Hoá học 12 · Đại cương kim loại
Cấu tạo và tính chất của kim loại
Vị trí, cấu tạo nguyên tử và liên kết kim loại; mạng tinh thể; tính chất vật lí chung do electron tự do; tính khử của kim loại với phi kim, nước, acid và dung dịch muối.
Vị trí và cấu tạo
Kim loại chiếm khoảng 80% số nguyên tố, gồm các nguyên tố nhóm IA (trừ H), IIA, IIIA (trừ B) và một phần nhóm IVA, VA, VIA; các nhóm B; họ lanthanide và actinide.
Nguyên tử kim loại thường có ít electron lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3), bán kính lớn và độ âm điện nhỏ nên dễ nhường electron.
Liên kết kim loại hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các electron hoá trị tự do với các ion dương kim loại ở nút mạng tinh thể. Ba kiểu mạng phổ biến: lập phương tâm khối (Na, K, Fe), lập phương tâm mặt (Cu, Al, Au, Ag), lục phương (Mg, Zn).
Tính chất vật lí
Các tính chất vật lí chung dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim đều do các electron tự do trong mạng tinh thể gây ra.
- Dẫn điện tốt nhất: Ag > Cu > Au > Al > Fe.
- Thuỷ ngân là kim loại duy nhất ở thể lỏng ở điều kiện thường; tungsten có nhiệt độ nóng chảy cao nhất (3410 °C).
- Lithium nhẹ nhất; osmium nặng nhất; chromium cứng nhất; caesium mềm nhất.
Tính chất hoá học: tính khử
- Với phi kim: 4Al + 3O2 → 2Al2O3; 2Fe + 3Cl2 t°→ 2FeCl3; Fe + S t°→ FeS.
- Với nước: kim loại nhóm IA và Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2. Fe, Zn chỉ phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao.
- Với acid loãng (HCl, H₂SO₄ loãng): kim loại có E° âm giải phóng hydrogen: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2.
- Với HNO₃, H₂SO₄ đặc: hầu hết kim loại (trừ Au, Pt) bị oxi hoá lên số oxi hoá cao nhất; không giải phóng H₂.
- Với dung dịch muối: kim loại có tính khử mạnh hơn (trừ kim loại tác dụng với nước) đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.
🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng
- Ở mô phỏng tinh thể, xoay ba kiểu mạng và so sánh độ đặc khít: lập phương tâm mặt và lục phương đặc khít nhất (74%).
- Ở thí nghiệm kim loại, thả đinh sắt vào CuSO₄: lớp đồng đỏ bám lên đinh, màu xanh nhạt dần.
- Thả Cu vào FeSO₄: không có phản ứng vì Cu có tính khử yếu hơn Fe.
🎉 Thí nghiệm vui cho bài này
📐 Công thức cần nhớ
✍️ Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Hoà tan hoàn toàn 5,4 gam Al trong dung dịch HCl dư. Tính thể tích H2 ở điều kiện chuẩn.
Xem lời giải
- n(Al) = 0,2 mol; 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂.
- n(H₂) = 0,3 mol; V = 0,3 · 24,79 = 7,437 L.
✅ Đáp số: 7,437 L
Ví dụ 2. Nhúng thanh Fe nặng 10 gam vào dung dịch CuSO₄ dư, sau một thời gian lấy ra cân được 10,8 gam. Tính khối lượng Cu bám vào.
Xem lời giải
- Cứ 1 mol Fe tan (56 gam), có 1 mol Cu bám (64 gam): khối lượng tăng 8 gam.
- Khối lượng tăng 0,8 gam nên n(Cu) = 0,1 mol; m(Cu) = 6,4 gam.
✅ Đáp số: 6,4 gam
⚠️ Lỗi thường gặp
- Cho Na vào dung dịch CuSO₄ rồi viết Na đẩy Cu ra khỏi muối: Na phản ứng với nước trước tạo NaOH, sau đó tạo kết tủa Cu(OH)₂.
- Viết Fe tác dụng với HCl tạo FeCl₃: sản phẩm là FeCl₂.