VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN VÀ CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI
A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
I. VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN
- Nhóm IA (trừ nguyên tố hiđro) và IIA. Các kim loại này là những nguyên tố s.
- Nhóm IIIA (trừ nguyên tố bo), một phần của các nhóm IVA, VA, VIA. 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 ở cuối bảng.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI
1. Tính chất chung
a) Tính dẻo
Khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên miếng kim loại, nó bị biến dạng. Sự biến dạng này là do các lớp trong tinh thể kim loại trượt lên nhau, nhưng không tách rời nhau, mà vẫn liên kết với nhau nhờ lực hút tĩnh điện của các electron tự do với các cation kim loại trong mạng tinh thể. Do vậy kim loại có tính dẻo.
Những kim loại có tính dẻo cao là Au, Ag, Al, Cu, Sn,... Người ta có thể dát được những lá vàng mỏng tới 1/20 micron (1 micron bằng 1/1000mm), ánh sáng có thể đi qua được.
b) Tính dẫn điện
Nối một đoạn dây kim loại với nguồn điện, các electron tự do đang chuyển động hỗn loạn trở nên chuyển động thành dòng trong kim loại. Đó là sự dẫn điện của kim loại.
Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe,...
Nếu quy ước độ dẫn điện của Hg là đơn vị, thì độ dẫn điện của Ag là 49, của Cu là 46, của Au là 35,5, của Al là 26.
c) Tính dẫn nhiệt
Đốt nóng một đầu dây kim loại, những electron tự do ở vùng nhiệt độ cao có động năng lớn hơn, chúng chuyển động đến vùng có nhiệt độ thấp hơn của kim loại và truyền năng lượng cho các ion dương ở đây. Vì vậy, kim loại có tính dẫn nhiệt.
Nói chung, những 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,...
d) Ánh kim
Vẻ sáng của kim loại gọi là ánh kim. Hầu hết kim loại đều có ánh kim. Sở dĩ kim loại có ánh kim là do các electron tự do trong kim loại phản xạ tốt những tia sáng có bước sóng mà mắt ta có thể nhận thấy được.
Tóm lại, những tính chất vật lí chung của kim loại như trên là do các electron tự do trong kim loại gây ra.
2. Tính chất riêng
a) Khối lượng riêng
Những kim loại khác nhau có khối lượng riêng khác nhau rõ rệt. 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.
Người ta quy ước, những 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,...
b) Nhiệt độ nóng chảy
Những kim loại khác nhau có nhiệt độ nóng chảy rất khác nhau. Có kim loại nóng chảy ở nhiệt độ thấp, như Hg nóng chảy ở -39OC, nhưng có kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao, như W (vonfam) nóng chảy 3410OC.
c) Tính cứng
Những kim loại khác nhau có tính cứng rất khác nhau. Có kim loại mềm như sáp, dùng dao cắt được dễ dàng như Na, K,... Ngược lại có kim loại rất cứng, không thể dũa được, như W, Cr,...
Nếu chia độ cứng của chất rắn thành 10 bậc và quy ước độ cứng của kim cương là 10, thì độ cứng của một số kim loại như sau : Cr là 9, W là 7, Fe là 4,5, Cu và Al là 3. Kim loại có độ cứng thấp nhất là các kim loại thuộc nhóm IA, thí dụ Cs có độ cứng là 0,2.
III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI
Từ những đặc điểm về cấu hình electron, độ âm điện, năng lượng ion hoá của nguyên tử kim loại, ta nhận thấy 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. Thí dụ :
4Al + 3O2 ® 2Al2O3
Cu + Cl2 ® CuCl2
2. Tác dụng với axit
a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng
Nhiều kim loại có thể khử được ion H+ (H3O+) của các axit này thành H2. Thí dụ : Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + H2
Zn + 2H+ ® Zn2+ + H2
Những kim loại có tính khử mạnh như K, Na, ... sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit.
b) Đối với H2SO4 (đặc, nóng) HNO3
Hầu hết các kim loại (trừ Pt, Au) khử được \(\overset{+5}{\mathop{N}}\,\) và \(\overset{+6}{\mathop{S}}\,\) trong các axit này xuống số oxi hoá thấp hơn: \(\overset{+4}{\mathop{N}}\,\) (NO2); \(\overset{+2}{\mathop{N}}\,\) NO; \(\overset{+1}{\mathop{N}}\,\)(N2O); \(\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,\) ; \(\overset{-3}{\mathop{N}}\,(NH_{4}^{+})\); \(\overset{+4}{\mathop{S}}\,(SO_{2}^{{}})\) ; \(\overset{0}{\mathop{S}}\,\) ; \(\overset{-2}{\mathop{S}}\,(H_{2}^{{}}S)\).
Thí dụ : 3\(\overset{0}{\mathop{Cu}}\,\) + 8\(\overset{+5}{\mathop{HN{{O}_{3}}}}\,\) (loãng) \(\to \) 3\(\overset{+2}{\mathop{Cu}}\,\)(NO3)2 + 2\(\overset{+2}{\mathop{N}}\,\) O + 4H2O
2\(\overset{0}{\mathop{Fe}}\,\) + 6\(\overset{+6}{\mathop{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}\,\) (đặc) \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) \({{\overset{+3}{\mathop{Fe}}\,}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{3}}\) + 3\(\overset{+4}{\mathop{S}}\,{{O}_{2}}\) + 6H2O
3. Tác dụng với dung dịch muối
Kim loại hoạt động khử được ion kim loại kém hoạt động hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do.
\(\overset{0}{\mathop{Fe}}\,\) + \(\overset{+2}{\mathop{Cu}}\,\)SO4 ® \(\overset{+2}{\mathop{Fe}}\,\)SO4 + \(\overset{0}{\mathop{Cu}}\,\)
4. Tác dụng với nước
- Những kim loại có tính khử mạnh như Na, K, Ca,... khử H2O dễ dàng ở nhiệt độ thường.
Thí dụ : 2 \(\overset{0}{\mathop{Na}}\,\) + 2\({{\overset{+1}{\mathop{H}}\,}_{2}}O\) ® 2\(\overset{+1}{\mathop{Na}}\,OH\) + \(\overset{0}{\mathop{{{H}_{2}}}}\,\)
- Một số kim loại có tính khử trung bình, như Zn, Fe..., khử được hơi nước ở nhiệt độ cao. Thí dụ : 3Fe + 4H2O \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) Fe3O4 + 4H2
- Những kim loại có tính khử yếu như Cu, Ag, Hg,... không khử được H2O, dù ở nhiệt độ cao.
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
DẠNG: KIM LOẠI/HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI
PHƯƠNG PHÁP GIẢI
- Kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ tác dụng với muối có cation kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn theo quy tắc α.
Chú ý: Nhớ dãy điện hóa của kim loại.
- Thường gặp là dạng kim loại mạnh hơn tác dụng với muối của kim loại yếu hơn.
Chú ý: Trường hợp kim loại là Na, Ca, Ba, K thì kim loại sẽ phản ứng với nước trước, sau đó dung dịch kiềm thu được mới phản ứng với muối.
- Khi cho một hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với một hỗn hợp muối thì phản ứng xảy ra theo thứ tự: kim loại có tính khử mạnh nhất sẽ tác dụng hết với các muối có tính oxi hóa mạnh nhất , sau đó mới đến lượt các chất khác.
- Áp dụng các phương pháp giải nhanh: bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, tăng giảm khối lượng, …để giải các bài tập.
Ví dụ 1: Nhúng một thanh Al nặng 20 gam vào 400 ml dung dịch CuCl2 0,5M. Khi nồng độ dung dịch CuCl2 giảm 25% thì lấy thanh Al ra khỏi dung dịch, giả sử tất cả Cu thoát ra bám vào thanh Al. Khối lượng thanh Al sau phản ứng là
A. 21,15 gam. B. 21,88 gam. C. 22,02 gam. D. 22,3 gam.
Hướng dẫn giải:
Từ phản ứng : \[\text{2Al + 3C}{{\text{u}}^{\text{2+}}}\text{ }\to \text{ 3Cu + 2A}{{\text{l}}^{\text{3+}}}\]
Ta thấy: Cứ 3 mol Cu2+ phản ứng thì khối lượng thanh Al tăng: 3.64 – 2.27 = 138 (gam)
Theo đề bài có : \[{{n}_{Cu}}\] (Phản ứng) = 0,4.0,5.0,25 = 0,05 (mol) \[\to \] thanh Al tăng \[\frac{0,05}{3}\].138 = 2,3 (gam)
Do đó, khối lượng thanh Al sau phản ứng là : 20 + 2,3 = 22,3 (gam)
Đáp án D.
B. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Hãy cho biết vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn?
Hướng dẫn giải:
Trong bảng tuần hoàn có gần 90 nguyên tố kim loại, chúng nằm ở các vị trí như sau:
- Nhóm IA (trừ hiđro) và nhóm IIA.
- Nhóm IIIA (trừ Bo) và một phần của các nhóm IVA, VA, VIA.
Các nhóm B từ IB đến VIIIB.
- Họ lantan và họ actini được xếp riêng thành hai hàng ở cuối bảng.
Bài 2 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Nguyên tử kim loại và tinh thể kim loại có cấu tạo như thế nào ?
Hướng dẫn giải:
- Cấu tạo của nguyên tử kim loại.
+ Có số electron hóa trị ít.
+ Trong cùng một chu kì các nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với nguyên tố phi kim trong cùng chu kì.
- Cấu tạo tinh thể kim loại.
+ Kim loại có cấu tạo tinh thể, tinh thể kim loại có cấu tạo mạng.
+ Có 3 loại kiểu mạng tinh thể phổ biến là : Mạng tinh thể luc phương , mạng tinh thể lập phương tâm diện , mạng tinh thể lập phương tâm khối.
Bài 3 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Liên kết kim loại là gì? So sánh với liên kết ion và liên kết cộng hóa trị ?
Hướng dẫn giải:
Liên kết kim loại là liên kết sinh ra bởi lực hút tĩnh điện giữa các electron tự do và các ion dương, kết dính các ion dương kim loại với nhau.
So sánh liên kết kim loại với liên kết cộng hóa trị:
- Giống nhau: có sự dùng chung electron.
- Khác nhau:
+ Liên kết cộng hóa trị: sự dùng chung electron giũa hai nguyên tử tham gia liên kết.
+ Liên kết kim loại: sự dùng chung electron toàn bộ electron trong nguyên tử kim loại.
So sánh liên kết kim loại với liên kết ion.
- Giống nhau: đều là liên kết sinh ra bởi lực hút tĩnh điện.
- Khác nhau:
+ Liên kết ion: do lực hút tĩnh điện giữa hai ion mang điện tích trái dấu.
+ Liên kết kim loại: lực hút tĩnh điện sinh ra do các electron tự do trong kim loại và ion dương kim loại.
Bài 4 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Mạng tinh thể kim loại gồm có:
A. Nguyên tử, ion kim loại và ác electron độc thân.
B. Nguyên tử, ion kim loại và các electron tự do.
C. Nguyên tử kim loại và các electron độc thân.
D. Ion kim loại và các electron độc thân.
Hướng dẫn giải:
Đáp án B.
Bài 5 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Cho cấu hình electron :1s22s22p6
Dãy nào sau đây gồm các nguyên tử và ion có cấu hình electron như trên.
A. K+, Cl, Ar
B. Li+, Br, Ne
C. Na+, Cl, Ar
D. Na+, F-, Ne
Hướng dẫn giải:
Đáp án D.
Bài 6 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Cation R+ có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng là 2p6. Nguyên tử P là:
A. F.
B. Na.
C. K.
D. Cl.
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
Cấu hình e của R+ là: 1s22s22p6
⇒ cấu hình e của R là: 1s22s22p63s1 ⇒ R là Na
Bài 7 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Hòa tan 1,44 gam một kim loại hóa trị II trong 150ml dung dịch H2SO4 0,5M. Muốn trung hòa axit dư trong dung dịch thu được, phải dùng hết 30ml dung dịch NaOH 1M. Kim loại đó là :
A. Ba.
B. Ca.
C. Mg.
D. Be.
Hướng dẫn giải:
Đáp án C.
Gọi kim loại cần tìm là R. Các PTHH:
R + H2SO4 → RSO4 +H2 (1)
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O (2)
Số mol H2SO4 là nH2SO4 = 0,15.0,5 = 0,075 (mol);
Số mol NaOH là nNaOH = 0,03.1 = 0,03 (mol)
Theo pt (2) : \[{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=\frac{1}{2}{{n}_{NaOH}}=\frac{0,03}{2}\](mol)
Số mol H2SO4 phản ứng (1) là:
\[{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}(1)}}={{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}-{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}(2)}}\]
= \[0,075-\frac{0,03}{2}=0,06\](mol)
(1)=> nR= \[{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}(1)}}\]=0,06(mol);
MR= \[\frac{{{m}_{R}}}{{{n}_{R}}}=\frac{1,44}{0,06}=24\](g/mol)
Vậy R là Mg.
Bài 8 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Hòa tan hoàn toàn 15,4 gam hỗn hợp Mg và Zn trong dung dịch HCl dư thấy có 0,6 gam khí H2 bay ra. Khối lượng muối tạo ra trong dung dịch là:
A. 36,7 g.
B. 35,7 g.
C. 63,7 g.
D. 53,7 g.
Hướng dẫn giải:
Số mol H2 là nH2 = 0,6/2 = 0,3(mol)
PTHH : Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 ↑ (1)
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 ↑ (2)
Gọi x, y lần lượt là số mol của Mg và Zn trong dung dịch x, y > 0
nH2 = x + y = 0,3 mol.
mhh = 24x + 65y = 15,4.
Khối lượng muối là m = x(24 + 71) + y(65 + 71)
m = 24x + 65y + 71(x + y) = 15,4 + 71.0,3 = 36,7 (g)
Bài 9 (trang 82 SGK Hoá học 12):
Cho 12,8 gam kim loại A hóa trị II phản ứng hoàn toàn với khí Cl2 thu muối B. Hòa tan B vào nước thu được 400ml dung dịch C. Nhúng thanh sắt nặng 11,2 gam vào dung dịch C, sau một thời gian thấy kim loại A bám vào thanh sắt và khối lượng thanh sắt là 12,0 gam, nồng độ FeCl2 trong dung dịch là 0,25M. Xác định kim loại A và nồng độ mol của kim loại B trong dung dịch C.
Hướng dẫn giải:
A + Cl2 → ACl2 (1)
Fe + ACl2 → FeCl2 + A (2)
x x x (mol)
Gọi số mol của Fe phản ứng với số mol của ACl2 là x
Khối lượng thanh sắt sau phản ứng tăng là : 12 - 11,2 = 0,8 (g)
=> ∆mtăng = mA – mFe
<=> Ax - 56x = 0,8 (3)
Ta có: x = nFeCl2 = CM. V = 0,25. 0,4 = 0,1 (mol) thay vào (3)
(3) => 0,1.A - 56. 0,1 = 0,8
=> A = 64
Vậy A là kim loại Cu
\[{{n}_{Cu}}=\frac{12,8}{64}=0,2(mol)\]
=> \[{{n}_{CuC{{l}_{2}}}}={{n}_{Cu}}=0,2(mol)\]
=> \[{{C}_{M}}CuC{{l}_{2}}=\frac{{{n}_{CuC{{l}_{2}}}}}{V}=\frac{0,2}{0,4}=0,5(M)\]
Trên đây là gợi ý bài giải đại cương về Hoá lớp 12 Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn mà ICAN soạn thảo. Cảm ơn bạn đã theo dõi và chia sẻ nhé. Chúc các bạn học vui vẻ.