Tóm tắt lý thuyết Hóa 12, Đại cương về kim loại

KIẾN THỨC CẦN NHỚ

I. VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN
 
Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố kim loại có mặt ở:

- Nhóm I_A (trừ hiđro) và II_A. Các kim loại này là những nguyên tố s.

- Nhóm III_A (trừ bo), một phần cùa các nhóm IV_A, V_A, VI_A. Các kim loại này là những nguyên tố p.

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB). Các kim loại nhóm B được gọi là những kim loại chuyển tiếp, chúng là những nguyên tố d.

- Họ lantan và actini. Các kim loại thuộc hai họ này là những nguyên tố f. Chúng được xếp riêng thành hai hàng ờ cuối bảng.

Xác định vị trí nguyên tố:

+ Nguyên tố thuộc phân nhóm chính (nhóm A): có electron xép sau cùng rơi vào phân lớp s hoặc p.

- Số thứ tự = Z

- Chu kỳ = số lớp electrron

- Nhóm = tổng số số electron ở lớp ngoài cùng

+ Nguyên tố thuộc phân nhóm phụ (nhóm B): có electron xếp sau cùng rơi vào phân lớp d.

- Số thứ tự = Z

- Chu kỳ = số lớp electrron

- Nhóm = phụ thuộc tổng số số electron ở lớp (n - 1 )d^x + ns^y = S

+ Khi 1 ≤ S ≤ 8 thì số nhóm bằng S

+ Khi 8 < S ≤ 10 thì sổ nhóm là VIII_B

+ Khi 10 < S thì số nhóm = S – 10
 
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI
 
Tính chất vật lí chung là tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và ánh kim.

- Những kim loại có tính dẻo cao là Au, Ag, Al, Cu, Sn,... (dẻo nhất là Au)

- Độ dẫn điện của Ag > Cu > Au > Al > Fe

- Nhiệt độ tăng thì tính dẫn điện cùa kim loại giảm.

- Kim loại nào dẫn điện tốt thì cũng dẫn nhiệt tốt. Tính dẫn nhiệt của kim loại giảm dần theo thứ tự Ag, Cu, Al, Fe,...

- Khối lượng riêng: Li là kim loại có khối lượng riêng nhỏ nhất, D = 0,5g/cm³.

- Kim loại có khối lượng riêng lớn nhất là osimi (Os), D = 22,6g/cm³.

- Kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5g/cm³ là những kim loại nhẹ, như: Na, K, Mg, Al,... Những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 là những kim loại nặng, như: Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Hg,... 

- Kim loại có nhiệt độ nóng chảy rất khác nhau. Thấp nhất là Hg nóng chảy ờ -39°c, cao nhất là W (vonfam) nóng chảy ở 3410°c.

- Tính cứng: mềm nhất là Cs (0,2), cứng nhất là Cr (9).
 
Mạng tinh thể
 

Lập phương tâm khối Độ đặc khít 68%	Lập phương tâm diện Độ đặc khít 74%	Lục phương Độ đặc khít 74%
Li, Na, K, Rb, Cs
Ba	Ca, Sr	Be, Mg
Cr	Al
Fe (α)	Fe (γ)
V, Mo	Cu
Ni, Pb	Au, Ag	Zn

 
III. HOÁ TÍNH:

TÍNH CHẤT HOÁ HỌC ĐẶC TRƯNG CỦA KIM LOẠI LÀ TÍNH KHỬ
 
M => Mⁿ⁺ + ne
 
1. Tác dụng với phi kim: hầu hết các kim loại khử được phi kim thành ion âm
 
2Na + Cl₂ => 2NaCl
Mg + Cl₂ => MgCl₂
2Al + 3Cl₂ => 2AlCl₃
2Cr + 3Cl₂ => 2CrCl₃
Fe + S => FeS
2Fe + 3Cl₂ => 2 FeCl₃
2Fe + 3Br₂ => 2 FeBr₃
Fe + I₂ => FeI₂

2. Tác dụng với oxi: Ag, Au, Pt không tác dụng
 
4Li + O₂ => 2Li₂O
2Na + O₂ => Na₂O₂ (cháy trong oxi khô)
2Mg + O₂ => 2MgO
4Al + 3O₂ => 2Al₂O₃
3Fe + 2O₂ => Fe₃O₄
4Cr + 3O₂ => 2Cr₂O₃
 
3. Tác dụng với axit:

a. Axit thông thường: HCl, H₂SO₄ loãng... tác dụng với kim loại đứng trước H cho H₂ bay lên

2Li + 2HCl => 2LiCl + H₂↑
Zn + 2HCl => ZnCl₂ + H₂↑
Fe + 2HCl => FeCl₂ + H₂↑
 Cr + 2HCl => CrCl₂ + H₂↑
2Al + 6HCl => 2AlCl₃ + 3H₂↑ 
 
(các kim loại có tính khử mạnh như K, Na... sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit)
 
b. Axit có tính oxi hoá mạnh: H₂SO₄ đặc, HNO₃

- HNO₃ đặc/nguội, H₂SO₄ đặc nguội: không tác dụng và đồng thời làm thụ động các kim loại Al, Fe, Cr.
- HNO₃, H₂SO₄ đặc: không tác dụng Au, Pt
- Hầu hết các kim loại tác dụng, khử được N⁺⁵ và S⁺⁶ xuống số oxi hoá thấp hơn
 

 
Kim loại trung bình hoặc yếu tác dụng với HNO₃ đặc nóng tạo NO₂, loãng tạo NO
 

 
3Cu + 8HNO₃ => 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
2Fe + 6H₂SO₄ đặc , nóng => Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O
 
4. Tác dụng với dung dịch muối:
 
Tuân theo quy tắc α:


 
0        +2             +2
Fe +CuSO₄ => FeSO₄ +Cu↓ 
Cu + 2FeCl₃ => CuCl₂ + 2FeCl₂
Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ => Fe(NO₃)₃ + Ag ↓
Fe + 2Fe(NO₃)₃ => 3Fe(NO₃)₂
 
Cần chú ý:
 


Các kim loại có khả năng tác dụng với nước ở ngay điều kiện thường như: Na, K, Ca, Ba... khi cho vào dung dịch muối sẽ tác dụng với nước trước, tạo dung dịch bazơ. Phản ứng tiếp theo nếu có là của dung dịch bazơ với dung dịch muối. 
 
5. Tác dụng với dung dịch bazơ:
 
Do dung dịch bazơ phá vỡ lớp bảo vệ, kim loại tác dụng với nước tạo hiđroxyt bảo vệ, lớp này tiếp tục bị dung dịch bazơ phá vỡ. Các kim loại thường gặp là Al, Be, Zn.
 
2Al + 2NaOH + 2H₂O => 2NaAlO₂ + 3H₂↑
 
6. Tác dụng với nước: ở điều kiện thường
 
Bao gồm các kim loại Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba. Tạo dung dịch bazơ và H₂O

2Na + 2H₂O => 2NaOH + H₂↑
Ca + 2H₂O => Ca(OH)₂ + H₂↑
 
ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
 
Nguyên tắc: khử ion dương kim loại thành kim loại.

Chia thành 2 nhóm chính:

Nhóm 1: Kim loại hoạt động mạnh

Chỉ sử dụng được phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy, bao gồm:

- Kim loại kiềm: điện phân nóng chảy muối clorua, hiđroxit
- Kim loại kiềm thổ: điện phân nóng chảy muối clorua
- Nhôm: điện phân nóng chảy Al₂O₃ Nhóm 2: bao gồm các kim loại đứng sau nhôm
 
ĐIỀU CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN


 
                  t^o    
FeO + CO => Fe + CO₂
Cần chú ý: số mol CO = số mol CO₂; số mol H₂ = số mol H₂O
 
ĐIỀU CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THUỶ LUYỆN
 
Dùng kim loại có tính khử mạnh đẩy kim loại có tính khử yếu ra khỏi dung dịch muối cùa chúng:

Fe + CuSO₄ => FeSO₄ + Cu
 
ĐIỀU CHẾ BẰNG ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH MUỐI 

Cation:
- Là ion của kim loại đứng sau AI sẽ bị khử thành kim loại

Mⁿ⁺ + ne => M

- Là ion của kim loại mạnh (hoặc NH₄⁺) sẽ không bị điện phân. Lúc này nước bị điện phân
2H₂O + 2e => H₂ + 2OH^-

ĐIỀU CHẾ BẰNG ANION

- Nếu là Cr^-, Br^- sẽ tạo thành Cl₂, Br₂

- Nếu là gốc ayxit có oxi: SO₂⁴ , NO₃ ... sẽ không bị điện phân. Lúc này nước bị điện phân:
2H₂O => O₂ + 4H⁺ + 4e

                       dpdd
Ví dụ: CuCl₂ --------> Cu + Cl₂
 
TÊN VÀ CÔNG THỨC MỘT SỐ CHẤT
 
1. Xinvinit            NaCl.KCl
2. Cacnalit            KCl.MgCl₂.6H₂O
3. Đolomit            CaCO₃.MgCO₃
4. Apatit               Ca₃(PO₄)₂.CaF₂
5. Boxit                Al₂O₃.nH₂O
6. Đất sét              Al₂O₃ 2SiO₂.2H₂O
7. Mica                 K₂O.Al₂O₃.6SiO₂.2H₂O
8. Criolit               Na₃AlF₆ (hay AlF₃.3NaF)
9. Pirit đồng         CuFeS₂
10. Malachit         Cu(OH)₂.CuCO₃
11. Chancozit       Cu₂S
12. Manhetit         Fe₃O₄
13. Hemantit đỏ   Fe₂O₃
14. Hemantit nâu Fe₂O₃.nH₂O
15 Xiderit             FeCO₃
16. Pirit sắt          FeS₂
17. Phèn chua       Al₂(SO₄)₃.K₂SO₄.24H₂O
18. Phèn nhôm amon Al₂(SO₄)₃.(NH₄)₂SO₄.24H₂O
19. Galen                       PbS
20. Sphalerit                  ZnS.FeS (Zn là chủ yếu)
21. Fluorit                      CaF₂
22. Crômit            FeO.Cr₂O₃ hay Fe(CrO₂)₂
23. Thạch cao sống        CaSO₄.2H₂O
24. Vôi sống                  CaO
25. Vôi tôi                     Ca(OH)₂
 
TÍNH CHẤT LƯỠNG TÍNH

Chất lưỡng tính là chất vừa thể hiện tính chất axit vừa thể hiện tính chất bazơ, do đó vừa tác dụng với axit vừa tác dụng được với bazơ theo phản ứng axit bazơ (phản ứng trao đổi).
 
Một số hợp chất lưỡng tính thường gặp:
 

Oxit	Al2O3, BeO, ZnO, Cr2O3
Hiđroxit	Al(OH)3, Be(OH)2, Zn(OH)2, Cr(OH)3
Muối axit của axit yếu	NaHCO3, Ca(HCO3)2, NaHS, Ba(HCO3)2
Muối của axit yếu và bazơ yếu	(NH4)2CO3, CH3COONH4, NH4HCO3

 
MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CẦN CHÚ Ý THÊM
 
1. CO₂ tác dụng với chất khác
 
Thí nghiệm: Cho CO₂ từ từ đến dư vào dung dịch Ca(OH)₂ hoặc Ba(OH)₂. Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa, sau đó kết tủa tan.
CO₂ + Ca(OH)₂ => CaCO₃↓ + H2O
CaCO₃ + CO₂ + H₂O => Ca(HCO₃)₂
 
Thí nghiệm: Cho CO₂ từ từ đến dư vào dung dịch NaOH.
Phản ứng xảy ra:
CO₂ + 2NaOH => Na₂CO₃ + H₂O
Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O => 2NaHCO₃
 
2. Muối nhôm
 
Thí nghiêm: Dẫn CO₂ đến dư vào dung dịch NaAlO₂.
Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa keo trắng không tan khi CO₂ dư.
CO₂ + H₂O + NaAlO₂ => Al(OH)₃↓ + NaHCO₃
 
Thí nghiệm: Cho dung dịch HCl từ từ đến dư vào dung dịch NaAlO₂.
Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa keo trắng, sau đó tan khi HCl dư.
 
HCl + H₂O + NaAlO₂ => Al(OH)₃↓  + NaCl
Al(OH)₃ + 3HCl => AlCl₃ + 3H₂O
 
Thí nghiệm: Cho từ từ dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch AlCl₃.
Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa keo trắng đến cực đại, sau đó kết tủa tan dần tạo dung dịch trong suốt.
AlCl₃ + 3NaOH => Al(OH)₃↓  + 3NaCl
Al(OH)₃ + NaOH => NaAlO₂ + 2H₂O
 
Hiện tượng này tương tự với ZnCl₂, CrCl₃.
 
Thí nghiệm: Cho từ từ dung dịch AlCl3 đến dư vào dung dịch NaOH.

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa keo trắng sau đó tan ngay (vì nằm trong môi trường NaOH), một thời gian sau lại xuất hiện kết tủa keo trắng không tan.
 
AlCl₃ + 3NaOH => Al(OH)₃↓  + 3NaCl
Al(OH)₃ + NaOH => NaAlO₂ + 2H₂O
 
Thí nghiệm: Cho từ từ dung dịch NH₃ vào dung dịch AlCl₃.
Hiện tượng: Tạo kết tủa keo trắng không tan trong dung dịch NH₃ dư.

AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O => Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl
 
Thí nghiệm: Cho Na vào dung dịch AlCl₃
Hiện tượng: Có khí bay lên, tạo kết tủa trắng. Đôi khi kết tủa có thể tan:

2Na+ 2H₂O => 2NaOH + H₂↑ 
AlCl₃ + 3NaOH => Al(OH)₃ ↓+ 3NaCl

Nếu dung dịch còn dư NaOH thì:

Al(OH)₃ + NaOH => NaAlO₂ + 2H₂O
 
3. Liên quan Na₂CO₃
 
Thí nghiệm: Cho từ từ đến dư dung dịch HC1 vào dung dịch Na2CO3 Hiện tượng: Lúc đầu không có CO₂ bay lên, một lúc sau bắt đầu có CO₂↑

HCl + Na₂CO₃ => NaHCO₃ + NaCl
HCl + NaHCO₃ => NaCl + H₂O + CO₂↑ 
 
Thí nghiệm: Cho từ từ đến dư dung dịch Na₂CO₃ vào dung dịch HCl
Hiện tượng: Xuất hiện CO₂ ngay lập tức (vì Na₂CO₃ nằm trong môi trường axit)
2HCI + Na₂CO₃ => 2NaCl + H₂O + CO₂
 
Thí nghiệm: Cho dung dịch FeCl3 tác dụng với dung dịch Na₂CO₃
Hiện tượng: Có kết tủa nâu đỏ và khí bay lên:
2FeCl₃ + 3Na₂CO₃ => Fe₂(CO₃)₃ + 6NaCl
Fe₂(CO₃)₃ + 3H₂O => 2Fe(OH)₃ ↓+ 3CO₂↑ 
 
Thí nghiệm: Cho dung dịch AlCl3 tác dụng với dung dịch Na₂CO₃
Hiện tượng: Có kết tủa keo trắng và khí bay lên:
2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ => Al₂(CO₃)₃ + 6NaCl
Al₂(CO₃)₃ + 3H₂O => 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑ 
 
4. Liên quan đến kim loại Oxit kim loại tác dụng với H₂O ở nhiệt độ thường 

Thí nghiệm: Cho K vào dung dịch CuSO₄
Hiện tượng: Có khí bay ra và xuất hiện kết tủa màu xanh:

2K + 2H₂O => 2KOH + H₂↑ 
 2KOH + CuSO₄ => Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄

Thí nghiệm: Cho Na₂O vào dung dịch CuSO₄
Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa màu xanh

Na₂O + H₂O => 2NaOH
2NaOH + CuSO₄ => Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄
 
5. Liên quan dãy điện hóa

Thí nghiệm: Cho Fe dư tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng

Kết quả: Thu được muối sắt (II)

Fe + 4HNO₃ => Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O
Fe + 2Fe(NO₃)₃ => 3Fe(NO₃)₂
 
Thí nghiệm: Cho Fe tác dụng dung dịch AgNO₃ dư
Kết quả: Thu được muối sắt (III) màu vàng và có Ag kết tủa

Fe + 2AgNO₃ => Fe(NO₃)₂ + 2Ag↓
Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ => Fe(NO₃)₃ + Ag↓
 
Thí nghiêm: Cho Cu dư vào dung dịch muối sắt (III)
Hiện tượng: Mất dần màu vàng, xuất hiện màu xanh
Cu + 2FeCl₃ => CuCl₂ + 2FeCl₂
 
Thí nghiệm: Hoà tan hỗn hợp Fe₃O₄ và Cu trong dung dịch HCl dư
Kết quả: Thu được FeCl₂ và CuCl₂, nếu sau còn đồng dư thì không còn FeCl₃
 
Fe₃O₄ + 8HCl => FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O
Cu + 2FeCl₃ => CuCl₂ + 2FeCl₂
 
6. Liên quan dung dịch NH₃
 
Thí nghiệm: Cho từ từ đến dư dung dịch NH₃ vào dung dịch CuCl₂ Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa xanh sau đó tan, tạo dung dịch xanh lam
CuCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O => Cu(OH)₂↓ + 2NH₄CI
Cu(OH)₂ + 4NH₃ => [Cu(NH₃)₄](OH)₂