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

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!

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 … 

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 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 Mg(OH)2 + H2 (100oC)

Mg + 2H2O 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 Fe3O4 + 4H2 

Fe + H2O 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 FeSO4 + Cu 

- Chú ý các phản ứng đặc biệt: 

2Fe3+ + Fe 3Fe2+

Fe2+ + Ag+ Ag + Fe3+

Cu + 2Fe3+ 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 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 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Cu + 2H2SO4 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 + H2SO4 loãng FeSO4 + H2

Mg + HCl loãng 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. 

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 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 FeS

Hg + S 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 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 2MxOy

- Kim loại càng mạnh sẽ phản ứng 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 Cu

Ag+ + e 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: 

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: 

nN2O = nNo = 0,02 mol

ne nhận = 8nN2O + 3nNo = 0,22 mol = ne nhận = 3nAl

x = mAl = 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:

nH+ = 2nH2SO4 = 0,4 mol

nNO3 = 2nCu(NO3)2 = 0,32

nCu2+ = 0,16

Fe + 4H+ + NO3- Fe3+ + NO + 2H2O

0,1 0,4               0,1       0,1              (mol)

=> H+ hết => nFe = 1/4 nH+ = 0,1 mol 

Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu

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

Fe + 2Fe2+ 3Fe2+

0,05    0,1                  (mol)

nFe phản ứng = 0,1 + 0,16 + 0,05 = 0,31 mol

akim loại = aFe dư + aCu 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 M (NO3)2 + 2Ag

nAgNO3 = 0,2 mol = nAg => nA = 0,1 mol 

mkim loại giảm = mA phản ứng - mAg 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 nNa = x mol => nAl = 2x mol 

2Na +2H2O 2NaOH + H2

 x                          x        x/2   (mol)

Al + NaOH + H2O NaAlO2 + 3/2H2

x         x                                      3x/2   (mol)

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

mAl ban đầu = 2.0,2.27 = 10,8 g

mAl phản ứng = 0,2.27 = 5.4g

=> a = mAl dư = 10,8 - 5,4 = 5,4 g 

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! 

Nguồn tham khảo chi tiết:

https://vuihoc.vn/tin/thpt-ly-thuyet-va-bai-tap-tinh-chat-cua-kim-loai-day-dien-hoa-kim-loai-1903.html