Bài tập Hóa học Lớp 12 - Chương 5: Đại cương về kim loại - Trương Hoài Thương

Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 1 CHƢƠNG V: ĐẠI CƢƠNG VỀ KIM LOẠI A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VẤN ĐỀ 1: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM I. Vị trí của kim loại trong BTH 1. Qui tắc viết cấu hình electron: 7s 6p 5p 4p 3p 7p 2p 6d 5d 4d 3d 7d 6f 5f 4f 7f 6s 5s 4s 3s 2s 1s Phaân möùc naêng löôïng 7 6 5 4 3 2 1 TT lôùp e(n) - Số electron tối đa trong một lớp: 2n2 (n là số lớp e). - Khi viết cấu hình nguyên tử các nguyên tố có Z=1 đến Z=20, tuân theo qui tắc trên, Z=21 trở lên phải có sự chèn mức năng lượng 3d trước 4s. Ví dụ: Ca (Z=20): 1s22s22p63s23p64s2 ; Fe (Z=26): 1s22s22p63s23p63d64s2 * Lưu ý: ở phân lớp nda có khuynh hướng đạt trạng thái bán bão hòa (nd5) hoặc bão hòa (nd10). Ví dụ: Cr (Z=24): 1s22s22p63s23p63d44s2 chuyển sang cấu hình bền 1s22s22p63s23p63d54s1 Cu (Z=29): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2 chuyển sang cấu hình bền 1s22s22p63s23p63d104s1 2. Dựa vào cấu hình e, xác định vị trí nguyên tố trong BTH: a) Nguyên tố nhóm A (có cấu hình e lớp ngoài cùng dạng: nsanpb) - STT: là số hiệu nguyên tử Z - Chu kì: bằng với số lớp electron n - Nhóm: (a + b)A Ví dụ: Al (Z=13): 1s22s22p63s23p1 - STT: 13 - Chu kì: 3 - Nhóm: IIIA b) Nguyên tố nhóm B (có cấu hình e lớp ngoài cùng dạng: (n–1)da nsb ) - STT: là số hiệu nguyên tử Z - Chu kì: bằng với số lớp electron n - Nhóm: + Nếu (a + b) < 8  nhóm (a + b)B + Nếu (a + b) = [8, 9, 10]  nhóm VIIIB + Nếu (a + b) > 10  nhóm [(a + b) – 10]B Ví dụ: Zn (Z=30): 1s22s22p63s23p63d104s2 - STT: 30 - Chu kì: 4 - Nhóm: IIB * Lưu ý: - Các nguyên tố có cấu hình e lớp ngoài cùng 1, 2, 3e là nguyên tố kim loại. Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 2 - Các nguyên tố có cấu hình e lớp ngoài cùng 5, 6, 7e là nguyên tố phi kim. - Các nguyên tố có cấu hình e lớp ngoài cùng 4e trừ C (Z=6); Si (Z=14) là phi kim, còn lại là kim loại. - Trong một chu kì khi đi từ trái sang phải tính kim loại giảm, tính phi kim tăng. Trong một nhóm, khi đi từ trên xuống tính kim loại tăng, tính phi kim giảm  Xuống kim tăng, Ngang kim giảm. Tính Zkim loại tỉ lệ thuận với bán kính (bán kính càng lớn tính kim loại càng mạnh, tính phi kim ngược lại). Độ âm điện đặc trưng cho tính phi kim, độ âm điện càng lớn tính phi kim càng mạnh, tính kim loại ngược lại. Tóm lại: * Năng lượng ion hóa: Ikim loại < Iphi kim * Độ âm điện: kim loại < phi kim * Trong cùng chu kì: Rkim loại > Rphi kim (Zkim loại < Zphi kim) 3. Cách tính bán kính nguyên tử kim loại: x100%kl TT Theå tích caùc nguyeân töû kim loaïi (V ) Ño äñaëc khích maïng tinh theå = The å tích cuûa toaøn bo ämaïng tinh the å (V ) Thể tích hình cầu: 3 4 V r 3   Số Avôgađro NA=6,022.10 23 o 10 81A 10 m 10 cm   ; 9 71nm 10 m 10 cm   ; o 1nm 10A Ví dụ: Tìm bán kính gần kính của nguyên tử Zn biết MZn=65 g/mol và khối lượng riêng của tinh thể kẽm là D = 7,13 g/cm3. Zn có cấu tạo mạng tinh thể Zn có độ đặc là 74%. Giải Thể tích mol tinh thể Zn 3 mol 65 V 9,1164cm 7,13   Thể tích 1 mol nguyên tử Zn 3 mol 74 V x9,1164 6,746cm 100  nguyeân töû Thể tích 1 nguyên tử Zn 23 3 mol 23 6,746 V 1,12.10 cm 6,022.10  nguyeân töû Bán kính của nguyên tử Zn 3 3 23 o 8 3 4 3V V r r 3 4 3.1,12.10 r 1,388.10 cm 1,388A 4.3,14            II. Tính chất vật lý: Kim loại có tính chất vật lí chung là: Tính dẽo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và có ánh kim. - Dẫn điện tốt nhất là Ag và Cu, kém nhất là Pb và Hg. Vì nhẹ và rẻ hơn Cu nên Al đang được thay thế dần Cu để làm dây dẫn điện. Kim loại Ag Cu Au Al Zn Fe Pb Hg Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 3 Độ dẫn điện 59,0 56,9 39,6 36,1 16,0 9,80 4,60 1,00 - Thứ tự tính dẻo kim loại: Au > Ag > Al > Cu > Sn - Kim loại nhẹ nhất là Li (D=0,5g/cm3), nặng nhất là Os (osimi D=22,6g/cm3). - Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg (- 39oC), cao nhất là W (vonfam 3410oC). - Kim loại cứng nhất là Cr (độ cứng = 9, sau kim cương = 10, W = 7, Fe = 4,5, Cu và Al là 3). Kim loại mềm nhất là Cs (độ cứng = 0,2). III. Tính chất hóa học: Tính chất hóa học chung kim loại là tính khử: M  Mn+ + ne 1. Tác dụng với phi kim a) Với oxi: tạo thành oxit kim loại (trừ Au, Ag, Pt không tác dụng) 2Mg + O2  2MgO 4Al + 3O2  2Al2O3 b) Với phi kim khác: tạo thành muối 2Fe + 3Cl2  2FeCl3 2Al + 3S  Al2S3 2. Tác dụng với axit a) Axit thường (HCl, H2SO4 loãng, RCOOH,): (trừ Cu, Ag, Au, Pt, Hg không phản ứng) Kim loại + Axit  Muối + H2 Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 ; 2Al + 3H2SO4loãng  Al2(SO4)3 + 3H2 b) Axit oxi hóa mạnh (HNO3, H2SO4đặc) tạo sp oxh như: N2, N2O, NO2, NO, NH4NO3, S, SO2, H2S (trừ Au, Pt không phản ứng). Kim loại + Axit  Muối + sp oxh + H2O 10Al + 36HNO3  10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O Mg + 2H2SO4đặc  MgSO4 + SO2 + 2H2O * Lưu ý: Al, Fe, Cr, Ni, Be không tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc nguội. Au, Pt tan trong nước cường toan (3HCl + HNO3): Au + 3HCl + HNO3  AuCl3 + NO + 2H2O 3Pt + 4HNO3 + 12HCl  3PtCl4 + 4NO + 8H2O 3. Tác dụng với dung dịch muối KL mạnh + Muối KL yếu  Muối KL mạnh + KL yếu Fe + CuSO4  FeSO4 + Cu FeSO4 + Cu  không xảy ra Bài toán tăng, giảm khối lượng: mtăng = mKL yếu – mKL mạnh mgiảm = mKL mạnh – mKL yếu * Lưu ý: Các kim loại: Li, Na, K, Ca, Ba khi phản ứng với dung dịch muối không xảy ra như trên mà: Ví dụ: cho Na vào dung dịch CuSO4: 2Na + 2H2O  2NaOH + H2 2NaOH + CuSO4  Cu(OH)2 + Na2SO4 4. Tác dụng với nước - Li, Na, K, Ca, Ba + H2O  dd bazơ + H2 Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2 - Pb, Cu, Ag, Hg, Pt, Au không phản ứng ở bất kì nhiệt độ nào. - Các kim loại như Zn, Fe, Mg, Mn, Cr phản ứng ở nhiệt độ cao tạo oxit và khí H2. Zn + H2O  ZnO + H2 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2 5. Tác dụng với dung dịch bazơ - Al, Zn, Be, Sn, Pb tan trong dung dịch bazơ mạnh. Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 4 2Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2 + 3H2 Hay: 2Al + 2NaOH + 6H2O  2NaAl(OH)4 + 3H2 Zn + 2NaOH  Na2ZnO2 + H2 Hay: Zn + 2NaOH + 6H2O  Na2Zn(OH)4 + H2 - Be, Sn, Pb phản ứng tương tự Zn. VẤN ĐỀ 2: DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI I. Khái niệm cặp oxi hóa – khử của kim loại M n+ + ne M Dạng oxh Dạng khử Dạng oxh và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử. II. Pin điện hóa 1. Định nghĩa: Pin điện hóa là thiết bị trong đó năng lượng của phản ứng oxi hóa – khử chuyển thành điện năng. 2. Cấu tạo - Pin điện hóa A – B tạo bởi 2 cặp oxi hóa – khử An+/A và Bm+/B. - A khử mạnh hơn B thì A là Anot (–), B là catot (+). Anot (–) A  An+ + ne Quá trình oxi hóa A Catot (+) B m+ + me  B Quá trình khử Bm+ Suất điện động của pin A – B: o o 0 0 opin catot anot ( ) ( )E E E E E     Ví dụ: Pin Zn – Cu - Có dòng electron từ Zn sang Cu. - Có dòng điện từ Cu sang Zn. Anot (–): Zn  Zn2+ + 2e quá trình oxi hóa Zn Catot (+): Cu 2+ + 2e  Cu quá trình khử Cu2+ Phản ứng xảy ra trong pin: Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu Trong cầu muối có sự di chuyển ion để trung hòa điện tích trong dung dịch. Anion 3NO  đi về anot (–) Cation K + đi về Catot (+) 2 2 o o 0 0 o pin catot anot Cu /Cu Zn /Zn E E E E E     Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 5 III. Dãy thế điện cực chuẩn của kim loại 1. Dãy sắp xếp các cặp oxh – khử theo thứ tự tăng dần thế điện cực chuẩn 2. Ý nghĩa của dãy thế điện cực chuẩn của kim loại a) So sánh tính oxi hóa – khử Theo chiều tăng dần của Eo, tính oxi hóa Mn+ tăng dần, tính khử của M giảm dần. b) Xác định chiều của phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa – khử Khử mạnh + Oxi hóa mạnh  Oxi hóa yếu + Khử yếu Phản ứng tuân theo qui tắc  Xét 3 cặp oxi hóa khử * Tính oxi hóa: Fe 2+ < Cu 2+ < Fe 3+ * Tính khử: Fe > Cu > Fe2+ Các phản ứng xảy ra: Fe + Cu2+  Fe2+ Fe + 2Fe 3+  2Fe2+ Cu + 2Fe 3+  Cu2+ + Fe2+ c) Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch muối: Kim loại có tính khử mạnh mạnh nhất phản ứng trước cho đến hết mới đến kim loại tiếp theo. d) Kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp nhiều muối: Cation có tính oxi hóa mạnh nhất phản ứng trước cho đến hết rồi mới đến cation tiếp theo. VẤN ĐỀ 3: SỰ ĐIỆN PHÂN I. Khái niệm Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. II. Sự điện phân các chất điện li 1. Điện phân nóng chảy Sơ đồ điện phân: MmXn  mM n+ + nX m- Catot (–) Anot (+) M n+ + ne  M quá trình khử Quá trình oxi 2Cl -  Cl2 + 2e 2Br -  Br2 + 2e 2I -  I2 + 2e 2O 2-  O2 + 4e 4OH -  O2 + H2O + 4e a). Điện phân nóng chảy muối halogenua Ví dụ: điện phân nóng chảy muối NaCl NaCl noùng chaûy Na + + Cl - Catot (–): Na+ + 1e  Na x 2 Anot (+): 2Cl -  Cl2 + 2e x 1 PTĐP: 2NaCl ñpnc 2Na + Cl2 b) Điện phân nóng chảy oxit kim loại Ví dụ: điện phân nóng chảy Al2O3 Al2O3  noùng chaûy 2Al 3+ + 3O 2- Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 6 Catot (–): Al3+ + 3e  Al x 4 Anot (+): 2O 2-  O2 + 4e x 3 PTĐP: 2Al2O3 3 6Na AlF ñpnc 4Al + 3O2 c) Điện phân nóng chảy hiđroxit kim loại Ví dụ: điện phân nóng chảy NaOH NaOH noùng chaûy Na + + OH - Catot (–): Na+ + 1e  Na x 4 Anot (+): 4OH -  O2 + H2O + 4e x 1 PTĐP: 4NaOH ñpnc 4Na + O2 + 2H2O 2. Điện phân dung dịch 2.1. Qui tắc ở Catot (–): a) Dung dịch muối của các cation: Li+, K+, Na+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+ không tham gia điện phân mà H2O sẽ tham gia điện phân: 2H2O + 4e  2OH - + H2 b) Dung dịch muối của các Anion: Mn2+, Cr2+, Zn2+, Fe2+, Mg2+, Cr3+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Fe 3+ , Ag + , Hg 2+ . Cation kim loại tham gia điện phân theo dãy hoạt động hóa học. M n+ + ne  M 2H + + 2e  H2 2.2. Qui tắc ở Anot (+): a) Dung dịch muối chứa anion: 24 3SO , NO ,F    không tham gia điện phân. Nước tham gia điện phân: 2H2O  4H + + O2 + 4e b) Dung dịch muối chứa anion: 2 2S I Br Cl OH H O          tham gia điện phân: 2 X X2 + 2e 4OH O2 + 2H2O + 4e 2RCOO -  R – R + 2CO2 + 2e c) Trường hợp anot hoạt động (Zn, Cu,): Bản thân các kim loại này có tính khử vượt trội hơn hẳn so với các anion có mặt trong dung dịch, vì vậy chúng sẽ tham gia vào quá trình oxi hóa: Cu  Cu2+ + 2e ; Zn  Zn2+ + 2e 2.3. Một số ví dụ Ví dụ 1: điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ (graphit) Catot (–)  CuSO4  Anot (+) Cu 2+ , H2O (H2O) H2O, 2 4SO  Cu 2+ + 2e  Cu 2H2O  4H + + O2 + 4e PTĐP: 2CuSO4 + 2H2O  2Cu + O2 + 2H2SO4 Ví dụ 2: điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực anot bằng đồng (anot hoạt động) Catot (–)  CuSO4  Anot (+) Cu 2+ , H2O (H2O) Cu, H2O, 2 4SO  Cu 2+ + 2e  Cu Cu(r)  Cu 2+ + 2e (Cu bám lên bề mặt catot) (Cu tan dần) Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 7 Ví dụ 3: điện phân dung dịch NaCl với điện cực trơ. Catot (–)  NaCl  Anot (+) Na + , H2O (H2O) H2O, Cl - 2H2O + 2e  2OH - + H2 2Cl - Cl2 + 2e PTĐP: 2NaCl + 2H2O  ñieän phaân co ùvaùch ngaên 2NaOH + Cl2 + H2 Không vách ngăn: 2NaOH + Cl2  NaCl + NaClO + H2O Ví dụ 4: điện phân dung dịch KNO3 với điện cực trơ. Catot (–)  KNO3  Anot (+) K + , H2O (H2O) H2O, 3NO  2H2O + 2e  2OH - + H2 2H2O  4H + + O2 + 4e PTĐP: 2H2O 3 ñieän phaân KNO O2 + 2H2 Ví dụ 5: điện phân dung dịch H2SO4 với điện cực trơ. Catot (–)  H2SO4  Anot (+) H + , H2O (H2O) H2O, 2 4SO  2H + + 2e  H2 2H2O  4H + + O2 + 4e PTĐP: 2H2O 2 4H SO ñieän phaân O2 + 2H2 Ví dụ 6: điện phân dung dịch NaOH với điện cực trơ. Catot (–)  NaOH  Anot (+) Na + , H2O (H2O) OH - , H2O 2H2O + 2e  2OH - + H2 4OH  O2 + 2H2O + 4e PTĐP: 2H2O NaOH ñieän phaân O2 + 2H2 Nhận xét: Các dung dịch axit mạnh HNO3, H2SO4, dung dịch bazơ mạnh LiOH, NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, các dung dịch muối tạo bởi Li + , K + , Na + , Ca 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ , Al 3+ và 3NO  , 24SO  , F - đều có PTĐP là: 2H2O  O2 + 2H2 Trong dung dịch axit, do nồng độ H+ của axit nhiều hơn H+ của H2O nên H + axit điện phân trước. Ví dụ 7: điện phân dung dịch chứa đồng thời KBr và KCl với điện cực trơ. Xảy ra theo thứ tự sau: Catot (–)  KBr, KCl  Anot (+) K + , H2O (H2O) Br - , Cl - , H2O 2H2O + 2e  2OH - + H2 2Br - Br2 + 2e 2Cl - Cl2 + 2e (khi Br - hết) PTĐP: 2KBr + 2H2O  ñieän phaân co ùvaùch ngaên 2KOH + Br2 + H2 2KCl + 2H2O  ñieän phaân co ùvaùch ngaên 2KOH + Cl2 + H2 (khi KBr hết) Ví dụ 8: điện phân dung dịch chứa đồng thời CuSO4 và ZnSO4 với điện cực trơ. Xảy ra theo thứ tự sau: Catot (–)  KBr, KCl  Anot (+) Cu 2+ , Zn 2+ , H2O (H2O) 2 4SO  , H2O Cu 2+ + 2e  Cu 2H2O  4H + + O2 + 4e Zn 2+ + 2e  Zn (Khi Cu2+ hết) PTĐP: 2CuSO4 + 2H2O  2Cu + O2 + 2H2SO4 2ZnSO4 + 2H2O  2Zn + O2 + 2H2SO4 (Khi Cu 2+ hết) Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 8 Ví dụ 9: điện phân dung dịch chứa đồng thời CuSO4 (a mol) và NaCl (b mol) với điện cực trơ. Đến khi H2O bị điện phân ở cả hai điện cực thì dừng. Catot (–)  CuSO4, NaCl  Anot (+) Cu 2+ , Na + , H2O (H2O) Cl - , 2 4SO  , H2O Xảy ra theo thứ tự sau Cu 2+ + 2e  Cu 2Cl- Cl2 + 2e 2H2O + 2e  2OH - + H2 2H2O  4H + + O2 + 4e PTĐP: Giai đoạn 1: 2CuSO4 + 2NaCl  Cu + Cl2 + Na2SO4 Giai đoạn 2: + Nếu CuSO4 hết trước, NaCl còn lại bị điện phân đến hết (b > 2a) 2NaCl + 2H2O  ñieän phaân co ùvaùch ngaên 2NaOH + Cl2 + H2 + Nếu NaCl hết trước, CuSO4 còn lại bị điện phân đến hết (b < 2a) 2CuSO4 + 2H2O  2Cu + O2 + 2H2SO4 III. Định luật Faraday Lượng đơn chất tạo ra ở điện cực được xác định bằng biểu thức: X AIt m nF  X It n nF  e It n F  Trong đó: m: Khối lượng đơn chất X thu được ở điện cực (g) nx: Số mol đơn chất X thu được ở điện cực ne: Số mol electron nhường hoặc nhận ở điện cực A: Khối lượng mol nguyên tử của chất X thu được ở điện cực n: Số electron mà nguyên tử, phân tử hoặc ion đã nhường hoặc nhận I: Cường độ dòng điện (ampe A) t: Thời gian điện phân (giây s) F: Hằng số Faraday (F=96500) Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuSO4 trong 10 phút với cường độ dòng điện I=96,5A. Tìm khối lượng Cu. Cu AIt 64.9,65.10.60 m 1,92g nF 2.96500    Ví dụ 2: Điện phân dd NaNO3 trong 20 phút với cường độ dòng điện I=9,65A. Tìm số mol O2. 2O It 96,5.20.60 n 0,3mol nF 4.96500    Ví dụ 3: Mắc nối tiếp hai bình điện phân. Bình 1 chứa dung dịch NiSO4, bình 2 chứa dung dịch NaOH. Khi bình 1 thu được 0,5 mol Ni thì bình 2 thu được bao nhiêu mol O2? Do mắc nối tiếp nên I và t ở hai bình như nhau Ni It It n nF 2.F   2O It It n nF 4.F   2 2 Ni Ni O O n n4 0,5 n 0,25mol n 2 2 2      Ví dụ 4: Điện phân dung dịch chứa 0,1 mol Cu(NO3)2 và 0,2 mol AgNO3 trong 40 phút với cường độ dòng điện I=9,65A. Tìm khối lượng kim loại thu được. 2Cun 0,1mol  Agn 0,2mol  e It 9,65.40.60 n 0,24mol F 96500    Ở catot (–), phản ứng xảy ra theo thứ tự: Ag + + 1e  Ag Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 9 0,2  0,2  0,2 Cu 2+ + 2e  Cu 0,02  0,04  0,02  Cu2+ còn dư  m = 108.0,2 + 64.0,02 = 22,88g VẤN ĐỀ 4: SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI I. Sự ăn mòn hóa học Là quá trình oxi hóa – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. Ví dụ: 3Fe + 2O2 ot Fe3O4 2Al + 3Cl2 ot 2AlCl3 II. Sự ăn mòn điện hóa 1. Định nghĩa: 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 electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương. 2. Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa: - Các điện cực phải khác nhau về bản chất. (có thể là cặp 2 kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại – phi kim, hoặc cặp kim loại – hợp chất (như xementit Fe3C), trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn làm cực âm). - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn. - Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li. Thiếu 1 trong 3 điều kiện trên sẽ không xảy ra ăn mòn điện hóa. 3. Cơ chế ăn mòn điện hóa: Vật gồm 2 thành phần A – B - A là kim loại. - B là kim loại có tính khử yếu hơn A hoặc phi kim hay hợp chất hóa học. A, B hình thành pin điện hóa. A: anot (–) A  An+ + ne * Nếu dung dịch điện li là axit B: catot (+) 2H + + 2e  H2 * Nếu dung dịch điện li là bazơ, muối hay nước tự nhiên B: catot (+) 2H2O + O2 + 4e  4OH - VẤN ĐỀ 5: ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI I. Nguyên tắc chung: khử ion kim loại trong hợp chất thành kim loại tự do: Mn+ + ne  M II. Các phƣơng pháp điều chế 1. Phương pháp thủy luyện: Dùng kim loại có tính khử mạnh như Fe, Znđể khử ion kim loại yếu hơn trong dung dịch. 2. Phương pháp nhiệt luyện: Dùng chất khử mạnh như C, CO, H2, Al, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ để khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao. 3. Phương pháp điện phân: Dùng dòng điện một chiều để khử ion kim loại. III. Phƣơng pháp thích hợp để điều chế kim loại thƣờng gặp 1. Kim loại kiềm: điện phân nóng chảy muối clorua hoặc hiđroxit 4NaOH ñpnc 4Na + O2 + 2H2O ; 2KCl  ñpnc 2Na + Cl2 2. Kim loại kiềm thổ: Điện phân nóng chảy muối clorua MgCl2  ñpnc Mg + Cl2 3. Nhôm: điện phân nóng chảy Al2O3 2Al2O3  ñpnc 4Al + 3O2 4. Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 10 a) Nhiệt luyện Cr2O3 + 2Al  o t 2Cr + Al2O3 Fe2O3 + 3CO  o t 2Fe + 3CO2 b) Điện phân dung dịch muối 2ZnSO4 + 2H2O  ñp 2Zn + 2H2SO4 + O2 2Pb(NO3)2 + 2H2O  ñp 2Pb + 4HNO3 + O2 5. Cu, Ag, Hg, Pt, Au a) Thủy luyện Zn + 2AgNO3  Zn(NO3)2 + 2Ag Fe + CuSO4  FeSO4 + Cu b) Nhiệt luyện CuO + H2 ot Cu + H2O HgO + H2 ot Hg + H2O c) Điện phân dung dịch 2CuSO4 + 2H2O  ñp 2Cu + 2H2SO4 + O2 4AgNO3 + 2H2O  ñp 4Ag + 4HNO3 + O2 * Lưu ý: 2AgNO3 ot 2Ag + 2NO2 + O2 Hg(NO3)2 otHg + 2NO2 + O2 Hg2S + O2 ot 2Hg + SO2 B. BÀI TẬP LÝ THUYẾT  XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BTH Câu 001: Số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử kim loại thuộc nhóm IIA là: A. 3. B. 2. C. 4. D. 1. Câu 002: Số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử kim loại thuộc nhóm IA là: A. 3 B. 2 C. 4 D. 1 Câu 003: Công thức chung của oxit kim loại thuộc nhóm IA là: A. R2O3. B. RO2. C. R2O. D. RO. Câu 004: Công thức chung của oxit kim loại thuộc nhóm IIA là: A. R2O3. B. RO2. C. R2O. D. RO. Câu 005: Cấu hình electron của nguyên tử Na (Z =11) là: A. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 . B. 1s 2 2s 2 2p 6 . C. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . D. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Câu 006: Hai kim loại đều thuộc nhóm IIA trong bảng tuần hoàn là A. Sr, K. B. Na, Ba. C. Be, Al. D. Ca, Ba. Câu 007: Hai kim loại đều thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn là A. Sr, K. B. Na, K. C. Be, Al. D. Ca, Ba. Câu 008: Nguyên tử Fe có Z = 26, cấu hình e của Fe là: A. [Ar ] 3d 6 4s 2 . B. [Ar ] 4s 1 3d 7 . C. [Ar ] 3d 7 4s 1 . D. [Ar ] 4s 2 3d 6 . Câu 009: Nguyên tử Cu có Z = 29, cấu hình e của Cu là: A. [Ar ] 3d 9 4s 2 . B. [Ar ] 4s 2 3d 9 . C. [Ar ] 3d 10 4s 1 . D. [Ar ] 4s 1 3d 10 . Câu 010: Nguyên tử Cr có Z = 24, cấu hình e của Cr là: A. [Ar ] 3d 4 4s 2 . B. [Ar ] 4s 2 3d 4 . C. [Ar ] 3d 5 4s 1 . D. [Ar ] 4s 1 3d 5 . Câu 011: Nguyên tử Al có Z = 13, cấu hình e của Al là: A. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . B. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3 . C. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 . D. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . Câu 012: Cation M + có cấu hình electron lớp ngoài cùng 2s22p6 là: A. Rb + . B. Na + . C. Li + . D. K + . Câu 013: Fe có Z =26. Cấu hình electron của ion Fe2+ là: A. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 4s 2 B. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 C. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 D. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 11 Câu 014: Cation M 3+ có cấu hình electron 1s22s22p6. Vậy M là nguyên tố: A. Ở chu kỳ 3, nhóm IIIB B. Ở chu kỳ 3, nhóm IIIA C. Ở chu kỳ 2, nhóm IIIB D. Ở chu kỳ 2, nhóm IIA. Câu 015: Cation M + có cấu hình electron 1s22s22p6. Vậy M là nguyên tố: A. Ở chu kỳ 2, PNC nhóm III B. Ở chu kỳ 3, PNC nhóm I C. Ở chu kỳ 3, PNC nhóm III D. Ở chu kỳ 2, PNC nhóm II.  TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI – DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI Câu 016: Nhóm kim loại không tan trong cả axit HNO3đ nóng và axit H2SO4đ nóng là: A. Ag, Pt B. Pt, Au C. Cu, Pb D. Ag, Pt, Au Câu 017: Kim loại nào sau đây có tính dẫn điện tốt nhất trong tất cả các kim loại ? A. Vàng. B. Bạc. C. Đồng. D. Nhôm. Câu 018: Kim loại nào sau đây dẻo nhất trong tất cả các kim loại ? A. Vàng. B. Bạc. C. Đồng. D. Nhôm. Câu 019: Kim loại nào sau đây có độ cứng lớn nhất trong tất cả các kim loại? A. Vonfam. B. Crom C. Sắt D. Đồng Câu 020: Kim loại nào sau đây là kim loại mềm nhất trong tất cả các kim loại ? A. Liti. B. Xesi. C. Natri. D. Kali. Câu 021: Kim loại nào sau đây có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong tất cả các kim loại? A. Vonfam. B. Sắt. C. Đồng. D. Kẽm. Câu 022: Kim loại nào sau đây nhẹ nhất (có khối lượng riêng nhỏ nhất) trong tất cả các kim loại ? A. Natri B. Liti C. Kali D. Rubidi Câu 023: Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là: A. tính bazơ. B. tính oxi hóa. C. tính axit. D. tính khử. Câu 024: Hai kim loại đều phản ứng với dung dịch Cu(NO3)2 giải phóng kim loại Cu là: A. Al và Fe. B. Fe và Au. C. Al và Ag. D. Fe và Ag. Câu 025: Cặp chất không xảy ra phản ứng là: A. Fe + Cu(NO3)2. B. Cu + AgNO3. C. Zn + Fe(NO3)2. D. Ag + Cu(NO3)2. Câu 026: Hai kim loại Al và Cu đều phản ứng được với dung dịch: A. NaCl loãng. B. H2SO4 loãng. C. HNO3 loãng. D. NaOH loãng Câu 027: Kim loại Cu phản ứng được với dung dịch: A. FeSO4. B. AgNO3. C. KNO3. D. HCl. Câu 028: Dung dịch FeSO4 và dung dịch CuSO4 đều tác dụng được với: A. Ag. B. Fe. C. Cu. D. Zn. Câu 029: Để hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 2 kim loại Cu và Zn, ta có dùng một lượng dư dung dịch: A. HCl. B. AlCl3. C. AgNO3. D. CuSO4. Câu 030: Hai dung dịch đều tác dụng được với Fe là: A. CuSO4 và HCl. B. CuSO4 và ZnCl2. C. HCl và CaCl2. D. MgCl2 và FeCl3. Câu 031: Cho các kim loại: Ni, Fe, Cu, Zn; số kim loại tác dụng với dung dịch Pb(NO3)2 là: A. 1. B. 2. C. 3. D. 4. Câu 032: Bột Ag có lẫn tạp chất là bột Fe, Cu và bột Pb. Muốn có Ag tinh khiết có thể ngâm hỗn hợp vào một lượng dư dung dịch X, sau đó lọc lấy Ag. Dung dịch X là dung dịch của: A. AgNO3 B. NaOH C. H2SO4 D. HCl Câu 033: Kim loại nào sau đây không tác dụng được với dung dịch CuSO4? A. Fe B. Al C. Ag D. Zn. Câu 034: Có 1 mẫu bạc lẫn tạp chất là kẽm, nhôm, chì. Có thể làm sạch mẫu bạc này bằng dung dịch: Biên soạn: Trƣơng Hoài Thƣơng 22/11/2011 12 A. AgNO3 B. HCl C. H2SO4 loãng D. Pb(NO3)2. Câu 035: Có 3 ống nghiệm đựng 3 dung dịch: Cu(NO3)2; Pb(NO3)2; Zn(NO3)2 được đánh số theo thứ tự ống nghiệm là 1, 2, 3. Nhúng 3 lá kẽm (giống hệt nhau) X, Y, Z vào 3 ống thì khối lượng mỗi lá kẽm sẽ: A. X giảm, Y tăng, Z không đổi B. X tăng, Y giảm, Z không đổi. C. X giảm, Y giảm, Z không đổi D. X tăng, Y tăng, Z không đổi. Câu 036: Hoà tan kim loại M vào dung dịch HNO3 loãng không thấy khí thoát ra. Kim loại M là: A. Ag B. Mg C. Cu D. Pb Câu 037: Trong dãy điện hoá các kim loại thì cặp Na+/Na đứng trước cặp Ca2+/Ca. Nhận xét nào sau đây đúng A. Na + có tính oxi hoá yếu hơn Ca2+ và Na có tính khử mạnh hơn Ca. B. Na + có tính oxi hoá mạnh hơn Ca2+. C. Na có tính khử yếu hơn Ca. D. Tất cả đều sai. Câu 038: Liên kết hoá học giữa các nguyên tử trong phân tử các chất rắn NaCl, I2 và Fe thuộc loại liên kết: A. Fe: kim loại B. I2: cộng hoá trị C. NaCl: ion D. Tất cả đều đúng. Câu 039: Người ta có thể dùng thùng bằng nhôm để đựng axit: A. H2SO4 đặc, nguội B. HCl C. H2SO4 đặc, nóng D. HNO3 loãng. Câu 040: Người ta có thể dùng thùng bằng sắt để đựng: A. ddHCl B. dd H2SO4 loãng C. dd HNO3 đặc, nguội D. dd HNO3 loãng. Câu 041: Cho các ion: Fe 2+ (1); Na + (2); Au 3+(3). Thứ tự sắp xếp theo chiều giảm tính oxi hoá là: A. (2) > (1) > (3) B. (3) > (1) > (2) C. (3) > (2) > (1) D. (1) > (2) > (3) Câu 042: Cho 1 lá sắt vào dung dịch chứa 1 trong những muối sau: ZnCl2 (1); CuSO4 (2); Pb(NO3)2 (3); NaNO3 (4); MgCl2 (5); AgNO3 (6). Các trường hợp xảy ra phản ứng là: A. (1); (2); (4); (6) B. (1); (3); (4); (6) C. (2); (3); (6) D. (2); (5); (6). Câu 043: Chất nào sau đây có thể oxi hoá Fe2+ thành Fe3+. A. Mg B. Ag + C. K + D. Cu 2+ . Câu 044: Khi cho các chất: Ag, Cu, CuO, Al,