intTypePromotion=1
ADSENSE

Lý thuyết đại cương về kim loại (THPT)

Chia sẻ: Nguyễn Duy Bảo | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:39

1.793
lượt xem
841
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lý thuyết đại cương về kim loại là tài liệu hữu ích giúp các em học sinh ôn tập kiến thức về vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn, cấu tạo và liên kết trong tinh thể kim loại, tính chất vật lí của kim loại, tính chất hóa học của kim loại, nguyên tắc và phương pháp điều chế kim loại. Bên cạnh đó, tài liệu đi kèm bài tập và đáp án giúp các em được luyện tập và nang cao kỹ năng giải bài tập Hóa học. Mời các em cùng tham khảo tài liệu.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Lý thuyết đại cương về kim loại (THPT)

  1. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI Lý thuyết đại cương về kim loại (THPT) I – VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN - Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA: các kim loại này là những nguyên tố s - Nhóm IIIA (trừ B), một phần của các nhóm IVA, VA, VIA: các kim loại này là những nguyên tố p - Các nhóm B (từ IB đến VIIIB): các kim loại chuyển tiếp, chúng là những nguyên tố d - Họ lantan và actini (xếp riêng thành hai hàng ở cuối bảng): các kim loại thuộc hai họ này là những nguyên tố f * Nhận xét: đa số các nguyên tố hóa học đã biết là nguyên tố kim loại (trên 80 %) II – CẤU TẠO VÀ LIÊN KẾT TRONG TINH THỂ KIM LOẠI 1. Cấu tạo nguyên tử kim loại - Hầu hết các nguyên tử kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng - Bán kính nguyên tử của các nguyên tố kim loại (ở phía dƣới, bên trái bảng tuần hoàn) nhìn chung lớn hơn bán kính nguyên tử các nguyên tố phi kim (ở phía trên, bên phải bảng tuần hoàn) 2. Cấu tạo mạng tinh thể kim loại 1
  2. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trƣng là lập phƣơng tâm khối, lập phƣơng tâm diện và lục phƣơng 3. Liên kết kim loại Là liên kết hóa học hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa ion dƣơng kim loại nằm ở các nút mạng tinh thể và các electron tự do di chuyển trong toàn bộ mạng lƣới tinh thể kim loại . Ion dƣơng kim loại Hút nhau III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI 1. Tính chất chung Kim loại có những tính chất vật lí chung là: tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và ánh kim a) Tính dẻo: các lớp mạng tinh thể kim loại khi trƣợt lên nhau vẫn liên kết đƣợc với nhau nhờ lực hút tĩnh điện của các electron tự do với các cation kim loại. Những kim loại có tính dẻo cao là Au, Ag, Al, Cu, Zn… 2
  3. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI b) Tính dẫn điện: nhờ các electron tự do có thể chuyển dời thành dòng có hƣớng dƣới tác dụng của điện trƣờng. Nói chung nhiệt độ của kim loại càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm. Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, tiếp sau là Cu, Au, Al, Fe… c) Tính dẫn nhiệt: nhờ sự chuyển động của các electron tự do mang năng lƣợng (động năng) từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp của kim loại. Nói chung kim loại nào dẫn điện tốt thì dẫn nhiệt tốt d) Ánh kim: nhờ các electron tự do có khả năng phản xạ tốt ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy). Tóm lại: những tính chất vật lí chung của kim loại như trên chủ yếu do các electron tự do trong kim loại gây ra . 2. Tính chất riêng a) Khối lượng riêng: phụ thuộc vào khối lƣợng nguyên tử, bán kính nguyên tử và kiểu cấu trúc mạng tinh thể. Li là kim loại có khối lƣợng riêng nhỏ nhất (d = 0,5 g/cm3) và osimi (Os) có khối lƣợng riêng lớn nhất (d = 22,6 g/cm3). Các kim loại có khối lƣợng riêng nhỏ hơn 5 g/cm3 đƣợc gọi là kim loại nhẹ (nhƣ Na, K, Mg, Al…) và lớn hơn 5 g/cm3 đƣợc gọi là kim loại nặng (nhƣ Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Au…) b) Nhiệt độ nóng chảy: phụ thuộc chủ yếu vào độ bền liên kết kim loại. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg (–39oC, điều kiện thƣờng tồn tại ở trạng thái lỏng) và kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất là W (vonfam, 3410 oC) c) Tính cứng: phụ thuộc chủ yếu vào độ bền liên kết kim loại. Kim loại mềm nhất là nhóm 3
  4. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI kim loại kiềm (nhƣ Na, K…do bán kính lớn, cấu trúc rỗng nên liên kết kim loại kém bền) và có những kim loại rất cứng không thể dũa đƣợc (nhƣ W, Cr…) IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI Tính chất đặc trƣng của kim loại là tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dƣơng): M → Mn+ + ne 1. Tác dụng với phi kim -Tác dụng với oxi : hầu hết các kim loại (trừ Ag, Au, Pt) Ví dụ: 4Al + 3O2 → 2Al2O3 4Fe + 3O2( dƣ) → 2Fe2O3 3Fe + 2O2 (kk) → Fe3O4 2Fe + O2 (thiếu) → 2FeO - Tác dụng với halogen : các kim loại phản ứng hầu hết với F2,với Cl2, Br2(trừ Au, Pt), với I2 (chỉ một số kim loại phản ứng). sản phẩm tạo ra là các muối halogenua. Zn + Cl2 → ZnCl2 - Tác dụng với lƣu huỳnh (hầu hết các kim loại) Hg + S → HgS (xảy ra ở điều kiện thƣờng) - Ngoài ra các kim loại còn tác dụng với nitơ tạo ra nitrua, với photpho tạo ra photphua, vớicacbon, silic tạo ra cacbua,silicua …. 2. Tác dụng với axit a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng (không có tính oxi hoá ở gốc axit): 4
  5. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI M + nH+ → Mn+ + n/2H2 (M đứng trƣớc hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn) b) Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit có tính oxi hóa mạnh): - Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 sẽ đạt số oxi hóa cao nhất - Hầu hết các kim loại phản ứng đƣợc với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) và H2SO4 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó S+6 trong H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2) ; So hoặc S-2 (H2S) - Hầu hết các kim loại phản ứng đƣợc với HNO 3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành N+4 (NO2) - Hầu hết các kim loại phản ứng đƣợc với HNO 3 loãng (trừ Pt, Au), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành N+2 (NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) hoặc N-3 (NH4+) - Các kim loại có tính khử càng mạnh thƣờng cho sản phẩm khử có số oxi hóa càng thấp. Các kim loại nhƣ Na, K…sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit . -Một số kim loại bị thụ động hoá khi phản ứng vói H2SO4 đặc nguội, HNO3 đặc nguội nhƣ: Fe, Al, Cr… Ví dụ: 2Fe + 6H2SO4 (đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 4Mg + 5H2SO4 (đặc) 4MgSO4 + H2S + 4H2O Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3. Tác dụng với dung dịch muối - Điều kiện để kim loại M đẩy đƣợc kim loại X ra khỏi dung dịch muối của nó: + M đứng trƣớc X trong dãy thế điện cực chuẩn + Cả M và X đều không tác dụng đƣợc với nƣớc ở điều kiện thƣờng + Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan: xM (r) + nX x+ (dd) → xMn+ (dd) + nX (r) - Khối lƣợng chất rắn tăng: ∆m↑ = mX tạo ra – mM tan - Khối lƣợng chất rắn giảm: ∆m↓ = mM tan – mX tạo ra 5
  6. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI - Hỗn hợp các kim loại phản ứng với hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ƣu tiên: kim loại khử mạnh nhất tác dụng với cation oxi hóa mạnh nhất để tạo ra kim loại khử yếu nhất và cation oxi hóa yếu nhất - Với nhiều anion có tính oxi hóa mạnh nhƣ NO3-, MnO4-,…thì kim loại M sẽ khử các anion trong môi trƣờng axit (hoặc bazơ) . Ví dụ: - Khi cho Zn vào dung dịch CuSO4 ta thấy lớp bề mặt thanh kẽm dần chuyển qua màu đỏ và màu xanh của dung dịch bị nhạt dần do phản ứng: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓ - Khi cho kim loại kiềm Na vào dung dịch CuSO4 ta thấy có sủi bọt khí không màu và xuất hiện kết tủa keo xanh do các phản ứng: Na + H2O → NaOH + 1/2H2 CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 - Khi cho bột Cu vào dung dịch Cu(NO3)2 có vài giọt HCl ta thấy có khí không màu thoát ra và hóa nâu trong không khí do phản ứng: 3Cu + Cu(NO3)2 + 8HCl → 4CuCl2 + 2NO + 4H2O 4. Tác dụng với nước - Các kim loại mạnh nhƣ Li, Na, K, Ca, Sr, Ba…khử nƣớc dễ dàng ở nhiệt độ thƣờng theo phản ứng: M + nH2O → M(OH)n + n/2H2. Kim loại Mg tan rất chậm và Al chỉ tan khi ở dạng hỗn hống (hợp kim của Al và Hg) - Các kim loại trung bình nhƣ Mg, Al, Zn, Fe…phản ứng đƣợc với hơi nƣớc ở nhiệt độ cao tạo oxit kim loại và hiđro Ví dụ: Mg + H2O(h) MgO + H2 3Fe + 4H2O(h) Fe3O4 + 4H2 Fe + H2O(h) FeO + H2 - Các kim loại có tính khử yếu nhƣ Cu, Ag, Hg…không khử đƣợc nƣớc dù ở nhiệt độ cao 6
  7. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI 5. Tác dụng với dung dịch kiềm Các kim loại mà hiđroxit của chúng có tính lƣỡng tính nhƣ Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác dụng đƣợc với dung dịch kiềm (đặc). Trong các phản ứng này, kim loại đóng vai trò là chất khử, H2O là chất oxi hóa và bazơ làm môi trƣờng cho phản ứng Ví dụ: phản ứng của Al với dung dịch NaOH đƣợc hiểu là phản ứng của Al với nƣớc trong môi trƣờng kiềm và gồm hai quá trình: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] Cộng hai phƣơng trình trên ta đƣợc một phƣơng trình: 2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 6. Tác dụng với oxit kim loại Các kim loại mạnh khử đƣợc các oxit kim loại yếu hơn ở nhiệt độ cao thành kim loại Ví dụ: 2Al + Fe3O4 2Fe + Al2O3 V – DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại là dãy sắp xếp các kim loại theo thứ tự tăng dần thế điện cực chuẩn Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại còn đƣợc gọi là dãy thế oxi hóa – khử chuẩn của kim loại, hoặc dãy thế khử chuẩn của kim loại. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, ngƣời ta dùng tên dãy sao cho phù hợp 7
  8. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI * ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI 1. Sự ăn mòn kim loại Sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học của môi trƣờng xung quanh gọi là sự ăn mòn kim loại M - ne  Mn+ a. Ăn mòn hóa hoc -Ăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hóa học với chất khí hoặc hơi nƣớc ở nhiệt độ cao -Sự ăn mòn thƣờng xảy ra ở những thiết bị của lò đốt, chi tiết của động cơ đốt trong hoặc thiết bị tiếp xúc với hơi H2O ở nhiệt độ cao. Ví dụ: t0 3Fe + 2H2O  Fe3O4 + 4H2 + Bản chất: Là quá trình oxi hóa khử trong đó electron của kim loại đƣợc chuyển trực tiếp sang môi trƣờng tác dụng. b. Ăn mòn điện hóa -Là sự phá hủy kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Ví dụ: Kim loại tiếp xúc với không khí ẩm ... + Bản chất của sự ăn mòn điện hóa Là một quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt điện cực. c. Cách chống sự ăn mòn - Cách li kim loại với môi trƣờng - Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inoc) - Dùng chất chống ăn mòn (chất kìm hãm) VI. ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI. -Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là khử iôn kim loại M n+ có trong thành phần các hợp chất nhƣ ôxít,sunfua,halogen tạo thành kim loại theo 8
  9. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI n+ sơ đồ : M +ne  M -Do đó ngƣời ta thƣờng áp dụng các phƣơng pháp sau: +Phƣơng pháp dùng chất khử hoá học (nhiệt luyện):dùng chất khử hoá học CO,H2,C,Al…để khử iôn kim loại trong ôxít ở nhiệt độ cao. VD: Fe2O3 + CO  Fe + CO +Phƣơng pháp thuỷ luyện :dùng kim loại tự do có tinhd khử mạnh hơn để khử iôn kim loại khác trong dung dịch muối.Thƣờng đƣợc dùng để điều chế kim loại hoạt động trung bình và yếu. VD: Zn + CuSO4  ZnSO4 + Cu +Phƣơng pháp điện phân:Dùng dòng điện một chiều để khử iôn kim loại trong hợp chất VD:Điện phân muối CaCl2 nóng chảy Catôt  CaCl2 nóng chảy  anôt Ca2+ Cl- Ca2+ + 2e = Ca 2Cl- - 2e = Cl2 Điện phân CaCl2 CaNóng + Clchảy 2 +Phƣơng pháp nhiệt phân huỷ:Dùng điều chế kim loại mà hợp chất của chúng dễ bị phân huỷ bởi nhiệt. Fe(CO)5  0 t VD: Fe + 5CO ****** 9
  10. ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI Phần II: Bài tập trắc nghiệm I.Tính chất vật lí và đặc điểm cấu tạo Câu1: Liên kết kim loại tạo thành là do: A.Sự góp chung electron của các nguyên tử kim loại. B.Các electron tự do gắn kết các iôn dƣơng kim loại với nhau. C.Tƣơng tác tĩnh điện giữa mỗi iôn kim loại với electron hoá trị. D.Sự góp chung electron đồng thời với sự tƣơng tác tĩnh điện. Câu2: Hãy sắp xếp các ion sau đây theo thứ tự bán kính nhỏ dần : Na +, O2-, Al3+, Mg2+ A. Na+> O2-> Al3+>Mg2+ B. O2-> Na+>Mg2+> Al3+ C. O2-> Al3+>Mg2+> Na+ D. Na+> Mg2+> Al3+> O2- Câu3:Kim loại có tính ánh kim tính dẻo,dẫn điện,dẫn nhiệt là do: A.Các electron tự do trong nguyên tử kim loại. B.Nguyên tử có ít electron ở lớp ngoài cùng. C.Kim loại dễ bị ôxi hoá trong các phƣơng trình phản ứng. D.Có cấu tạo mạng tinh thể kim loại Câu4: Sắp xếp các kim loại sau theo thứ tự giảm dần tính dẫn điện: A.Cu, Ag, Al, Fe B. Ag, Cu, Al, Fe C.Fe, Cu, Ag, Al. D. Al, Fe, Cu, Ag 10
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2