Menu Học Tập

Bài tập Hoá 12 Bài 27: Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (27 bài tập)

Lớp 12 · Hoá Học Bài 27

Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất

Khái niệm, vị trí và cấu hình electron của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (Sc → Cu); tính chất vật lí và ứng dụng; số oxi hoá, màu sắc và cách nhận biết các ion; cùng phương pháp chuẩn độ $\text{FeSO}_4$ bằng thuốc tím $\text{KMnO}_4$.

1
Khái niệm và vị trí trong bảng tuần hoàn
▼
KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP LÀ GÌ?
Là kim loại đóng vai trò "cầu nối" trung gian giữa kim loại khối s (bên trái) và khối p (bên phải) trong bảng tuần hoàn. Dãy thứ nhất gồm 9 nguyên tố từ Sc ($Z=21$) đến Cu ($Z=29$).
Z212223242526272829
KHScTiVCrMnFeCoNiCu
📍
Các nguyên tố này thuộc chu kì 4, khối d (nguyên tố d), nằm giữa kim loại kiềm (K), kim loại kiềm thổ (Ca) ở bên trái và các nguyên tố khối p ở bên phải.
💡
Kim loại chuyển tiếp gồm toàn bộ nguyên tố họ d và họ f, đều thuộc nhóm B. Họ d có 4 dãy: 3d (chu kì 4), 4d (chu kì 5), 5d (chu kì 6), 6d (chu kì 7). Bài này chỉ xét dãy 3d.
2
Cấu hình electron và đặc điểm cấu tạo
▼
Cấu hình electron tổng quát
$[\text{Ar}]3\text{d}^{1-10}4\text{s}^{1-2}$
Nguyên tửZCấu hình electron
Sc21$[\text{Ar}]3\text{d}^14\text{s}^2$
Ti22$[\text{Ar}]3\text{d}^24\text{s}^2$
V23$[\text{Ar}]3\text{d}^34\text{s}^2$
Cr24$[\text{Ar}]3\text{d}^54\text{s}^1$ ⚠️
Mn25$[\text{Ar}]3\text{d}^54\text{s}^2$
Fe26$[\text{Ar}]3\text{d}^64\text{s}^2$
Co27$[\text{Ar}]3\text{d}^74\text{s}^2$
Ni28$[\text{Ar}]3\text{d}^84\text{s}^2$
Cu29$[\text{Ar}]3\text{d}^{10}4\text{s}^1$ ⚠️
⚠️
Hai trường hợp đặc biệt:
• Cr: $[\text{Ar}]3\text{d}^54\text{s}^1$ (cấu hình $3\text{d}^5$ bán bão hoà bền).
• Cu: $[\text{Ar}]3\text{d}^{10}4\text{s}^1$ (cấu hình $3\text{d}^{10}$ bão hoà bền).
🔑
Khác kim loại nhóm IA, IIA (electron hoá trị ít, chỉ ở 4s), kim loại chuyển tiếp có nhiều electron hoá trị ở cả 3d và 4s → tạo được hợp chất với nhiều số oxi hoá khác nhau.
3
Tính chất vật lí
▼
Đặc điểmNhận xét
Nhiệt độ nóng chảyKhá cao (đặc biệt V, Cr, Co); khó nóng chảy hơn nhiều so với kim loại họ s
Độ cứngKhá cao; Cr là kim loại cứng nhất trong tất cả các kim loại
Khối lượng riêngSc, Ti tương đối nhẹ; các kim loại còn lại đều nặng ($d > 5$ g/cm$^3$)
Độ dẫn điện, dẫn nhiệtTương đối tốt; Cu dẫn điện tốt (chỉ sau Ag)
📊
So với kim loại họ s (K, Ca), kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng và độ cứng lớn hơn nhiều. Ví dụ: Fe nóng chảy ở 1535 °C, còn K chỉ 63,4 °C.
VÌ SAO KHÁC BIỆT?
Liên kết kim loại bền hơn vì: cation có bán kính nhỏ → mật độ điện tích dương cao; và có nhiều electron tự do (cả 4s lẫn 3d) → tương tác tĩnh điện mạnh hơn.
4
Ứng dụng của kim loại chuyển tiếp
▼
Tính chấtỨng dụng tiêu biểu
Khó nóng chảyChế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao
Độ cứng caoHợp kim không gỉ/siêu cứng làm dụng cụ y tế, nhà bếp, vòng bi, mũi khoan
Nhẹ (Ti)Vật liệu hàng không, gọng kính (Ti); Fe làm phương tiện giao thông, bệ máy
Dẫn điện tốt (Cu)Dây dẫn, thiết bị điện
Dẫn nhiệt tốt (Cu)Nồi hơi, thiết bị trao đổi nhiệt, đồ gia dụng
🛠️
Ví dụ cụ thể: Ti → vật liệu hàng không, gọng kính; Cr → mạ khung xe, vỏ hộp; Fe → tàu thuỷ, máy móc; Cu → dây dẫn điện.
5
Số oxi hoá trong hợp chất và cấu hình ion
▼
🔢
Do có nhiều electron hoá trị (3d và 4s), các nguyên tố chuyển tiếp tạo hợp chất với nhiều số oxi hoá khác nhau.
Nguyên tốSố oxi hoá thường gặpVí dụ hợp chất
Cr+3, +6$\text{Cr}_2\text{O}_3$; $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$
Mn+2, +4, +7$\text{MnO}$; $\text{MnO}_2$; $\text{KMnO}_4$
Fe+2, +3$\text{FeO}$; $\text{Fe}_2\text{O}_3$
Cu+2$\text{CuO}$; $\text{CuSO}_4$

▸ Quy tắc nhường electron khi tạo ion:

Nhường 4s trước
→
rồi đến 3d
$\text{Fe}: [\text{Ar}]3\text{d}^64\text{s}^2 \rightarrow \text{Fe}^{2+}: [\text{Ar}]3\text{d}^6$ (nhường 2e ở 4s)
$\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{3+}: [\text{Ar}]3\text{d}^5$ (nhường 2e ở 4s, 1e ở 3d)
Ion$\text{Fe}^{2+}$$\text{Fe}^{3+}$$\text{Cu}^{2+}$$\text{Cr}^{3+}$$\text{Mn}^{2+}$
Cấu hình$3\text{d}^6$$3\text{d}^5$$3\text{d}^9$$3\text{d}^3$$3\text{d}^5$
📌
Lưu ý: khi viết cấu hình ion phải nhường electron ở 4s trước, sau đó mới đến 3d (nếu cần). (Cấu hình ion viết gọn $[\text{Ar}]$ ở đầu, ví dụ $\text{Fe}^{3+}: [\text{Ar}]3\text{d}^5$.)
6
Màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp
▼
🎨
Khác với ion kim loại họ s (thường không màu), các ion kim loại chuyển tiếp có màu sắc phong phú — dùng để nhận biết trong phân tích hoá học.
$\text{Fe}^{2+}$
Xanh lá nhạt
$\text{Fe}^{3+}$
Vàng nâu
$\text{Cu}^{2+}$
Xanh da trời
$\text{MnO}_4^-$
Tím
$\text{CrO}_4^{2-}$
Vàng
$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$
Da cam
Dung dịch (ion)Màu sắc
$\text{FeSO}_4$ ($\text{Fe}^{2+}$)Xanh lá cây nhạt
$\text{FeCl}_3$ ($\text{Fe}^{3+}$)Vàng nâu
$\text{CuSO}_4$ ($\text{Cu}^{2+}$)Xanh da trời
$\text{KMnO}_4$ ($\text{MnO}_4^-$)Tím
7
Chuẩn độ FeSO4 bằng dung dịch thuốc tím KMnO4
▼
🧪
Nguyên tắc: xác định nồng độ $\text{FeSO}_4$ bằng phương pháp chuẩn độ oxi hoá – khử với dung dịch $\text{KMnO}_4$ (thuốc tím) trong môi trường acid $\text{H}_2\text{SO}_4$.
Phương trình chuẩn độ
$10\text{FeSO}_4 + 2\text{KMnO}_4 + 8\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow$
$5\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{MnSO}_4 + 8\text{H}_2\text{O}$
⚗️
Chất khử: $\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + 1e$. Chất oxi hoá: $\text{Mn}^{+7} + 5e \rightarrow \text{Mn}^{2+}$.
💜
Vai trò của thuốc tím $\text{KMnO}_4$: vừa là chất oxi hoá, vừa là chất chỉ thị (không cần thêm chỉ thị khác). Khi còn $\text{Fe}^{2+}$ → $\text{KMnO}_4$ bị khử thành $\text{Mn}^{2+}$ không màu → dung dịch mất màu. Khi hết $\text{Fe}^{2+}$ → $\text{KMnO}_4$ dư làm dung dịch có màu hồng bền → điểm kết thúc chuẩn độ.
Công thức tính nồng độ
$C_{\text{FeSO}_4} = \dfrac{5 \times C_{\text{KMnO}_4} \times V_{\text{KMnO}_4}}{V_{\text{FeSO}_4}}$
So do chuan do FeSO4 bang KMnO4
Bộ dụng cụ chuẩn độ: burette chứa dung dịch $\text{KMnO}_4$, nhỏ từ từ vào bình tam giác chứa $\text{FeSO}_4$ + $\text{H}_2\text{SO}_4$ đến khi xuất hiện màu hồng bền.
8
Nhận biết một số ion kim loại chuyển tiếp
▼
🔍
Nhận biết ion kim loại chuyển tiếp dựa vào màu sắc dung dịch hoặc màu kết tủa hydroxide tạo thành với dung dịch NaOH (hoặc KOH).
IonHiện tượng với NaOHPhương trình ion rút gọn
$\text{Cu}^{2+}$Kết tủa xanh lam$\text{Cu}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Cu(OH)}_2\downarrow$
$\text{Fe}^{3+}$Kết tủa nâu đỏ$\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow$
$\text{Fe}^{2+}$Kết tủa trắng xanh → nâu$\text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\downarrow$
🌬️
Kết tủa $\text{Fe(OH)}_2$ màu trắng xanh, sau đó chuyển dần sang nâu đỏ ngoài không khí do bị oxi hoá:
$4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3$.
9
Phương pháp giải các dạng bài tập
▼
🧩 Dạng 1 — Viết cấu hình electron nguyên tử và ion
Nguyên tử: viết theo $[\text{Ar}]3\text{d}^x4\text{s}^y$ (nhớ Cr $3\text{d}^54\text{s}^1$, Cu $3\text{d}^{10}4\text{s}^1$). Ion dương: nhường 4s trước rồi 3d.
VD: $\text{Fe}^{3+}: [\text{Ar}]3\text{d}^5$; $\text{Cu}^{2+}: [\text{Ar}]3\text{d}^9$.
🧩 Dạng 2 — Xác định số oxi hoá trong hợp chất
Dùng quy tắc: tổng số oxi hoá trong phân tử = 0; O là $-2$, kim loại kiềm $+1$. VD: trong $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$: $2(+1) + 2x + 7(-2) = 0 \Rightarrow x = +6$.
🧩 Dạng 3 — So sánh tính chất vật lí với kim loại họ s
Kim loại chuyển tiếp có t°nc, khối lượng riêng, độ cứng lớn hơn kim loại họ s, do liên kết kim loại bền hơn (cation nhỏ + nhiều electron 3d, 4s).
🧩 Dạng 4 — Nhận biết ion kim loại chuyển tiếp
Dựa vào màu dung dịch hoặc màu kết tủa với NaOH: $\text{Cu}^{2+}$ → xanh lam; $\text{Fe}^{3+}$ → nâu đỏ; $\text{Fe}^{2+}$ → trắng xanh chuyển nâu.
🧩 Dạng 5 — Bài tập chuẩn độ oxi hoá – khử
Dùng tỉ lệ $n_{\text{FeSO}_4} = 5 \times n_{\text{KMnO}_4}$ rồi áp dụng $C_{\text{FeSO}_4} = \dfrac{5 \times C_{\text{KMnO}_4} \times V_{\text{KMnO}_4}}{V_{\text{FeSO}_4}}$.
★
Tong ket & on tap
▼
Nội dungGhi nhớ nhanh
Phạm viDãy 3d: Sc → Cu (9 nguyên tố), chu kì 4, khối d, nhóm B
Cấu hình$[\text{Ar}]3\text{d}^{1-10}4\text{s}^{1-2}$; đặc biệt Cr $3\text{d}^54\text{s}^1$, Cu $3\text{d}^{10}4\text{s}^1$
Tính chất vật lít°nc cao, cứng (Cr cứng nhất), nặng, dẫn điện tốt (Cu)
Số oxi hoáNhiều SOH; Cr +3/+6; Mn +2/+4/+7; Fe +2/+3; Cu +2
Cấu hình ionNhường 4s trước, rồi 3d ($\text{Fe}^{3+}: 3\text{d}^5$)
Nhận biếtNaOH: $\text{Cu}^{2+}$ xanh lam, $\text{Fe}^{3+}$ nâu đỏ, $\text{Fe}^{2+}$ trắng xanh → nâu
Chuẩn độ$n_{\text{Fe}^{2+}} = 5\,n_{\text{KMnO}_4}$; điểm dừng: màu hồng bền
📚
Muốn ôn lại lý thuyết đầy đủ, xem thêm công thức, mẹo ghi nhớ và ví dụ chi tiết, hãy đọc bài lý thuyết Bài 27 trên Edus.vn nhé!
Đọc bài chi tiết →
1
—
Điểm: 0/27
⚗️

Cùng luyện Bài 27 – Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất!

27 câu: 21 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận

💡 Gợi ý
ThS. Lê Thị Mai Nhi

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ

Bài tập Hoá 12 Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất (26 bài tập) ( 23/05 )

Bài tập Hoá 12 Bài 28: Sơ lược về phức chất (27 bài tập) ( 23/05 )

Bài tập Hoá 12 Bài 25: Nguyên tố nhóm IIA (28 bài tập) ( 23/05 )

Bài tập Hoá 12 Bài 24: Nguyên tố nhóm IA (28 bài tập) ( 23/05 )

Bài tập Hoá 12 Bài 22: Sự ăn mòn kim loại (25 bài tập) ( 23/05 )