Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Tính chất của kim loại Dãy điện hóa của kim loại

Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Tính chất của kim loại Dãy điện hóa của kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Tính chất của kim loại Dãy điện hóa của kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Tính chất của kim loại Dãy điện hóa của kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Tính chất của kim loại Dãy điện hóa của kim loại.

Bài 18 : TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI

A TÍNH CHẤT VẬT LÍ

I Tínhchất vật lí chung :

* ở đk thường kimloại ở trạng thái rắn ( trừ Hg )

* Có tính dẻo , dẫn điện , dẫn nhiệt và có ánh kim

II Giải thích : Tính dẻo , dẫn điện , dẫn nhiệt và ánh kim là do trong kim loại có e tự do trong

mạng tinh thể kim loại

B TÍNH CHẤT HÓA HỌC

I.

Tính chất hoá học chung của kim loại

1 Tác dụng với phi kim

a) với halogen X 2 (Br2, I2, Cl2…) Với hầu hết kim loại (trừ vàng và bạch kim) đều tác dụng trực tiếp với halogen tạo muối halogen có hoá trị cao nhất

TQ: 2M + nX2

0

t

→2MXn VD: 2Na + Cl2

0

t

→ 2NaCl 2Na + 3Cl2

0

t

→2AlCl3

b)với H 2 : KLK và KL( Ca , Ba ,Sr ) có pư với H2 tạo hợp chất hiđrua

K + H2→ 2KH ( kali hiđrua )

Chú ý : Các muối hđrua dễ tan trong nước tạo kiền và H2 : KH + H2O → KOH + H2

c) Với oxi - lưu huỳnh

* Tác dụng với oxi:

Hầu hết kim loại (trừ Au, Pt) đều tác dụng trực tiếp với oxi tạo oxit kim loại

TQ: 4M + nO2→ 2M2On

VD: 4Na + O2 →t0 2Mg2O

4Al + 3O2→ 2Al2O3

2Cu + O2

0

t

→ 2CuO

Chú ý: Riêng với sắt khi tác dụng với oxi tuỳ theo điều kiện phản ứng mà có sản phẩm khác nhau.

Ví dụ phản ứng đốt Fe tạo oxit sắt từ

3Fe + 2O2

0

t

→ Fe3O4 (FeO, Fe2O3)

Do vậy khi cho oxit sắt từ tác dụng với dung dịch oxit sắt thường (HCl, H2SO4 loãng) tạo hỗn hợp hai muối

Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

Fe3O4 + 4H2SO4 loãng → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O

VD2: Phản ứng đốt hoàn toàn hay nung

4Fe + 3O2

0

t

→2Fe2O3 (sắt III oxit) Nếu oxi hoá không hoàn toàn sắt bằng oxi thì nó tạo hỗn hợp sản phẩm gồm Fe2O3 Fe3O4, FeO, Fe

dư

* Tác dụng với lưu huỳnh: hầu hết các kim loại đều tác dụng trực tiếp với lưu huỳnh tạo ra muối

sunfua, kim loại có hoá trị trung gian

VD: Al + S → Al2S3

Fe + S → FeS

Chú ý : Các kimloại tác dụng với S ở t0 cao , riêng Hg tác dụng ở đk thường

2 Tác dụng với dung dịch axit

a) Tác dụng với dung dịch axit thường như HCl , H 2 SO 4 loãng

Các kim loại đứng trước hiđro trong dãy hoạt động hóa học đều tác dụng trực tiếp với dung dịch axit này tạo ra muối của kim loại và giải phóng khí hiđro (kim loại sau hiđro thì không phản ứng) VD: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑

Cu + HCl → không phản ứng

Ag + HCl không phản ứng

TQ: 2M + 2nHCl → 2MCln + nH2↑

VD: Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2↑

Chú ý:

1 - Kim loại đứng sau H (Cu) tác dụng được với axit thường khi sục liên tục oxi vào

VD 2Cu + 4HCl + O2→ 2CuCl2 + 2H2O

2Cu + H2SO4 l + O2→ 2CuSO4 + 2H2O

2 - Kim loại Fe tác dụng với axit thường khi có mặt oxi tạo muối sắt III

2Fe + 6HCl + 3

2O2→ 2FeCl3 + 3H2O 2Fe + 3H2SO4 l + 3

2O2→ Fe2(SO4)3 + 3H2O

b) Tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO 3 , H 2 SO 4 đặc

* Cần nhớ: Hầu hết kim loại trừ Au, Pt đều tác dụng trực tiếp với dung dịch axit này tạo muối kim loại hóa trị cao nhất

* Với axit HNO 3

- Với dung dịch HNO3 loãng khi tác dụng với kim loại M (có hoá trị n) tạo muối của kim loại hoá trị cao nhất và giải phóng H2

- Sơ đồ tổng quát:

→Mlµ kim lo¹i→

Tõ K Fe M(NO3)n + NH4NO3 , N2↑, N2O ↑ , NO↑ + H2O

→Mlµ kim lo¹i

Sau Fe M(NO3)n + NO↑ + H2O

(không màu) VD: 3Cu + 8HNO3 loãng → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

8Fe + 30HNO3 loãng → 8Fe(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O

Chú ý : Cần nắm chắn thông tin đặc điểm sản phẩm phụ sau phản ứng gồm:

1- muối NH4NO3 là muối tan trong dung dịch có đặc điểm khi nhỏ dung dịch NaOH (bazơ mạnh) vào thì phản ứng tạo khí NH3 (mùi khai sốc)

NH4NO3 + NaOH → NaNO3 + NH3↑ + H2O

(BaOH)2

2 - Khí N2O, N2 đều các khí không màu không, mùi

3 - Riêng N2 là khí không duy trì sự cháy

- Khí NO là khí không màu bị hóa nâu ngoài không khí do phản ứng:

2NO + O2→ 2NO2

(không màu) (màu nâu)

4 - Với dung dịch axit HNO3 đặc nguội khi tác dụng với kim loại M hóa trị n thì có phản ứng:

M + 2nHNO3 đặc → M(NO3)n + nNO2↑ + n

2H2O Màu nâu VD: Cu + 4HNO3→ Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

5- Khí NO2 màu nâu là một axit oxit duy nhất khi tác dụng với dung dịch bazơ tạo đồng thời 2 muối

2NO2 + 2NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H2O

axit nitrat axit nitric

* Với dung dịch axit H 2 SO 4 đặc : khi tác dụng với kim loại M (hoá trị n) tạo muối sunfat và sản

phẩm phụ

- Sơ đồ tổng quát: M + H2SO4 đặc → M2(SO4)n + ( H2S , S , SO2 ) + H2O

Với H2SO4 đặc nóng thường tạo khí SO2

VD: Cu + 2H2SO4

0

t

→ CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 2Fe + 6H2SO4đ →t 0 Fe2(SO4)3 + 2SO2↑ + 6H2O

Chú ý:

1- khí H2S (hiđro sunfua) là chất khí không màu có mùi trứng thối

2- Khí với S là chất bột màu vàng

3- Với SO2 là chất khí không màu, mùi xốc làm mất màu dung dịch nước brom, dung dịch KMnO4, làm mất màu cánh hoa hồng tươi

Phương trình: SO2 + Br2→ 2HBr + H2SO4

4 -Với H2SO4 đặc nguội, HNO3 đặc nguội không phản ứng với Al, Fe, Cr vì kim loại này thu động hoá với axit có đặc điểm trên (có lớp màng xiêu axit bảo vệ)

3 Tác dụng với dung dịch muối

VD: Mg + Fe(NO3)2 → Mg(NO3)2 + Fe

Fe + Cu(NO3)2→ Fe(NO3)2 + Cu

Mg + Cu(NO3)2→ Mg(NO3)2 + Cu

Cu + 2AgNO3→ Cu(NO3)2 + 2Ag

Cu + Al(NO3)3 không tác dụng

* Chú ý:

1) Cần nhớ: Từ Mg trở đI , kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối 2) Thông thường phản ứng của Fe với dung dịch muối tạo muối sắt II , trừ trường sắt tác dụng với AgNO3 dư tạo muối sắt III do quá trình phản ứng sau:

Fe + 2AgNO3→ Fe(NO3)2 + 2Ag↓

Fe(NO3)2 + AgNO3 d → Fe(NO3)3 + Ag↓

3) Các kim loại từ sắt đến đồng đều tác dụng với muối sắt III tạo thành muối sắt II

VD: Fe + 2FeCl3→ 3FeCl2

Pb + 2Fe(NO3)3→ Pb(NO3)2 + Fe(NO3)2

Cu + 2Fe(NO3)3→ Cu(NO3)2 + Fe(NO3)2 3- Các kim loại đứng trước Mg gồm K, Ba, Ca, Na khi tác dụng với dung dịch muối thì nó phản ứng với nước trong muối trước

VD:Nêu hiện tượng, viết phương trình phản ứng và giải thích cho mỗi thí nghiệm sau:

TN2: Cho Na vào dung dịch AlCl3

TN3: ChoBa vào dung dịch Al2(SO4)3

Hướng dẫn

TN1: Hiện tượng sủi bọt khí, sau đó xuất hiện kết tủa màu xanh lam

Phương trình phản ứng: Na + H2O → NaOH + 1

NaOH + CuSO4→ Na2SO4 + Cu(OH)2↓ (2)

Xanh lam

TN2: Hiện tượng sủi bọt khí sau đó trong dung dịch xuất hiện kết tủa keo trắng Nếu Na dư thì kết

tủa tan thành dung dịch đồng nhất trong suốt

Phương trình phản ứng: Na + H2O → NaOH + 1

NaOH + AlCl3→ Al(OH)3↓ + 2NaCl (2)

(keo trắng) Nếu NaOH dư thì có phản ứng: NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O (3)

Natri aluminat

TN3: Hiện tượng sủi bọt khí sau đó xuất hiện kết tủa trắng bền ở dưới và kết tủa keo trắng lơ lửng ở

trên Nếu dư Ba thì kết tủa keo trắng tan ra

Phương trình phản ứng:

Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑ (1)

3Ba(OH)2 + Al2(SO4)3→ 2BaSO4↓ + 2Al(OH)3 (2)

Màu trắng bền keo trắng

Nếu Ba dư thì có phản ứng:

Ba(OH)2 + 2Al(OH)3→ Ba(AlO2)2 + 4H2O

Bari aluminat → tan Hiện tượng: Khi cho Ba vào nước sẽ có hiện tượng sủi bọt khí sau đó sẽ xuất hiện kết tủa trắng bền

ở dưới và kết tủa keo trắng lơ lửng ở trên Nếu dư Ba thì kết tủa keo trắng tan ra, phần dung dịch phía trên sau cùng thu được đồng nhất trong suốt

II Một số phản ứng riêng khác của kim loại

1 Tác dụng với nước

a) Ở nhiệt độ thường : Các kim loại kiềm, kiềm thổ (VD: Na, K, Ba Ca) tan trong nước ở nhiệt độ

thường thành dung dịch kiềm

VD: 2K + 2H2O → 2KOH + H2↑

Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑

- Riêng Al sạch tác dụng một phần rất nhỏ với nước song phản ứng dừng lại ngay do tạo lớp màng Al(OH)3 bảo vệ theo quan hệ phương trình

Al + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3

2H2↑

Khi giải bài toán coi Al không tác dụng với nước

b) Ở nhiệt độ cao :

VD1: Mg + H2O 80 100 0 − 0→ MgO + H2↑

VD2: Fe + H2O t 570 C 0 > 0 → Fe3O4 + 4H2↑

(ở nhiệt độ thấp tạo oxit có hoá trị cao)

2 Tác dụng với dung dịch kiềm

Cần nhớ: Ngay ở nhiệt độ thường, một số kim loại tan trong dung dịch kiềm như Al, Zn, Ba, Pb, Cr,

…)

VD1: Phản ứng của Al với dung dịch kiềm: NaOH, KOH, Ba(OH)2

2Al + 2NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑

Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2↑

Bari aluminat VD: Phản ứng của kẽm với dung dịch kiềm

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2↑

Zn + Ba(OH)2→ BaZnO2 + H2↑

(Bari zincat) tan TQ: Phản ứng kim loại M hoá trị n với dung dịch kiềm (NaOH) có phản ứng tổng quát:

M + (4 - n) NaOH + (n - 2)H2O → Na(4 - n)MO2 + n

2H2↑

3 Tác dụng với oxit kim loại

* Một số kim loại có khả năng khử ion kim loại trong oxit kim loại kém hoạt động về kim loại tự

do

VD: 2Al + 3CuO →t 0 Al2O3 + 3Cu

2Al + Fe2O3

0

t

→ Al2O3 + 2Fe Tổng quát: 2yAl + 3FexOy

0

t

→ yAl2O3 + 3xFe Phản ứng trên đây là phản ứng nhiệt nhôm

* Vận dụng:

Bài 1: Hoàn tan hỗn hợp X gồm Al, Na vào nước Để hỗn hợp X tan hoàn toàn thì:

A Nước dư B Nước dư và số mol của Al lớn hơn Na

C Nước dư và nAl < nNa D nNa = nAl

Bài 2: Nêu hiện tượng, viết phương trình giải thích cho mỗi thí nghiệm sau:

TN1: Cho Ba vào dung dịch Na2CO3

TN2: Cho Ba vào dung dịch NaHCO3

C DÃY ĐIỆN HOÁ CỦA KIM LOẠI

I Khái niệm cặp oxi hoá khử

- Xét quá trình trao đổi electron:

Fe2+ + 2e ¬ → Fe

Cu2++ 2e ¬ → Cu

Ag+ + 1e ¬ → Ag

Chất oxi hoá Chất khử

* KN: Chất oxi hoá và chất khử của cùng một nguyên tố hoá học tạo nên một cặp oxi hoá khử

* Kí hiệu : Mn+/M

VD: Fe2+/Fe; Cu2+/Cu

II So sánh cặp oxi hoá khử

1) Xét cặp Cu 2+ /Cu và Ag + /Ag

- Từ phương trình ion gọn: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu↓

Fe - 2e → Fe2+ : Kim loại Fe là chất khử: ion Cu2+ về kim loại Cu

Cu2+ + 2e → Cu ion kim loại Cu2+ là chất oxi hoá: oxi hoá kim loại Fe về Fe2+

Từ phương trình ion gọn Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag↓

Cu → Cu2+ + 2e: Kim loại Cu là chất khử: khử ion Ag +→ Ag

2Ag+ + 1e → Ag+ Ag là chất oxi hoá: oxi hóa kim loại Cu → Cu2+

KL: Vậy tính khử Fe > Cu > Ag

Tính oxi hoá Fe2+ < Cu2+ < Ag+

III Dãy điện hoá của kim loại

1) Dãy điện hoá :

* Dãy điện hóa của kim loại :

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn  Cr  Fe Ni Sn Pb Fe 2H Cu Fe Hg Ag Hg Pt Au    + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

2   2

Li  K  Ba  Ca  Na  Mg  Al  Mn  Zn  Cr  Fe   Ni   Sn   Pb   Fe   H   Cu  Fe + Hg  Ag  Hg   Pt   Au

* Nhận xét: Nhìn vào dãy điện hoá trên thì

- Kim loại có tính khử mạnh nhất là K và yếu nhất là Au

- Ion kim loại có tính oxi hoá yếu nhất là K+

* Cần nhớ:

1- Kim loại có tính khử càng mạnh thì ion kim loại của nó có tính oxi hóa càng yếu

2- Kim loại có tính khử càng yếu thì ion kim loại của nó có tính oxi hóa càng mạnh

2) ý nghĩa của dãy điện hoá : Dãy điện hoá giúp ta dự đoán được chiều phản ứng hóa học xảy ra

giữa các cặp oxi hóa khử theo quy luật "chất oxi hoá mạnh + chất khử mạnh → chất oxi hóa yếu +

chất khử yếu hơn Quy luật được biểu diễn theo quy luật α

VD: Xét phản ứng giữa cặp Zn2+ / Zn với Cu2+ / Cu

Zn2+ Cu2+

Cu2+ + Zn → Zn2+ + Cu↓

Zn Cu

* Vận dụng: Cho các dung dịch, mỗi dung dịch có chứa các ion Zn2+, Cu2+, Ag+ và Fe2+, các kim

lóại Zn, Cu, Ag, Fe

Hãy cho biết kim loại phản ứng với dung dịch muối nào? Viết phương trình phản ứng xảy ra?

Do kim loại có tính khử mạnh khử được ion kim loại có tính khử yếu hơn Ta có thứ tự cặp oxi hóa

Zn2+

Zn2+ Fe2+ Cu2+ Ag+

Zn Fe Cu Ag Các phương trình phản ứng:

2Ag+ + Zn → Ag↓ + Zn2+

Ag+ + Fe → Fe2+ + Ag↓

( Nếu Ag+ dư thì Fe2+ + Ag → Fe3+ + Ag↓ )

2Ag+ + Cu → 2Ag↓ + Cu2+

Cu2+ + Zn → Zn2+ + Cu↓

Cu2+ + Fe → Fe2+ + Cu↓

Fe2+ + Zn → Zn2+ + Fe↓