CHƯƠNG 5: ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 1. Phương pháp chống ăn mòn kim loại: a. Phương pháp bảo vệ bề mặt: Phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng một kim loại khác. Nếu lớp bảo vệ bị hư, kim loại sẽ bị ăn mòn. Ví dụ : Sắt tây là sắt tráng thiếc dùng làm hộp đựng thực phẩm. b. Phương pháp điện hóa: Dùng một kim loại có tính khử mạnh hơn làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại. Vật hi sinh và kim loại cần bảo vệ hình thành một pin điện, trong đó vật hi sinh đóng vai trò cực âm và bị ăn mòn Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn chặt những tấm kẽm vào. 2. Nhận biết ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học: a. Ăn mòn hóa học: Thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi nước và khí oxi.. Ví dụ: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 ; 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 b. Ăn mòn điện hóa học: *Điều kiện xảy ra ăn mòn: Đồng thời cả 3 điều kiện sau: - Các điện cực phải khác nhau về bản chất: Kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất. - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn. - Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li - Ví dụ: Cho Fe vào dung dịch bazo: Fe+ Cu 2+ ---> Cu + Fe 2+ Hoặc: Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm. 3. Điều chế kim loại: a. Nguyên tắc : Khử ion kim loại thành kim loại: Mn+ + ne → M b. Phương pháp: - Phương pháp thủy luyện: Đ iều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học thấp như Au, Ag, Hg, Cu bằng cách dùng các kim loại có tính khử mạnh hơn (Fe, Zn ) để khử các ion KL trong dd. Ví dụ: Dùng Fe để khử ion Cu2+ trong dd muối đồng: Fe + CuSO4 ---> FeSO4 + Cu - Phương pháp nhiệt luyện: Điều chế KL có độ hoạt động trung bình như Zn, Fe, Sn, Pb,.. bằng cách khử các ion KL trong hợp chất ở nhiệt độ cao nhờ các chất khử (C, CO, H2) - Phương pháp điện phân: . Điện phân nóng chảy: Điều chế kim loại hoạt động hóa mạnh (K, Na, Ca, Na, Mg, Al) bằng phương phápđiện phân nóng chảy các hợp chất của kim loại (khử ion KL bầng dòng điện) Ví dụ : Điện phân Al2O3 nóng chảy để điều chế Al Ở catot (cực âm) : Al3++ 3e--> Al (Chất khử - Sự oxi hóa) Ở anot (cực dương) : 2O2---> O2 + 4e (Chất oxi hóa - Sự khử) 2Al2O3 ----> (đpnc) 4Al+3O2 . Điện phân dung dịch: Điều chế KL trung bình hoặc yếu bằng cáchđiện phân dung dịch muối của chúng Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu - Ở catot: Cu2+ +2e--> Cu - Ở anot: 2Cl- --> Cl2 + 2e CuCl2---> Cu+Cl2 CHƯƠNG 6: KIM LOẠI KIỀM. KIM LOẠI KIỀM THỔ. NHÔM A. KIM LOẠI KIỀM: Thuộc nhóm IA, gồm: Li: [He]3s1, Na: [Ne]3s1, K: [Ar]4ns1, Rb: [Kr]5s1, Cs: [Xe] 6s1 V Tính chất vật lý và ứng dụng: - Trắng, mềm, ánh kim . Nhiệt độ nóng cháy, độ dẫn điện, độ sôi thấp - Có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối. - Tính khử mạnh (Từ Li đến Cs tính khử tăng dần ) - Bảo quản kim loại kiềm: Ngâm trong dầu hỏa. - Ứng dụng: Hợp kim Natri-Liti làm chất trao đổi trong lò hạt nhân, Liti-nhôm dung trong kỹ thuật hàng không, Cs được dùng làm tế bào quang điện. V Tính chất hóa học: Tác dụng với phi kim: -Với Oxi: 2Na+ O2 --> Na2O2 4Na + O2 --> 2Na2O -Với Clo: 2Na + Cl2 --->2NaCl *Điều chế: Điện phân nóng chảy: 2NaCl -> 2Na+Cl *Tác dụng với hợp chất -Với nước: 2K + H2O -->2KOH+H2 -Với axit: 2Na+ 2HCl -->2NaCl +H2 -Với dung dịch muối: VD: Khi cho Na tác dụng với dung dịch muối CuSO4: 2Na+2H2O-->2NaOH +H2; 2NaOH+CuSO4-->Na2SO4 +Cu (OH) 2 B. HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM: Natri cacbonat: Na2CO3 - Soda khan, chất rắn, màu trắng, dễ tan trong nước - Có môi trường bazơ. - Tác dụng axit: Na2CO3 + HCl--> CO2+ NaCl+H2O - Tác dụng dung dịch muối: Na2CO3 + CaCl2 -->CaCO3+ NaCl - Là hóa chất quan trọng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặc, phẩm nhuộm, giấy, sợi.. Kali nitrat: KNO3 - Tinh thể không màu, bền trong không khí, tan nhiều trong nước - Phản ứng nhiệt phân: 2KNO3 --> 2KNO2 +O2 - Dùng làm phân bón, chế tạo thuốc nổ. Natri Hidrocacbonat: NaHCO3 - Chất rắn, ít trong nước, dễ bị nhiệt phân, lưỡng tính. - Bị phân hủy nhiệ t: 2NaHCO3 ---> (to) Na2CO3 + CO2 + H2O - Tính lưỡng tính: NaHCO3 + HCl--> NaCl + CO2 + H2O NaHCO3 + Ca (OH) 2-->CaCO3+ NaOH + H2O 2NaHCO3 + Ca (OH) 2-->CaCO3+ Na2CO3 + 2H2O - Dùng để chữa bệnh dạ dày, bột nở gây xốp cho các loại bánh. -Điều chế: Na2CO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3 C. KIM LOẠI KIỀM THỔ: thuộc nhóm IIA, gồm: Be Mg Ca Sr Ba Ra. V Tính chất vật lý: - Màu trắng bạc, có thể dát mỏng. - Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao hơn KL kiềm (nhưng vẫn thấp nha). V Tính chất hóa học: Tính khửmạnh, tăng dần từ Beri--> Bari. a. Tác dụng với phi kim: - 2Mg + O2---> 2MgO - Ca + Cl2 -->CaCl2 - 2Mg + CO2 --->2MgO + C Mg cháy trong CO2, không dùng CO2 chữa các đám cháy kim loại Mg b. Tác dụng với axit: - Mg+ 4HNO3đặc-->Mg (NO3) 2+ 2NO2 + 2H2O - 3Mg+ 8HNO3loãng--->3Mg (NO3) 2+ 2NO+ 4H2O - Mg+ 2H2SO4đ --->MgSO4+SO2+ 2H2O c. Tác dụng với nước: Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ: - Ca + 2H2O ---> Ca (OH) 2 + H2 ↑ - Ba + 2H2O --->Ba (OH) 2 + H2 ↑ - Mg không tan trong nước lạnh, tác dụng nước khi đun nóng: û Mg + H2O MgO + H2↑ û Mg + 2H2O --->Mg (OH) 2 + H2 ↑ - Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao. d. Tác dụng với dung dịch muối: - Mg + CuSO4--->MgSO4 + Cu - Mg + FeSO4---> MgSO4 + Fe - Ba + 2H2O + CuSO4---> Cu (OH) 2 + Ba2SO4 + H2 E. Điều chế: Điện phân muối nóng chảy: - CaCl2--> (đpnc) Ca + Cl2 D. HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ: Canxi hidroxit, Ca (OH) 2 - Chất rắn màu trắng, ít tan trong nước, là bazo mạnh. - Mang đầy đủ tính chất của một dung dịch kiềm (tác dụng với axit, oxit axit, muối) - Ứng dụng: + Khử chua đất trồng + Chế tạo sơn vữa xây nhà, chất tẩy trắng. + Điều chế NaOH trong PTN *Canxi cacbonat, CaCO3 -Chất rắn màu trắng, không tan trong nước -Hóa tính: Tác dụng với axit CaCO3+2HCl→ CaCl2 + H2O + CO2 - Tan dần trong nước có chứa khí cacbon dioxit, tạo ra muối tan là canxi hidrocacbonat (Ca (HCO3) 2) : CaCO3 + H2O + CO2 ⇄ Ca (HCO3) 2 =>Phản ứng thuận: Giải thích sự xâm thực của nước mưa đối với đá vôi =>Phản ứng nghịch: Giải thích sự hình thành thạch nhũ có trong hang động. - Ứng dụng: Điều chế thủy tinh, xôda, gan, thép, vôi, cao su. Canxi sunfat, CaSO4 - Chất rắn, màu trắng, tan ít trong nước - Tuỳ theo lượng nước kết tinh trong muối canxi sunfat, ta có 3 loại: ▫ CaSO4.2H2O: thạch cao sống, bền ở nhiệt độ thường. ▫ CaSO4. H2O: Thạch cao nung ▫ CaSO4 có tên là thạch cao khan . Thạch cao khan không tan và không tác dụng với nước. Dùng để nặn tượng, đúc khuôn và bó bột khi gãy xương. E. NƯỚC CỨNG: Nước cứng là nước có chứa nhiều cation Ca2+, Mg2+. Nước chứa ít hoặc không chứa các ion trên được gọi là nước mềm. V Phân loại: + Nước cứng tạm thời: là nước có chứa các ion: Ca2+, Mg2+, HCO3- => Làm mềm: dùng Ca (OH) 2, đun sôi. + Nước cứng vĩnh cửu: là nước có chứa các ion: Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl- => Làm mềm: dùngNa2CO3, Na3PO4 + Nước cứng toàn phần: Là nước có cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu => Nước tự nhiên thường là nước cứng toàn phần. Hoặc có thểlàm mềm nước cứng bằng cáczeolit (vật liệu trao đổi ion vô cơ). F. NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM: 1. NHÔM: V Lý tính: - Màu trắng bạc, khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng, dẫn điện tốt, dẫn điện tốt. V Hóa tính: - Tác dụng với phim kim: 2Al + 3Cl2-->2AlCl3 4Al +3O2 --> 2Al2O3 (t0) - Tác dụng với axit: ü Al + 6HCl --> 2AlCl3 +3H2 ü Al + 4HNO3loãng --> Al (NO3) 3 + NO +2H2O (t0) Không tác dụng (thụ động) trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội. - Tác dụng với oxit kim loại: 2Al +Fe2O3 --> Al2O3 +2Fe (t0) => Phản ứng nhiệt nhôm. - Tác dụng với H2O: - Nếu phá bỏ lớp oxit trên bề mặt nhôm (hoặc tạo thành hh hống Al-Hg) thì nhôm sẽ tác dụng với nước ở t0 thường 2Al + 6H2O --> 2Al (OH) 3 +3H2 - Nhôm không tác dụng với nước , dù ở nhiệt độ cao vì trên bề mặt của nhôm được phủ kín bằng một lớp Al2O3 , bền và mịn. - Tác dụng với dung dịch kiềm: Al2O3 là một oxt lưỡng tính nên lớp màng mỏng Al2O3 trên bề mặt nhôm tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối tan. Khi không còn màng oxit bảo vệ, nhôm sẽ tác dụng với nước tạo ra Al (OH) 3 và giải phóng H2. Al (OH) 3 là hidroxit lưỡng tính nên tác dụng tiếp với dụng với kiềm: ü 2Al + 6H2O --> 2Al (OH) 3 +3H2 ü Al (OH) 3 + NaOH --> NaAlO2 (natri aluminat) +2H2O Ứng dụng: PT tổng hợp: 2Al +2NaOH +H2O --> 2NaAlO2 +3H2 ² Làm vật liệu chế tạo máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ. ² Xây dựng nhà cửa, trang trí nội thất. ² Làm dây dẫn điện thay cho đồng ² Bột nhôm trộn với sắt oxit (tecmit ) thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hàn đường ray v Trạng thái tự nhiên: dạng hợp chất ² Đất sắt: A2O3.2SiO2.2H2O ² Mica: K2O. A2O3.6SiO2 ² Boxit: A2O3.. 2H2O ² Criolit: 3NaF. AlF3 2. HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM: Nhôm oxit Al2O3 - Chất răn màu trắng, không tan trong nước và tác dụng với nước - Là oxit lưỡng tính: T/d với axit: Al2O3 +6HCl --> 2AlCl3+3H2O T/d với dung dịch kiềm: Al2O3+2NaOH --> 2NaAlO2 +3H2O -Ứng dụng: - Quặng boxit dùng để sản xuất nhôm. - Corindon ở dạng tinh thể trong suốt, không màu, rất rắn, dùng để làm đá mài, giấy nhám. Nhôm Hidroxyl: Al (OH) 3 - Là chất rắn màu trắng, dạng keo - Là hidroxyl lưỡng tính Điều chế: - Cho dung dịch muối nhôm tác dụng với dung dịch amoniac AlCl3 + 3NH3 +3H2O==> Al (OH) 3 + 3NH4Cl (1) - Cho từng giọt dung dịch axit mạnh như HCl đến dư vào (1) thấy kết tủa tan ra: Al (OH) 3 + HCl --> AlCl3 +3H2O (2) Cho thêm từng giọt dung dịch kiềm mạnh dư vào (1) thấy kết tủa tan: Al (OH) 3 +NaOH --> NaAlO2 +H2O Muối nhôm Phèn chua là muối sunfat kép của nhôm và kali ngậm nước, có công thức hóa học là K2SO4. Al2 (SO4) 3.24H2O, viết gọn là KAl (SO4) 2.12H2O
