BÀI 19. ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

MỞ ĐẦU

Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất bao gồm các nguyên tố từ Sc đến Cu. Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố này có đặc điểm gì? Chúng có những tính chất vật lí và ứng dụng nào?

Hướng dẫn chi tiết:

- Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có đặc điểm là các electron hoá trị nằm ở phân lớp 3d và 4s.

- Tính chất vật lí của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất là chúng có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng, khối lượng riêng, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt cao.

- Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiều ứng dụng khác nhau:

+ Đồng được ứng dụng trong sản xuất: biến thế, cầu dao điện, dây dẫn điện,…

+ Chromium dùng để mạ lên các thiết bị để chống mài mòn, chế tạo hợp kim đặc biệt. Scandium, titanium được dùng để chế tạo hợp kim, ứng dụng trong ngành hàng không, vũ trụ. Vanadium dùng để chế tạo thiết bị chịu nhiệt.

+ Sắt, manganese sẽ tạo ra hợp kim với độ bền cơ học tốt, dùng trong lĩnh vực quốc phòng an ninh, công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống. Sắt, cobalt dùng để chế tạo nam châm điện. Nickel dùng để chế tạo hợp kim sử dụng trong máy móc, thiết bị…

1. ĐẶC ĐIỂM CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

Thảo luận 1: Quan sát Bảng 19.1, hãy cho biết đặc điểm cấu hình electron của các nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.

Hướng dẫn chi tiết:

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có dạng [Ar], các electron hoá trị nằm ở phân lớp 3d và 4s.

2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ ỨNG DỤNG CỦA KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

Thảo luận 2: Dựa vào số liệu trong Bảng 19.1, Bảng 17.2 và Bảng 18.2, hãy nhận xét, so sánh nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất với kim loại K và Ca. Cho biết độ cứng của Ca là 1,75.

Hướng dẫn chi tiết:

Nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất lớn hơn K và Ca. Theo thứ tự tăng dần về các giá trị đó, ta có: K, Ca, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.

Luyện tập: Lấy một số ví dụ về ứng dụng của sắt trong thực tế.

Hướng dẫn chi tiết:

Sắt có độ cứng khá cao nên nó được dùng để chế tạo hợp kim không gỉ, sản xuất dụng cụ trong y tế.

3. TRẠNG THÁI OXI HOÁ VÀ MÀU SẮC ION CỦA NGUYÊN TỐ CHUYỂN TIẾP

Luyện tập: Hãy viết cấu hình electron của các ion: Cu²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺.

Hướng dẫn chi tiết:

Cấu hình electron của các ion Cu²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺ là:

- Cu²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹

- Fe³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

- Cr³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³

- Mn²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

Thảo luận 3: Quan sát Hình 19.1, hãy nhận xét về màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.

Hướng dẫn chi tiết:

Màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất rất phong phú.

4. THÍ NGHIỆM

Thảo luận 4: Dự đoán hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm xác định hàm lượng muối Fe(II) bằng dung dịch thuốc tím.

Hướng dẫn chi tiết:

Thí nghiệm có hiện tượng là sau cùng xuất hiện dung dịch màu hồng nhạt.

Thảo luận 5: Từ kết quả chuẩn độ, xác định nồng độ Fe²⁺ trong dung dịch đã pha.

Hướng dẫn chi tiết:

Nồng độ Fe²⁺ trong dung dịch được xác định qua công thức:

C =  = 0,0125 M.

Thảo luận 6: Nêu hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm nhận biết các ion Cu²⁺ và Fe³⁺, viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra và giải thích.

Hướng dẫn chi tiết:

- Ở thí nghiệm 1 có hiện tượng xuất hiện kết tủa màu xanh do ion Cu²⁺ và ion OH^- tạo thành. Phương trình hoá học: 2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

- Ở thí nghiệm 2 có hiện tượng xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ do ion Fe³⁺ và ion OH^- tạo thành. Phương trình hoá học: 3NaOH + FeCl₃ → Fe(OH)₃↓ + 3NaOH

BÀI TẬP

Bài 1: Viết cấu hình electron của các ion: Cr²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Co³⁺.

Hướng dẫn chi tiết:

Cấu hình electron của các ion Cr²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Co³⁺ là:

- Cr²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴

- Fe²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

- Ni²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹

- Co²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷

- Co³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Bài 2: Tìm hiểu qua sách, báo hoặc internet, hãy cho biết 5 kim loại có độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nhất. Qua đó rút ra nhận xét về độ dẫn điện và dẫn nhiệt của các kim loại chuyển tiếp thuộc dãy thứ nhất.

Hướng dẫn chi tiết:

5 kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nhất là đồng, bạc, vàng, nhôm, titan.

Từ đó ta rút ra nhận xét: độ dẫn điện và dẫn nhiệt của các kim loại chuyển tiếp thuộc dãy thứ nhất cao và chính tính chất đó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

Bài 3: Để xác định hàm lượng của FeCO₃ trong quặng siderite, người ta có thể làm như sau: Cân 0,300 g mẫu quặng, xử lí theo một quy trình thích hợp, thu được dung dịch FeSO₄ trong môi trường H₂SO₄ loãng. Coi như dung dịch không chứa tạp chất tác dụng với KMnO₄. Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch KMnO₄ 0,02 M thì dùng hết 12,5 mL. Tính thành phần % theo khối lượng của FeCO₃ trong quặng.

Hướng dẫn chi tiết:

Phương trình hoá học của phản ứng:

+ 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O

2,5×10^-4                            → 1,25×10^-3 mol

.