Cách điều chế Cu từ dung dịch CuCl2 bằng phương pháp thủy luyện là

Bài 18. Tính chất của kim loại. Dãy điện hóa của kim loại

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [354.05 KB, 16 trang ]

[1]

BÀI 1: VỊ TRÍ KIM LOẠI TRONG BẢNG HỆ THỚNG T̀N HỒN

CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI

I. VỊ TRÍ

- Nhóm IA[-H], IIA, IIIA[-B], một phần nhóm IVA, VA,VIA
- Các nhóm B [IBVIIIB]

- Họ lantan và actini [2 hàng cuối bảng HTTH]
II. CẤU TẠO KIM LOẠI

1. Cấu tạo nguyên tử: Ít e lớp ngoài cùng [ 13e]

2. Cấu tạo tinh thê

- Kim loại có cấu tạo mạng tinh thê
+ Ion kim loại ở nút mạng

+ Electron chuyển động tự do trong mạng tinh thể
- Các kiêu mạng tinh thê phổ biến[ 3 kiêu]

+ Lục phương:

* 74% ion kim loại + 26% không gian trống
* Kim loại : Be, Mg, Zn

+ Lập phương tâm diện

* 74% ion kim loại + 26% không gian trống
* Kim loại : Cu, Ag, Au, Al

+ Lập phương tâm khối

* 68% ion kim loại + 32% không gian trống
* Kim loại : Li, Na, K

3. Liên kết kim loại: Là lực hút tĩnh điện giữa Ion kim loai và electron tự do
Chú ý: - Mối quan hệ giữa cấu hình e và vị trí trong BTH

+ Số hiệu [ Z = số e = sớ p ] SỐ THỨ TỰ Ơ
+ Số lớp Chu ky

+ Số e lớp ngoài cùng Số thứ tự nhóm [nhóm chính] Hóa trị cao nhất với oxi

- Mối quan hệ cấu hình e của ion và Z
+ Cation: Znguyên tư = eion + điện tích
+ Anion: Znguyên tư = eion điện tich
- Cách viết cấu hình electron

BÀI 2: TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI

I./ TÍNH CHẤT VẬT LÍ:

Kim loại có những tính chất vật lí chung :Tính dẻo - Tính dẫn điện - Tính dẫn nhiệt - Ánh kim

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.
Chú ý: - nhiệt độ càng cao dẫn điện giảm [do ion dương cản trở e]

- Vàng [dẻo nhất], Bạc [dẫn điện tốt nhất], Thủy ngân [thê lỏng, to thấp nhất], W [to cao nhất], Cr [cứng nhất]

II./ TÍNH CHẤT HÓA HỌC:

Tính chất hóa học chung của kim loại là tính khử [dễ bị oxi hóa]
Tính khử = Nhường e = Bị oxi hóa
Nguyên nhân: Ít e lớp ngoài cùng + Bán kính lớn + Lực liên kết hạt nhân yếu.

M ---> Mn+ + ne

1./ Tác dụng với phi kim :

Thí dụ: 2Fe + 3Cl2

t

o 2FeCl3

Cu + Cl2

t

o CuCl2

4Al + 3O2

t

o 2Al2O3

Fe + S

t

o FeS

Hg + S

t

o HgS

2./ Tác dụng với dung dịch axit :

a./ Với dung dịch axit HCl , H2SO4 loãng: [trừ các kim loại Cu , Ag , Hg , Au không có phản ứng] sản phẩm là muối và

khí H2.

Thí dụ: Fe + 2HCl

FeCl2 + H2

b./ Với dung dịch HNO3 , H2SO4 đặc: [trừ Pt , Au không phản ứng] sản phẩm là muối + sản phẩm khử + nước.

KL hoạt động hóa học mạnh KL Trung bình và ́u

H2SO4 đặc, to S

, SO2

SO2

HNO3

Loãng, to NH4NO3, N2

, N2O

, NO

Đặc, to NO2

Thí dụ: 3Cu + 8HNO3 [loãng]

t

o 3Cu[NO3]2 + 2NO + 4H2O

[2]

Cu + 2H2SO4 [đặc]

t

o CuSO4 + SO2 + 2H2O

*Chú ý: Al, Fe, Cr không phản ứng với HNO3 và H2SO4 đặc nguội

3./ Tác dụng với nước: các kim loại Li , K , Ba , Ca , Na phản ứng được với nước ở nhiệt độ thường tạo bazơ và khí H2
M + n H2O

M[OH]n + n/2 H2

Thí dụ: 2Na + 2H2O

2NaOH + H2

4./ Tác dụng với dung dịch muối: kim loại mạnh hơn khư ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại
tự do.

Thí dụ: Fe + CuSO4

FeSO4 + Cu
III. DÃY ĐIỆN HĨA

1./ Dãy điện hóa của kim loại:

- Ngun tắc sắp xếp: Từ trái sang phải:
+ Tính khử kim loại giảm dần
+ Tính oxi hóa ion kim loại tăng dần

K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Au3+

Tính oxi hóa ion kim loại tăng
K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Au

Tính khử kim loại giảm
2./ Ý nghĩa của dãy điện hóa :

Dự đoán chiều của phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa khư xảy ra theo chiều: chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chát khư mạnh
hơn sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khư yếu hơn.

- Chiều phản ứng: Chất oxi hóa mạnh + Chất khử mạnh Chất oxi hóa yếu + Chất khử yếu [Qui tắc

]

BÀI 3: SỰ ĂN MỊN KIM LOẠI

I./ KHÁI NIỆM:

Sự ăn mịn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.
M

Mn+ + ne

II./ CÁC DẠNG ĂN MÒN KIM LOẠI:

1./ Ăn mịn hóa học : là quá trình oxi hóa - khư, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất
trong mơi trường.

Ví dụ: 2Fe + 3Cl2

o
t

2FeCl3
2./ Ăn mòn điện hóa học :

a./ Khái niệm: ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa khư, 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.

b. Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa: [hội tụ đủ 3 điều kiện]
- Có 2 điện cực khác chất

- 2 điện cực tiếp xúc với nhau [trực tiếp hoặc gián tiếp]

- 2 điện cực phải đặt trong môi trường chất điện li [không khí ẩm hoặc axit]
c. Cơ chế ăn mòn:

- Cực âm [anot] = kim loại mạnh = quá trình oxi hóa = kim loại bị ăn mòn
M Mn+

- Cực dương[catot] = kim loại yếu [hoặc PK] = quá trình khư
2H+ + 2e H2

O2 + 2H2O + 4e 4OH

-Tóm lại: Nếu ăn mòn điện hóa thì kim loại mạnh bị ăn mòn trước
III./ CHỚNG ĂN MỊN KIM LOẠI:

a./ Phương pháp bảo vệ bề mặt: bôi, sơn, mạ, tráng.= vật liệu bền với mơi trường

b./ Phương pháp điện hóa:Nới kim loại cần bảo vệ với một kim loại có tính khư mạnh hơn. Thí dụ: để bảo vệ vỏ
tàu biển làm bằng thép người ta gắn vào những mặt ngoài của vỏ tàu [phần chìm dưới nước] những lá kẽm [Zn].

BÀI 4: ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

I./NGUYÊN TẮC:

Khư ion kim loại thành nguyên tư.
Mn+ + ne ----> M

II./ PHƯƠNG PHÁP: 3 phương pháp

1./ PHƯƠNG PHÁP THỦY LUYỆN: dùng điều chế những kim loại yếu [ Cu , Ag , Hg ]

Cu2+

Oxi hóa mạnh

Fe

Khử mạnh

Cu

Khử yếu

Fe2+

Oxi hóa yếu

[3]

* Nguyên tắc : Dùng kim loại có tính khư mạnh hơn để khư ion kim loại trong dung dịch muối
Thí dụ: Fe + CuSO4 ---> Cu + FeSO4

2./ PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN: dùng điều chế những kim loại trung bình và yếu [Zn , Fe , Sn , Pb , Cu , Ag, Hg]
* Nguyên tắc : Dùng các chất khư mạnh như: C , CO , H2 hoặc Al để khư các ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao.
Thí dụ: PbO + H2

t

o Pb + H2O

Fe2O3 + 3CO

t

o 2Fe + 3CO2

3./ PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN:

a. Khái niệm: Sự điện phân là quá trình oxi hóa khư xảy ra tại bề mặt các điện cực khi có dịng điện mợt chiều đi qua dung
dịch chất điện li hay chất điện li ở trạng thái nóng chảy.

- Điện cực nối với cực âm của máy phát điện [nguồn điện một chiều] gọi là cực âm hay catot [catod].
- Điện cực nối với cực dương của máy phát điện gọi là cực dương hay anot [anod].

- Tại bề mặt của catot luôn luôn có quá trình khử xảy ra, là quá trình trong đó chất oxi hóa nhận điện tư để tạo thành chất
khư tương ứng.

- Tại bề mặt anot luôn luôn có quá trình oxi hóa xảy ra, là quá trình trong đó chất khư cho điện tư để tạo thành chất oxi hoá
tương ứng.

b. Phân Loại: 2 LOẠI

1. Điện phân nóng chảy: điều chế những kim loại mạnh [K , Na , Ca , Mg , Al.]. Có 3 trường hợp:
* Điện phânnóng chảy muối halogenua của kim loại mạnh. [ MXn]

Phương trình tổng quát: 2MXn
dpnc

2M + nX2

Phương trình điện phân:

* Điện phânnóng chảy oxit kim loại mạnh [ M2On]

Phương trình tổng quát: 2M2On
dpnc

[4]

* Điện phânnóng chảy bazo của kim loại mạnh M[OH]n

Phương trình tổng quát: 4M[OH]n
dpnc

4M + nO2

+2n H2O

2. Điện phân dung dịch: điều chế kim loại trung bình và yếu[ đứng sau Al]
*. Sơ đồ điện phân dung dịch

Catôt [-] Chất Anôt [+]

Ion dương [ion kim loại] Ion dương, ion âm Ion âm [anion axit]
H2O H2O H2O

Quá trình khử: Q trình oxi hóa

Ion kim loại từ Li+

Al3+: không bị điện phân mà nước Thứ tự các anion bị điện phân: S2- > I- > Br- > Cl- > RCOO- > OH- > H
2O

bị điện phân

2H2O + 2e H2 + 2OH [pH >7] S2- S + 2e

2X- X2 + 2e [ X=Cl, Br, I]
4OH- + 4e O2 + 2H2O
Chỉ có ion kim loại sau Al3+ mới bị khử trong dung dịch Anion SO

42-, NO3-CO

2
3

, PO

3
4

: không bị điện phân mà
Mn+ + ne M nước bị điện phân:

2H2O - 4e O2 + 4H+ [pH