Lý thuyết và bài tập tính chất của kim loại, dãy điện hóa kim loại

Tác giả Minh Châu 15:34 21/10/2024 62,271 Tag Lớp 12

Hơn 80% các nguyên tố hóa học là kim loại vì vậy lý thuyết và bài tập tính chất của kim loại, dãy điện hóa kim loại sẽ xuất hiện rất nhiều trong đề thi hóa tốt nghiệp THPT Quốc Gia. Cùng tham khảo bài viết để hiểu rõ hơn về kiến thức trọng tâm này nhé!

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1. Tính chất vật lý của kim loại

1.1 Tính chất vật lý chung

- Kim loại có tính dẻo, tính dẫn nhiệt và điện cùng với tính ánh kim bởi trong mạng tinh thể của kim loại có mặt các electron tự do.

- Trong các kim loại, vàng (Au) là kim loại mềm dẻo nhất.

- Tính dẫn điện và nhiệt của các kim loại không giống nhau, trong đó Ag > Cu > Au > Al > Fe. Tính dẫn điện của kim loại giảm ở nhiệt độ cao do các electron (+) dao động mạnh và gây cản trở dòng electron chuyển động.

1.2 Tính chất vật lý riêng

Mỗi kim loại sẽ có những tính chất vật lý riêng:

- Độ cứng của kim loại không giống nhau, kim loại cứng nhất là Crom, mềm nhất là Xesi.

- Các kim loại có nhiệt độ nóng chảy khác nhau được thể hiện dưới bảng:

- Xét theo khối lượng riêng, kim loại được phân loại thành:

Kim loại nhẹ có khối lượng riêng D < 5 gam/ cm³: Cs,Mg, Al, Na, Li…
Kim loại nặng có khối lượng riêng D > 5 gam/ cm³: Fe, Zn, Hg, Ag, Cr …

Đăng ký ngay khóa học PAS THPT để giành lấy điểm 9+ tất cả các môn thi tốt nghiệp THPT bạn nhé!

2. Tính chất hóa học của kim loại

2.1 Tác dụng với nước

a. Ở nhiệt độ thường

- Ở nhiệt độ thường thì kim loại kiềm và kiềm thổ sẽ tác dụng được với nước và tạo thành kiềm và khí hidro.

2M + 2nH₂O $\rightarrow$ 2M(OH)_n + nH₂

b. Ở nhiệt độ cao

- Au và Ag không khử được H₂O

- Phản ứng của Nhôm và Magie rất phức tạp:

Mg + 2H₂O $\xrightarrow[]{100^{0}C}$ Mg(OH)₂ + H₂ (100^oC)

Mg + 2H₂O $\xrightarrow[]{\geqslant 200^{0}C}$ MgO + H₂

- Sắt, Crom, Kẽm và Mangan sẽ phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành oxit kim loại và hidro:

3Fe +4H₂O $\xrightarrow[]{< 570^{0}C}$ Fe₃O₄ + 4H₂

Fe + H₂O $\xrightarrow[]{> 570^{0}C}$ FeO + H₂

2.2 Tác dụng với dung dịch muối

- Các kim loại Ba, Ca, K tạo thành dung dịch kiềm khi phản ứng với nước và tiếp tục phản ứng với muối.

- Kim loại hoạt động mạnh sẽ đẩy kim loại kém hơn ra khỏi dung dịch muối theo quy tắc an pha trong các kim loại không tan trong nước.

Fe + CuSO₄ $\rightarrow$ FeSO₄ + Cu

- Chú ý các phản ứng đặc biệt:

2Fe³⁺+ Fe $\rightarrow$ 3Fe²⁺

Fe²⁺+ Ag⁺ $\rightarrow$ Ag + Fe³⁺

Cu + 2Fe³⁺ $\rightarrow$ Cu²⁺ + 2Fe²⁺

2.3 Tác dụng với dung dịch kiềm

- Các kim loại tan trong nước như Na, Ca, K sẽ tác dụng với H₂O trong dung dịch kiềm

- Các kim loại có hidroxit tương ứng là chất lưỡng tính khi tác dụng với dung dịch kiềm sẽ tạo thành muối mới và khí H₂

2Al + 2H₂O +2NaOH $\rightarrow$ 2NaAlO₂ + 3H₂

2.4 Tác dụng với dung dịch axit

a. Tác dụng với H₂SO₄ đặc, HNO₃

- Kim loại tác dụng với H₂SO₄ đặc/HNO₃ sẽ tạo ra muối ( kim loại có hóa trị cao nhất) + sản phẩm khử và H₂O. Chỉ có Au và Pt không có phản ứng này.

3Cu + 8HNO₃ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Cu + 2H₂SO₄ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ CuSO₄+ SO₂ + 2H₂O

Lưu ý: Fe, Cr, Al thụ động khi tác dụng với H₂SO₄ đặc/HNO₃

b. Tác dụng với axit sunfuric loãng và HCl

- Các kim loại đứng trước H₂ trong dãy điện hóa mới tác dụng được với H₂SO₄ loãng và HCl và tạo ra muối (kim loại có hóa trị thấp) và H₂

Fe + H₂SO_{4 loãng} $\rightarrow$ FeSO₄ + H₂

Mg + HCl_loãng $\rightarrow$ MgCl₂ +H₂

Lưu ý:

- Na, K,Ca, Ba khi cho tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng và HCl sẽ xảy ra phản ứng với H⁺ trước, nếu còn dư sẽ phản ứng với H₂O.

- Pb mặc dù đứng trước H₂ trong dãy điện hóa nhưng không tác dụng được với H₂SO₄ loãng và HCl do muối tạo ra khó tan và bám trên mặt gây cản trở phản ứng.

Combo sổ tay tổng hợp lý thuyết các môn theo lối sơ đồ tư duy giúp các em học nhanh, nhớ lâu và nắm chắc kiến thức để làm tốt bài thi tốt nghiệp THPT, bài thi đánh giá năng lực của các trường đại học TOP đầu Việt Nam

2.5 Tác dụng với oxit kim loại

- Trong điều kiện nhiệt độ cao, các kim loại mạnh khử được oxit kim loại yếu hơn và tạo thành kim loại.

2Al + Fe₂O₃ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2Fe + Al₂O₃

2.6 Tác dụng với phi kim

a. Tác dụng với lưu huỳnh

- Lưu huỳnh sẽ bị khử bởi tất cả các kim loại trong phản ứng đun nóng từ số oxi hóa 0 xuống -2. Chỉ có Hg là kim loại duy nhất tác dụng với lưu huỳnh ở nhiệt độ thường.

Fe + S $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ FeS

Hg + S $\rightarrow$ HgS

b. Tác dụng với clo

- Clo bị hầu hết các kim loại khử trực tiếp và tạo thành sản phẩm là muối clorua.

2Fe + 3Cl₂ $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2FeCl₃

c. Tác dụng với oxi

- Oxi có thể tác dụng với tất cả các kim loại trừ Ag, Au, Pt để tạo thành oxit bazo hoặc oxit lưỡng tính theo công thức tổng quát: 2xM +yO₂ $\rightarrow$ 2M_xO_y

- Kim loại càng mạnh sẽ phản tứng với oxi càng mãnh liệt, mức độ phản ứng sẽ giảm dần theo độ mạnh yếu của kim loại tham gia phản ứng.

+ Natri và Kali khi cháy trong lượng oxi thiếu thì tạo thành oxit, còn nếu dư oxi thì tạo thành peoxit.

+ Sắt, kẽm, nhôm, magie khi tác dụng với oxi sẽ tạo thành oxit.

+ Các kim loại không cháy nhưng tạo thành oxit trên bề mặt: Pb -> Hg

+ Các kim loại không cháy và không tạo thành oxit trên bề mặt: Ag -> Au

- Thông qua lớp oxit trên bề mặt, nếu không khít là phản ứng với kim loại xảy ra hoàn toàn, còn khít là phản ứng chỉ xảy ra trên bề mặt của kim loại.

3. Dãy điện hóa kim loại

3.1 Thế nào là dãy điện hóa kim loại?

- Trong các phản ứng hóa học, nguyên tử kim loại dễ nhường electron và trở thành ion kim loại và ngược lại.

Ví dụ:

Cu²⁺+ 2e $\leftrightarrow$ Cu

Ag⁺ + e $\leftrightarrow$ Ag

=> Dãy điện hóa của kim loại là các cặp oxi hóa khử của kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại và tính khử giảm dần của kim loại

3.2 Dãy điện hóa kim loại có ý nghĩa gì?

- Giúp so sánh tính oxi hóa - khử: Tính oxi hóa của kim loại càng mạnh thì tính khử càng yếu và ngược lại.

- Xác định chiều phản ứng oxi hóa - khử: Dự đoán chiều phản ứng giữa hai cặp oxi hóa - khử theo quy tắc anpha. Phản ứng giữa hai cặp oxi hóa -khử xảy ra theo chiều của chất có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn và sinh ra oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.

3.3 Mẹo ghi nhớ dãy điện hóa kim loại

Để làm được nhiều dạng bài tập hóa, các em cần ghi nhớ được dãy điện hóa kim loại. Dưới đây là một số mẹo ghi nhớ dành cho bạn:

Bộ sách hé lộ cách học nhanh và hiệu quả các môn Toán Lý Hóa, bám sát ma trận đề thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia duy nhất tại vuihoc!

4. Bài tập tính chất của kim loại, dãy điện hóa kim loại

Bài 1: Cho x gam bột nhôm phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ loãng, thu được 0.896l khí X trong điều kiện tiêu chuẩn là N₂O và NO có tỉ khối hơi so với H₂ là 18.5. Tính x?

Lời giải:

Theo sơ đồ đường chéo, ta có:

n_N2O= n_No = 0,02 mol

n_{e nhận} = 8n_N2O+ 3n_No = 0,22 mol = n_{e nhận}= 3n_Al

x = m_Al= 1,98

Bài 2: Cho a gam bột Fe vào 800ml hỗn hợp dung dịch Cu(NO₃)₂ 0,2M và H₂SO₄ 0,25M. Phản ứng hoàn toàn thu được 0.6a gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất ở điều kiện tiêu chuẩn. Tìm giá trị của a và V.

Lời giải:

- Hỗn hợp dung dịch có tính oxi hóa như HNO₃, sau phản ứng Fe dư:

n_H+ = 2n_H2SO4 = 0,4 mol

n_NO3 = 2n_Cu(NO3)2 = 0,32

n_Cu2+ = 0,16

Fe + 4H⁺ + NO₃^- $\rightarrow$ Fe³⁺ + NO + 2H₂O

0,1 $\leftarrow$ 0,4 $\rightarrow$ 0,1 0,1 (mol)

=> H⁺ hết => n_Fe = 1/4 n_H+ = 0,1 mol

Fe + Cu²⁺ $\rightarrow$ Fe²⁺ + Cu

0,16 0,16 0,16 (mol)

Fe + 2Fe²⁺ $\rightarrow$ 3Fe²⁺

0,05 0,1 (mol)

n_{Fe phản ứng} = 0,1 + 0,16 + 0,05 = 0,31 mol

a_{kim loại}= a_{Fe dư} + a_{Cu sinh ra}= a - 56.0,31 + 0,16. 64 = a - 7,12 = 0.6a

=> a = 17,8 g

Bài 3: Nhúng lá kim loại A có hóa trị II nặng 56g vào dd AgNO₃ 1M, sau đó mang A đi rửa sạch và sấy khô. Khi cân lại thấy khối lượng kim loại A là 54g và thể tích của AgNO₃ hết 200ml. Vậy kim loại A là?

Lời giải:

M + 2AgNO₃ $\rightarrow$ M (NO₃)₂ + 2Ag

n_AgNO3 = 0,2 mol = n_{Ag =>}n_A = 0,1 mol

m_{kim loại giảm} = m_{A phản ứng}- m_{Ag sinh ra} = 0,1.A -0,2.108 = 2

=> A = 64 ( Cu)

Bài 4: Cho hỗn hợp Na và Al có tỉ lệ số mol phản ứng là 1:2 vào H₂O dư. Phản ứng xảy ra hoàn toàn và thu được 8.96 l khí H₂ ở điều kiện tiêu chuẩn và a gam chất rắn không tan. Tìm a.

Lời giải:

Sau phản ứng thu được chất rắn

=> Nhôm không tác dụng hết với NaOH

Gọi n_Na = x mol => n_Al= 2x mol

2Na +2H₂O $\rightarrow$ 2NaOH + H₂

x x x/2 (mol)

Al + NaOH + H₂O $\rightarrow$ NaAlO₂ + 3/2H₂

x x 3x/2 (mol)

n_Al = x/2 + 3x/2 = 2x =0,4 => x = 0,2 mol

m_{Al ban đàu} = 2.0,2.27 = 10,8 g

m_{Al phản ứng} = 0,2.27 = 5.4g

=> a = m_{Al dư} = 10,8 - 5,4 = 5,4 g

Ôn thi Hóa theo lộ trình với khóa học PAS THPT đầu tiên và duy nhất của vuihoc!

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

Trên đây là toàn bộ kiến thức về tính chất của kim loại, dãy điện hóa kim loại cùng một số bài tập vận dụng. Để làm tốt các bài tập liên quan đến kim loại trong chương trình Hóa học 12, các em cần ghi nhớ chính xác các tính chất liên quan đến các kim loại đó. Truy cập vuihoc để học thêm nhiều kiến thức các môn học trong chương trình THPT nhé!

Tham khảo thêm:

⭐Bộ Sách Thần Tốc Luyện Đề Toán - Lý - Hóa THPT Có Giải Chi Tiết

>> Mời các bạn xem thêm:

Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn và cấu tạo của kim loại

Lý thuyết về hợp kim