lý thuyết kim loại hóa học 12

 Nội dung giáo trình hoá học kim loại lớp 12 có thể chia thành 2 phần: - Phần thứ nhất nhằm tìm hiểu vị trí của các kim loại trong bảng tuần hoàn, tính chất vật lí và hoá học chung củ

Ho¸ häc kim lo¹i

NguyÔn Xu©n Tr êng

Sách giáo khoa hoá 12 mới

Có thể nói, các ch ơng về kim

loại là trọng tâm của SGK lớp 12

và cũng là trọng tâm của phần hoá học kim loại ở tr ờng THPT

Ngoài các nguyên tố kim loại nh trong SGK cũ, SGK mới còn đề

cập đến các kim loại thông dụng

và có nhiều ý nghĩa thực tiễn

nh crom, đồng , kẽm, niken,

thiếc, chì, bạc, vàng

Sgk hoá 12 mới

So sánh giữa SGK cũ và SGK mới :

*SGK cũ nặng về mô tả sự kiện, nhẹ về tìm hiểu tính quy luật

*SGK mới chú ý tìm hiểu quy luật biến thiên tính chất của đơn chất và hợp chất trên cơ sở cấu tạo chất (cấu hình electron nguyên tử, cấu tạo phân tử) và số oxi hóa của

Sgk mới

*SGK cũ nặng tính hàn lâm

nghĩa là nặng về lí thuyết, nhẹ

về tính thực hành ứng dụng, ít

vận dụng kiến thức vào thực tiễn

*SGK mới coi trọng việc vận dụng kiến thức, bồi d ỡng năng lực tự học và ph

ơng pháp t duy, rèn luyện trí thông

minh, bồi d ỡng năng lực phát hiện vấn

đề và giải quyết vấn đề, năng lực

sáng tạo.

*SGK cũ dùng thí nghiệm hóa học, tranh ảnh, hình vẽ, biểu bảng,

sơ đồ…chủ yếu để minh họa

*SGK mới đ ợc biên soạn sao cho HS có thể dùng sách để tự học còn giáo viên dùng sách để thiết kế các hoạt động dạy học, đặt HS vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức, giáo viên h ớng dẫn, động viên, khích lệ để HS

tự xây dựng kiến thức mới cho mình, kết quả là họ không chỉ nắm vững kiến thức mà còn nắm đ ợc cả ph ơng pháp để đi đến kiến thức.

*Cuèi mçi ch ¬ng cã bµi luyÖn tËp

gióp HS cñng cè vµ vËn dông kiÕn thøc c¬ b¶n cña ch ¬ng Sau mçi ch

Sgk mới

*Kênh hình đ ợc chú trọng hơn, cả về số l ợng và chất l ợng SGK mới in màu (nhiều màu) rất

đẹp, màu sắc của các chất đ

ợc thể hiện đúng với màu sắc

tự nhiên của chúng sẽ làm tăng hứng thú học tập của HS đối

với bộ môn Hóa học.

Sgk hoá 12 mới

SGK Hóa học lớp 12 mới có nhiều u

điểm so với SGK Hóa học lớp 12 cũ,

thể hiện ở các điểm sau:

 Về ph ơng pháp: SGK mới tạo điều kiện để giáo viên

chuyển đổi từ mô hình dạy học truyền thống, truyền thụ một chiều sang mô hình dạy

1- Thầy giảng, trò ghi nhớ, học thuộc lòng

2- Học cách học, cách ứng xử, cách giải

quyết vấn đề, cách sống.

1- Thầy độc quyền

đánh giá

2- Tự đánh giá, tự điều chỉnh, cung cấp liên

hệ ng ợc cho thầy đánh giá, có tác dụng

đời, tự học nên ng ời.

PPDH PHAN KIM LOAI

 Phần hoá học Vô cơ lớp 12 chủ yếu nghiên cứu

về kim loại (chỉ có thêm ch ơng Phân biệt một số chất vô cơ và ch ơng Hoá học và

vấn đề phát triển kinh tế, xã hội, môi tr ờng)

 Ph ơng pháp dạy học chủ yếu là xuất phát từ

những hiểu biết thực tế của HS để dẫn dắt họ

khám phá những hiểu biết mới về kim loại.

 Nội dung giáo trình hoá học kim loại lớp 12 có thể chia thành 2 phần:

 - Phần thứ nhất nhằm tìm hiểu vị trí của

các kim loại trong bảng tuần hoàn, tính chất vật lí và hoá học chung của kim loại, hợp kim,

sự ăn mòn kim loại và điều chế kim loại.

 - Phần thứ hai đi sâu tìm hiểu một số kim

loại cụ thể quan trọng đối với nền kinh tế

quốc dân Nh vậy nội dung của phần thứ nhất rất quan trọng, nó là lí thuyết chủ đạo của sự tìm hiểu các kim loại cụ thể ở phần thứ hai.

 Việc dạy học phần kim loại ở lớp 12 đ ợc tiến hành

sau khi đã học các lí thuyết chủ đạo ở lớp 10 (cấu tạo nguyên tử; bảng tuần hoàn và định luật tuần hoàn; liên kết hoá học; phản ứng hoá học) vì vậy cần vận dụng triệt để các lí thuyết này Cụ thể là cần sử dụng rộng rãi ph ơng pháp suy diễn (diễn

dịch): từ vị trí của các nguyên tố kim loại trong

bảng tuần hoàn suy ra cấu tạo nguyên tử Từ cấu tạo nguyên tử của nguyên tố suy ra tính chất hoá học

đặc tr ng của nguyên tố Dự đoán khả năng phản ứng của nguyên tố kim loại đó với các phi kim, với n

ớc, với dung dịch các axit, với dung dịch muối

 Vai trò của thí nghiệm lúc này chủ yếu đóng vai trò kiểm chứng, xác minh cho những dự đoán tính chất dựa trên cấu tạo của nguyên tử kim loại và của mạng tinh thể kim loại.

 Ch ơng 5: Đại c ơng về kim loại

 Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn và

cấu tạo của kim loại.

 a) Dạy cách nhớ vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn:

 Trong số trên 110 nguyên tố đã biết có tới gần 90

nguyên tố là kim loại, chỉ có 22 nguyên tố phi kim Các nguyên tố phi kim vừa ít vừa nắm gọn ở phía phải và góc trên của bảng tuần hoàn nên rất dễ nhớ.

 Phần còn lại của bảng là vị trí của các nguyên tố kim loại.

Cần l u ý học sinh phân biệt cấu tạo của nguyên tử

Tính chất của kim loại và dãy điện hoá của kim loại

- Cần h ớng dẫn học sinh biết vận dụng kiến thức về cấu tạo của nguyên tử kim loại và của mạng tinh thể kim loại

để giải thích các tính chất vật lí chung của kim loại

- Khi nêu các tính chất vật lí chung của kim loại cũng

cần l u ý đến những tính chất vật lí riêng của chúng

nh khối l ợng riêng, độ cứng, nhiệt độ nóng chảy

- Khối l ợng riêng, độ cứng, nhiệt độ nóng chảy của kim loại phụ thuộc vào độ bền của liên kết kim loại Độ bền của liên kết kim loại đặc biệt lớn đối với các kim loại

nặng

- Tính chất hoá học đặc tr ng của kim loại là tính khử Tính khử của kim loại rất khác nhau thể hiện ở năng l ợng ion hoá khác nhau của nguyên tử các kim loại

Hợp kim

- Nghiên cứu về hợp kim là một việc khó và phức tạp, liên quan

đến nhiều lĩnh vực khoa học nh hoá học, vật lí, toán học Trong sách giáo khoa hoá học lớp 12 không xem xét cấu tạo của hợp kim mà chỉ so sánh tính chất vật lí và hoá học của hợp kim với kim loại, ứng dụng và điều chế hợp kim.

Trọng tâm của bài là tính chất vật lí, tính chất cơ học và ứng dụng

Cần so sánh hợp kim với kim loại thành phần về mặt tính

chất cơ học, tính chất vật lí và ứng dụng.

- Hợp kim giống kim loại là cũng có cấu tạo tinh thể, trong hợp kim cũng có liên kết kim loại, có electron tự do nên hợp kim có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo và có ánh kim giống kim loại Hợp kim khác kim loại là trong hợp kim còn có liên kết cộng hoá trị dó đó mật độ electron tự do trong hợp kim giảm đi

 Về tính chất hoá học thì nhìn chung hợp kim

có tính chất t ơng tự tính chất của các kim loại thành phần do trong hợp kim có các tính thể

dung dịch rắn và tinh thể hỗn hợp, trong đó

tính chất hoá học của các kim loại vẫn đ ợc bảo

tồn Thí dụ cho hợp kim Al - Cu vào dung dịch

nóng thì hợp kim tan hoàn toàn và giải phóng

yếu cung cấp kiến thức về thành phần, tính

chất cơ học và ứng dụng của hợp kim.

Sự ăn mòn kim loại

- Việc chống ăn mòn kim loại là một vấn đề cấp bách cả về mặt kinh tế cũng nh công nghệ Hiện nay khoảng 25% l ợng thép sản xuất ra hàng năm đ ợc dùng để thay thế cho những thiết bị bằng sắt, thép bị han gỉ Trên qui mô

toàn cầu thì cứ mỗi giây qua đi, có khoảng 2 tấn thép

đã biến thành gỉ

- ăn mòn hoá học: Xảy ra khi kim loại đ ợc đặt trong môi tr ờng khí hay trong chất lỏng có tác dụng ăn mòn trực tiếp kim loại

Bầu khí quyển ở các khu vực công nghiệp của các n ớc

phát triển chứa một l ợng đáng kể axit do đốt nhiều nhiên liệu nh than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên có chứa tạp chất chủ yếu là l u huỳnh sinh ra Chẳng hạn thành phố Luân Đôn (n

ớc Anh) bị ô nhiễm tới mức hàng năm từ khí quyển rơi

- Ăn mòn điện hoá: Xảy ra khi có sự tạo thành các pin điện trong kim loại.

ăn mòn điện hoá là dạng ăn mòn phổ biến hơn Oxi (trong không khí)

* Photphat hoá bề mặt của kim loại bằng cách nhúng vào

dung dịch phốt phát sắt, kẽm hay mangan Kết quả là sẽ có một lớp photphat hỗn tạp bền chắc bảo vệ.

* Sắt đ ợc thụ động hoá bằng các chất oxit hoá mạnh nh ion cromat CrO 42- hay ion pemanganat MnO 4- Kết quả là tạo ra một lớp oxit bền vững bảo vệ.

Điều chế kim loại

 Khi dạy học về điều chế kim loại cần làm rõ mối liên quan giữa

ph ơng pháp điều chế và mức độ hoạt động hoá học của kim loại.

Điều chế kim loại tức là chuyển ion kim loại M n+ thành nguyên

tử kim loại M Kim loại có tính khử càng mạnh thì ion của nó

có tính oxi hoá càng yếu nên càng khó bị khử trở lại thành kim loại Do đó việc chọn ph ơng pháp điều chế kim loại phụ thuộc vào tính oxi hoá mạnh hay yếu của ion kim loại đó.

+ Đối với những kim loại có tính khử rất mạnh và mạnh nh K, Na,

Ca, Mg, Al do ion của chúng có tính oxi hoá rất yếu, chỉ có thể khử chúng bằng dòng điện Vì vậy ph ơng pháp duy nhất

để điều chế các kim loại này là điện phân nóng chảy muối, hiđroxit hoặc oxit của chúng.

+ Đối với những kim loại có độ hoạt động hoá học trung bình và yếu nh Fe, Ni, Cu ng ời ta khử oxit của chúng bằng chất khử thông th ờng (C, CO, H , Al) ở nhiệt độ cao gọi là ph ơng pháp

+ Đối với những kim loại có độ hoạt động rất yếu nh Hg, Ag oxit của chúng rất kém bền, dễ dàng phân huỷ thành kim loại khi đun nóng nên không cần dùng chất khử.

Cơ sở của ph ơng pháp thuỷ luyện là dùng các dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN để hoà tan kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng.

Sau đó khử các ion này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử

mạnh hơn Thí dụ: vàng lẫn trong đất có thể hoà tan dần trong dung dịch NaCN cùng với O2 của không khí, đ ợc dung dịch muối vàng:

4Au + 16NaCN + 3O2 + 6H2O  4Na[Au(CN)4] + 12NaOH

Sau đó, dùng kim loại Zn khử ion Au 3+

Zn + 2Na [Au(CN)4]  Na2[Zn(CN)4] + 2Au

Ph ơng pháp thuỷ luyện còn gọi là ph ơng pháp ớt đ ợc dùng để điều chế những kim loại có thế điện cực chuẩn cao nh Au, Ag, Hg, Cu

Nh vậy việc dùng kim loại mạnh để khử ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch chỉ là một công đoạn của ph ơng pháp thuỷ luyện.

Nh vậy việc dùng kim loại mạnh để khử ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch chỉ là một công đoạn của ph ơng pháp thuỷ luyện Để phù hợp với trình độ học sinh ban Cơ bản,

ở ph ơng pháp thuỷ luyện chúng ta chỉ yêu cầu học sinh viết ph ơng trình hoá học của công đoạn sau là dùng kim loại có tính khử

mạnh hơn để khử ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch.

Ch ơng 6: Kim loại kiềm - kim loại kiềm thổ -

nhôm

Việc ghép kim loại nhóm IA, IIA, IIIA vào một ch

ơng là để giảm tải nội dung, tránh sự trùng lặp

và giúp cho sự hệ thống hoá kiến thức đ ợc thuận lợi hơn.

Tính chất của kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm

cần đ ợc nghiên cứu d ới ánh sáng của các lí thuyết chủ đạo và cần đ ợc vận dụng các kiến thức của phần đại c ơng về kim loại (ch ơng 5)

Từ cấu tạo nguyên tử của kim loại kiềm (bán kính nguyên tử t ơng đối lớn và chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng) và năng l ợng ion hoá (nhỏ), học sinh hiểu đ ợc những đặc tính của kim loại kiềm và qui luật biến thiên tính chất các nguyên tố trong nhóm kim loại kiềm.

Kim loại kiềm và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm.

Khi dạy học về kim loại kiềm, giáo viên cần tổ chức các hoạt

động dạy học để học sinh tự đi đến kết luận: Những tính chất vật lí và hoá học của kim loại kiềm đều do cấu trúc

các lớp electron của nguyên tử và cấu tạo của mạng tinh thể kim loại quyết định.

Các nguyên tử kim loại kiềm chỉ có 1 electron ở lớp ngoài

cùng, lớp sát ngoài cùng có 8 electron, nên chúng dễ nh ờng 1e để tạo ra ion M + do đó có tính khử rất mạnh Các nguyên

Về tính chất hoá học của kim loại kiềm tránh dạy theo kiểu liệt kê các phản ứng Cần nghiên cứu theo trình tự:

Cấu tạo  Tính chất  ứng dụng  Điều chế.

D ạ và cấu tạo nguyên tử để dự đoán tính chất hoá học đặc tr ng, sau đó làm thí nghiệm để kiểm chứng, xác minh những dự đoán là đúng

đắn.

Cần dẫn dắt để học sinh có thể từ tính chất vật lí và hoá học của kim loại kiềm suy ra các ứng dụng của chúng.

Về ph ơng pháp điều chế kim loại kiềm cũng phải đ ợc suy ra từ tính khử rất mạnh của chúng.

Kim loại kiềm thổ

Ch ơng trình hoá học lớp 12 chọn nghiên

cứu các hợp chất của canxi để đại diện cho nhóm kim loại kiềm thổ vì chúng có nhiều ứng dụng quan trọng trong nền kinh tế

quốc dân (xây dựng, sản xuất công nông nghiệp) và đời sống Vì vậy, khi dạy học các hợp chất của canxi không chỉ chú ý

đến tính chất và những chuyển đổi qua lại giữa chúng mà cần cho học sinh vận

dụng kiến thức đã học để giải thích các

hiện t ợng xảy ra trong tự nhiên, trong đời sống và sản xuất nhằm cải tạo và hợp tác với

Khi dạy học về kim loại kiềm thổ cần l u ý:

- Các đơn chất kim loại nhóm IIA có kiểu mạng tinh thể không giống nhau nên tính chất vật lí biến đổi không theo quy luật nhất định nh kim loại kiềm.

- Về tính chất hoá học cần cho học sinh dựa vào cấu tạo nguyên tử để suy ra tính chất hoá học đặc trung là

tính khử mạnh và vì sao chúng chỉ có số oxi hoá +2

trong các hợp chất.

- Khi dạy học về các hợp chất của canxi cần khai thác

những hiểu biết thực tế của học sinh về vôi sống, vôi tôi, đá vôi, thạch cao… và yêu cầu họ vận dụng kiến thức

để giải thích một số hiện t ợng thiên nhiên (cặn trong

ấm n ớc, váng cứng trên mặt hố vôi, thạch nhũ trong các hang động…)

- L u ý học sinh khi sục CO 2 vào dung dịch chứa một l ợng nhất định Ca(OH) 2 thu đ ợc một số gam kết tủa thì sẽ có thu đ ợc một số gam kết tủa thì sẽ có

2 đáp số ứng với l ợng CO 2 thiếu và l ợng CO 2 d một phần d một phần.

 N ớc rất mềm có độ cứng toàn phần nhỏ hơn 1,5

đơn vị.

 N ớc mềm có độ cứng toàn phần từ 1,5 đến 4 đơn vị.

 N ớc trung bình có độ cứng toàn phần từ 4 đến 8

đơn vị.

 N ớc cứng có độ cứng toàn phần từ 8 đến 12 đơn vị.

- Nếu học sinh nắm vững tính chất hoá học của các hợp chất kim loại kiềm thổ thì việc nghiên cứu về n ớc cứng rất thuận lợi Tr ớc tiên cần làm cho học sinh hiểu vì sao n ớc tự nhiên th ờng là n ớc cứng (nơi cứng nhiều, nơi cứng ít)

Chỉ có n ớc m a và tuyết là n ớc mềm nhất trong thiên nhiên.

- Về các ph ơng pháp làm mềm n ớc cứng, các tài liệu khác nhau có thể gọi tên khác nhau Chẳng hạn nh cách làm

mềm n ớc cứng có tính cứng tạm thời có tài liệu gọi là ph

ơng pháp nhiệt, ở tài liệu khác lại gọi là ph ơng pháp vật lí Gọi là ph ơng pháp vật lí thì không đúng vì bản chất của

ph ơng pháp là một biến đổi hoá học dựa trên sự kém

bền với nhiệt của muối hiđrocacbonat của canxi và magie

Ca(HCO 3 ) 2  CaCO 3 + CO 2 + H 2 O

Ph ơng pháp trao đổi ion có tài liệu còn gọi là ph ơng

 N ớc rất mềm có độ cứng toàn phần nhỏ hơn 1,5

đơn vị.

 N ớc mềm có độ cứng toàn phần từ 1,5 đến 4 đơn vị.

 N ớc trung bình có độ cứng toàn phần từ 4 đến 8

đơn vị.

 N ớc cứng có độ cứng toàn phần từ 8 đến 12 đơn vị.

 Sách giáo khoa hoá học cũ nêu 2 ph ơng

pháp làm mền n ớc cứng là ph ơng pháp hoá học và ph ơng pháp trao đổi ion Nh vậy đã gộp ph ơng pháp dùng nhiệt với ph ơng pháp dùng hoá chất (vôi- sođa) vì có chung bản chất là xảy ra các phản ứng hoá học Sách giáo khoa lớp 12 mới lại gọi là ph ơng pháp

kết tủa, nh vậy đã nói rõ bản chất của ph

ơng pháp là dùng các phản ứng hoá học để tạo ra chất kết tủa làm giảm nồng độ của

Về việc dùng Ca(OH)2 để khử tính cứng tạm thời của n ớc, học

vào n ớc cứng, trong khi ta đang cần loại bỏ ion này.Vì vậy

canxi hiđrocacbonat

hiđrocacbonat của canxi và magie phản ứng với NaOH xảy ra khác nhau

Ca(HCO3)2 + 2NaOH  CaCO3 + Na2CO3 +

Quy luật của phản ứng ở đây là nếu phản ứng có thể tạo ra hai chất kết tủa thì phản ứng bao giờ cũng xảy ra theo chiều tạo ra chất ít tan hơn

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch xảy ra

theo chiều làm giảm số ion.

- Khi h ớng dẫn học sinh viết ph ơng trình hoá học ở ban Nâng cao cần l u ý những điều trình bày ở

trên Đối với ban Cơ bản không cần đề cập đến

những vấn đề đó mà chỉ nên lấy ví dụ loại bỏ ion

Ca 2+ trong n ớc cứng Cho dung dịch Na 2 CO 3 vào n ớc cứng kết tủa sẽ là CaCO 3 và MgCO 3 Mg(OH) 2 nH 2 O lắng xuống, nếu học sinh viết có kết tủa CaCO 3

và MgCO 3 lắng xuống cũng coi là đ ợc.

- Sách giáo khoa mới có giới thiệu ph ơng pháp làm mềm n ớc cứng bằng Na 3 PO 4 Dùng chất này có thể khử cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu, giáo viên cần h ớng dẫn học sinh ban Cơ bản viết ph

ơng trình hoá học của phản ứng, với ban Nâng cao học sinh tự viết đ ợc.