- Xác định mục tiêu bài học;
2.2.1. Chương 1: Đại cương kim loạ
2.2.1.1. Mục tiêu của chương
Về kiến thức
Biết:
- Vị trí của các nguyên tố kim loại trong bảng tuần hồn.
- Tính chất và ứng dụng của hợp kim.
- Một số khái niệm trong chương: Cặp oxi hóa - khử, pin điện hóa, suất điện động chuẩn của pin điện hóa, thế điện cực chuẩn của kim loại, sự điện phân (các phản ứng hóa học xảy ra ở các điện cực).
Hiểu :
- Giải thích được những tính chất vật lí, tính chất hóa học chung của kim loại. Dẫn ra được những ví dụ minh họa và viết các PTHH.
- Ý nghĩa của dãy điện hóa chuẩn của kim loại:
Xác định chiều của phản ứng giữa chất oxi hóa và chất khử trong hai cặp oxi hóa - khử
- Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực của pin điện hóa khi hoạt động và của quá trình điện phân chất điện li.
- Điều kiện, bản chất của sự ăn mịn điện hóa và các biện pháp phịng, chống ăn mòn kim loại.
- Hiểu được các phương pháp điều chế những kim loại cụ thể (kim loại có tính khử mạnh, trung bình, yếu).
Về kĩ năng
- Biết vận dụng dãy điện hóa chuẩn của kim loại để:
+ Xét chiều của phản ứng hóa học giữa chất oxi hóa và chất khử trong hai cặp oxi hóa - khử của kim loại.
+ So sánh tính khử, tính oxi hóa của các cặp oxi - khử.
- Tính suất điện động chuẩn của pin điện hóa.
- Biết tính tốn khối lượng, lượng chất liên quan với q trình điện phân (tính tốn theo phương trình điện phân và tính tốn theo sự vận dụng định luật Faraday).
- Thực hiện được những thí nghiệm chứng minh tính chất của kim loại, thí nghiệm về pin điện hóa và sự điện phân, những thí nghiệm về ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại.
Về thái độ
- Nghiêm túc trong các giờ bài tập.
- Tích cực hóa trong tiếp nhận các tri thức mới.
- Giáo dục lòng say mê học tập, ý thức vươn lên chiếm lĩnh kiến thức khoa học, kĩ thuật.
- Ý thức bảo vệ môi trường.
Cấu tạo kim loại
Hầu hết các kim loại ở điều kiện thường (trừ thủy ngân) đều tồn tại dưới dạng tinh thể. Trong tinh thể kim loại, ion dương và các nguyên tử kim loại ở các nút mạng của tinh thể. Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Lực hút giữa các electron này và các ion dương tạo lên liên kết kim loại.
Liên kết kim loại là loại liên kết được hình thành giữa các nguyên tử ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do. Dạng liên kết này giúp cho kim loại có cấu tạo dạng mạng tinh thể bền vững và gây lên những tính chất vật lí đặc trưng của kim loại.
Nghiên cứu cấu tạo mạng tinh thể kim loại cần lưu ý rằng trong mạng tinh thể kim loại ln có sự cân bằng động giữa các ion dương kim loại nhận electron tự do để trở thành nguyên tử kim loại và ngược lại. Nguyên tử kim loại tồn tại trong mạng tinh thể là rất ngắn chỉ 10-14 đến 10-11 giây. Một vài kim loại ở trạng thái hơi có thể tạo liên kết cộng hóa trị. Vì vậy trong phản ứng hóa học khi viết cơng thức phân tử kim loại bằng chính kí hiệu của chúng chỉ là cách viết đơn giản. Để hiểu rõ bản chất của liên kết kim loại cần cho học sinh so sánh nó với liên kết ion và liên kết cộng hóa trị, tìm ra những điểm giống nhau và khác nhau giữa chúng.
Ta cần chú ý đến các dạng mạng tinh thể kim loại phổ biến nhất là lập phương tâm khối, lập phương tâm diện, lục phương, cách tra cứu nó trong bảng tuần hồn và các đặc điểm về độ đặc khít đặc trưng cho từng dạng tinh thể vì chúng có mối liên quan đến tính chất chung của kim loại.
Cấu tạo nguyên tử kim loại, cấu hình electron của nguyên tử kim loại là cơ sở để giải thích tính chất hóa học chung của kim loại. Khi phân tích cấu tạo nguyên tử của kim loại cần chú ý đến số electron lớp ngồi cùng ít, bán kính ngun tử tương đối lớn do chúng dễ nhường electron hóa trị. Chúng có năng lượng ion
thấp và có tính khử. Các dữ kiện này luôn được xem xét trong phần đặc tính chung của các nhóm kim loại.
Nguyên tử kim loại có số electron lớp ngồi cùng ít hơn 4, trừ hiđro, heli và bo. Một số nguyên tử kim loại có số electron ngoài cùng là 4 (Sn, Pb), 5(Sb,Bi), 6(Po) và 18 (Pd). Băng thực nghiệm ta thấy một số kim loại thuộc nhóm B ở chu kỳ 4,5,6 có cấu hình electron ngun tử ở trạng thái cơ bản khơng hồn tồn đúng theo nguyên lý bền vững. Đó là một số nguyên tố d và nguyên tố f như Cr(z=24); Cu(z=29); Nb(z=41); Mo(z=42); Ru(z=44); Rh(z=45);Ag(z=47); Pt(z=78);Au(z=79)
Tính chất vật lý của kim loại
Khi nghiên cứu một kim loại cụ thể cần lưu ý đến dạng mạng tinh thể, độ bền của liên kết kim loại, khối lượng nguyên tử… vì chúng là nguyên nhân gây ra tính chất vật lí của kim loại như: tỉ khối, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, độ cứng tính dẻo… Vậy nghiên cứu tính chất vật lí của kim loại cần chú trọng đến mối liên hệ này. Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần các đơn chất tham gia hợp kim và cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim.
Tính chất hóa học chung của kim loại
Từ sự phân tích cấu hình electron, độ âm điện, năng lượng ion hóa, bán kính ngun tử… để xác định tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử, nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương: MMn++ne. Các tính chất cụ thể của kim loại: tác dụng với phi kim, axit, dung dịch muối và với nước như các ví dụ minh chứng cho nhận định về tính chất đặc trưng của kim loại.
Nghiên cứu về dãy điện hóa của kim loại cần lưu ý học sinh về điều kiện xây dựng dãy điện hóa, các khái niệm thế điện cực chuẩn, chiều của phản ứng oxi hóa – khử và phân tích ý nghĩa của dãy điện hóa chuẩn của kim loại để dự đốn, xác định chiều của phản ứng hóa học giữa hai cặp oxi hóa- khử, xác định hiệu suất điện động của pin điện hóa. Nghiên cứu thí nghiệm về pin điện hóa cần
phân tích vai trị của cầu muối – một thiết bị khơng thể thiếu được trong bộ dụng cụ thí nghiệm về pin điện hóa.
Nghiên cứu sự điện phân các chất điện phân trong vật lí và qui luật phản ứng oxi hóa- khử để xem xét các q trình oxi hóa- khử trên các điện cực và các ứng dụng quan trọng của nó trong thực tiễn như: điều chế các kim loại, một số phi kim và hợp chất; tinh chế một số kim loại và mạ điện. Chú ý đến phản ứng hóa học xảy ra ở trong bình điện phân, q trình oxi hóa, q trình khử xảy ra ở các điện cực và sự khác biệt về tên, dấu các điện cực trong pin điện hóa. Phản ứng oxi hóa khử trong thiết bị điện phân chỉ xảy ra khi có tác động của dịng điện một chiều từ bên ngoài cịn phản ứng oxi hóa khử xảy ra bên trong pin điện lại là nguyên nhân phát sinh dòng điện.
Nghiên cứu sự ăn mòn kim loại cần làm rõ các khái niệm ăn mịn hóa học, ăn mịn điện hóa và chú ý đến bản chất, điều kiện, cơ chế của sự ăn mịn điện hóa. Các kiến thức này sẽ giúp học sinh hiểu được cơ sở khoa học của các biện pháp bảo vệ kim loại như phương pháp bảo vệ bề mặt, bảo vệ điện hóa và các ứng dụng trong thực tiễn của chúng.
Nghiên cứu quá trình điều chế kim loại cần xuất phát từ nguyên tắc chung là thực hiện sự khử ion kim loại có trong các hợp chất hóa học: Mn+ + ne M. Quá trình này được vận dụng trong các phương pháp thủy luyện, nhiệt luyện, và điện phân. Với mỗi phương pháp cần phân tích cơ sở khoa học và ứng dụng thực tiễn của chúng để điều chế một số kim loại có mức độ hoạt động khác nhau. Phương pháp điện phân cần được chú trọng nhiều hơn về các ưu điểm của nó như dùng để điều chế được các kim loại có mức độ hoạt động khác nhau, có độ tinh khiết cao hơn. Cần vận dụng định luật Faraday trong chương trình vật lí lớp 11 để giải các bài tập hóa học về điện phân các chất hóa học cụ thể.
Các kim loại được nghiên cứu trên cơ sở thuyết electron về cấu tạo chất và lí thuyết chung về đại cương kim loại. Việc nghiên cứu các nhóm nguyên tố kim loại cũng được thực hiện bằng con đường suy diễn từ sự phân tích cấu tạo dạng mạng tinh thể, cấu hình e của ngun tử, bán kính ngun tử… để nghiên cứu tính chất vật lí, tính chất hóa học của kim loại và một số hợp chất quan trọng của nó.
Ngồi các nhóm ngun tố kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ trong chương trình hóa học Cao đẳng chuyên nghiệp còn nghiên cứu các nhóm nguyên tố chuyển tiếp, các nguyên tố họ Lanthan.
Trong quá trình giảng dạy GV nên tăng cường sử dụng phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề, tạo tình huống có vấn đề hoặc nâng cao tính tích cực và hứng thú nhận thức cho SV bằng các câu hỏi như:
- Vì sao Hg có tnc, ts thấp nhất trong các kim loại? Hg có cấu trúc tinh thể nào? Khả năng tạo hỗn hống của Hg và các ứng dụng của nó.
- Vì sao Li được xếp ở đầu dãy hoạt động hóa học của các kim loại? - Vì sao Li, Be có tính chất khác với các kim loại khác trong nhóm?
- Vì sao có thể dùng natri peoxit để cung cấp oxi và khử bỏ khí thải trong tàu ngầm?
- Vì sao Zn tan được trong NH3 còn các kim loại Al, Be, Cr lại khơng tan mặc dù chúng cũng có các oxit, hidroxit lưỡng tính?
- Pb chỉ tác dụng với dung dịch HCl khi nóng hoặc đặc cịn khi nguội thì khơng phản ứng?
- Dung dịch axit HCl chỉ tác dụng với Cu khi có mặt O2?
- Tìm một muối cacbonnat kim loại hóa trị 3 mà khơng tồn tại trong dung dịch? - Vì sao đồ dùng bằng Ag lại bị đen dần trong khơng khí? Cách làm sáng lại các đồ dùng này?
Trong nghiên cứu các kim loại cần có sự so sánh tính chất các kim loại trong nhóm, giữa các nhóm để củng cố kiến thức về sự biến thiên tính chất trong nhóm, chu kì sử dụng dãy điện hóa để giải thích tính chất các kim loại và hợ chất cũng như các hiện tượng tưởng như là trái qui luật. Đồng thời giáo viên cũng cần cung cấp thêm thông tin về những ứng dụng thực tiễn của các kim loại và các hợp chất của chúng.