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

A. BÀI GIẢNG

I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

1. Tính chất chung: Ở điều kiện thường, các kim loại đều ở trạng thái rắn (trừ Hg), có tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim.

2. Giải thích

a)Tính dẻo

- Kim loại có tính dẻo là vì các ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau dễ dàng mà không tách rời nhau nhờ những electron tự do chuyển động dính kết chúng với nhau.

- Tính dẻo của kim loại có nhiều ứng dụng như: dễ rèn thành các vật dụng (dao, búa,...); dễ dát mỏng (làm đồ trang sức,...).

b)Tính dẫn điện

- Trong kim loại luôn có sẵn các electron tự do nên khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại, các electron này sẽ chuyển động thành dòng có hướng từ cực âm đến cực dương, tạo thành dòng điện.

- Ở nhiệt độ càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm do ở nhiệt độ cao, các ion dương dao động mạnh cản trở dòng electron chuyển động.

- Trong các kim loại hiện nay thì Ag dẫn điện tốt nhất rồi đến Cu, Au, Al, Fe,...

c)Tính dẫn nhiệt

- Các electron trong vùng nhiệt độ cao có động năng lớn, chuyển động hỗn loạn và nhanh chóng sang vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng này nên nhiệt độ lan truyền được từ vùng này đến vùng khác trong khối kim loại.

- Thường các kim loại dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt.

d) Ánh kim

- Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được, do đó kim loại có vẻ sáng lấp lánh gọi là ánh kim.

3. Kết luận:

- Tính chất vật lí chung của kim loại gây nên bởi sự có mặt của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại.

- Ngoài ra, đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể kim loại, bán kính nguyên tử,...cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lí của kim loại.

- Ngoài một số tính chất vật lí chung của các kim loại, kim loại còn có một số tính chất vật lí không giống nhau như:

+ Khối lượng riêng: Nhỏ nhất: Li (0,5g/$cm^{3}$); lớn nhất Os (22,6g/$cm^{3}$).

+ Nhiệt độ nóng chảy: Thấp nhất: Hg (-39°C); cao nhất W (3410°C).

+ Tính cứng: Kim loại mềm nhất là K, Rb, Cs (dùng dao cắt được) và cứng nhất là Cr (có thể cắt được kính).

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Trong một chu kì: Bán kính nguyên tử của nguyên tố kim loại lớn hơn bán kính nguyên tử của nguyên tố phi kim.

- Số electron hóa trị ít, lực liên kết với hạt nhân tương đối yếu nên chúng dễ tách khỏi nguyên tử. Vì vậy, tính chất hóa học chung của kim loại là tính khử (nhường e): M → $M^{n+}$ + ne.

1. Tác dụng với phi kim.

a) Tác dụng với clo: Hầu hết các kim loại đều có thể khử trực tiếp clo tạo ra muối clorua. Thí dụ:

b) Tác dụng với oxi: Hầu hết các kim loại có thể khử oxi từ số oxi hóa 0 xuống -2. Thí dụ:

c) Tác dụng với lưu huỳnh: Nhiều kim loại có thể khử S từ số oxi hóa 0 xuống -2. Với Hg xảy ra ở nhiệt độ thường, các kim loại cần đun nóng. Thí dụ:

2. Tác dụng với dung dịch axit

a) Dung dịch HCl, $H_{2}SO_{4}$ loãng: Nhiều kim loại có thể khử được ion $H^{+}$ trong HCl, $H_{2}SO_{4}$ loãng thành hiđro. Thí dụ:

b) Dung dịch $HNO_{3}$, $H_{2}SO_{4}$ đặc: Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) khử được $N^{+5}$ (trong $HNO_{3}$) và $S^{+6}$ (trong $H_{2}SO_{4}$) xuống số oxi hóa thấp hơn. Thí dụ:

3. Tác dụng với nước

- Các kim loại có tính khử mạnh: kim loại nhóm IA và IIA (trừ Be, Mg) khử $H_{2}O$ dễ dàng ở nhiệt độ thường thành hiđro. Thí dụ:

- Các kim loại có tính khử trung bình chỉ khử nước ở nhiệt độ cao (Fe, Zn,...). Các kim loại còn lại (Au, Ag...) không khử được $H_{2}O$.

4. Tác dụng với dung dịch muối: Kim loại mạnh hơn có thể khử được ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do.

hay

III. DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI

1. Cặp oxi hóa - khử của kim loại : Nguyên tử kim loại dễ nhường electron để trở thành ion kim loại (ion dương), ngược lại ion kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại. Thí dụ:

- Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa - khử của kim loại. Nguyên tử kim loại đóng vai trò là chất khử (nhường electron), các ion kim loại đóng vai trò là chất oxi hóa (nhận electron)

Thí dụ: Các cặp oxi hóa – khử: $Ag^{+}$/Ag; $Cu^{2+}$/Cu; $Fe^{2+}$/Fe...

2. So sánh tính chất của các cặp oxi hóa - khử

- Thí dụ: So sánh tính chất của hai cặp oxi hóa - khử $Cu^{2+}$/Cu và $Ag^{+}$/Ag.

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

- Nhận xét:

+ Tính khử: Cu > Ag.

+ Tính oxi hóa: $Ag^{+}$ > $Cu^{2+}$.

3. Dãy điện hóa của kim loại

Chú ý: Dãy trên chứa những cặp oxi hóa – khử thông dụng, ngoài những cặp oxi hóa - khử này ra vẫn còn có những cặp khác.

4. Ý nghĩa dãy điện hóa của kim loại

Dãy điện hóa của kim loại cho phép dự đoán chiều của phản ứng oxi hóa - khử theo quy tắc $\alpha$: Phản ứng giữa hai cặp oxi hóa - khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.

Thí dụ: Phản ứng giữa hai cặp $Fe^{2+}$/Fe và $Cu^{2+}$/Cu xảy ra theo chiều ion $Cu^{2+}$ oxi hóa Fe tạo ra ion $Fe^{2+}$ và Cu.

Tổng quát: Giả sử có 2 cặp oxi hóa - khử $X^{X+}$/ X và $Y^{Y+}$/ Y (cặp $X^{X+}$/ X đứng trước cặp $Y^{Y+}$/ Y).

Phương trình phản ứng: