Bài 18: TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI. DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI

B. LỜI GIẢI CHI TIẾT CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

I. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CƠ BẢN

1. Giải thích vì sao kim loại có tính chất vật lí chung là dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo và có ánh kim.

Trả lời:

Kim loại có các tính chất vật lí chung là dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo và có ánh kim là do các electron tự do trong kim loại gây ra.

a) Tính dẻo: Khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên miếng kim loại sẽ làm 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.

b) Tính dẫn điện: Nối một đoạn dây kim loại với nguồn điện, các electron tự do chuyển động hỗn loạn trở nên chuyển động thành dòng trong kim loại tạo nên dòng điện. Đó là sự dẫn điện của kim loại.

c) Tính dẫn nhiệt: Đốt nóng một đầu dây kim loại, những electron tự do ở vùng có nhiệt độ cao có động năng lớn hơn chuyển động đến các vùng có nhiệt độ thấp hơn và truyền nhiệt cho các ion dương ở đây. Vì vậy kim loại có tính dẫn nhiệt.

d) 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.

2. Tính chất hóa học cơ bản của kim loại là gì và vì sao kim loại lại có tính chất đó?

Trả lời:

Từ những đặc điểm về cấu hình electron, năng lượng ion hóa, độ âm điện của nguyên tử kim loại, ta nhận thấy tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử. Nếu so sánh với các nguyên tố phi kim trong cùng chu kì, nguyên tố kim loại có bán kính tương đối lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với phi kim, số electron hóa trị ít, lực liên kết hạt nhân của những electron này tương đối yếu nên chúng dễ tách khỏi nguyên tử, vì thế kim loại có tính khử (nhường electron).

$M\rightarrow M^{n+}+ne$

3. Thủy ngân dễ bay hơi và rất độc. Nếu chẳng may nhiệt kế thủy ngân bị vỡ thì có thể dùng các chất nào sau đây để khử độc thủy ngân?

A. Bột sắt.

B. Bột lưu huỳnh.

C. Natri.

D. Nước.

Trả lời:

Chọn B. Có thể dùng bột lưu huỳnh vì lưu huỳnh tác dụng với thủy ngân tạo thành HgS kết tủa nên khử được độc thủy ngân.

4. Dung dịch $FeSO_{4}$ có lẫn tạp chất $CuSO_{4}$. Hãy giới thiệu một phương pháp hóa học đơn giản để có thể loại được tạp chất. Giải thích việc làm và viết phương trình hóa học dạng phân tử và ion rút gọn.

Giải:

- Để loại tạp chất $CuSO_{4}$ ra khỏi dung dịch $FeSO_{4}$ ta cho dung dịch tác dụng với bột Fe dư ($FeSO_{4}$ không tác dụng với Fe, $CuSO_{4}$ tác dụng với Fe), phản ứng xong loại bỏ bột Fe dư, và Cu, nước lọc là $FeSO_{4}$.

- Các phương trình hóa học:

$Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu$

$Fe+Cu^{2+}\rightarrow Cu+Fe^{2+}$

5. Nhúng một lá sắt nhỏ vào dung dịch chứa một trong những chất sau: $FeCl_{3}$, $AlCl_{3}$, $CuSO_{4}$, $Pb(NO_{3})_{2}$, NaCl, HCl, $HNO_{3}$, $H_{2}SO_{4}$ (đặc, nóng), $NH_{4}NO_{3}$. Số trường hợp phản ứng tạo muối Fe (II) là:

A. 3.

B. 4.

C. 5.

D. 6.

Trả lời:

Chọn B. Số trường hợp phản ứng tạo muối Fe (II) là 4 do các phản ứng giữa Fe với $FeCl_{3}$, $CuSO_{4}$, HCl và $Pb(NO_{3})_{2}$:

$Fe+2FeCl_{3}\rightarrow 3FeCl_{2}$

$Fe+CuSO_{4}\rightarrow Cu+FeSO_{4}$

$Fe+Pb(NO_{3})_{2}\rightarrow Pb+Fe(NO_{3})_{2}$

$Fe+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}$

6.Cho 5,5g hỗn hợp bột Al và Fe (trong đó số mol Al gấp đôi số mol Fe) vào 300 ml dung dịch $AgNO_{3}$ 1M. Khuấy kĩ cho phản ứng hoàn toàn thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là:

A. 33,95g.

B. 35,20g.

C. 39,95g.

D. 35,39g.

Giải: Chọn B.

-Ta có: 27$n_{Al}$ + 56$n_{Fe}$ = 5,5 (a)

$n_{Al}$ = 2$n_{Fe}$ (b)

⇒ $n_{Fe}$ = 0,05mol; $n_{Al}$ = 0,1 mol.

- Số mol $AgNO_{3}$ là: $n_{AgNO_{3}}$ = 0,3.1 = 0,3mol.

- Các phương trình hóa học:

- Từ (1) và (2) suy ra Al phản ứng hết với $AgNO_{3}$ tạo ra 0,3mol Ag còn Fe không phản ứng (do hết $AgNO_{3}$) nên chất rắn chính là 0,3mol Ag và 0,05mol Fe: m = 0,3.108 + 0,05.56 = 35,2g

* Chú ý: Với bài toán hỗn hợp kim loại cần chú ý đến độ mạnh yếu của từng kim loại trong hỗn hợp: kim loại hoạt động mạnh phản ứng trước rồi đến kim loại hoạt động yếu hơn.

7. Hãy sắp xếp theo chiều giảm tính khử và chiều tăng tính oxi hóa của các nguyên tử và ion trong hai dãy sau đây:

a) Fe, $Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$, Zn, $Zn^{2+}$, Ni, $Ni^{2+}$, H, $H^{+}$, Hg, $Hg^{2+}$, Ag, $Ag^{+}$.

b) CI, $Cl^{-}$, Br, $Br^{-}$, F, $F^{-}$, I, $I^{-}$.

Trả lời: Dựa vào dãy điện hóa của kim loại thì thứ tự đúng là:

a) $Zn^{2+}$/Zn < $Fe^{2+}$/Fe < $Ni^{2+}$/Ni < 2$H^{+}$/$H_{2}$ < $Fe^{2+}$/$Fe^{3+}$ < $Hg^{2+}$/Hg < $Ag^{+}$ /Ag.

b) 2$I^{-}$/$I_{2}$ < 2$Br^{-}$/$Br_{2}$ < 2$Cl^{-}$/$Cl_{2}$ < 2$F^{-}$/$F_{2}$.

8. Những tính chất vật lí chung của kim loại (dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo, ánh kim) gây nên chủ yếu bởi

A. cấu tạo mạng tinh thể của kim loại.

B. khối lượng riêng của kim loại.

C. tính chất của kim loại.

D. các electron tự do trong tinh thể kim loại.

Trả lời:

Chọn D. Các tính chất vật lí chung của kim loại gây nên chủ yếu bởi các electron tự do trong tinh thể kim loại.

II. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO

1.Các kim loại nào sau đây tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường

A. Fe, Zn, Li, Sn.

B. Cu, Pb, Rb, Ag.

C. K, Na, Ca, Ba.

D. AI, Hg, Cs, Sr.

Trả lời:

Chọn C. Chỉ có những kim loại hoạt động mạnh mới tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường.

2. Ngâm một đinh sắt trong 100ml dung dịch $CuCl_{2}$ 1M, giả thiết Cu tạo ra bám hết vào đinh sắt. Sau khi phản ứng xong lấy đinh sắt ra, sấy khô, khối lượng đinh sắt tăng thêm là

A.15,5g.

B.0,8g.

C.2,7g.

D.2,4g.

Giải: Chọn B.

- Phương trình hóa học: $Fe+CuCl_{2}\rightarrow FeCl_{2}+Cu$

- Số mol $CuCl_{2}$ là: $n_{CuCl_{2}}$ = 0,1.1 = 0,1mol

- Khối lượng đinh sắt tăng thêm là: m = 0,1.64 – 0,1.56 = 0,8g

3. Cho 4,8g một kim loại R hóa trị II tan hoàn toàn trong dung dịch $HNO_{3}$ loãng thu được 1,12 lít khí NO duy nhất (đktc). Kim loại R là

A. Zn

B. Mg.

C. Fe.

D. Cu.

Giải: Chọn D.

- Phương trình hóa học:

$3R+8HNO_{3}\rightarrow 3R(NO_{3})_{2}+2NO+4H_{2}O$

- Số mol khí NO là: $n_{NO}$ = $\large \frac{1,12}{22,4}$ = 0,05mol.

- Số mol R tham gia phản ứng là: $n_{R}$ = $\large \frac{3}{2}$$n_{NO}$ = $\large \frac{3}{2}$.0,05 = 0,075mol

- Phân tử khối của M là: M = $\large \frac{4,8}{0,075}$ = 64. Đó là Cu.

4. Cho 3,2g Cu tác dụng với dung dịch $HNO_{3}$ đặc, dư thì thể tích khí $NO_{2}$ (đktc) thu được là

A.1,12 lít.

B.2,24 lít.

C.3,36 lít.

D.4,48 lít.

Giải: Chọn B.

- Phương trình hóa học: $Cu+4HNO_{3}\rightarrow Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}+2H_{2}O$

- Số mol Cu tham gia phản ứng là: $n_{Cu}$ = $\large \frac{3,2}{64}$ = 0,05mol

- Số mol khí $NO_{2}$ thu được là: $n_{NO_{2}}$ = 2$n_{Cu}$ = 2.0,05 = 0,1mol

- Thể tích khí $NO_{2}$ thu được là: $V_{NO_{2}}$ = 0,1.22,4 = 2,24 lít.

5. Nung nóng 16,8g bột sắt và 6,4g bột lưu huỳnh (không có không khí) thu được sản phẩm X. Cho X tác dụng với dung dịch HCl dư thì có V lít khí thoát ra (đktc). Giá trị của V là

A.2,24.

B.4,48.

C.6,72.

D.3,36.

Giải: Chọn C.

- Ta có: Số mol Fe và S ban đầu là:

$n_{Fe}$ = $\large \frac{16,8}{56}$ = 0,3mol; $n_{S}$ = $\large \frac{6,4}{32}$ = 0,2mol

- Các phương trình hóa học:

$Fe+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}FeS$

$FeS+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}S$

$Fe_{(du)}+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}$

- Từ dữ kiện ban đầu, suy ra Fe dư:

$n_{Fe}$(dư) = 0,3 - 0,2 = 0,1mol

- Khí thoát ra bao gồm 0,2mol $H_{2}S$ và 0,1mol $H_{2}$ nên:

Vkhí = 0,3.22,4 = 6,72 lít.

6. Để khử hoàn toàn hỗn hợp gồm FeO và ZnO thành kim loại cần 2,24 lít khí $H_{2}$ (đktc). Nếu đem hỗn hợp kim loại thu được cho tác dụng hết với dung dịch HCl thì thể tích khí $H_{2}$ thu được là

A.4,48 lít.

B.1,12 lít.

C.3,36 lít.

D.2,24 lít.

Giải: Chọn D.

- Các phương trình hóa học:

$FeO+H_{2}\rightarrow Fe+H_{2}O$

$ZnO+H_{2}\rightarrow Zn+H_{2}O$

$Fe+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}$

$Zn+2HCl\rightarrow ZnCl_{2}+H_{2}$

- Theo chuỗi phản ứng trên ta thấy: $V'_{H_{2}}$ = $V_{H_{2}}$ = 2,24 lít

7. Khối lượng thanh kẽm thay đổi như thế nào sau khi ngâm một thời gian trong các dung dịch:

a) $CuCl_{2}$

b) $Pb(NO_{3})_{2}$.

c) $AgNO_{3}$.

d) $NiSO_{4}$.

Trả lời:

a) Phương trình hóa học: $Zn+CuCl_{2}\rightarrow ZnCl_{2}+Cu$

Vì $M_{Cu}$ < $M_{Zn}$ nên khối lượng thanh kẽm giảm.

b)Phương trình hóa học: $Zn+Pb(NO_{3})_{2}\rightarrow Zn(NO_{3})_{2}+Pb$

Vì $M_{Pb}$ > $M_{Zn}$ nên khối lượng thanh kẽm tăng.

c) Phương trình hóa học: $Zn+2AgNO_{3}\rightarrow Zn(NO_{3})_{2}+2Ag$

Vì $M_{Ag}$ > $M_{Zn}$ nên khối lượng thanh kẽm tăng.

d) Phương trình hóa học: $ZN+NiSO_{4}\rightarrow ZnSO_{4}+Ni$

Vì $M_{Ni}$ < $M_{Zn}$ nên khối lượng thanh kẽm giảm.

8. Hòa tan hoàn toàn 1,5g hỗn hợp bột Al và Mg vào dung dịch HCl thu được 1,68 lít khí $H_{2}$ (đktc). Tính phần trăm khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp.

Giải:

- Các phương trình hóa học:

$2Al+6HCl\rightarrow 2AlCl_{3}+3H_{2}$ (1)

$Mg+2HCl\rightarrow MgCl_{2}+H_{2}$ (2)

Ta có: 27$n_{Al}$ + 24$n_{Mg}$ = 1,5 (a)

($\large \frac{3}{2}$$n_{Al}$ + $n_{Mg}$).22,4 = 1,68 (b)

⇒ $n_{Al}$ = $\large \frac{0,1}{3}$ mol; $n_{Mg}$ = $\large \frac{0,1}{4}$ mol

⇒ $m_{Al}$ = $\large \frac{0,1}{3}$.27 = 0,9g và $m_{Mg}$ = 0,6g

Vậy: % khối lượng của Al là %$m_{Al}$ = $\large \frac{0,9}{1,5}$.100% = 60% và %$m_{Mg}$ = 40%.

9. Đốt cháy hết 1,08g một kim loại hóa trị III trong khí $Cl_{2}$ thu được 5,34g muối clorua của kim loại đó. Xác định tên kim loại.

Giải:

- Phương trình hóa học là:

⇒ $\large \frac{2M}{1,08}$ = $\large \frac{2M+6.35,5}{5,34}$ ⇒ M = 27. Đó là Al.

10. Cho 1,12g bột Fe và 0,24g bột Mg vào một bình chứa 250ml dung dịch $CuSO_{4}$ rồi khuấy kĩ cho đến khi kết thúc phản ứng. Sau phản ứng, khối lượng kim loại có trong bình là 1,88g. Tính nồng độ mol của dung dịch $CuSO_{4}$ trước phản ứng.

Giải:

- Các phương trình hóa học:

$Mg+CuSO_{4}\rightarrow Cu+MgSO_{4}$ (1)

$Fe+CuSO_{4}\rightarrow Cu+FeSO_{4}$ (2)

- Khối lượng kim loại tăng là: m = 1,88–1,12–0,24 = 0,52g.

- Vì Mg mạnh hơn Fe nên Mg phản ứng trước và khi phản ứng hết thì khối lượng kim loại tăng là:

(64 - 24).$\large \frac{0,24}{24}$ = 0,4g

- Phản ứng với Fe làm khối lượng kim loại tăng là: 0,52 – 0,4 = 0,12g

- Số mol Fe tham gia phản ứng là: $n_{Fe}$ = $\large \frac{0,12}{64-56}$ = 0,015mol

- Số mol Fe ban đầu là: = $\large \frac{1,12}{56}$ = 0,02mol

⇒ Fe dư và $CuSO_{4}$ phản ứng hết.

- Số mol $CuSO_{4}$ trong dung dịch là:

$n_{CuSO_{4}}$ = $n_{Mg}$ + = 0,01 + 0,015 = 0,025mol

- Nồng độ mol của dung dịch $CuSO_{4}$ là: $C_{M}$ = $\large \frac{0,025}{0,25}$ = 0,1M