hóa học lớp 12-Lý thuyết đại cương về kim loại và hợp kim

Chia sẻ: LOANKHANG LOANKHANG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

510
lượt xem 92
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo về hóa học lớp 12-Lý thuyết đại cương về kim loại và hợp kim giúp các bạn ôn thi tốt môn hóa học...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: hóa học lớp 12-Lý thuyết đại cương về kim loại và hợp kim

M C TIÊU C A CHƯƠNG 1. Ki n th c Bi t : - V trí c a các nguyên t kim lo i trong b ng tu n hoàn - Tính ch t và ng d ng c a h p kim - M t s khái ni m trong chương: c p oxi hóa – kh , pin i n hóa, su t i n ng chu n c a pin i n hóa, th i n c c chu n c a kim lo i, s i n phân (các ph n ng hóa h c x y ra các i n c c) Hi u : - Gi i thích ư c nh ng tính ch t v t lí, tính ch t hóa h c chung c a kim lo i. D n ra ư c nh ng ví d minh h a và vi t các PTHH - Ý nghĩa c a dãy i n hóa chu n c a kim lo i: + Xác nh chi u c a ph n ng gi a ch t oxi hóa và ch t kh trong hai c p oxi hóa – kh + Xác nh xu t i n ng chu n c a pin i n hóa - Các ph n ng hóa h c x y ra trên các i n c c c a pin i n hóa khi ho t ng và c a quá trình i n phân ch t i n li - i u ki n, b n ch t c a s ăn mòn i n hóa và các bi n pháp phòng, ch ng ăn mòn kim lo i - Hi u ư c các phương pháp i u ch nh ng kim lo i c th (kim lo i có tính kh m nh, trung bình, y u) 2. Kĩ năng - Bi t v n d ng dãy i n hóa chu n c a kim lo i : + Xét chi u c a ph n ng hóa h c gi a ch t oxi hóa và ch t kh trong hai c p oxi hóa – kh c a kim lo i + So sánh tính kh , tính oxi hóa c a các c p oxi – kh + Tính su t i n ng chu n c a pin i n hóa - Bi t tính toán kh i lư ng, lư ng ch t liên quan v i quá trình i n phân (tính toán theo phương trình i n phân và tính toán theo s v n d ng nh lu t Faraday) - Th c hi n ư c nh ng thí nghi m ch ng minh tính ch t c a kim lo i, thí nghi m v pin i n hóa và s i n phân, nh ng thí nghi m v ăn mòn kim lo i và ch ng ăn mòn kim lo i KIM LO I VÀ H P KIM A – KIM LO I I – V TRÍ C A KIM LO I TRONG B NG TU N HOÀN - Nhóm IA (tr H), nhóm IIA: các kim lo i này là nh ng nguyên t s - Nhóm IIIA (tr B), m t ph n c a các nhóm IVA, VA, VIA: các kim lo i này là nh ng nguyên t p - Các nhóm B (t IB n VIIIB): các kim lo i chuy n ti p, chúng là nh ng nguyên t d - H lantan và actini (x p riêng thành hai hàng cu i b ng): các kim lo i thu c hai h này là nh ng nguyên t f * Nh n xét: a s các nguyên t hóa h c ã bi t là nguyên t kim lo i (trên 80 %)
II – C U T O VÀ LIÊN K T TRONG TINH TH KIM LO I 1. C u t o nguyên t kim lo i - H u h t các nguyên t kim lo i có 1, 2 ho c 3 electron l p ngoài cùng - Bán kính nguyên t c a các nguyên t kim lo i ( phía dư i, bên trái b ng tu n hoàn) nhìn chung l n hơn bán kính nguyên t các nguyên t phi kim ( phía trên, bên ph i b ng tu n hoàn) 2. C u t o m ng tinh th kim lo i (SGK l p 10 trang 91) Có ba ki u m ng tinh th kim lo i c trưng là l p phương tâm kh i, l p phương tâm di n và l c phương 3. Liên k t kim lo i Là liên k t hóa h c hình thành b i l c hút tĩnh i n gi a ion dương kim lo i n m các nút m ng tinh th và các electron t do di chuy n trong toàn b m ng lư i tinh th kim lo i Ion dương kim lo i Hút nhau
III – TÍNH CH T V T LÍ C A KIM LO I 1. Tính ch t chung Kim lo i có nh ng tính ch t v t lí chung là: tính d o, tính d n i n, tính d n nhi t và ánh kim a) Tính d o: các l p m ng tinh th kim lo i khi trư t lên nhau v n liên k t ư c v i nhau nh l c hút tĩnh i n c a các electron t do v i các cation kim lo i. Nh ng kim lo i có tính d o cao là Au, Ag, Al, Cu, Zn… b) Tính d n i n: nh các electron t do có th chuy n d i thành dòng có hư ng dư i tác d ng c a i n trư ng. Nói chung nhi t c a kim lo i càng cao thì tính d n i n c a kim lo i càng gi m. Kim lo i d n i n t t nh t là Ag, ti p sau là Cu, Au, Al, Fe… c) Tính d n nhi t: nh s chuy n ng c a các electron t do mang năng lư ng ( ng năng) t vùng có nhi t cao n vùng có nhi t th p c a kim lo i. Nói chung kim lo i nào d n i n t t thì d n nhi t t t d) Ánh kim: nh các electron t do có kh năng ph n x t t ánh sáng kh ki n (ánh sáng nhìn th y) Tóm l i: nh ng tính ch t v t lí chung c a kim lo i như trên ch y u do các electron t do trong kim lo i gây ra 2. Tính ch t riêng a) Kh i lư ng riêng: ph thu c vào kh i lư ng nguyên t , bán kính nguyên t và ki u c u trúc 3 m ng tinh th . Li là kim lo i có kh i lư ng riêng nh nh t (d = 0,5 g/cm ) và osimi (Os) có kh i 3 3 lư ng riêng l n nh t (d = 22,6 g/cm ). Các kim lo i có kh i lư ng riêng nh hơn 5 g/cm ư c 3 g i là kim lo i nh (như Na, K, Mg, Al…) và l n hơn 5 g/cm ư c g i là kim lo i n ng (như Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Au…) b) Nhi t nóng ch y: ph thu c ch y u vào b n liên k t kim lo i. Kim lo i có nhi t nóng o ch y th p nh t là Hg (–39 C, i u ki n thư ng t n t i tr ng thái l ng) và kim lo i có nhi t o nóng ch y cao nh t là W (vonfam, 3410 C) c) Tính c ng: ph thu c ch y u vào b n liên k t kim lo i. Kim lo i m m nh t là nhóm kim lo i ki m (như Na, K…do bán kính l n, c u trúc r ng nên liên k t kim lo i kém b n) và có nh ng kim lo i r t c ng không th dũa ư c (như W , Cr…) IV – TÍNH CH T HÓA H C CHUNG C A KIM LO I Tính ch t c trưng c a kim lo i là tính kh (nguyên t kim lo i d b oxi hóa thành ion dương): + M → Mn + ne
1. Tác d ng v i phi kim H u h t các kim lo i kh ư c phi kim i n hình thành ion âm Ví d : 4Al + 3O2 2Al2O3 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Hg + S → HgS 2. Tác d ng v i axit a) i v i dung d ch HCl, H2SO4 loãng: + + M + nH → Mn + n/2H2 (M ng trư c hi ro trong dãy th i n c c chu n) b) i v i H2SO4 c, HNO3 (axit có tính oxi hóa m nh): - Kim lo i th hi n nhi u s oxi hóa khác nhau khi ph n ng v i H2SO4 c, HNO3 s t s oxi hóa cao nh t - H u h t các kim lo i ph n ng ư c v i H2SO4 c nóng (tr Pt, Au) và H2SO4 c ngu i (tr +6 +4 o -2 Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi ó S trong H2SO4 b kh thành S (SO2) ; S ho c S (H2S) - H u h t các kim lo i ph n ng ư c v i HNO3 c nóng (tr Pt, Au) và HNO3 c ngu i (tr Pt, +5 +4 Au, Fe, Al, Cr…), khi ó N trong HNO3 b kh thành N (NO2) +5 - H u h t các kim lo i ph n ng ư c v i HNO3 loãng (tr Pt, Au), khi ó N trong HNO3 b kh +2 +1 o -3 thành N (NO) ; N (N2O) ; N (N2) ho c N (NH4+) - Các kim lo i có tính kh càng m nh thư ng cho s n ph m kh có s oxi hóa càng th p. Các kim lo i như Na, K…s gây n khi ti p xúc v i các dung d ch axit Ví d : 2Fe + 6H2SO4 ( c) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 4Mg + 5H2SO4 ( c) 4MgSO4 + H2S + 4H2O Cu + 4HNO3 ( c) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3. Tác d ng v i dung d ch mu i - i u ki n kim lo i M y ư c kim lo i X ra kh i dung d ch mu i c a nó: +M ng trư c X trong dãy th i n c c chu n + C M và X u không tác d ng ư c v i nư c i u ki n thư ng x+ n+ + Mu i tham gia ph n ng và mu i t o thành ph i là mu i tan: xM (r) + nX (dd) → xM (dd) + nX (r) - Kh i lư ng ch t r n tăng: m↑ = mX t o ra – mM tan - Kh i lư ng ch t r n gi m: m↓ = mM tan – mX t o ra - H n h p các kim lo i ph n ng v i h n h p dung d ch mu i theo th t ưu tiên: kim lo i kh m nh nh t tác d ng v i cation oxi hóa m nh nh t t o ra kim lo i kh y u nh t và cation oxi hóa y u nh t - V i nhi u anion có tính oxi hóa m nh như NO3-, MnO4-,…thì kim lo i M s kh các anion trong môi trư ng axit (ho c bazơ) Ví d : - Khi cho Zn vào dung d ch CuSO4 ta th y l p b m t thanh k m d n chuy n qua màu và màu xanh c a dung d ch b nh t d n do ph n ng: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓ - Khi cho kim lo i ki m Na vào dung d ch CuSO4 ta th y có s i b t khí không màu và xu t hi n k t t a keo xanh do các ph n ng: Na + H2O → NaOH + 1/2H2 và CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
- Khi cho b t Cu vào dung d ch Cu(NO3)2 có vài gi t HCl ta th y có khí không màu thoát ra và hóa nâu trong không khí do ph n ng: 3Cu + Cu(NO3)2 + 8HCl → 4CuCl2 + 2NO + 4H2O 4. Tác d ng v i nư c - Các kim lo i m nh như Li, Na, K, Ca, Sr, Ba…kh nư c d dàng nhi t thư ng theo ph n ng: M + nH2O → M(OH)n + n/2H2. Kim lo i Mg tan r t ch m và Al ch tan khi d ng h n h ng (h p kim c a Al và Hg) - Các kim lo i trung bình như Mg, Al, Zn, Fe…ph n ng ư c v i hơi nư c nhi t cao t o oxit kim lo i và hi ro Ví d : Mg + H2O(h) MgO + H2 3Fe + 4H2O(h) Fe3O4 + 4H2 Fe + H2O(h) FeO + H2 - Các kim lo i có tính kh y u như Cu, Ag, Hg…không kh ư c nư c dù nhi t cao 5. Tác d ng v i dung d ch ki m Các kim lo i mà hi roxit c a chúng có tính lư ng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác d ng ư c v i dung d ch ki m ( c). Trong các ph n ng này, kim lo i óng vai trò là ch t kh , H2O là ch t oxi hóa và bazơ làm môi trư ng cho ph n ng Ví d : ph n ng c a Al v i dung d ch NaOH ư c hi u là ph n ng c a Al v i nư c trong môi trư ng ki m và g m hai quá trình: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] C ng hai phương trình trên ta ư c m t phương trình: 2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 6. Tác d ng v i oxit kim lo i Các kim lo i m nh kh ư c các oxit kim lo i y u hơn nhi t cao thành kim lo i Ví d : 2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3 B – H P KIM I– NH NGHĨA, C U T O TINH TH C A H P KIM 1. nh nghĩa H p kim là v t li u kim lo i có ch a m t kim lo i cơ b n và m t s kim lo i ho c phi kim khác Ví d : Thép là h p kim c a s t v i cacbon và m t s nguyên t khác. uyra là h p kim c a nhôm v i ng, magie, mangan, silic 2. C u t o tinh th c a h p kim H p kim có c u t o tinh th . Có các lo i tinh th sau: tinh th h n h p, tinh th dung d ch r n và tinh th h p ch t hóa h c a) Tinh th h n h p: - Có ngu n g c t khi h n h p các ơn ch t trong h p kim tr ng thái l ng. tr ng thái này, các ơn ch t không tan vào nhau và cũng không tác d ng hóa h c v i nhau - Các ơn ch t tham gia h p kim có tính ch t hóa h c và ki u m ng tinh th không khác nhau nhi u, nhưng kích thư c các ion khác nhau.
Ví d : h p kim Cd – Bi, h p kim Sn – Pb… - Ki u liên k t hóa h c ch y u là liên k t kim lo i - Thư ng có nhi t nóng ch y th p b) Tinh th dung d ch r n: - Có ngu n g c t h n h p các ơn ch t trong h p kim tr ng thái l ng. tr ng thái này, các ơn ch t trong h n h p tan vào nhau không theo m t t l nào nh t nh, ta có dung d ch l ng. nhi t th p hơn, dung d ch l ng chuy n thành dung d ch r n - Các ơn ch t tham gia h p kim có ki u m ng tinh th gi ng nhau, tính ch t hóa h c tương t và kích thư c các ion không khác nhau nhi u. Ví d : h p kim Au – Ag, h p kim Fe – Mn… - Ki u liên k t hóa h c ch y u là liên k t kim lo i c) Tinh th h p ch t hóa h c: - Có ngu n g c t khi h p kim tr ng thái l ng. tr ng thái này, n u các ơn ch t tham gia h p kim có ki u m ng tinh th khác nhau , tính ch t hóa h c khác nhau và kích thư c các ion khác nhau rõ r t thì gi a nh ng ơn ch t này s t o ra h p ch t hóa h c - Khi h p kim chuy n sang tr ng thái r n, ta có nh ng tinh th h p ch t hóa h c. Ví d tinh th h p ch t hóa h c Mg2Pb, AuZn, AuZn3, AuZn5, Al4C3… - Ki u liên k t hóa h c là liên k t c ng hóa tr
II – TÍNH CH T C A H P KIM 1. Tính ch t hóa h c Có tính ch t hóa h c tương t c a các ơn ch t tham gia t o thành h p kim 2. Tính ch t v t lí - Tính ch t v t lí và tính ch t cơ h c c a h p kim khác nhi u so v i tính ch t c a các ơn ch t - Có tính d n i n, d n nhi t, tính d o và ánh kim do trong h p kim có các electron t do - Tính d n i n, d n nhi t c a h p kim gi m so v i kim lo i thành ph n do m t electron t do trong h p kim gi m i rõ r t - Có c ng cao hơn so v i các kim lo i thành ph n do có s thay i v c u t o m ng tinh th , thay i v thành ph n c a ion trong m ng tinh th - Có r t nhi u h p kim khác nhau ư c ch t o có hóa tính, cơ tính và lí tính ưu th như không
g, c ng cao, ch u nhi t t t, ch u ma sát t t… Ví d : - Hơp kim không b ăn mòn: Fe–Cr–Mn (thép inoc)… - H p kim siêu c ng: W–Co, Co–Cr–W–Fe,… o - H p kim có nhi t nóng ch y th p: Sn – Pb (thi c hàn nóng ch y 210 C),… - H p kim nh , c ng và b n: Al–Si, Al–Cu–Mn–Mg III - NG D NG C A H P KIM - Do có tính ch t hóa h c, v t lí, cơ h c r t quý nên h p kim ư c s d ng r ng rãi trong các ngành kinh t qu c dân - Có nh ng h p kim trơ v i axit, bazơ và các hóa ch t khác dùng ch t o các máy móc, thi t b dùng trong nhà máy s n xu t hóa ch t - Có h p kim ch u nhi t cao, ch u ma sát m nh dùng làm ng x trong ng cơ ph n l c - Có h p kim có nhi t nóng ch y r t th p dùng ch t o giàn ng d n nư c ch a cháy t ng…