Bài 18: Lí thuyết và giải bài tập về tính chất và dãy điện hóa kim loại

I.TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Tính chất vật lí 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.

2. Tính chất hóa học của Kim loại

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

M → Mⁿ⁺ + ne

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

• Ví dụ: Thí nghiệm \(2Fe +3Cl_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2FeCl_{3}\)

• Ví dụ: Thí nghiệm:  \(2Al +3O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2Al_{2}O_{3}\)

• Ví dụ: Thí nghiệm phản ứng với Lưu huỳnh (S)

\(Fe +S\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeS\)

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: Thí nghiệm \(3Cu + 8HN{O_3} \to 3Cu{(N{O_3})_2}_{loang} + 2NO \uparrow + 4{H_2}O\)
• Ví dụ: Thí nghiệm \(Cu + 2{H_2}S{O_4}_{(dac)} \to CuS{O_4} + S{O_2} \uparrow + {\rm{ }}2{H_2}O\)​

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

3. Dãy điện hóa

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).

II.GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1.(Trang 88 SGK) 

Giải thích vì sao kim loại đều có tính vật lí chung là dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo và có ánh kim.

Bài làm:

Tính chất vật chung của kim loại do các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại.

• Tính dẻo: do các ion dương trong mang tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau một cách dễ dàng mà không bị tạch khỏi nhau nhờ các electron tự do.
• Tính dẫn điện: Khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại , nhưng electron chuyển động tự do sẽ chuyển động thành dòng có hướn từ âm đến dương.
• Tính dẫn nhiệt: do có các electron tự do trong mạng tinh thể.
• Ánh kim: các electron tự do trong mạng tinh thể phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được

Câu 2.(Trang 88 SGK) 

Tính chất hoá học cơ bản của kim loại là gì và vì sao kim loại lại có tính chất đó?

Bài làm:

Tính chất hoá học chung là tính khử do kim loại dễ cho e để đạt cấu hình bền của khí hiếm.

M → Mⁿ⁺ +ne (1 ≤ n ≤ 3)

1. Tác dụng với phi kim

• Tác dụng với clo: 2Fe  +  Cl₂  →(t^o)  2FeCl₃ 
• Tác dụng với oxi: 4Al + O₂  →(t^o)  2Al₂O₃
• Tác dụng với lưu huỳnh: Hg + S →(t^o)  HgS

Tác dụng với dung dịch axit

• Dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng : kim loại khử H⁺ thành H₂

Ví dụ: Fe  +  2HCl →  FeCl₂ + H₂

• Dung dịch HNO₃, H₂SO₄ đặc: kim loại khử N⁺⁵, S⁺⁶ xuống số oxi hóa thấp hơn

Ví dụ: 3Cu + HNO₃ loãng  →  3CuSO₄  +  2NO↑  + 4H₂O

Tác dụng với nước: kim loại nhóm IA và IIA

Ví dụ: 2Na + 2H₂O → 2NaOH  +  H₂↑

Tác dụng với dung dịch muối

• Kim loại mạnh hơn khử ion kim loại yếu hơn trong muối thành kim loại tự do:

Ví dụ: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu 

Câu 3.(Trang 88 SGK) 

Thuỷ ngân dễ bay hơi và rất độc. Nếu chẳng may nhiệt kế thuỷ ngân bị vỡ thì dùng chất nào trong các chất sau để khử độc thuỷ ngân.

A. Bột sắt.                           

B. Bột lưu huỳnh.

C. Bột than.                         

D. Nước.

Bài làm:

Đáp án B

Thuỷ ngân dễ bay hơi và rất độc. Nếu chẳng may nhiệt kế thuỷ ngân bị vỡ thì chất  dùng để khử độc thuỷ ngân là: Bột lưu huỳnh.

Câu 4.(Trang 89 SGK) 

Dung dịch FeSO₄ có lẫn tạp chất CuSO₄. Hãy giói thiệu một phương pháp hoá học đơn giản để có thể loại được tạp chất.

Bài làm:

Nhúng một thanh sắt vào dung dịch  chứa hai muối và để một thời gian cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Lúc đó trong dung dịch chỉ gồm muối sắt.

               CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu

Câu 5.(Trang 89 SGK) 

Nhúng một lá sắt nhỏ vào dung dịch chứa một trong những chất sau: FeCl₃, AlCl₃, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, NaCl, HCl, HNO₃, H₂SO₄(đặc nóng), NH₄NO₃. Số trường hợp phản ứng tạo muối Fe(II) là

A. 3.            

B. 4.            

C. 5.              

D. 6.

Bài làm:

Đáp án B

Nhúng một lá sắt nhỏ vào dung dịch chứa một trong những chất: FeCl₃, AlCl₃, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, NaCl, HCl, HNO₃, H₂SO₄(đặc nóng), NH₄NO₃. Các trường hợp phản ứng tạo muối Fe(II) là FeCl₃, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, HCl

Câu 6.(Trang 89 SGK) 

Cho 5,5 gam hỗn hợp bột Al và Fe (trong đó số mol Al gấp đôi Fe) vào 300 ml dung dịch AgNO₃ 1M. Khuấy kĩ cho phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là 

A. 33,95 gam          

B. 35,20 gam            

C. 39,35 gam              

D. 35,39 gam

Bài làm:

Đáp án B

Gọi số mol Fe là x => số mol Al là 2x

=> 56x + 27.2x = 5,5 => x = 0,05

=>n_Fe = 0,05 mol và n_Al = 0,1 mol

Ta có: n_AgNO3 = 0,3.1 = 0,3 (mol)

=>Ag chỉ phản ứng với nhôm

          Al + 3Ag⁺ → Al³⁺ + 3Ag

(mol) 0,1   0,3                    0,3 

Vậy chất rắn thu được gồm Fe và Ag; m = 0,05.56 + 108.0,3 = 35,2 (gam).

Câu 7.(Trang 89 SGK) Hãy sắp xếp theo chiều giảm tính khử và chiều tăng tính oxi hoá của các nguyên tử và ion trong hai trường hợp sau đây:

a) Fe, Fe²⁺, Fe³⁺, Zn, Zn²⁺, Ni, Ni²⁺, H, H⁺, Hg, Hg²⁺, Ag, Ag⁺.

b) Cl, Cl^-, Br, Br^-, F, F^-, I, I^-.

Bài làm:

a) Giảm tính khử: Zn > Fe > Ni > H > Hg > Ag

Tăng tính oxi hóa: Zn2+ < Fe2+ < Ni2+ < H+ < Hg2+ < Fe3+ < Ag+

b) Giảm tính khử: I– > Br– > Cl– > F–

Tăng tính oxh: I > Br > Cl > F

Câu 8.(Trang 89 SGK) Những tính chất vật lí chung của kim loại (dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo, ánh kim) gây nên chủ yếu bởi

A. cấu tạo mạng tinh thể của kim loại

B. khối lượng riêng của kim loại

C. tính chất của kim loại

D. các electron tự do trong tinh thể kim loại

Bài làm:

Đáp án D

Những tính chất vật lí chung của kim loại (dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo, ánh kim) gây nên chủ yếu bởi các electron tự do trong tinh thể kim loại.

 

Bài viết gợi ý: