Bai 6 dai cuong kim loai

Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n)

IC

ic

ng v kim lo i

NG V KIM LO I

(TÀI LI U BÀI GI NG)

Giáo viên: PH M NG C S N
ây là tài li u tóm l c các ki n th c đi kèm v i bài gi ng “ i c ng v kim lo i” thu c Khóa h c LT H KIT-3:
Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n) t i website Hocmai.vn.
có th n m v ng ki n th c ph n “ i c ng kim
lo i”, B n c n k t h p xem tài li u cùng v i bài gi ng này.

Tính ch t hoá h c

1. Tác d ng v i phi
kim

2. Tác d ng v i axit

3. Tác d ng v i
dung d ch mu i

4. Tác d ng v i
n c

Hocmai.vn – Ngôi tr

Nguyên t kim lo i có th ion hoá nh , các electron hoá tr d b t ra kh i
nguyên t nên kim lo i luôn có tính kh :
R
Rn+ + ne.
– Tác d ng v i oxi t o oxit kim lo i:
Al + O2
Al2O3.
– Tác d ng v i các phi kim khác t o mu i:
Fe + Cl2
FeCl3.
Zn + S → ZnS.
a. i v i dung d ch HCl, H2SO4 loãng
Kim lo i ho t đ ng (tr c H) có kh n ng kh ion H+ trong dung d ch HCl,
H2SO4 loãng thành H2.
Fe + H2SO4 loãng
FeSO4 + H2.
Fe + 2H+
Fe2+ + H2.
– Khi ph n ng v i ion H+, kim lo i đa hoá tr ch đ t hoá tr th p.
b. i v i dung d ch H2SO4 đ c, HNO3
a s kim lo i (tr Au, Pt) kh đ c N+5 trong HNO3 và S+6 trong H2SO4 đ c,
kim lo i đa hóa tr luôn b oxi hoá lên m c oxi hoá cao.
R2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O.
– H2SO4 đ c: 2R + 2nH2SO4 đ c
R ho t đ ng m nh còn có th cho S; H2S.
– HNO3 đ c: R + 2nHNO3 đ c R(NO3)n + nNO2 + nH2O.
– HNO3 loãng: 3R + 4nHNO3 3R(NO3)n + nNO + 2nH2O.
R ho t đ ng m nh còn có th cho N2, N2O, NH4NO3.

c. M t s kim lo i nh Al, Fe, Ni, Cr th đ ng hoá trong H2SO4 đ c ngu i,
HNO3 đ c ngu i
Kim lo i có tính kh m nh h n kh ion c a kim lo i y u h n thành kim lo i t
do
Fe + CuSO4
FeSO4 + Cu.
Fe0 + Cu2+
Fe2+ + Cu0.
– Kim lo i đa hoá tr khi ph n ng v i dung d ch mu i đ t hoá tr th p.
– Nh ng kim lo i có tính kh m nh (Na, K, Ca...) kh đ c n c ngay nhi t
đ th ng:
2R + 2H2O
2R(OH)n + nH2.
Vì th khi các kim lo i này tác d ng v i dung d ch mu i, ban đ u x y ra ph n
ng c a kim lo i v i H2O, hiđroxit t o thành m i tác d ng v i mu i.
Ví d : Cho Na kim lo i vào dung d ch CuSO4, x y ra các ph n ng:
2Na
+ 2H2O → 2NaOH + H2↑.
2NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2↓.
– M t s kim lo i có tính kh y u h n các kim lo i trên nh Fe, Zn... kh đ c
H2O nhi t đ cao thành các oxit:
3Fe + 4H2O
Fe3O4 + 4H2.
– Kim lo i có tính kh y u nh Cu, Ag... không kh đ c H2O k c nhi t đ
cao.
ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 1 -

Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n)

ic

ng v kim lo i

I. TH
I N C C CHU N C A KIM LO I – DÃY I N HOÁ KIM LO I
1. C p oxi hoá-kh kim lo i – Pin đi n hoá
a. C p oxi hoá - kh kim lo i
R → Rn+ + ne
Ch t kh
Ch t oxi hoá
Ch t oxi hoá và ch t kh c a cùng m t nguyên t kim lo i t o nên m t c p oxi hoá - kh . Ví d : Fe2+/Fe;
Mg2+/Mg.
b. Pin đi n hoá
Ví d : Pin đi n hoá Zn–Cu.
– S đ pin đi n hoá:

ZnSO4

CuSO 4

– Các quá trình x y ra trên b m t các đi n c c :
+ i n c c Zn (c c âm): x y ra quá trình oxi hoá Zn
Zn →
Zn2+
+

2e.
Tan d n Di chuy n vào dung d ch
Di chuy n sang lá đ ng
+ i n c c Cu (c c d ng): x y ra quá trình kh Cu2+
Cu2+ + 2e → Cu.
Trong dung d ch CuSO4 t c c Zn chuy n đ n qua dây d n bám trên lá đ ng.
– Ph n ng oxi hoá kh x y ra trong pin đi n hoá:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu.
Nh n xét:
– Electron đ c chuy n t lá Zn t i lá Cu qua dây d n đã sinh ra dòng đi n m t chi u, su t đi n đ ng c a
pin đ c đo b ng vôn k .
– Trong pin đi n hoá Zn – Cu đã x y ra ph n ng gi a các c p oxi hoá kh Zn2+/Zn và Cu2+/Cu. Trong đó
Zn kh m nh h n Cu đã kh Cu2+ thành kim lo i, ion Cu2+ oxi hoá m nh h n Zn2+ đã oxi hoá Zn thành
Zn2+. Nh v y chi u ph n ng oxi hoá kh x y ra trong pin đi n hoá là:
Ch t kh m nh + ch t oxi hoá m nh → Ch t kh y u + ch t oxi hóa y u (quy t c α )
2. Th đi n c c chu n– Su t đi n đ ng c a pin đi n hoá
a. Th đi n c c chu n
– Th đi n c c hiđro chu n: là c p oxi hoá kh 2H+/H2 đ c c u t o g m m t đi n c c Pt có ph b t Pt
(h p th khí H2 có áp su t 1 atm) nhúng vào dung d ch axit có n ng đ ion H+ là 1M.
– Theo quy c, th đi n c c chu n c a c p oxi hoá kh 2H+/H2 là 0,00V. Vi t là : E0(2H+/H2) = 0,00V.
– Th đi n c c chu n c a kim lo i: th đi n c c chu n c a kim lo i đ c đo b ng vôn – k c a pin đi n
hoá g m đi n c c chu n c a kim lo i c n xác đ nh (kim lo i nhúng trong dung d ch ion c a kim lo i đó
v i n ng đ 1M) bên ph i, đi n c c hiđro chu n bên trái.
– Th đi n c c chu n c a kim lo i có giá tr âm thì ph n ng oxi hoá kh x y ra trong pin đi n hóa s là:
2R + 2nH+ → 2Rn+ + n H2
Th đi n c c càng nh thì kim lo i có tính kh càng m nh.
– Th đi n c c chu n c a kim lo i có giá tr d ng thì ph n ng oxi hoá kh x y ra trong pin đi n hóa s
là:
2 Rn+ + n H2 → 2R + 2nH+
Th đi n c c càng l n thì ion kim lo i có tính oxi hoá càng m nh.

Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 2 -


Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n)

ic

ng v kim lo i

b. Su t đi n đ ng c a pin đi n hóa: E0pđh (V)
Su t đi n đ ng chu n c a pin đi n hoá (E0pđh) b ng th đi n c c chu n c a c c d ng tr đi th đi n c c
chu n c a c c âm.
Ví d : Pin đi n hoá Zn – Cu có đi n c c d ng là Cu, đi n c c âm là Zn.
E0(Cu2+ /Cu) = 0,34 V; E0(Zn2+ /Zn) = –0,76 V.
E0pđh Zn–Cu = E0(Cu2+ /Cu) – E0(Zn2+ /Zn) = 0,34 – (–0,76) = 1,10 V.
Su t đi n đ ng c a pin đi n hoá luôn là s d ng.
3. Dãy th đi n hoá kim lo i
– Dãy th đi n hoá kim lo i: Khi s p x p các c p oxi hoá kh theo chi u t ng d n th đi n c c chu n c a
các kim lo i ta đ c dãy th đi n c c chu n (dãy th đi n hoá kim lo i). Theo cách s p x p đó thì tính kh
c a kim lo i s gi m d n, tính oxi hoá c a ion kim lo i s t ng d n
– Chi u c a ph n ng oxi hoá kh : N u có E0(An+ /A) < E0(Bm+ /B) thì ph n ng oxi hoá kh s x y ra
theo chi u: (quy t c α )
mA

+
nBm+
→
mAn+
+
nB
Ch t kh m nh
+
ch t oxi hoá m nh
ch t kh y u
+
ch t oxi hóa y u
Ví d : E0(Pb2+ /Pb) = – 0,13 V; E0(Zn2+ /Zn) = – 0,76 V.
Ph n ng hoá h c x y ra theo chi u:
Zn+ Pb2+ →
Pb + Zn2+
Chú ý: Khi kim lo i ph n ng hoá h c v i các dung d ch c n đ c bi t chú ý t i dãy th đi n hoá đ xác
đ nh đúng các ph n ng oxi hoá kh x y ra.
Kim lo i có th đi n c c chu n nh h n 0 tác d ng v i dung d ch HCl, H2SO4 loãng và các axit t ng t ,
b n ch t là:
2R + 2nH+
2Rn+ + H2
Kim lo i tác d ng v i dung d ch mu i : n u có đ ng th i nhi u ch t kh ho c đ ng th i có nhi u ch t oxi
hoá (E0(An+ /A) < E0(Bm+ /B)< E0(Ck+ /C)) th t c a ph n ng oxi hoá kh s là:
kA
+
nC k+
kAn+
+
nC

Ch t kh m nh nh t
+
ch t oxi hoá m nh nh t
Ch t kh y u + ch t oxi hóa y u
II. S
I N PHÂN
1. Các khái ni m
– S đi n phân là quá trình oxi hoá kh x y ra trên b m t các đi n c c khi có dòng đi n m t chi u đi qua
dung d ch ch t đi n li ho c ch t đi n li nóng ch y.
– Catôt c a thi t b đi n phân đ c n i v i c c âm c a ngu n đi n, anot đ c n i v i c c d ng c a
ngu n đi n m t chi u.
a. i n phân nóng ch y
Ví d : i n phân NaCl nóng ch y:
–Ph ng trình đi n phân: Khi nóng ch y, NaCl đi n li theo ph ng trình:
NaCl
Na+ + Cl–
–S đ đi n phân
Catôt(–)
NaCl
Anot(+)
Na+
(n/c)
Cl–
+
–
2Cl → Cl2 + 2e
2Na + 1e → Na
(s oxi hoá)
(s kh )
– Ph ng trình đi n phân: 2NaCl → 2Na + Cl2.

b. i n phân dung d ch
* i n phân v i đi n c c tr
Ví d : i n phân dung d ch CuSO4.
– Ph ng trình đi n li : Khi tan trong n c, CuSO4 đi n li theo ph ng trình:
Cu2+ +
SO42–
CuSO4 →
– S đ đi n phân:
Catot (–)
CuSO4
Anot (+)
Cu2+ , H2O
SO42–, H2O
Cu2+ + 2e → Cu
2H2O → O2 + 4H+
(S kh )
(S oxi hoá)
Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 3 -


Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n)

ic

ng v kim lo i

– Ph ng trình đi n phân:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2.
– Quá trình oxi hoá kh trên b m t các đi n c c:
+ T i catot: x y ra s kh , các quá trình kh x y ra theo th t dãy th đi n c c chu n. Ch t, ion nào có
th đi n c c chu n l n h n s b kh tr c.
Các ion kim lo i ki m, kim lo i ki m th , Mg2+, Al3+ có th đi n c c nh h n (âm h n) th đi n c c c a
c p oxi hoá kh H2O/H2 nên không b đi n phân trong dung d ch.
+ T i anot: x y ra s oxi hoá, các quá trình oxi hoá x y ra theo th t . Ch t, ion có th đi n c c l n h n s
oxi hoá tr c. Các anion g c axit ch a oxi nh NO3–, SO42–, PO43–... không tham gia đi n phân mà H2O
đi n phân.
* i n phân v i anot tan (d ng c c tan)
D ng c c đ c làm b ng kim lo i cùng ch t v i kim lo i trong mu i.
Ví d : đi n phân dung d ch CuSO4 v i đi n c c d ng b ng Cu.
T i anot (+) x y ra quá trình oxi hoá kim lo i Cu:
Cu
→
Cu2+
+
2e
Anot tan vào dung d ch đi n phân
chuy n đ ng t i c c âm
T i catot (–), x y ra s kh ion Cu2+:
Cu2+ + 2e → Cu
Do đó th c ch t ch là s chuy n kim lo i Cu t anot sang catot. Trong th c t s đi n phân dung d ch v i
anot tan đ c s d ng ch y u vào vi c tinh ch các kim lo i (anot là kim lo i c n tinh ch , catot là kim
lo i đã đ c tinh ch ) và m kim lo i (catot là v t c n m , anot là kim lo i dùng đ m ).
4.
nh lu t Faraday

Kh i l ng các ch t thu đ c đi n c c đ c tính theo công th c bi u di n đ nh lu t Faraday:
AIt
.
m=
96500n
m : Kh i l ng ch t thu đ c đi n c c.
A : Kh i l ng mol phân t c a ch t thu đ c đi n c c.
n : S electron mà nguyên t ho c ion đã cho ho c nh n.
I : C ng đ dòng đi n, tính b ng ampe.
t : Th i gian đi n phân, tính b ng giây.
III. N MÒN KIM LO I VÀ CH NG N MÒN KIM LO I
– S n mòn kim lo i là s phá hu kim lo i ho c h p kim do tác d ng c a các ch t trong môi tr ng.
– C n c vào môi tr ng và c ch n mòn, ng i ta phân thành hai lo i n mòn hoá h c và n mòn đi n
hoá:
a. n mòn hoá h c
– Th ng x y ra các thi t b th ng xuyên ti p xúc v i h i n c, ch t khí nh O2, Cl2 ... nhi t đ cao.
Ví d : Thi t b lò đ t b ng thép b n mòn do Fe tác d ng v i h i n c, khí oxi nhi t đ cao:
3Fe + 4H2O
Fe3O4 + 4H2.
2Fe + 3Cl2
2FeCl3.
– B n ch t c a s n mòn hoá h c là quá trình oxi hoá– kh , trong đó các electron c a kim lo i đ c
chuy n tr c ti p đ n các ch t trong môi tr ng.
b. n mòn đi n hoá
* n mòn đi n hoá là s n mòn kim lo i do tác d ng c a dung d ch ch t đi n ly và t o ra dòng đi n.
* i u ki n x y ra n mòn đi n hoá:
– Các đi n c c ph i khác ch t nhau, kim lo i có th đi n c c chu n nh h n s đóng vai trò c c âm và b
n mòn (kim lo i nguyên ch t khó b n mòn).
– Các đi n c c ph i ti p xúc v i nhau.
– Các đi n c c ph i cùng ti p xúc v i 1 dung d ch ch t đi n li.

* C ch n mòn:
– T i đi n c c âm (anot): x y ra s oxi hoá kim lo i
R → Rn+ + ne.
– T i đi n c c d ng (catot): x y ra s kh
+ Môi tr ng n mòn có tính axit:
Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 4 -


Khóa h c LT H KIT-3: Môn Hóa h c (Th y Ph m Ng c S n)

ic

ng v kim lo i

2H+ + 2e → H2.
+ Môi tr ng n mòn có tính baz ho c trung tính:
O2 + H2O + 4e → 4OH–.
* Ch ng n mòn kim lo i: có hai ph ng pháp ph bi n là b o v b m t và b o v đi n hoá.
– B o v b m t: dùng các hoá ch t b n v i môi tr ng đ cách li kim lo i v i môi tr ng.
– B o v đi n hoá: n i kim lo i c n b o v v i m t kim lo i ho t đ ng h n (kim lo i hi sinh), khi x y ra
quá trình n mòn đi n hoá, kim lo i ho t đ ng h n s đóng vai trò đi n c c âm và b n mòn, kim lo i c n
b o v đóng vai trò đi n c c d ng và không b n mòn.
IV.
NGUYÊN T C VÀ PH

NG PHÁP I U CH KIM LO I
1. Nguyên t c đi u ch kim lo i
Kh ion kim lo i thành kim lo i:
Mn+ + ne → M
2. Ph ng pháp c b n đi u ch kim lo i
a. Ph ng pháp nhi t luy n
Kh các oxit kim lo i thành kim lo i nhi t đ cao b ng ch t kh nh C, CO, H2 ho c Al.
3CO

+

to

Fe2O3 ⎯→ 3CO2 + 2Fe.
to

H2
+ CuO ⎯→ H2O + Cu.
Ph ng pháp này dùng đ đi u ch kim lo i có tính kh trung bình và y u
b. Ph ng pháp thu luy n
Tách l y kim lo i t mu i tan trong dung d ch, ph bi n nh t là dùng kim lo i m nh h n đ đ y kim lo i
y u trong dung d ch mu i.
Fe + CuSO4 → FeSO4
+ Cu.
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag.
Ph ng pháp này áp d ng đ đi u ch kim lo i có th oxi hoá – kh chu n cao: Cu, Hg, Ag, Au....
c. Ph ng pháp đi n phân
Dùng dòng đi n m t chi u đ kh các ion kim lo i trên catot. B ng ph ng pháp đi n phân có th đi u
ch h u h t các kim lo i.
– i n phân nóng ch y: dùng đ đi u ch các kim lo i có tính kh m nh nh kim lo i nhóm IA, IIA, Al.

Ví d : i u ch Na b ng cách đi n phân NaCl nóng ch y.
®pnc

2NaCl ⎯⎯⎯→ 2Na + Cl2 .
– i n phân dung d ch: dùng đi u ch kim lo i có tính kh trung bình và y u.
Ví d : đi u ch Zn b ng cách đi n phân dung d ch ZnSO4.
dpdd
2ZnSO4 + 2H2O ⎯⎯⎯
→ 2Zn + O2 + 2H2SO4.
Ph ng pháp đi n phân th ng dùng đ đi u ch kim lo i có đ tinh khi t cao.

Giáo viên: Ph m Ng c S n
Ngu n:

Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

Hocmai.vn

- Trang | 5 -