Chào mừng các em học sinh đến với chuyên mục ôn tập Hóa học 12! Kim loại là một phần kiến thức vô cùng quan trọng, không chỉ xuất hiện nhiều trong đề thi tốt nghiệp THPT mà còn ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Để giúp các em hệ thống hóa và nắm vững kiến thức, bài viết này sẽ đi sâu vào Chuyên Đề Đại Cương Về Kim Loại Hóa 12, cung cấp cái nhìn toàn diện từ cấu tạo, tính chất đến các phương pháp điều chế.
Việc nắm vững Chuyên Đề Đại Cương Về Kim Loại Hóa 12 sẽ là nền tảng vững chắc để các em giải quyết các bài tập liên quan và tự tin hơn khi bước vào phòng thi.
Mục lục
Khái Quát Chung Về Kim Loại
Kim loại là nhóm các nguyên tố hóa học có những tính chất vật lí và hóa học đặc trưng. Chúng chiếm phần lớn trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn
Các nguyên tố kim loại chủ yếu nằm ở nhóm IA, IIA, IIIA (trừ Boron), các nhóm B (kim loại chuyển tiếp), và một phần các nhóm IVA, VA, VIA.
Cấu tạo nguyên tử kim loại
Nguyên tử kim loại thường có ít electron ở lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3 electron). Bán kính nguyên tử tương đối lớn, độ âm điện và năng lượng ion hóa nhỏ. Điều này giải thích vì sao kim loại dễ dàng nhường electron để tạo thành ion dương.
Cấu tạo mạng tinh thể kim loại và liên kết kim loại
Các nguyên tử kim loại liên kết với nhau bằng liên kết kim loại và tạo nên mạng tinh thể kim loại. Ba kiểu mạng tinh thể phổ biến là lập phương tâm khối (vd: Na, K), lập phương tâm diện (vd: Fe, Cu, Al), và lục giác chặt (vd: Mg, Zn). Liên kết kim loại được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa ion dương kim loại và các electron hóa trị tự do.
Tính chất vật lí chung của kim loại
Electron tự do là “thủ phạm” chính tạo nên các tính chất vật lí chung của kim loại: tính dẻo (có thể kéo sợi, dát mỏng), tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt (do electron tự do chuyển động có hướng khi có hiệu thế/chênh lệch nhiệt độ), và có ánh kim (do electron tự do phản xạ ánh sáng).
Tính Chất Hóa Học Đặc Trưng Của Kim Loại
Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử (xu hướng nhường electron) để tạo thành ion dương:
M → Mn+ + ne
Tác dụng với phi kim
Kim loại tác dụng với nhiều phi kim như O2, Cl2, S… tạo thành oxit, muối halogenua, hoặc muối sulfide.
Ví dụ: 2Na + Cl2 → 2NaCl
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (ở nhiệt độ cao)
Tác dụng với dung dịch axit
Với dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng: Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học có thể phản ứng, giải phóng khí H2.
Ví dụ: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Với dung dịch axit HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng: Kim loại (trừ Au, Pt) có thể phản ứng tạo ra muối, nước và sản phẩm khử của N (+5) hoặc S (+6). Không giải phóng H2.
Ví dụ: Cu + 4HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Lưu ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
Tác dụng với dung dịch muối
Kim loại có tính khử mạnh hơn có thể đẩy kim loại có tính khử yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó (với điều kiện kim loại mạnh không tác dụng với nước ở điều kiện thường).
Ví dụ: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Không xảy ra phản ứng: Cu + FeSO4 → X
Lưu ý: Kim loại kiềm, kiềm thổ sẽ tác dụng với nước trong dung dịch trước rồi oxit/bazơ tạo thành mới tác dụng với muối.
Tác dụng với nước
Các kim loại kiềm (Na, K…), kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, Sr) tác dụng dễ dàng với nước ở nhiệt độ thường tạo thành bazơ và giải phóng H2.
Ví dụ: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ thường, nhanh hơn ở nhiệt độ cao.
Dãy Điện Hóa Của Kim Loại
Dãy điện hóa (hay dãy hoạt động hóa học của kim loại) sắp xếp các cặp oxi hóa – khử của kim loại theo chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại (và giảm dần tính khử của kim loại tương ứng).
Ví dụ một phần dãy: K+/K, Na+/Na, Mg2+/Mg, Al3+/Al, Zn2+/Zn, Fe2+/Fe, H+/H2, Cu2+/Cu, Ag+/Ag, Au3+/Au.
Ý nghĩa của dãy điện hóa rất quan trọng trong việc dự đoán chiều phản ứng oxi hóa – khử giữa kim loại và ion kim loại.
Hợp Kim
Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại chủ yếu và một hoặc nhiều kim loại hoặc phi kim khác. Ví dụ phổ biến là gang, thép (hợp kim của Fe với C và một số nguyên tố khác), đồng thau (Cu-Zn), đồng bạch (Cu-Ni).
Tính chất của hợp kim thường khác với tính chất của các kim loại thành phần, ví dụ cứng hơn, bền hơn, hoặc có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.
Điều Chế Kim Loại
Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại.
Mn+ + ne → M
Các phương pháp điều chế kim loại bao gồm:
Phương pháp Thủy luyện
Dùng kim loại có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại yếu hơn trong dung dịch muối. Thường dùng để điều chế kim loại có hoạt động trung bình và yếu (vd: Cu, Ag).
Ví dụ: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Phương pháp Nhiệt luyện
Dùng các chất khử mạnh (như CO, H2, C, Al) để khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao. Thường dùng để điều chế kim loại có hoạt động trung bình (vd: Fe, Mn, Cr).
Ví dụ: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (nhiệt độ)
Phương pháp Điện phân
Dùng dòng điện một chiều để khử ion kim loại. Là phương pháp quan trọng nhất, có thể điều chế hầu hết các kim loại.
Điện phân nóng chảy: Áp dụng cho các kim loại hoạt động mạnh (kim loại kiềm, kiềm thổ, Al) từ muối halogenua hoặc oxit nóng chảy.
Ví dụ: 2Al2O3 → 4Al + 3O2 (điện phân nóng chảy, xúc tác criolit)
Điện phân dung dịch: Áp dụng cho các kim loại hoạt động trung bình và yếu, từ dung dịch muối của chúng.
Ví dụ: CuSO4 + H2O → Cu + H2SO4 + ½ O2 (điện phân dung dịch)
Như vậy, chúng ta đã cùng nhau điểm qua những kiến thức cốt lõi nhất trong Chuyên Đề Đại Cương Về Kim Loại Hóa 12. Từ cấu tạo đặc trưng, các tính chất hóa học phong phú đến dãy điện hóa và các phương pháp điều chế quan trọng.
Việc ôn tập kỹ lưỡng phần kiến thức này sẽ giúp các em tự tin hơn rất nhiều trong các bài kiểm tra cũng như kỳ thi cuối cấp. Hãy luyện tập thêm các dạng bài tập liên quan để củng cố kiến thức về Chuyên Đề Đại Cương Về Kim Loại Hóa 12 nhé! Chúc các em học tốt!
