Mở đầu: Kim loại giữ vai trò quan trọng trong các ngành kĩ thuật vì chúng có những tính chất vật lí, hoá học đặc biệt. Kim loại có cấu tạo nguyên tử như thế nào? Có những tính chất và ứng dụng gì?
Lời giải:
- Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại: đa số các nguyên tử kim loại có số electron lớp ngoài cùng là 1, 2, 3.
- Kim loại có những tính chất vật lí chung: tính ánh kim, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và tính dẻo.
- Tính chất hoá học của kim loại: hầu hết các kim loại có thể phản ứng với phi kim, với dung dịch acid; một số kim loại có thể phản ứng được với nước, với dung dịch muối.
1. Cấu tạo của kim loại
Thảo luận 1: Hãy nêu nhận xét về số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử kim loại Na, Mg, Al, Fe, Cu, Zn.
Lời giải:
- Các nguyên tử kim loại trên có số electron ở lớp ngoài cùng là 1 (như Na, Cu), 2 (như Mg, Fe, Zn), 3 (như Al).
Thảo luận 2: So sánh liên kết kim loại với liên kết ion và liên kết cộng hoá trị.
Lời giải:
* So sánh liên kết kim loại với liên kết cộng hoá trị:
- Giống: Sự dùng chung electron
- Khác:
+ Liên kết cộng hoá trị: sự dùng chung electron giữa 2 nguyên tử tham gia liên kết.
+ Liên kết kim loại: sự dùng chung toàn bộ electron trong nguyên tử kim loại.
* So sánh liên kết kim loại với liên kết ion:
- Giống nhau: cả hai đều là liên kết sinh ra bởi lực hút tĩnh điện.
- Khác nhau:
+ Liên kết ion: hình thành do lực hút tĩnh điện giữa hai ion mang điện tích trái dấu.
+ Liên kết kim loại: do lực hút tĩnh điện giữa các electron hoá trị tự do với các ion dương kim loại trong mạng tinh thể kim loại.
2. Tính chất vật lí của kim loại
Thảo luận 3: Vàng được sử dụng làm đồ trang sức nhờ tính chất vật lí nào của kim loại?
Lời giải:
- Nhờ có tính ánh kim mà vàng được dùng để làm đồ trang sức. Ngoài ra, nhờ tính dẻo mà vàng có thể được kéo sợi, dát mỏng … tạo thành những đồ trang sức có những hình dạng và mẫu mã đẹp như ý muốn.
Thảo luận 4: Hãy cho biết hiện tượng xảy ra khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên tấm kim loại. Giải thích.
Lời giải:
- Khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên tấm kim loại, kim loại sẽ bị biến dạng vì kim loại có tính dẻo.
Luyện tập: Hãy giải thích:
a) Tại sao tungsten (W) được dùng để làm dây tóc bóng đèn?
b) Tại sao lõi dây điện thường được làm từ kim loại đồng?
Lời giải:
a) Người ta sử dụng tungsten (W) được dùng để làm dây tóc bóng đèn vì tungsten là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất.
b) Đồng có tính dẫn điện tốt (chỉ sau bạc), giá thành rẻ hơn bạc nên được sử dụng để làm lõi dây điện.
3. Tính chất hoá học của kim loại
Thảo luận 5: Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong các phản ứng hoá học xảy ra ở thí nghiệm này.
Lời giải:
Vai trò của các chất trong phản ứng:
- Sắt phản ứng với chlorine: sắt là chất khử, chlorine là chất oxi hoá.
- Magnesium phản ứng với oxygen: magnesium là chất khử, oxygen là chất oxi hoá.
- Sắt phản ứng với lưu huỳnh: sắt là chất khử, lưu huỳnh là chất oxi hoá.
Thảo luận 6: Dựa vào thế điện cực chuẩn trong Bảng 12.1, hãy cho biết kim loại nào có khả năng phản ứng được với dung dịch HCl hoặc dung dịch H2SO4 loãng giải phóng khí H2.
Lời giải:
- Kim loại có có thể phản ứng với dung dịch HCl hoặc dung dịch H2SO4 loãng giải phóng khí H2.
Thảo luận 7: Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong các phản ứng hoá học xảy ra ở Thí nghiệm 2.
Lời giải:
- Thí nghiệm kim loại phản ứng với dung dịch HCl: ở ống nghiệm 1 không có hiện tượng gì xảy ra, ở ống nghiệm 2 có hiện tượng xuất hiện bọt khí. Trong ống nghiệm 2, sắt có vai trò là chất khử, HCl có vai trò là chất oxi hoá.
- Thí nghiệm kim loại phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng: ở ống nghiệm 3 không có hiện tượng gì xảy ra, ở ống nghiệm 4 có hiện tượng xuất hiện bọt khí. Trong ống nghiệm 4, sắt có vai trò là chất khử, H2SO4 có vai trò là chất oxi hoá.
- Thí nghiệm kim loại phản ứng với dung dịch H2SO4 đặc: hiện tượng xảy ra là đồng bị tan dần trong dung dịch H2SO4 đặc, dung dịch chuyển thành màu xanh và thấy hiện tượng sủi bọt khí do SO2 sinh ra. Trong thí nghiệm này, đồng đóng vai trò là chất khử, H2SO4 đặc đóng vai trò là chất oxi hoá.
Thảo luận 8: Dựa vào thế điện cực chuẩn trong Bảng 12.1, hãy cho biết kim loại nào có khả năng phản ứng được với nước ở điều kiện thường giải phóng khí H2.
Lời giải:
- Kim loại có thể phản ứng với H2O ở điều kiện thường giải phóng khí H2: Li, K, Ba, Ca, Na.
Thảo luận 9: Dựa vào thế điện cực chuẩn trong Bảng 12.1,
hãy cho biết kim loại nào có khả năng đẩy được đồng ra khỏi dung dịch CuSO4 1 M.
Lời giải:
- Những kim loại có thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử nhỏ hơn có khả năng đẩy được đồng ra khỏi dung dịch CuSO4 1 M.
Thảo luận 10: Tiến hành Thí nghiệm 3 và nêu hiện tượng xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong phản ứng hoá học xảy ra ở Thí nghiệm 3.
Lời giải:
- Hiện tượng xảy ra: ở ống nghiệm 1 xuất hiện chất kết tủa, còn ở ống nghiệm 2 không có hiện tượng xảy ra. Trong ống nghiệm 1, Cu đóng vai trò là chất khử, AgNO3 đóng vai trò là chất oxi hoá.
Bài tập
Bài tập 1: Thuỷ ngân dễ bay hơi và rất độc. Khi nhiệt kế thuỷ ngân bị vỡ có thể dùng bột lưu huỳnh để xử lí thuỷ ngân. Giải thích.
Lời giải:
Bài tập 2: Tại sao đồng dẫn điện tốt hơn nhôm nhưng dây điện cao thế thường được làm bằng nhôm mà không làm bằng đồng? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8,96 g/cm3, của nhôm là 2,70 g/cm3.
Lời giải:
- Dây điện cao thế thường làm bằng kim loại nhôm mà không làm bằng kim loại đồng vì nhôm nhẹ, làm giảm áp lực lên cột điện, phòng tránh được gãy, đổ cột điện. Ngoài ra, giá thành của kim loại nhôm cũng rẻ hơn so với kim loại đồng.
Bài tập 3: Để làm tinh khiết bột đồng có lẫn các kim loại thiếc, kẽm, người ta có thể ngâm hỗn hợp trên vào lượng dư dung dịch Cu(NO3)2. Giải thích và viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra (nếu có).
Lời giải:
Để làm tinh khiết bột đồng có lẫn các kim loại thiếc, kẽm, người ta có thể ngâm hỗn hợp trên vào lượng dư dung dịch Cu(NO3)2 vì các kim loại kể trên đều có tính khử mạnh hơn Cu nên phản ứng xảy ra dễ tạo thành Cu tinh khiết.
PTHH:
Sn + Cu(NO3)2 → Sn(NO3)2 + Cu
Zn + Cu(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Cu