CHƯƠNG 5 ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI
II. TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI. DÃY ĐIỆN HOÁ CỦA KIM LOẠI
4. DÃY ĐIỆN HOÁ KIM LOẠI
- Cặp oxi hóa khử của kim loại
VD: Ag+ + 1e Ag; Cu+ + 2e Cu; Fe2+ + 2e Fe + Nguyên tử kim loại đóng vai trò chất khử, các ion kim loại đóng vai trò chất oxi hóa.
+ Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa - khử của kim loại
VD: Ag+ /Ag , Cu2+/Cu, Fe2+/Fe, . . . - Dãy điện hóa của kim loại:
Li+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+Al3+ Mn2+Zn2+ Cr2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+ Pt2+
Au3+
Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Fe2+ Hg Ag Pt Au
Tính oxi hóa của ion kim loại tăng, tính khử của kim loại giảm - So sánh tính chất cặp oxi hóa khử
So sánh tính chất giữa các cặp oxi hóa khử: Ag+ /Ag và Cu2+/Cu, Zn2+/Zn, nhận thấy:
Tính oxh các ion: Ag+> Cu2+> Zn2+
Tính khử: Zn>Cu>Ag
125 - Ý nghĩa dãy điện hóa
Cho phép dự đoán chiều phản ứng giữa 2 cặp oxh khử theo qui tắc α Zn2+
Zn
Cu2+
Cu Zn + Cu2+→ Zn2++ Cu
Hg22+
Hg
Ag+
Ag Hg + 2Ag+→ Hg2++ 2Ag
chất oxh mạnh + chất khử mạnh → chất oxh yếu + chất khử yếu . VD: phản ứng giữa 2 cặp Cu2+/Cu và Fe2+/Fe là: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu 5
5.. HHợợpp kkiimm::
- KHÁI NIỆM: Hợp kim là vật liệu gồm một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
VD: Thép, gang, inox, hợp kim đuyra, . ..
- TÍNH CHẤT: Hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự tính chất của các đơn chất tham gia tạo thành hợp kim, nhưng tính chất vật lí và tính chất cơ học của hợp kim lại khác nhiều tính chất các đơn chất.
+ Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp hơn.
+ Hợp kim cứng và giòn hơn.
6.6. SSỰỰĂĂNN MMÒÒNN KKIIMM LLOOẠIẠI a) Sự ăn mòn kim loại
Khái niệm chung: Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hay hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường.
Bản chất của sự ăn mòn kim loại là sự oxi hóa kim loại thành ion kim loại:
M → Mn+ +ne
b) Phân loại: Ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
- Ăn mòn hóa học: Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hoá – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường.
Đặc điểm :
+ Không phát sinh dòng điện.
+ Nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh.
- Ăn mòn điện hóa: Ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa –khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện.
+ Cơ chế
126
* Kim loại hoạt động mạnh hơn đóng vai trò là cực âm (anot). Ở đây xảy ra quá trình oxi hóa
M → Mn+ + ne
* Kim loại hoạt động yếu hơn hoặc phi kim đóng vai trò là cực dương (catot). Ở đây xảy ra quá trình khử:
2H+ + 2e → H2 hoặc O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
* Dòng điện chuyển dời từ cực âm sang dương.
+ Điều kiện có ăn mòn điện hóa:
* Các điện cực phải khác nhau về bản chất.
* Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau.
* Các điện cực phải cùng tiếp xúc với dd chất điện li.
c) Cách chống ăn mòn kim loại:
Nguyên tắc chung: Hạn chế hay triệt tiêu ảnh hưởng của môi trường đối với kim loại.
Phương pháp:
* Phương pháp bảo vệ bề mặt: Dùng các chất bền với môi trường phủ lên bề mặt kim loại
* Dùng phương pháp điện hoá
Nguyên tắc: Gắn kim loại có tính khử mạnh với kim loại cần được bảo vệ (có tính khử yếu hơn).
7.7. ĐiĐiềuều cchhế ế kkiim m llooạiại::
- NGUYÊN TẮC: Khử ion kim loại thành nguyên tử: Mn+ + ne → M - PHƯƠNG PHÁP:
+ Phương pháp nhiệt luyện: Dùng các chất khử như CO, H2, C, NH3, Al,… để khử các ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao.
VD: Fe2O3 + 3CO t0 2Fe + 3CO2
Phương pháp này dùng để điều chế các kim loại có độ hoạt động trung bình (sau Al) + Phương pháp thủy luyện: Dùng kim loại tự do có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại trong dung dịch muối. VD: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Phương pháp này dùng để điều chế các kim loại hoạt động yếu (sau H) + Phương pháp điện phân:
* Điện phân hợp chất nóng chảy: Dùng dòng điện để khử ion kim loại trong hợp chất nóng chảy (oxit, hidroxit, muối halogen)
Vd 1: 2Al2O3
dpnc 4Al + 3O2
127 Vd 2: 4NaOHdpnc 4Na + O2 + 2H2O
Phương pháp này dùng để điều chế kim loại có độ hoạt động mạnh (từ đầu đến Al)
* Điện phân dung dịch: Dùng dòng điện để khử ion trong dung dịch muối.
Vd1: CuCl2 dpdd Cu + Cl2
Vd2: CuSO4 + H2O dpddCu + 1/2O2+ H2SO4
Phương pháp này dùng điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al).
* Tính lượng chất thu được ở các điện cực: m = A.I.t/(n.F) m: Khối lượng chất thoát ra ở điện cực (gam)
A: Khối lượng mol của chất đó n: Số electron trao đổi.
Ví dụ: Cu2+ + 2e → Cu, thì n = 2 và A = 64
2OH- → O2 + 2H+ + 4e, thì n = 4 và A = 32.
t: Thời gian điện phân (giây, s) I: Cường độ dòng điện (ampe, A) F: Số Faraday (F = 96500).
B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP B1. CẤP ĐỘ BIẾT
Câu 1: Câu nào sau đây không đúng:
A. Số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại thường có ít (1 đến 3e).
B. Số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử phi kim thường có từ 4 đến 7.
C. Trong cùng chu kỳ, nguyên tử kim loại có bán kính nhỏ hơn nguyên tử phi kim.
D. Trong cùng nhóm, số electron ngoài cùng của các nguyên tử thường bằng nhau.
Câu 2: Cho các cấu hình electron nguyên tử sau:
1) 1s22s22p63s1 2) 1s22s22p63s23p64s2 3) 1s22s1 4) 1s22s22p63s23p1 Các cấu hình đó lần lượt là của những nguyên tố :
A. Ca (Z=20), Na(Z=11), Li(Z=3), Al(Z=13) B. Na(Z=11), Ca(Z=20), Li(Z=3), Al(Z=13 C. Na(Z=11), Li(Z=3), Al(Z=13), Ca(Z=20) D. Li(Z=3), Na(Z=11), Al(Z=13), Ca(Z=20)
Câu 3: Cho 4 cặp oxi hóa - khử: Fe2+/Fe; Fe3+/Fe2+; Ag+/Ag;Cu2+/Cu. Dãy xếp các cặp theo chiều tăng dần về tính oxi hóa và giảm dần về tính khử là dãy chất nào?
128 A. Fe2+/Fe; ;Cu2+/Cu; Fe3+/Fe2+; Ag+/Ag B. Fe3+/Fe2+; Fe2+/Fe; Ag+/Ag; Cu2+/Cu C. Ag+/Ag; Fe3+/Fe2+; Cu2+/Cu; Fe2+/Fe D. Cu2+/Cu; Fe2+/Fe; Fe3+/Fe2+; Ag+/Ag Câu 4: Có các kim loại Cu, Ag, Fe, Al, Au. Độ dẫn điện của chúng giảm dần theo thứ tự:
A. Ag, Cu, Au, Al, Fe B. Ag, Cu, Fe, Al, Au C. Au, Ag, Cu, Fe, Al D. Al, Fe, Cu, Ag, Au Câu 5: Kim loại có những tính chất vật lý chung nào sau đây?
A. Tính dẻo, tính dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy cao B. Tính dẻo, tính dẫn điện và nhiệt, có ánh kim
C. Tính dẫn điện và nhiệt, có khối lượng riêng lớn, có ánh kim D. Tính dẻo, có ánh kim, rất cứng.
B2. CẤP ĐỘ HIỂU
Câu 6: Từ dung dịch MgCl2 ta có thể điều chế Mg bằng cách A. Điện phân dung dịch MgCl2.
B. Chuyển MgCl2 thành Mg(OH)2 rồi chuyển thành MgO rồi khử MgO bằng CO … C. Cô cạn dung dịch rồi điện phân MgCl2 nóng chảy.
D. Dùng Na kim loại để khử ion Mg2+ trong dung dịch.
Câu 7: Kết luận nào sau đây không đúng?
A. Các thiết bị máy móc bằng kim loại tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao có khả năng bị ăn mòn hóa học.
B. Nối thanh Zn với vỏ tàu thuỷ bằng thép thì vỏ tàu thủy sẽ được bảo vệ.
C. Để đồ vật bằng thép ngoài không khí ẩm thì đồ vật đó sẽ bị ăn mòn điện hóa.
D. Một miếng vỏ đồ hộp làm bằng sắt tây (sắt tráng thiếc) bị xây xát tận bên trong, để trong không khí ẩm thì Sn sẽ bị ăn mòn trước.
Câu 8: Kim loại nào sau đây khi tác dụng với dd HCl và tác dụng với Cl2 cho cùng loại muối clorua:
A. Fe B. Ag C. Cu D. Zn
Câu 9: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào kim loại bị ăn mòn điện hóa ? A. Cho kim loại Zn vào dung dịch HCl
B. Thép cacbon để trong không khí ẩm C. Đốt dây Fe trong khí O2
D. Cho kim loại Cu vào dung dịch HNO3 loãng Câu 10: Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử vì:
129 A. Nguyên tử kim loại thường có 5,6,7 electron lớp ngoài cùng
B. Nguyên tử kim loại có năng lượng ion hóa nhỏ
C. Kim loại có xu hướng nhận thêm electron để đạt đến cấu trúc bền D. Nguyên tử kim loại có độ âm điện lớn.
B3. CẤP ĐỘ VẬN DỤNG THẤP
Câu 11: Để tách riêng từng kim loại ra khỏi dung dịch chứa đồng thời muối AgNO3 và Pb(NO3)2, người ta dùng lần lượt các kim loại:
A. Cu, Fe B. Pb, Fe C. Ag, Pb D. Zn, Cu
Câu 12: Nhúng một lá sắt vào dung dịch CuSO4, sau một thời gian lấy lá sắt ra cân nặng hơn so với ban đầu 0,2 g, khối lượng đồng bám vào lá sắt là:
A. 0,2gam B. 1,6gam C. 3,2gam D. 6,4gam
Câu 13: Hoà tan hoàn toàn 2,17 gam hỗn hợp 3 kim loại A, B, C trong dung dịch HCl dư thu được 2,24 lít khí H2 (đktc) và m gam muối. Giá trị của m là
A. 9,27. B. 5,72. C. 6,85. D. 6,48.
Câu 14: Cho 7,8 gam K vào 192,4 gam nước thu được m gam dd và một lượng khí thoát ra.
Giá trị m là
A. 198g B. 200,2g C. 200g D. 203,6g Câu 15: Ngâm một lá Zn trong dd có hòa tan 4,16 gam CdSO4. Phản ứng xong khối lượng lá Zn tăng 2,35%. Khối lượng lá Zn trước phản ứng là
A. 40g B. 60g C. 80g D. 100g B4. CẤP ĐỘ VẬN DỤNG CAO
Câu 16: Cho 19,3 gam hỗn hợp bột gồm Zn và Cu có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 2 vào dung dịch chứa 0,2 mol Fe2(SO4)3. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam kim loại. Giá trị của m là
A. 6,40. B. 16,53. C. 12,00. D. 12,80.
Câu 17: Cho 5,6 gam Fe tan hết trong dung dịch HNO3 thu được 21,1 gam muối và V lít NO2 (đktc). Tính V.
A. 3,36 lít B. 4,48 lít C. 5,6 lít D. 6,72 lít
Câu 18: Khi hoà tan hoàn toàn m gam kim loại M trong dung dịch HNO3 dư thu được V lít NO duy nhất. Mặt khác, hoà tan hoàn toàn m gam M trong dung dịch HCl dư cũng thu được V lít khí, khối lượng muối Clorua thu được bằng 52,48% khối lượng muối Nitrat thu được ở trên. Các khí đo ở cùng điều kiện, xác định M.
130
A. Mn B. Cr C. Fe D. Al
Câu 19: Trộn 84 gam bột Fe với 32 gam bột S rồi đun nóng (không có không khí). Hoà tan chất rắn A sau khi nung bằng dung dịch HCl dư được d/dịch B và khí C. Đốt cháy khí C cần V lít oxi (đktc). Các p/ứng xảy ra hoàn toàn. Tính V.
A. 16,8 lít B. 39,2 lít C. 11,2 lít D. 33,6 lít
Câu 20: Cho hỗn hợp gồm 1,2 mol Mg và x mol Zn vào dung dịch chứa 2 mol Cu2+và 1 mol Ag+ đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được một dung dịch chứa ba ion kim loại. Trong các giá trị sau đây, giá trị nào của x thoả mãn trường hợp trên?
A. 1,8. B. 1,5. C. 1,2. D. 2,0.
C. ĐÁP ÁN