Lí thuyết về kim loại (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về kim loại

1. Lí thuyết

1.1 Vị trí, cấu tạo của kim loại

    a. Vị trí

    - 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

    b. Cấu tạo

    - 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 nhìn chung lớn hơn bán kính nguyên tử các nguyên tố phi kim

    - Cấu tạo mạng tinh thể kim loại

    Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng là lập phương tâm khối, lập phương tâm diện và lục phương

    - Liên kết kim loại

    Là liên kết hóa học hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa ion dương kim loại nằm ở các nút mạng tinh thể và các electron tự do di chuyển trong toàn bộ mạng lưới tinh thể kim loại.

1.2 Tính chất vật lý

    - Kim loại có tính chất vật lí chung là dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim.

    - Một số tính chất vật lí riêng:

    * Tỉ khối: của các kim loại rất khác nhau nhưng thường dao động từ 0,5 (Li) đến 22,6 (Os). Thường thì:

        + d < 5: kim loại nhẹ (K, Na, Mg, Al).

        + d > 5: kim loại nặng (Zn, Fe...).

    * Nhiệt độ nóng chảy: biến đổi từ -39^oC (Hg) đến 3410^oC (W). Thường thì:

        + t < 10000C: kim loại dễ nóng chảy.

        + t > 15000C: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt).

    * Tính cứng: Biến đổi từ mềm đến rất cứng.

    Tỷ khối, nhiệt độ nóng chảy và tính cứng của kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu mạng tinh thể; mật độ e; khối lượng mol của kim loại...

1.3 Tính chất hóa học

    Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương): M → Mn⁺ + ne

    a. Tác dụng với phi kim

    Hầu hết các kim loại khử được phi kim điển hình thành ion âm

    Ví dụ:

    b. Tác dụng với axit

    - Đối với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng:

    M + nH⁺ → Mn⁺ + n/2H₂

    (M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn)

    - 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 được với HNO₃ và H₂SO₄ đặc (trừ Pt, Au)

    Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong H₂SO₄ và HNO₃ đặc nguội.

    Khi đó S

+6 H₂SO₄ bị khử thành S⁺⁴ (SO₂); S^o hoặc S^-2 (H₂S)

    Trong HNO₃ đặc N⁺⁵ bị khử thành N⁺⁴ (NO₂)

    Với HNO₃ loãng N⁺⁵ bị khử thành N⁺²(NO); N⁺¹ (N₂O); N^o (N₂); N^-3 (NH⁴⁺)

        + Các kim loại có tính khử càng mạnh thường cho sản phẩm khử có số oxi hóa càng thấp. Các kim loại như Na, K... sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit

    Ví dụ:

    c. Tác dụng với dung dịch muối

    - Với Na, K, Ca và Ba phản ứng với nước trước sau đó dung dịch kiềm tạo thành sẽ phản ứng với muối.

    - Với các kim loại không tan trong nước, kim loại hoạt động đẩy được kim loại kém hoạt động ra khỏi dung dịch muối của chúng theo quy tắc α.

    Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

    Chú ý:

    d. Tác dụng với dung dịch kiềm

    Các kim loại mà hiđroxit của chúng có tính lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb... tác dụng được với dung dịch kiềm (đặc).

    2Al + 6H₂O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

    e. Tác dụng với oxit kim loại

    Các kim loại mạnh khử được các oxit kim loại yếu hơn ở nhiệt độ cao thành kim loại

    Ví dụ:

1.4 Điều chế

    Nguyên tắc điều chế: Khử ion kim loại thành kim loại

    Mⁿ⁺ + ne → M

    * Một số phương pháp điều chế

    a. Phương pháp nhiệt luyện

    - Nguyên tắc: dùng chất khử CO, C, Al, H₂ khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao.

    - Phạm vi sử dụng: thường dùng trong công nghiệp với kim loại sau Al.

    Ví dụ:

    PbO + C → Pb + CO

    Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

    b. Phương pháp thủy luyện

    - Nguyên tắc: Dùng dung dịch thích hợp (HCl, HNO₃, nước cường toan, CN^-...) hòa tan nguyên liệu sau đó lấy kim loại mạnh (không tan trong nước) đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nó.

    - Phạm vi sử dụng: thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các kim loại sau Mg (thường là kim loại yếu).

    Ví dụ:

    Vàng lẫn trong đất đá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN cùng với oxi của không khí, được dung dịch muối phức của vàng:

    4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

    Sau đó, ion Au³⁺ trong phức được khử bằng kim loại Zn:

    Zn + 2Na[Au(CN)₂] → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

    c. Phương pháp điện phân

    - Điện phân nóng chảy

        + Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit).

        + Phạm vi sử dụng: có thể dùng để điều chế tất cả các kim loại nhưng thường dùng với kim loại mạnh: K, Na, Mg, Ca, Ba và Al.

    - Điện phân dung dịch

        + Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó.

        + Phạm vi sử dụng: Dùng điều chế các kim loại yếu.

2. Bài tập vận dụng

Bài 1: Ngâm một lá đồng trong 500ml dung dịch AgNO3đến khi phản ứng hoàn toàn. Lấy lá đồng ra, làm khô, cân thì thấy khối lượng lá đồng tăng thêm 15,2g. Hãy xác định nồng độ mol của dung dịch bạc nitrat.

Lời giải:

Phương trình hóa học:

Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag

a -------- 2a --------------a---------2a (mol)

Gọi a là số mol Cu đã phản ứng.

Khối lượng kim loại tăng = KL kim loại sau - KL kim loại trước nên

2a.108−64a = 15,22a.108 − 64a = 15,2

Giải PT trên ta được a = 0,1

Theo PTHH => n_AgNO3= 0,1.2 = 0,2 mol

C_M = 0,2/0,5 = 0,4M.

Bài 2: Ngâm sắt dư trong 200ml dung dịch CuSO₄ 1M. Sau khi phản ứng kết thúc, lọc kết tủa chất rắn A và dung dịch B.

a. Cho A tác dụng với dung dịch HCl dư. Tính khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng.

b. Tính thể tích dung dịch NaOH 1M vừa đủ để kết tủa hoàn toàn dung dịch B. Lọc tách kết tủa đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được bao nhiêu g chất rắn.

Lời giải:

Phương trình hóa học:

Fe  + CuSO₄ → FeSO₄+ Cu

Cu + HCl → k phản ứng

khố lượng chất rắn cần tính sau phản ứng là Cu

n_CuSO4 = 0,2 .1 = 0,2 (mol)

Theo phương trình hóa học: n_Cu= n_CuSO4 = 0,2 mol

=> m_Cu =0,2 .64 = 12,8(g)

b) Phương trình hóa học:

FeSO₄ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + Na₂SO₄

Theo phần a) ta có:

n_FeSO4 = n_CuSO4= 0,2 mol

Theo phương trình: n_NaOH = 2n_FeSO4 = 0,2.2=0,4 (mol)

=> V_ddNaOH= 0,4/1=0,4 lít

c)

Phương trình hóa học:

4Fe(OH)₂ + O2 + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Theo phần b ta có:

n_Fe(OH)2 = n_FeSO4 = 0,2 mol

theo PT: n_Fe(OH)3 = n_Fe(OH)2 = 0,2 (mol)

=> m_Fe(OH)3 = 0,2 .[56+(16+1).3] = 21,4 (g)

Bài 3: Cho thanh sắt 15g vào 500ml dung dịch AgNO₃ 0,1M. Sau khi phản ứng hoàn toàn lấy thanh sắt ra, sấy khô, cân nặng m g và thu được dung dịch A.

a. Tính m.

b. Cho toàn bộ dung dịch A tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc nung kết tủa ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được bao nhiêu g chất rắn?

Lời giải:

Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Ta có :

n_Fe = 15/56 = 0,268 (mol)

n_AgNO3= 0,5.0,1 = 0,05 (mol)

= > Fe dư

m = m_{Fe dư} + m_Ag tạo thành =15 - 0,025.56 + 0,05.108 = 19(g)

b) Phương trình hóa học:

Fe(NO₃)₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + NaNO₃

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O→ 4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

Ta có :

n_Fe2O3 = 1/2n_Fe(NO3)2 =0,025/2 = 0,0125 (mol)

⇒ m_Fe2O3 = 0,0125.160 = 2(g)

Bài 4: Cho 78g một kim loại A tác dụng với khí clo dư tạo thành 149 g muối. Hãy xác định kim loại A, biết rằng A có hóa trị 1.

Lời giải:

2A + Cl₂→ 2ACl ( vì A hóa trị 1 => ACl)

2      1        2 ( mol)

Ta có: n_A = n_ACl

78/A  = 149/(A+35,51)  (vì ACl = A + Cl = A + 35,5)

=> A = 39 (g/mol)

=> A là Kali

Bài 5: Ngâm một lá sắt có khối lượng 28g trong 250ml dung dịch CuSO₄. Sau khi phản ứng hoàn toàn, người ta lấy thanh sắt ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, làm khô thì cân nặng 28,8 g.

a. Hãy viết phương trình hóa học.

b. Tính nồng độ C_M của dung dịch CuSO₄.

Lời giải:

Khối lượng thanh sắt tăng 28,8 - 28 = 0,8 gam

Phương trình hóa học: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

                                    56 g   1 mol       64 gam tăng 64 - 56 = 8 gam

                                   5,6 g   0,1 mol   6,4 gam tăng 6,4 - 5,6 = 0,8 gam

C_M(CuSO4) = 0,1/0,25 = 0,4M

Bài 6: Cho 16,6 g hỗn hợp gồm nhôm và sắt tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng dư. Sau phản ứng thu được 1,12l lít khí (đktc).

a) Viết các phương trình hóa học.

b) Tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi kim loại ban đầu.

Lời giải:

a) Phương trình hóa học

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃+ 3H₂

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

b)

n_H2 = 1,12/22,4 = 0,05 mol

Đặt n_Al= x, n_Fe = y

=> 27x + 56y= 1,66 và 1,5x + y= 0,05

<=> x = y= 0,02

=> m_Al= 0,02.27= 0,54 gam

=> %Al = 0,54.100 :1,66 = 32,53%

=> %Fe = 67,47%

Bài 7: Cho 20 g dung dịch muối sắt clorua 16,25% tác dụng với bạc nitrat dư tạo thành 8,61g kết tủa. Hãy tìm công thức của muối sắt.

Lời giải:

m_FeClx = 10.32,5% = 3,25g

Phương trình hóa học tổng quát

FeCl_x+ xAgNO₃ → Fe(NO₃)x + xAgCl

n_AgCl= 8,61/143,5 = 0,06mol

→ n_FeClx= 0,06x mol

→ M_FeClx= 3,25x/0,06 = 54x

→ 35,5x + 56 = 54x

→ x = 3

Vậy muối sắt là FeCl₃

Bài 8: Cho 3,2 g bột sắt vào 100ml dung dịch CuSO₄ 10% có khối lượng riêng là 1,12g/ml.

a. Viết phương trình phản ứng hóa học.

b. Xác định nồng độ mol của các chất trong dung dịch thu được sau phản ứng. Giả thiết thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể.

Lời giải:

a) Phương trình hóa học

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

0,057 → 0,057 → 0,057

b/ Áp dụng công thức m = D x V

=> m_{dd CuSO4} = 100.1,12 = 112 gam

=>m_CuSO4 = 112 .10% = 11,2 gam

=> n_CuSO4= 11,2/160 = 0,07 mol

n_Fe= 3,2 / 56 = 0,057 mol

Lập tỉ lệ theo phương trình => Fe hết, CuSO₄ dư

Lập các số mol trên phương trình

=> Dung dịch thu đc chứa FeSO₄và CuSO₄

=> C_M(FeSO4)= 0,057/0,1 = 0,57M

CM_(CuSO4) = (0,07 − 0,057)/0,1 = 0,13 M

Bài 9: Một hỗn hợp A gồm Ca và Mg có khối lượng 8,8g. Nếu hòa tan hết hỗn hợp này trong nước thì thu được 2,24 lít khí hidro (đktc).

a) Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A.

b) Nếu hòa tan hết cũng lượng hỗn hợp trên trong dung dịch HCl thì thể tích H₂ (đktc) thu được là bao nhiêu?

Lời giải:

Số mol H₂ là: n_H2= 2,24/22,4 = 0,1 mol

Vì chỉ có Ca tác dụng với nước nên:

Phương trình hóa học:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂+ H₂

0,1 ← 0,1 mol

Khối lượng Ca: m_Ca = 0,1.40 = 4 gam

m_Mg= 8,8 - 4 = 4,8 gam

b. Trong hỗn hợp A ta có:

nCa =4/40 = 0,1 mol

n_Mg= 4,8/24 = 0,2 mol

Phương trình hóa học

Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂

0,1 → 0,1 mol

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

0,2 → 0,2 mol

n_H2= 0,1 + 0,2 = 0,3 mol

Thể tích khí H₂ là

V_H2 = 0,3 . 22,4 = 6,72 lít

Bài 10: Nung hỗn hợp gồm 5,6 gam sắt và 1,6 gam lưu huỳnh trong điều kiện không có không khí. Sau phản ứng thu được hỗn hợp chất rắn A. Cho dung dịch HCl 0,5M phản ứng vừa đủ với chất rắn A thu được hỗn hợp khí B. Thể tích dung dịch HCl 0,5M đã dùng là

Lời giải:

n_Fe= 5,6/56=0,1mol;

n_S = 1,6/32 = 0,05 mol

PTHH: Fe + S ⟶  FeS

Pư 0,05←0,05→0,05 (mol)

Vậy sau phản ứng rắn A thu được gồm: FeS: 0,05 (mol); Fe dư: 0,1 – 0,05 = 0,05 (mol)

Rắn A + dd HCl có phản ứng:

FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑

0,05→ 0,1 (mol)

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

0,05→ 0,1 (mol)

→ Tổng mol HCl = 0,1 + 0,1 =0,2 (mol)

→V_HCl = n_HCl/C_M =0,2:0,5 = 0,4l = 400 ml

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học hay khác:

Lí thuyết về areniut (2024) hay, chi tiết nhất

Lí thuyết tổng hợp về tơ tổng hợp (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết về phân loại phản ứng hóa học (2024) hay, chi tiết nhất

Lí thuyết tổng hợp về tơ nhân tạo (2024) chi tiết nhất

Lí thuyết tổng hợp về tơ capron (2024) chi tiết nhất