Hóa học 9 - Chuyên đề 2: Kim loại

Nội dung text: Hóa học 9 - Chuyên đề 2: Kim loại

1. CHUYÊN ĐỀ 2: KIM LOẠI A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. TÍNH CHẤT HỐ HỌC CỦA KIM LOẠI t0 1. 3Fe + 2O2  Fe3O4 0 t oxit MUỐI + H2 2. 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 3. Fe + 2HCl FeCl2 + H2 4. Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu + O2 + Axit KIM LOẠI + DD Muối + Phi kim MUỐI MUỐI + KL 2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TRỰC TIẾP. a. Nhiệt luyện kim * Đối với các kim loại trung bình và yếu :Khử các oxit kim loại bằng H2,C,CO, Al t0C Ví dụ: CuO + H2  Cu + H2O  * Đối với các kim loại mạnh: điện phân nĩng chảy muối clorua đpnc Ví dụ: 2NaCl  2Na + Cl2  b. Thuỷ luyện kim: điều chế các kim loại khơng tan trong nước * Kim loại mạnh hơn đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dd muối Ví dụ: Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu  * Điện phân dd muối của kim loại trung bình và yếu: đpdd Ví dụ: FeCl2  Fe + Cl2  c. Điện phân oxit kim loại mạnh : đpnc Ví dụ: 2Al2O3  4Al + 3O2  d. Nhiệt phân muối của kim loại yếu hơn Cu: t0C Ví dụ: 2AgNO3  2Ag + O2  + 2NO2 
2. 3. DÃY HOẠT ĐỘNG HĨA HỌC K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, (H), Cu, Ag, Au (Khi Nào May Aĩ Záp Sắt Phải Hỏi Cúc Bạc Vàng) Ý nghĩa: K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Au Pt + O2: nhiệt độ thường Ở nhiệt độ cao Khĩ phản ứng K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Au Pt Tác dụng với nước Khơng tác dụng với nước ở nhiệt độ thường K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Au Pt Tác dụng với các axit thơng thường giải phĩng Hidro Khơng tác dụng. K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Au Pt Kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi muối K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Au Pt H2, CO khơng khử được oxit khử được oxit các kim loại này ở nhiệt độ cao Chú ý: - Các kim loại đứng trước Mg phản ứng với nước ở nhiệt độ thường tạo thành dd Kiềm và giải phĩng khí Hidro. - Trừ Au và Pt, các kim loại khác đều cĩ thể tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc nhưng khơng giải phĩng Hidro. 4. SO SÁNH TÍNH CHẤT CỦA NHƠM VÀ SẮT * Giống: - Đều cĩ các tính chất chung của kim loại. - Đều khơng tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc nguội * Khác: Tính chất Al (NTK = 27) Fe (NTK = 56) Tính chất - Kim loại màu trắng, cĩ ánh kim, - Kim loại màu trắng xám, cĩ ánh vật lý nhẹ, dẫn điện nhiệt tốt. kim, dẫn điện nhiệt kém hơn Nhơm. 0 0 0 0 - t nc = 660 C - t nc = 1539 C
3. - Là kim loại nhẹ, dễ dát mỏng, dẻo. - Là kim loại nặng, dẻo nên dễ rèn. t0 t0 Tác dụng với 2Al + 3Cl2  2AlCl3 2Fe + 3Cl2  2FeCl3 phi kim t0 t0 2Al + 3S  Al2S3 Fe + S  FeS Tác dụng với 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 Fe + 2HCl FeCl2 + H2 axit Tác dụng với 2Al + 3FeSO4 Al2(SO4)3 + 3Fe Fe + 2AgNO3 Fe(NO3)2 + 2Ag dd muối Tác dụng với 2Al + 2NaOH + H2O Khơng phản ứng dd Kiềm 2NaAlO2 + 3H2 Hợp chất - Al2O3 cĩ tính lưỡng tính - FeO, Fe2O3 và Fe3O4 đều là các Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O oxit bazơ Al2O3+ 2NaOH 2NaAlO2 + H2O - Al(OH)3 kết tủa dạng keo, là hợp - Fe(OH)2 màu trắng xanh chất lưỡng tính - Fe(OH)3 màu nâu đỏ Kết luận - Nhơm là kim loại lưỡng tính, cĩ thể - Sắt thể hiện 2 hố trị: II, III tác dụng với cả dd Axit và dd Kiềm. + Tác dụng với axit thơng thường, Trong các phản ứng hố học, Nhơm với phi kim yếu, với dd muối: II thể hiện hố trị III + Tác dụng với H2SO4 đặc nĩng, dd HNO3, với phi kim mạnh: III 5. GANG – THÉP Gang Thép Đ/N - Gang là hợp kim của Sắt với - Thép là hợp kim của Sắt với Cacbon và 1 số nguyên tố khác Cacbon và 1 số nguyên tố khác như Mn, Si, S (%C=25%) (%C<2%) t0 t0 Sản xuất C + O2  CO2 2Fe + O2  2FeO t0 t0 CO2 + C  2CO FeO + C  Fe + CO t0 t0 3CO + Fe2O3  2Fe + 3CO2 FeO + Mn  Fe + MnO t0 t0 4CO + Fe3O4  3Fe + 4CO2 2FeO + Si  2Fe + SiO2 t0 CaO + SiO2  CaSiO3 Tính chất Cứng, giịn Cứng, đàn hồi B. CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1:Tính chất của kim loại
4. Bài 1: Tính chất vật lý nào là đặc trưng của kim loại. Hướng dẫn: Tính chất vật lý đặc trưng của kim loại là tính dẻo, tính dẫn điện, dẫn nhiệt và cĩ ánh kim Bài 2: Dung dịch ZnCl2 cĩ lẫn CuCl2. Kim loại nào sau đây dùng làm sạch dung dịch ZnCl2: Ba, Cu, Mg, Zn. Hướng dẫn: Dung dịch ZnCl2 cĩ lẫn CuCl2. Kim loại dùng làm sạch dung dịch ZnCl2 là: Zn. Do cĩ phản ứng Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu Lọc kết tủa ta thu được dd ZnCl2 tinh khiết Dạng 2: Nhận biết kim loại và hợp chất của kim loại Dựa vào tính chất hố học và các dấu hiệu nhận biết các chất (kết tủa, khí, đổi màu dung dịch ) đã được học để tiến hành nhận biết. - Bước 1: Trích mẫu thử (cĩ thể đánh số các ống nghiệm để tiện theo dõi). - Bước 2: Chọn thuốc thử để nhận biết (tuỳ theo yêu cầu của đề bài: thuốc thử tuỳ chọn, hạn chế hay khơng dùng thuốc thử nào khác). - Bước 3: Cho thuốc thử vào mẫu, trình bày hiện tượng quan sát, rút ra kết luận đã nhận ra hố chất nào. - Bước 4: Viết phương trình phản ứng minh hoạ. Chú ý: Để giải dạng bài tập này ta cần: + Dựa vào màu sắc của các dung dịch. + Các phản ứng hĩa học đặc trưng của các hĩa chất cần nhận biết. + Lập bảng để nhận biết.
5. Bài 1: Cĩ 8 dung dịch chứa: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4. Hãy nêu các thuốc thử và trình bày phương án phân biệt 8 dung dịch nĩi trên. Hướng dẫn: Thuốc thử để phân biệt là: dd BaCl2, dd NaOH. Cách làm như sau: - Trích mẫu thử và đánh số thứ tự. - Cho dd BaCl2 vào 8 dung dịch sẽ thấy ở 4 dung dịch cĩ kết tủa là: Na 2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4 (nhĩm A) cịn 4 dung dịch khơng cĩ hiện tượng gì là: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 (nhĩm B). - Trong mỗi nhĩm A, B đều dùng dd NaOH để thử: + Nhận ra Na2SO4 và NaNO3 khơng cĩ hiện tượng gì + Nhận ra CuSO4 và Cu(NO3)2 tạo kết tủa màu xanh: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ (Xanh) + Na2SO4 Nhận ra MgSO4 và Mg(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng: Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ (Trắng) + 2NaNO3 + Nhận ra FeSO4 và Fe(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng hơi xanh, sau đĩ một lúc kết tủa sẽ chuyển thành màu nâu đỏ FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO4 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ (nâu đỏ) Bài 2: Nhận biết các chất trong mỗi cặp dưới đây chỉ bằng dung dịch HCl a) 4 dung dịch : MgSO4, NaOH, BaCl2, NaCl b) 4 chất rắn : NaCl, Na2CO3, BaCO3, BaSO4 Hướng dẫn:
6. a) Xét khả năng phản ứng của 4 chất, nhận được chỉ cĩ MgSO 4 tạo được kết tủa với 2 dung dịch khác: MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2SO4 MgSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + MgCl2 Suy ra dung dịch cịn lại khơng kết tủa là NaCl. - Dùng axit HCl hịa tan 2 kết tủa thấy kết tủa khơng tan là BaSO 4 → nhận được BaCl2, kết tủa tan là Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O thì nhận được NaOH b) Hịa tan 4 chất rắn bằng dung dịch HCl nhận được BaSO 4 khơng tan, NaCl tan mà khơng cĩ khí bay ra. Cịn: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + CO2↑ + H2O - Thả lần lượt 2 chất rắn Na2CO3, BaCO3 vào 2 dung dịch vừa tạo ra → sẽ nhận ra Na2CO3 cĩ kết tủa: Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3↓ + 2NaCl → Cịn lại là BaCO3. Dạng 3: Tách, tinh chế kim loại và hợp chất của kim loại Nguyên tắc: - Bước 1. Chọn chất X chỉ tác dụng với A (mà khơng tác dụng với B) để chuyển A thành dạng A1 kết tủa, bay hơi, hoặc hịa tan; tách ra khỏi B (bằng cách lọc hoặc tự tách). - Bước 2. Điều chế lại chất A từ chất A1 Bài 1: Nêu phương pháp tách hỗn hợp gồm MgO, Fe2O3, CuO ở thể rắn thành các chất nguyên chất. Hướng dẫn: - Trước tiên ta sẽ khử các oxit kim loại trên bằng hiđro ở nhiệt độ cao (chỉ cĩ oxit kim loại đứng sau nhơm mới bị khử)
7. + Ta cĩ phản ứng khử như sau: CuO + H2 → Cu + H2O; Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O + Cịn lại MgO khơng bị khử. Sau đĩ ta cho các chất thu được tác dụng với axit HCl thì Cu khơng phản ứng và bị oxi hĩa ở ngồi khơng khí tạo thành CuO: 2Cu + O2 → 2CuO. + Ta tách được CuO ra khỏi hỗn hợp. MgO + 2HCl → MgCl2 + H2 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 + Hai muối thu được là MgCl2 và FeCl2 ta cho điện phân dung dịch thì FeCl2 bị điện phân tạo thành Fe, sau đĩ Fe bị oxi hĩa thành Fe2O3 ta tách được Fe2O3. + Muối MgCl 2 khơng bị điện phân dung dịch thì ta điện phân nĩng chảy tạo thành Mg, sau đĩ đốt nĩng thì Mg bốc cháy trong khơng khí tạo ra MgO: MgCl2 → Mg + Cl2 2Mg + O2 → 2MgO - Cuối cùng ta tách được cả ba chất trên ra khỏi hỗn hợp thành các chất nguyên chất. Bài 2: Bằng phương pháp hĩa học hãy tách riêng từng kim loại sau ra khỏi hỗn hợp: Al, Fe, Cu? Hướng dẫn: - Cho hỗn hợp phản ứng với dung dịch kiềm chỉ cĩ Al tan do phản ứng: 2Al + 2NaOH + H2O → 2NaAlO2 + 3H2 - Lọc tách Fe và Cu. Phần nước lọc thu được cho phản ứng với dung dịch HCl vừa đủ sẽ sinh ra kết tủa keo trắng: 2NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3 + NaCl
8. - Lọc kết tủa rồi nung với H2 trong điều kiện nung nĩng ta sẽ thu được Al 2Al(OH)3 + 3H2 → 2Al + 6H2O - Hỗn hợp Fe và Cu cho phản ứng với dung dịch HCl chỉ cĩ Fe phản ứng Fe + HCl → FeCl2 + H2 - Lọc thu được Cu. Phần nước lọc thu được cho phản ứng với dung dịch kiềm sẽ cho kết tủa trắng xanh FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl - Lọc kết tủa nung nĩng ở nhiệt độ cao được FeO Fe(OH)2 → FeO + H2O FeO + H2 → Fe + H2O Dạng 4: Hỗn hợp kim loại tác dụng với axit Dãy hoạt động kim loại K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, (H), Cu, Ag, Au Khi Nào May Áo Záp Sắt Phải Hỏi Cúc Bạc Vàng Dãy được sắp xếp theo chiều giảm dần tính hoạt động hố học (từ trái sang phải). - Một số kim loại vừa tác dụng được với axit và với nước: K, Na, Ba, Ca. Kim loại + H2O → Dung dịch bazơ + H2 - Kim loại vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ: (Be), Al, Zn, Cr 2A + 2(4 – n)NaOH + 2(n – 2)H2O → 2Na4 –nAO2 + nH2 Ví dụ: 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 - Kim loại đứng trước H tác dụng với dung dịch axit HCl, H 2SO4 lỗng tạo muối và giải phĩng H2.
9. Kim loại + Axit → Muối + H2 Lưu ý: - Kim loại trong muối cĩ hố trị thấp (đối với kim loại đa hố trị). - Trừ Au và Pt, các kim loại khác đều cĩ thể tác dụng với HNO 3 và H2SO4 đặc, nĩng nhưng khơng giải phĩng Hidro. Phương pháp giải: - B1: Viết PTHH. - B2: Xử lí số liệu theo dữ kiện đề bài, đặt ẩn số, lập hệ (nếu cần). - B3: Tính số mol chất cần tìm theo PTHH và hệ PT. - B4: Tính tốn theo yêu cầu của bài tốn. Bài 1: Cho 3,79g hỗn hợp hai kim loại là Zn và Al tác dụng với dung dịch H2SO4 lỗng dư, thu được 1792 ml khí (đktc). Tính khối lượng từng kim loại trong hỗn hợp. Hướng dẫn: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 (1) 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2 (2) Số mol khí H2 thu được: Gọi a và b lần lượt là số mol Zn và Al trong hỗn hợp. Khối lượng Zn: 65.0,05 = 3,25 g
10. Khối lượng Al: 27.0,02 = 0,54 gam Bài 2: Hỗn hợp 3 kim loại Fe, Al, Cu nặng 17,4 gam. Nếu hịa tan hỗn hợp bằng axit H2SO4 lỗng dư thì thốt ra 8,96 dm3 H2 (ở đktc). Cịn nếu hịa tan hỗn hợp bằng axit đặc nĩng, dư thì thốt ra 12,32 lít SO 2 (ở đktc). Tính khối lượng mỗi kim loại ban đầu. Hướng dẫn: - Cu khơng tan trong H2SO4 lỗng, chỉ cĩ Fe và Al tan được trong axit lỗng Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑ 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑ - H2SO4 đặc nĩng hịa tan cả 3 kim loại: 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O 2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O - Gọi số mol của Fe, Al, Cu lần lượt là x, y, z ta cĩ hệ phương trình : Khối lượng của sắt ban đầu là : mFe = 0,1. 56 = 5,6 (gam) Khối lượng của nhơm ban đầu là : mAl = 0,2. 27 = 5,4 (gam) Khối lượng của đồng ban đầu là : mCu = 0,1. 64 = 6,4 (gam)