Xem mẫu

  1. ð i cương v kim lo i Biên so n H Chí Tu n - ðH Y Hà N i M C TIÊU C A CHƯƠNG 1. Ki n th c Bi t: - V trí c a các nguyên t kim lo i trong b ng tu n hoàn - Tính ch t và ng d ng c a h p kim - M t s khái ni m trong chương: c p oxi hóa – kh , pin ñi n hóa, su t ñi n ñ ng chu n c a pin ñi n hóa, th ñi n c c chu n c a kim lo i, s ñi n phân (các ph n ng hóa h c x y ra các ñi n c c) Hi u: - Gi i thích ñư c nh ng tính ch t v t lí, tính ch t hóa h c chung c a kim lo i. D n ra ñư c nh ng ví d minh h a và vi t các PTHH - Ý nghĩa c a dãy ñi n hóa chu n c a kim lo i: + Xác ñ nh chi u c a ph n ng gi a ch t oxi hóa và ch t kh trong hai c p oxi hóa – kh + Xác ñ nh xu t ñi n ñ ng chu n c a pin ñi n hóa - Các ph n ng hóa h c x y ra trên các ñi n c c c a pin ñi n hóa khi ho t ñ ng và c a quá trình ñi n phân ch t ñi n li - ði u ki n, b n ch t c a s ăn mòn ñi n hóa và các bi n pháp phòng, ch ng ăn mòn kim lo i - Hi u ñư c các phương pháp ñi u ch nh ng kim lo i c th (kim lo i có tính kh m nh, trung bình, y u) 2. Kĩ năng - Bi t v n d ng dãy ñi n hóa chu n c a kim lo i ñ : + Xét chi u c a ph n ng hóa h c gi a ch t oxi hóa và ch t kh trong hai c p oxi hóa – kh c a kim lo i + So sánh tính kh , tính oxi hóa c a các c p oxi – kh + Tính su t ñi n ñ ng chu n c a pin ñi n hóa - Bi t tính toán kh i lư ng, lư ng ch t liên quan v i quá trình ñi n phân (tính toán theo phương trình ñi n phân và tính toán theo s v n d ng ñ nh lu t Faraday) - Th c hi n ñư c nh ng thí nghi m ch ng minh tính ch t c a kim lo i, thí nghi m v pin ñi n hóa và s ñi n phân, nh ng thí nghi m v ăn mòn kim lo i và ch ng ăn mòn kim lo i KIM LO I VÀ H P KIM A – KIM LO I I – V TRÍ C A KIM LO I TRONG B NG TU N HOÀN - Nhóm IA (tr H), nhóm IIA: các kim lo i này là nh ng nguyên t s - Nhóm IIIA (tr B), m t ph n c a các nhóm IVA, VA, VIA: các kim lo i này là nh ng nguyên t p - Các nhóm B (t IB ñ n VIIIB): các kim lo i chuy n ti p, chúng là nh ng nguyên t d - H lantan và actini (x p riêng thành hai hàng cu i b ng): các kim lo i thu c hai h này là nh ng nguyên t f * Nh n xét: ña s các nguyên t hóa h c ñã bi t là nguyên t kim lo i (trên 80 %) http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  2. II – C U T O VÀ LIÊN K T TRONG TINH TH KIM LO I 1. C u t o nguyên t kim lo i - H u h t các nguyên t kim lo i có 1, 2 ho c 3 electron l p ngoài cùng - Bán kính nguyên t c a các nguyên t kim lo i ( phía dư i, bên trái b ng tu n hoàn) nhìn chung l n hơn bán kính nguyên t các nguyên t phi kim ( phía trên, bên ph i b ng tu n hoàn) 2. C u t o m ng tinh th kim lo i (SGK l p 10 trang 91) Có ba ki u m ng tinh th kim lo i ñ c trưng là l p phương tâm kh i, l p phương tâm di n và l c phương 3. Liên k t kim lo i Là liên k t hóa h c hình thành b i l c hút tĩnh ñi n gi a ion dương kim lo i n m các nút m ng tinh th và các electron t do di chuy n trong toàn b m ng lư i tinh th kim lo i Ion dương kim lo i Hút nhau III – TÍNH CH T V T LÍ C A KIM LO I http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  3. 1. Tính ch t chung Kim lo i có nh ng tính ch t v t lí chung là: tính d o, tính d n ñi n, tính d n nhi t và ánh kim a) Tính d o: các l p m ng tinh th kim lo i khi trư t lên nhau v n liên k t ñư c v i nhau nh l c hút tĩnh ñi n c a các electron t do v i các cation kim lo i. Nh ng kim lo i có tính d o cao là Au, Ag, Al, Cu, Zn… b) Tính d n ñi n: nh các electron t do có th chuy n d i thành dòng có hư ng dư i tác d ng c a ñi n trư ng. Nói chung nhi t ñ c a kim lo i càng cao thì tính d n ñi n c a kim lo i càng gi m. Kim lo i d n ñi n t t nh t là Ag, ti p sau là Cu, Au, Al, Fe… c) Tính d n nhi t: nh s chuy n ñ ng c a các electron t do mang năng lư ng (ñ ng năng) t vùng có nhi t ñ cao ñ n vùng có nhi t ñ th p c a kim lo i. Nói chung kim lo i nào d n ñi n t t thì d n nhi t t t d) Ánh kim: nh các electron t do có kh năng ph n x t t ánh sáng kh ki n (ánh sáng nhìn th y) Tóm l i: nh ng tính ch t v t lí chung c a kim lo i như trên ch y u do các electron t do trong kim lo i gây ra 2. Tính ch t riêng a) Kh i lư ng riêng: ph thu c vào kh i lư ng nguyên t , bán kính nguyên t và ki u c u trúc m ng tinh th . Li là kim lo i có kh i lư ng riêng nh nh t (d = 0,5 g/cm3) và osimi (Os) có kh i lư ng riêng l n nh t (d = 22,6 g/cm3). Các kim lo i có kh i lư ng riêng nh hơn 5 g/cm3 ñư c g i là kim lo i nh (như Na, K, Mg, Al…) và l n hơn 5 g/cm3 ñư c g i là kim lo i n ng (như Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Au…) b) Nhi t ñ nóng ch y: ph thu c ch y u vào ñ b n liên k t kim lo i. Kim lo i có nhi t ñ nóng ch y th p nh t là Hg (–39oC, ñi u ki n thư ng t n t i tr ng thái l ng) và kim lo i có nhi t ñ nóng ch y cao nh t là W (vonfam, 3410oC) c) Tính c ng: ph thu c ch y u vào ñ b n liên k t kim lo i. Kim lo i m m nh t là nhóm kim lo i ki m (như Na, K…do bán kính l n, c u trúc r ng nên liên k t kim lo i kém b n) và có nh ng kim lo i r t c ng không th dũa ñư c (như W, Cr…) IV – TÍNH CH T HÓA H C CHUNG C A KIM LO I Tính ch t ñ c trưng c a kim lo i là tính kh (nguyên t kim lo i d b oxi hóa thành ion dương): M → Mn+ + ne 1. Tác d ng v i phi kim http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  4. H u h t các kim lo i kh ñư c phi kim ñi n hình thành ion âm Ví d : 4Al + 3O2 2Al2O3 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Hg + S → HgS 2. Tác d ng v i axit a) ð i v i dung d ch HCl, H2SO4 loãng: M + nH+ → Mn+ + n/2H2 (M ñ ng trư c hiñro trong dãy th ñi n c c chu n) b) ð i v i H2SO4 ñ c, HNO3 (axit có tính oxi hóa m nh): - Kim lo i th hi n nhi u s oxi hóa khác nhau khi ph n ng v i H2SO4 ñ c, HNO3 s ñ t s oxi hóa cao nh t - H u h t các kim lo i ph n ng ñư c v i H2SO4 ñ c nóng (tr Pt, Au) và H2SO4 ñ c ngu i (tr Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi ñó S+6 trong H2SO4 b kh thành S+4 (SO2) ; So ho c S-2 (H2S) - H u h t các kim lo i ph n ng ñư c v i HNO3 ñ c nóng (tr Pt, Au) và HNO3 ñ c ngu i (tr Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi ñó N+5 trong HNO3 b kh thành N+4 (NO2) - H u h t các kim lo i ph n ng ñư c v i HNO3 loãng (tr Pt, Au), khi ñó N+5 trong HNO3 b kh thành N+2 (NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) ho c N-3 (NH4+) - Các kim lo i có tính kh càng m nh thư ng cho s n ph m kh có s oxi hóa càng th p. Các kim lo i như Na, K…s gây n khi ti p xúc v i các dung d ch axit Ví d : 2Fe + 6H2SO4 (ñ c) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 4Mg + 5H2SO4 (ñ c) 4MgSO4 + H2S + 4H2O Cu + 4HNO3 (ñ c) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3. Tác d ng v i dung d ch mu i - ði u ki n ñ kim lo i M ñ y ñư c kim lo i X ra kh i dung d ch mu i c a nó: + M ñ ng trư c X trong dãy th ñi n c c chu n + C M và X ñ u không tác d ng ñư c v i nư c ñi u ki n thư ng + Mu i tham gia ph n ng và mu i t o thành ph i là mu i tan: xM (r) + nXx+ (dd) → xMn+ (dd) + nX (r) - Kh i lư ng ch t r n tăng: ∆m↑ = mX t o ra – mM tan - Kh i lư ng ch t r n gi m: ∆m↓ = mM tan – mX t o ra - H n h p các kim lo i ph n ng v i h n h p dung d ch mu i theo th t ưu tiên: kim lo i kh m nh nh t tác d ng v i cation oxi hóa m nh nh t ñ t o ra kim lo i kh y u nh t và cation oxi hóa y u nh t - V i nhi u anion có tính oxi hóa m nh như NO3-, MnO4-,…thì kim lo i M s kh các anion trong môi trư ng axit (ho c bazơ) Ví d : - Khi cho Zn vào dung d ch CuSO4 ta th y l p b m t thanh k m d n chuy n qua màu ñ và màu xanh c a dung d ch b nh t d n do ph n ng: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓ - Khi cho kim lo i ki m Na vào dung d ch CuSO4 ta th y có s i b t khí không màu và xu t hi n k t t a keo xanh do các ph n ng: Na + H2O → NaOH + 1/2H2 và CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 - Khi cho b t Cu vào dung d ch Cu(NO3)2 có vài gi t HCl ta th y có khí không màu thoát ra và hóa nâu trong không khí do ph n ng: 3Cu + Cu(NO3)2 + 8HCl → 4CuCl2 + 2NO + 4H2O http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  5. 4. Tác d ng v i nư c - Các kim lo i m nh như Li, Na, K, Ca, Sr, Ba…kh nư c d dàng nhi t ñ thư ng theo ph n ng: M + nH2O → M(OH)n + n/2H2. Kim lo i Mg tan r t ch m và Al ch tan khi d ng h n h ng (h p kim c a Al và Hg) - Các kim lo i trung bình như Mg, Al, Zn, Fe…ph n ng ñư c v i hơi nư c nhi t ñ cao t o oxit kim lo i và hiñro Ví d : Mg + H2O(h) MgO + H2 3Fe + 4H2O(h) Fe3O4 + 4H2 Fe + H2O(h) FeO + H2 - Các kim lo i có tính kh y u như Cu, Ag, Hg…không kh ñư c nư c dù nhi t ñ cao 5. Tác d ng v i dung d ch ki m Các kim lo i mà hiñroxit c a chúng có tính lư ng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác d ng ñư c v i dung d ch ki m (ñ c). Trong các ph n ng này, kim lo i ñóng vai trò là ch t kh , H2O là ch t oxi hóa và bazơ làm môi trư ng cho ph n ng Ví d : ph n ng c a Al v i dung d ch NaOH ñư c hi u là ph n ng c a Al v i nư c trong môi trư ng ki m và g m hai quá trình: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] C ng hai phương trình trên ta ñư c m t phương trình: 2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 6. Tác d ng v i oxit kim lo i Các kim lo i m nh kh ñư c các oxit kim lo i y u hơn nhi t ñ cao thành kim lo i Ví d : 2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3 B – H P KIM I – ð NH NGHĨA, C U T O TINH TH C A H P KIM 1. ð nh nghĩa H p kim là v t li u kim lo i có ch a m t kim lo i cơ b n và m t s kim lo i ho c phi kim khác Ví d : Thép là h p kim c a s t v i cacbon và m t s nguyên t khác. ðuyra là h p kim c a nhôm v i ñ ng, magie, mangan, silic 2. C u t o tinh th c a h p kim H p kim có c u t o tinh th . Có các lo i tinh th sau: tinh th h n h p, tinh th dung d ch r n và tinh th h p ch t hóa h c a) Tinh th h n h p: - Có ngu n g c t khi h n h p các ñơn ch t trong h p kim tr ng thái l ng. tr ng thái này, các ñơn ch t không tan vào nhau và cũng không tác d ng hóa h c v i nhau - Các ñơn ch t tham gia h p kim có tính ch t hóa h c và ki u m ng tinh th không khác nhau nhi u, nhưng kích thư c các ion khác nhau. Ví d : h p kim Cd – Bi, h p kim Sn – Pb… - Ki u liên k t hóa h c ch y u là liên k t kim lo i - Thư ng có nhi t ñ nóng ch y th p http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  6. b) Tinh th dung d ch r n: - Có ngu n g c t h n h p các ñơn ch t trong h p kim tr ng thái l ng. tr ng thái này, các ñơn ch t trong h n h p tan vào nhau không theo m t t l nào nh t ñ nh, ta có dung d ch l ng. nhi t ñ th p hơn, dung d ch l ng chuy n thành dung d ch r n - Các ñơn ch t tham gia h p kim có ki u m ng tinh th gi ng nhau, tính ch t hóa h c tương t và kích thư c các ion không khác nhau nhi u. Ví d : h p kim Au – Ag, h p kim Fe – Mn… - Ki u liên k t hóa h c ch y u là liên k t kim lo i c) Tinh th h p ch t hóa h c: - Có ngu n g c t khi h p kim tr ng thái l ng. tr ng thái này, n u các ñơn ch t tham gia h p kim có ki u m ng tinh th khác nhau , tính ch t hóa h c khác nhau và kích thư c các ion khác nhau rõ r t thì gi a nh ng ñơn ch t này s t o ra h p ch t hóa h c - Khi h p kim chuy n sang tr ng thái r n, ta có nh ng tinh th h p ch t hóa h c. Ví d tinh th h p ch t hóa h c Mg2Pb, AuZn, AuZn3, AuZn5, Al4C3… - Ki u liên k t hóa h c là liên k t c ng hóa tr II – TÍNH CH T C A H P KIM 1. Tính ch t hóa h c Có tính ch t hóa h c tương t c a các ñơn ch t tham gia t o thành h p kim 2. Tính ch t v t lí - Tính ch t v t lí và tính ch t cơ h c c a h p kim khác nhi u so v i tính ch t c a các ñơn ch t - Có tính d n ñi n, d n nhi t, tính d o và ánh kim do trong h p kim có các electron t do - Tính d n ñi n, d n nhi t c a h p kim gi m so v i kim lo i thành ph n do m t ñ electron t do trong h p kim gi m ñi rõ r t - Có ñ c ng cao hơn so v i các kim lo i thành ph n do có s thay ñ i v c u t o m ng tinh th , thay ñ i v thành ph n c a ion trong m ng tinh th - Có r t nhi u h p kim khác nhau ñư c ch t o có hóa tính, cơ tính và lí tính ưu th như không g , ñ c ng cao, ch u nhi t t t, ch u ma sát t t… Ví d : - Hơp kim không b ăn mòn: Fe–Cr–Mn (thép inoc)… http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  7. - H p kim siêu c ng: W–Co, Co–Cr–W–Fe,… - H p kim có nhi t ñ nóng ch y th p: Sn – Pb (thi c hàn nóng ch y 210oC),… - H p kim nh , c ng và b n: Al–Si, Al–Cu–Mn–Mg III - NG D NG C A H P KIM - Do có tính ch t hóa h c, v t lí, cơ h c r t quý nên h p kim ñư c s d ng r ng rãi trong các ngành kinh t qu c dân - Có nh ng h p kim trơ v i axit, bazơ và các hóa ch t khác dùng ch t o các máy móc, thi t b dùng trong nhà máy s n xu t hóa ch t - Có h p kim ch u nhi t cao, ch u ma sát m nh dùng làm ng x trong ñ ng cơ ph n l c - Có h p kim có nhi t ñ nóng ch y r t th p dùng ch t o giàn ng d n nư c ch a cháy t ñ ng… *************************************** S ăn mòn kim lo i I – KHÁI NI M Ăn mòn kim lo i là s phá h y kim lo i ho c h p kim do tác d ng c a các ch t trong môi trư ng M → Mn+ + ne II – HAI D NG ĂN MÒN KIM LO I Căn c vào môi trư ng và cơ ch c a s ăn mòn kim lo i, ngư i ta phân thành hai d ng chính: ăn mòn hóa h c và ăn mòn ñi n hóa 1. Ăn mòn hóa h c - Ăn mòn hóa h c là quá trình oxi hóa – kh , trong ñó kim lo i ph n ng tr c ti p v i các ch t oxi hóa trong môi trư ng (các electron c a kim lo i ñư c chuy n tr c ti p ñ n các ch t trong môi trư ng) và không có xu t hi n dòng ñi n - Ăn mòn hóa h c thư ng x y ra nh ng b ph n c a thi t b lò ñ t ho c nh ng thi t b thư ng xuyên ti p xúc v i hơi nư c và khí oxi…Ví d : 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 3Fe + 2O2 Fe3O4 2. Ăn mòn ñi n hóa h c http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  8. Ăn mòn ñi n hóa h c là lo i ăn mòn kim lo i ph bi n và nghiêm tr ng nh t trong t nhiên a) Khái ni m v ăn mòn ñi n hóa h c: Rót dung d ch H2SO4 loãng vào c c th y tinh r i c m hai thanh kim lo i khác nhau, ví d m t thanh Zn và m t thanh Cu vào c c. N i hai thanh kim lo i b ng m t dây d n có m c n i ti p v i m t ñi n k Hi n tư ng: - Khi chưa n i dây d n, thanh Zn b hòa tan và b t Hiñro thoát ra b m t thanh Zn - Khi n i dây d n, thanh Zn b ăn mòn nhanh chóng trong dung d ch ñi n li, kim ñi n k b l ch, b t khí H2 thoát ra c thanh Cu Gi i thích: - Khi chưa n i dây d n, Zn b ăn mòn hóa h c do ph n ng: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 nên b t khí H2 sinh ra trên b m t thanh Zn - Khi n i hai thanh Cu và Zn b ng m t dây d n, m t pin ñi n hóa Zn – Cu ñư c hình thành (pin Vôn-ta), trong ñó Zn ñóng vai trò c c âm. Các electron ñã di chuy n t c c âm (Zn) ñ n c c dương (Cu) t o ra dòng ñi n m t chi u làm kim ñi n k b l ch và làm tăng m t ñ electron trên thanh Cu. Nh ñó m t ph n H+ ñ n nh n electron trên thanh Cu và b kh thành H2 làm s i b t khí trên thanh Cu: 2H+ + 2e → H2 - Ph n ng ñi n hóa chung x y ra trong pin: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 V y ăn mòn ñi n hóa h c là quá trình oxi hóa – kh , trong ñó kim lo i b ăn mòn do tác d ng c a dung d ch ch t ñi n li và có s xu t hi n dòng ñi n b) ði u ki n x y ra ăn mòn ñi n hóa h c: ñ ng th i c 3 ñi u ki n sau: - Các ñi n c c ph i khác nhau v b n ch t. Có th là c p hai kim lo i khác nhau, kim lo i – phi kim hay kim lo i – h p ch t. Kim lo i có th ñi n c c chu n nh hơn là c c âm - Các ñi n c c ph i ti p xúc tr c ti p ho c gián ti p v i nhau qua dây d n - Các ñi n c c cùng ti p xúc v i dung d ch ch t ñi n li c) Ăn mòn ñi n hóa h c h p kim c a s t (gang, thép) trong không khí m - Gang, thép là h p kim Fe – C g m nh ng tinh th Fe ti p xúc tr c ti p v i tinh th C (graphit) - Không khí m có ch a H2O, CO2, O2…t o ra l p dung d ch ch t ñi n li ph lên b m t gang, thép làm xu t hi n vô s pin ñi n hóa mà Fe là c c âm, C là c c dương - c c âm x y ra s oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e - c c dương x y ra s kh : 2H+ + 2e → H2 và O2 + 2H2O + 4e → 4OH- - Ti p theo: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 4Fe(OH)3 - Theo th i gian Fe(OH)3 s b m t nư c t o ra g s t có thành ph n ch y u là Fe2O3.xH2O III – CH NG ĂN MÒN KIM LO I 1. Phương pháp b o v b m t http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
  9. Phương pháp b o v b m t là ph lên b m t kim lo i m t l p sơn, d u m , ch t d o ho c tráng, m b ng m t kim lo i khác. N u l p b o v b hư, kim lo i s b ăn mòn Ví d : S t tây là s t tráng thi c dùng làm h p ñ ng th c ph m vì thi c là kim lo i khó b oxi hóa nhi t ñ thư ng, màng oxit thi c m ng và m n cũng có tác d ng b o v thi c và thi c oxit không ñ c l i có màu tr ng b c khá ñ p. Thi c là kim lo i m m, d b sây sát. N u v t sây sát sâu t i l p s t bên trong thì s x y ra ăn mòn ñi n hóa h c, k t qu là s t b ăn mòn nhanh 2. Phương pháp ñi n hóa Phương pháp b o v ñi n hóa là dùng m t kim lo i có tính kh m nh hơn làm v t hi sinh ñ b o v v t li u kim lo i. V t hi sinh và kim lo i c n b o v hình thành m t pin ñi n, trong ñó v t hi sinh ñóng vai trò c c âm và b ăn mòn Ví d : ð b o v v tàu bi n b ng thép, ngư i ta g n ch t nh ng t m k m vào ph n v tàu ngâm trong nư c bi n. Vì khi g n mi ng Zn lên v tàu b ng thép s hình thành m t pin ñi n, ph n v tàu b ng thép là c c dương, các lá Zn là c c âm và b ăn mòn theo cơ ch : - anot (c c âm): Zn → Zn2+ + 2e - catot (c c dương): 2H2O + O2 + 4e → 4OH- K t qu là v tàu ñư c b o v , Zn là v t hi sinh, nó b ăn mòn http://ebook.here.vn - Thư vi n Bài gi ng, ð thi tr c nghi m
nguon tai.lieu . vn