Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) IC ic ng v kim lo i NG V KIM LO I (TÀI LI U BÀI GI NG) Giáo viên: PH M NG C S N ây tài li u tóm l c ki n th c kèm v i gi ng “ i c ng v kim lo i” thu c Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) t i website Hocmai.vn có th n m v ng ki n th c ph n “ i c ng kim lo i”, B n c n k t h p xem tài li u v i gi ng Tính ch t hoá h c Tác d ng v i phi kim Tác d ng v i axit Tác d ng v i dung d ch mu i Tác d ng v i n c Hocmai.vn – Ngôi tr Nguyên t kim lo i có th ion hoá nh , electron hoá tr d b t kh i nguyên t nên kim lo i có tính kh : R Rn+ + ne – Tác d ng v i oxi t o oxit kim lo i: Al + O2 Al2O3 – Tác d ng v i phi kim khác t o mu i: Fe + Cl2 FeCl3 Zn + S → ZnS a i v i dung d ch HCl, H2SO4 loãng Kim lo i ho t đ ng (tr c H) có kh n ng kh ion H+ dung d ch HCl, H2SO4 loãng thành H2 Fe + H2SO4 loãng FeSO4 + H2 Fe + 2H+ Fe2+ + H2 – Khi ph n ng v i ion H+, kim lo i đa hoá tr ch đ t hoá tr th p b i v i dung d ch H2SO4 đ c, HNO3 a s kim lo i (tr Au, Pt) kh đ c N+5 HNO3 S+6 H2SO4 đ c, kim lo i đa hóa tr b oxi hoá lên m c oxi hoá cao R2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O – H2SO4 đ c: 2R + 2nH2SO4 đ c R ho t đ ng m nh có th cho S; H2S – HNO3 đ c: R + 2nHNO3 đ c R(NO3)n + nNO2 + nH2O – HNO3 loãng: 3R + 4nHNO3 3R(NO3)n + nNO + 2nH2O R ho t đ ng m nh có th cho N2, N2O, NH4NO3 c M t s kim lo i nh Al, Fe, Ni, Cr th đ ng hoá H2SO4 đ c ngu i, HNO3 đ c ngu i Kim lo i có tính kh m nh h n kh ion c a kim lo i y u h n thành kim lo i t Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu Fe0 + Cu2+ Fe2+ + Cu0 – Kim lo i đa hoá tr ph n ng v i dung d ch mu i đ t hoá tr th p – Nh ng kim lo i có tính kh m nh (Na, K, Ca ) kh đ c n c nhi t đ th ng: 2R + 2H2O 2R(OH)n + nH2 Vì th kim lo i tác d ng v i dung d ch mu i, ban đ u x y ph n ng c a kim lo i v i H2O, hiđroxit t o thành m i tác d ng v i mu i Ví d : Cho Na kim lo i vào dung d ch CuSO4, x y ph n ng: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ 2NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2↓ – M t s kim lo i có tính kh y u h n kim lo i nh Fe, Zn kh đ c H2O nhi t đ cao thành oxit: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 – Kim lo i có tính kh y u nh Cu, Ag không kh đ c H2O k c nhi t đ cao ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) ic ng v kim lo i I TH I N C C CHU N C A KIM LO I – DÃY I N HOÁ KIM LO I C p oxi hoá-kh kim lo i – Pin n hoá a C p oxi hoá - kh kim lo i R → Rn+ + ne Ch t kh Ch t oxi hoá Ch t oxi hoá ch t kh c a m t nguyên t kim lo i t o nên m t c p oxi hoá - kh Ví d : Fe2+/Fe; Mg2+/Mg b Pin n hoá Ví d : Pin n hoá Zn–Cu – S đ pin n hoá: ZnSO4 CuSO – Các trình x y b m t n c c : + i n c c Zn (c c âm): x y trình oxi hoá Zn Zn → Zn2+ + 2e Tan d n Di chuy n vào dung d ch Di chuy n sang đ ng + i n c c Cu (c c d ng): x y trình kh Cu2+ Cu2+ + 2e → Cu Trong dung d ch CuSO4 t c c Zn chuy n đ n qua dây d n bám đ ng – Ph n ng oxi hoá kh x y pin n hoá: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Nh n xét: – Electron đ c chuy n t Zn t i Cu qua dây d n sinh dòng n m t chi u, su t n đ ng c a pin đ c đo b ng vôn k – Trong pin n hoá Zn – Cu x y ph n ng gi a c p oxi hoá kh Zn2+/Zn Cu2+/Cu Trong Zn kh m nh h n Cu kh Cu2+ thành kim lo i, ion Cu2+ oxi hoá m nh h n Zn2+ oxi hoá Zn thành Zn2+ Nh v y chi u ph n ng oxi hoá kh x y pin n hoá là: Ch t kh m nh + ch t oxi hoá m nh → Ch t kh y u + ch t oxi hóa y u (quy t c α ) Th n c c chu n– Su t n đ ng c a pin n hoá a Th n c c chu n – Th n c c hiđro chu n: c p oxi hoá kh 2H+/H2 đ c c u t o g m m t n c c Pt có ph b t Pt (h p th khí H2 có áp su t atm) nhúng vào dung d ch axit có n ng đ ion H+ 1M – Theo quy c, th n c c chu n c a c p oxi hoá kh 2H+/H2 0,00V Vi t : E0(2H+/H2) = 0,00V – Th n c c chu n c a kim lo i: th n c c chu n c a kim lo i đ c đo b ng vôn – k c a pin n hoá g m n c c chu n c a kim lo i c n xác đ nh (kim lo i nhúng dung d ch ion c a kim lo i v i n ng đ 1M) bên ph i, n c c hiđro chu n bên trái – Th n c c chu n c a kim lo i có giá tr âm ph n ng oxi hoá kh x y pin n hóa s là: 2R + 2nH+ → 2Rn+ + n H2 Th n c c nh kim lo i có tính kh m nh – Th n c c chu n c a kim lo i có giá tr d ng ph n ng oxi hoá kh x y pin n hóa s là: Rn+ + n H2 → 2R + 2nH+ Th n c c l n ion kim lo i có tính oxi hoá m nh Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) ic ng v kim lo i b Su t n đ ng c a pin n hóa: E0pđh (V) Su t n đ ng chu n c a pin n hoá (E0pđh) b ng th n c c chu n c a c c d ng tr th n c c chu n c a c c âm Ví d : Pin n hoá Zn – Cu có n c c d ng Cu, n c c âm Zn E0(Cu2+ /Cu) = 0,34 V; E0(Zn2+ /Zn) = –0,76 V E0pđh Zn–Cu = E0(Cu2+ /Cu) – E0(Zn2+ /Zn) = 0,34 – (–0,76) = 1,10 V Su t n đ ng c a pin n hoá s d ng Dãy th n hoá kim lo i – Dãy th n hoá kim lo i: Khi s p x p c p oxi hoá kh theo chi u t ng d n th n c c chu n c a kim lo i ta đ c dãy th n c c chu n (dãy th n hoá kim lo i) Theo cách s p x p tính kh c a kim lo i s gi m d n, tính oxi hoá c a ion kim lo i s t ng d n – Chi u c a ph n ng oxi hoá kh : N u có E0(An+ /A) < E0(Bm+ /B) ph n ng oxi hoá kh s x y theo chi u: (quy t c α ) mA + nBm+ → mAn+ + nB Ch t kh m nh + ch t oxi hoá m nh ch t kh y u + ch t oxi hóa y u Ví d : E0(Pb2+ /Pb) = – 0,13 V; E0(Zn2+ /Zn) = – 0,76 V Ph n ng hoá h c x y theo chi u: Zn+ Pb2+ → Pb + Zn2+ Chú ý: Khi kim lo i ph n ng hoá h c v i dung d ch c n đ c bi t ý t i dãy th n hoá đ xác đ nh ph n ng oxi hoá kh x y Kim lo i có th n c c chu n nh h n tác d ng v i dung d ch HCl, H2SO4 loãng axit t ng t , b n ch t là: 2R + 2nH+ 2Rn+ + H2 Kim lo i tác d ng v i dung d ch mu i : n u có đ ng th i nhi u ch t kh ho c đ ng th i có nhi u ch t oxi hoá (E0(An+ /A) < E0(Bm+ /B)< E0(Ck+ /C)) th t c a ph n ng oxi hoá kh s là: kA + nC k+ kAn+ + nC Ch t kh m nh nh t + ch t oxi hoá m nh nh t Ch t kh y u + ch t oxi hóa y u II S I N PHÂN Các khái ni m – S n phân trình oxi hoá kh x y b m t n c c có dòng n m t chi u qua dung d ch ch t n li ho c ch t n li nóng ch y – Catôt c a thi t b n phân đ c n i v i c c âm c a ngu n n, anot đ c n i v i c c d ng c a ngu n n m t chi u a i n phân nóng ch y Ví d : i n phân NaCl nóng ch y: –Ph ng trình n phân: Khi nóng ch y, NaCl n li theo ph ng trình: NaCl Na+ + Cl– –S đ n phân Catôt(–) NaCl Anot(+) Na+ (n/c) Cl– + – 2Cl → Cl2 + 2e 2Na + 1e → Na (s oxi hoá) (s kh ) – Ph ng trình n phân: 2NaCl → 2Na + Cl2 b i n phân dung d ch * i n phân v i n c c tr Ví d : i n phân dung d ch CuSO4 – Ph ng trình n li : Khi tan n c, CuSO4 n li theo ph ng trình: Cu2+ + SO42– CuSO4 → – S đ n phân: Catot (–) CuSO4 Anot (+) Cu2+ , H2O SO42–, H2O Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → O2 + 4H+ (S kh ) (S oxi hoá) Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) ic ng v kim lo i – Ph ng trình n phân: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2 – Quá trình oxi hoá kh b m t n c c: + T i catot: x y s kh , trình kh x y theo th t dãy th n c c chu n Ch t, ion có th n c c chu n l n h n s b kh tr c Các ion kim lo i ki m, kim lo i ki m th , Mg2+, Al3+ có th n c c nh h n (âm h n) th n c c c a c p oxi hoá kh H2O/H2 nên không b n phân dung d ch + T i anot: x y s oxi hoá, trình oxi hoá x y theo th t Ch t, ion có th n c c l n h n s oxi hoá tr c Các anion g c axit ch a oxi nh NO3–, SO42–, PO43– không tham gia n phân mà H2O n phân * i n phân v i anot tan (d ng c c tan) D ng c c đ c làm b ng kim lo i ch t v i kim lo i mu i Ví d : n phân dung d ch CuSO4 v i n c c d ng b ng Cu T i anot (+) x y trình oxi hoá kim lo i Cu: Cu → Cu2+ + 2e Anot tan vào dung d ch n phân chuy n đ ng t i c c âm T i catot (–), x y s kh ion Cu2+: Cu2+ + 2e → Cu Do th c ch t ch s chuy n kim lo i Cu t anot sang catot Trong th c t s n phân dung d ch v i anot tan đ c s d ng ch y u vào vi c tinh ch kim lo i (anot kim lo i c n tinh ch , catot kim lo i đ c tinh ch ) m kim lo i (catot v t c n m , anot kim lo i dùng đ m ) nh lu t Faraday Kh i l ng ch t thu đ c n c c đ c tính theo công th c bi u di n đ nh lu t Faraday: AIt m= 96500n m : Kh i l ng ch t thu đ c n c c A : Kh i l ng mol phân t c a ch t thu đ c n c c n : S electron mà nguyên t ho c ion cho ho c nh n I : C ng đ dòng n, tính b ng ampe t : Th i gian n phân, tính b ng giây III N MÒN KIM LO I VÀ CH NG N MÒN KIM LO I – S n mòn kim lo i s phá hu kim lo i ho c h p kim tác d ng c a ch t môi tr ng – C n c vào môi tr ng c ch n mòn, ng i ta phân thành hai lo i n mòn hoá h c n mòn n hoá: a n mòn hoá h c – Th ng x y thi t b th ng xuyên ti p xúc v i h i n c, ch t khí nh O2, Cl2 nhi t đ cao Ví d : Thi t b lò đ t b ng thép b n mòn Fe tác d ng v i h i n c, khí oxi nhi t đ cao: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 – B n ch t c a s n mòn hoá h c trình oxi hoá– kh , electron c a kim lo i đ c chuy n tr c ti p đ n ch t môi tr ng b n mòn n hoá * n mòn n hoá s n mòn kim lo i tác d ng c a dung d ch ch t n ly t o dòng n * i u ki n x y n mòn n hoá: – Các n c c ph i khác ch t nhau, kim lo i có th n c c chu n nh h n s đóng vai trò c c âm b n mòn (kim lo i nguyên ch t khó b n mòn) – Các n c c ph i ti p xúc v i – Các n c c ph i ti p xúc v i dung d ch ch t n li * C ch n mòn: – T i n c c âm (anot): x y s oxi hoá kim lo i R → Rn+ + ne – T i n c c d ng (catot): x y s kh + Môi tr ng n mòn có tính axit: Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) ic ng v kim lo i 2H+ + 2e → H2 + Môi tr ng n mòn có tính baz ho c trung tính: O2 + H2O + 4e → 4OH– * Ch ng n mòn kim lo i: có hai ph ng pháp ph bi n b o v b m t b o v n hoá – B o v b m t: dùng hoá ch t b n v i môi tr ng đ cách li kim lo i v i môi tr ng – B o v n hoá: n i kim lo i c n b o v v i m t kim lo i ho t đ ng h n (kim lo i hi sinh), x y trình n mòn n hoá, kim lo i ho t đ ng h n s đóng vai trò n c c âm b n mòn, kim lo i c n b o v đóng vai trò n c c d ng không b n mòn IV NGUYÊN T C VÀ PH NG PHÁP I U CH KIM LO I Nguyên t c u ch kim lo i Kh ion kim lo i thành kim lo i: Mn+ + ne → M Ph ng pháp c b n u ch kim lo i a Ph ng pháp nhi t luy n Kh oxit kim lo i thành kim lo i nhi t đ cao b ng ch t kh nh C, CO, H2 ho c Al 3CO + to Fe2O3 ⎯→ 3CO2 + 2Fe to H2 + CuO ⎯→ H2O + Cu Ph ng pháp dùng đ u ch kim lo i có tính kh trung bình y u b Ph ng pháp thu luy n Tách l y kim lo i t mu i tan dung d ch, ph bi n nh t dùng kim lo i m nh h n đ đ y kim lo i y u dung d ch mu i Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Ph ng pháp áp d ng đ u ch kim lo i có th oxi hoá – kh chu n cao: Cu, Hg, Ag, Au c Ph ng pháp n phân Dùng dòng n m t chi u đ kh ion kim lo i catot B ng ph ng pháp n phân có th u ch h u h t kim lo i – i n phân nóng ch y: dùng đ u ch kim lo i có tính kh m nh nh kim lo i nhóm IA, IIA, Al Ví d : i u ch Na b ng cách n phân NaCl nóng ch y ®pnc 2NaCl ⎯⎯⎯→ 2Na + Cl2 – i n phân dung d ch: dùng u ch kim lo i có tính kh trung bình y u Ví d : u ch Zn b ng cách n phân dung d ch ZnSO4 dpdd 2ZnSO4 + 2H2O ⎯⎯⎯ → 2Zn + O2 + 2H2SO4 Ph ng pháp n phân th ng dùng đ u ch kim lo i có đ tinh t cao Giáo viên: Ph m Ng c S n Ngu n: Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn - Trang | -