Bài 18: Tính chất của kim loại và Dãy điện hóa của kim loại

Bài 18: Tính chất của kim loại và Dãy điện hóa của kim loại

BÀI 18: TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI

DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI.

I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ:

1. Tính chất vật lý chung: Trạng thái rắn ( trừ Hg), có tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim.

a. Tính dẻo: Khi tác dụng một lực lên miếng kim loại, nó bị biến dạng. Do các cation kim loại trong mạng tinh thể trượt lên nhau nhờ lực hút tĩnh điện của các e tự do với các cation kim loại. Kim loại có tính dẻo giảm dần : Au, Ag, Al, Cu, Sn.

b. Tính dẫn điện: khi nhiệt độ tăng, tính dẫn điện gỉảm do sự chuyển động của ion kim loại tăng làm cản trở sự chuyển động của dòng electron tự do.

Khả năng dẫn điện giảm dần :  Ag, Cu, Au, Al, Fe

Quy  ước độ dẫn điện của Hg = 1 thì độ dẫn điện của Ag = 49; Cu = 46; Au = 35,5; Al = 26.

c. Tính dẫn nhiệt: kim loại điện tốt thì cũng dẫn nhiệt tốt:  Ag, Cu, Al, Fe

d. Ánh kim : các e tự do trong kim loại phản xạ tốt những tia sáng có bước sóng mà mắt ta có thể nhìn thấy được → kim loại có ánh kim.

* Kết luận : Tính chất vật lý chung của kim loại do các e tự do trong kim loại gây ra.

2. Tính chất riêng: khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng phụ thuộc vào độ bền của liên kết kim loại, nguyên tử khối, kiểu mạng tinh thể.

a. Khối lượng riêng: ( D g/cm3)

·         D< 5g/cm3 : kim loại nhẹ như Na, K, Mg, Al

·         D>5g/cm3 : kim loại nặng như Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Hg

·         Li có khối lượng riêng nhỏ nhất ( 0,5g/cm3), lớn nhất là Os ( 22,6g/cm3)

b. Nhiệt độ nóng chảy:   thấp nhất là Hg ( −39oC) , cao nhất là W ( 3410oC )

c. Tính cứng: mềm  nhất là Cs (0,2) , cứng nhất là Cr (9) ( quy ước độ cứng của kim cương là 10)

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG:

Đặc trưng : tính khử. Kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương kim loại.

                                         M  → Mn+  +  ne
1. Tác dụng với phi kim:
kim loại khử phi kim thành ion âm

2. Tác dụng với axit:

a. Với HCl và H2SO4 loãng:  Kim loại trước H khử ion H+ (H3O+) thành H2          

    Kim loại có tính khử mạnh như K, Na sẽ gây nổ khi tiếp xúc với axit.

               Mg  +   HCl     MgCl                   Al  +   H2SO4 → Al2(SO4)3

               Fe    +   HCl   → FeCl

b. Với H2SO4  đặc nóng, HNO3: ( trừ Au và Pt)

Ø  Tính oxi hóa là do N+5 và S+6

Ø  Kim loại khử N+5, S+6 xuống số oxi hóa thấp hơn

Ø  Al, Fe bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội  vì tạo màng oxit bền trên bề mặt kim loại không tan trong axit bảo vệ kim loại.

Ø  Với kim loại có tính khử yếu như Cu, Ag, Pb thì :

        HNO3đặc      NO2\    ;       HNO3 loãng     NO

Ø  Với kim loại có tính khử mạnh như Mg, Zn, Al….HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2, NH4NO3

Ø  Thông thường : HNO3 loãng → NO;     HNO3đặc  → NO2

Ø  Thông thường:   H2SO4 đặc nóng           SO2

        Thí dụ:     Cu  +   HNO3 đặc, nóng     Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2

                        Cu  +   H2SO4 đặc, nóng    2H2O + SO2 + CuSO4

                        Fe   +   HNO3 loãng            2H2O + NO +  Fe(NO3)3

                         Fe   +   H2SO4 đặc, nóng    Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2

                        Mg  +  HNO3 loãng          → . 3H2O  + 4Mg(NO3)2 + NH4NO3

3. Tác dụng với nước

a. Kim loại mạnh: nhóm IA và IIA ( trừ Be, Mg) khử nước ở nhiệt độ thường

                                      M  +   H2O    M(OH)n   +   n/2 H2

               Thí dụ:       Na    +      H2O  → NaOH

                                   Ca      +      H2O    Ca(OH)2   

b. Các kim loại có tính khử trung bình: Fe, Zn . . . khử được hơi nước ở nhiệt độ cao

                                 3Fe   +  4H2O     Fe3O4  +  4H2

c. Các kim loại yếu như Cu,Ag, Au,Hg.. không khử được nước dù nhiệt độ cao

4. Tác dụng với dung dịch muối:

Kim loại mạnh hơn có thể khử được kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do ( Các KL mạnh nhưng không khử được nước ) 

Thí dụ: Cho đinh sắt vào lọ chứa dung dịch CuSO4:  Fe  +  CuSO4    FeSO4  +  Cu

                                                        Pt ion thu gọn :            Fe  +   Cu2+       Fe2+   +   Cu

Hiện tượng : 

*  màu xanh của dd nhạt dần và có Cu màu đỏ bám vào sắt do Fe khử Cu2+→Cu:

                                                   Cu2+   +   2e       Cu

*  đinh sắt mòn dần do ion Cu2+ oxi hóa Fe →  Fe2+ tan vào dung dịch

                                                   Fe     Fe2+  +   2e

*  dung dịch trong cốc có màu lục nhạt ; MÀU CỦA  Fe2+

2. So sánh tính chất của các cặp oxi hóa – khử:

Thí dụ 1: Cho đinh sắt vào dd CuSO4:     Fe  +  Cu2+      Fe2+   +    Cu

                 Ngược lại, cho Cu vào dd FeSO4 : không phản ứng.

                 Kết luận:   Fe có tính khử mạnh hơn Cu

                                   Cu2+ có tính oxi hóa mạnh hơn Fe2+ .

Thí dụ 2: Cho Cu vào dd AgNO3 :          Cu  +  2Ag+     Cu2+  +    2Ag

                 Ngược lại, cho Ag vào dd CuSO4 : không phản ứng

                 Kết luận:  Tính khử   :      Cu   >   Ag

                                 Tính oxi hóa:   Ag+  >  Cu2+ .

Ø  Từ 2 thí dụ trên, ta có :  Tính khử  :  Fe   >   Cu   >   Ag

                                                     Tính oxi hóa :        Fe2+  <  Cu2+  <  Ag+ .

3. Dãy điện hóa của kim loại: 

Dãy điện hóa là dãy thứ tự các cặp oxi hóa – khử của kim loại xếp theo thứ tự tính oxi hóa của ion kim loại tăng dần và tính khử của nguyên tử kim loại giảm dần.

                                           Tính oxi hóa của ion kim loại tăng

      K+   Ca2+  Na+   Mg2+  Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+  Fe2+  Ni2+  Sn2+  Pb2+  2H+  Cu2+  Fe3+ Ag+  Hg2+ Pt2+  Au3+ 

                                                                                                      

       K     Ca     Na    Mg     Al     Mn     Zn    Cr     Fe     Ni    Sn      Pb     H2    Cu     Fe2+  Ag    Hg      Pt    Au

                                               Tính khử của nguyên tử kim loại giảm

4. Ý nghĩa dãy điện hóa của kim loại:  Dự đoán chiều phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa – khử theo quy tắc α (anpha): phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa – khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn