Bài 23. Ôn tập chương 6 – Tóm tắt Hoá học 12

1. Khái niệm, cấu tạo và tính chất

Định nghĩa

Nguyên tử kim loại có ít electron lớp ngoài cùng, dễ nhường electron để tạo ion dương. Ở điều kiện thường, các kim loại ở thể rắn, trừ thuỷ ngân ở thể lỏng.

Định nghĩa

Liên kết kim loại là liên kết được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các electron tự do với các ion dương kim loại ở nút mạng. Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.

Cấu tạo và tính chất vật lí

Tinh thể kim loại gồm ion kim loại dương (và nguyên tử) ở các nút mạng và electron tự do chuyển động khắp khối.
Nhờ electron tự do, kim loại có tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có ánh kim.

Dãy hoạt động hoá học.

Dãy sắp kim loại theo chiều giảm dần tính khử:

\begin{align*} &\mathrm{K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb,}\\ &\mathrm{(H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au}. \end{align*}

Kim loại đứng trước $\mathrm{H}$ khử được $\mathrm{H^+}$ trong dung dịch $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ loãng thành $\mathrm{H_2}$ .
Kim loại đứng trước (trừ K, Ba, Ca, Na) khử được ion của kim loại đứng sau trong dung dịch muối.

2. Phương trình hoá học tiêu biểu

Phản ứng hoá học của kim loại

Phản ứng với phi kim:

$2\mathrm{Mg}+\mathrm{O_2}\xrightarrow{t^\circ}2\mathrm{MgO},$

$2\mathrm{Fe}+3\mathrm{Cl_2}\xrightarrow{t^\circ}2\mathrm{FeCl_3}.$
Phản ứng với nước:

$2\mathrm{Na}+2\mathrm{H_2O}\to 2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}\uparrow,$

$\mathrm{Mg}+\mathrm{H_2O(g)}\xrightarrow{t^\circ}\mathrm{MgO}+\mathrm{H_2}\uparrow.$

Ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng với hơi nước:

$3\mathrm{Fe}+4\mathrm{H_2O(g)}\xrightarrow{t^\circ<570^\circ\mathrm{C}}\mathrm{Fe_3O_4}+4\mathrm{H_2}\uparrow.$
Phản ứng với dung dịch acid (HCl, H $_2$ SO $_4$ loãng):

$\mathrm{Zn}+2\mathrm{HCl}\to \mathrm{ZnCl_2}+\mathrm{H_2}\uparrow.$
Phản ứng với dung dịch muối:

$\mathrm{Fe}+\mathrm{CuSO_4}\to \mathrm{FeSO_4}+\mathrm{Cu}.$

3. Tách kim loại, hợp kim và ăn mòn kim loại

Định nghĩa

Quặng là đất đá chứa khoáng vật của kim loại với hàm lượng đủ lớn để tách kim loại có hiệu quả kinh tế. Nguyên tắc tách kim loại: khử ion kim loại thành kim loại.

Phương pháp	Nguyên tắc	Ví dụ điển hình
Nhiệt luyện	Khử oxide kim loại bằng chất khử ở nhiệt độ cao: $\mathrm{C, CO, H_2, Al}$	Khử $\mathrm{Fe_2O_3}$ bằng $\mathrm{CO}$ để thu sắt
Thuỷ luyện	Hoà tan hợp chất kim loại, rồi dùng kim loại có tính khử mạnh hơn khử ion kim loại trong dung dịch	Dùng sắt thu đồng từ dung dịch $\mathrm{CuSO_4}$
Điện phân	Điện phân nóng chảy (kim loại mạnh) hoặc điện phân dung dịch (kim loại trung bình, yếu)	Điện phân nóng chảy $\mathrm{Al_2O_3}$ có mặt cryolite để sản xuất nhôm

Các phương trình trọng tâm:

\mathrm{Fe_2O_3+3CO\xrightarrow{t^\circ}2Fe+3CO_2},

\mathrm{Cr_2O_3+2Al\xrightarrow{t^\circ}2Cr+Al_2O_3},

2\mathrm{Al_2O_3}\xrightarrow{\text{đpnc, cryolite}} 4\mathrm{Al}+3\mathrm{O_2}.

Tinh chế đồng bằng điện phân: anode là đồng thô, cathode là đồng tinh khiết, dung dịch điện phân là muối $\mathrm{CuSO_4}$ . Ở anode: $\mathrm{Cu \to Cu^{2+} + 2e}$ ; ở cathode:

\mathrm{Cu^{2+}}+2e\to \mathrm{Cu}.

Hợp kim và ăn mòn kim loại

Một số hợp kim thường gặp: gang, thép (sắt và carbon); inox (Fe, Cr, Ni); duralumin (Al, Cu, Mg, Mn); đồng thau (Cu, Zn); đồng thiếc (Cu, Sn). Hợp kim thường cứng và bền hơn, dẫn điện kém hơn kim loại thành phần.
Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại do tác dụng của các chất trong môi trường; gồm ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá. Sắt bị gỉ trong không khí ẩm chủ yếu do ăn mòn điện hoá, quá trình tổng có thể viết:

$4\mathrm{Fe}+3\mathrm{O_2}+6\mathrm{H_2O}\to 4\mathrm{Fe(OH)_3}.$

Gỉ sắt có thành phần gần đúng $\mathrm{Fe_2O_3}\cdot n\mathrm{H_2O}$ .
Chống ăn mòn: phương pháp bảo vệ bề mặt (sơn, mạ, bôi dầu mỡ…), phương pháp điện hoá (gắn kim loại mạnh hơn làm anode hi sinh), dùng hợp kim không gỉ.

4. Phương pháp giải bài tập

Các bước giải bài tập về kim loại

1.
Xác định vị trí của kim loại trong dãy hoạt động để dự đoán phản ứng có xảy ra hay không.
2.
Viết phương trình hoá học đã cân bằng (dùng thăng bằng electron nếu là phản ứng oxi hoá – khử).
3.
Nếu bài toán có nhiều chất, lập hệ phương trình từ số mol, khối lượng hoặc bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron.
4.
Tính theo tỉ lệ mol trong phương trình; xác định chất phản ứng hết, chất dư.

5. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1

Cho sodium dư vào dung dịch $\mathrm{CuSO_4}$ . Viết phương trình hoá học.

Lời giải · 3 bước

Không viết kiểu $\mathrm{Na}+\mathrm{CuSO_4}\to \mathrm{Cu}$ . Vì sodium hoạt động rất mạnh nên phản ứng với nước trước:

2\mathrm{Na}+2\mathrm{H_2O}\to 2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H_2}\uparrow.

Bước 2

$\mathrm{NaOH}$ tạo ra phản ứng với $\mathrm{CuSO_4}$ :

2\mathrm{NaOH}+\mathrm{CuSO_4}\to \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow+\mathrm{Na_2SO_4}.

Bước 3

Phương trình tổng:

2\mathrm{Na}+2\mathrm{H_2O}+\mathrm{CuSO_4}\to \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow+\mathrm{Na_2SO_4}+\mathrm{H_2}\uparrow.

Ví dụ 2

Hoà tan hoàn toàn $5{,}4$ g nhôm trong dung dịch $\mathrm{HCl}$ loãng dư. Tính thể tích khí $\mathrm{H_2}$ thoát ra ở đkc.

Lời giải · 4 bước

Phương trình:

2\mathrm{Al}+6\mathrm{HCl}\to 2\mathrm{AlCl_3}+3\mathrm{H_2}\uparrow.

Bước 2

Số mol nhôm:

n_{\mathrm{Al}}=\frac{5{,}4}{27}=0{,}2\ \mathrm{mol}.

Bước 3

Theo phương trình: $2$ mol $\mathrm{Al}$ tạo $3$ mol $\mathrm{H_2}$ , nên

n_{\mathrm{H_2}}=\frac{3}{2}\times 0{,}2=0{,}3\ \mathrm{mol}.

Bước 4

Thể tích khí:

V_{\mathrm{H_2}}=0{,}3\times 24{,}79\approx 7{,}44\ \mathrm{L}.

Ví dụ 3

Nhúng lá sắt khối lượng $10$ g vào $200$ mL dung dịch $\mathrm{CuSO_4}$ $0{,}5$ M. Biết phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khối lượng lá sắt thay đổi bao nhiêu?

Lời giải · 7 bước

n_{\mathrm{CuSO_4}}=0{,}2\times 0{,}5=0{,}1\ \mathrm{mol};\qquad n_{\mathrm{Fe}}=\frac{10}{56}\approx 0{,}179\ \mathrm{mol}>0{,}1.

Bước 2

Phương trình:

\mathrm{Fe}+\mathrm{CuSO_4}\to \mathrm{FeSO_4}+\mathrm{Cu}.

Bước 3

Sắt dư, $\mathrm{CuSO_4}$ phản ứng hết; lượng sắt phản ứng là $0{,}1$ mol.

Bước 4

Khối lượng sắt tan:

m_{\mathrm{Fe}}=0{,}1\times 56=5{,}6\ \mathrm{g}.

Bước 5

Khối lượng đồng bám vào:

m_{\mathrm{Cu}}=0{,}1\times 64=6{,}4\ \mathrm{g}.

Bước 6

Vậy lá sắt tăng:

6{,}4-5{,}6=0{,}8\ \mathrm{g}.

Bước 7

Khối lượng lá kim loại sau phản ứng là:

10+0{,}8=10{,}8\ \mathrm{g}.

Ví dụ 4

Dùng khí $\mathrm{CO}$ khử hoàn toàn $8$ g $\mathrm{Fe_2O_3}$ . Tính khối lượng sắt thu được.

Lời giải · 4 bước

\mathrm{Fe_2O_3+3CO\xrightarrow{t^\circ}2Fe+3CO_2}.

Bước 2

Số mol $\mathrm{Fe_2O_3}$ :

n_{\mathrm{Fe_2O_3}}=\frac{8}{160}=0{,}05\ \mathrm{mol}.

Bước 3

Theo phương trình, $1$ mol $\mathrm{Fe_2O_3}$ tạo $2$ mol $\mathrm{Fe}$ , nên

n_{\mathrm{Fe}}=0{,}05\times 2=0{,}1\ \mathrm{mol}.

Bước 4

Khối lượng sắt:

m_{\mathrm{Fe}}=0{,}1\times 56=5{,}6\ \mathrm{g}.

Ví dụ 5

Một mẫu gang nặng $10$ g chứa $3\%$ carbon (còn lại là sắt), cho tác dụng với dung dịch $\mathrm{HCl}$ dư; chỉ có sắt phản ứng. Tính thể tích khí $\mathrm{H_2}$ thoát ra ở đkc.

Lời giải · 4 bước

Khối lượng sắt trong mẫu gang:

m_{\mathrm{Fe}}=10\times 97\%=9{,}7\ \mathrm{g}.

Bước 2

Số mol sắt:

n_{\mathrm{Fe}}=\frac{9{,}7}{56}\approx 0{,}173\ \mathrm{mol}.

Bước 3

Phản ứng:

\mathrm{Fe}+2\mathrm{HCl}\to \mathrm{FeCl_2}+\mathrm{H_2}\uparrow.

Bước 4

Vì $1$ mol $\mathrm{Fe}$ tạo $1$ mol $\mathrm{H_2}$ , nên

V_{\mathrm{H_2}}\approx 0{,}173\times 24{,}79\approx 4{,}29\ \mathrm{L}.

Những chỗ dễ nhầm

Quy tắc “kim loại đứng trước $\mathrm{H}$ phản ứng với acid tạo $\mathrm{H_2}$ ” chỉ đúng với $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ loãng. Với $\mathrm{HNO_3}$ hoặc $\mathrm{H_2SO_4}$ đặc, sản phẩm khử không phải $\mathrm{H_2}$ .
Với dung dịch muối, không dùng $\mathrm{K, Na, Ca, Ba}$ để đẩy kim loại ra vì chúng tác dụng với nước trước.
Sắt phản ứng với $\mathrm{Cl_2}$ cho $\mathrm{FeCl_3}$ , còn sắt phản ứng với $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{H_2SO_4}$ loãng hoặc dung dịch $\mathrm{CuSO_4}$ cho hợp chất sắt(II).
Khi tính khối lượng thanh kim loại sau phản ứng: lấy khối lượng kim loại bám vào trừ khối lượng kim loại tan ra.

Nhớ nhanh

1. Khái niệm, cấu tạo và tính chất

2. Phương trình hoá học tiêu biểu

3. Tách kim loại, hợp kim và ăn mòn kim loại

4. Phương pháp giải bài tập

5. Ví dụ minh hoạ