Giải chi tiết Hóa học 12 KNTT bài 19 Tính chất vật lí và tính chất hóa học của kim loại

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Tại sao kim loại có thể được sử dụng làm dây dẫn điện, chế tạo dụng cụ đun nấu, dùng trong công trình xây dựng? Kim loại có những tính chất hóa học đặc trưng nào?

Bài làm chi tiết:

- Kim loại có thể được dùng làm dây dẫn điện, chế tạo dụng cụ đun nấu, dùng trong công trình xây dựng vì kim loại có các tính chất vật lí sau: Tính dẻo, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, tính ánh kim.

- Các tính chất hoá học đặc trưng: Tác dụng với phi kim, tác dụng với nước, tác dụng với dung dịch acid, tác dụng với dung dịch muối.

I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Câu hỏi 1: Vì sao kim loại có tính dẻo?

Bài làm chi tiết:

Kim loại có tính dẻo vì các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại, chuyển động và liên kết ion dương kim loại với nhau, các ion dương này có thể trượt lên nhau mà không tách rời.

Câu hỏi 2: 

a) Hãy nêu sự khác biệt giữa liên kết kim loại và liên kết cộng hóa trị

b) Vì sao kim loại có tính dẫn điện, trong khi hầu hết các phi kim không dẫn điện?

Bài làm chi tiết:

a) – Giống: Sự dùng chung electron

- Khác:

+ Liên kết cộng hoá trị: sự dùng chung electron giữa 2 nguyên tử tham gia liên kết.

+ Liên kết kim loại: sự dùng chung toàn bộ electron trong nguyên tử kim loại.

b) Kim loại có tính dẫn điện vì khi một hiệu điện thế được áp vào thanh kim loại, các electron tự do trong mạng tinh thể sẽ di chuyển từ phía cực âm về phía cực dương tạo thành dòng điện.

Câu hỏi 3: Vì sao kim loại có tính dẫn nhiệt tốt? Hãy nêu một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính dẫn nhiệt của chúng.

Bài làm chi tiết:

- Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt là do sự có mặt của các electron tự do trong tinh thể kim loại. Khi đốt nóng một đầu của thanh kim loại thì động năng của chúng cho các ion dương ở các nút mạng và các electron khác trong toàn thanh kim loại thông qua va chạm làm cho nhiệt được lan truyền trong toàn bộ thanh kim loại.

- Một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính dẫn nhiệt của kim loại là: làm dụng cụ đun nấu như xoong, nồi, chảo,…

Câu hỏi 4: Vì sao kim loại có ánh kim? Hãy nêu một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính ánh kim của chúng.

Bài làm chi tiết:

- Kim loại có tính ánh kim vì các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được.

- Một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính ánh kim là làm đồ trang sức (Au, Ag, Pt,…), vật dụng trang trí (Al, Fe, Cu, Sn,…)

Hoạt động: Hãy tìm hiểu và trình bày một số ứng dụng của kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao và kim loại có độ cứng lớn.

Bài làm chi tiết:

- Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao được ứng dụng dùng để làm dây tóc bóng đèn, ống đèn tia âm cực và sợi đốt ống chân không, thiết bị sưởi và các vòi phun động cơ tên lửa.

- Kim loại có độ cứng cao được ứng dụng dùng trong ngành luyện kim, làm ngăn ngừa khả năng ăn mòn kim loại và giúp đánh bóng bề mặt; được dùng trong các ngành công nghiệp sản xuất, y tế, chế trang sức,…

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Hoạt động: Thí nghiệm: Kim loại tác dụng với phi kim

Chuẩn bị:

Hóa chất: dây magnesium (Mg), nhôm bột, lưu huỳnh bột.

Dụng cụ: kẹp sắt, ống nghiệm chịu nhiệt, đũa thủy tinh, đèn cồn.

Tiến hành:

1. Magnesium tác dụng với oxygen: Dùng kẹp sắt kẹp một mẩu dây magnesium (Mg) và đốt trên ngọn lửa đèn cồn.

2. Nhôm tác dụng với lưu huỳnh: Trộn đều bột nhôm và bột lưu huỳnh theo tỉ lệ khối lượng tương ứng khoảng 1 : 2. Lấy một thìa thủy tinh (khoảng 0,3 g) hỗn hợp 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 chứa hỗn hợp.

Thực hiện yêu cầu sau:

Hãy mô tả hiện tượng quan sát được và viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

- Thí nghiệm 1: Magnesium tác dụng với oxygen

+ Hiện tượng xảy ra: khi đốt magnesium trong không khí, dây magnesium cháy sáng và tạo ra chất rắn màu trắng.

+ PTHH: 2Mg + O₂ → 2MgO

- Thí nghiệm 2: Nhôm tác dụng với lưu huỳnh

+ Hiện tượng xảy ra: phản ứng cháy xảy ra và tạo một hỗn hợp màu đậm, là hợp chất Al₂S₃.

+ PTHH: 2Al + 3S → Al₂S₃

Câu hỏi 5: Khi tác dụng với phi kim, kim loại thể hiện tính chất hóa học gì? Minh họa bằng các phương trình hóa học.

Bài làm chi tiết:

Khi tác dụng với phi kim, kim loại thể hiện tính khử. PTHH:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Fe + S  t°→   FeS

Hg + S → HgS

Câu hỏi 6: Hãy cho biết kim loại nào trong Bảng 15.1 có thể phản ứng được với nước ở nhiệt độ thường giải phóng khí hydrogen.

Bài làm chi tiết:

Kim loại có thể tác dụng với nước ở nhiệt độ thường giải phóng khí hydrogen là các kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ:

- Nhóm IA: lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Cs).

- Nhóm IIA: beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra).

Hoạt động thí nghiệm: Thí nghiệm: Kim loại tác dụng với dung dịch acid loãng

Chuẩn bị:

Hóa chất dung dịch H₂SO₄ 10%, kẽm hạt.

Dụng cụ: ống nghiệm, kẹp gỗ.

Tiến hành:

Cho vài hạt kẽm vào ống nghiệm. Thêm tiếp khoảng 2 mL dung dịch H₂SO₄ 10%.

Thực hiện yêu cầu sau:

Hãy mô tả hiện tượng quan sát được và viết phương trình hóa học.

Bài làm chi tiết:

- Hiện tượng: xuất hiện bọt khí (H₂) thoát ra, kèm mòn dần theo thời gian và thu được dung dịch không màu. Do Zn là kim loại hoạt động khá mạnh, có thế cực điện chuẩn của cặp oxi hoá – khử tương ứng nhỏ hơn H⁺/H nên có thể khử được H⁺ thành H.

PTHH: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑

Câu hỏi 7: Các kim loại từ Cu đến Au trong đây điện hóa không đẩy được H₂ ra khỏi dung dịch của các acid như HCl, H₂SO₄ loãng. Hãy dựa vào thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa – khử tương ứng để giải thích.

Bài làm chi tiết:

Các kim loại từ Cu đến Au trong dãy điện hoá không đẩy được H₂ ra khỏi dung dịch của các acid như HCl, H₂SO₄ loãng vì các kim loại này có thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hoá – khử tương ứng lớn hơn thế điện cực chuẩn của H⁺/H. Do đó, tính khử của các kim loại từ Cu đến Au yếu hơn H⁺ nên không khử được.

Thí nghiệm: Kim loại tác dụng với dung dịch muối

Chuẩn bị: 

Hoá chất: đinh sắt mới (đã rửa sạch lớp dầu mỡ), dung dịch CuSO₄ 1 M.

Dụng cụ: cố thủy tinh, kẹp sắt.

Tiến hành: Cho đinh sắt vào cốc. Thêm tiếp 2 – 3 mL dung dịch CuSO₄ 1 M. Sau 5 phút dùng kẹp lấy đinh sắt ra khỏi dung dịch.

Thực hiện yêu cầu sau:

Mô tả hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học.

Bài làm chi tiết:

- Hiện tượng: đinh sắt (Fe) bị một lớp đỏ đồng (Cu) phủ lên bề mặt, màu xanh của dung dịch CuSO₄ bị mất đi.

- Giải thích: vì trong dãy điện hoá, Fe có thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử tương ứng nhỏ hơn của Cu nên Fe có tính khử mạnh hơn và dễ khử được Cu²⁺.

- PTHH: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu