3 ĐẶT VẤN ĐỀ Mỗi giáo viên đứng trên bục giảng luôn băn khoăn, trăn trở làm thế nào để học sinh có thể lĩnh hội kiến thức hiệu quả nhất. Tôi cũng vậy, tôi luôn cố gắng tự hoàn thiện mình bằng cách tự bồi dưỡng chuyên môn, tìm kiếm, suy nghĩ, thử nghiệm các phương pháp giảng dạy mới, hiệu quả. Viết các chuyên đề chuyên môn là một trong những hoạt động giúp tôi nâng cao chất lượng giảng dạy của mình và chất lượng học tập của học sinh. Chương “Đại cương về kim loại” là một chương có nhiều kiến thức khó, có liên quan chặt chẽ với các phần kiến thức đã được học trước đó ở cả lớp 10 và lớp 11. Đặc biệt về vị trí của phần kiến thức này trong chương trình, chương bắt đầu cho phần Hóa học Vô cơ lớp 12 ngay sau khi kết thúc phần Hóa học Hữu cơ kéo dài gần một năm. Vì thế, khi giảng dạy chương này giáo viên không những phải truyền đạt cho học sinh kiến thức mới mà còn cần giúp học sinh ôn tập lại các kiến thức cũ, các phương pháp giải bài tập thông dụng trong hóa Vô cơ. Bài tập của chương chiếm tỉ lệ khá cao trong các đề thi Đại học, Cao đẳng những năm gần đây. Đây cũng là một chương mà tôi vô cùng yêu thích. Vì vậy, tôi chọn chuyên đề “ Bài toán Đại cương về kim loại ôn thi Đại học, Cao đẳng” Chuyên đề gồm hai nội dung chính: Lí thuyết đại cương về kim loại và Bài tập toán. Phần lí thuyết chỉ nêu lại những nội dung được áp dụng trong bài tập toán và những lưu ý khi giải toán đối với từng tính chất cụ thể. Phần bài tập được chia làm bốn dạng cơ bản: Bài toán hỗn hợp, bài toán về dãy điện hóa, bài toán xác định kim loại và bài toán điện phân. Mỗi dạng được chia làm ba phần: phần hướng dẫn làm bài nêu lên các điểm đặc trưng của bài toán và phương pháp giải; phần bài tập minh họa gồm các bài tập đặc trưng với lời giải chi tiết và lưu ý khi áp dụng; phần bài tập tự giải dành cho học sinh tự làm dưới sự quan sát, hướng dẫn của giáo viên. Chuyên đề được thực hiện lồng ghép trong giờ dạy chính khóa trên lớp và trong 16 tiết dạy ôn thi đại học cho khối 12 của trường THPT Ngô Gia Tự. Chuyên đề “Bài toán Đại cương về kim loại ôn thi Đại học, Cao đẳng” đã được tôi nung nấu từ khá lâu và đã được áp dụng thành công trong năm học 2010 – 2011. Tôi hi vọng đây là một tài liệu tham khảo có giá trị dành cho các đồng nghiệp và các em học sinh. Khi viết chuyên đề này, tôi đã cố gắng hết sức nhưng không thể tránh được có sự thiếu sót. Kính mong nhận được sự góp ý tận tình của các bạn đồng nghiệp giúp cho chuyên đề hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! 4 CHUYÊN ĐỀ BÀI TOÁN ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI ÔN THI ĐẠI HỌC,CAO ĐẲNG A. LÍ THUYẾT ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI I. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA KIM LOẠI Tính chất hóa học cơ bản của kim loại là tính chất khử n+ M M + ne → (n = 1, 2, 3 là hóa tr ị c ủ a kim lo ạ i) 1. Tác dụng với phi kim Tùy thu ộ c vào độ m ạ nh c ủ a kim lo ạ i và c ủ a phi kim mà ph ả n ứ ng x ả y ra ở đ i ề u ki ệ n khác nhau. Đ a ph ầ n các ph ả n ứ ng x ả y ra khi đố t nóng. - Tác d ụ ng v ớ i O 2 : T ấ t c ả các kim lo ạ i đề u ph ả n ứ ng (tr ừ Ag, Au, Pt). - Tác d ụ ng v ớ i Cl 2 : T ấ t c ả các kim lo ạ i đề u ph ả n ứ ng và b ị oxi hóa lên s ố oxi hóa cao. - Tác d ụ ng v ớ i S: T ạ o mu ố i sunfua kim lo ạ i. VD: o o o t +2 8 + t 3 2 3 4 t +3 2 3 Fe + S Fe S 3Fe+2O Fe O 2Fe+3Cl 2Fe Cl → → → (ph ả n ứ ng có th ể t ạ o ra h ỗ n h ợ p oxit s ắ t) ⇒ Trong phản ứng, nguyên tử kim loại đã khử nguyên tử phi kim thành ion âm, đồng thời bị oxi hóa thành ion dương. 2. Tác dụng với dung dịch axit a. Với dung dịch HCl, H 2 SO 4 loãng VD 1: Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 ↑ Phương trình ion thu gọn: Fe + 2H + → Fe 2+ + H 2 ↑ VD 2: 3Al + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 ↑ Phương trình ion thu gọn: 3Al + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2 ↑ ⇒ phương trình phản ứng tổng quát: M + nH + → M n+ + n 2 H 2 ↑ (V ớ i n = 1, 2, 3 là hóa tr ị c ủ a kim lo ạ i) ⇒ B ả n ch ấ t chất oxi hóa trong dung d ị ch axit là ion H + , do đ ó: + Ch ỉ kim lo ạ i đứ ng tr ướ c H 2 trong dãy đ i ệ n hóa m ớ i tham gia ph ả n ứ ng. + Kim lo ạ i có nhi ề u tr ạ ng thái oxi hóa (nh ư Fe, Cr,…) ch ỉ b ị oxi hóa lên s ố oxi hóa th ấ p. Một số dạng toán thường gặp và lưu ý khi giải toán : - Kim lo ạ i tác d ụ ng đượ c v ớ i n ướ c ở đ i ề u ki ệ n th ườ ng khi tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch axit s ẽ có ph ả n ứ ng tr ự c ti ế p v ớ i axit, n ế u d ư kim lo ạ i m ớ i tác d ụ ng v ớ i n ướ c. 5 - Dù kim lo ạ i tác d ụ ng v ớ i n ướ c, v ớ i dung d ị ch ki ề m hay dung d ị ch axit luôn có t ỉ l ệ M → n 2 H 2 ↑ . Do v ậ y v ớ i 1 kim lo ạ i đ ã cho v ớ i l ượ ng nh ấ t đị nh dù tác d ụ ng v ớ i lo ạ i dung d ị ch nào c ũ ng gi ả i phóng cùng s ố mol H 2 . - Vi ế t d ướ i d ạ ng ph ươ ng trình ion khi g ặ p bài toán h ỗ n h ợ p kim lo ạ i tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch h ỗ n h ợ p axit. - V ớ i bài toán tìm kh ố i l ượ ng h ỗ n h ợ p mu ố i thu đượ c hay xoay quanh v ấ n đề này th ườ ng áp d ụ ng đị nh lu ậ t b ả o toàn kh ố i l ượ ng m hỗn hợp muối = m hỗn hợp kl + m gốc axit tạo muối . trong đ ó - 2 H Cl n =2n 2- 2 4 H SO n =n Có th ể th ấ y t ỉ l ệ trên không ph ụ thu ộ c vào kim lo ạ i là gì, có hóa tr ị nào và có bao nhiêu kim lo ạ i tham gia ph ả n ứ ng. - Quá trình kh ử : + 2 2H +2e H → ↑ ⇒ khi áp d ụ ng b ả o toàn electron ta luôn có 2 e H n =2n b. Với dung dịch HNO 3 , H 2 SO 4 đặc - V ớ i dung d ị ch HNO 3 : VD: o o t 3(d) 3 3 2 2 t+ - 3+ 3 2 2 Fe + 6HNO Fe(NO ) + 3NO + 3H O (Fe + 6H + 3NO Fe + 3NO + 3H O) → → ⇒ B ả n ch ấ t ch ấ t oxi hóa là ion - 3 NO trong môi tr ườ ng H + . Do đ ó, s ả n ph ẩ m kh ử là h ợ p ch ấ t ch ứ a N ở s ố oxi hóa th ấ p +4 +2 +1 3 0 2 2 2 4 3 ( N O , N O, N O, N , N H NO ) − , trong đ ó, th ườ ng HNO 3 đặ c t ạ o NO 2 , HNO 3 loãng t ạ o NO v ớ i kim lo ạ i có tính kh ử trung bình và y ế u; t ạ o NO, N 2 O, N 2 , NH 4 NO 3 v ớ i kim lo ạ i có tính kh ử m ạ nh. Nhi ề u bài t ậ p t ạ o h ỗ n h ợ p s ả n ph ẩ m kh ử ph ả i xác đị nh s ả n ph ẩ m kh ử (n ế u c ầ n) và tính s ố mol ho ặ c t ỉ l ệ mol các s ả n ph ẩ m kh ử tr ướ c. - V ớ i H 2 SO 4 đặ c: VD: Cu + 2H 2 SO 4(đặc) o t → CuSO 4 + SO 2 ↑ + 2H 2 O. ⇒ B ả n ch ấ t ch ấ t oxi hóa là c ả phân t ử H 2 SO 4 (S +6 trong phân t ử H 2 SO 4 ) ⇒ S ả n ph ẩ m kh ử là SO 2 (ch ủ y ế u), S ho ặ c H 2 S (ch ỉ đượ c t ạ o ra trong tr ườ ng h ợ p kim lo ạ i m ạ nh nh ư Mg, Zn tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch H 2 SO 4 đặ c ngu ộ i). ⇒ Đặc điểm kim loại tham gia phản ứng: + Kim loại đứng sau H 2 (trừ Au, Pt) cũng có phản ứng. + Kim loại có nhiều số oxi hóa (Fe) bị oxi hóa lên số oxi hóa cao nhất (Fe 3+ ). + Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong HNO 3 và H 2 SO 4 đặc nguội. Lưu ý khi giải toán - Bài toán có phản ứng này thường áp dụng các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn số nguyên tố, bảo toàn khối lượng, phương trình ion và phương trình ion - electron. 6 - Axit tham gia phản ứng có 2 vai trò: bị khử và tạo muối. Trong đó số mol axit bị khử tính theo sản phẩm khử, số mol axit tạo muối tính theo số mol electron trao đổi - 2- 3 4 e e NO taomuoi SO taomuoi n (n =n ;n = ) 2 (ở đây chỉ xét muối của kim loại, trong trường hợp phản ứng tạo ra NH 4 NO 3 được tính riêng). - Những bài toán không nói rõ chỉ tạo sản phẩm khử khí cần hết sức lưu ý có thể tạo ra NH 4 NO 3 , đặc biệt khi đã tường minh số mol kim loại và sản phẩm khử khí (hay khối lượng muối thu được). 3. Kim loại tác dụng với nước - Chỉ kim loại đứng trước Mg tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí H 2 . VD: Na + H 2 O → NaOH + 1 2 H 2 ↑ Ca + H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2 ↑ T ổ ng quát M + nH 2 O → M(OH) n + 2 n H 2 ↑ (n là hóa tr ị c ủ a kim lo ạ i, n = 1, 2) B ả n ch ấ t: là quá trình kim lo ạ i kh ử H + trong n ướ c: 2H 2 O + 2e → 2OH - + H 2 ↑ L ư u ý t ỉ l ệ : - 2 e H OH n =n =2n Th ườ ng áp d ụ ng: Tính kh ố i l ượ ng baz ơ thu đượ c: - hhbazo hhkl OH m =m +m Trung hòa dung d ị ch thu đượ c b ằ ng dung d ị ch axit: Tính th ể tích (n ồ ng độ ) c ủ a dung d ị ch axit: + - 2 H H OH n =n =2n Tính kh ố i l ượ ng mu ố i thu đượ c sau trung hòa: m muối = m kl + m gốc axit . Xác đị nh kim lo ạ i: 2 n M H 2 → ↑ (n = 1,2) - Kim lo ạ i có oxit và hi đ roxit l ưỡ ng tính (Be, Al, Zn, Cr) khi tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch ki ề m, tr ướ c tiên có ph ả n ứ ng: Al + 3H 2 O → Al(OH) 3 + 2 3 H 2 ↑ Zn + 2H 2 O → Zn(OH) 2 + H 2 ↑ Hi đ roxit sinh ra tan đượ c trong dung d ị ch ki ề m Al(OH) 3 + OH - → AlO 2 − + 2H 2 O. Zn(OH) 2 + 2OH - → ZnO 2 2 − + 2H 2 O. không còn tác d ụ ng b ả o v ệ kim lo ạ i n ữ a nên ph ả n ứ ng kim lo ạ i kh ử n ướ c đượ c ti ế p di ễ n. T ổ h ợ p 2 ph ả n ứ ng l ạ i s ẽ đượ c ph ươ ng trình ph ả n ứ ng t ổ ng quát: Al + OH - + H 2 O → AlO 2 − + 2 3 H 2 ↑ Zn + 2OH - → ZnO 2 2 − + H 2 ↑ 7 Một số lưu ý khi giải toán - M ộ t h ỗ n h ợ p hai kim lo ạ i tan h ế t trong n ướ c có th ể x ả y ra 2 kh ả n ă ng: ho ặ c c ả 2 kim lo ạ i đề u tác d ụ ng v ớ i n ướ c ở đ i ề u ki ệ n th ườ ng, ho ặ c ch ỉ có m ộ t kim lo ạ i tác d ụ ng v ớ i n ướ c t ạ o dung d ị ch ki ề m, kim lo ạ i còn l ạ i tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch ki ề m m ớ i sinh ra. - Kim lo ạ i đứ ng tr ướ c Mg khi tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch axit s ẽ ph ả n ứ ng v ớ i axit tr ướ c, n ế u d ư kim lo ạ i m ớ i có ph ả n ứ ng v ớ i n ướ c. 4. Kim loại tác dụng với dung dịch muối - Kim loại tác dụng được với nước khi tác dụng với dung dịch muối trước tiên sẽ xảy ra phản ứng khử nước tạo dung dịch kiềm rồi kiềm sinh ra mới tác dụng với muối (nếu có). VD: Na + dung dịch AlCl 3 . Na + H 2 O → NaOH + 1 2 H 2 ↑ 3NaOH + AlCl 3 → Al(OH) 3 + 3NaCl Nếu dư NaOH có phản ứng Al(OH) 3 + NaOH → NaAlO 2 + 2H 2 O. - Kim loại không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường khi tác dụng với dung dịch muối tuân theo quy luật: Kim loại đứng trước đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối. Quy luật này phù hợp với nguyên tắc của phản ứng oxi hóa khử: Chất oxi hóa mạnh tác dụng với chất khử mạnh tạo chất oxi hóa yếu và chất khử yếu. ⇒ Khi có nhiều kim loại trong hỗn hợp phản ứng, kim loại đứng trước phản ứng trước khi hết mới tới kim loại đứng sau, lần lượt như vậy đến khi phản ứng kết thúc. Còn khi có dung dịch nhiều muối tham gia phản ứng, muối của kim loại đứng sau sẽ phản ứng trước cũng lần lượt theo thứ tự như trên. ⇒ Sau phản ứng, những kim loại còn lại là những kim loại có tính khử yếu nhất và những muối còn lại là những muối của ion kim loại có tính oxi hóa yếu nhất. VD: Hỗn hợp Mg, Al tác dụng với dung dịch hỗn hợp CuSO 4 và FeSO 4 . Ban đầu có phản ứng: Mg + CuSO 4 → MgSO 4 + Cu. (1) Nếu (1) dư Mg, có phản ứng: Mg + FeSO 4 → MgSO 4 + Fe. (2) Nếu (2) dư Mg hay vừa đủ, phản ứng dừng lại. Nếu (2) dư FeSO 4 xảy ra phản ứng 2Al + 3FeSO 4 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Fe. (3) Nếu (1) dư CuSO 4 : 2Al + 3CuSO 4 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Cu. - Nếu CuSO 4 dư hay vừa đủ, phản ứng dừng lại. - nếu Al dư, có phản ứng (3) Nếu (1) vừa đủ, xảy ra ngay phản ứng (3). 8 ⇒ Trong trường hợp này, nếu số mol kim loại và muối không tường minh sẽ rất phức tạp, ta chỉ xác định được phản ứng đầu, không xác định được các phản ứng trung gian, do đó thường phải sử dụng phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn số nguyên tố. ⇒ Mối quan hệ giữa kim loại còn lại sau phản ứng với muối còn lại trong dung dịch trong ví dụ trên (chỉ xét khi phản ứng xảy ra hoàn toàn) Kim loại còn sau phản ứng Cu Cu, Fe Cu, Fe, Al Cu, Fe, Al, Mg Muối còn sau phản ứng Mg 2+ , Al 3+ , Fe 2+ và có thể có Cu 2+ Mg 2+ , Al 3+ và có thể có Fe 2+ Mg 2+ và có thể có Al 3+ Mg 2+ Muối còn sau phản ứng Mg 2+ Mg 2+ , Al 3+ Mg 2+ , Al 3+ , Fe 2+ Mg 2+ , Al 3+ , Fe 2+ , Cu 2+ Kim loại còn sau phản ứng Cu, Fe, Al và có thể có Mg Cu, Fe và có thể có Al Cu và có thể có Fe Cu Lưu ý: - Khi viết phương trình phản ứng dưới dạng phương trình ion phải chú ý cân bằng điện tích của các ion. VD: Cho phản ứng: Al + Cu 2+ → Al 3+ + Cu Phản ứng này đã cân bằng về số nguyên tố nhưng chưa cân bằng điện tích, và phương trình đúng phải là 2Al + 3Cu 2+ → 2Al 3+ + 3Cu. - Kim loại sinh ra sau phản ứng sẽ bám vào thanh kim loại ban đầu làm khối lượng thanh biến đổi. Khối lượng thanh kim loại sau phản ứng tăng so với ban đầu nếu khối lượng kim loại phản ứng nhỏ hơn khối lượng kim loại sinh ra và ngược lại, giảm so với ban đầu nếu khối lượng kim loại phản ứng lớn hơn khối lượng kim loại sinh ra. ⇒ Phương pháp rất hay được dùng cho loại phản ứng này là phương pháp tăng giảm khối lượng. Phương pháp khá dễ áp dụng nếu tỉ lệ mol các chất là 1:1, nhưng học sinh hay lúng túng nếu có tỉ lệ mol khác. VD: Với phản ứng 4 4 Fe + CuSO FeSO + Cu → ↓ ta có tỉ lệ 1 mol Fe (56g) + 1 mol CuSO 4 (160g) → 1 mol FeSO 4 (152g) + 1 mol Cu (64g) ⇒ khối lượng kim loại tăng 64-56 = 8g. 4 4 tg Fepu CuSO pu FeSO Cu m n = n = n = n = (mol) 8 4 4 tg tg tg tg Fe CuSO FeSO Cu m .56 160m 152m 64m m = ; m = ; m = ; m = 8 8 8 8 Nh ư v ậ y tùy thu ộ c vào đạ i l ượ ng c ầ n tính để có t ỉ l ệ t ươ ng ứ ng ( Lưu ý: các đại lượng ở cùng một cột phải có cùng đơn vị). 9 Nhưng với phản ứng: 2Al + 3CuSO 4 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Cu. hay 2Al + 3Cu 2+ → 2Al 3+ + 3Cu. Ta có thể xét 3 tỉ lệ sau: (1) 2 mol Al (2.27g) phản ứng tạo 3 mol Cu (3.64g) làm khối lượng chất rắn tăng 3.64 -2.27 (g) = 138 (g) (2) 1 mol Al (27g) phản ứng tạo 3 2 mol Cu ( 3 2 .64g) làm khố i l ượ ng ch ấ t r ắ n t ă ng 3 2 .64-27 (g) = 69 (g) (3) 2 3 mol Al ( 2 3 .27 g) ph ả n ứ ng t ạ o 1 mol Cu (64g) làm kh ố i l ượ ng ch ấ t r ắ n t ă ng 64 - 2 3 .27 (g) = 46 (g) (3) Gi ả s ử , đề cho kh ố i l ượ ng thanh nhôm sau ph ả n ứ ng t ă ng a (g) so v ớ i ban đầ u ta có th ể tính Alpu a a 2 a a n =2 = = . = 3 2 3.64-2.27 3 69 .64-27 64- .27 2 3 → tính theo t ỉ l ệ (2) là đơ n gi ả n nh ấ t. Cu a 3 a a a n =3. = . = = 3 2 3.64-2.27 2 46 .64-27 64- .27 2 3 → tính theo t ỉ l ệ (3) là đơ n gi ả n h ơ n c ả . ⇒ N ế u ta có ph ả n ứ ng t ổ ng quát: mA + nB m+ → mA n+ + nB Ta s ẽ tính bt B bt A m n = (mol) m B- A n m n = (mol) n B-A m trong đ ó m bt là kh ố i l ượ ng thanh kim lo ạ i bi ế n thiên sau ph ả n ứ ng. Lưu ý: khối lượng chất rắn tăng (giảm) = khối lượng dung dịch giảm (tăng) Ngoài ph ươ ng pháp t ă ng gi ả m kh ố i l ượ ng có th ể áp d ụ ng ph ươ ng pháp b ả o toàn kh ố i l ượ ng. II. DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI 1. Khái niệm về cặp oxi hóa khử của kim loại - Khái niệm: Cặp oxi hóa khử của kim loại là cặp chất oxi hóa và chất khử của cùng một nguyên tố kim loại. - Kí hiệu: dạng oxi hóa/dạng khử (thường là M n+ /M) - Kim loại có hóa trị không đổi chỉ tạo một cặp oxi hóa khử, kim loại có hóa trị thay đổi có thể tạo nhiều cặp oxi hóa khử. VD: Fe 2+ /Fe; Fe 3+ /Fe 2+ ; Mg 2+ /Mg; 2. So sánh các cặp oxi hóa khử - So sánh các cặp oxi hóa khử của kim loại là so sánh tính oxi hóa của các dạng oxi hóa và so sánh tính khử của các dạng khử. 10 - VD: Xét phản ứng 2Al + 3Cu 2+ → 2Al 3+ + 3Cu. Nhận thấy Al có tính khử mạnh hơn Cu và Al 3+ có tính oxi hóa yếu hơn Cu 2+ . Xét phản ứng: Zn + Fe 2+ → Zn 2+ + Fe Nhận thấy, Zn có tính khử mạnh hơn Fe và Zn 2+ có tính oxi hóa yếu hơn Fe 2+ . ⇒ Trong một cặp oxi hóa - khử, dạng khử có tính khử càng mạnh thì dạng oxi hóa có tính oxi hóa càng yếu và ngược lại. 3. Dãy điện hóa của kim loại - Khái niệm: Là dãy các cặp oxi hóa - khử của kim loại được xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại, đồng thời là chiều giảm dần tính khử của kim loại. 4. Ý nghĩa dãy điện hóa của kim loại a. So sánh các cặp oxi hóa khử. - Kim loại đứng trước có tính khử mạnh hơn kim loại đứng sau trong dãy điện hóa. - Ion kim loại đứng trước có tính oxi hóa yếu hơn ion kim loại đứng sau trong dãy điện hóa. b. Xác định chiều của phản ứng giữa các cặp oxi hóa khử. - Một phản ứng oxi hóa khử được coi là phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa – khử. - Quy luật: Phản ứng xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh tác dụng với chất khử mạnh tạo chất oxi hóa yếu và chất khử yếu (hay quy tắc α ). - VD: → Phản ứng xảy ra theo chiều Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu → Phản ứng xảy ra theo chiều Fe 2+ + 2Ag + → Fe 3+ + 2Ag 2+ 2 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Fe Ag Pt Au 2 2 3 2 2 2 2 2 2 3 2 3 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Fe Ag Pt Au + + + + + + + + + + + + + + + + Chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại Chiều giảm dần tính khử của kim loại 2+ Fe Fe 2+ Cu Cu 3+ Fe 2 Fe + + Ag Ag 11 - Có th ể t ổ ng k ế t m ộ t s ố ph ả n ứ ng hóa h ọ c c ủ a kim lo ạ i và h ợ p ch ấ t theo dãy đ i ệ n hóa nh ư sau III. ĐIỆN PHÂN - Khái ni ệ m: ph ả n ứ ng đ i ệ n phân là ph ả n ứ ng oxi hóa kh ử x ả y ra t ạ i b ề m ặ t các đ i ệ n c ự c trong dung d ị ch ch ấ t đ i ệ n li hay ch ấ t đ i ệ n li nóng ch ả y d ướ i tác d ụ ng c ủ a dòng đ i ệ n m ộ t chi ề u. - Vi ệ c n ắ m v ữ ng lí thuy ế t để vi ế t đ úng các ph ươ ng trình đ i ệ n phân và các ph ả n ứ ng đ i ệ n c ự c là vô cùng quan tr ọ ng. Đặ c bi ệ t là trình t ự các ph ả n ứ ng đ i ệ n c ự c: + Ở Catot (K – C ự c âm x ả y ra s ự kh ử ): có m ặ t các ion d ươ ng và n ướ c. * Cation kim lo ạ i đứ ng tr ướ c Zn 2+ không b ị đ i ệ n phân (x ả y ra s ự đ i ệ n phân n ướ c) * Cation kim lo ạ i t ừ Zn 2+ v ề sau đ i ệ n phân tr ướ c n ướ c theo ph ươ ng trình: M n+ + n e → M Kim lo ạ i M sinh ra bám vào K làm kh ố i l ượ ng K t ă ng lên. * N ế u có m ặ t nhi ề u cation kim lo ạ i, cation kim lo ạ i đứ ng sau (có tính oxi hóa m ạ nh h ơ n) s ẽ b ị đ i ệ n phân tr ướ c. * H 2 O b ị đ i ệ n phân ở K theo ph ươ ng trình: 2H 2 O + 2 e → H 2 ↑ + 2 OH - . * Khi b ắ t đầ u có s ự thoát khí ở K là lúc các cation kim lo ạ i (có th ể b ị đ i ệ n phân) đ ã đ i ệ n phân h ế t và b ắ t đầ u có s ự đ i ệ n phân n ướ c. Quá trình đ i ệ n phân n ướ c làm t ă ng pH c ủ a dung d ị ch đ i ệ n phân. + Ở Anot (A – C ự c d ươ ng x ả y ra s ự oxi hóa): có m ặ t anion g ố c axit và n ướ c. * Anion g ố c axit không ch ứ a oxi đ i ệ n phân tr ướ c n ướ c theo trình t ự : 2- - - - 2 S >I >Br >Cl >H O VD: 2Cl - → Cl 2 ↑ + 2 e. 2H 2 O → O 2 ↑ + 4 e + 4H + . * Quá trình đ i ệ n phân n ướ c ở anot làm gi ả m pH c ủ a dung d ị ch đ i ệ n phân. * Anion g ố c axit ch ứ a oxi không b ị đ i ệ n phân. 12 + Ghép các n ử a ph ả n ứ ng ở 2 đ i ệ n c ự c l ạ i v ớ i nhau ta đượ c ph ươ ng trình đ i ệ n phân hoàn ch ỉ nh. Ph ả i ghép 2 n ử a ph ả n ứ ng theo đ úng trình t ự đ i ệ n phân theo nguyên t ắ c s ố e nh ườ ng ở K ph ả i b ằ ng s ố e nh ậ n ở A vì ph ả n ứ ng đ i ệ n phân th ự c ch ấ t là m ộ t ph ả n ứ ng oxi hóa – kh ử x ả y ra riêng r ẽ ( đồ ng th ờ i) ở b ề m ặ t hai đ i ệ n c ự c. IV. ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 1. Nguyên tắc điều chế kim loại - Kh ử ion kim lo ạ i trong h ợ p ch ấ t thành nguyên t ử nh ờ ch ấ t kh ử ho ặ c dòng đ i ệ n. - Ph ươ ng trình t ổ ng quát: M n+ + ne → M 2. Phương pháp điều chế kim loại a. Phương pháp thủy luyện Tr ướ c tiên c ầ n hòa tan qu ặ ng b ằ ng dung môi thích h ợ p, sau đ ó kh ử ion kim lo ạ i trong dung d ị ch b ằ ng kim lo ạ i ho ạ t độ ng h ơ n (ph ả i là kim lo ạ i không tác d ụ ng v ớ i n ướ c ở nhi ệ t độ th ườ ng). Áp d ụ ng trong bài t ậ p toán nh ư v ớ i ph ả n ứ ng kim lo ạ i + dung d ị ch mu ố i. b. Phương pháp nhiệt luyện Dùng các ch ấ t kh ử m ạ nh nh ư C, CO, H 2 , Al, kim lo ạ i ki ề m ho ặ c kim lo ạ i ki ề m th ổ kh ử nh ữ ng ion kim lo ạ i trong các h ợ p ch ấ t oxit ở nhi ệ t độ cao. Ch ấ t kh ử CO, H 2 có th ể kh ử oxit các kim lo ạ i t ừ Fe v ề sau. C có th ể kh ử đượ c ZnO. Al có th ể kh ử đượ c nhi ề u oxit kim lo ạ i thành kim lo ạ i t ự do ( đượ c g ọ i là ph ả n ứ ng nhi ệ t nhôm). Th ự c t ế dùng Al để kh ử nh ữ ng oxit kim lo ạ i có nhi ệ t độ nóng ch ả y cao nh ư Cr 2 O 3 . Lưu ý khi giải toán Trong ph ả n ứ ng CO, H 2 + oxit kim lo ạ i có m ộ t s ố t ỉ l ệ c ầ n chú ý m c.rắn giảm = m khí tăng = m O/oxit mất đi n CO pư = 2 CO n = n O/oxit mất đi . (Áp d ụ ng t ươ ng t ự v ớ i H 2 ). Bài toán có ph ả n ứ ng này th ườ ng hay áp d ụ ng t ă ng gi ả m kh ố i l ượ ng, b ả o toàn kh ố i l ượ ng, b ả o toàn s ố nguyên t ố ho ặ c b ả o toàn electron. c. Phương pháp điện phân - Ph ươ ng pháp đ i ệ n phân nóng ch ả y: Đ i ề u ch ế kim lo ạ i có tính kh ử m ạ nh ( đứ ng tr ướ c Zn). + Đ i ề u ch ế kim lo ạ i ki ề m: Đ i ệ n phân mu ố i clorua hay hidroxit nóng ch ả y. + Đ i ề u ch ế kim lo ạ i ki ề m th ổ : Đ i ệ n phân mu ố i clorua nóng ch ả y. + Đ i ề u ch ế Al: Đ i ệ n phân oxit nóng ch ả y. - Ph ươ ng pháp đ i ệ n phân dung d ị ch: Đ i ề u ch ế các kim lo ạ i có tính kh ử trung bình và y ế u. [...]... bi tp vi phn ng ca kim loi v hp cht vi nc, dung dch axit, dung dch kim v phn ng chuyn húa cỏc hp cht ca kim loi - Mt s lu ý: + Nm vng lớ thuyt vit ỳng, cỏc phng trỡnh húa hc hoc quỏ trỡnh thớ nghim c bit phi chỳ ý n cỏc phn ng c trng ca mi kim loi v hp cht ca chỳng VD: * Kim loi kim, kim loi kim th v hp cht ca chỳng: tan v tỏc dng vi nc * Nhụm v hp cht ca nhụm tỏc dng vi dung dch kim * St, crom v hp... 30,4 gam Phần 2 nung nóng rồi dẫn khí CO đi qua đến khí phản ứng ho n to n thu đ ợc m gam hỗn hợp 3 kim loại a Giá trị của m l A 18,5 B 12,9 C 42,6 D 24,8 b Số lít khí CO (đktc) đã tham gia phản ứng l A 15,68 B 3,92 C 6,72 D 7,84 Cõu 49: Hũa tan hon ton 17,88 gam hn hp X gm hai kim loi kim A,B v kim loi kim th M vo nc thu c dung dch C v 0,24 mol khớ bay ra Dung dch D gm H2SO4 v HCl trong ú s mol HCl... lm - Nhn nh dng bi: L cỏc bi toỏn cho mt kim loi hoc hn hp kim loi tỏc dng vi dung dch mui hoc axit (cú th cha 1 hoc nhiu mui hoc dung dch axit hoc dung dch hn hp mui v axit) - Kin thc lớ thuyt cn nm vng: + Bit th t cỏc cp oxi húa kh trong dóy in húa t ú bit c kim loi no cú tớnh kh mnh, kim loi no cú tớnh kh yu, cation kim loi no cú tớnh oxi húa mnh, cation kim loi no cú tớnh oxi húa yu + Trong cỏc... c Giá trị của z l A 70,7 B 89,4 C 88,3 D 87,2 Câu 38: Ho tan hon ton 20,0 gam một oxit kim loại bằng dung dịch H2SO4 loãng thu đ ợc 50,0 gam muối Khử ho n to n l ợng oxit đó th nh kim loại ở nhiệt độ cao cần V lít khí CO (đktc) Giá trị của V l A 2,80 B 5,60 C 6,72 D 8,40 Cõu 39: Hũa tan hon ton 2,17 gam hn hp 3 kim loi A, B, C (u ng trc H2 trong dóy in húa) trong dung dch HCl d thu c 2,24 lớt khớ H2... nht l kim loi cú tớnh kh mnh nht vi cation kim loi cú tớnh oxi húa mnh nht Hoc phn ng ca kim loi mnh nht vi axit * Phn ng tip theo tựy thuc vo d kin bi toỏn - Cú nhiu kiu bi: Kiu 1: Bi toỏn cho bit trc thnh phn nh lng ca kim loi, ca mui hay axit, ta ch cn da vo phng trỡnh húa hc bit cht no cũn d t ú xỏc nh phn ng tip theo, sau ú da vo s mol cỏc cht ca phn ng tip theo lm tip, Kiu 2: Sau khi cỏc kim. .. nguyên tố O ta đợc n H 2Osp =2n NO +2n SO2 = 0,8 mol mc.tan/C = mkl + maxit mD mnớc = 18,2 + 0,2.63 + 1,2.98 0,4.47 - 0,8.18 = 115,2 (gam) Đáp án D Câu 16: Hoà tan 3 gam hỗn hợp A gồm kim loại R hoá trị 1 và kim loại M hoá trị 2 vừa đủ vào dung dịch chứa HNO3 và H2SO4 và đun nóng, thu đợc 2,94 gam hỗn hợp khí B gồm NO2 và SO2 Thể tích của B l 1,344 lít (đktc) Khối lợng muối khan thu đợc là A 6,36g... 3,225 C 4,213 D 5,672 Câu 13: Chia m gam hỗn hợp 2 kim loại X v Y có hoá trị không đổi thnh 2 phần bằng nhau Phần 1 ho tan hết trong dung dịch H2SO4 loãng thu đ ợc 1,792 kít khí H2 (đktc) Phần 2 nung trong oxi đến khối l ợng không đổi thu đ ợc 2,84 gam hỗn hợp oxit Giá trị của m l A 1,56 B 2,20 C 3,12 D 4,40 Câu 14: Ho tan hon ton 1,78 gam hỗn hợp 3 kim loại trong dung dịch H2SO4 loãng thu đ ợc 0,896... vo dung dịch HNO3 loãng d thu đ ợc V lít hỗn hợp khí NO v N2O (đktc) có tỷkhối hơi so với H2 l 20,25 Giá trị của V l A 6,72 B 8,96 C 11,20 D 13,44 24 Câu 17: Cho 9,9 gam hỗn hợp gồm một kim loại M hóa trị 2 v một kim loại R hóa trị 3 tác dụng với dung dịch HNO3 vừa đủ thu đ ợc dung dịch A v 11,2 lít hỗn hợp khí B gồm NO2 v NO có tỷ khối so với H2 l 19,8 Khối l ợng muối trong dung dịch A l A 65,7g B... đủ với Al (nung nóng chảy) thì thu đ ợc m gam chất rắn Biết các phản ứng khử sắt oxit chỉ tạo th nh kim loại a Giá trị của a l A 21,52 B 33,04 C 32,48 D 34,16 b Giá trị của m l A 73,72 B 57,52 C 51,01 D 71,56 Câu 37: Khử hon ton 69,6 gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 v CuO ở nhiệt độ cao th nh kim loại cần 24,64 lít khí CO (đktc) v thu đ ợc x gam chất rắn Cũng cho 69,6 gam A tác dụng với dung dịch... ợc 2,24 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc), dung dịch B v 1,46 gam kim loại a Khối l ợng muối trong B l A 65,34g B 48,60g C 54,92g D 38,50g b Giá trị của a l A 3,2 B 1,6 C 2,4 D 1,2 HD: a Phơng trình phản ứng Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 3Fe3O4 + 28HNO3 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O Do sau phản ứng còn d 1,46 gam kim loại Fe3O4 và HNO3 hết Fe d phản ứng với Fe(NO3)3 theo phơng trình Fe + 2Fe(NO3)3 . chuyên đề “ Bài toán Đại cương về kim loại ôn thi Đại học, Cao đẳng” Chuyên đề gồm hai nội dung chính: Lí thuyết đại cương về kim loại và Bài tập toán 4 CHUYÊN ĐỀ BÀI TOÁN ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI ÔN THI ĐẠI HỌC,CAO ĐẲNG A. LÍ THUYẾT ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI I. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA KIM LOẠI Tính chất