Bài 19. Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (Tr110, 111, 112, 113, 114 SGK HOÁ 12 CTST)
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất bao gồm các nguyên tố từ Sc đến Cu. Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố này có đặc điểm gì? Chúng có những tính chất vật lí và ứng dụng nào?
– Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có dạng [Ar]3d1÷104s1÷2
– Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng cao hơn kim loại nhóm IA và nhóm IIA trong cùng chu kì.
– Hầu hết các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ:
+ Đồng dùng trong sản xuất các thiết bị như: biến thế, cầu dao điện, dây dẫn điện …
+ Chromium dùng để mạ lên các thiết bị để chống mài mòn, chế tạo hợp kim đặc biệt.
+ Scandium, titanium dùng để chế tạo hợp kim ứng dụng trong hàng không, vũ trụ.
+ Vanadium được dùng trong các thiết bị chịu nhiệt.
+ Sắt được dùng chế tạo các hợp kim như gang, thép … dùng trong công nghiệp, nông nghiệp, đời sống.
+ Nikel được dùng chế tạo các hợp kim dùng trong máy móc, thiết bị.
Quan sát Bảng 19.1, hãy cho biết đặc điểm cấu hình electron của các nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.
Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có dạng [Ar]3d1÷104s1÷2.
Dựa vào số liệu trong Bảng 19.1, Bảng 17.2 và Bảng 18.2, hãy nhận xét, so sánh nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất với kim loại K và Ca. Cho biết độ cứng của Ca là 1,75.
Bảng 17.2. thông số vật lí của kim loại nhóm IIA
Nguyên tố Tính chất | Li | Na | K | Rb | Cs |
Nhiệt độ nóng chảy (°C) | 179 | 97,6 | 63 | 39 | 28 |
Nhiệt độ sôi (°C) | 1317 | 892 | 770 | 688 | 678 |
Khối lượng riêng (g/cm3) | 0,53 | 0,97 | 0,86 | 1,53 | 1,87 |
Độ cứng (quy ước độ cứng của kim cương là 10) (**) | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 |
Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy cao hơn, khối lượng riêng lớn hơn, độ cứng lớn hơn các kim loại K, Ca.
Lấy một số ví dụ về ứng dụng của sắt trong thực tế.
Một số ứng dụng của sắt trong thực tế:
+ Sắt được dùng chế tạo các đồ dùng cá nhân như dao, kéo, giá treo quần áo, kệ sắt, thìa, muỗng, …
+ Sử dụng sắt để chế tạo các đồ nội thất như bàn ghế, tay nắm cửa, khung cửa, cầu thang, tủ, …
+ Sắt được sử dụng để chế tạo một số bộ phận trong máy xay xát, máy giặt, bồn rửa, …
+ Sắt, thép được dùng để tạo khung cho các công trình xây dựng, …
Hãy viết cấu hình electron của các ion: Cu2+, Fe3+, Cr3+, Mn2+.
Cấu hình electron của các ion:
Cu2+: [Ar]3d9
Fe3+: [Ar]3d5
Cr3+: [Ar]3d3
Mn2+: [Ar]3d5
Quan sát Hình 19.1, hãy nhận xét vể màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dây thứ nhất.
Trong dung dịch, ion của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường có màu.
Dự đoán hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm xác định hàm lượng muối Fe(ll) bằng dung dịch thuốc tím.
Hiện tượng xảy ra:
– Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch KMnO4 (có màu tím) vào bình tam giác đựng dung dịch muối FeSO4 thấy màu tím bị mất.
– Khi toàn bộ dung dịch ở bình tam giác có màu hồng nhạt ổn định trong khoảng 20 giây thì dừng lại chứng tỏ FeSO4 đã phản ứng hết, KMnO4 dư (1-2 giọt).
Từ kết quả chuẩn độ, xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch đã pha.
Học sinh tiến hành thí nghiệm và xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch đã pha theo các bước sau:
+ Bước 1: Tính thể tích KMnO4 trung bình sau 3 lần chuẩn độ: VKMnO4 = (V1 + V2 + V3)/3
+ Bước 2: Từ phương trình: 5Fe2+ + 8H+ + ® 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Hoặc bảo toàn electron ta có: nFeSO4 = 5nKMnO4
=> CFeSO4.VFeSO4 = 5CKMnO4.VKMnO4
=> CFeSO4 = 5CKMnO4.VKMnO4 : VFeSO4 (*)
Tiến hành thay số liệu vào biểu thức (*) xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch đã pha.
Nêu hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm nhận biết các ion Cu2+ và Fe3+, viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra và giải thích.
– Nhận biết ion Cu2+ bằng dung dịch kiềm:
+ Xuất hiện kết tủa xanh lam.
+ CuSO4 phản ứng với NaOH tạo thành kết tủa Cu(OH)2 có màu xanh.
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4.
– Nhận biết ion Fe3+ bằng dung dịch kiềm:
+ Xuất hiện kết tủa nâu đỏ.
+ FeCl3 phản ứng với NaOH tạo thành kết tủa Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.
FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl.
Viết cấu hình electron của các ion: Cr2+, Fe2+, Ni2+, Co2+, Co3+.
Cấu hình electron của các ion:
Cr2+: [Ar]3d4
Fe2+: [Ar]3d6
Ni2+: [Ar]3d8
Co2+: [Ar]3d7
Co3+: [Ar]3d6
Tìm hiểu qua sách, báo hoặc internet, hãy cho biết 5 kim loại có độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nhất. Qua đó rút ra nhận xét về độ dẫn điện và dẫn nhiệt cùa các kim loại chuyển tiếp thuộc dãy thứ nhất.
5 kim loại có độ dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhất: Ag, Cu, Au, Al, Na (hay silver, copper, gold, aluminium, sodium).
Nhận xét: Kim loại chuyển tiếp thuộc dãy thứ nhất có độ dẫn nhiệt, dẫn điện tốt.
Để xác định hàm lượng của FeCO3, trong quặng siderite, người ta có thể làm như sau: Cân 0,300 g mẫu quặng, xử lí theo một quy trình thích hợp, thu được dung dịch FeSO4 trong môi trường H2SO4 loãng. Coi như dung dịch không chứa tạp chất tác dụng với KMnO4. Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch KMnO4 0,02 M thì dùng hết 12,5 mL. Tính thành phần % theo khối lượng của FeCO3 trong quặng.
Từ phương trình: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O
Hoặc bảo toàn electron ta có: nFeSO4 = 5nKMnO4 = 5 . 0,02 . 0,0125 = 1,25.10–3 mol
Bảo toàn nguyên tố Fe: nFeCO3 = nFeSO4 = 1,25.10–3 mol
=> %mFeCO3 =1,25.10–3.116:0,3.100% = 48,33%
