Bài tập Hóa học 12: Các dạng bài về điều chế kim loại

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ KIM LOẠI
I. PHẦN LÍ THUYẾT
1. VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG HỆ THỐNGTUẦN HOÀN. CẤU TẠO CỦA
KIM LOẠI
1. Vị trí
- Phân nhóm chính nhóm I, II
- Phân nhóm phụ nhóm I đến nhóm VII
- Họ Lantannit và họ actinit
- Một phần các phân nhóm chính III, IV, V, VI
2. Cấu tạo của nguyên tử kim loại
1. Nguyên tử của hầu hết kim loại đều có ít electron (1, 2 hoặc 3e) ở phần lớp ngoài
cùng.
2. Trong cùng chu kỳ nguyên tử của nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn
hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với nguyên tử lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ
hơn so với nguyên tử của nguyên tố phi kim.
3. Cấu tạo của đơn chất kim loại
- Tinh thể kim loại có cấu tạo mạng
- Mạng tinh thể gồm ion dương dao động ở các nút mạng
- Các electron tự do chuyển động.
4. Liên kết kim loại
Liên kết kim loại là liên kết sinh ra do các electron tự do gắn với các ion dương kim
loại với nhau.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI
1. Tính chất vật lí chung
- Tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt có ánh kim

TaiLieu.VN

Page 1

Những tính chất vật lí chung của kim loại nói trên là do các electron tự do trong kim
loại gây ra.
2. Tính chất vật lí của kim loại
Kim loại khác nhau thì có: tỉ khối, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng khác nhau.
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI
1. Đặc điểm về cấu tạo của nguyên tử kim loại
- Bán kính nguyên tử tương đối lớn so với các nguyên tố phi kim
- Số electron hóa trị thường ít (từ 1 đến 3e) so với phi kim
- Lực liên kết giữa hạt nhân và electron hóa trị tương đối yếu nên năng lượng để tách
các electron hóa trị ra khỏi nguyên tử nhỏ.
2. Tính chất hóa học chung của kim loại
Tính chất đặc trưng là tính khử (dễ bị oxi hóa)
M - ne → Mn+
a. Tác dụng với phi kim
- Với O2: 4Al + 3O2 = 2Al2O3
4M + nO2 - 2M2On
- Với Cl2: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
2M + nCl2 = 2MCln
b. Tác dụng với axit
- Dung dịch HCl, H2SO4 loãng
Nhiều kim loại khử được ion H+ thành H2
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
- Dung dịch HNO3, H2SO4 đặc
Hầu hết các kim loại (trừ Pt Au) khử được
+5

+6

N có mức oxi hóa +5( N ) và S có mức oxi hóa +6 ( S ) của các axit này đến mức oxi
hóa thấp hơn.

TaiLieu.VN

Page 2


+5

Thí dụ:

+4

Cu + 4 H N O3 = Cu( NO3 )2 + 2 H 2O + 2 N O2
+6

+4

Cu + 2 H 2 SO4 = CuSO 4 + SO2 + 2 H 2O

(đặc nóng)
c. Tác dụng với dung dịch muối
Kim loại có thể khử được ion của kim loại khác trong dung dịch muối thành kim loại
tự do.
Ví dụ: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu↓
Hay Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu
IV. DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI
Là một dãy những cặp oxi hóa khử được sắp xếp theo chiều tăng tính chất oxi hóa
của các ion kim loại và chiều giảm tính chất khử của kim loại.
Tính chất oxi hóa của ion kim loại tăng.
Tính chất khử của kim loại giảm.

Ý nghĩa:
- Cho phép ta dự đoán được chiều phản ứng giữa hai cặp oxi hóa khử.
- Chất oxi hóa mạnh nhất sẽ oxi hóa chất khử mạnh nhất, sinh ra chất oxi hóa yếu
hơn và chất khử yếu hơn.
Zn

Cu2+

Cu0

Zn2+

Chất khử + Chất oxi hóa = Chất khử + Chất oxi hóa
mạnh

mạnh

yếu

yếu

V. HỢP KIM
1. Định nghĩa
Hợp kim là chất rắn thu được sau khi nung nóng chảy một hỗn hợp nhiều kim loại
hác nhau, hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim loại.
2. Cấu tạo của hợp kim

TaiLieu.VN

Page 3

- Tinh thể hỗn hợp: gồm những tinh thể của các đơn chất trong hỗn hợp ban đầu
nóng chảy tan vào nhau.
Ví dụ: Hợp kim Ag = Au
- Tinh thể hợp chất hóa học: là tinh thể của những hợp chất hóa học được tạo ra khi
nung nóng chảy các đơn chất trong hỗn hợp.
Ví dụ: Hợp kim Al - C tạo hợp chất Al4C3, Fe - C tạo hợp chất Fe3C...
Các hợp kim thường cứng, giòn hơn các đơn chất ban đầu, nhưng tính dẫn nhiệt, dẫn
điện kém các đơn chất ban đầu.
VI. ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI
1. Sự ăn mòn kim loại
Sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học của môi trường xung quanh
gọi là sự ăn mòn kim loại
M - ne → Mn+
a. Ăn mòn hóa hoc
Ăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hóa học với chất khí
hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao.
Sự ăn mòn thường xảy ra ở những thiết bị của lò đốt, chi tiết của động cơ đốt trong
hoặc thiết bị tiếp xúc với hơi H2O ở nhiệt độ cao.
Ví dụ:
t0

3Fe + 2H2O Fe3O4 + 4H2↑
=

+ Bản chất: Là quá trình oxi hóa khử trong đó electron của kim loại được chuyển
trực tiếp sang môi trường tác dụng.
b. Ăn mòn điện hóa
Là sự phá hủy kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng

điện.
Ví dụ: Kim loại tiếp xúc với không khí ẩm ...
+ Bản chất của sự ăn mòn điện hóa
Là một quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt điện cực.

TaiLieu.VN

Page 4


c. Cách chống sự ăn mòn
- Cách li kim loại với môi trường
- Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inoc)
- Dùng chất chống ăn mòn (chất kềm hãm)
VII. ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
1. Nguyên tắc
Khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại Mn+ + ne → M0
2. Phương pháp điều chế
a. Phương pháp thủy luyện
Dùng kim loại tự do có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại khác trong dung dịch
muối.
Ví dụ: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu
Phương pháp này dùng để điều chế những kim loại hoạt động yếu.
b. Phương pháp nhiệt luyện
Dùng chất khử CO, H2, C, Al... để khử ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao.
Ví dụ:
Fe2O3 + 3CO =2Fe + 3CO2
Phương pháp này dùng để điều chế những kim loại đứng sau Al trong dãy Bekêtôp
c. Phương pháp điện phân
Dùng dòng điện 1 chiều trên catôt (cực âm) để khử ion kim loại trong hợp chất.

Ví dụ:
- Điện phân muối CaCl2 nóng chảy
Catôt ← CaCl2 nóng chảy → anôt
Ca2+

Cl-

Ca2+ + 2e = Ca

2Cl- - 2e = Cl2

Điện phân
Nóng chảy

TaiLieu.VN

Page 5


CaCl2

TaiLieu.VN

Ca + Cl2

Page 6