Bai 6 dai cuong kim loai

không tham gia đi n phân mà H2O đi n phân.

Tính ch t hoá h c 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

1 Tác d ng v i phi

kim

– 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

2 Tác d ng v i axit a i v i dung d ch HCl, H 2 SO 4 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 H 2 SO 4 đ c, HNO 3

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

– H2SO4 đ c: 2R + 2nH2SO4 đ c R2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O

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

3 Tác d ng v i

dung d ch mu 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

4 Tác d ng v i

n c

– 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

(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:

lo i”, B n c n k t h p xem tài li u cùng v i bài gi ng này

I TH I N C C CHU N C A KIM LO I – DÃY I N HOÁ KIM LO I

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

Ví d : Pin đi n hoá Zn–Cu

– S đ pin đi n hoá:

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)

– 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

b Su t đi n đ ng c a pin đi n hóa: E 0

pđh (V)

Su t đi n đ ng chu n c a pin đi n hoá (E0

pđh) 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

– 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 E 0 (A n+ /A) < E 0 (B m+ /B) thì ph n ng oxi hoá kh s x y ra theo chi u: (quy t c α)

mA + nB m+ →

mA n+ + 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 (E 0 (A n+ /A) < E 0 (B m+ /B)< E 0 (C k+ /C)) th t c a ph n ng oxi hoá kh s là:

kA + nC k+ kA n+ + 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–

2Na+ + 1e → Na 2Cl– → Cl2 + 2e

(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:

CuSO4 → Cu2+ + SO42–

– S đ đi n phân:

Catot (–) CuSO4 Anot (+)

Cu2+ , H2O SO42–, H2O

Cu2+ + 2e → Cu 2H2O → O2 + 4H+

(S kh ) (S oxi hoá)

– 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 )

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:

m =

96500n

AIt

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

* 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:

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

Kh ion kim lo i thành kim lo i: Mn+ + ne → M

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 + Fe2O3 ⎯→to 3CO2 + 2Fe

H2 + CuO ⎯→ H2O + Cu to

Ph ng pháp này dùng đ đi u ch kim lo i có tính kh trung bình và y u

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

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

2

®pnc

2NaCl ⎯⎯⎯→ 2Na + Cl

– 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

2ZnSO4 + 2H2O ⎯⎯⎯dpdd→ 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