Lớp 12 · Hoá Học
Bài 19
Tính chất vật lí và tính chất hoá học của kim loại
Bốn tính chất vật lí chung (tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim) và các tính chất riêng; tính chất hoá học đặc trưng là tính khử: tác dụng với phi kim, với nước, với dung dịch acid và với dung dịch muối — giải thích bằng thế điện cực chuẩn.
1
Tính chất vật lí chung của kim loại
▼
⚡
Kim loại có 4 tính chất vật lí chung: tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và ánh kim. Tất cả đều do các electron tự do trong tinh thể kim loại gây ra.
| Tính chất | Nguyên nhân (electron tự do) | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Tính dẻo | Khi có lực tác dụng, các lớp ion dương trượt lên nhau nhưng electron tự do vẫn liên kết chúng lại → tinh thể chỉ biến dạng, không vỡ. | Dát mỏng (Au, Al), kéo sợi (Cu), rèn (Fe) |
| Tính dẫn điện | Dưới điện trường, electron tự do di chuyển có hướng (từ cực âm về cực dương) → tạo dòng điện. | Dây dẫn điện (Cu, Al), thiết bị điện |
| Tính dẫn nhiệt | Electron tự do ở vùng nóng có động năng lớn, va chạm và truyền năng lượng cho ion dương ở vùng lạnh. | Nồi, xoong, thanh tản nhiệt (Al, Cu) |
| Ánh kim | Electron tự do phản xạ hầu hết tia sáng nhìn thấy → bề mặt sáng lấp lánh. | Trang sức (Au, Ag), gương soi |
🌡️
Khi nhiệt độ tăng, các ion dương dao động mạnh hơn → cản trở chuyển động của electron → tính dẫn điện giảm.
Mô hình giải thích tính dẻo: các lớp ion dương trượt lên nhau, electron tự do vẫn giữ liên kết.
2
Một số tính chất vật lí riêng
▼
▸ Thứ tự khả năng dẫn điện của một số kim loại:
Ag>
Cu>
Au>
Al>
Fe
💡
Ag dẫn điện tốt nhất, nhưng trong thực tế Cu và Al được dùng phổ biến hơn để làm dây dẫn vì giá thành rẻ hơn nhiều.
▸ Các kỉ lục về tính chất vật lí riêng:
| Tiêu chí | Kim loại | Giá trị / đặc điểm |
|---|---|---|
| Nhẹ nhất | Li | D = 0,534 $\text{g/cm}^3$ (kim loại nhẹ: D < 5 $\text{g/cm}^3$) |
| Nặng nhất | Os | D = 22,6 $\text{g/cm}^3$ (kim loại nặng: D ≥ 5 $\text{g/cm}^3$) |
| Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất | Hg | −39°C (thể lỏng ở điều kiện thường) |
| Nhiệt độ nóng chảy cao nhất | W | 3410°C |
| Cứng nhất | Cr | Có thể cắt được kính |
| Mềm nhất | Cs, Na, K | Có thể cắt bằng dao |
| Dẻo nhất | Au | Dát mỏng tới khoảng 8 nm |
3
Tính chất hoá học chung: tính khử
▼
▸ Do ít electron lớp ngoài cùng, bán kính lớn, độ âm điện nhỏ → kim loại dễ nhường electron:
M (kim loại)
nhường
ne →
ne →
Ion dương + ne
Tính chất hoá học chung
$\boxed{\text{M} \rightarrow \text{M}^{n+} + ne}$ → Kim loại có TÍNH KHỬ
📊
Mức độ hoạt động hoá học của kim loại được đánh giá qua thế điện cực chuẩn $E^{\circ}$ của cặp oxi hoá – khử: $E^{\circ}$ càng âm → tính khử càng mạnh; $E^{\circ}$ càng dương → tính khử càng yếu.
4
Tác dụng với phi kim (O2, Cl2, S)
▼
▸ a) Với oxygen (trừ Au, Ag, Pt) → oxide:
$4\text{Al} + 3\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{Al}_2\text{O}_3$
$3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Fe}_3\text{O}_4$
$3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Fe}_3\text{O}_4$
▸ b) Với chlorine → muối chloride (số oxi hoá cao):
$2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{FeCl}_3$
$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{NaCl}$
$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{NaCl}$
▸ c) Với lưu huỳnh → muối sulfide (số oxi hoá thấp):
$\text{Fe} + \text{S} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{FeS}$
$\text{Hg} + \text{S} \rightarrow \text{HgS}$ (ở nhiệt độ thường)
$\text{Hg} + \text{S} \rightarrow \text{HgS}$ (ở nhiệt độ thường)
⚠️
Quy luật quan trọng: $\text{Cl}_2$ là chất oxi hoá mạnh → đưa Fe lên số oxi hoá cao nhất (+3), tạo $\text{FeCl}_3$. Còn S là chất oxi hoá yếu hơn → Fe chỉ lên +2, tạo $\text{FeS}$.
🔬
Phản ứng $\text{Hg} + \text{S} \rightarrow \text{HgS}$ xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, được dùng để thu hồi thuỷ ngân khi làm vỡ nhiệt kế (rắc bột lưu huỳnh lên).
5
Tác dụng với nước
▼
Điều kiện phản ứng (theo thế điện cực chuẩn)
$E^{\circ}_{\text{M}^{n+}/\text{M}} < E^{\circ}_{\text{H}_2\text{O}/\text{H}_2,\,\text{OH}^-} = -0{,}414$ V
| Kim loại | Khả năng phản ứng với nước |
|---|---|
| K, Na, Ca, Ba | Phản ứng mạnh ngay ở nhiệt độ thường |
| Mg | Phản ứng chậm với nước nóng |
| Al | Không phản ứng do có lớp $\text{Al}_2\text{O}_3$ bảo vệ |
Ví dụ
$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2$
$\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$
$\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$
🔎 Giải thích bằng E° (phản ứng của Na)
$E^{\circ}_{\text{Na}^+/\text{Na}} = -2{,}713$ V $< E^{\circ}_{\text{H}_2\text{O}/\text{H}_2,\,\text{OH}^-} = -0{,}414$ V
→ Na khử được $\text{H}_2\text{O}$ → phản ứng xảy ra ở điều kiện chuẩn.
6
Tác dụng với dung dịch acid
▼
▸ a) Với HCl, $\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng → muối + khí $\text{H}_2$
Điều kiện
$E^{\circ}_{\text{M}^{n+}/\text{M}} < E^{\circ}_{2\text{H}^+/\text{H}_2} = 0$ V
(kim loại đứng trước H trong dãy điện hoá)
(kim loại đứng trước H trong dãy điện hoá)
🚫
Các kim loại Cu, Hg, Ag, Pt, Au ($E^{\circ} > 0$) KHÔNG phản ứng với HCl, $\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng (không giải phóng $\text{H}_2$).
$\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2$
$2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2$
$2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2$
▸ b) Với $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc, $\text{HNO}_3$ (acid có tính oxi hoá mạnh)
💨
Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) phản ứng, sản phẩm khử KHÔNG phải $\text{H}_2$: $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc → $\text{SO}_2$ ; $\text{HNO}_3$ đặc → $\text{NO}_2$ ; $\text{HNO}_3$ loãng → NO.
$3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3\text{(loãng)} \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O}$
$\text{Cu} + 4\text{HNO}_3\text{(đặc)} \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
$\text{Cu} + 4\text{HNO}_3\text{(đặc)} \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$
🧊
Thụ động hoá: Al, Fe, Cr không phản ứng với $\text{HNO}_3$ đặc nguội và $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc nguội (do tạo lớp oxide bền bảo vệ).
7
Tác dụng với dung dịch muối
▼
QUY TẮC
Kim loại hoạt động mạnh hơn (có $E^{\circ}$ nhỏ hơn) đẩy được kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó.
Tổng quát ($E^{\circ}_{\text{M}^{n+}/\text{M}} < E^{\circ}_{\text{M}'^{n+}/\text{M}'}$)
$\text{M} + \text{M}'^{n+} \rightarrow \text{M}^{n+} + \text{M}'$
$\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$
$\text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag}$
$\text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag}$
🔬
Hiện tượng $\text{Fe} + \text{CuSO}_4$: đinh sắt bị phủ lớp đồng màu đỏ, dung dịch màu xanh nhạt dần (vì $E^{\circ}_{\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}} = -0{,}440$ V $< E^{\circ}_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0{,}340$ V → Fe khử được $\text{Cu}^{2+}$).
⚠️
Lưu ý: kim loại phải không tác dụng với nước thì mới đẩy được kim loại trong muối (nếu không, nó phản ứng với nước trước). Vì vậy thường dùng các kim loại từ Mg trở đi.
8
Phương pháp giải các dạng bài tập
▼
🧩 Dạng 1 — Giải thích tính chất vật lí
Dựa vào cấu tạo tinh thể và electron tự do để giải thích: dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo, ánh kim.
🧩 Dạng 2 — Viết PTHH của kim loại
B1: xác định loại phản ứng (phi kim / nước / acid / muối).
B2: xác định số oxi hoá của kim loại trong sản phẩm: với $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc, $\text{HNO}_3$ → số oxi hoá cao; với S, HCl, $\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng → số oxi hoá thấp.
VD (Fe): $2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{FeCl}_3$ ; $\text{Fe} + \text{S} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{FeS}$ ; $\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2$.
🧩 Dạng 3 — Xác định kim loại phản ứng dựa vào E°
Với nước: $E^{\circ} < -0{,}414$ V. Với HCl/$\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng: $E^{\circ} < 0$ V. Với muối $\text{M}'^{n+}$: $E^{\circ}_{\text{M}} < E^{\circ}_{\text{M}'}$.
🧩 Dạng 4 — Bài tập tính toán (tìm kim loại)
B1: viết PTHH. B2: tính số mol chất đã biết (khí ở đkc 25°C, 1 bar: $n = \dfrac{V}{24{,}79}$). B3: dùng tỉ lệ mol để tìm đại lượng cần tìm.
VD: 2,4 g R (hoá trị II) + HCl dư → 2,479 L $\text{H}_2$ → $n_{\text{H}_2} = 0{,}1$ mol → $M_R = \dfrac{2{,}4}{0{,}1} = 24$ → R là Mg.
★
Tổng kết & bảng thế điện cực chuẩn cần nhớ
▼
| Phản ứng | Điều kiện ($E^{\circ}$) | Ghi nhớ |
|---|---|---|
| KL + $\text{O}_2$ | Đun nóng | Oxide; trừ Au, Ag, Pt |
| KL + $\text{Cl}_2$ / S | Đun nóng | $\text{Cl}_2$ → soh cao ($\text{FeCl}_3$); S → soh thấp (FeS) |
| KL + $\text{H}_2\text{O}$ | $E^{\circ} < -0{,}414$ V | K, Na, Ca, Ba |
| KL + HCl, $\text{H}_2\text{SO}_4$ loãng | $E^{\circ} < 0$ V | Trừ Cu, Ag, Au... → $\text{H}_2$ |
| KL + $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc, $\text{HNO}_3$ | Hầu hết KL | Trừ Pt, Au; Al, Fe, Cr thụ động (đặc nguội) |
| KL + muối | $E^{\circ}_{\text{M}} < E^{\circ}_{\text{M}'}$ | KL mạnh đẩy KL yếu khỏi muối |
▸ Một vài giá trị $E^{\circ}$ thường dùng:
| Cặp | $E^{\circ}$ (V) | Cặp | $E^{\circ}$ (V) |
|---|---|---|---|
| $\text{Na}^+/\text{Na}$ | −2,713 | $2\text{H}^+/\text{H}_2$ | 0,000 |
| $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$ | −0,762 | $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ | +0,340 |
| $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}$ | −0,440 | $\text{Ag}^+/\text{Ag}$ | +0,799 |
📚
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 19 trên Edus.vn nhé!
Đọc bài chi tiết →
1
—
Điểm: 0/26
⚗️
Cùng luyện Bài 19 – Tính chất vật lí và hoá học của kim loại!
26 câu: 21 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/26
💡 Gợi ý
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