Chương 5. Đại cương về kim loại [Thi THPT quốc gia ]

*.Ăn mòn kim loại

- Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của môi trường xung quanh.

- Ăn mòn kim loại có hai loại là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

+ Ăn mòn hóa học do kim loại tác dụng trực tiếp với chất oxi hóa có trong môi trường, trong loại ăn mòn này electron được chuyển trực tiếp từ kim loại sang môi trường nên không sinh ra dòng điện.

+ Ăn mòn điện hóa cần có ba điều kiện: Có hai điện cực khác nhau về bản chất (thường là hai kim loại), hai điện cực phải tiếp xúc điện với nhau và hai điện cực phải cùng tiếp xúc với dung dịch điện ly (thường gặp là không khí ẩm). Trong ăn mòn điện hóa cực âm nhường e, e chạy từ cực âm sang cực dương sinh ra dòng điện và được chất oxi hóa của môi trường nhận.

Các loại hợp kim để trong không khí ẩm thường bị ăn mòn, một số hợp kim thường gặp ta cần lưu ý là tôn (sắt tráng kẽm) và sắt tây (sắt tráng thiếc).

*.Dãy điện hóa của kim loại

Dãy điện hóa là một dãy các cặp oxi hóa - khử được xếp theo chiều tính oxi hóa của dạng oxi hóa tăng dần và tính khử của dạng khử giảm dần. Dãy điện hóa được xây dựng từ thực nghiệm. Thế điện cực của các cặp oxi hóa - khử tăng dần từ trái sang phải. Dựa vào dãy điện hóa chúng ta có thể dự đoán chiều hướng phản ứng giữa các cặp oxi hóa - khử, tính được suất điện động của pin điện tạo thành từ các cặp oxi hóa - khử, so sánh được tính chất của các cặp oxi hóa - khử ...

1. Cách nhớ dãy điện hóa

Để nhớ dãy điện hóa có một số khẩu quyết sau giúp chúng ta học thuộc dễ dàng hơn:

Khi Nào Bạn Cần May Áo Giáp Sắt Nên Sang Phố Hỏi Cửa Hàng Á Phi Âu

Tương ứng với dãy các kim loại: K Na Ba Ca Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Pt Au

Các bạn tham khảo thêm một số cách khác ở mục Hóa học vui bài "Dãy điện hóa" nhé.

Khi làm bài tập về dãy điện hóa chúng ta cần hết sức lưu ý một số cặp oxi hóa khử sau:

Fe2+/Fe Cu2+/Cu Fe3+/Fe2+ Ag+/Ag

*.Kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh

Bài viết này đề cập đến phản ứng của kim loại với dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh điển hình là axit nitric và axit sulfuric đặc nóng hoặc hỗn hợp của axit nitric với axit khác. Đây là một dạng bài tập quen thuộc và rất quan trọng, tuy nhiên nếu biết cách học chúng ta sẽ thấy loại bài tập này hoàn toàn không khó.

1. Kim loại tác dụng với HNO3

- Hầu hết kim loại đều có phản ứng (trừ Au và Pt). Nếu HNO3 đặc nguội thụ động hoá (không phản ứng) với Al, Fe và Cr.

- Sản phẩm thu được gồm muối nitrat (trong đó kim loại có hoá trị cao nhất), H2O và 1 hoặc 1 số sản phẩm oxi hoá của N+5 (nằm trong nhóm chất: NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3).

+ NO2 là chất khí màu nâu đỏ.

+ NO là khí không màu hoá nâu trong không khí (do có phản ứng 2NO + O2 → 2NO2).

+ N2O là khí không màu (có tên gọi là "khí cười").

+ N2 là khí không màu.

+ NH4NO3 là muối tồn tại trong dung dịch.

- Sản phẩm khử của N+5 là tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại và nồng độ của dung dịch axit. Thông thường thì dung dịch đặc → NO2, dung dịch loãng → NO; dung dịch axit càng loãng, kim loại càng mạnh thì N bị khử xuống mức càng sâu.

- Để giải bài toán axit nitric tác dụng với kim loại thường được giải bằng phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng. Theo các phương pháp này, có 3 phương trình rất quan trọng cần nhớ là:

ne = nkim loại.hóa trịkim loại = nNO2 + 3nNO + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3

nHNO3 phản ứng = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2 + 10nNH4NO3

mmuối = mkim loại + 62ne

2. Kim loại tác dụng với H2SO4 đặc

- H2SO4 đặc phản ứng được với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối trong đó kim loại có hóa trị cao + H2O + SO2 (S, H2S).

- Sản phẩm khử của S+6 tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại: kim loại có tính khử càng mạnh thì S+6 bị khử xuống mức oxi hóa càng thấp.

- Bài tập kim loại tác dụng với axit sunfuric đặc thường gặp nhất là tạo khí SO2, khi giải thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố:

ne = nkim loại.hóa trịkim loại = 2nSO2

nH2SO4 phản ứng = 2nSO2

mmuối = mkim loại + 96nSO2

- H2SO4 đặc nguội thụ động với Al, Fe và Cr.

*.Kim loại tác dụng với axit không có tính oxi hóa mạnh

Ở bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu về phản ứng của kim loại với axit không có tính oxi hóa mạnh điển hình là axit clohiđric (HCl) và axit sulfuric loãng (H2SO4). Khi làm bài tập về phản ứng của kim loại với axit loại này chúng ta cần chú ý một số vấn đề sau:

- Chỉ các kim loại đứng trước H (trong dãy hoạt động hóa học của kim loại) mới có phản ứng với loại axit này. (Thực tế Pb cũng không tác dụng với loại axit này do tạo thành PbSO4 và PbCl2 kết tủa, kết tủa này sẽ bao kín kim loại Pb nên phản ứng nhanh chóng dừng lại). Với kim loại mạnh (Na; K; Ba; Ca) sau khi tác dụng với axit nếu kim loại dư sẽ tác dụng tiếp với nước.

- Sản phẩm của phản ứng là muối (trong đó kim loại có hóa trị thấp) và khí H2

- Khi giải loại bài tập này chúng ta chú ý áp dụng:

+ Bảo toàn H: nH2 = nH2SO4pư + nHClpư/2

+ Bảo toàn khối lượng: mkim loại pư + maxit pư = mmuối + mH2

*.Kim loại tác dụng với dung dịch muối

- Phản ứng của kim loại với dung dịch muối còn được gọi là phản ứng thuỷ luyện.

- Khi cho kim loại vào dung dịch muối thì xảy ra các khả năng sau:

+ Nếu kim loại là Na, K, Ba, Ca (hoặc một số kim loại kiềm, kiềm thổ khác) thì kim loại tác dụng với nước tạo thành dung dịch kiềm và hiđro. Sau đó kiềm mới tác dụng với dung dịch muối (phản ứng chỉ xảy ra nếu sau phản ứng có kết tủa, bay hơi hoặc điện ly yếu).

+ Với các kim loại khác khi cho vào dung dịch muối thì phản ứng tuân theo quy tắc alpha (α). Kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau khỏi dung dịch. Tuy nhiên ta cũng cần lưu ý đến các cặp oxi hóa - khử của sắt.

Trường hợp nếu có nhiều kim loại hoặc dung dịch chứa nhiều muối thì áp dụng quy tắc alpha dài trước, alpha ngắn sau. Trong quá trình làm bài tập phần này chúng ta chú ý áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp bảo toàn e, phương pháp so sánh....

*.Kim loại tác dụng với nước và kiềm

Trong số các kim loại thường gặp chỉ có một số kim loại tác dụng với nước ở nhiệt độ thường (ta thường gặp là Na, K, Ba, Ca) tạo thành dung dịch kiềm và giải phóng khí hiđro. Chính vì phản ứng với nước mà chúng ta cần chú ý khi cho các kim loại này vào các dung dịch (chẳng hạn như dung dịch kiềm) thì chúng cũng có phản ứng với nước. Ngoài ra một số kim loại khác cũng tác dụng với dung dịch kiềm loãng ở điều kiện thường như nhôm, kẽm, ...

- Phương trình tổng quát:

2M + 2nH2O → 2M(OH)n + nH2

- Trong phản ứng của kim loại với nước cần chú ý:

nOH- = 2nH2

*.Kim loại tác dụng với phi kim

Trong bài viết này chúng ta tìm hiểu về phản ứng của kim loại với phi kim (thường gặp là oxi, lưu huỳnh và clo). Trong phản ứng này cần lưu ý một số vấn đề sau:

1. Với oxi

- Oxi tác dụng mạnh ở nhiệt độ thường với các kim loại mạnh, các kim loại trung bình phản ứng ở nhiệt độ cao còn với các kim loại sau Cu (trong dãy hoạt động hóa học) sẽ không phản ứng (vì vậy chúng ta thấy vàng, bạc và bạch kim thường dùng làm trang sức do vẻ sáng của nó không bị mất do phản ứng với oxi).

- Với sắt phản ứng thường tạo hỗn hợp các oxit lúc này các bạn hãy nhớ đến phương pháp quy đổi hoặc bảo toàn e...

- Nếu lớp oxit tạo ra có cấu trúc đặc khít thì phản ứng sẽ chỉ dừng lại ở bề mặt (như Al; Zn; Sn), còn nếu lớp oxit không khít thì kim loại sẽ bị ăn mòn đến hết. Chính vì vậy mà Al, Zn, Sn hoạt động mạnh hơn Fe nhưng bền hơn và còn được dùng để tráng lên bề mặt của Fe để bảo vệ.

2. Với lưu huỳnh

- Lưu huỳnh là chất rắn nên phản ứng thường không hoàn toàn vì vậy thường gặp bài toán hiệu suất.

- Lưu huỳnh phản ứng với thủy ngân rất dễ nên được dùng làm chất khử độc thủy ngân

- Lưu huỳnh có tính oxi hoá yếu nên thường tạo muối trong đó kim loại có hoá trị thấp (ví dụ sắt thì chỉ tạo muối FeS).

3. Với clo

Với clo là một phi kim mạnh nên phản ứng với các kim loại sẽ tạo thành muối trong đó kim loại có hóa trị cao.

4. Các chú ý khi làm các bài tập tính toán

- Định luật bảo toàn e: Tổng số mol e mà kim loại cho = Tổng số mol e mà phi kim nhận.

- Định luật bảo toàn khối lượng: mkim loại + mphi kim = moxit + mmuối.