Lý thuyết kim loại và phi kim - Hóa đại cương 1 | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia HCM

CHUYÊN ĐỀ 21 KIM LOẠI V
À PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI A. LÍ THUYẾT
I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KIM LOẠI 1. Tính dẻo
Khi tác dụng cơ học đủ mạnh lên kim loại, nó bị biến dạng.
Sự biến dạng này là do các lớp mạng tinh thể kim loại trượt lên nhau. Nhưng các lớp mạng tinh thể này không
tách rời nhau mà vẫn liên kết với nhau nhờ các electron tự do luôn luôn di chuyển qua lại giữa các lớp màng
tinh thể. Do vậy, kim loại có tính dẻo.
Những kim loại có tính dẻo hơn cả là Au, Ag, Al, Cu, Sn….. 1
Người ta có thể dát được những lá vàng mỏng tới
mm và ánh sáng có thể đi qua được. 20000 2. Tính dẫn điện
Nối kim loại với nguồn điện, các electron tự do trong kim loại chuyển động thành dòng. Nhiệt độ của kim loại
càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm. Hiện tượng này được giải thích như sau: ở nhiệt độ cao,
tốc độ dao động của các ion dương kim loại càng lớn, sự chuyển động của dòng electron tự do càng bị cản trở.
Những kim loại khác nhau có tính dẫn điện khác nhau là do mật độ electron tự do của chúng không giống nhau. -
Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, tiếp theo là Cu, Au, Al, Na, W, Fe, Cr, Pb …. - B
ạᴄ là kim loại đứng đầu ᴠề khả năng dẫn điện. Tuу đứng đầu ᴠề khả năng dẫn điện nhưng ì ᴠ bạᴄ là kim
loại ᴄó giá thành đắt đỏ ᴠì thế người ta không ѕử dụ ạᴄ
ng b ᴄho ngành ᴄông nghiệp điệ у
n, tha ᴠào đó bạᴄ đượᴄ dùng để làm đồ ѕứᴄ, đúᴄ trang
tiền hoặᴄ tráng gương…
- Nằm ở ᴠị trí thứ 2 ᴠề khả năng dẫn điện đó là đồng. Đồng là kim loại mềm rất dễ u n ố à ᴠ tạo hình, do ᴠậу
đồng đượᴄ хem là ᴠật ᴄhất ᴄhế tạo dâу dẫn điện phổ biế ất. Đồng n nh
đượᴄ хem là ᴄhất ᴄhế tạo dâу dẫn điện tốt nhất.
- Nằm ở ᴠị trí thứ 3 ng đứ
ѕau đồng đó ᴄhính là àng. ᴠ
Vàng là kim loại quý, có giá thành cao, bền với môi
trường … nên nó đượᴄ đùng để làm đơn ᴠị trao đổi tiền tệ ᴠà trang ѕứᴄ. Tiếp theo vàng là Al, Na, W, Fe, Cr, Pb …. 3. Tính dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt của kim loại là thước đo khả năng dẫn nhiệt của kim loại đó. Hay nói cách khác, đây chính là
tính truyền nhiệt của kim loại khi nó bị làm lạnh hoặc đốt nóng.
Đốt nóng một đây kim loại, những electron tự do ở đây di chuyển nhanh hơn. Trong quá trình chuyển động,
những electron này truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng có nhiệt độ thấp hơn, vì vậy kim loại dẫn nhiệt được.
Nói chung những kim loại nào dẫn điện tốt thì dẫn nhiệt tốt. -
Những kim loại khác nhau có khả năng dẫn nhiệt không giống nhau.
- Tính dẫn nhiệt của các kim loại giảm theo thứ tự Ag, Cu, Al, Zn, Fe,… 4. Ánh kim
Hầu hết kim loại đều có ánh kim, vì các electron tự do trong kim loại đã phản xạ tốt những tia sáng có bước
sóng mà mắt ta có thể nhìn thấy được Tóm l
ại, những tính chất của kim loại nói trên là do electron tự do trong kim loại tạo ra.
II. TÍNH CHẤT KHÁC CỦA KIM LOẠI 1. Tỉ khối
Những kim loại khác nhau có tỉ khối khác nhau rõ rệt.
Ví dụ kim loại nhẹ nhất là Li (0,5), kim loại nặng nhất nhất là Os (22,6)
Quy ước những kim loại có tỉ khối nhỏ hơn 5 là kim loại nhẹ, như Na, K, Mg, Al…..
Những kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 là kim loại nặng, như Fe, Zn, Cu, Ag, Au…
2. Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ của kim loại loại cũng khác nhau. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg (-390C), Kim loại
có nhiệt độ nóng chảy cao nhất là W (34220C) 3. Tính cứng
Những kim loại khác nhau có tính cứng khác nhau.
Có kim loại mềm như sáp, dùng dao cắt được dễ dàng như Na, K, Rb, Cs. Cs là kim loại mềm nhất.
Ngược lại có kim loại rất cứng không thể dũa được như W, Cr. Cr là kim loại cứng nhất.
Những tính chất: tỉ khối, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng của kim loại phụ thuộc chủ yếu vào bán kính và điện
tích ion, khối lượng nguyên tử, mật độ electron tự do trong kim loại.
Bài tập vận dụng:
Câu 1: Trong tất cả các kim loại sau đây, kim loại nào dẫn điện tốt nhất? A. Vàng (Au) B. Bạc (Ag) C. Đồng (Cu) D. Nhôm (Al) Câu 2:
Trong tất cả các kim loại sau đây, kim loại nào có nhiệt độ nóng chảy cao nhất? A. Vonfam (W) B. Đồng (Cu) C. Sắt (Fe) D. Kẽm (Zn)
Câu 3: Trong tất cả các kim loại sau đây, kim loại nào dẻo nhất? A. Đồng (Cu) B. Nhôm (Al) C. Bạc (Ag) D. Vàng (Au) Câu 4:
Kim loại nào sau đây nhẹ nhất (có khối lượng riêng nhỏ nhất) ? A. Liti (Li) B. Na (Natri C. Kali (K) D. Rubiđi (Rb)
Câu 5: Kim loại được dùng làm vật liệu chế tạo vỏ máy bay do có tính bền và nhẹ, đó là kim loại: A. Na B. Zn C. Al D. K
Câu 6: Kim loại được dùng làm đồ trang sức vì có ánh kim rất đẹp, đó là các kim loại: A. Ag, Cu B. Au, Ag C . Au, Al D. Ag, Al Câu 7:
Kim loại đã được tìm ra cách đây hơn 6000 năm, đó là kim loại: A. Nhôm B. Kẽm C. Sắt D. Đồng
Câu 8: 1 mol nhôm ( nhiệt độ, áp suất trong phòng thí nghiệm ), khối lượng riêng 2,7 g/ cm3 , có thể tích tương ứng là: A. 10 cm3 B. 11 cm3 C. 12cm3 D. 13cm3
Câu 9: 1 mol kali ( nhiệt độ áp suất trong phòng thí nghiệm ), khối lượng riêng 0,86 g/ cm3, có thể tích tương ứng là: A. 50 cm3 B. 45,35 cm3 C. 55, 4cm3 D. 45cm3
Câu 10: 1 mol đồng ( nhiệt độ áp suất trong phòng thí nghiệm ), thể tích 7,16 cm3, có khối lượng riêng tương ứng là: A. 7,86 g/cm3 B. 8,3g/cm3 C. 8,94g/cm3 D. 9,3g/cm3 ĐÁP ÁN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B A D A C B D A B C
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
1. TÁC DỤNG VỚI PHI KIM
a. Tác dụng với oxi
- Kim loại (trừ Au, Ag, Pt) tác dụng với oxi tạo oxit. 2Cu + O 0 t 2 ⎯⎯ → CuO 3Fe + O 0 t 2 ⎯⎯ → Fe3O4
b. Tác dụng với phi kim khác
- Tác dụng với Cl2: tạo muối clorua (kim loại có hóa trị cao nhất) Cu + Cl 0 t 2 ⎯⎯ → CuCl2 2Al + 3Cl 0 t 2 ⎯⎯ → 2AlCl3 2Fe + 3Cl2 2FeCl → 3 Nếu Fe dư: Fedư + 2FeCl3 3FeCl → 2
- Tác dụng với lưu huỳnh: khi đun nóng tạo muối sunfua (trừ Hg xảy ra ở nhiệt độ thường) 0 Cu + S t ⎯⎯ → CuS Fe + S 0t ⎯⎯ → FeS Hg + S → HgS
=> Khi cần gom thủy ngân dùng bột thủy ngân tuyệt đối không để tay tiếp xúc trực tiếp với thủy ngân. VD: vỡ cặp nhiệt độ
2. TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT (HCl, H2SO4 loãng….) Fe + HCl → FeCl2 + H2
Zn + H2SO4 loãng → ZnSO4 + H2
Chú ý: Khi cho các kim loại đứng trước H phản ứng với dung dịch muối axit NaHSO4 hoặc KHSO4 thì đều có khí H2 thoát ra.
Fe + 2NaHSO4 → FeSO4 + Na2SO4 + H2
Chú ý: Với axit H2SO4 đặc, nóng. 2Ag + H 0 t 2SO4 (đặc) ⎯⎯ → Ag2SO4 + SO2 + 2H2O 2Al + 6H 0 t 2SO4 (đặc) ⎯⎯ → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa (Không phản ứng).
3. TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Chú ý:
- Khi cho Mg, Al, Zn vào dung dịch muối sắt (III) thì thứ tự phản ứng là:
Mg + 2FeCl3 → MgCl2 + 2FeCl2
Mg(dư) + FeCl2 → MgCl2 + Fe
- Fe phản ứng với dung dịch AgNO3
thì thứ tự phản ứng là:
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag
Fe(NO3)2 + AgNO3 (dư) → Fe(NO3)3 + Ag
- Fe và Cu đều phản ứng với dung dịch muối sắt (III): Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2
- Nếu cho kim loại kiềm, kiềm thổ vào dung dịch muối thì phản ứng đầu tiên là kim loại phản ứng với nước.
- Kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn (trừ Na, K, Ca, Ba…) có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi
dung dịch muối, tạo thành muối mới và kim loại mới.
IV. DÃY HOẠT ĐỘNG HÓA HỌC VÀ DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI.
1. Dãy hoạt động hóa học của kim loại là gì?
- Dãy hoạt động hóa học của kim loại là dãy các kim loại được sắp xếp theo chiều giàm dần mức độ hoạt động hóa học của chúng.
- Dãy hoạt động hóa học của kim loại. K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
Tan trong nước ở - Không tan trong nước ở nhiệt độ
- Không tan trong nước ở nhiệt độ nhiệt độ thường thường thường
- Tan trong axit HCl, H2SO4 loãng
- Không tan trong axit HCl, H2SO loãng
2. Ý nghĩa của dãy hoạt động hóa học của kim loại
a. Mức độ hóa học của các kim loại giảm dần từ trái sang phải
K là kim loại hoạt động mạnh nhất và Au là kim loại hoạt động kém nhất.
b. Kim loại đứng trước Mg (K, Ba, Ca, Na) phản ứng được với nước ở nhiệt độ thường. 2 Na + 2H2O → 2NaOH + H2 Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2
c. Kim loại đứng trước H tác dụng với dung dịch axit (HCl; H2SO4 loãng,….) tạo ra H2 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑
Cu + 2HCl → không phản ứng (vì Cu đứng sau H)
d. Kim loại không tan trong nước ở nhiệt độ thường đẩy được kim loại đứng sau nó ra khỏi dung dịch muối. Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
Chú ý: Khi cho Na vào dung dịch CuCl2 thì:
+ Na phản ứng với nước trước: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
+ Sau đó xảy ra phản ứng: CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2Ag
3. Dãy điện hóa của kim loại.
Dãy điện hóa chuẩn của kim loại là dãy những cặp oxy hóa khử của -
kim loại được sắp xếp theo chiều thế điện
cực chuẩn của các cặp oxi hóa khử tăng dần. -
Dưới đây là dãy điện hóa của một số kim loại thông dụng:
K+/ Ba2+/ Ca2+/ Na+/ Mg2+/ Al3+/ Zn2+/ Fe2+/ Ni2+/ Sn2+/ Pb2+/ H+/ Cu2+/ Fe3+/ Ag+/ Au3+/ K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Au V. I VÀ B ĂN MÒN KIM LOẠ
ẢO VỆ KIM LOẠI KHÔNG BỊ ĂN MÒN
1. Sự ăn mòn kim loại là gì?
- Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại, hợp kim trong môi trường tự nhiên.
- Nguyên nhân: do kim loại tác dụng với những chất mà nó tiếp xúc trong môi trường (nước, không khí, đất)
2. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại
a. Ảnh hưởng của các chất có trong môi trường -
Sự ăn mòn kim loại không xảy ra hoặc xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào các chất có trong môi trường Ví dụ:
+ Đinh sắt trong không khí khô không bị ăn mòn
+ Đinh sắt trong nước có hòa tan oxi bị ăn mòn chậm
+ Đinh sắt trong dung dịch muối ăn bị hòa tan nhanh
+ Đinh sắt trong nước cất không bị ăn mòn
b. Ảnh hướng của nhiệt độ
- Ở nhiệt độ cao sẽ làm cho sự ăn mòn xảy ra nhanh hơn
3. Những biện pháp bảo vệ kim loại không bị ăn mòn
a.Ngăn không cho kim loại tiếp xúc với môi trường
Bằng cách phủ lên bề mặt kim loại một lớp bền vững môi trường: sơn mạ, tráng men, bôi dầu mỡ
Để đồ vật nơi khô ráo, thường xuyên lau chùi sạch sẽ sau khi sử dụng cũng làm cho kim loại bị ăn mòn chậm hơn Ví dụ:
+ Thép được bôi dầu mỡ
+ Sơn chống ăn mòn kết cấu thép các công trình trên biển
b. Chế tạo các hợp kim ít bị ăn mòn
Chế tạo hợp kim ít bị ăn mòn: inox, hợp kim nhôm
Ví dụ: Cho thêm vào thép một số kim loại như crom, niken làm tăng độ bền của thép
4. Bài tập vận dụng Bài 1:
Chất nào sau đây trong khí quyển không gây ra sự ăn mòn kim loại A. O2 B. CO2 C. H2O D. N2 Bài 2:
Các dụng cụ như: cuốc, xẻng, dạo, búa… khi lao động xong con người ta phải lau, chùi (vệ sinh) các thiết bị
này. Việc làm này nhằm mục đích đúng nhất là:
A. Thể hiện tính cẩn thận của người lao động
B. Làm các thiết bị không bị gỉ C. Để cho mau bén
D. Để sau này bán lại không bị lỗ Bài 3:
Hãy cho biết kết luận nào sau đây đúng?
A. Ăn mòn hóa học là một quá trình oxi hóa-khử trong đó kim loại là chất bị ăn mòn
B. Ăn mòn hóa học xảy ra tại bề mặt kim loại
C. Ăn mòn hóa học càng mạnh khi nồng độ chất ăn mòn càng lớn và nhiệt độ càng cao D. Cả A, B, C đều đúng Bài 4:
Phản ứng hoá học nào xảy ra sự ăn mòn kim loại ? A.Phản ứng trao đổi.
B.Phản ứng oxi hoá – khử. C Phản ứng thủy phân.
D.Phản ứng axit – bazơ. Bài 5:
Kim loại nào sau đây có khả năng tự tạo ra màng oxit bảo vệ khi để ngoài không khí ẩm ? A. Al. B. Fe. C. Ca. D. Na. Bài 6:
Một sợi dây phơi quần áo gồm một đoạn dây đồng nối với một đoạn dây thép. Hiện tượng nào sau đây xảy ra
ở chỗ nối hai đoạn dây khi để lâu ngày? A. Sắt bị ăn mòn.
B. Sắt và đồng đều bị ăn mòn. C. Đồng bị ăn mòn.
D. Sắt và đồng đều không bị ăn mòn. Bài 7:
Đinh sắt bị ăn mòn nhanh nhất trong trường hợp nào sau đây?
A. Ngâm trong dung dịch HCl.
B. Ngâm trong dung dịch HgSO4.
C. Ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng .
D. Ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng có nhỏ thêm vài giọt dung dịch CuSO4. Bài 8:
Sắt tây là sắt tráng thiếc. Nếu lớp thiếc bị xước sâu tới lớp sắt thì kim loại bị ăn mòn trước là : A. thiếc. B. Sắt .
C. Cả hai đều bị ăn mòn như nhau.
D. không kim loại nào bị ăn mòn. Bài 9:
Sau một ngày hoạt động, người ta phải làm vệ sinh bề mặt kim loại của các thiếc bị máy móc, dụng cụ lao
động. Việc làm này có mục đích chính là gì ?
A. Để kim loại sáng bóng đẹp mắt.
B. Để không gây ô nhiễm môi trường.
C. Để không làm bẩn quần áo khi làm việc.
D. Để kim loại đỡ bị ăn mòn. Bài 10:
Một số hoá chất được để trên ngăn tủ có khung bằng kim loại. Sau một thời gian, người ta thầy khung kim
loại bị gỉ. Hoá chất nào dưới đây có khả năng gây ra hiện tượng trên? A. Ancol etylic. B. Dây nhôm. C. Dầu hoả. D. Axit clohidric. Bài 11:
Sự phá huỷ kim loại hay hợp kim do kim loại tác dụng trực tiếp với các chất oxi hoá trong môi trường được gọi là : A. sự khử kim loại.
B. sự tác dụng của kim loại với nước. C. sự ăn mòn hóa học.
D. sự ăn mòn điện hoá học. Bài 12:
Hãy cho biết kết luận nào sau đây ĐÚNG ?
A. ăn mòn hoá học là một quá trình oxi hóa khử trong đó kim loại là chất bị ăn mòn. -
B. ăn mòn hoá học càng mạnh khi nồng độ chất ăn mòn càng lớn và nhiệt độ càng cao.
C. ăn mòn hoá học xảy ra tại bề mặt của kim loại.
D. Cả A, B, C đều đúng. Bài 13:
Phát biểu nào sau đây KHÔNG đúng ?
A. Ăn mòn kim loại là sự hủy hoại kim loại và hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh.
B. Ăn mòn kim loại là một quá trình hóa học trong đó kim loại bị ăn mòn bởi các axit trong môi trường không khí.
C. Trong quá trình ăn mòn, kim loại bị oxi hóa thành ion của nó.
D. Ăn mòn kim loại được chia làm hai dạng : ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học Bài 14:
Khi cho vài giọt dung dịch CuCl2 vào dung dịch HCl đã nhúng sẵn một thanh Al. Hãy cho biết hiện tượng nào sẽ xảy ra sau đó : A. Khí H2 ngừng thoát ra.
B. Khí H2 thoát ra chậm dần.
C. Khí H2 thoát ra nhanh dần.
D. Khí H2 thoát ra với tốc độ không đổi. Bài 15:
Để bảo vệ thép, người ta tiến hành tráng lên bề mặt thép một lớp mỏng thiếc. Hãy cho biết phương pháp chống
ăn mòn kim loại trên thuộc vào phương pháp nào sau đây? A. điện hóa
B. tạo hợp kim không gỉ. C. bảo vệ bề mặt D. dùng chất kìm hãm. Bài 16:
Chất nào sau đây trong khí quyển KHÔNG gây ra sự ăn mòn kim loại ? A. O2 B. CO2 C. H2O D. N2
Bài 16: “ăn mòn kim loại “ là sự phá huỷ kim loại do :
A. Tác dụng hoá học của các chất trong môi trường xung quanh.
B. Kim loại phản ứng hoá học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao.
C. Kim loại tác dụng với dung dịch chất điện ly tạo nên dòng diện. D. Tác động cơ học. Bài 17:
Đốt thanh hợp kim Fe C trong khí oxi, hãy cho biết quá trình ăn mòn nào đã xảy ra? - A. Điện hóa B. hóa học C. Cả 2 loại D. Không xảy ra. Bài 18:
Cho thanh kim loại Mg nhúng vào 100 ml dung dịch muối sunfat của kim loại R nồng độ 1M, sau khối lượng
phản ứng hoàn toàn thấy khối lượng thanh kim loại R tăng 4 gam. Hãy xác định công thức của muối sunfat ? A. CuSO4 B. Fe2(SO4)3 C. FeSO4 D. cả A, B đều đúng. Bài 19:
Nhúng thanh hợp kim Zn-Fe trong dung dịch HCl và thanh sắt tráng Zn vào các dung dịch HCl có cùng nồng
độ và thể tích. Hãy cho biết khí thoát ra ở thí nghiệm nào mạnh hơn? A. thanh hợp kim B. thanh sắt tráng kẽm C. bằng nhau D. không xác định. Bài 20:
Cho m gam hỗn hợp X gồm Cu, Ni, Mg vào dung dịch HCl dư thu được 0,2 mol khí H2 và còn lại 3,2 gam
chất rắn không tan. Hãy cho biết nếu cho toàn bộ m gam hỗn hợp trên vào dd H2SO4 đặc, nóng thu được bao nhiêu mol khí SO2?
A. 0,2 mol B. 0,225 mol C. 0,25 mol D. 0,275 mol Đáp án 1D 2B 3A 4B 5A 6A 7D 8B 9D 10D
11C 12A 13B 14C 15C 16A 17B 18D 19A 20C
VI. HỢP KIM CỦA SẮT
Hợp kim là chất rắn thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc của kim loại và phi kim. 1. Gang
- Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%, ngoài ra còn có một lượng
nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, s,... Gang cứng và dòn hơn sắt. -
Phân loại gang: gang trắng và gang xám.
+ Gang xám: Chứa nhiều C và S, ít cứng và kém giòn hơn gang trắng, dùng chế tạo máy, ống dẫn nước. Gang
xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước,…
+ Gang trắng: Chứa ít C, rất ít Si, chứa nhiều xementit (Fe3C), cứng và giòn, dùng luyện thép. Gang trắng dùng để luyện thép 2. Thép
- Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.
- Thép có nhiều tính chất lí, hóa quý hơn sắt. Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo máy, dụng cụ lao động… -
Phân loại thép: thép thường và thép đặc biệt
+ Thép thường: chứa rất ít S, P, dùng làm cốt thép (trong bê tông)
+ Thép đặc biệt: chứa thêm các nguyên tố khác như Si, Mn, Cr, Ni,W,… có tính chất cơ học, vật lý rất tốt 3. Sản xuất gang
a) Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe304), quặng hematit; than cốc (than
đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO3,...
b) Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.
c) Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).
- Phản ứng tạo thành khí CO: C + O 0 t 2 ⎯⎯ → CO2 C + CO 0 t 2 ⎯⎯ → 2CO
- Dùng CO khử quặng sắt ở phần thân lò, phần giữa thân lò nhiệt độ khoảng 500-6000C 0 3CO + Fe t 2O3 ⎯⎯ → 2Fe + 3CO2 4CO + Fe 0 t 3O4 ⎯⎯ → 3Fe + 4CO2
Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.
- Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 10000C
Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO2 có trong quặng tạo thành xỉ. CaCO3 0t ⎯⎯ → CaO + CO2 CaO + SiO2 CaSiO → 3
Xỉ nhẹ nổi lên trển và được đưa ra ở cửa tháo xỉ. 4. Sản xuất thép
a) Nguyên liệu sản xuất thép:
+ Gang trắng hoặc gang xám, sắt phế liệu
+ Dầu mazut hoặc khí đốt + Khí oxi
b) Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, Mn,…, có trong gang thành oxi rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.
c) Các phương pháp luyện thép
* Phương pháp Bet-xơ me: Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò Bet - -xơ-me
- Oxi nén dưới áp suất 10atm được thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy, do vậy oxi đã oxi hóa rất
mạnh những tạp chất trong gang và thành phần các chất trong thép được trộn đều. - N
gày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này. - Ưu điểm:
+ Các phản ứng xảy ra bên trong khối gang tỏa rất nhiều nhiệt
+ Thời gian luyện thép ngắn
+ Lò cỡ lớn có thể luyện được 300 tấn thép trong thời gian 45 phút.
Thổi oxi vào gang nóng chảy thì các tạp chất bị oxi hóa:
- C và S chuyển thành khí CO2, SO2 thoát khỏi gang: C + O2 → CO2 S + O2 → SO2
- Si và P chuyển thành oxit axit là SiO2 và P2O5 khó bay hơi: Si + O2 →SiO2 4P + 5O2 2P → 2O5
SiO2, P2O5 sẽ tác dụng với CaO tạo CaSiO3, Ca3(PO4)2. Các muối sinh ra dễ nóng chảy, nhẹ hơn thép lỏng,
nổi lên trên, được tách ra 3CaO + P2O5 →Ca3(PO4)2 CaO + SiO2 CaSiO → 3
* Phương pháp Mac-tanh (Lò bằng)
Nhiên liệu là khí đốt hoặc dầu cùng với không khí và oxi được phun vào lò để oxi hóa các tạp chất trong gang.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể kiểm soát được tỉ lệ các nguyên tố trong thép và bổ sung các nguyên
tố cần thiết khác như Mn, Ni, Cr, Mo, W, V,... Do vậy, có thể luyện được những loại thép có chất lượng cao.
Mỗi mẻ thép ra lò có khối lượng chừng 300 tấn trong thời gian từ 5 − 8 giờ. Khoảng 12 − 15% thép trên thế
giới được sản xuất theo phương pháp này. * Phương pháp lò điện
Trong lò điện, các thanh than chì là một điện cực, gang được dùng như là điện cực thứ hai. Hồ quang sinh ra
giữa chúng tạo được nhiệt độ cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so với các loại lò trên. Do vậy phương pháp lò hồ
quang điện có ưu điểm là luyện được những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng
chảy như vonfam (33500C) molipđen (26200C), crom (18900C) và loại được hầu hết những nguyên tố có hại
cho thép như lưu huỳnh , photpho. Nhược điểm của lò hồ quang điện là dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi mẻ thép ra lò không lớn. Chuyên 22: PHI KIM đề A. LÍ THUYẾT
I. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA PHI KIM 1.Tính ch t v ấ t lý : ậ
Trạng thái của phi kim ở điều kiện thường
Phần lớn các phi kim không dẫn Rắn : C, Si, P, S, I2, L ng: Br ỏ 2 Khí : N2 , H2 , O2 , Cl2 , điện , dẫn nhiệt , nhi nóng ch ệt độ ảy B… F2 …
thấp , một sô phi kim độc như : Cl2 , Br2 ,.. 2.Tính ch t hóa h ấ ọc :
a.Tác dụng với kim loại :
- Oxi tác dụng với kim loại tạo thành oxit : 4Na + O2 ⎯ ⎯t→ 2Na2O 3Fe + 2O2 ⎯ ⎯t→ Fe3O4 (Fe2O3.FeO) - Các phi kim tác d ng v ụ
ới kim loại tạo thành mu i : ố 2Na + Cl2 ⎯ ⎯t→ 2NaCl Zn + S ⎯ ⎯t→ ZnS
b.Tác dụng với hiđro : nhiều phi kim tác d ng v ụ
ới hiđro tạo thành hợp chất khí . Cl2 + H2 ⎯ ⎯t→ 2HCl S + H2 ⎯ ⎯t→ H2S
c.Tác dụng với oxi : nhiều phi kim tác dụng với oxi tạo thành oxit axit (trừ F2 , Cl2 , Br2 , I2). C + O2 ⎯ ⎯t→ CO2 4P + 5O2 ⎯ ⎯t→ 2P2O5
II. MỘT SỐ PHI KIM TIÊU BIỂU : 1. So sánh tính ch t hóa h ấ c c ọ a clo và cacbon . ủ a.Tính chất vật lí : Clo Cacbon
Là chất khí màu Cacbon ở trạng thái rắn , màu đen . Than p th có tính hấ màu và ch ụ ất tan trong d
vàng lục, mùi hắc, dịch .
tan được trong * Các dạng thù hình c a cacbon : ủ nước, rất độc . - Dạng thù hình c a ủ nguyên t
ố là những đơn chất khác nhau do cùng m t ộ nguy hóa h c t ọ ạo nên .
- Dạng thù hình c a cacbon : ủ + Kim cương . + Than chì . + Cacbon vô định hình . b.Tính chất hóa h c : ọ Chất Clo Cacbon Tính chất Với H2 Cl2 + H2 ⎯ ⎯t→ 2HCl C + 2H2 ⎯50⎯ ⎯0C→ CH4 Với kim loại 2Fe + 3Cl2 ⎯ ⎯t→ 2FeCl3 2C + Ca ⎯20 ⎯ ⎯0 0C→ CaC2 Với O2
Không phản ứng trực tiếp C + O2 ⎯ ⎯t→ CO2 Với H2O Cl 1000 2 + H2O ⎯  → HCl + HClO C + H2O ⎯ ⎯ ⎯C→ CO + H2 Với dung dịch kiềm Cl2 + 2NaOH ⎯ ⎯ → Không phản ứng NaCl + NaClO + H2O Nước Javen Cl2 + Ca(OH)2 (bột) ⎯ ⎯ → CaOCl2 + H2O Cloruavôi Với dung dịch muối Cl2 + 2FeCl2 ⎯ ⎯t→ 2FeCl3 Không phản ứng Cl2 + NaBr ⎯ ⎯t→ Br2 + 2NaCl Phản ứng oxi hóa khử
Clo thường là chất oxi hóa Cacbonthường là khử . O2 + C ⎯ ⎯t→ CO2 CO2 + C ⎯ ⎯t→ 2CO Fe2O3 + 3C ⎯ ⎯t→ 2Fe + 3CO Phản ứng v ới hiđrocacbon CH4 + Cl2 ⎯ ⎯a → s CH3Cl + HCl Không phản ứng 2.M t s ộ h ố ợp ch t c ấ a cacbon : ủ Cacbon oxit Cacbonđioxit Muối cacbonat (CO) (CO2) Tính Cacbon oxit là chất khí ,
CO2 là chất khí không màu ,
Tính tan : Các mu i cacbonat ố chất
không màu , không mùi , nhẹ nóng hơn không khí 1,5 lần c a kim lo ủ ại kiềm (Trừ Li2CO3) vật lí
hơn không khí , ít tan trong
không duy trì sự cháy , sự s ng ố
, amoni tan tốt trong nước . Các nước , rất độc . .
muối hiđrocacbon tan tốt trong
nước (trừ NaHCO3 ít tan). Tính + Ở u ki điề ện thường CO là + CO2 là m t oxit axit có th ộ ể
Muối cacbonat có tính chất hóa chất
oxit trung tính , không tác phản ng gi ứ
ữa oxit bazơ , dung học chung c ủa mu i . ố hóa
dụng với nước , kiềm , axit . dịch bazơ . + Tác dụng với axit . h c ọ
+ CO là chất khử : ở nhiệt độ CaO + CO2 ⎯ ⎯ → CaCO3 2HCl + CaCO3 ⎯ ⎯ → CaCl2 cao CO kh
ử được nhiều oxit CO2 + 2NaOH ⎯ ⎯ → Na2CO3 + CO2 + H2O
kim loại : Fe2O3 , CuO , PbO + H2O + Tác dụng với kiềm . ,…
+ Khi tan trong nước CO2 tạo NaHCO3 + NaOH ⎯ ⎯ → CuO + CO ⎯ ⎯t→ Cu + CO2
thành dung dịch axit cacbonic Na2CO3 + H2O Fe3O4 + 4O2 ⎯ ⎯t→ 3Fe + CO2 + H2O ⎯  →H2CO3 + Phản ng nhi ứ ệt phân . 4CO2 t + Ngoài ra CO 2NaHCO3 ⎯ ⎯ → Na2CO3 + CO2 2 còn tác d ng ụ
+ Ngoài ra còn tác dụng được được v ới : C , Mg , Al , … + H2O
với nhiều chất khác như : CO t 2CO CaCO3 ⎯ ⎯t→ CaO + CO2 2CO + O 2 + C ⎯ ⎯ → 2 ⎯ ⎯t→ 2CO2 CO t 2MgO + C CO + 3H 2 + 2Mg ⎯ ⎯ → 2 ⎯t ⎯ ⎯ ,Ni→
 Ta không dùng CO2 để dập CH4 + H2O tắt đám cháy Mg và Al . 3.Silic (Si) * Silic
- Là chất rắn , màu xanh khó nóng chảy , có vẻ sáng c a kim lo ủ
ại , dẫn điện kém . Silic là chất bán dẫn . - Si phản ng v ứ
ới nhiều phi kim và kim loại . Ví dụ : Si + O2 ⎯ ⎯t→ SiO2 Si + 2S ⎯ ⎯t→ Si S2 Si + 2Mg ⎯ ⎯t→ Mg2S i
- Si không phản ứng với hiđro .
* Hợp chất của silic công nghi –
ệp siliccat : trong t nhiên h ự n h ỗ ợp silic chỉ t n t
ồ ại ở dạng hợp chất như :
thạch anh (SiO2 nguyên chất) , cát trắng (SiO2 có lẫn tạp chất) , đất sét (Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O ) * Silic đioxit (SiO2)
- Tinh thể trắng , khó nóng chảy , khó sôi , khi làm ngu i châm kh ộ i nóng ch ố
ảy tạo nên dạng vô định hình là thủy tinh thạch anh .
- Silic đioxit là oxit axit tác dụng với kiềm , oxit bazơ tạo thành mu i siliccat ố ở nhi cao . ệt độ Ví dụ : SiO2 + 2NaOH ⎯ ⎯t→ Na2SiO3 + H2O SiO2 + CaO ⎯ ⎯t→ CaSiO3
- Silic phản ứng với kim loại Mg , C. Ví dụ : SiO2 + 2Mg ⎯ ⎯t→ 2MgO + Si
* Công nghiệp silicat : là sản xu g
ất đồ ốm , xi măng , thủy tinh .
III. Sơ Lược Về Bảng Tuần Hoàn Các Nguyên Tố Hóa Học
1) NGUYÊN TẮC SẮP XẾP CÁC NGUYÊN TỐ :
Các nguyên tố trong bảng tuần hoàn các nguyên t
ố được sắp xếp theo chi n c ều tăng dầ
ủa điện tích hạt nhân nguyên tử .
2) CẤU TẠO BẢNG TUẦN HOÀN : a) Ô nguyên t : ố Cho biết : s hi
ố ệu nguyên t , KHHH , tên nguyên t ử , nguyên t ố kh ử i nguyên t ố ố đó . Ví dụ : S hi ố ệu nguyên t . ử 20 KHHH . Ca Tên nguyên t . ố Nguyên tử kh i . ố Canxi Số hiệu nguyên t là s ử ố thứ t c ự ủa nguyên t trong b ố ảng tuần hoàn . S hi
ố ệu có trị số bằng s proton trong ố hạt nhân nguyên t c ử ủa nguyên t ố đó . b) Chu kỳ : - Chu k g
ỳ ồm các nguyên t mà nguyên t ố ử c a chúng có cùng s ủ l ố c s ớp electron và đượ ắp xếp thành hàng theo chi n c ều tăng dầ
ủa điện tích hạt nhân.
Số thứ tự chu k = s ỳ l ố ớp electron
Hiđro có 1 lớp electron, ở chu kỳ 1.
Silic có 3 lớp electron, ở chu kỳ 3. c) Nhóm
- Nhóm gồm các nguyên t mà nguyên t ố c ử a chúng có s ủ
ố electron lớp ngoài cùng b c s ằng nhau và đượ ắp
xếp thành một c t theo chi ộ
ều tăng của điện tích hạt nhân nguyên t . ử
Số thứ tự của nhóm = s electron ố
ở lớp ngoài
3. SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ TÍNH CHẤT CÁC NGUYÊN TỐ
TRONG BẢNG TUẦN HOÀN a) Trong m t chu k ộ
ỳ (từ trái sang phải) - S electron l ố
ớp ngoài cùng c a nguyên t ủ
ử các nguyên tố tăng dần từ 1 đến 8 electron .
- Tính kim loại c a các nguyên t ủ gi ố ng th ảm đồ
ời tính phi kim c a nguyên t ủ ố tăng dần . - u chu k Đầ là kim lo ỳ
ại mạnh , cu i là phi kim m ố
ạnh , kết thúc là chu k là khí hi ỳ ếm (t chu k ừ 1 và chu k ỳ ỳ 7) b) Trong m t nhóm (t ộ ừ trên xu ng) ố - S electron c ố
ủa các nguyên tử tăng dần , tính kim loại của các nguyên tố tăng dần , đồng thời tính phi kim c a nguyên t ủ ố giảm dần .
4. Ý NGHĨA CỦA BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
a) Biết được vị trí của nguyên tố suy ra c u t ấ o nguyên t ạ ử và tính ch t c ấ a nguyên t ủ ố . Ví dụ : Biết nguyên tố A ố
có s hiệu 11 , ta biết : - A ở ô s
ố 11 có điện tích hạt nhân bằng 11+ và có s electron là 1 ố 1 . - A ở chu k 3 , có ba l ỳ ớp electron .
- A ở nhóm I , ở lớp ngoài có 1 electron .
b) Biết được c u t ấ o nguyên t ạ ử c a nguyên t ủ
ố suy đoán được vị trí và tính ch t c ấ a nguyên t ủ . ố Ví dụ :
Một nguyên tố X trong nguyên t có ba l ử ớp electron , lớp n n tích h
goài cùng có 7 electron , có điệ ạt nhân là
17+. Hãy suy đoán vị trí và tính chất hóa h n c ọc cơ bả a nó . ủ Giải T các s ừ
ố liệu về nguyên t trên ta có th ử ể biết được nguyên t ố X ở ô 17 , thu c chu k ộ 3 , nhóm VII,X là m ỳ ột phi kim mạnh .