BÀI 14. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ LIÊN KẾT KIM LOẠI. TÍNH CHẤT KIM LOẠI

MỞ ĐẦU

Kim loại giữ vai trò quan trọng trong các ngành kĩ thuật vì chúng có những tính chất vật lí, hoá học đặc biệt. Kim loại có cấu tạo nguyên tử như thế nào? Có những tính chất và ứng dụng gì?

Hướng dẫn chi tiết:

- Kim loại có cấu tạo nguyên tử:

+ Đa số chúng có số electron ở lớp ngoài cùng là 1, 2, 3.

+ Kim loại có cấu tạo tinh thể và hầu hết ở điều kiện thường, chúng ở thể rắn (trừ thuỷ ngân thể lỏng).

- Tính chất của kim loại được thể hiện qua:

+ Tính chất vật lí: kim loại có các tính chất như tính ánh kim, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và tính dẻo.

+ Tính chất hoá học: kim loại tác dụng với phi kim, tác dụng với nước, tác dụng với dung dịch acid và tác dụng với dung dịch muối.

- Ứng dụng: kim loại sử dụng làm dây dẫn điện, chế tạo dụng cụ đun nấu, dùng trong công trình xây dựng,…

1. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI

Thảo luận 1: Hãy nêu nhận xét về số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử kim loại Na, Mg, Al, Fe, Cu, Zn.

Hướng dẫn chi tiết:

Nhìn chung các nguyên tử kim loại có số electron ngoài cùng là 1, 2, 3.

Thảo luận 2: So sánh liên kết kim loại với liên kết ion và liên kết cộng hoá trị.

Hướng dẫn chi tiết:

* Giữa liên kết kim loại và liên kết cộng hoá trị:

- Giống nhau: về sự dùng chung electron

- Khác nhau:

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

+ Liên kết kim loại là liên kết có sự dùng chung toàn bộ electron trong nguyên tử kim loại.

* Giữa liên kết kim loại và liên kết ion:

- Giống nhau: cả hai đều sinh ra bởi lực hút tĩnh điện.

- Khác nhau:

+ Liên kết ion là liên kết hình thành do lực hút tĩnh điện giữa hai ion mang điện tích trái dấu.

+ Liên kết kim loại là liên kết do lực hút tĩnh điện giữa các electron hoá trị tự do với các ion dương kim loại trong mạng tinh thể kim loại.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

Thảo luận 3: Vàng, bạc được sử dụng làm đồ trang sức nhờ tính chất vật lí nào của kim loại?

Hướng dẫn chi tiết:

Nhờ tính chất tính ánh kim nên vàng, bạc được sử dụng làm đồ trang sức.

Thảo luận 4: Hãy cho biết hiện tượng xảy ra khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên tấm kim loại. Giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

Khi tác dụng một lực cơ học đủ mạnh lên tấm kim loại sẽ  có hiện tượng xảy ra đó là kim loại bị biến dạng vì kim loại có tính dẻo.

Luyện tập 1: Hãy giải thích:

1. a) Tại sao tungsten (W) được dùng để làm dây tóc bóng đèn?
2. b) Tại sao lõi dây điện thường được làm từ kim loại đồng?

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Tungsten (W) là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao và là kim loại có tính dẫn nhiệt tốt. Những tính chất này rất thích hợp để làm dây tóc bóng đèn.
2. b) Đồng vì đồng là kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, giá thành rẻ. Những tính chất này rất thích hợp để làm lõi dây điện.

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA KIM LOẠI

Thảo luận 5: Tiến hành Thí nghiệm 1 và nêu hiện tượng xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong các phản ứng hoá học xảy ra ở thí nghiệm này.

Hướng dẫn chi tiết:

Vai trò của các chất trong phản ứng:

- Trong phản ứng sắt với chlorine: sắt là chất khử, chlorine là chất oxi hoá.

- Trong phản ứng magnesium với oxygen: magnesium là chất khử, oxygen là chất oxi hoá.

- Trong phản ứng sắt với lưu huỳnh: sắt là chất khử, lưu huỳnh là chất oxi hoá.

Thảo luận 6: Dựa vào thế điện cực chuẩn trong Bảng 12.1, hãy cho biết kim loại nào có khả năng phản ứng được với dung dịch HCl hoặc dung dịch H₂SO₄ loãng giải phóng khí H₂.

Hướng dẫn chi tiết:

Các kim loại có khả năng phản ứng được với dung dịch HCl hoặc dung dịch H₂SO₄ loãng giải phóng khí H₂ là những kim loại có thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử tương ứng nhỏ hơn 0 (thế điện cực chuẩn của H⁺/H) vì chỉ những kim loại này có tính khử mạnh hơn H⁺ và phản ứng mới xảy ra.

Thảo luận 7: Tiến hành Thí nghiệm 2 và nêu hiện tượng xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong phản ứng hoá học xảy ra ở Thí nghiệm 2.

Hướng dẫn chi tiết:

- Thí nghiệm kim loại phản ứng với dung dịch HCl: ở ống nghiệm 1 không có phản ứng xảy ra, đồng thời ở ống nghiệm 2 có hiện tượng xuất hiện bọt khí. Trong ống nghiệm 2, sắt có vai trò là chất khử, HCl có vai trò là chất oxi hoá.

- Thí nghiệm kim loại phản ứng với dung dịch H₂SO₄ loãng: ở ống nghiệm 3 không có phản ứng xảy ra, đồng thời ở ống nghiệm 4 có hiện tượng xuất hiện bọt khí. Trong ống nghiệm 4, sắt có vai trò là chất khử, H₂SO₄ có vai trò là chất oxi hoá.

- Thí nghiệm kim loại phản ứng với dung dịch H₂SO₄ đặc: có hiện tượng đồng bị tan dần trong dung dịch H₂SO₄ đặc, dung dịch sau phản ứng có màu xanh và thấy hiện tượng sủi bọt khí do SO₂ sinh ra. Trong thí nghiệm này, đồng đóng vai trò là chất khử, H₂SO₄ đặc đóng vai trò là chất oxi hoá.

Thảo luận 8: Dựa vào thế điện cực chuẩn trong Bảng 12.1, hãy cho biết kim loại nào có khả năng phản ứng được với nước ở điều kiện thường giải phóng khí H_2­.

Hướng dẫn chi tiết:

Kim loại có khả năng đó_­ là các kim loại kiềm, kiềm thổ như: Li, K, Ba, Ca, Na,…

Thảo luận 9: Dựa vào thế điện cực chuẩn trong Bảng 12.1, hãy cho biết kim loại nào có khả năng đẩy được đồng ra khỏi dung dịch CuSO₄ 1 M.

Hướng dẫn chi tiết:

Những kim loại có khả năng đẩy được đồng ra khỏi dung dịch CuSO₄ 1 M là những kim loại có thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá – khử tương ứng nhỏ hơn giá trị thế điện cực chuẩn của Cu²⁺/Cu.

Thảo luận 10: Tiến hành Thí nghiệm 3 và nêu hiện tượng xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong phản ứng hoá học xảy ra ở Thí nghiệm 3.

Hướng dẫn chi tiết:

Hiện tượng xảy ra khi tiến hành thí nghiệm 3 là ở ống nghiệm 1 xuất hiện chất kết tủa, còn ở ống nghiệm 2 không có phản ứng xảy ra. Trong ống nghiệm 1, Cu đóng vai trò là chất khử, AgNO₃ đóng vai trò là chất oxi hoá.

BÀI TẬP

Bài 1: Thuỷ ngân dễ bay hơi và rất độc. Khi nhiệt kế thuỷ ngân bị vỡ có thể dùng bột lưu huỳnh để xử lí thuỷ ngân. Giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

Khi nhiệt kế thuỷ ngân bị vỡ có thể dùng bột lưu huỳnh để xử lí thuỷ ngân vì thuỷ ngân và bột lưu huỳnh sẽ tác dụng với nhau ở nhiệt độ thường, tạo thành một chất rắn không độc,  từ đó ta có thể dễ dàng quét dọn được.

Phương trình hoá học: Hg + S → HgS

Bài 2: Tại sao đồng dẫn điện tốt hơn nhôm nhưng dây điện cao thế thường được làm bằng nhôm mà không làm bằng đồng? Cho biết khối lượng riêng của đồng là 8,96 g/cm³, của nhôm là 2,70 g/cm³.

Hướng dẫn chi tiết:

Dây điện cao thế thường được làm bằng nhôm mà không làm bằng đồng vì khối lượng riêng của nhôm nhỏ hơn khối lượng riêng của đồng, điều này giúp làm giảm áp lực của dây điện lên cột điện và ngoài ra giá thành của nhôm cũng rẻ hơn so với của đồng.

Bài 3: Để làm tinh khiết bột đồng có lẫn các kim loại thiếc, kẽm, người ta có thể ngâm hỗn hợp trên vào lượng dư dung dịch Cu(NO₃)₂. Giải thích và viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra (nếu có).

Hướng dẫn chi tiết:

Vì kẽm hay thiếc đều có tính khử mạnh hơn Cu nên phản ứng xảy ra dễ tạo thành Cu tinh khiết. Do đó để làm tinh khiết bột đồng có lẫn các kim loại thiếc, kẽm, người ta có thể ngâm hỗn hợp trên vào lượng dư dung dịch Cu(NO₃)₂.Phương trình hoá học:

Sn + Cu(NO₃)₂ → Sn(NO₃)₂ + Cu

Zn + Cu(NO₃)₂ → Zn(NO₃)₂ + Cu