Giải bài tập SGK Hóa 12 Nâng cao Bài 19: Kim loại và hợp kim

So với nguyên tử phi kim cùng một chu kì, nguyên tử kim loại:

A. Thường có bán kính nguyên tử nhỏ hơn.

B. Thường có năng lượng ion hóa nhỏ hơn.

C. Thường dễ nhận electron trong các phản ứng hóa học.

D. Thường có số electron ở phân lớp ngoài cùng nhiều hơn.

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần ghi nhớ: So với nguyên tử phi kim cùng một chu kì, nguyên tử kim loại thường có năng lượng ion hóa nhỏ hơn.

Hướng dẫn giải

So với nguyên tử phi kim cùng một chu kì, nguyên tử kim loại thường có năng lượng ion hóa nhỏ hơn.

⇒ Đáp án B.

Cấu hình electron nào sau đây là của kim loại?

A. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

B. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. 

C. 1s²2s²2p⁶3s¹.

D. 1s²2s²2p⁶.

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần ghi nhớ đặc điểm electron lớp ngoài cùng của kim loại.

Hướng dẫn giải

Cấu hình electron của kim loại là: 1s²2s²2p⁶3s¹

⇒ Đáp án C.

Phát biểu nào sau đây là phù hợp với tính chất hóa học chung của kim loại?

A. Kim loại có tính khử, nó bị khử thành ion âm.

B. Kim loại có tính oxi hóa, nó bị oxi hóa thành ion dương.

C. Kim loại có tính khử, nó bị oxi hóa thành ion dương.

D. Kim loại có tính oxi hóa, nó bị khử thành ion âm.

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần ghi nhớ tính chất hóa học chung của kim loại.

Hướng dẫn giải

Tính chất hóa học chung của kim loại là kim loại có tính khử, nó bị oxi hóa thành ion dương.

⇒ Đáp án C.

Người ta nói rằng những chất vật lí chung của kim loại, như tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, ánh kim chủ yếu là do những electron tự do trong kim loại gây ra. Đúng hay sai? Hãy giải thích.

Phương pháp giải

Để giải thích ý trên cần nắm rõ nguyên nhân gây nên tính chất vật lí chung của kim loại, như tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, ánh kim.

Hướng dẫn giải

Những chất vật lí chung của kim loại, như tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, ánh kim chủ yếu là do những electron tự do trong kim loại gây ra ⇒ Đúng.

• Tính dẻo: các lớp mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau, nhưng không tách rời nhau là nhờ các electron tự do đã liên kết các lớp mạng với nhau.
• Tính dẫn điện: nối hai đầu dây của kim loại với nguồn điện, các electron tự do có năng lượng lớn chuyển động từ cực âm đến cực dương.
• Tính dẫn nhiệt: đốt nóng một đầu dây kim loại ở vùng electron tự do có năng lượng lớn chuyển động đến vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền năng lượng cho những ion dương ở vùng có nhiệt độ thấp.
• Ánh kim: các electron tự do trong kim loại phản xạ những tia sáng có bước sóng mà mắt có thể nhìn thấy được.

Cho biết vị trí của những nguyên tố kim loại trong bảng tuần hoàn. Vị trí của kim loại có tính khử mạnh nhất và vị trí của phi kim có tính oxi hóa mạnh nhất. Viết cấu hình electron lớp ngoài cùng của hai nguyên tố này.

Phương pháp giải

Để trả lời các câu hỏi trên cần nắm rõ dựa vào electron hóa trị để xác định vị trí của những nguyên tố kim loại trong bảng tuần hoàn. Đồng thời xác định tính tuần hoàn về tính khử và tính oxi hóa của kim loại và phi kim.

Hướng dẫn giải

Vị trí những nguyên tố kim loại trong bảng tuần hoàn:

• Nhóm IA và IIA (trừ H)
• Nhóm III A (trừ Bo)
• Một phần nhóm IVA, VA, VIA
• Các nhóm B
• Họ lantan và actini

Kim loại có tính khử mạnh nhất nằm bên trái, phía dưới của bảng tuần hoàn: Cs-6s¹

Phi kim có tính oxi hóa mạnh nhất nằm phía trên bên phải của bảng tuần hoàn: F – 2s²2p⁵

Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại Na, Mg, Ca, Fe và các ion của chúng Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺

Phương pháp giải

Để viết cấu hình electron cuả các cation kin loại cần nắm rõ số hiệu nguyên tử Z của các kim loại tương ứng để suy ra số electron của các cation kim loại.

Hướng dẫn giải

Cấu hình electron của các kim loại và ion của chúng là:

Na (Z = 11): 1s²2s²2p⁶3s¹

Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s²

Ca (Z = 20): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² 

Fe (Z = 26): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

Na⁺ (Z = 11): 1s²2s²2p⁶

Mg²⁺ (Z = 12): 1s²2s²2p⁶

Ca²⁺ (Z = 20): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Fe²⁺ (Z = 26): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Fe³⁺ (Z = 26): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

Cho một lá sắt nhỏ vào dung dịch một trong những muối sau: AlCl₃, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, ZnCl₂, NaNO₃. Hãy cho biết:

a. Trường hợp nào xảy ra phản ứng? Vai trò của những chất tham gia?

b. Viết phương trình hóa học của phản ứng dưới dạng ion thu gọn.

Phương pháp giải

Để biết được trường hợp nào xảy ra phản ứng cần nắm rõ điều kiện tính chất hóa học của kim loai khi tác dụng muối.

Hướng dẫn giải

Câu a

• Các trường hợp xảy ra phản ứng:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Fe + Pb(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₂ + Pb

• Vai trò của chất tham gia:

Fe là chất khử: Fe → Fe²⁺ + 2e

Cu²⁺, Pb²⁺ là chất oxi hóa:

Cu²⁺ + 2e → Cu

Pb²⁺ + 2e → Pb

Câu b

Phương trình hóa học của phản ứng dưới dạng ion thu gọn:

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Fe + Pb²⁺ → Fe²⁺ + Pb

Cho Cu tác dụng với dung dịch Fe₂(SO₄)₃ thu được dung dịch hỗn hợp FeSO₄ và CuSO₄. Thêm một ít bột sắt vào dung dịch hỗn hợp, nhận thấy bột sắt bị hòa tan.

a. Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra dưới dạng phân tử và dưới dạng ion thu gọn.

b. So sánh tính khử của các đơn chất kim loại và tính oxi hóa của các ion kim loại.

Phương pháp giải

Để viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra ta dựa vào dữ kiện chất tham gia và sản phẩm sau mỗi quá trình. Đồng thời, dựa vào phương trình và điều kiện của phản ứng kim loại tác dụng với muối để so sánh tính khử, tính oxi hóa.

Hướng dẫn giải

Câu a

Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra dưới dạng phân tử và dưới dạng ion thu gọn:

Cu + Fe₂(SO₄)₃ → CuSO₄ + 2FeSO₄

Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Câu b

• Tính khử: Fe > Cu
• Tính oxi hóa: Fe²⁺ < Cu²⁺ < Fe³⁺

Có những trường hợp sau:

a. Dung dịch FeSO₄ lẫn tạp chất CuSO₄. Hãy giới thiệu một phương pháp hóa học đơn giản có thể loại bỏ tạp chất. Giải thích và viết phương trình dạng phân tử và dạng ion thu gọn.

b. Bột Cu có lẫn tạp chất là bột Zn và bột Pb. Hãy giới thiệu một phương pháp hóa học đơn giản để loại bỏ những tạp chất. Giải thích và viết phương trình hóa học dạng phân tử và dạng ion thu gọn.

Phương pháp giải

Để lựa chọn phương pháp hóa học đơn giản có thể loại bỏ tạp chất ta cần dựa vào tính chất đặc trưng của mỗi chất để chọn chất tác dụng với chất cần loại bỏ. Từ đó, thu được chất cần làm sạch nhưng tuân theo nguyên tắc không thêm chất mới trong sản phẩm.

Hướng dẫn giải

Câu a: Dung dịch FeSO₄ lẫn tạp chất CuSO₄

• Cho Fe vào dung dịch FeSO₄ có lẫn CuSO₄, khuấy kĩ, lọc bỏ chất rắn gốm Cu và Fe dư ta được FeSO₄ tinh khiết.
• Phương trình dạng phân tử:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

• Phương trình dạng ion thu gọn:

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Câu b: Bột Cu có lẫn tạp chất là bột Zn và bột Pb

• Hòa tan bột Cu lẫn Zn và Pb vào dung dịch Cu(NO₃)₂ khuấy để phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc lấy chất rắn là Cu tinh khiết.
• Phương trình dạng phân tử và ion thu gọn:

Zn + Cu(NO₃)₂ → Zn(NO₃)₂ + Cu

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Pb + Cu(NO₃)₂ → Pb(NO₃)₂ + Cu

Pb + Cu²⁺ → Pb²⁺ + Cu

Hãy giải thích về sự thay đổi của khối lượng lá Zn trong mỗi dung dịch sau :

a. CuSO₄

b. CdCl₂

c. AgNO₃

d. NiSO₄

Phương pháp giải

Để giải thích về sự thay đổi của khối lượng lá Zn trong mỗi dung dịch trên ta cần xét xem Zn có tác dụng với các chất đó hay không.

Hướng dẫn giải

Câu a: Sự thay đổi của khối lượng lá Zn trong CuSO₄

Zn khử được ion Cu²⁺ trong dung dịch muối thành Cu tự do.

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Lượng Cu sinh ra bám lên thanh Zn nhỏ hơn lượng Zn tan (theo phương trình phản ứng 65 gam Zn tan đi được bù đắp lại 64 gam Cu) nên khối lượng thanh Zn sau phản ứng giảm.

Câu b: Sự thay đổi khối lượng lá Zn trong dung dịch CdCl₂

Zn khử được ion Cd2⁺ trong dung dịch muối thành Cd tự do

Zn + CdCl₂→ ZnCl₂ + Cd

Zn + Cd²⁺ → Zn²⁺ + Cd

Lượng Cd sinh ra bám lên thanh Zn lớn hơn lượng Zn tan (theo phương trình phản ứng 65 gam Zn tan đi được bù đắp lại 112 gam Cd) nên khối lượng Zn sau phản ứng tăng.

Câu c: Sự thay đổi khối lượng lá Zn trong dung dịch AgNO₃

Zn khử được ionAg+ trong dung dịch muối thành Ag tự do

Zn + 2AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2Ag

Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag

Lượng Ag sinh ra bám lên thanh Zn lớn hơn lượng Zn tan (theo phương trình phản ứng 65 gam Zn tan đi được bù đắp lại 108.2=216 gam Ag) nên khối lượng thanhZn sau phản ứng tăng.

Câu d: Sự thay đổi khối lượng lá Zn trong dung dịch NiSO₄

Zn khử được ion Ni⁺ trong dung dịch muối thành Ni tự do

Zn + NiSO₄ → ZnSO₄ + Ni

Zn + Ni²⁺ → Zn²⁺ + Ni

Lượng Ni sinh ra bám lên thanh Zn nhỏ hơn lượng Zn tan ( theo phương trình phản ứng 65 gam Zn tan đi được bù đắp lại 59 gam Ni) nên khối lượng thanh Zn sau phản ứng giảm.

Có hai lá kim loại, cùng chất cùng khối lượng, có khả năng bị oxi hóa số oxi hóa +2. Một lá được ngâm trong dung dịch Pb(NO₃)₂ và lá kia được ngâm trong dung dịch Cu(NO₃)₂. Sau một thời gian người ta lấy các lá kim loại ra khỏi dung dịch rửa nhẹ, làm khô. Nhận thấy lá kim loại ngâm trong muối chì tăng thêm 19%, khối lượng lá kim loại kia giảm 9,6%. Biết rằng trong hai phản ứng trên, khối lượng các kim loại bị hòa tan như nhau. Hãy xác định tên của hai lá kim loại đã dùng.

Phương pháp giải

• Bước 1: Đặt kí hiệu của kim loại là X, khối lượng nguyên tử của X là M có số mol là: x mol.
• Bước 2: Viết phương trình hóa học, lập hệ phương trình theo dữ kiện đề bài.
• Bước 3: Giải hệ phương trình, suy ra M, suy ra kim loại cần tìm.

Hướng dẫn giải

Đặt kí hiệu của kim loại là X, khối lượng nguyên tử của X là M có số mol là: x mol.

Giả sử X phản ứng hết y mol

X + Pb(NO₃)₂ → X(NO₃)₂ + Pb (1)

y                                              y

X + Cu(NO₃)₂ → X(NO₃)₂ + Cu (2)

y                                             y

Ta có hệ phương trình: 

Vậy kim loại cần tìm là Cd.

Hai lá kim loại cùng chất, có khối lượng bằng nhau. Một được ngâm vào dung dịch Cd(NO₃)₂, một được ngâm vào dung dịch Pb(NO₃)₂. Cả hai lá kim loại đều bị oxi hóa thành ion kim loại 2+. Sau một thời gian, lấy các lá kim loại ra khỏi dung dịch. Nhận thấy khối lượng lá kim loại được ngâm trong muối cađimi tăng thêm 0,47%; còn lá kia tăng thêm 1,42%. Biết khối lượng của hai lá kim loại tham gia phản ứng là như nhau. Hãy xác định tên của lá kim loại đã dùng.

Phương pháp giải

• Bước 1: Đặt kí hiệu của kim loại là X, khối lượng nguyên tử của X là M có số mol là: x mol.
• Bước 2: Viết phương trình hóa học, lập hệ phương trình theo dữ kiện đề bài.
• Bước 3: Giải hệ phương trình, suy ra M, suy ra kim loại cần tìm.

Hướng dẫn giải

Đặt ký hiệu của kim loại cần tìm là X,  khối lượng nguyên tử của X là M , số mol ban đầu là x mol.

Giả sử X phản ứng hết y mol.

X + Cd(NO₃)₂ → X(NO₃)₂ + Cd (1)

y                                             y

X + Pb(NO₃)₂ → X(NO₃)₂ + Cd (2)

y                                             y

Ta có hệ phương trình:

Vậy kim loại X là Zn.