Giáo trình Chương VI: Đại cương về kim loại

1. Nêu ý nghĩa của dãy điện hoá kim loại cho ví dụ minh hoạ.
2. Hãy cho biết vị trí của cặp Mn2+/Mn trong dãy điện hoá . Biết rằng ion 
H+ oxi hoá được Mn.
Hướng dẫn giải:
 1. Dãy điện hoá của kim loại là dãy các cặp oxi hoá - khử của kim loại 
được xếp theo chiều tăng dần tính oxi hoá của các ion kim loại và giảm 
dần tính khử của các kim loại tương ứng.
2. Dãy điện hoá cho phép xác định chiều hướng xảy ra phản ứng ôxi 
hoá - khử giữa các cặp ôxi hoá -khử: phản ứng oxi hoá -  khử chỉ tự 
xảy ra theo chiều chất ôxi hoá mạnh tác dụng với chất khử mạnh để
 tạo thành chất oxi hoá và chất khử yếu hơn.
Ví dụ: Fe2+/Fe và Cu2+/Cu
Phản ứng xảy ra là:                                                                                                                                          
   Cu2+ + Fe  = Fe2+ + Cu
3. Ion H+ oxi hoá được Mn: 2H+ + Mn = H2 + Mn2+ 
Þ  tính oxi hoá H+ > Mn2+;  Tính khử H2 < Mn 
Vậy cặp Mn2+/Mn phải đứng trước cặp 2H+/H2.
Trung Hiếu 56: 
a) Sự ăn mòn kim loại là gì?
b) Trong dung dịch HCl loãng, chất nào dễ bị ăn mòn hơn: Zn, Cu, hợp
 kim Zn - Cu? Giải thích?
Hướng dẫn giải
a) ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hay hợp kim do tác dụng hoá
 học của môi trường xung quanh .
b) Zn bị ăn mòn hoá học do phản ứng
   Zn  +  2HCl = ZnCl2  +  H2 ↑
Cu không bị HCl ăn mòn (vì Cu không bị H+ oxi hoá).
Hợp kim Zn - Cu bị ăn mòn điện hoá học
- ở cực âm Zn, bị ăn mòn theo phản ứng: Zn - 2e = Zn2+ 
- ở cực dương (Cu), ion H+ bị khử: 2H+  +  2e = H2 ↑ 
ở Zn, phản ứng xảy ra nay ở chỗ tiếp xúc giữa Zn với dung dịch,
H2 thoát ra bám trên bề mặt kẽm làm chậm sự tiếp xúc giữa Zn với H+.
Trong trường hợp Zn - Cu,  H2 thoát ra ở cực dương (Cu).
Vì vậy hợp kim Zn - Cu bị ăn mòn nhanh hơn Zn.
Trung Hiếu 57: 
a) Cho biết ăn mòn kim loại xảy ra trong trường hợp: Al tác dụng với
dung dịch HCl có chứa CuCl2. Giải thích.
b) Trong phòng thí nghiệm khi điều chế hiđro bằng phản ứng giữa kẽm
và axit sunfuric loãng, tại sao người ta thường thêm vào hỗn hợp phản
ứng ít giọt dung dịch đồng sunfat. Viết các phương trình phản ứng xảy
 ra và trình bày cơ chế của quá trình đó:
- Khí hiđro bay ra khởi dung dịch luôn lẫn hơi nước, làm thế nào để thu
 được khí hiđro khô?
Hướng dẫn giải:
a)  Khi cho thanh Al vào dung dịch HCl có CuCl2 sẽ xảy ra:
- Quá trình ăn mòn hoá học do phản ứng trực tiếp của Al với HCl, quá 
trình ăn mòn hoá học xảy ra yếu và yếu dần...
   2Al  +  6HCl  = 2 AlCl3  + 3H2   
   Al  + 3H+   =  Al3+  + 3/2H2 ↑                                                                                                                                                   
Quá trình ăn mòn điện hoá do:   
2Al  +  3 Cu2+  = 3Cu↓  + 2Al3+
Khi Cu tạo thành bám vào Al và trong dung dịch chất điện ly dẫn đến
 trên bề mặt Al xuất hiện vô số pin hoạt động (Cu - Al). Từ lúc này 
Al lại bị ăn mòn điện hoá →sự ăn mòn này mạnh. Al bị hoà tan nhanh
 trong dung dịch.
b. Điều chế H2:
Zn nguyên chất + H2SO4 loãng + vài giọt dung dịch CuSO4
- Nếu chỉ có Zn nguyên chất trong dung dịch H2SO4 loãng → sự căn 
mòn hoá học, H2↑  yếu, yếu dần.
- Khi cho thêm vài giọt CuSO4: 
Zn  +  CuSO4 = Cu ↓ +   ZnSO4
* Cu tạo thành bám vào Zn → tạo vô số pin Zn - Cu hoạt động → xảy
 ra ăn mòn điện hoá mạnh. Zn tan nhiều H2 ↑ thoát ra trên bề mặt Cu.
Cơ chế : pin Zn - Cu (Zn là cực (-); Cu là cực (+))
* Zn tan trong dung dịch dạng Zn2+: Zn - 2e = Zn2+ 
Electron từ Zn →Cu, H+  trong dung dịch Cu → H2 : 2H+ + 2e  H2 ↑
Zn cứ tan, H2 thoát ra từ cực Cu.
- Khí H2 có lẫn hơi nước loại H2O như sau: Cho H2 ẩm qua P2O5 
hoặc H2SO4 đặc, hơi nước bị giữ lại.
Trung Hiếu 58: Cho dung dịch Fe2(SO4)3 tác dụng với kim loại Cu,
 được FeSO4 và CuSO4.Cho dung dịch CuSO4 tác dụng với kim 
loại Fe, được FeSO4 và Cu.
1. Viết các phương trình phản ứng dạng phân tử và ion rút gọn
2. So sánh tính oxi hoá của các ion kim loại nói trên.
Hướng dẫn giải:
1.                                                                                                                                                                 
Fe2(SO4)3 + Cu = 2FeSO4 +CuSO4                                                                                                                                
2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+
2. Tính oxi hoá : Fe3+ > Cu2+ > Fe2+
Trung Hiếu 59: Nêu nguyên tắc chung để điều chế kim loại. 
Nêu một số phương pháp thường dùng để điều chế các kim 
loại hoạt động hoá học mạnh, trung bình và yếu. Cho ví dụ 
minh hoạ, viết các phương trình phản ứng xảy ra.
Hướng dẫn giải:
Nguyên tắc chung để điều chế kim loại: khử ion + kim loại trong 
hợp chất thành nguyêntử kim loại
  Mn+  +  ne → M0                                                                                                                          
Một số phương pháp thông thường:
- Đối với kim loại hoạt động hoá học mạnh: Na, K, Mg, Ca, Al dùng 
phương pháp điện phân nóng chảy.
 - Với kim loại trung bình, yếu có thể dùng các phương pháp:
Trung hiếu 60: Cho cấu hình electron của một số nguyên tố:
a) 1s2  2s2 2p6 3s2                                                                                                                                                                   
b) 1s2 2s2 2p5                                                                                                                                              
c) 1s2 2s2 2p6 3s2                                                                                                                                                                    
d) 1s2 2s2 2p6 3s2 2p6 4s1                                                                                                                            
e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2                                                                                                                      
g)  1s2 2s2 2p6 3s2 3p3                                                                                                                    
Hãy cho biết vị trí của từng nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn 
và dự đoán xem nó là khối lượng hay phi kim.
Hướng dẫn giải:
Số thứ tự
Chu kỳ
Nhóm
Nguyên tố
a)
12
3
Chính II
Kim loại
b)
9
2
Chính VII
Phi kim
c)
16
3
 Chính VI
Phi kim
d)
19
4
Chính I
 Kim loại
e)
26
4
Phụ VIII
Kim loại
g)
15
3
Chính V
Phi kim
Trung Hiếu 61:
a) Khi cho một kim loại A vào dung dịch muối kim loại B có thể xảy 
ra phản ứng gì? Hãy nêu điều kiện để kim loại A có thể đẩy kim loại 
B ra khỏi dung dịch muối của B. Cho VD.
b) Trong các cặp chất cho dưới đây, trường hợp nào có xảy ra phản
 ứng (chất điện li ở trong dung dịch nước):  
Cu + HCl                                                                                                                                                               
Cu + Hg(NO3)2                                                                                                                                                      
Zn + Pb(NO3)2                                                                                                                                                                       
Cu + Ag2SO4                                                                                                                                                         
Fe + ZnCl2                                                                                                                                                             
Ag + AuCl3
Viết phương trình phản ứng dạng phân tử và dạng ion thu gọn.
Hướng dẫn giải:
a) Điều kiện để kim loại A đẩy được kim loại B khỏi dung dịch muối
(xem phần lí thuyết thầy đã giảng trên lớp).
- Khi cho kim loại A vào dung dịch muối kim loại B:
* Nếu  A là kim loại tác dụng được với  H2O ở (điều kiện thường): A 
sẽ tác dụng với nước trước và sau đó tạo hiđroxit kim loại B: ví dụ: Cho 
Na vào dung dịch CuSO4 :
*  Nếu A khử mạnh hơn B, nhưng muối tạo thành của A không tan, chỉ 
phản ứng một lúc rồi ngưng (do kết tủa phủ bề mặt kim loại A, phản ứng 
ngừng tiếp diễn):
Pb  + CuSO4  → PbSO4 ↓ +  Cu
Fe + AgCl: không phản ứng
Nếu A khử mạnh hơn B, A không tác dụng với H2O, muối tạo thành 
       của A tan được:
b)                                                                                                                                                                 
Cu + HCl : không phản ứng
Cu + Hg(NO3)2 Cu(NO3)2 + Hg
Zn + Pb(NO3)2 Zn(NO3)2 + Pb
Cu Ag2SO4    CuSO4  + 2Ag
  Fe  +  ZnCl2 → không phản ứng
 3Ag + AuCl3 → 3AgCl↓  + Au  (không hoàn toàn)
Trung Hiếu 62: 
a) Trong công nghiệp người tađiều chế CuSO4 bằng cách ngâm 
Cu kim loại trong dung dịch H2SO4 loãng và sục khí O2 liên tục. 
Cách làm này có lợi hơn hoà tan Cu trong H2SO4 đặc nóng không? 
Tại sao? Hãy nêu một số ứng dụng của CuSO4.
b) Hãy nêu 3 phương pháp tạo thành CuCl2 từ Cu kim loại và 3 phương
 pháp điều chế Cu từ CuCl2.
Hướng dẫn giải:
a) Trong công nghiệp, người ta điều chế CuSO4: 
2Cu + O2 + 2H2SO4  →  2CuSO4 + 2H2O
Nếu dùng  đặc, nóng lượng axit tăng gấp đôi: 
Cu + 2H2SO4  → CuSO4 + SO2 + H2O
ứng dụng CuSO4 dùng để mạ Cu, sản xuất bột màu vô cơ, thuốc trừ sâu,
 chất khử trùng.
b)                                                                                                                                                                 
3 phản ứng trực tiếp điều chế CuCl2 từ Cu:
3 phản ứng gián tiếp:
Trung Hiếu 63: 
a) Một hợp chất có công thức là CuCO3.Cu(OH)2. Từ hợp chất đó 
có những phương pháp nào điều chế Cu? Phương pháp nào điều 
chế Cu tinh khiết hơn cả?
b) Nêu 4 biện pháp điều chế CuO từ Cu và 4 biện pháp điều Cu từ CuO.
 Hướng dẫn giải:
a) Cách 1: Hoà tan mẫu trong axit, rồi lấy dịch đem điện phân (hoặc
 cho tác dụng với Fe, thì Cu sẽ bị đẩy ra). Với phương pháp điện phân, 
ta thu được Cu tinh khiết nhất.
Trung Hiếu 64: Hoà tan hết hỗn hợp Cu + Al trong dung dịch HNO3 loãng 
nóng