Hóa học 12 Bài 18: Tính chất của kim loại và dãy điện hóa của kim loại

- Hầu hết kim loại đều ở trạng thái rắn (trừ Hg) và có các tính chất chung sau: Tính deo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và tính ánh kim.

+ Nguyên nhân: Tính chất vật lí chung của kim loại gây nên bởi sự có mặt của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại.

- Ngoài tính chất vật lí chung, kim loại còn có các tính chất riêng sau:

+ Khối lượng riêng: Nhỏ nhất: Li (0,5g/cm³); lớn nhất Os (22,6g/cm³).

+ Nhiệt độ nóng chảy : Thấp nhất : Hg (−39⁰C) ; cao nhất W (3410⁰C).

+ Kim loại mềm nhất là K, Rb, Cs (dùng dao cắt được) và cứng nhất là Cr (có thể cắt được kính). 

a. Tính dẻo

- Kim loại có tính dẻo: dễ rèn, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi.

+ Nguyên nhân: vì các ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau dễ dàng mà không tách rời nhau nhờ những electron tự do chuyển động dính kết chúng với nhau.

+ Kim loại Au có tính dẻo cao.

b. Tính dẫn điện

- Khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại, những electron chuyển động tự do trong kim loại sẽ chuyển động thành dòng có hướng từ cực âm đến cực dương, tạo thành dòng điện.

- Ở nhiệt độ càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm do ở nhiệt độ cao, các ion dương dao động mạnh cản trở dòng electron chuyển động.

- Dãy chất có tính dẫn điện giảm dần là: Ag > Cu > Au > Al > Fe

c. Tính dẫn nhiệt

- Thường các kim loại dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt.

d. Tính ánh kim

- Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được, do đó kim loại có vẻ sáng lấp lánh gọi là ánh kim.

Tính chất hoá học chung của kim loại là tính khử.

M → Mⁿ⁺ + ne

a. Tác dụng với phi kim: (Cl₂, O₂, S, ...)

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

2Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Fe + S → FeS

b. Tác dụng với dung dịch Axit

- Với dung dịch HCl, H₂SO_{4 loãng} : Nhiều kim loại có thể khử được ion H⁺ trong dung dịch axit thành H₂

Ví dụ: Thí nghiệm Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

- Với dung dịch HNO₃, H₂SO₄ đặc:

Ví dụ:

\(3Cu + 8HN{O_3} \to 3Cu{(N{O_3})_2}_{loang} + 2NO \uparrow + 4{H_2}O\)

Ví dụ:

\(Cu + 2{H_2}S{O_4}_{(dac)} \to CuS{O_4} + S{O_2} \uparrow + {\rm{ }}2{H_2}O\)​​

c. Tác dụng với nước

- Các kim loại có tính khử mạnh: kim loại nhóm IA và IIA (trừ Be, Mg) khử H₂O dễ dàng ở nhiệt độ thường. 

- Các kim loại có tính khử trung bình chỉ khử nước ở nhiệt độ cao (Fe, Zn,…).

- Các kim loại còn lại không khử được H₂O.

d. Tác dụng với dung dịch muối

- Kim loại mạnh hơn có thể khử được ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do.

Ví dụ:

\(Fe + CuS{O_4} \to FeS{O_4} + Cu \downarrow\)​

a. Cặp oxi hóa - khử của kim loại

Dạng oxi hoá và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hoá – khử của kim loại.

Ví dụ: Cặp oxi hoá – khử Ag⁺/Ag; Cu²⁺/Cu; Fe²⁺/Fe

b. Dãy điện hóa của kim loại

- Dự đoán chiều của phản ứng oxi hoá – khử theo quy tắc anpha (\(\alpha\)):

chất oxi hoá mạnh hơn + chất khử mạnh hơn → chất oxi hoá yếu hơn + chất khử yếu hơn.

Ví dụ: Phản ứng giữa hai cặp Fe²⁺/Fe và Cu²⁺/Cu xảy ra theo chiều ion Cu²⁺ oxi hoá Fe tạo ra ion Fe²⁺ và Cu. 

​​

Ta có: Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Tổng quát: Giả sử có 2 cặp oxi hoá – khử X^x+/X và Y^y+/Y (cặp X^x+/X đứng trước cặp Y^y+/Y).

Bài 1: Ion M²⁺, X^- đều có cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 3s²3p⁶. Hãy cho biết phân tử được tạo bởi M²⁺ và X^-?

Hướng dẫn giải

+ M → M²⁺ + 2e ⇒ M có cấu hình electron là:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² (Z_M = 20 ⇒ Ca)

+ X + 1e → X^- ⇒ X có cấu hình electron là:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ (Z_X = 17) ⇒ X là Cl ⇒ phân tử CaCl₂.

Bài 2: Nguyên tố Cu có số hiệu nguyên tử là 29, lớp electron ngoài cùng có 1e. hãy cho biết:

a) Cấu hình electron của nguyên tử Cu và của các ion Cu⁺, Cu²⁺.

b) Vị trí của Cu trong bảng tuần hoàn.

Hướng dẫn giải

a) Cấu hình electron của nguyên tử Cu và của các ion Cu⁺, Cu²⁺

Cu: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹

Cu⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰

Cu²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹

b) Vị trí Cu: nằm ở ô số 29, chu kì 4 nhóm IB.

Bài 1: Cho sơ đồ sau:

Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe → FeCl₃.

Số phương trình phản ứng oxi hóa - khử trong dãy là:

A. 3        

B. 4        

C. 5        

D. 6

Hướng dẫn giải

Những phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa là phản ứng oxi hóa – khử

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4 Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ −^tº→ Fe₂O₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 2Al −^tº→ 2Fe + Al₂O₃

Fe + Cl₂ → FeCl₃

Bài 2: Phương trình phản ứng nào sau đây viết sai?

A. FeCO₃ + 2HNO₃ → Fe(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

B. 2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃

C. 2FeCl₃ + 2KI → 2FeCl₂ + 2KCl + I₂

D. Fe₂O₃ + 6HNO_{3 đặc}  → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O.

Hướng dẫn giải

Đáp án A

3FeCO₃ + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + 5H₂O + NO + 3CO₂

Bài 1: Biết phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong một pin điện hóa là:

Fe + Ni²⁺ → Fe²⁺ + Ni

a. Hãy xác định các điện cực âm và dương của pin điện hóa.

b. Viết các phản ứng oxi hóa và phản ứng khử xảy ra trên mỗi điện cực.

c. Tính suất điện động chuẩn pin điện hóa.

Hướng dẫn giải

a. Ni (+); Fe (-)

b. Phản ứng trên các điện cực:

Cực (-): Fe → Fe²⁺ + 2e

Cực (+): Ni²⁺ + 2e → Ni

c. E⁰_pin = -0,23 - (-0,44) = 0,21 V

Bài 2: Biết E⁰_Ag⁺/Ag = + 0,8V, E⁰_Fe³⁺/Fe²⁺ =0,77V

Vậy nhận định nào sau đây đúng?

A. Ion Fe³⁺ oxi hóa được Ag.        

B. Ion Fe²⁺ bị oxi hóa bởi Ag⁺.

C. Ion Ag⁺ bị khử bởi ion Fe³⁺.        

D. Ion Fe²⁺ oxi hóa được Ag.

Hướng dẫn giải

Đáp án B

Dựa vào E⁰ ta có thể viết phương trình phản ứng:

Ag⁺ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + Ag↓

Câu 1: Ngâm thanh Cu (dư) vào dung dịch AgNO₃ thu được dung dịch X. Sau đó ngâm thanh Fe (dư) vào dung dịch X thu được dung dịch Y. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Dung dịch Y có chứa chất tan là?

Câu 2: Cho 2,24 gam bột sắt vào 200 ml dung dịch CuSO₄ 0,05M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và m gam chất rắn Y.Gía trị của m là?

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 6,5g Zn bằng dung dịch H₂SO₄ loãng thu được V lít H₂ (đktc). Giá trị của V là?

Câu 4: Cho 30,8g hỗn hợp X gồm Fe, FeO, FeCO₃, Mg, MgO, MgCO₃ tác dụng vừa đủ với dung dịch H₂SO₄ loãng thu được 7,84l khí (đktc) hỗn hợp khí Y gồm CO₂, H₂ và dung dịch Z chỉ chứa 60,4g hỗn hợp muối sunfat trung hòa. Tỉ khối Y so với He là 6,5. Khối lượng của MgSO₄ trong dung dịch Z là?

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn m gam Al bằng dung dịch HNO₃ loãng, thu được 5,376 lít (đktc)hỗn hợp khí X gồm N₂, N₂O và dung dịch chứa 8m gam muối.Tỉ khối của X so với H₂ bằng 18. Giá trị của m là?

Câu 1: Hãy sắp xếp các cặp oxi hóa khử sau đây theo thứ tự tăng dần tính oxi hóa của các ion kim loại:

 (1): Fe²⁺/Fe         (2): Pb²⁺/Pb         (3): 2H⁺/H₂         (4): Ag⁺/Ag

 (5): Na⁺/Na         (6): Fe³⁺/Fe²⁺         (7): Cu²⁺/Cu

A. (5) < (1) < (2) < (3) < (7) < (6) < (4)

B. (4) < (6) < (7) < (3) < (2) < (1) < (5)

C. (5) < (1) < (6) < (2) < (3) < (4) < (7)

D. (5) < (1) < (2) < (6) < (3) < (7) < (4)

Câu 2: Cho các chất sau: Fe, FeCl₂, FeCl₃, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, FeO, Fe₂O₃. Những chất có cả tính oxi hóa và tính khử là:

A. Fe, FeO, Fe₂O₃.        

B. FeO, FeCl₂, FeSO₄.

C. Fe, FeCl₂, FeCl₃.        

D. Fe, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃.

Câu 3: Cho từng chất: Fe, FeO, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Fe₃O₄, Fe₂O₃, Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, FeCO₃ lần lượt phản ứng với HNO₃ đặc nóng. Số phản ứng oxi hóa - khử là:

A. 5        

B. 6        

C. 7        

D. 8

Câu 4: Cho suất điện động chuẩn của các pin điện hóa : Zn - Cu là 1,1V; Cu - Ag là 0,46V. Biết thể tích điện cực chuẩn E⁰_Ag⁺/Ag = + 0,8V. Thế điện cực chuẩn E⁰_Zn²⁺/Zn và E⁰_Cu²⁺/Cu có giá trị lần lượt là:

A. -0,76V và +0,34V        

B. -1,46V và -0,34V

C. +1,56V và +0,64V        

D. -1,56V và +0,64V

Câu 5: Biết E⁰_Ag⁺/Ag = + 0,8V, E⁰_Fe³⁺/Fe²⁺ =0,77V

Vậy nhận định nào sau đây đúng?

A. Ion Fe³⁺ oxi hóa được Ag.        

B. Ion Fe²⁺ bị oxi hóa bởi Ag⁺.

C. Ion Ag⁺ bị khử bởi ion Fe³⁺.        

D. Ion Fe²⁺ oxi hóa được Ag.

Qua bài học này các bạn cần nắm một số nội dung chính sau đây, cùng với đó là lời giải các bài tập sgk. 

• Tính chất vật lí chung của Kim loại
• Biết tính chất hóa học đặc trưng
• Dãy điện hóa của kim loại