1,01^365 = 37,8 (Mỗi nỗ lực, dù là nhỏ nhất, đều có Ý nghĩa)

CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

1. Đặc điểm cấu tạo và liên kết kim loại
2. Đặc điểm cấu tạo của nguyên tử kim loại

– Nguyên tử kim loại thường có ít electron (1, 2, 3 e) ở lớp ngoài cùng.

– Bán kính nguyên tử kim loại thường lớn hơn và độ âm điện nhỏ hơn so với nguyên tố phi kim.

 Các electron hóa trị ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử kim loại chịu lực hút yếu của hạt nhân.

2. Cấu tạo tinh thể kim loại

– Ở nhiệt độ thường, trừ thủy ngân ở thể lỏng, các kim loại khác ở thể rắn và có cấu tạo mạng tinh thể kim loại.

– Trong tinh thể kim loại, các ion dương kim loại nằm ở các nút mạng tinh thể và các electron hóa trị chuyển động tự do xung quanh.

3. Liên kết kim loại

1. Tính chất vật lí và ứng dụng
2. Tính chất vật lí chung của kim loại và ứng dụng

– Tính chất chung: Tính dẻo, tính dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim do các electron tự do gây ra.

2. Tính chất vật lí riêng của kim loại và ứng dụng

– Các nguyên tử dễ nhường e hóa trị  Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử.

                                                          M → Mⁿ⁺ + ne

1. Tác dụng với phi kim
2. Tác dụng với oxygen

♦ Thí nghiệm magnesium tác dụng với oxygen

– Tiến hành: Dùng kẹp sắt gắp dây Mg, đốt nóng trên ngọn lửa đèn cồn.

– Hiện tượng: Sợi Mg cháy sáng.

– Hầu hết các kim loại (trừ Au, Ag, Pt) đều tác dụng với oxygen →  oxide tương ứng.

VD: 2Mg + O₂  2MgO                      4Al + 3O₂  2Al₂O₃

2. Tác dụng với chlorine

♦ Thí nghiệm sắt tác dụng với chlorine

– Tiến hành: Lấy sợi dây sắt cuốn thành hình lò xo sau đó dùng kẹp sắt kẹp chặt, nung nóng sợi dây sắt trên ngọn lửa đèn cồn rồi đưa nhanh vào bình chứa khí chlorine.

– Hiện tượng: Sợi dây sắt cháy sáng tạo thành khói mầu nâu.

– Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) đều tác dụng với chlorine khi đun nóng → muối chlorine.

VD: 2Fe + 3Cl₂  2FeCl₃                  Cu + Cl₂  CuCl₂

3. Tác dụng với lưu huỳnh (sulfur)

♦ Thí nghiệm nhôm tác dụng với lưu huỳnh

– Trộn đều bột nhôm và lưu huỳnh theo tỉ lệ khối lượng 1 : 2, sau đó lấy một thìa thủy tinh hỗn hợp cho vào ống nghiệm khô chịu nhiệt, hơ nóng đều ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn sau đó đun tập trung vào phần ống nghiệm có chứa hỗn hợp.

– Hiện tượng: Hỗn hợp cháy sáng tạo thành chất bột màu trắng.

– Nhiều kim loại có thể khử được lưu huỳnh khi đun nóng (trừ Hg ở nhiệt độ thường).

VD: Fe + S  FeS              2Al  + 3S  Al₂S₃                  Hg + S → HgS

1. Tác dụng với nước

– Trong nước nguyên chất (pH = 7):  2H₂O + 2e  H₂ + 2OH^–    

– Các kim loại có thế điện cực chuẩn  <  -0,414 V có khả năng phản ứng với H₂O giải phóng H₂.

♦ Các kim loại Na, K, Ca, Ba, … tác dụng mạnh với nước ở điều kiện thường → hydroxide + H₂↑

     2Na + 2H₂ → 2NaOH + H₂↑               Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂↑

♦ Các kim loại Mg, Zn, Fe, … tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao → oxide + H₂↑

    Mg + H₂O_(hơi)  MgO + H₂↑          Fe + H₂O_(hơi)  FeO + H₂↑  (< 570 ^oC tạo Fe₃O₄)

♦ Các kim loại Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Au, … không tác dụng với nước do  > – 414 V.

III. Tác dụng với dung dịch acid

1. Tác dụng với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng

♦ Thí nghiệm kim loại tác dụng với dung dịch acid H₂SO₄ loãng

– Cho vài hạt kẽm (zinc) vào ống nghiệm (1), vài mẩu đồng (copper) vào ống nghiệm thứ hai sau đó thêm tiếp khoảng 2 mL dung dịch H₂SO₄ 10% vào từng ống nghiệm

– Hiện tượng: Ống nghiệm (1) hạt kẽm tan dần có hiện tượng sủi bọt khí, ống nghiệm (2) không có hiện tượng gì.

– Ở điều kiện chuẩn, các kim loại có  < 0 có thể tác dụng được với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng tạo thành H₂.

TQ: Kim loại + HCl, H₂SO_{4 loãng} → Muối + H₂↑

   (  < 0, trước H)             (hóa trị thấp)

VD: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑                      Zn + H₂SO_{4 loãng} → ZnSO₄ + H₂ ↑

        Ag + HCl  → Không phản ứng               Cu + H₂SO_{4 loãng} → Không phản ứng     

2. Tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc

♦ Thí nghiệm kim loại tác dụng với dung dịch acid H₂SO₄ đặc

– Cho một mẩu đồng vào ống nghiệm, sau đó thêm tiếp khoảng 2 mL H₂SO₄ 98%, dùng bông tẩm NaOH đậy trên ống nghiệm rồi đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

– Hiện tượng: Mẩu đồng tan ra và có sủi bọt khí.

– Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) phản ứng được với dung dịch H₂SO₄ đặc.

TQ: Kim loại  + H₂SO_{4 đặc}  Muối + sản phẩm khử (SO₂, S, H₂S) + H₂O

    (trừ Au, Pt)                              (hóa trị cao)

Chú ý: Al, Fe, Cr thụ động, không phản ứng với H₂SO₄ đặc, nguội.

1. Tác dụng với dung dịch muối

♦ Thí nghiệm kim loại tác dụng với dung dịch muối

– Cho đinh sắt vào cốc, sau đó thêm tiếp 2 – 3 mL dung dịch CuSO₄ 1M, sau 5 phút dùng kẹp lấy định sắt ra khỏi dung dịch.

– Hiện tượng: Có lớp chất rắn màu đỏ bám bên ngoài đinh sắt.

– Các kim loại hoạt động mạnh hơn có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. Phản ứng tuân thep quy tắc alpha.

VD: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu                       Fe  +     ZnSO₄ → Không phản ứng

PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

1. Trạng thái tự nhiên của kim loại

– Trong tự nhiên, hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng hợp chất (oxide, muối, …) trong quặng, chỉ một số kim loại hoạt động hóa học yếu như Au, Ag, Pt, … được tìm thấy ở dạng đơn chất.

– Một số loại quặng thông dụng:

1. Phương pháp tách kim loại
2. Nguyên tắc

– Khử ion kim loại thành nguyên tử: Mⁿ⁺ + ne → M

2. Tách kim loại hoạt động hóa học mạnh – Điện phân nóng chảy

– Các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al, … được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy oxide, muối chloride của chúng.

3. Tách kim loại hoạt động trung bình, yếu

III. Nhu cầu và thực tiễn tái chế kim loại

1. Nhu cầu tái chế kim loại

– Hiện nay, trữ lượng kim loại ngày càng cạn kiệt, trong khi nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng và lượng phế thải kim loại tạo ra ngày càng nhiều  Việc tái chế kim loại là hết sức cần thiết, vừa đảm bảo nguồn cung, vừa tăng giá trị kim tế, bảo vệ môi trường và thực hiện mục tiêu phát triển bền vững.

2. Thực tiễn tái chế kim loại

– Quy trình tái chế các kim loại phổ biến (sắt, nhôm, đồng) thường trải qua các giai đoạn:

– Nhôm tái chế được sử dụng trong các lĩnh vực xây dựng, sản xuất ô tô, xe máy, xe đạp, thiết bị điện tử, …

– Đồng tái chế được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu xây dựng, phương tiện giao thông, dụng cụ nấu ăn, nhạc cụ, dây dẫn điện, …

– Sắt tái chế được sử dụng sản xuất thép dùng trong lĩnh vực xây dựng, sản xuất ô tô, …

HỢP KIM VÀ SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI

1. Hợp kim
2. Khái niệm hợp kim và ứng dụng

(a) Khái niệm

– Hợp kim là vật liệu kim loại chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại khác hoặc phi kim.

VD: Thép, gang là hợp kim của Fe với C và một số nguyên tố khác.

        Duralumin là hợp kim của Al với Cu, Mn, Mg, Si.

(b) Ứng dụng

– Do có những tính chất vật lí vượt trội so với kim loại nên hợp kim ngày càng được sử dụng phổ biến trong đời sống và sản xuất.

VD: Hợp kim nhẹ, bền, chịu nhiệt được sử dụng trong chế tạo máy bay, ô tô, …

        Hợp kim có tính bền hóa học và cơ học cao được sử dụng trong công nghiệp hóa chất.

        Hợp kim không gỉ, không độc hại được dùng làm dụng cụ y tế, đồ gia dụng, …

2. Tính chất của hợp kim

– Tính chất hóa học của các hợp kim thường tương tự tính chất hóa học của các đơn chất tạo thành hợp kim.

– Tính chất vật lí và tính chất cơ học của hợp kim thường khác nhiều so với tính chất của các đơn chất tạo thành hợp kim.

VD: Hợp kim Au – Cu cứng hơn Au, hợp kim Fe – C có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của Fe, …

3. Một số hợp kim quan trọng của sắt và nhôm

(a) Hợp kim của sắt

(b) Hợp kim của nhôm

– Hợp kim quan trọng của nhôm được sử dụng phổ biến là dural (duralumin) gồm Al, Cu và một số nguyên tố khác như Mg, Mn, Fe, Si, …

– Duralumin nhẹ, cứng và bền nên được sử dụng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ, …

1. Sự ăn mòn kim loại
2. Ăn mòn kim loại

(a) Khái niệm

– Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của các chất trong môi trường, trong đó kim loại bị oxi hóa.

(b) Các dạng ăn mòn kim loại trong tự nhiên

♦ Thí nghiệm ăn mòn điện hóa

– Nhúng thanh sắt và thanh đồng vào cốc đựng dung dịch H₂SO₄ loãng, sau đó nối thanh sắt với thanh đồng bằng dây dẫn và cho đi qua một vôn kế.

– Hiện tượng: + Khi chưa nối dây dẫn, phần thanh sắt trong dung dịch bị hòa tan và bọt khí H₂ thoát ra ở bề mặt thanh sắt.

                       + Khi nối dây dẫn, kim vôn kế bị lệch, bọt khí H₂ thoát ra cả ở thanh sắt và thanh đồng, phần thanh sắt trong dung dịch bị ăn mòn nhanh.

– Giải thích: + Khi chưa nối dây dẫn thì H₂ thoát ra ở bề mặt thanh sắt do sắt bị ăn mòn hóa học theo phản ứng: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

                    + Khi nối dây dẫn, một pin điện hóa được hình thành với sắt là cực âm bị ăn mòn điện hóa (Fe → Fe²⁺ + 2e), đồng là cực dương xảy ra sự khử H⁺ (2H⁺ + 2e → H₂)

2. Chống ăn mòn kim loại

Dạng 1: Bài toán CO, H₂ khử oxide kim loại

Dạng 2: Bài toán sản xuất nhôm

Dạng 3: Bài toán luyện quặng