đại cương về kim loại

CHƯƠNG VI: đại cương về kim loại Trung Hiếu 54: Tính chất hoá học chung của kim loại là gì? Hãy viết các phương trình phản ứng minh hoạ. Hướng dẫn giải Tính chất hoá học chung của kim loại là tính khử, tức dễ cho electron: M - ne = M n+ * Sở dĩ kim loại dễ cho electron vì: -Nguyên tử kim loại có ít electron ở lớp ngoài cùng. - Nguyên tử kim loại có bán kính lớn, lực hút của hạt nhân với electron ngoài cùng yếu, năng lượng ion hoá nhỏ,electron dễ tách khỏi nguyên tử hơn so với phi kim. * Các phản ứng minh hoạ: - Kim loại tác dụng với phi kim: 2Na + Cl 2 = 2NaCl • - Kim loại tác dụng với axit: • - Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 ↑ Kim loại tác dụng với dung dịch muối: Fe + CuSO 4 = Fe SO 4 + Cu Trung Hiếu 55: Dãy điện hoá của kim loại là gì? 1. Nêu ý nghĩa của dãy điện hoá kim loại cho ví dụ minh hoạ. 2. Hãy cho biết vị trí của cặp Mn 2+ /Mn trong dãy điện hoá . Biết rằng ion H + oxi hoá được Mn. Hướng dẫn giải: 1. Dãy điện hoá của kim loại là dãy các cặp oxi hoá - khử của kim loại được xếp theo chiều tăng dần tính oxi hoá của các ion kim loại và giảm dần tính khử của các kim loại tương ứng. 2. Dãy điện hoá cho phép xác định chiều hướng xảy ra phản ứng ôxi hoá - khử giữa các cặp ôxi hoá -khử: phản ứng oxi hoá - khử chỉ tự xảy ra theo chiều chất ôxi hoá mạnh tác dụng với chất khử mạnh để tạo thành chất oxi hoá và chất khử yếu hơn. Ví dụ: Fe 2+ /Fe và Cu 2+ /Cu Phản ứng xảy ra là: Cu 2+ + Fe = Fe 2+ + Cu 3. Ion H + oxi hoá được Mn: 2H + + Mn = H 2 + Mn 2+ Þ tính oxi hoá H + > Mn 2+ ; Tính khử H 2 < Mn Vậy cặp Mn 2+ /Mn phải đứng trước cặp 2H + /H 2 . Trung Hiếu 56: a) Sự ăn mòn kim loại là gì? b) Trong dung dịch HCl loãng, chất nào dễ bị ăn mòn hơn: Zn, Cu, hợp kim Zn - Cu? Giải thích? Hướng dẫn giải a) ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hay hợp kim do tác dụng hoá học của môi trường xung quanh . b) Zn bị ăn mòn hoá học do phản ứng Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ↑ Cu không bị HCl ăn mòn (vì Cu không bị H + oxi hoá). Hợp kim Zn - Cu bị ăn mòn điện hoá học • - ở cực âm Zn, bị ăn mòn theo phản ứng: Zn - 2e = Zn 2+ • - ở cực dương (Cu), ion H + bị khử: 2H + + 2e = H 2 ↑ ở Zn, phản ứng xảy ra nay ở chỗ tiếp xúc giữa Zn với dung dịch, H 2 thoát ra bám trên bề mặt kẽm làm chậm sự tiếp xúc giữa Zn với H + . Trong trường hợp Zn - Cu, H 2 thoát ra ở cực dương (Cu). Vì vậy hợp kim Zn - Cu bị ăn mòn nhanh hơn Zn. Trung Hiếu 57: a) Cho biết ăn mòn kim loại xảy ra trong trường hợp: Al tác dụng với dung dịch HCl có chứa CuCl 2 . Giải thích. b) Trong phòng thí nghiệm khi điều chế hiđro bằng phản ứng giữa kẽm và axit sunfuric loãng, tại sao người ta thường thêm vào hỗn hợp phản ứng ít giọt dung dịch đồng sunfat. Viết các phương trình phản ứng xảy ra và trình bày cơ chế của quá trình đó: - Khí hiđro bay ra khởi dung dịch luôn lẫn hơi nước, làm thế nào để thu được khí hiđro khô? Hướng dẫn giải: a) Khi cho thanh Al vào dung dịch HCl có CuCl 2 sẽ xảy ra: - Quá trình ăn mòn hoá học do phản ứng trực tiếp của Al với HCl, quá trình ăn mòn hoá học xảy ra yếu và yếu dần . 2Al + 6HCl = 2 AlCl 3 + 3H 2 Al + 3H + = Al 3+ + 3/2H 2 ↑ Quá trình ăn mòn điện hoá do: 2Al + 3 Cu 2+ = 3Cu↓ + 2Al 3+ Khi Cu tạo thành bám vào Al và trong dung dịch chất điện ly dẫn đến trên bề mặt Al xuất hiện vô số pin hoạt động (Cu - Al). Từ lúc này Al lại bị ăn mòn điện hoá →sự ăn mòn này mạnh. Al bị hoà tan nhanh trong dung dịch. b. Điều chế H 2 : Zn nguyên chất + H 2 SO 4 loãng + vài giọt dung dịch CuSO 4 - Nếu chỉ có Zn nguyên chất trong dung dịch H 2 SO 4 loãng → sự căn mòn hoá học, H 2↑ yếu, yếu dần. - Khi cho thêm vài giọt CuSO 4 : Zn + CuSO 4 = Cu ↓ + ZnSO 4 * Cu tạo thành bám vào Zn → tạo vô số pin Zn - Cu hoạt động → xảy ra ăn mòn điện hoá mạnh. Zn tan nhiều H 2 ↑ thoát ra trên bề mặt Cu. Cơ chế : pin Zn - Cu (Zn là cực (-); Cu là cực (+)) * Zn tan trong dung dịch dạng Zn 2+ : Zn - 2e = Zn 2+ Electron từ Zn →Cu, H + trong dung dịch Cu → H 2 : 2H + + 2e H 2 ↑ Zn cứ tan, H 2 thoát ra từ cực Cu. - Khí H 2 có lẫn hơi nước loại H 2 O như sau: Cho H 2 ẩm qua P 2 O 5 hoặc H 2 SO 4 đặc, hơi nước bị giữ lại. Trung Hiếu 58: Cho dung dịch Fe 2 (SO 4 ) 3 tác dụng với kim loại Cu, được FeSO 4 và CuSO 4 .Cho dung dịch CuSO 4 tác dụng với kim loại Fe, được FeSO 4 và Cu. 1. Viết các phương trình phản ứng dạng phân tử và ion rút gọn 2. So sánh tính oxi hoá của các ion kim loại nói trên. Hướng dẫn giải: 1. Fe 2 (SO 4 ) 3 + Cu = 2FeSO 4 +CuSO 4 2Fe 3+ + Cu = 2Fe 2+ + Cu 2+ 2. Tính oxi hoá : Fe 3+ > Cu 2+ > Fe 2+ Trung Hiếu 59 : Nêu nguyên tắc chung để điều chế kim loại. Nêu một số phương pháp thường dùng để điều chế các kim loại hoạt động hoá học mạnh, trung bình và yếu. Cho ví dụ minh hoạ, viết các phương trình phản ứng xảy ra. Hướng dẫn giải: Nguyên tắc chung để điều chế kim loại: khử ion + kim loại trong hợp chất thành nguyêntử kim loại M n+ + ne → M 0 Một số phương pháp thông thường: - Đối với kim loại hoạt động hoá học mạnh: Na, K, Mg, Ca, Al dùng phương pháp điện phân nóng chảy. - Với kim loại trung bình, yếu có thể dùng các phương pháp: Trung hiếu 60: Cho cấu hình electron của một số nguyên tố: a) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 b) 1s 2 2s 2 2p 5 c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 2p 6 4s 1 e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 g) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Hãy cho biết vị trí của từng nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn và dự đoán xem nó là khối lượng hay phi kim. Hướng dẫn giải: Số thứ tự Chu kỳ Nhóm Nguyên tố a) 12 3 Chính II Kim loại b) 9 2 Chính VII Phi kim c) 16 3 Chính VI Phi kim d) 19 4 Chính I Kim loại e) 26 4 Phụ VIII Kim loại g) 15 3 Chính V Phi kim Trung Hiếu 61: a) Khi cho một kim loại A vào dung dịch muối kim loại B có thể xảy ra phản ứng gì? Hãy nêu điều kiện để kim loại A có thể đẩy kim loại B ra khỏi dung dịch muối của B. Cho VD. b) Trong các cặp chất cho dưới đây, trường hợp nào có xảy ra phản ứng (chất điện li ở trong dung dịch nước): Cu + HCl Cu + Hg(NO 3 ) 2 Zn + Pb(NO 3 ) 2 Cu + Ag 2 SO 4 Fe + ZnCl 2 Ag + AuCl 3 Viết phương trình phản ứng dạng phân tử và dạng ion thu gọn. Hướng dẫn giải: a) Điều kiện để kim loại A đẩy được kim loại B khỏi dung dịch muối (xem phần lí thuyết thầy đã giảng trên lớp). - Khi cho kim loại A vào dung dịch muối kim loại B: * Nếu A là kim loại tác dụng được với H 2 O ở (điều kiện thường): A sẽ tác dụng với nước trước và sau đó tạo hiđroxit kim loại B: ví dụ: Cho Na vào dung dịch CuSO 4 : * Nếu A khử mạnh hơn B, nhưng muối tạo thành của A không tan, chỉ phản ứng một lúc rồi ngưng (do kết tủa phủ bề mặt kim loại A, phản ứng ngừng tiếp diễn): Pb + CuSO4 → PbSO 4 ↓ + Cu Fe + AgCl: không phản ứng • Nếu A khử mạnh hơn B, A không tác dụng với H 2 O, muối tạo thành của A tan được: b) Cu + HCl : không phản ứng Cu + Hg(NO 3 ) 2 Cu(NO 3 ) 2 + Hg Zn + Pb(NO 3 ) 2 Zn(NO 3 ) 2 + Pb Cu Ag 2 SO 4 CuSO 4 + 2Ag Fe + ZnCl 2 → không phản ứng 3Ag + AuCl 3 → 3AgCl↓ + Au (không hoàn toàn) Trung Hiếu 62: a) Trong công nghiệp người tađiều chế CuSO 4 bằng cách ngâm Cu kim loại trong dung dịch H 2 SO 4 loãng và sục khí O 2 liên tục. Cách làm này có lợi hơn hoà tan Cu trong H 2 SO 4 đặc nóng không? Tại sao? Hãy nêu một số ứng dụng của CuSO 4 . b) Hãy nêu 3 phương pháp tạo thành CuCl 2 từ Cu kim loại và 3 phương pháp điều chế Cu từ CuCl 2 . Hướng dẫn giải: a) Trong công nghiệp, người ta điều chế CuSO 4 : 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4 → 2CuSO 4 + 2H 2 O Nếu dùng đặc, nóng lượng axit tăng gấp đôi: Cu + 2H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + H 2 O ứng dụng CuSO 4 dùng để mạ Cu, sản xuất bột màu vô cơ, thuốc trừ sâu, chất khử trùng. b) 3 phản ứng trực tiếp điều chế CuCl 2 từ Cu: 3 phản ứng gián tiếp: Trung Hiếu 63: a) Một hợp chất có công thức là CuCO 3 .Cu(OH) 2 . Từ hợp chất đó có những phương pháp nào điều chế Cu? Phương pháp nào điều chế Cu tinh khiết hơn cả? b) Nêu 4 biện pháp điều chế CuO từ Cu và 4 biện pháp điều Cu từ CuO. Hướng dẫn giải: a) Cách 1: Hoà tan mẫu trong axit, rồi lấy dịch đem điện phân (hoặc cho tác dụng với Fe, thì Cu sẽ bị đẩy ra). Với phương pháp điện phân, ta thu được Cu tinh khiết nhất. Trung Hiếu 64: Hoà tan hết hỗn hợp Cu + Al trong dung dịch HNO 3 loãng nóng (chỉ tạo khí NO) ta thu được dung dịch A. 1. Cho NaOH dư tác dụng với dung dịch A. 2. Cho NaOH tác dụng vừa đủ với các chất trong dung dịch A. 3. Lấy kết tủa ở (2) đem nung đến khối lượng không đổi. 4. Lấy sản phẩm sinh ra từ (3) tác dụng với H 2 đung nóng. Hãy viết các phương trình phản ứng. Hướng dẫn giải: Trung Hiếu 65: Dung dịch A chứa a mol CuSO 4 và b mol . Xét 3 thí nghiệm sau: * Thí nghiệm 1: Thêm c mol Mg vào dung dịch A. Phản ứng xong, dung dịch có 3 muối. * Thí nghiệm 2: Thêm 2c mol Mg vào dung dịch A. Phản ứng xong, dung dịch có 2 muối. * Thí nghiệm 3: Thêm 3c mol Mg vào dung dịch A. Phản ứng xong, dung dịch có 1 muối. a) Tìm mối liên hệ giữa c với a, b trong mỗi thí nghiệm trên. b) Cho a = 0,2 mol; b = 0,3 mol; số mol Mg là 0,4mol. Tìm khối lượng . của kim loại là dãy các cặp oxi hoá - khử của kim loại được xếp theo chiều tăng dần tính oxi hoá của các ion kim loại và giảm dần tính khử của các kim loại. để điều chế kim loại: khử ion + kim loại trong hợp chất thành nguyêntử kim loại M n+ + ne → M 0 Một số phương pháp thông thường: - Đối với kim loại hoạt