Nhôm dễ nhương 3e nên thường có số oxi hoá +3 II/ Tính chất vật lí: - Nhôm là kim loại màu trắng bạc, mềm, dẻo, đẫn điện và đânx nhiệt tốt - Nhôm rất bền trong không khí và nước do có lớ
Trang 1Lý thuyết kim loại:
A NHÔM
I/ Vị trí và cấu hình:
- Nhôm thuộc ô thứ 13, chu kì 3, nhóm IIIA
- Cấu hình: 1s22s22p63s23p1 Nhôm dễ nhương 3e nên thường có số oxi hoá +3
II/ Tính chất vật lí:
- Nhôm là kim loại màu trắng bạc, mềm, dẻo, đẫn điện và đânx nhiệt tốt
- Nhôm rất bền trong không khí và nước do có lớp oxit Al2O3 bảo vệ
III/ Tính chất hóa học:
Nhôm là kim loại có tính khử mạnh (chỉ sau KL kiềm và kiềm thổ) Nên dễ bị oxi hoáthành ion dương
Al - > Al3+ + 3e
1/ Phản ứng với phi kim:
Nhôm khử các nguyên tố phi kim thành ion âm
Al khử và xuống số oxi hoá thấp hơn
- 8Al + 30HNO3 - > 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
- 2Al + 6H2SO4 đặc nóng - > Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
3/ Tác dụng với oxit kim loại ( phản ứng nhiệt nhôm)
Nhôm khử được các ion của kim loại yếu hơn trong oxit thành kim loại tự do ở nhiệt
Lớp oxit Al2O3 có tính lưỡng tính sẽ tác dụng với dd Kiềm, lớp oxit bảo về nhôm đã
bị phá vỡ Nhôm phản ứng với nước theo pt (1) Sau đó Al(OH)3 phản ứng với NaOH theo pt
Al(OH)3 + NaOH > NaAlO2 + 2H2O (2)
Kết luận: Nhôm không tác dụng trực tiếp với Kiềm mà tác dụng với H2O trước sau đó
Al +NaOH + H2O > NaAlO2 + 3/2H2
II/ Sản xuất:
1/ Nguyên tắc:
- Nhôm là kim loại mạnh nên sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al2O3
- Khi điện phân người ta cho thêm Criolit ( 3NaF.AlF3 hay Na3AlF6 ) vào nhàm mục đích:
Trang 2o Hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 ( 2050 xuống 900)
o Tăng tính đẫn điện của dd điện phân
o Bảo vệ Nhôm sinh ra không bị oxi hóa
2/ Nguyên liệu: Quặng Boxit Al2O3 2H2O
3/ Cơ chế điện phân:
Al(OH)3 + NaOH - > NaAlO2+ 2 H2O
pt ion: Al(OH)3 + OH- - > AlO2- + 2H2O
Al(OH)3 là chất lượng tính nên dễ tan trong dd kiềm dư do đó muốn điều chế Al(OH)3
cho muối Al3+ tác dụng với dd NH3
AlCl 3 + 3NH3 + 3H2O - > Al(OH)3 + 3NH4Cl
III Nhôm sunfat:
- Muối nhôm sunfat có nhiều ứng dụng nhất là muối kép của Nhôm với Kali ngậm
nước gọi là phèn chua K 2SO4.Al2(SO4)3 24H2O ( hay viết gọn KAl2(SO4)2.12H2O
- Nếu thay ion K+ bằng các ion khác như Li+ Na+ hay NH4+ ta không gọi là phen chua
mà gọi chung là phèn nhôm
IV: Nhận biết ionAl 3+:
Cho từ từ dung dịch NaOH dư vào dung dịch, nếu thấy có kết tủa keo xuất hiện rồi tan trong NaOH thì chứng tỏ có ion Al3+.
Al3+ + 3OH Al(OH)3
Al(OH)3 + OH-(dư) AlO- + 2H2O
B.SẮT
I/ Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử:
- Sắt ở ô thứ 26, thuộc nhóm VII B, chu kì 4
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2 hay viết gọn [Ar]3d64s2
- Sắt có 2e lớp ngoài cùng và phân lớp 3d chưa bão hòa nên dễ dàng nhường 2e ở
Trang 3phân lớp 4s hoạc nhường thêm 1e ở phân lớp 3d để tạo thành ion Fe2+, Fe3+
+ Cấu hình của Fe2+: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6
+ Cấu hình của Fe3+ : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5
II Tính chất vật lí:
Sắt là kim loại có màu trắng hơi xám, có khối lượng riêng lớn 7.9 g/cm3, nóng chảy ở1540o Sắt dẫn điện dẫn nhiệt tương đối tốt, và khác với các kim loại khác sắt có tính nhiễm từ
1/ Tác dụng với phi kim:
Ở nhiệt độ cao, sắt khử nguyên tử phi kim thành ion âm và bị oxi hóa đến số oxi hóa +2 hoặc +3
IV: Trạng thái tự nhiên:
-Sắt chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ trái đất
- Sắt tồn tại chủ yếu dạng hợp chất Các quặng sắt quan trọng là: manhetic ( Fe 3O4),
hematic đỏ ( Fe2O3 ), quặng hematic nâu (Fe 2O3.nH2O), quặng xideric FeCO3,
Trang 4quặng pirit (FeS2 ).
- Sắt có trong hemoglobin của máu
- Trong các mẫu thiên thạch có Fe tự do
HỢP CHẤT CỦA SẮT
I Hợp chất sắt (II):
Trong phản ứng hóa học Fe2+ dễ nhường 1e để trở thành sắt ion Fe3+. Tuy nhiên cũng
có thể nhận 2e để trở thành Fe Vậy Fe2+ vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá
Fe2+ - > Fe3+ + 1e
(Khử)
Fe2+ + 2e - > Fe
( Oxi hoá )
1/ Sắt (II) oxit: FeO
- Là chất rắn màu đen, không tồn tại trong tự nhiên Do bị oxi không khí oxi hóa
thành Fe3+
- Sắt II oxit là chất khử nên phản ứng dễ dàng với chất oxi hóa
Ví dụ : Cho FeO vào dung dịch HNO3 loãng, H2SO4 đặc
3FeO + 10 HNO3 - > 3 Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
- Fe(OH)2 tinh khiết tồn tại dạng chất rắn màu trắng hơi xanh
- Fe(OH)2 được điều chế bằng cách cho muối sắt Fe (II) phản ứng với dd kiềm trong điều kiện không có không khí
Fe2+ + 2 OH- - > Fe(OH)2
- Nếu để lâu trong không khí thì Fe(OH)2 dễ chuyển thành Fe(OH)3
◊4Fe(OH)2 + O2 + H2O- 4Fe(OH)3
- Điều chế Fe(OH)2 : dùng phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch muối sắt (II) với dung dịch bazơ
Ví dụ: FeCl2 + 2 NaOH - > Fe(OH)2 + 2 NaCl
Fe2+ + 2 OH- - > Fe(OH)2
3/ Muối sắt II
- Đa số các muối sắt II dễ tan trong nước, khi kết tinh ở dạng muối ngậm nước
- Muối sắt II dễ bị oxi hóa thành sắt III bởi các chất oxi hóa
tính chất chung_ của hợp chất sắt (III) là tính oxi hoá
1 Sắt ( III ) oxit: Fe2O3
- Fe2O3 là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước
Trang 5- Fe2O3 là oxit bazo và là chất oxi hoá
+ Fe2O3 là oxit bazo nên dễ tan trong dd axit:
Trong tự nhiên sắt III oxit tồn tại dạng quặng hematic
2 Sắt ( III ) hiđroxit: Fe(OH)3
- Fe(OH)3 là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước
- Fe(OH)3 là bazo dễ tan trong axit
FeCl3 + 3H2OFe(OH)3 + 3HCl
- Điều chế Fe(OH)3 bằng phản ứng trao đổi ion giữa dd muối sắt III với dd kiềm
◊FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl
3 Muối sắt ( III ) có màu vàng
- Đa số muôi sắt ( III ) tan trong nước, khi kết tinh tồn tại dạng muối ngậm nước
- Các muối sắt ( III ) có tính oxi hóa
a/ Gang xám: là gang có chứa C ở dạng than chì
b/ Gang trắng: là gang có chứa C ít hơn, chủ yếu dạng xêmentit
c/ Các phản ứng xảy ra trong lò cao:
Phản ứng tạo thành chất khử: xảy ra ở phần nồi lò ở 1400oC - > 1800oC
- Không khí nóng được nén vào phần trên cảu nồi lò để đốt cháy C thành CO2
- Khí CO2 bay lên gặp lớp than cốc bị khử thành CO
Phản ứng khử sắt oxit: xảy ra ở phần thân lò 400oC - > 800oC
- Phần trên của thân lò: ở 400oC săt III oxit bị khử thành oxit sắt từ
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
- Phần giữa của thân lò: oxit sắt từ bị khử thành sắt II oxit ở 500oC - > 600oC
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
- Phần dưới của thân lò: sắt II oxit bị khử thành sắt kim loại ở 700oC - > 800oC
Phản ứng tạo xỉ: xảy ra ở bụng lò ở nhiệt độ 1000oC - > 1500oC
- Ở phân này nhiệt độ 1000oC thì CaCO3 bị phân hủy và tạo xỉ
Trang 6Si, S tạo thành gang Sau đó người ta tháo gang ra ở nồi lò
dựa vào thành phần chia làm 2 loại
a/ Thép thường ( hay thép Cacbon)
- Thép mềm: Chứa không quá 0.1 % C Dùng gia công kéo sợi, vật liệu đời sống và xây dựng
- Thép cứng: Chứa trên 0.9% C Dùng chế tạo các dụng cụ, chi tiết máy…
b/ Thép đặc biệt: Người ta đưa thêm vào thếp một số kim loại làm cho kim loại có
Dùng luồng không khí mạnh thổi vào gang lỏng
-Ưu điểm: Luyện nhanh
- Nhược điểm: Không luyên được thép chứa nhiều P và có thành phần như ý muối
Phương pháp Mac – tanh:
dùng không khí nóng hoặc nhiên liệu khí oxi hóa các tạp chất trong thời gian dày
- Ưu điểm: Luyện được thép có thành phần mong muốn
- Nhược điểm: Mất nhiều thời gian và năng lượng
Phương pháp lò điện:
Dùng dòng điện tạo ra hồ quang để oxi hóa các tạp chất với điện cực than chì
-Ưu điểm: Luyện được thép có kim loại nhiệt độ nóng chảy cao và thép không chứa P,S
- Nhược điểm: Dung tích nhỏ, tốn điện năng
CROM và HỢP CHẤT CỦA CROM
I / Vị trí và cấu hình electron của Crom:
- Crom thuộc ô thứ 24, chu kì 4, nhóm VI B
- Cấu hình e: 1s22s22p63s23p63d44s2 Để đạt cấu hình electron bền hơn nên 1e của phân
lớp 4s sẽ chuyển và 3p, nên ta có cấu hình e của Crom là: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1
II / Tính chất vật lí:
Crom là kim loại màu trắng ánh bạc, có khối lượng riêng lơn Crom là kim loại cứng nhất có thể rạch được thủy tinh
III / Tính chất hóa học:
- Crom là kim loại có tính khử trung bình Mạnh hơn Sắt nhưng yếu hơn Kẽm
- Trong +6 ( thường◊các phản ứng hóa học Crom tạo hợp chất có số oxi hóa từ +1 là
số oh +2; +4; +6)
1/ Tác dụng với phi kim:
Ở nhiệt độ thường Crom chỉ phản ứng được với Flo Còn ở nhiệt độ cao Crom tác dụng được với O2, Cl2 và S…
4Cr + 3O2 - > 2Cr2O3
Trang 7¬ 2Cr + 3Cl2 - > 2CrCl3
2Cr + 3S - > Cr2S3
2/ Tác dụng với nước:
Crom không tác dụng với nước dù ở nhiệt độ cao, do có màng oxit Cr2O3 bảo vệ, nên
Crom được dùng để mạ lên những dụng cụ bằng thép
3/ Tác dụng với axit:
a/ Axit HCl và H 2 SO 4
- Do có màng oxit bảo vệ nên Crom không pahnr ứng với HCl, H2SO4 loãng ở điều kiện thường, nhưng khin đun nóng lớp oxit bị phá vỡ Crom sẽ phản ứng giải phóng H2
Lưu ý: Cr bị thụ động hóa trong HNO 3 đặc nguội và H 2 SO 4 đặc nguội
IV Hợp chất của Crom
Hợp chất Crôm III có số oxi hoá trung gian nên vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá
a/ Crom ( III ) oxit: Cr 2 O 3
- Crom ( III ) oxit là chất rắn, màu lục thẩm, không tan trong nước
- Cr 2O3 là oxit lưỡng tính
Tác dụng với axit: Cr2O3 + 6HCl - > 2CrCl3 + 3H2O
Tác dụng với bazo: Cr2O3 + 2NaOH > 2NaCrO2 + H2O
Trong hợp chất Crom( III ) Crom có số oxi hóa trung gian, nên ion Cr3+ trong dd vừa
có tính oxi hóa ( trong môi trường axit) vừa có tính khử ( trong môi trường kiềm)
Trang 8b/ Crom ( III ) hiđroxit: Cr(OH) 3
- Cr(OH)3 là chất rắn màu lục xám, không tan trong nước
- CrO3 là một oxit axit tác dụng với nước tạo ra axit
CrO3 + H2O > H2CrO4 ( axit cromic)
2CrO3 + H2O > H2Cr2O7 ( axit đicromic )
- Axit này chỉ tồn tại trong dd không tách ra được ở dạng tự do
- CrO3 có tính oxi hóa mạnh làm bốc cháy một số chất vô cơ và hữu cơ: C, P,
C2H5OH…
b/ Muối crom ( VI )
- Muối crom ( VI ) là hợp chất bền có thể tách ra khỏi dd
+ Muối Cromat: Na2CrO4, K2CrO4 là muối của axit Cromic, ion CrO42- trong dd có màu vàng chanh
+ Muối đicromat: Na2Cr2O7, K2Cr2O7 là muối của axit đicromat, ion Cr2O72- trong dd
có màu vàng cam
- Các muối Cromat và đicromat có tính oxi hóa mạnh trong môi trường axit
K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O
Trong dd có ion Cr2O72- (vàng cam ) luôn có mặt ion CrO42- ( vàng chanh) ở dạng cân bằng
2CrO42- + H+ Cr2O72- + H2O
(vàng chanh ) ( vàng cam)
Trang 9Nên dd cromat ( vàng chanh) thêm H+ vào chuyển thành ( vàng cam) và thêm OH vào
dd đicromat( vàng cam) sẽ chuyển thành màu (vàng chanh)
ĐỒNG và HỢP CHẤT
I Vị trí và cấu hình của Đồng:
- Đồng ( Cu ) thuộc ô thứ 29, chu ki 4, nhóm IB
- Đồng có cấu hình e bất thường: 1s22s22p63s23p63d104s1
Nguyên tử đồng có cấu hình e đặc biệt, do 1e ở phân lớp 4s chuyển vào phân lớp 3d
để đặc cấu hình bền hơn Nên đồng có 2 số oxi hóa +1, +2
II Tính chất hóa học:
Đồng kim loại có màu đỏ, khôi lượng riêng lớn, nóng chảy 1083oC Đồng tinh khiết tương đối mèm và dẻo Đồng dẫn điện, dẫn nhiệt tốt chỉ kém Ag
III Tính chất hóa học:
Đồng là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu
1/ Tác dụng với phi kim:
- Ở nhiệt độ thường đồng phản ứng với Clo, Brom tác dụng yếu với oxi tạo màng oxitCuO
- Ở nhiệt độ cao Cu phản ứng được với O2, S nhưng không phản ứng được với H2, N2
- Đồng ( II ) oxit là chất rắn màu đen, không tan trong nước
- CuO là oxit bazo và có tính oxi hoá tác dụng dễ dàng với axit và oxit axit
CuO + H2SO4 - > CuSO4 + H2O
CuO + 2HNO3 đặc - > Cu(NO3)2 + H2O
- Khi đun nóng CuO bị H2, CO, C khử thành Cu
CuO + H2 - > Cu + H2O
2/ Đồng ( II ) hiđroxit: Cu(OH)2
- Đồng ( II ) hiđroxit là chất rắn màu xanh, không tan trong nước
- Cu(OH)2 là bazo, dễ tan trong dd axit
Cu(OH)2 + 2HCl CuCl2 + H2O
- Cu(OH)2 dễ bị phân hủy bởi nhiệt
3/ Muối đồng ( II ):
- Dung dịch muối đồng có màu xanh
- Thường gặp là muối CuCl2, CuSO4, Cu(NO3)2
Do vậy CuSO4 khan dùng để phát hiện dấu vết của nước trong chất lỏng
4/ Ứng dụng:
- Đồng kim loại có nhiều ứng dụng trong nghành công nghiệp và kĩ thuật Dùng làm
Trang 10đây dẫn điện, chế tạo hợp kim
- Hợp chất của đồng sunfat dạng khan dùng nhận biết dấu vết hơi nước trong các chấtcác hợp kim của Cu:
Đồng thau: Cu-Zn(45%) đóng tàu biển
Đồng bạch: Cu-Ni(25%) đúc tiền, đóng tàu.
Đồng thanh Cu-Sn Chế tạo máy móc thiết bị.
Cu-Au đúc đồng tiền vàng, vật trang trí
SƠ LƯỢC NIKEN – KẼM - THIẾC – CHÌ
I Niken: Ni
1 Vị trí trong bảng tuần hoàn:
Niken thuộc ô thứ 28, nhóm VIIIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn
2 Tính chất và ứng dụng:
- Niken là kim loại có màu trắng bạc, rất cứng, khối lượng riêng lớn, t nóng chảy cao
- Niken là kim loại có tính khử yếu hơn sắt Nên ở điều kiện thường bền với không khí và nước Ở nhiệt độ cao tác dụng được với nhiều đơn chất và hợp chất
1 Vị trí trong bảng tuần hoàn:
Kẽm ở ô thứ 30 thuộc nhóm IIB, chu kì 4 của bảng tuần hoàn
2 Tính chất và ứng dụng:
- Kẽm nguyên chất là kim loại có màu lam nhạt, nhưng để trong không khí có màu xám do bị phủ một lớp oxit ( ZnO) Ở điều thường Zn khá giòn, khi đun nóng 100 –
150 oC thì trở nên dẻo đến 200 oC thì giòn trở lại
- Kẽm có tính khử mạnh hơn sắt Tác dụng được với nhiều đơn chất và hợp chất2Zn + O2 - > 2ZnO
- Chì là kim loại có màu trắng hơi xanh, khối lượng riêng lớn, mềm và dẻo
- Ở điều kiện thường chi không phản ứng với O2 , S do có màng oxit bảo vệ, khi đun nóng chi phản ứng hoàn toàn với O2, S
1 Vị trí trong bảng tuần hoàn:
Thiếc ở ô thứ 50, thuộc nhóm IV A, chu kì 5 của bảng tuần hoàn
2 Tính chất và ứng dụng:
- Thiếc có 2 dạng thù hình: thiếc trắng và thiếc xám
- Ở điều kiện thường thiếc là kim loại màu trắng bạc, có khối lượng riêng lớn, mềm dẻo
Trang 11- Thiếc phản ứng chậm nhiều đơn chất và hợn chất
Trắc nghiệm lý thuyết về nhôm
Câu 1: Cho biết số thứ tự của Al trong bảng tuần hoàn là 13 Phát biểu nào sau đây đúng?
A Al thuộc chu kì 3, phân nhóm chính nhóm III
B Al thuộc chu kì 3, phân nhóm phụ nhóm III
C Ion nhôm có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 2s2
D Ion nhôm có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s2
Câu 2: Cho phản ứng:
Al + H2O + NaOH → NaAlO2 + 3/2 H2
Chất tham gia phản ứng đóng vai trò chất oxi hoá là chất nào?
B cấu hình electron [Ne] 3s23p1
C Tinh thể cấu tạo lập phương tâm diện
D Mức oxi hoá đặc trưng là +3
Câu 4: Mô tả nào dưới đây về tính chất vật lí của nhôm là chưa chính xác?
A Màu trắng bạc
B Là kim loại nhẹ
C Mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng
D Dẫn điện và nhiệt tốt, tốt hơn các kim loại Fe và Cu
Câu 5: Nhận xét nào dưới đây là đúng?
A Nhôm kim loại không tác dụng với nước do thế khử của nhôm lớn hơn thế khử củanước
B Trong phản ứng của nhôm với dung dịch NaOH thì NaOH đóng vai trò chất oxi hoá
C Các vật dụng bằng nhôm không bị oxi hoá tiếp và không tan trong nước do được bảo vệ bởi lớp màng Al2O3
D Do có tính khử mạnh nên nhôm phản ứng với các axit HCl, HNO3, H2SO4 trong mọi điều kiện
Câu 6: So sánh (1) thể tích khí H2 thoát ra khi cho Al tác dụng với lượng dư dung dịch NaoH và (2) thể tích khí N2 duy nhất thu được khi cho cùng lượng Al trên tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư
A (1) gấp 5 lần (2)
B (2) gấp 5 lần (1)
C (1) bằng (2)
D (1) gấp 2,5 lần (2)
Trang 12Câu 7: Mô tả ứng dụng nào của nhôm dưới đây chưa chính xác?
A Làm vật liệu chế tạo ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ
B Làm khung cửa, trang trí nội thất và mạ đồ trang sức
C làm dây dẫn điện, thiết bị trao đổi nhiệt, công cụ đun nấu trong gia đình
D Chế tạo hỗn hợp tecmit, được dùng để hàn gắn đường ray
Câu 8: Xác định phát biểu không đúng về quá trình điện phân sản xuất Al dưới đây
A Cần tinh chế quặng boxit (Al2O3.2H2O) do còn lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2
B Từ 1 tấn boxit (chứa 60% Al2O3) có thể điều chế được gần 0,318 tấn Al với hiệu suất 100%
C Sản xuất 2,7 tấn Al tiêu hao 18 tấn C làm anot, nếu các quá trình là hoàn toàn và sản phẩm oxi hoá chỉ là CO2
D Criolit được sử dụng để hạ nhiệt độ nóng chảy, tăng độ dẫn điện và ngăn cản Al bị oxi hoá bởi không khí
Câu 9: Dung dịch nào dưới đây làm quỳ đổi màu xanh?
Câu 11: Trường hợp nào dưới đây tạo ra kết tủa sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn?
A Thêm dư NaOH vào dung dịch AlCl3
B Thêm dư AlCl3 vào dd NaOH
C Thêm dư HCl vào dung dịch Na[Al(OH)4]
D Thêm dư CO2 vào dd NaOH
Câu 12: Kim loại có thể điều chế được từ quặng boxit là kim loại nào?