đai cương kim lại

5 6 Chương 5 ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI §1. KIM LOẠI VÀ HỢP KIM A. KIM LOẠI I. Vị trí trong HTTH: Bên trái, phía dưới của bảng HTTH, gồm các nhóm sau: + Nhóm A: I,II, III (trừ B), IV ( trừ C, Si), nhóm V (Bi), nhóm VI (Po). + Tất cả các nhóm B II. Tính chất vật lí: 1. Tính chất chung: dẻo, dẫn nhiệt, dẫn điện, ánh kim. Tính chất chung do electron tự do trong kim loại gây ra. 2. Tính chất riêng: Khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng. Tính chất riêng phụ thuộc vào độ bền liên kết kim loại, nguyên tử khối, kiểu mạng tinh thể của kim loại . III. Tính chất hóa học: M M n+ + ne Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử Vói phi kim 1. Với Oxi ( trừ Ag, Au, Pt) 4M + nO 2 → 2M 2 O n (kim loại có hóa trị không đổi) 2xM + yO 2 → 2M x O y (kim loại có hóa trị thay đổi) 2. Với halogen 2M + nX 2 → 2MX n (oxi hóa kim loại đến số oxi hóa cao nhất, bền – trừ I 2 ) 3. Với lưu huỳnh 2M + nS → M 2 S n ( t 9 C, trừ Hg) Với axit 1. Tính oxi hóa do H + ( HCl, H 2 SO 4 loãng, .) + H + oxi hóa kim loại trước H đến số oxi hóa không cao nhất + H + bị khử thành H 2 2M + 2nH + → 2M n+ + nH 2 Các kim loại có tính khử mạnh K,Na . gây nổ khi tiếp xúc với các axit. 2. Tính oxi hóa do gốc axit (HNO 3 , H 2 SO 4 đặc, .) + Gốc axit oxi hóa hầu hết các kim loại đến số oxi hóa cao nhất và bền (trừ Au và Pt) – Không có H 2 + Tùy theo hoạt động của kim loại và nồng độ của axit mà gốc axit bị khử thành các sản phẩm khử khác nhau. + Với HNO 3 M < Fe NO M + HNO 3 ( loãng)→ M(NO 3 ) n + sản phẩm khử + H 2 O M ≥ Fe N -3 , N 0 , N +1 , N +2 M + 2nHNO 3 ( đậm đặc) → M(NO 3 ) n + nNO 2 + 2nH 2 O + Với H 2 SO 4 đậm đặc - Kim loại < Fe → SO 2 ; - Kim loại ≥ Fe → H 2 S, S, SO 2 Với dung dịch muối 1. Kim loại không tan trong nước ở điều kiện thường Kim loại đứng trước đẩy kim loại 2. Kim loại tan trong nước ở điều kiện thường ( luôn có khí H 2 bay ra) 2M + 2nH 2 O → 2M(OH) n + nH 2 đứng sau khỏi dd muối Cu + 2AgNO 3 → Cu(NO 3 ) 2 + 2Ag M(OH) n + muối → muối + bazơ Ví dụ: Na + dd CuSO 4 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 ↑ NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 Với nước Nhiệt độ thường, có tính khử mạnh (Na, K,Ba,Ca,…) 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 Nhiệt độ cao tính khử trung bình ( Zn, Fe, .) 3Fe + 4H 2 O Fe 3 O 4 + 4H 2 ↑ B. HỢP KIM I. Định nghĩa: - Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. Ví dụ: - Thép là hợp kim của Fe với C và một số nguyên tố khác - Đuyra là hợp kim của nhôm với Cu, Mn, Mg, Si, . II. Tính chất của hợp kim: - Phụ thuộc vào thành phần đơn chất tham gia cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim. - Tính chất hóa học tương tự như đơn chất tham gia tạo thành hợp kim. - Tính chất vật lí và tính chất cơ học khác nhiều với các đơn chất. Thí dụ: - Hợp kim không bị ăn mòn: Fe – Cr – Mn ( thép inoc), . - Hợp kim siêu cứng: W – Co, Co – Cr – W – Fe, … - Hợp kim có t nc thấp: Sn – Pb( thiếc hàn, t 0 nc = 210 0 C), Bi – Pb – Sn t 0 nc = 65 0 C. - Hợp kim nhẹ, cứng, bền : Al – Si, Al – Cu – Mn – Mg. III. Ứng dụng: - Hợp kim nhẹ, bền, chịu được nhiệt độ cao, áp suất lớn → chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ. - Hợp kim có tính bền hóa học và cơ học cao → ngành công nghiệp dầu mỏ, hóa chất - Thép → xây dựng và chế tạo máy - Cá đồ dùng gia đình thường được làm bằng các loại hợp kim không gỉ, vẻ sáng đẹp và không độc hại, . C. BÀI TẬP I. Vị trí: 1. Dựa vào cấu trúc bảng HTTH xác định vị trí các nguyên tố có số hiệu nguyên tử là: Z = 20, Z = 31 và Z = 83. Cho biết tính chất các nguyên tố trên. 2. Hãy cho biết đơn chất các nguyên tố sau Na, Mg, Al cấu cấu trúc kiểu mạng tinh thể nào? 3. Cho K(Z=19), Ba(Z =56), Ga (Z = 31), Fe ( Z =26), Cu (z=29). a. Viết CHE của các nguyên tử và suy ra vị trí trong bảng HTTH. b. Viết cấu hình electron của ion tạo ra từ các nguyên tố trên. 4. Nguyên tử của nguyên tố X có electron sau chót phân bố vào 4s, nguyên tử của nguyên tố Y có phân lớp ngoài cùng là 4p ( Y khác khí hiếm) a. Cho biết tính chất của X và Y b. Nếu tổng số electron trên 2 phân lớp 4s và 4p của X và Y là 7 → viết CHE và suy ra vị trí của X và Y trong bảng HTTH. Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng t 0 C 5 6 5. Tổng số electron trên các phân lớp p của nguyên tử của nguyên tố X là 7. Xác định X. II. Tính chất vật lí 6. a. Giải thích vì sao kim loại có tính chất vật lí chung là : tính dẻo, tính dẫn nhiệt và dẫn điện, tính ánh kim. b. Vì sao khi nhiệt độ tăng thì tính dẫn nhiệt và dẫn điện của kim loại giảm. 7. Cho biết những ứng dụng quan trọng nhất của: a. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất. b. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất. c. Các kim loại có khả năng dẫn điện tốt. 8. Bảng dưới đây cho biết khối lượng riêng ( Dg/cm 3 ) của một số kim loại. Hãy điền vào bảng thể tích của 1 mol kim loại Kim loại nhẹ D g/cm 3 Thể tích mol Kim loại nặng D g/cm 3 Thể tích mol Li 0,53 Zn 7,14 K 0,86 Sn 7,3 Na 0,97 Fe 7,87 Ca 1,55 Cu 8,92 Mg 1,74 Ag 10,5 Al 2,7 Pb 11,34 Au 19,3 III. Tính chất hóa học chung của kim loại 9. Cho một lá sắt nhỏ vào dd chứa một trong những muối: AlCl 3 , CuSO 4 , Pb(NO 3 ) 2 , ZnCl 2 , NaNO 3 , AgNO 3 . Hãy cho biết: a. Trường hợp nào xảy ra phản ứng ? Vai trò các chất tham gia. b. Viết PTPƯ dưới dạng ion thu gọn 10. Có các trường hợp sau: a. Dung dịch FeSO 4 có lẫn tạp chất CuSO 4 . Nêu phương pháp hóa học đơn giản có thể loại bỏ tạp chất b. Bột Cu có lẫn tạp chất Sn, Zn, Pb. Nêu phương pháp hóa học đơn giản để lạo bỏ tạp chất 11. Cho biết khối lượng lá Zn sẽ thay đổi như thế nào, sau khi ngâm lá Zn trong các dung dịch a) CuSO 4 b) CdSO 4 c) AgNO 3 d) NiSO 4 . Cho biết Zn 2+ có tính oxi hóa mạnh hơn Cd 2+ . 12. Đồng có lẫn một ít kim loại Ag. Hãy nêu 2 phương pháp điều chế đồng (II) nitrat tinh khiết từ mẫu kim loại trên 13. Một tấm nhỏ Platin bên ngoài được phủ bằng một lớp kim loại M hóa trị 2. Nếu ngâm tấm kim loại này trong trong dung dịch Cu(NO 3 ) 2 dư cho đến khi phản ứng kết thúc, nhận thấy kim loại tấm kim loại tăng thêm 0,8 gam. Nếu ngâm tấm kim loại này trong trong dung dịch Hg(NO 3 ) 2 dư cho đến khi phản ứng kết thúc, nhận thấy kim loại tấm kim loại tăng thêm 3,54gam. Biết rằng tất cả các kim loại sinh ra đều bám trên tấm Platin. Xác định tên kim loại và khối lượng kim loại M được phủ treen tấm Pt. 14. Hai lá kim loại cùng chất, có khối lượng bằng nhau, có khả năng ra hợp chấ hóa trị 2. Một lá đượ ngâm vào dung dịch Pb(NO 3 ) 2 và một lá được ngâm trong dung dịch Cu(NO 3 ) 2 . Sau một thời gian phản ứng ta lấy các lá kim loại ra khỏi dung dịch, nhận thấy khối lượng lá kim loại ngâm trong dung dịch muối chì tăng 19%, khối lượng kim loại lá kia giảm 9,6%. Biết rằng trong 2 phản ứng trên, lượng kim loại hòa tan là bằng nhau. Xác định tên kim loại đã dùng. 15. Ngâm một lá Zn trong dung dịch chưa 2,24g ion kim loại điện tích 2+ có trong thành phần của muối sunfat. Sau phản ứng, khối lượng lá Zn tăng 0,94%. Tìm CT của muối? 16. Nhúng một lá Cu vào dung dịch chứa 10,88g muối thủy ngân (II) clorrua. Sau khi phản ứng xong khối lượng lá đồng tăng 13,7%. Tính khối lượng lá đồng ban đầu. 17. Có 2 dung dịch CuSO 4 cùng nồng độ, cùng thể tích. Nhúng lá Zn vào dung dịch thứ nhất và lá Fe vào dung dịch thứ 2. Sau cùng một thời gian phản ứng lấy 2 lá Zn và Fe ra khỏi dung dịch, nhận thấy: Nồng độ mol/lít của ZnSO 4 gấp 2,5 lần FeSO 4 , mặt khác tổng khối lượng dung dịch giảm 0,11gan. Tính khối lượng Cu bám trên mỗi lá kim loại. 18. Một hỗn hợp A gồm kim loại Mg và Al. Lấy ½ hỗn hợp A cho tác dụng với CuSO 4 dư, phản ứng xong đem toàn bộ chất rắn tạo thành cho tác dụng hết với HNO 3 loãng thu được 0,56L (đktc) một sản phẩm khử duy nhất. a. Tính thể tích khí N 2 (đktc) simh ra khi cho hỗn hợp A tác dụng hết với dung dịch HNO 3 loãng). b. Cho khối lượng hỗn hợp A là 1,5 gam. Tính % khối lượng mỗi kim loại trong A? 19. A là mẫu hợp kim Cu – Zn. Chia mẫu hợp kim thành 2 phần bằng nhau. Phần thứ nhất hòa tan bằng dung dịch HCl dư thấy còn lại 1 gam không tan. Phần thứ 2 luyện thêm 4 gam Al vào thì thu được hợp kim B trong đó hàm lượng % của Zn nhỏ hơn 33,3% so với hàm lượng của Zn trong mẫu A. 1. Tính hàm lượng phần trăm của Cu trong mẫu A, biết rằng khi ngâm mẫu hợp kim B trong dung dịch NaOH thì sau một thời gian phản ứng khí bay ra đã vượt quá 0,6lits. 2. Từ mẫu hợp kim B, muốn có hợp kim C chứa 20% Cu, 50% Zn và 30% Al thì người ta phải luyên thêm các kim loại với lượng như thế nào? §2. DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI I. Cặp oxi hóa – khử M n+ ƒ M + ne Dạng oxi hóa dạng khử Dạng oxi hoa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại → một cặp oxi hóa – khử. Cặp oxi hóa –khử được viết M n+ /M II. Pin điện hóa: 1. Khái niện về pin điện hóa, suất điện động và thế điện cực a. Cấu tạo pin điện hóa - Dòng electron đi từ lá Zn (điện cực âm) → lá Cu ( điện cực +) - Dòng điện đi từ Cu ( điện cực +) → lá Zn (điện cực âm) b. Suất điện động và thế điện cực - Dòng điện đi từ cực đồng ( cực +) sang cực Zn ( cực -) → có sự chênh lệch điện thế giữa 2 điện cực, tức là trên mỗi điện cực đã xuất hiện một thế điện cực nhất định. Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng 5 6 - Hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 điện cực ( F pin ), tức là hiệu của thế điện cực dương (E (+) ) với thế điện cực âm (E (-) ) được gọi là suất điện động của pin điện hóa. E PIN = E (+) – E (-) > 0 E pin phụ thuộc vào bản chất của kim loại làm điện cực, nồng độ của dung dịch và nhiệt độ. Suất điện động của pin điện hóa khi nồng độ ion kim loại đều bằng 1M ( 25 0 C) gọi là suất điện động chuẩn, kí hiệu 0 pin E = 0 0 ( ) ( ) E E + − − 2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa: + Ở lá Zn, Sự oxi hóa: Zn → Zn 2+ + 2e. Lá Zn là nguồn electron → điện cực âm. + Ở lá Cu: Sự khử: Cu 2+ + 2e → Cu ( Cu bám trên mặt lá đồng) Trong cầu muối, K + hay NH 4 + → cốc đựng dd CuSO 4 , NO 3 - → dung dịch ZnSO 4 → cân bằng điện tích. Mạch ngoài ( dây dẫn): - electron từ cực Zn → cực Cu: ⇒ Điện cực Zn là anot ( xảy ra sự oxi hóa) - Dòng điện từ cực Cu → cực Zn ⇒ Điện cực Cu là catot ( xảy ra sự khử) Vậy trong pin điện hóa : anot là cực âm, còn catot là điện cực dương. + Phản ứng hóa trong pin: Zn + Cu 2+ → Cu + Zn 2+ - Chất oxi hóa Zn 2+ < Cu 2+ và chất khử Zn > Cu. - Hóa năng chuyển thành điện năng III. Thế điện chuẩn của kim loại - E 0 = E 0 ( )+ - E 0 ( )− được đo bằng von kế. Nhưng không thể đo được giá trị tuyệt đối thế điện cực của các điện cực chuẩn. - Để đo được, người ta đưa ra một điện cực so sánh và chấp nhận rằng thế điện cực của chúng bằng không. Đó là điện cực chuẩn hidro 1. Điện cực chuẩn hidro - Cấu tạo: Tấm platin phủ muối platinn nhúng trong dung dịch axit có [H + ] = 1M. Bề mặt điện cực hấp phụ khí H 2 được thổi liên tục vào dung dịch dưới áp p = 1atm. H 2 2H + + 2e → cặp oxi hóa khử : 2H + /H 2 - E 2 0 (2H /H ) + = 0,00V 2. Thế điện cực của kim loại - Điện cực chuẩn kim loại: Lá kim loại M nhúng trong dung dịch M n+ có [M n+ ] = 1M → điện cực chuẩn của kim loại - Cách xác định thế điện cực chuẩn của kim loại: Lập một pin gồm: Điện cực chuẩn kim loại và điện cực chuẩn hidro + Nếu kim loại có tính khử > H → Điện cực chuẩn kim loại là anot( cực -)và điện cực chuẩn hidro là catot (cực +) E 0 (pin ) = E 2 0 (2H /H ) + - E n 0 (M /M) + → E n 0 (M /M) + < 0 +Nếu kim loại có tính khử < H → Điện cực chuẩn là hidro anot( cực -)và điện cực chuẩn là kim loại catot (cực +) → E 0 (pin) =E n 0 (M /M) + - E 2 0 (2H /H ) + → E n 0 (M /M) + > 0 Vậy thế điện cực chuẩn của kim loại cần đo có số trị bằng suất điện động của pin tạo bởi điên cực chuẩn hidro và điện cực chuẩn của kim loại cần đo. IV. Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại: Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại là sắp xếp các cập oxi hóa – khử tăng dần thế điện cực chuẩn. Dãy thế điện cực chuẩn ( t 0 =25 0 C) của một số cặp oxi hóa – khử V. Ý nghĩa của dãy thế điện cực chuẩn kim loại: 1. So sánh tính oxi hóa – khử ( trong dung môi nước) - E n 0 (M /M) + càng lớn ⇒ Tính oxi hóa của M n+ (cation) cành mạnh và tính khử của M càng yếu và ngược lại. 2. Xác định chiều phản ứng oxi hóa – khử: ( quy tắc α) : “Chất oxi hóa mạnh oxi hóa chất khử mạnh tạo thành chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn” 3. Xác định xuất điện động của pin điện hóa: E PIN = E (+) – E (-) > 0 4. Xác định thế điện cực của cặp oxi hóa – khử: Biết suất điện động của pin và thế điện cực của một cặp oxi hóa-khử → E của cặp còn lại. 5. Xác định thứ tự phản ứng của các chất oxi hóa và chất khử trong phản ứng oxi hóa khử và trong điện phân. BÀI TẬP 1. Cho các kim loại: Na, Mg, Al, Cu, Ag. Hãy viết các cặp oxi hóa khử tạo bởi các kim loại đó và sắp xếp chúng theo thứ tự giảm dần tính oxi hóa. 2. Có các pin điện hóa được cấu tạo bởi các cặp oxi hóa khử sau: a. Pb 2+ /Pb và Cu 2+ /Cu b. Ag + /Ag và Fe 2+ /Fe c. Ag + /Ag và Pb 2+ /Pb Hãy cho biết: - Dấu và tên của các điện cực trong mỗi pin điện hóa. - Những phản ứng xảy ra ở các điện cực và phản ứng oxi hóa khử trong mỗi pin. 3. Hãy cho biết chiều của phản ứng oxi hóa –khử xảy ra giữa các cặp oxi hóa – khử: Ag + /Ag và Al 3+ /Al và 2H + /H 2 . Giair thích và viết PTHH. 4. Biết PƯHH xảy ra trong pin điện hóa là: Fe + Ni 2+ → Ni + Fe 2+ a. Hãy xác định các điện cực âm, dương của pin điện hóa. b. Viết phương trình của phản ứng oxi hóa và phản ứng khử trên mỗi điện cực. c. Tính suất điện động của pin điện hóa. 5. Tính thế điện cực chuẩn E 0 của những cặp oxi hóa - khử sau: a. E 3 0 (Cr /Cr) + b. E n 0 (Mn /Mn) + Suất điện đông chuẩn của pin điện hóa: Cr – Ni là + 0,51V và Cd – Mn là + 0,79V Thế điện cực chuẩn E 2 0 (Cd /Cd) + = - 0,40V và E 2 0 (Ni / Ni) + = - 0,26 6. Hãy giải thích hiện tượng thí nghiệm: Ngâm một lá Zn nhỏ, tinh khiết trong dung dịch HCl thấy bọt khí H 2 thoát ra ít và chậm. Nếu nhỏ thêm vài giọt dung dịch CuSO 4 thấy bọt khí H 2 thoát ra nhiều và nhanh hơn 7. Cho các cặp oxi hóa – khử sau: Ag + ?Ag; Fe 2+ /Fe và Zn 2+ /Zn a. Hãy viết PT của các phản ứng chuyển đổi giữa cation kim loại và nguyên tử kim loại trong mỗi cặp. Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng 5 6 b. Hãy cho biết trong các cặp oxi hóa – khử đã cho: - oxi hóa mạnh nhất, oxi hóa yếu nhât và chất khử mạnh nhất , yếu nhất. 8. Có những phản ứng hóa học nào xảy ra khi cho a mol Zn vào dung dịch có chứa b mol AgNO 3 và c mol Cu(NO 3 ) 2 9. Cho biết các cặp oxi hóa – khử sau: Fe 2+ /Fe; Cu 2+ /Cu và Fe 3+ /Fe 2+ . a. Fe có tan được trong dung dịch FeCl 3 và CuCl 2 không? Giải thích và viết phương trình phản ứng dạng ion thu gọn, nếu có. b. Cu có tan được trong dung dịch FeCl 3 và FeCl 2 không? Giải thích và viết phương trình phản ứng dạng ion thu gọn, nếu có. 10. Cho hỗn hợp A gồm các kim loại Mg, Fe vào dung dịch B gồm Cu(NO 3 ) 2 và AgNO 3 , lắc đều cho đến khi phản ứng xong thu được hỗn hợp rắn C gồm 3 kim loại và dung dịch D gồm 2 muối. Cho biết C gồm những kim loại nào và dung dịch D gồm những muối nào? Giải thích và viết phương trình phản ứng dạng phân tử và ion thu gọn. 11. Cho các kim loại: Cu, Fe, Na, Ag và các chất: H 2 O, dung dịch HCl, dung dịch AgNO 3 . Có thể tiến hành những thí nghiệm nào để so sánh được tính khử của những kim loại nói trên và tính oxi hóa của các hợp chất. Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm. 12. Dung dịch A chứa đồng thời 3 muối: KNO 3 , Cu(NO 3 ) 2 , AgNO 3 có nồng độ lần lượt là: 0,1M, 0,2M và 0,3M. Lấy 3,25g Zn cho vào 200ml dung dịch A, khuấy nhẹ cho đến khi phản ứng kết thúc. Phản ứng xong, thu được hỗn hợp kim loại M và dung dịch B có thể tích bằng dung dịch A đã dùng. Hãy cho biết: a. Khối lượng của hỗn hợp kim loại M thu được. b. Nồng độ mol/lít của từng chất trong dung dịch thu được. 13. Cho 1,12 g bột Fe và 0,24g bột Mg tác dụng với 250ml dung dịch CuSO 4 , khuấy nhẹ cho đến khi thực hiện phản ứng xong. Khối lượng kim loại trong bình sau phản ứng là 1,88g. Tình nồng độ mol/lít của dung dịch CuSO 4 trước phản ứng. 14. Hòa tan 58g muối CuSO 4 .5H 2 O trong nước, thu được 500ml dung dịch a. Xác định nồng độ mol/lít của dung dịch CuSO 4 đã pha chế. b. Cho dần mạt Fe đến dư vào dung dịch trên. Nêu hiện tượng và giải thích. Viết PTPƯ dạng phân tử và ion thu gọn. Cho biết tên chất oxi hóa và chất khử. c. Khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng tăng hay giảm là bao nhiêu? §3. SỰ ĐIỆN PHÂN A. TÓM TẮT GIÁO KHOA I. Khái niệm: 1. Khái niệm: - Sự điện phân là các quá trình oxi hóa và khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện 1 chiều qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. - Điện năng → hóa năng. 2. Cơ chế sự điện phân: Cation → Điện cực (-) catot: sự khử Chất điện li Anion → Điện cực (+) anot: sự oxi hóa II. Điện phân nóng chảy + Điều kiện: Chất điện phân bền với nhiệt : hidroxit của kim loại IA, Ca(OH) 2 , Ba(OH) 2 , muối halogenua của kim loại IA, IIA. Oxit Al 2 O 3 . + Ứng dụng: Điều chế các kim loại I A , II A và Al và các phi kim : Halogen, O 2 , H 2 . Ví dụ:+ Điện phân dung dịch NaCl nóng chảy. Sự điện li: NaCl → Na + + Cl - Catot( cực -): Na + + 1e → Na x2 Anot (cực+) : 2Cl - → Cl 2 + 2e x1 + Điện phân nóng chảy NaOH (Cực -) Catot Na + , OH - Anot (cực +) Na + + 1e → Na 4OH - → O 2 + 2H 2 O + 4e Phương trình điện phân: 4NaOH đpnc 4Na + O 2 + 2H 2 O III. Điện phân dung dịch: 1. Catot K + /K, Al 3+ /Al, H 2 O/H 2 Zn 2+ /Zn .Fe 2+ /Fe .H + /H 2 , Cu 2+ /Cu, Fe 3+ /Fe, . Au 3+ /Au Cation không điện phân, H 2 O điện phân: 2H 2 O + 4e → H 2 + 2OH - Cation điện phân theo thứ tự từ Au 3+ → Zn 2+ M n+ + ne → M, H + + 2e → H 2 2. Anot a. Anot trơ: làm bằng graphit hay Pt, không tham gia vào quá trình điện phân, chỉ có vai trò dẫn điện. SO 4 2- , NO 3 - , F - . H 2 O/O 2 OH - /O 2 S 2- /S, 2Cl - /Cl 2 , 2Br - /Br 2 , 2I - /I 2 Anion không điện phân, H 2 O điện phân: 2H 2 O + 4e→ O 2 + 4H + Anion điện phân theo thứ tự từ I - → S 2- 2X - → X 2 + 2e; 4OH - → O 2 + 2H 2 O + 4e b. Anot tan: thường làm bằng kim loại cùng tên với cation của dung dịch điện phân, chính anot tham gia vào sự oxi hóa. IV. Điện phân dung dịch hỗn hợp: + Ở catot: cation lần lượt bị khử từ cation có tính oxi hóa mạnh nhất → yếu nhất.( từ Au 3+ → H 2 O). + Ở anot: anion lần lượt bị oxj hóa từ anion có tính khử mạnh nhất → yếu nhất.( từ I - → H 2 O) VI. Điện phân các bình mắc nối tiếp + Điện lượng đi qua các bình điện phân là như nhau Q = I.t ( I là cường độ dòng điện, t là thời gian điện phân + Số electron trao đổi ở điện cực cùng tên là như nhau → số các chất thoát ra ở điện cực cùng tên tỉ lệ với nhau. VII. Ứng dung: - Điều chế kim loại, phi kim, một số hợp chất, tinh chế kim loại, mạ điện. VIII. Công thức Farađây Dùng để tính khối lượng các chất thoát ra ở các điện cực X X M .It m e.F = M X : khối lượng chất X thoát ra ở điện cực, e:số electron trao đổi I: cường độ dòng điện(A), t : thời gian điện phân ( giây hoặc giờ) F (là hằng số Farađây) = 96500 ( t tính bằng giây) Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng →2NaCl Na + Cl 2 ↑ đpnc 5 6 BÀI TẬP 1. Phân tích quá trình điện phân dung dịch sau với anot trơ a. NaCl ( có vách ngăn điện cực và không có vách ngăn điên cực). b. CuCl 2 . c. Na 2 SO 4 . d. ZnSO 4 . e. NaOH. f. H 2 SO 4 g. HCl 2. Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm a mol CuSO 4 và b mol NaCl với điện cực trơ có vách ngăn điện cực đến khi nước bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng. 3. Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm CuCl 2 , HCl và NaCl với điện cực trơ có vách ngăn điện cực đến hoàn toàn. Cho biết pH của dung dịch biến đổi như thế nào trong qua trình điện phân? 4. Điện phân dung dịch CuSO 4 với anot bằng đồng? Nêu nhận xét? 5. Điiện phân dung dịch chứa anion NO 3 - các cation kim loại có cùng nồng độ mol/lit: Cu 2+ , Ag + và Pb 2+ . Hãy cho biết trình tự xảy ra sự khử của những cation này trên bề mặt catot. Giải thích. 6. Sau một thời gian điện phân 200ml dung dịch CuSO 4 với điện cực bằng graphit, khối lượng dung dịch giảm 8gam. Để kết tủa hết ion Cu 2+ trong dung dịch sau điện phân, cần dùng 100ml dung dịch H 2 S 0,5M. Hãy xác định nồng độ mol/lit và nồng độ % của dung dịch CuSO 4 trong dung dịch trước điện phân. Biết dung dịch CuSO 4 ban đầu có khối lượng riêng là 1,25g/ml. 7. Điện phân 100ml dung dịch NaCl với điện cực trơ cá vách ngăn điện cực với cường độ dòng điện I = 1,93A. Dung dịch sau điện phân có pH = 12. Biết thể tích dung dịch không thay đổi, clo không hòa tan trong nước và hiệu suất điện phân là 100%. Tính thời gian điện phân? 8. Điện phân hoàn toàn 200ml một dung dịch có hòa tan Cu(NO 3 ) 2 và AgNO 3 với cường độ dòng điện I = 0,804A, trong thời gian 2 giờ, nhận thấy khối lượng catot tăng thêm 3,44g. Xác định nồng độ mol/lít của mỗi muối trong dung dịch ban đầu? 9. Điện phân 500ml dung dịch BaCl 2 với điện cực trơ, có vách ngăn điện cực, thu được dung dịch A có pH = 13( giải sử thể tích dung dịch không thay đổi) và thể tích các khí thu được ở hai điện cực cactot và anot (hỗn hợp G) là 7,84 lít (đktc). a. Xác định nồng độ của dung dịch BaCl 2 ban đầu? b. Tính thời gian điện phân. Biết cường độ dòng điện I = 1,93A? c. Tính % thể tích các khí trong hỗn hợp G? 10. Hòa tan 3,355g hỗn hợp gồm MOH và MCl ( M thuộc nhóm IA) vào nước thu 500ml dung dịch A. Điện phân hết MCl trong 500ml dung dịch A thu được 336 ml khí ở catot (đktc), và dung dịch B có pH =13. Xác định M? 11. Trong công nghiệp người ta sản xuất Al bằng cách điện phân nóng chảy Al 2 O 3 trong criolit với điện cực bằng than theo PTPƯ: 2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2 Tính khối lượng điện cực than bị tiêu hao khi điện phân điều chế 27 tấn Al theo các trường hợp sau: a. Khí thoát ra ở anot toàn bộ là CO 2 ? b. Khí thoát ra ở anot là hỗn hợp gồm 80%CO 2 và 20%CO ( về thể tích) c. Khí thoát ra ở anot là hỗn hợp gồm 80%CO 2 ,10%CO và 10%O 2 ( về thể tích) 12. Điện phân dung dịch chứa m(g) hỗn hợp gồm CuSO 4 và NaCl với điện cực trơ có vách ngăn điện cực đến khi nước bắt đầu điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng.Ở anot thu được 0,448 lít khí (đktc). Dung dịch sau điện phân có thể hòa tan tối đa 0,68g Al 2 O 3 1. Tính m? 2. Tính khối độ tăng khối lượng của catot? 3. Tính độ giảm khối lượng của dung dịch sau điện phân? Giả sử nước bay hơi không đáng kể. §4. SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI A. TÓM TẮT GIÁO KHOA I. Ăn mòn kim loại: 1. Định nghĩa: sự ăn mòn kim loại là quá trình phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của môi trường. 2. Phân loại: a. Ăn mòn hoá học: là quá trình phá hủy kim loại hoặc hợp kim bằng phản ứng hoá học trực tiếp với các chất có trong môi trường. 3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2 ; 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 ; 3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 , . - Đặc điểm: không phát sinh dòng điện. Nhiệt độ càng cao → tốc độ ăn mòn càng nhanh. - Bản chất: là các phản ứng oxi hóa –khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. b. Ăn mòn điện hóa: Là sự phá hủy kim loại hay hợp kim do kim loại tác dụng với chất điện li trong môi trường và phát sinh dòng điên. - Đặc điểm: phát sinh dòng điện - Bản chất: là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của các chất điện li có trong môi trường và tạo nên dòng electron chuyển từ cực âm sang cực dương (dòng điện chuyển từ cực dương sang cực âm). - Điều kiện cần và đủ để có sự ăn mòn điện hóa (1) có cặp điện cực (2) 2 điện cực tiếp xúc với nhau (3) 2 điện cực cùng tiếp xúc với dd chất điện li II. Cách chống ăn mòn kim loại: 1. Cách li kim loại với môi trường: sơn chống gỉ, tráng mạ điện, tạo màng, … 2. Chế tạo hợp kim không gỉ ( hợp kim inoc) 3. Dùng chất chống ăn mòn ( chất kiềm hãm, chất ức chế) dùng chất hexametylentriamin C 6 H 12 N 4 để bảo vệ sắt trước tác dụng của dung dịch HCl, … 4. Phương pháp điện hóa: III. Bài tập 01. Trình bày hiện tượng quan sát được và giải thích khi thực hiện những thí nghiệm sau: a. Ngâm một viên Zn tinh khiết trong dung dịch HCl. b. Ngâm một viên Zn tinh khiết trong dd HCl sau đó thêm một vài giọt dung dịch CuSO 4 . c. Ngâm một hỗn hợp các kim loại tinh khiết Zn và Cu trong dung dịch HCl. 02.Một vật được chế tạo từ hợp kim Zn và Cu. Vật để trong không khí ẩm. Hãy cho biết vật ấy bị ăn mòn theo kiểu nào> Giải thích? Trình bày cơ chế của sự ăn mòn. 03. Giả sử có một sơi dây phơi áo quần do 3 đoạn dây kim loại được nối trực tiếp với nhau là Al, thép,Cu. Sau một thời gian sẽ có hiện tượng gì xảy ra ở những chỗ nối giữa các đoạn dây kim loại? Giải thích? 04. Giải thích vì sao người ta bảo vệ vỏ tàu biển bằng cách gắn những tấm Zn vào vỏ tàu ( phần vỏ ngâm dưới nước biển)? Trình bày cơ chế của sự ăn mòn? 05. Có những vật bằng sắt tây ( sắt tráng thiếc) và tôn ( sắt tráng Zn), nếu trên bề mặt đó có xây sát sâu tới lớp sắt bên trong; hãy cho biết: Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng 5 6 a. Hiện tượng xảy ra khi vật tiếp xúc với không khí ẩm? b. Cơ chế sự ăn mòn của các vật trên? §5. ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI A. TÓM TẮT GIÁO KHOA I. Nguyên tắc chung: M n+ + ne → M II. Phương pháp 1. Phương pháp thủy luyện: Dùng kim loại có tính khử mạnh đẩy kim loại có tính khử yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. Phương pháp này dùng để điều chế những kim loại hoạt động yếu trong phòng thí nghiệm. Giả sử kim loại A có tính khử > kim loại B: nA + mB n+ → nA m+ + mB - Độ tăng khối lượng thanh kim loại A: ∆m = m B - m A - Độ tăng khối lượng thanh kim loại A: ∆m = m A – m B 2. Phương pháp nhiệt luyện: Dùng các chất khử như C, H 2 , CO, Al… để khử những oxit của các kim loại đứng sau nhôm ở nhiệt độ cao. Phương pháp này điều chế các kim loại trung bình và yeetus trong công nghiệp. Ví dụ: H 2 + CuO → Cu + H 2 O ( t 0 ); PbO + C → Pb + CO Fe 2 O 3 + CO → Fe + CO 2 ; TiO 2 + Al → Ti + Al 2 O 3 * Nếu chất khử là Al thì gọi là phản ứng nhiệt nhôm 3. Phương pháp điện phân ( xem phần điện phân) B. BÀI TẬP 1. Thêm một ít bột đồng vào dung dịch AgNO 3 . Sau một thời gian người ta thu được hỗn hợp 2 muối và hỗn hợp 2 kim loại. Hãy tác riêng từng muối và từng kim loại 2. Có hỗn hợp bột gồm các kim loại Cu, Fe, Ag, Al. Bằng phương pháp hóa học hãy tách riêng từng kim loại ra khỏi hỗn hợp 3. Từ quặng đolomit (CaCO 3 .MgCO 3 ), hãy nêu phương pháp điều chế các kim loại riêng biệt. 4. Có dung dịch hỗn hợp gồm các muối nitrat của Ag + , Cu 2+ và Fe 3+ , dùng phương pháp hóa học tách riêng từng muối 5. Cho 4,72g hỗn hợp bột các chất Fe, FeO và Fe 2 O 3 tác dụng với CO ở nhiệt độ cao. Sau phản ứng thu được 3,92 gan sắt. Nếu ngâm cùng lượng hỗn hợp trên vào dung dịch CuSO 4 dư sau phản ứng thu được 4,96g hỗn hợp rắn. Hãy xác định khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu? 6. Cho dòng khí CO dư qua hỗn hợp A gồm Fe và Fe 2 O 3 . phản ứng thu được 11,2g Fe. Mặt khác, nếu cho hỗn hợp A trong dung dịch HCl dư, sau phản ứng thu được 2,24 lít H 2 (đktc). Tìm % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp A. 7. Khử hoàn toàn 4,8g một oxit kim loại ở nhiệt độ cao cần 2,016 lit khí CO. Kim loại thu được đêm hòa tan trong dung dịch HCl thu được 1,344lits H 2 (đktc)> Xác định công thức của oxit. 8. Người ta phủ một lớp Ag trên một vật bằng đồng có khối lượng 8,84g bằng cách ngâm vật đó trong dung dịch AgNO 3 . Sau một thời gian người ta lấy vật ra khỏi dung dịch , rửa nhẹ, làm khô, cân nặng 10g 1. Tính khối lượng Ag đã phủ trên bề mặt kim loại. 2. Người ta có thể phủ khối lượng Ag như trên lên bề mặt của vật bằng Cu bằng phương pháp mạ điện.Nếu cường độ dòng điện là 2A. a. Cho biết catot và anot làm bảng kim loại gì? b. Tính thời gian cần thiết cho việc mạ điện. 9. Hòa tan hoàn toàn mg bột Fe x O y bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc, nóng dư thu được khí SO 2 và dung dịch B. Cho SO 2 hấp thụ hoàn toàn bởi dung dịch NaOH dư tạo ra 12,6g muối, cô cạn dung dịch B thu được 120g muối khan. Xác định công thức của axit. 10. Cho một dòng khí CO qua ống sứ đựng 0,04mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe 2 O 3 đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được chất rắn B gồm 4 chất , nặng 4,784g. Khí đi ra khỏi ống sư cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH) 2 dư thu được 9,062g kết tủa. Mặt khác hòa tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít H 2 (đktc) 1. Tính % khối lượng các chất trong A 2. Tính % khối lượng các chất trong B, biết rằng trong B số mol Fe 3 O 4 bằng 1/3 tổng số mol của Fe(II) và Fe(III) 11. Hỗn hợp A chứa Al và Fe x O y . Sau khi phản ứng nhiệt nhôm mẫu A thu được 92,35g chất rắn C. Hòa tan chất rắn C bằng dung dịch NaOH dư thấy có 8,4 lít khí bay ra còn lại phần không tan D. Hòa tan ¼ phần không tan D bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc, nóng thấy tốn hết 60 ga H 2 SO 4 98%. 1. Tính khối lượng Al 2 O 3 tạo thành? 2. Xác định công thức của oxit sắt. --------------------------------------------------------------------------- Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng Đại cương hóa vô cơ- GV Nguyễn Đức Dũng . B. HỢP KIM I. Định nghĩa: - Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. Ví dụ: - Thép là hợp kim của. MÒN KIM LOẠI VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI A. TÓM TẮT GIÁO KHOA I. Ăn mòn kim loại: 1. Định nghĩa: sự ăn mòn kim loại là quá trình phá hủy kim loại hoặc hợp kim