Cu thay nửa bên trái pin Zn - Cu bạc nhúng dung dịch AgNO 3, chiều quay kim vôn kế cho biết đồng điện cực âm, bạc điện cực dương ta có pin Cu Ag Thế điện cực chuẩn kim loại Để so sánh điện cực kim loại khác nhau, người ta xác định điện cực kim loại so với điện cực hiđro chuẩn a) Thế điện cực hiđro chuẩn Điện cực hiđro chuẩn gồm platin hấp phụ khí H áp suất atm nhúng dung dịch chứa ion H+ có nồng độ 1M Như vậy, điện cực hiđro chuẩn cặp oxi hoá - khử H+/H2 Người ta quy ước điện cực hiđro chuẩn cặp oxi hoá - khử H +/H2 o 0,00 V kí hiệu E H + / H2 = 0,00 V b) Thế điện cực chuẩn kim loại Thế điện cực chuẩn kim loại điện cực kim loại nhúng dung dịch ion kim loại có nồng độ 1M • Khi nối điện cực gồm Zn nhúng dung dịch chứa ion Zn2+ 1M với điện cực hiđro chuẩn, kim vôn kế cho biết kẽm điện cực âm, điện cực hiđro điện cực dương hiệu hai điện cực 0,76 V Trong pin điện hoá Zn - H 2, kẽm nhường electron electron qua dây dẫn đến platin, ion H+ điện cực hiđro nhận electron từ platin biến thành nguyên tử H nguyên tử H kết hợp với thành phân tử H2 Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 • Khi nối điện cực Ag nhúng dung dịch chứa ion Ag + 1M với điện cực hiđro chuẩn, kim vôn kế cho biết bạc điện cực dương, điện cực hiđro điện cực âm hiệu hai điện cực -0,80 V Trong pin điện hoá Ag - H2, hiđro nhường e, e qua dây dẫn đến bạc, cation Ag+ điện cực Ag nhận e để biến thành nguyên tử Ag Khi pin điện hoá hoạt động: - Cực (-): H2 → 2H+ + 2e - Cực (+): Ag+ + 1e → Ag Phản ứng oxi hoá - khử pin điện hoá: 2Ag+ + H2 → 2Ag + 2H+ Hiệu điện pin điện hoá luôn số dương Người ta quy ước: - Thế điện cực âm điện cực hiđro có giá trị âm - Thế điện cực dương điện cực hiđro có giá trị dương Trong pin điện hoá Zn - H2, hiđro cực dương, kẽm cực âm pin điện hoá Ag - H2 hiđro cực âm, bạc cực dương Như vậy: Thế điện cực chuẩn kẽm -0,76 V Thế điện cực chuẩn Ag + 0,80 V Kí hiệu là: o E Zn 2+ / Zn o = -0,76 V E Ag + / Ag = +0,80 V Tương tự vậy, người ta xác định điện cực chuẩn kim loại khác THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI Ở 25OC Điện cực K+/K Ba2+/Ba Ca2+/Ca Na+/Na Mg2+/Mg Al3+/Al Mn2+/Mn Zn2+/Zn Cr3+/Cr Fe2+/Fe 2H+(H2O)/H2 Eo (V) - 2,93 - 2,90 - 2,87 - 2,71 - 2,37 - 1,66 - 1,19 - 0,76 - 0,74 - 0,44 - 0,41 Điện cực Ni2+/Ni Sn2+/Sn Pb2+/Pb Fe3+/Fe 2H+ (axit)/H2 Cu2+/Cu Hg+/Hg Ag+/Ag Hg2+/Hg Pt2+/Pt Au3+/Au Dãy điện cực chuẩn kim loại ý nghĩa a) Dãy điện cực chuẩn kim loại Eo (V) - 0,23 - 0,14 - 0,13 - 0,031 0,00 + 0,34 + 0,798 + 0,80 + 0,85 + 1,20 + 1,50 Dãy điện cực chuẩn kim loại dãy gồm cặp oxi hoá - khử kim loại xếp theo chiều tăng dần điện cực chuẩn cặp oxi hoá - khử Dãy điện cực chuẩn số kim loại: Mg2+/Mg Al3+/Al Zn2+/Zn Fe2+/Fe Ni2+/Ni Sn2+/Sn Pb2+/Pb H+/H2 Cu2+/Cu Ag+/Ag Au3+/Au Eo = -2,37 - 1,66 - 0,76 - 0,44 - 0,23 - 0,14 - 0,13 - 0,00 + 0,34 + 0,80 + 1,50(V) b) Ý nghĩa dãy điện cực chuẩn kim loại Dựa vào dãy điện cực chuẩn kim loại, ta dự đoán khả phản ứng: Phản ứng tự xảy hiệu điện cực chuẩn ∆Eo>0 ∆Eo dương (có trị số lớn) phản ứng xảy dễ dàng Cụ thể là: - Kim loại điện cực chuẩn nhỏ đẩy kim loại điện cực chuẩn lớn khỏi dung dịch muối - Kim loại điện cực chuẩn âm có tính khử mạnh ion kim loại có tính oxi hoá yếu - Kim loại điện cực chuẩn dương có tính khử yếu ion kim loại có tính oxi hoá mạnh - Kim loại điện cực chuẩn âm dễ đẩy khí H khỏi axit - Các kim loại điện cực chuẩn dương không tác dụng với axit giải phóng H2 Suất điện động chuẩn pin điện hoá Suất điện động chuẩn pin điện hoá điện cực chuẩn cực dương trừ điện cực chuẩn cực âm Suất điện động pin điện hoá luôn số dương Ví dụ: (−) (+) + Suất điện động chuẩn pin điện hoá Zn− Sn : o E pin = − 0.14 − ( − 0,76 ) = 0,62 (V ) (−) (+) + Suất điện động chuẩn pin điện hoá Cr − Cu : o E pin = 0,34 − ( − 0,74) = 1,08 (V ) III SỰ ĐIỆN PHÂN Khái niệm Điện phân trình oxi hoá - khử xảy bề mặt điện cực, tác dụng dòng điện chiều chạy qua chất điện li trạng thái nóng chảy hay dung dịch chất điện li Các phận thiết bị điện phân Thiết bị điện phân có phận chính: - Bình chứa chất điện phân (chất điện phân trạng thái nóng chảy tan nước) - Hai điện cực thường làm chất rắn dẫn điện + cực nối với cực âm (-) nguồn điện gọi catot + Cực nối với cực dương (+) nguồn điện gọi anot - Nguồn điện: Đó pin, ăcquy hay điện lưới cho qua máy chỉnh lưu để biến đổi thành dòng điện chiều Sự điện phân chất điện li a) Điện phân nóng chảy Ví dụ: Điện phân nóng chảy NaCl - Ở catot (cực âm) xảy khử ion Na+: 2Na+ + 2e → 2Na - Ở anot (cực dương) xảy oxi hoá ion Cl − : 2Cl − → Cl2 + 2e Biểu diễn điện phân sơ đồ: Catot (-) NaCl 10đpnc Anot (+) Fe3+ + 1e → Fe2+ Bài giải: - Ở catot: Cu2+ + 2e → Cu 2H+ + 2e → H2 Fe2+ + 2e → Fe 2Cl − - 2e → Cl2 ↑ - Ở anot: 28 Viết phương trình p.ư điện phân xảy điện phân (với điện cực trơ,có màng ngăn) dung dịch chứa a mol CuSO b mol NaCl trường hợp: b = 2a; b < 2a; b > 2a Bài giải: (-) Cu2+SO 24− (+) Na+Cl − H+OH − Cu+ + 2e = Cu ↓ đpdd CuSO4 + 2NaCl a mol → 2Cl − - 2e = Cl2 ↑ Cu ↓ + Cl ↑2 + Na2SO4 (1) 2a Khi: + b = 2a: muối đp vừa hết Sau(1) H2O bị đp + b < 2a: Sau (1) dư CuSO4 nên có p.ư: đpdd 2CuSO4 + 2H2O 2Cu ↓ + O2 + 2H2SO4 (2) Sau (2) H2O bị đp + b > 2a: Sau (1) dư NaCl nên ta có p.ư: 2NaCl + 2H2O Sau (3) H2O bị đp đpdd đpdd m.n m.n H2 ↑ + Cl2 ↑ + 2NaOH (3) 29 Viết sơ đồ phương trình phản ứng hoá học xảy đpdd hỗn CuSO4 NaBr Trong trình điện phân, pH dd thayđổi nào? BIết nồng độ mol CuSO4 NaBr Bài giải: Cu2+SO 24− (-) (+) Na+Br − H+OH − Cu+ + 2e → Cu ↓ 2Br − - 2e → Br2 ↑ đpdd 60 Cu ↓ + Br2 ↑ + Na2SO4 CuSO4 + 2NaBr a (1) a Vì nồng độ mol muối nên dd hỗn hợp, số mol muối phải Gọi a số mol muối sau (1) dư a− a a = mol CuSO Do muối CuSO4 có p.ư thuỷ phân cho môi trường axit 2 nên pH dd < Cu(OH)2 ↓ + H2SO4 CuSO4 + 2H2O (khi hoà tan CuSO4 vào nước ta hấy dd bị vẩn đục có p.ư thuỷ phân trên) Vậy trình xảy đp đồng thời muối pH dd không thay đổi pH < Tiếp theo đpdd CuSO4: đpdd 2CuSO4 + 2H2O 2Cu ↓ + O ↑2 + 2H2SO4 (2) Trong trình đpdd CuSO4 pH giảm dần nồng độ H+ tăng dần đp Tiếp đến H2O bị đp: 2H2O 2H2 ↑ + O2 ↑ Do nước cạn dần nên nồng độ H + tăng dần, pH giảm dần giảm chậm nước cạn chậm 30 Viết ptpư điện phân (điện cực trơ) dd chất sau: NaCl (có màng ngăn) FeSO4 HCl đến nước bắt đầu đp ngừng lại Cho biết quỳ tím đổi màu dung dịch lại sau đp chất? Rút nguyên tắc chung đpdd muối (của nhóm kim loại nhóm axit nào) để nhận dd sau đp axit, bazơ? Bài giải: 2NaCl + 2H2O đpdd = m.n H2 ↑ + Cl2 ↑ + 2NaOH dd sau đp làm quỳ tím chuyển thành màu xanh 2FeSO4 + 2H2O đpdd 2Fe + O2 ↑ + 2H2SO4 Dung dịch sau đp làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ 2HCl đpdd H2 + Cl2 Dung dịch sau đp không làm đổi màu quỳ tím 61 - Để nhận dd sau đp có môi trường axit phải đp dd muối tạo kim loại có tính khử Al (sau Al) gốc axit có oxi - Để nhận dd sau đp có môi trường bazơ phải đpdd muối tạo kim loại từ Al trở trước (Al, kiềm, kiềm thổ) gốc axit oxi 31 Điện phân dd gồm NaCl HCl có màng ngăn sau thời gian đp ta thấy: a) dd thu làm đỏ quỳ tím b) dd thu không làm đổi màu quỳ tím c) dd thu làm xanh quỳ tím Hãy giải thích trình đp xảy trường hợp viết ptpư? Bài giải: a) 2HCl đpdd H2 + Cl2 Dung dịch thu làm đỏ quỳ tím chứng tỏ HCl chưa đp xong b) Dung dịch thu không làm đổi màu quỳ tím chứng tỏ điện phân vừa hết HCl c) Dung dịch thu làm xanh quỳ tím chứng tỏ NaCl bị điện phân 2NaCl + 2H2O đpdd m.n H2 + Cl2 + 2NaOH 32 Viết p.t.p.ư xảy đpdd hỗn hợp gồm HCl, CuCl 2, NaCl với điện cực trơ, có màng ngăn Hãy cho biết pH dd thay đổi (tăng hay giảm) trình điện phân pH = -1g [H+] Bài giải: Thứ tự điện phân: CuCl2 đpdd Cu + Cl 2: pH không đổi không làm thay đổi [H +] đpdd H2 + Cl2: Do [H+] giảm nên pH tăng pH = lúc pH < 2HCl vừa hết HCl 2NaCl + 2H2O [OH − ] tăng pH > đpdd m.n H2 + Cl2 + 2NaOH: pH tiếp tục tăng đp 62 2H2O 2H2 + O2: Do nước cạn dần nên tăng dần pH tăng chậm 33 Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) lit dd chứa hỗn hợp gồm 0,01 mol HCl; 0,1 mol CuCl 2; 0,1 mol NaCl Vẽ đồ thị biểu diễn biến thiên pH dd theo thời gian điện phân Bài giải: HCl → H+ + Cl0,1 13 0,01 mol = 10 n -2 pH = -1g10-2 = t Thứ tự điện phân: n đpdd CuCl2 Cu + Cl2: pH không đổi pHn= CuCl2 HCl NaCl n đpdd 2HCl H2 + Cl2: pH tăng đến pH = hết HCl đpdd 2.n 2NaCl + 2H2O 0,1 H2 + Cl2 + 2NaOH 0,1 mol NaOH → Na+ + OH − 0,1 = 10-1 0,1 10 −14 10 −14 = = 10 −13 pH = − 1g10 −13 = 13 [H ] = − −1 OH 10 + [ ] 34 Điện phân 100 ml dd A (của axit nước H 2SO4 0,3M HCl 0,4M) điện cực platin (trơ) với I = 2,68 ampe thời gian t giây - Lập hàm số mô tả phụ thuộc pH vào thời gian điện phân t khoảng (0 < t < giờ) - Vẽ đồ thị hàm số Biết: - Hằng số Faradday F = 26,8 ampe/giờ - Thể tích dd không đổi điện phân - Các giá trị logarit x x lgx 0,5 -0,301 0,6 -0,222 0,7 -0,155 Bài giải: - Tính pH trước điện phân: 63 0,8 -0,097 0,9 -0,046 1,0 → HCl H+ + Cl − 0,11.0,4 = 0,04 → 0,04 mol → 0,04 mol →2H+ + H2SO4 SO 24− 0,11.0,3 = 0,03 → 0,06 mol 0,1mol + nH = 0,04 = 0,06 = 0,1 mol [H+] = 0,11 = 1mol / l pH = - 1g[H+] = -1g1 = - Phương trình p.ư điện phân: 2HCl đpdd 2H2O đp H2 + Cl2 (1) 2H2 + O2 (2) phản ứng (1) làm giảm nồng độ H+ nên pH tăng phản ứng (2) không làm nồng độ H+ thay đổi nên pH không đổi - Tính thời gian điện phân hết ion Cl − : m= AIt n.F nCl − = nCl − = m I t = = 0,04 A n.F 2,68.t = 0,04 Rút t = 0,4 1.26,8 Như đp hết 0,4 hết ion Cl − , sau đến H2O điện phân không làm thay đổi pH nH + = 0,1 – 0,04 = 0,06 0,06 [H+] 0,01 = 0,6 pH = − 1g 0,6 = 0,222 Trong khoảng: < t ≤ 0,4 thì: It 2,68t NH+đp n.F = 1.26,8 = 0,1t; nH+còn = 0,1 - 0,1t nồng độ H+ còn: [H+]còn = 0,1 − 0,1t = − t; 0,1 pH = -1g(1 - t) t pH 0 0,1 0,046 0,2 0,097 64 0,3 0,155 0,4 0,222 35 Khi điện phân 500 ml dd Cal2 với điện cực platin có màng ngăn 5,35.10-3 mol I2 Hỏi có Farađay điện lượng qua dd pH dd thu bao nhiêu? Bài giải: CaI2 + 2H2O đpdd H2 + I2 + Ca(OH)2 5,35.10-3 mol mI = It = AIt 127,2.I t = = 5.35.10 −3.127.2 n.F 2.96500 5,35.10 −3.127.2.2.96500 = 10,7.10 −3 Farađay 127.2 Ca(OH2) → Ca2+ + 2OH − → 10,7.10-3 mol 5,35.10-3 mol [OH ] = 10,70.,10 − [ H ] = 2110 ,4.10 −3 −14 + −3 = 21,4.10 −3 = 10 −4 = 0,467.10 −12 2,14.10 − pH = -1g(4,67.10-13) = -(1g4,67 + 1g10-13) = -(0,66 - 13) = -0,66 + 13 = 12,33 36 Điện phân 200 ml dd CuSO4, dùng điện cực trơ dòng điện chiều cường độ ampe Kết thúc điện phân catot bắt đầu có bọt khí Để trung hoà dd saukhi kết thúc đp dùng vừa đủ 50 ml dd NaOH 0,2M Biết hiệu suất đp 100% a) Viết ptpư xảy điện cực phương trình biểu diễn đp b) Tính thời gian đp nồng độ mol CuSO4 Bài gải: (-) Cu2+SO 24− (+) H+OH − Cu+ + 2e → Cu ↓ 2CuSO4 + 2H2O 2H2O - 4e → O2 ↑ + 4H+ đpdd 2Cu ↓ + O2 ↑ + 2H2SO4 Ở catot bắt đầu có bọt khí thoát lúc H 2O bắt đầu bị đp tức CuSO4 bị đp hết 2H2O Catot đp 2H2 ↑ + O2 ↑ anot 65 Phản ứng trung hoà dd sau đp: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O 0,01 = 0,005 ← 0,051.0,2 = 0,01 mol 0,005.64 = 64.1.t Rút t = 965 giây 2.96500 CM(CuSO ) = 0,005 = 0,025M 0,2 37 Điện phân 100 ml dd chứa Cu2+, Na+, H+, ClO −4 pH = 1, dùng điện cực platin Sau đp thời gian, thấy khối lượng catot tăng 0,64 g dd có màu xanh nhạt a) Viết ptpư xảy đp b) Tính nồng độ ion H+ dd sau đp biết thể tích dd không thay đổi trình đp Cu2+, Na+, H+, ClO −4 Bài giải: (-) (+) Cu2+ + 2e → Cu↓ 2Cu2+ + 4e → 2Cu↓ Sau thời gian đp dung dịch có màu xanh lam nhạt chứng tỏ ion Cu2+ lại nên có trình: 2Cu2+ + 2H2O đpdd 2Cu + O2 + 4H+ 0,64 = 0,01 64 0,02 Vì trước điện phân p H = → [H+] = 10-1 = 0,1 mol/l Số mol ion H+ 100 ml là: 0,1.100 = 0,01mol / l 1000 Số mol ion H+ sau điện phân là: 0,01 + 0,02 = 0,03 mol 0,03 Nồng độ H+ sau điện phân là: 0,1 = 0,3 mol / lit 38 Điện phân lít dd AgNO3 với hiệu suất điện phân 80% Dung dịch sau điện phân có pH = Thể tích dd coi không đổi Hỏi: a) Nồng độ chất dd sau điện phân 66 b) Khối lượng AgNO3 dd ban đầu Bài giải: 4AgNO3 + 2H2O Ban đầu: a mol Bị đp: a 80 = 0,8a 100 đpdd = 4Ag ↓ + O2 ↑ + 4HNO3 0,8 a Dư: a - 0,8a = 0,2a Vì pH = nên [H+] = 10-3 = 0,001 − HNO3 → H+ + NO 0,001 −3 Ta có: 0,8a = 0,001 → a = 0,8 = 1,25.10 mol a) Nồng độ chất sau điện phân: CM(HNO ) = 0,001 mol/l CM(AgNO3) = 0,2a = 0,2.1,25.10-3.170 = 0,2125 g b) Khối lượng AgNO3 dd ban đầu là: 1,25.10-3.170 = 0,2125 g 39 Hoà tan hoàn toàn 20g K2SO4 vào 150 cm3 nước dd A đem điện phân dd Sau điện phân khối lượng K2SO4 dd chiếm 15% khối lượng dd Tính thể tích khí thoát điện cực 20 oC 1atm Lượng nước bay không đáng kể khối lượng riêng H 2O 1g/ml Bài giải: Điện phân dd K2SO4 có H2O bị điện phân Khối lượng dd trước điện phân là: 150 = 20 = 170 g Khối lượng dd sau điện phân: 20g ứng với 15% khối lượng dd xg ứng với 100% x= 20.100 = 133,33 15 Khối lượng bị điện phân là: 170 - 133,33 = 36,66 ≈ 36,67 g 2H2O đp 2H2 + O2 36,7 = 2,04 → 2,04 → 1,02 18 Tính thể tích O2 20oC atm: 67 PoVo P.V 1.1,02.22,4 1.V = ; = T T 273 273 + 20 Rút VO = 24,5 lit VH = 24,5.2 = 49 lít 40 Phân huỷ hoàn toàn a g CaCO3 để lấy khí CO2 Điện phân dd chứa b g NaCl (với điện cực trơ, màng ngăn) tới lại 25% NaCl không bị điện phân tách lấy dd NaOH (dd X) cho khí CO hấp thụ hoàn toàn vào dd X tađược dd Y Biết Y vừa tác dụng với dd KOH vừa tác dụng với dd BaCl2 a) Viết tất ptpư xảy b) Lập biểu thức biểu diễn quan hệ a b nCO2 = Bài giải: CaCO3 a 100 to CaO + CO2 (1) đpdd 2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH (2) m.n 75 = mol n NaOH = n NaCl bị đp = (3) 58,5 100 78 Vì dd Y vừa tác dụng với dd KOH vừa tác dụng với dd BaCl chứng tỏ Y có muối trung hoà muối axit CO2 + NaOH → NaHCO3 (4) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (5) NaHCO3 + KOH → NaKCO3 + H2O (6) HCO 3− + OH − → CO 32− + H2O Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3 ↓ + 2NaCl (6’) (7) tức mol NaOH phải lớn lần nhỏ lần số mol CO 2: a b 2a 〈 〈 100 78 100 41 Điện phân nóng chảy muối AX (A kim loại kiềm, X Cl, Br, I) thu chất rắn A khí B Cho A tác dụng với nước dd A’ khí B’ đpnc 68 Cho B’ tác dụng với B khí D Cho tác dụng với dd A’ dd E Cho quỳtím vào dd E Viết ptpư xảy giải thích quỳ tím có màu gì? Bài giải: 2A + X2 ↑ 2AX (A) (B) 2A + 2H2O → 2AOH + H2 (A) (A’) (B’) (3) (D) AOH + HX → AX + H2O (A’) (2) (B’) H2 + X2 → 2HX (B) (1) (D) (4) (E) Theo (1, 2, 3, 4) thì: nAOH = nHX Do dd R dd muối AX Vì ion A+ X- (Cl-, Br-, I-) trung tính nên pH dd R quỳ tím có màu tím (không đổi màu) 42 Điện phân 200 ml dd A chứa KCl CuCl2 với điện cực trơ, có màng ngăn đến anot thoát 1,68 l khí đktc dừng lại Để trung hoà dd thu sau điện phân cần 50 ml dd HNO 1M Cho dd trung hoà tác dụng với dd AgNO3 dư 1,435 g kết tủa a) Tính nồng độ M chất dd A trước điện phân b) Tính thời gian điện phân birts cường độ dòng điện ampe đpnc Bài giải: CuCl2 Cu + Cl2 (1) đpnc 2KCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2KOH (2) m.n KOH + HNO3 → KNO3 + H2O (3) KCl + AgNO3 → KNO3 + AgCl↓ n AgCl ↓ = 1,435 = 0,01 143,5 Theo (3) nKOH = nHNO = 0,051.1 = 0,05 mol Theo (2) nKCl đp = nKOH = 0,05 mol Theo (4) nKCl dư = nAgCl = 0,01 mol 69 (4) C M ( KCl ) = 0,05 + 0,01 = 0,3M 0,2 0,05 Theo (2): nCl (2) = n KOH = = 0,025 1,68 nCl (1) = 2,24 − 0,025 = 0,075 − 0,025 = 0,05 mol Theo (1): nCuCl = nCl (1) = 0,05 mol 0,05 CM(CuCl ) = 0,2 = 0,25 M AIt 1,68 71.5.t b) m = n.F 22,4 71 = 2.96500 ; t = 2895 s hay t = 48’15” 43 Điện phân lít dd NaCl (d = 1,2 g/ml), điện phân thu khí thoát điện cực Lấy dd sau điện phân cô cạn cho bay hết nước thu 125 g chất rắn Đem nung lượng chất rắn thấy khối lượng giảm 8g a) Tính hiệu suất phản ứng điện phân nồng độ % dd NaCl ban đầu b) Tính khối lượng dd sau điện phân Bài giải: Đây đpdd NaCl màng ngăn đpnc 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O NaCl + H2O đpnc Không m.n H2 ↑ + NaClO (1) 0,5.2 = 1g ← 0,5 Khi nung NaClO phân huỷ giải phóng O 2, khối lượng giảm g khối lượng O2 NaClO to NaCl + O = 0,5 15 0,5 70 mNaClO = 74,5.0,5 = 37,25 g mNaCl 125 g chất rắn = 125 – 37,25 = 87,75 g mNaCl bị điện phân = 58,5.0,5 = 29,25 g 117 mNaCl ban đầu = 87,75 + 29,25 = 117 g hay 58,5 = mol Hiệu suất đp là: h = 0,5 100 = 25 ( % ) C% = md sau đp 117 100 = 9,75 ( % ) 1,2.100 = 1200 – = 1199 g 44 Sau điện phân 965 giây dd NaOH với dòng điện ampe dừng lại a) Nồng độ dd NaOH thay đổi nào? b) Tính thể tích khí thu 54,6oC 1atm Na+OH- Bài giải: (-) 2H2O + 2e → H2 ↑ + 2OHđp 2H2O (+) 2H2O - 4e → O2 ↑ + 4H+ 2H2 + O2 a) Thực chất đpdd NaOH H 2O điện phân sau sựđiện phân nồng độ NaOH tăng lên nước (dung môi) giảm, lượng chất tan NaOH không đổi b) m It = A 96500n Nếu xét với H n = 1; với O n = Với H: m 3.965 m = = 0,03 = 0,03 số mol nguyên tử H A 96500.1 A 0,03 Vậy nH = = 0,015 mol Theo (1) số mol khí tổng cộng là: nkhí = nH + nO = 0,015 + 71 0,015 = 0,0225 PoVo P.V 1.0,0225.22,4 1.V = ; = → V = 0,6048 lít T T 273 273 + 54.6 45 Cho dòng điện có cường độ 1,5A qua bình điện phân dd KCl Khi dừng điện phân anot thu 1,12 lít khí đktc a) Tính thời gian điện phân b) Tính pH dd thu sau điện phân giả sử thể tích dd 1lít Bài giải: a) 2KCl + 2H2O đpdd m.n H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH (1) Khí thu anot Cl2, đpdd có màng ngăn t= 96500 n m ; Ở A = 35,5 ; n = AI m = 71 96500 71 0,05 1,12 = 71 0,05 Vậy t = = 6433,3 giây 22,4 35,5 1,5 [ ] −1 − −1 b) Từ (1) ta có: n KOH = 2nCl2 = 0,1 = 10 mol ; OH = 10 [ H ] = [10 OH ] + −14 − = 10 −14 = 10 −13 −1 10 pH = -1g10-13 = 13 46 Hỗn hợp X gồm kim loại A B có tỉ lệ khối lượng : Trong 44,8g hỗn hợp X hiệu số số mol A B 0,05mol Khối lượng mol A lớn khối lượng mol B 8g Xác định kim loại A, B Bài giải: Hai kim loại Fe Cu 47 Điện phân dung dịch chứa 1,6.10-3 mol Ag(NO3) với anot Cu đến lúc hết ion Ag+ khối lượng catot tăng khối lượng anot giảm gam? Bài giải: Catot tăng 0,1728g; anot giảm 0,0512g 72 48 Sau điện phân dung dịch NaOH với cường độ dòng điện 3A 965 giây dừng lại a) Hỏi nồng độ dung dịch NaOH thay đổi nào? b) Tính thể tích khí thu 54,60C 1atm Bài giải: a) Nồng độ dung dịch NaOH tăng; b) 0,6044 lít 49 Điện phân lít dung dịch AgNO với hiệu suất điện phân 80% Dung dịch sau điện phân có pH = Thể tích dung dịch coi không đổi Hỏi: a) Nồng độ chất dung dịch sau điện phân b) Khối lượng AgNO3 dung dịch ban đầu Bài giải: a) HNO3 0,001M; AgNO3 0,00025M b) m AgNO = 0,2125g 50 Vì nhôm khử cation kim loại oxi kim loại? Bài giải: Do áp lực với oxi lớn nên nhôm dùng để khử cation kim loại khó khử oxit kim loại khó nóng chảy (phản ứng nhiệt nhôm) Ví dụ: 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe 8Al + 3Fe3O4  4Al2O3 + 9Fe (1) (2) Các phản ứng toả nhiều nhiệt, phản ứng (1) nhiệt độ đạt tới 29160C, phản ứng (2) 26730C Ở 26730C Fe Al2O3 nóng chảy (Fe nóng chảy 1539 0C Al2O3 nóng chảy 20500C) Người ta thu sắt Al2O3 chuyển vào xỉ Cần lưu Al khử ion kim loại oxit mà không thiết kim loại phải đứng sau Al dãy điện hoá 73 Tương tác kim loại A với oxit kim loại B xảy hiệu ứng nhiệt oxit kim loại A lớn hiệu ứng nhiệt oxit kim loại B Sau hiệu ứng nhiệt số oxit kim loại: Al2O3: 1339 kcal/mol Fe2O3: 198,5 kcal/mol BaO: 133.0 kcal/mol K2O: 86.2 kcal/mol 74 [...]... KIM LOẠI 1 Nguyên tắc điều chế kim loại Hầu hết các kim loại tồn tại trong tự nhiên ở dạng ion trong các hợp chất hoá học Muốn chuyển hoá những ion này thành kim loại phải khử chúng Vậy, nguyên tắc của việc điều chế kim loại là khử ion dương kim loại thành nguyên tử: Mn+ + ne → M 2 Phương pháp điều chế kim loại a) Phương pháp nhiệt luyện Dùng các chất khử như C, CO, H2 hoặc kim loại Al để khử ion kim. .. • Tính trực tiếp khối lượng mol kim loại M tên kim loại • Tìm khoảng xác định của M: a < M < b kim loại 1.Tính chất kim loại 2 Bảng tuần hoàn tên • Lập hàm M = f (n), trong đó n = 1, 2, 3, 4 (hoá trị của kim loại) đối chiếu bảng tuần hoàn giá trị M chấp nhận → tên kim loại • Xác định tên kim loại kế tiếp trong một chu kì hoặc một nhóm thông qua giá trị M → tên hai kim loại • Nếu không xác định được... trung bình hay yếu (kim loại đứng sau Al trong dãy điện hoá) bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng: Ví dụ: 2ZnSO4 + 2H2O đpdd 2Zn + O2↑ + 2H2SO4 V PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI 1 Dạng bài tập xác định tên kim loại Phương pháp giải: Bài tập xác định tên kim loại thường được quy về một trong các dạng sau đây: • Cấu hình electron của nguyên tử kim loại → Z → tên kim loại 13 đối chiếu bảng... định khoảng biến thiên của M : a< M ... kim loại ý nghĩa a) Dãy điện cực chuẩn kim loại Eo (V) - 0,23 - 0,14 - 0,13 - 0,031 0,00 + 0,34 + 0,798 + 0,80 + 0,85 + 1,20 + 1,50 Dãy điện cực chuẩn kim loại dãy gồm cặp oxi hoá - khử kim loại. .. CỦA KIM LOẠI Cặp oxi hoá - khử kim loại Trong phản ứng hoá học, cation kim loại nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại, ngược lại nguyên tử kim loại nhường electron để trở thành cation kim. .. đẩy kim loại điện cực chuẩn lớn khỏi dung dịch muối - Kim loại điện cực chuẩn âm có tính khử mạnh ion kim loại có tính oxi hoá yếu - Kim loại điện cực chuẩn dương có tính khử yếu ion kim loại