- Rót 20ml dung dịch H2SO3 đậm đặc vào bình thuỷ tinh.
3. Các kiến thức đại cương về kim loại, vận dụng để giải thích các hiện tượng xảy ra trong các thí nghiệm nghiên cứu tính chất chung của kim loại.
ra trong các thí nghiệm nghiên cứu tính chất chung của kim loại.
Thí nghiệm 1: Độ dẫn nhiệt của kim loại
Hoá chất: 3 thanh kim loại Cu, Al, Fe, parafin.
Dụng cụ: Đèn cồn, giá sắt, chén sứ, kẹp gỗ, bìa cứng, giấy màu.
Hình 2.6.1. Độ dẫn điện khác nhau của đồng, nhôm sắt
Cu Cu Cu Cu Al AlAl Al Fe FeFe Fe
Cách tiến hành: Cho paraphin vào chén sứ đun cho nóng chảy và nặn thành 3 quả cầu nhỏ. Dùng que tăm và giấy màu làm thành 3 lá cờ nhỏ ghi tên 3 kim loại. Kẹp chặt 3 thanh kim loại với nhau và xuyên qua lỗ nhỏ của tấm bìa cứng. Đầu kia của các thanh kim loại được uốn tách xa nhau (Hình 6.1) trên đầu chúng được gắn quả cầu parafin có gắn tên các kim loại.
Cặp các thanh kim loại nằm ngang trên giá sắt và dùng đèn cồn đốt nóng ba thanh kim loại. Độ dẫn nhiệt của các kim loại được xác định bằng thời gian rơi của quả cầu parafin ở đầu mỗi thanh kim loại. Ta sẽ thấy quả cầu parafin ở thanh đồng sẽ bị rơi trước, tiếp đến là quả cầu ở thanh nhôm và cuối cùng là quả cầu ở thanh sắt.
Chú ý: - Cần chọn 3 thanh kim loại có kích thước, độ tinh khiết tương đương nhau. - Tấm bìa cứng sẽ ngăn sự khuếch tán của nhiệt giúp cho việc nghiên cứư độ dẫn nhiệt của các kim loại thêm chính xác.
Thí nghiệm 2: Dãy hoạt động hoá học của các kim loại
Hoá chất: - Dung dịch HCl 10%, Pb(NO3)2 10%, AgNO3 5%, CuSO4 10%. - Các mảnh kim loại: Zn, Mg, Al, Fe, Cu.
Dụng cụ: Ống nghiệm, giá để ống nghiệm. Cách tiến hành:
a) Kim loại tác dụng với dung dịch axit
Lấy bốn ống nghiệm, cho vào mỗi ống 3ml dung dịch HCl (10%), cho vào mỗi ống 1 mẩu kim loại theo thứ tự Mg, Al, Fe, Cu. Quan sát lượng H2 thoát ra từ các ống nghiệm.
Chú ý: Để làm tăng độ chính xác của thí nghiệm ta cần lưu ý:
- Các mảnh kim loại cần lấy ở dạng kích thước tương đương.
- Cho các kim loại rơi đồng thời vào axit bằng cách đặt các ống nghiệm đựng axit vào giá gỗ. Nghiêng giá để các ống nghiệm đều nghiêng và đặt các mảnh kim loại lên miệng ống, đặt thẳng giá ống nghiệm thì các ống nghiệm cùng dựng đứng và các mẩu kim loại đồng thời rơi xuống dung dịch axit.
107
Lấy 3 ống nghiệm và cho vào mỗi ống các hoá chất: - Ống 1: 2ml dung dịch Pb(NO3)2 và 2 viên kẽm. - Ống 2: 2ml dung dịch CuSO4 và 2 đinh sắt nhỏ. - Ống 3: 2ml dung dịch AgNO3 và 2 mảnh đồng.
- Quan sát sự thay đổi màu sắc trên bề mặt các kim loại trong dung dịch.
- Nhận xét về tính khử của các kim loại trong dung dịch axit và các dung dịch muối, giải thích lí do chọn các cặp chất dùng trong các ống nghiệm ở thí nghiệm (b).
Chú ý: Để giúp học sinh quan sát rõ lớp kim loại bị đẩy ra bám trên thanh kim loại trong dung dịch muối có thể thực hiện bằng các cách:
- Sau thí nghiệm, gạn bỏ dung dịch muối trong ống nghiệm và so sánh với mầu sắc của các kim loại ban đầu.
- Dùng thanh kim loại dài có một phần nhúng trong dung dịch, hướng dẫn học sinh quan sát, so sánh màu của hai phần thanh kim loại.
Thí nghiệm 3: Điều chế hợp kim và thử tính cứng của hợp kim
Hoá chất: Chì, natri.
Dụng cụ: Đèn cồn, chén sứ, dao, giá sắt, đũa sắt, tấm sắt mỏng. Cách tiến hành: Thử độ mềm của các kim loại chì, natri:
- Dùng móng tay vạch thành vết trên viên chì, dùng dao cắt một mẩu natri. Điều chế hợp kim bằng cách: cho 2 – 3 gam Pb vào chén sứ; cặp trên giá và đun nóng chảy. Cắt 1 mẩu Na khoảng 0,1g, lau sạch dầu và bỏ vào chì nóng chảy, dùng đũa sắt khuấy đều rồi đổ ra tấm sắt mỏng. Khi nguội ta được hợp kim Pb – Na. Dùng móng tay vạch trên mặt của hợp kim, nhận xét độ cứng của nó so với chì ban đầu. Ném mẩu hợp kim trên mặt bàn và so sánh tiếng kêu của nó với tiếng kêu của mẩu chì khi bị ném. Từ đó nêu nhận xét về tính chất của hợp kim so với kim loại thành phần.
Thí nghiệm 4: Sựăn mòn kim loại trong dung dịch chất điện li
+ Các dung dịch: H2SO4 loãng, HCl 10%, CuSO4 5%, K3Fe(CN)6 2%.
Dụng cụ: Ống nghiệm, cặp gỗ, giá ống nghiệm. Cách tiến hành: Tiến hành hai thí nghiệm.
a) Lấy hai ống nghiệm cho vào mỗi ống 3ml dung dịch H2SO4 loãng và 2 viên Zn. Quan sát lượng khí H2 thoát ra ở hai ống nghiệm là như nhau. Nhỏ thêm vào một ống 2 – 3 giọt dung dịch CuSO4. Hãy quan sát bề mặt miếng Zn và lượng khí thoát ra trong hai ống nghiệm. Từ các hiện tượng đó xác định dạng ăn mòn kim loại xảy ra trong hai ống nghiệm và giải thích.
b) Lấy 4 đoạn dây thép dài 4cm (hoặc 4 đinh sắt) đánh sạch dỉ và cuốn vào 3 đinh sắt 3 kim loại khác là Zn, Sn, Cu … còn đinh sắt thứ tư để đối chứng.
Lấy 4 ống nghiệm cho vào mỗi ống 3 – 4 ml nước cất, 1 – 2 giọt dung dịch HCl và 2 giọt K3[Fe(CN)6] để nhận ra sự có mặt của ion Fe2+ do tạo ra phức Fe3[Fe(CN)6]2 màu xanh.
Bỏ 4 đoạn dây thép đã chuẩn bị ở trên vào các ống nghiệm. Quan sát tốc độ xuất hiện màu xanh trong dung dịch. Hãy xác định ống nghiệm có cặp pin nào xuất hiện màu xanh nhanh nhất, ống nghiệm có cặp pin nào xuất hiện màu xanh chậm nhất, ống nghiệm có đoạn dây sắt không thì có xuất hiện màu xanh không và giải thích các hiện tượng trên.
Chú ý: Ta cũng cho 4 đoạn dây sắt trên cùng rơi xuống các dung dịch cùng một lúc để đảm bảo về thời gian cùng xảy ra phản ứng.
Thí nghiệm 5: Chống ăn mòn kim loại bằng cách phủ lớp bảo vệ
Hoá chất: Đinh sắt, HCl 10%, parafin, sơn. Dụng cụ: Ống nghiệm, đèn cồn, cặp gỗ, chén sứ.
Cách tiến hành: Lấy 3 đinh sắt dài 3 – 4cm, một chiếc được sơn phủ kín bề mặt, chiếc thứ hai được nhúng vào chén sứ có parafin đã nóng chảy, chiếc thứ ba để so sánh, đối chứng.
109
Lấy 3 ống nghiệm cho vào 3ml dung dịch HCl 10% và bỏ ba đinh sắt đã chuẩn bị vào 3 ống nghiệm. Quan sát hiện tượng trong các ống nghiệm, so sánh các đinh sắt đã phủ sơn, parafin với đinh sắt không bị phủ.
Lấy 2 đinh sắt đã phủ lớp bảo vệ ra khỏi dung dịch và cạo bỏ một phần lớp bảo vệ rồi lại bỏ vào dung dịch trên. Quan sát hiện tượng xảy ra ở phần đinh đã cạo bỏ lớp sơn, parafin. Từ hiện tượng trên hãy nêu nguyên tắc, biện pháp chống ăn mòn kim loại và điều kiện của chất được chọn để bảo vệ kim loại.
Chú ý: Cần sơn phủ đinh sắt trước và để cho sơn khô mới cho vào dung dịch axit.
Thí nghiệm 6: Chống ăn mòn kim loại bằng chất hãm
Hoá chất: Dung dịch HCl 20%, H2SO4 10%, đinh sắt, (CH2)6N4 (urotropin), CaCO3.
Dụng cụ: Ống nghiệm, cặp gỗ, giá ống nghiệm. Cách tiến hành:
Lấy hai ống nghiệm, cho vào mỗi ống 3 – 4 ml dung dịch HCl 20% (hoặc H2SO4 10%) và 2 đinh sắt đã rửa sạch. Quan sát lượng khí H2 thoát ra ở hai ống nghiệm là như nhau. Cho tiếp vào một ống một ít bột urotropin bằng hạt ngô và lắc mạnh cho tan rồi để yên. So sánh lượng H2 thoát ra ở hai ống nghiệm. Chú ý đến tốc độ phản ứng trong ống nghiệm có thêm urotropin. Vậy urotropin có làm thay đổi tính axit của dung dịch HCl không?
Lấy 2 ống nghiệm, gạn hai dung dịch axit ở hai ống nghiệm trên sang và bỏ vào mỗi ống hai mẩu đá vôi CaCO3 bằng hạt đậu đen. Quan sát tốc độ thoát khí ở hai ống nghiệm và xác định vai trò của urotropin trong phản ứng. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. Nếu thay đinh sắt bằng Zn, Sn, Mg có hiện tượng tương tự xảy ra không?
Chú ý: Nếu không có urotropin có thể thay bằng dung dịch HCHO, (1ml) hoặc dung dịch KI.
Thí nghiệm 7: Điều chế kim loại bằng phương pháp thuỷ luyện
Hoá chất: Fe, Cu, Al, dung dịch CuSO4, AgNO3, Pb(NO3)2. Dụng cụ: Ống nghiệm, kẹp gỗ, giấy lọc.
Cách tiến hành:
Cho vào ống nghiệm 3ml dung dịch CuSO4 và bỏ vào 2 đinh sắt (hoặc mảnh nhôm) trong khoảng 3 – 5 phút. Quan sát bề mặt đinh sắt, gạn bỏ dung dịch, lấy đinh sắt và đặt trên giấy lọc, tách lớp kim loại đồng bám trên bề mặt đinh sắt.
Tiến hành tương tự cho mảnh đồng vào dung dịch AgNO3, mảnh Al vào dung dịch Pb(NO3)2 và tách các kim loại tạo ra trên giấy lọc. Từ các thí nghiệm này hãy xác định nguyên tắc điều chế kim loại bằng phương pháp thuỷ luyện, các kim loại được điều chế bằng phương pháp này.
Chú ý: - Chọn các kim loại, muối của kim loại khác để tiến hành thí nghiệm cần chú ý đến tính trực quan trong biểu diễn thí nghiệm.
Thí nghiệm 8: Điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện
Hoá chất: Zn, CuO, dung dịch HCl 20%.
Dụng cụ: Đèn cồn, giá sắt, nút cao su có ống dẫn khí, bình Kíp đơn giản, ống nghiệm, ống nghiệm thủng đáy, cốc thủy tinh.
Cách tiến hành: Có thể tiến hành thí nghiệm bằng hai cách sau:
a) Lắp dụng cụ như hình vẽ (2.6.2a) cho vào giữa ống nghiệm thủng đáy một lượng CuO bằng hạt đậu đen và dàn mỏng. Đậy hai đầu ống bằng nút có ống dẫn khí. Nối một đầu ống dẫn với bình Kíp đơn giản điều chế H2, đầu ống dẫn kia được đưa vào ống nghiệm đặt trong cốc nước lạnh để ngưng tụ hơi nước tạo ra. Đốt nóng CuO trước rồi cho H2 từ bình Kíp đi qua CuO, nung nóng. Tiến hành đun khoảng 3 – 5 phút thì tắt đèn cồn, ngừng cho khí H2 thoát ra.
b b b b Zn H2222OO OO H2222 HCl CuO CuO a a a a
111
Hình 2.6.2.
b) Ta có thể tiến hành thí nghiệm đơn giản hơn bằng dụng cụ như hình vẽ 2.6.2b. Cho vào ống nghiệm 4ml dung dịch HCl 20% hoặc H2SO410% và cặp lên giá sắt. Đậy ống nghiệm bằng nút cao su có ống dẫn khí uốn chữ V đã cho một ít bột CuO vào đoạn uốn chữ V của ống dẫn. Mở nút cho vào ống nghiệm 4 – 5 viên kẽm. Đậy nút và đốt nóng phần ống dẫn chứa CuO. Khí H2 đi qua CuO nung nóng và khử CuO. Quan sát sự thay đổi màu sắc của CuO. Từ đó rút ra nguyên tắc điều chế kim loại bằng phương pháp nhịêt luyện, các kim loại được điều chế bằng phương pháp này và các chất có thể dùng để khử các oxit của kim loại.
Chú ý: - Có thể cho thêm 4 – 5 giọt dung dịch CuSO4 vào ống nghiệm điều chế khí H2 để khí thoát ra nhanh và mạnh hơn.
- Có thể dùng Fe2O3, PbO thay cho CuO.
Thí nghiệm 9: Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân
Hoá chất: CuCl2, KI, hồ tinh bột, nước cất.
Dụng cụ: Ống chữ U, điện cực than chì, dây điện, biến áp một chiều hoặc pin, acqui, cốc thuỷ tinh, giá sắt.
Cách tiến hành: Cặp ống chữ U lên giá sắt, pha dung dịch CuCl2 bão hoà trong cốc thủy tinh và rót vào ống chữ U dung dịch cách miệng ống 2cm. Dùng dây điện nối hai điện cực bằng than chì và được nối với nguồn điện (pin, acqui) hoặc 2 cực của biến áp. Đặt 2 điện cực vào hai nhánh của ống chữ U. Đóng mạch điện và điều chỉnh hiệu điện thế từ 8 – 10v. Quan sát hiện tượng điện phân xảy ra ở hai điện cực.
Để nhận ra khí Cl2 tạo ra ở ở cực dương (anôt) nhỏ vào nhánh chứa cực dương 4 – 5giọt dung dịch KI và 2 – 3 giọt hồ tinh bột. Quan sát màu sắc ở điện cực âm. Tiến hành điện phân khoảng 3 – 5phút, cắt nguồn điện và nhấc điện cực âm ra khỏi dung dịch thì quan sát đồng bám vào điện cực rõ hơn.
−−−− +
dd CuCl2
CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1.Vì sao kim loại có tính dẫn nhiệt? Độ dẫn nhiệt của kim loại phụ thuộc vào những yếu tố nào? Trong kỹ thuật, đo độ dẫn nhiệt của kim loại bằng cách nào? 2. Để chứng minh mức độ hoạt động hoá học khác nhau của các kim loại ta cần tiến hành thí nghiệm nào? Các hoá chất cần chọn và giải thích lí do?
3. Bản chất sự ăn mòn kim loại trong dung dịch chất điện li? Hãy giải thích hiện tượng xảy ra khi tiến hành thí nghiệm 4.
4. Khi cho thanh sắt có cuộn thêm dây đồng nhỏ vào dung dịch axit ta thấy H2 thoát ra ở bề mặt dây đồng. Học sinh có thể hiểu rằng đó là do đồng tác dụng với axit khi có mặt của sắt. Vậy cần giải thích như thế nào và chọn hiện tượng gì để chứng minh?
5. Có thể dùng thí nghiệm 6 để hình thành khái niệm hoá học nào? Ở bài dạy nào của chương trình phổ thông? đề xuất phương án sử dụng thí nghiệm đó trong bài dạy?
6. Nguyên tắc chung để điều chế kim loại mạnh, trung bình, yếu? Hãy thiết kế dụng cụ để tiến hành thí nghiệm điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện với chất khử là C, CO, Al.
7. Mô tả quá trình oxi hoá khử xảy ra ở các điện cực khi điện phân dung dịch CuSO4, CuCl2? Vì sao ta chọn quá trình điện phân dung dịch CuCl2 bão hoà để biểu diễn trong giờ dạy?
113