Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu trang 128
Đề bài: Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất và hợp kim của chúng được sử dụng phổ biến làm vật liệu chế tạo dụng cụ, thiết bị, máy móc, phương tiện giao thông,… Các ứng dụng này dựa trên tính chất nào của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất?
Lời giải:
Các ứng dụng này dựa trên các tính chất vật lí đặc trưng của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất:
- Nhiệt độ nóng chảy cao → chế tạo dụng cụ, máy móc làm việc ở nhiệt độ cao.
- Độ cứng lớn → chế tạo hợp kim không gỉ, siêu cứng, dụng cụ y tế, mũi khoan,…
- Khối lượng riêng lớn (đa số) → sản xuất phương tiện giao thông, máy móc, bệ máy.
- Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt → chế tạo dây dẫn, thiết bị điện, thiết bị trao đổi nhiệt.
I. Đơn chất kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử
Hoạt động trang 129
Đề bài: Dựa vào Bảng 27.1 (cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất), thực hiện các yêu cầu sau:
- Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thuộc khối s, p, d hay f?
- Nhận xét chung về cấu hình electron của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất về:a) Đặc điểm giống nhau và khác nhau trong cấu hình electron nguyên tử.b) Sự biến đổi số electron trên phân lớp 3d và 4s.
Lời giải:
1. Các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thuộc khối d (electron cuối cùng được điền vào phân lớp d).
2. a)
- Giống nhau: Đều có lớp vỏ bên trong giống khí hiếm Ar ([Ar]); đều có electron ở phân lớp 3d và 4s.
- Khác nhau: Số electron trên phân lớp 3d khác nhau (từ 1 đến 10) và số electron trên phân lớp 4s khác nhau (thường bằng 2, riêng Cr và Cu bằng 1).
b)
- Số electron trên phân lớp 3d tăng dần từ 1 (ở Sc) đến 10 (ở Cu).
- Số electron trên phân lớp 4s thường bằng 2, riêng Cr và Cu bằng 1.
Câu 1 trang 129
Đề bài: Đặc điểm cấu hình electron nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có gì khác biệt với nhóm IA và IIA trong cùng chu kì?
Lời giải:
Trong cùng chu kì 4:
- Nguyên tử nhóm IA (K) có cấu hình: $[\text{Ar}]4s^1$ — chỉ có electron ở phân lớp 4s.
- Nguyên tử nhóm IIA (Ca) có cấu hình: $[\text{Ar}]4s^2$ — chỉ có electron ở phân lớp 4s.
- Nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có cấu hình: $[\text{Ar}]3d^{1-10}4s^{1-2}$ — có electron ở cả hai phân lớp 3d và 4s.
→ Điểm khác biệt: kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có thêm electron ở phân lớp 3d (phân lớp sát lớp ngoài cùng), còn kim loại nhóm IA và IIA thì không.
2. Tính chất vật lí và ứng dụng
Hoạt động trang 130
Đề bài: Dựa vào Bảng 27.2 (thông số vật lí của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất), thực hiện các yêu cầu sau:
- Trong số các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất, hãy chỉ ra:a) Các kim loại khó nóng chảy hơn Be. Biết nhiệt độ nóng chảy của Be là 1 287 °C.b) Các kim loại nặng ($D \geq 5$ g/cm³).
- a) Tra cứu Bảng 24.2, Bảng 25.2 và Bảng 27.2 để hoàn thành các thông số vật lí của K, Ca, Fe, Cu.b) So sánh sự khác biệt về các thông số vật lí trên giữa Fe, Cu (kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất) với K, Ca (kim loại họ s).
Lời giải:
1. a) Các kim loại khó nóng chảy hơn Be (nhiệt độ nóng chảy > 1 287 °C):
Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni (chỉ có Mn: 1 244 °C và Cu: 1 084 °C là thấp hơn Be).
b) Các kim loại nặng ($D \geq 5$ g/cm³):
V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu (Sc và Ti có $D < 5$ g/cm³ → kim loại nhẹ).
2. a) Bảng thông số vật lí:
| Kim loại | K | Ca | Fe | Cu |
|---|---|---|---|---|
| Nhiệt độ nóng chảy (°C) | 63 | 842 | 1 535 | 1 084 |
| Khối lượng riêng (g/cm³) | 0,86 | 1,54 | 7,86 | 8,96 |
| Độ dẫn điện ở 20 °C (Hg = 1) | 13,3 | 28,5 | 10 | 57,1 |
| Độ cứng (kim cương = 10) | 0,4 | 1,75 | 4 | 3 |
b) So sánh Fe, Cu (họ d) với K, Ca (họ s):
- Nhiệt độ nóng chảy: Fe, Cu cao hơn nhiều so với K, Ca.
- Khối lượng riêng: Fe, Cu là kim loại nặng, còn K, Ca là kim loại nhẹ.
- Độ dẫn điện: Cu dẫn điện tốt nhất; Fe dẫn điện kém hơn K, Ca.
- Độ cứng: Fe, Cu cứng hơn nhiều so với K, Ca (K và Ca rất mềm).
II. Hợp chất của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
1. Số oxi hoá
Hoạt động trang 131
Đề bài: Xác định số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố chromium và manganese trong các dãy chất sau:
- $\text{Cr}_2\text{O}_3, \text{CrO}_3, \text{K}_2\text{CrO}_4, \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$
- $\text{MnO}, \text{MnO}_2, \text{K}_2\text{MnO}_4, \text{KMnO}_4$
Lời giải:
Cách làm: Đặt số oxi hoá của Cr (hoặc Mn) là $x$. Biết O có số oxi hoá $-2$, K có số oxi hoá $+1$, tổng số oxi hoá trong phân tử trung hoà bằng $0$.
Với chromium:
| Hợp chất | Cách tính | Số oxi hoá của Cr |
|---|---|---|
| $\text{Cr}_2\text{O}_3$ | $2x + 3(-2) = 0$ | $+3$ |
| $\text{CrO}_3$ | $x + 3(-2) = 0$ | $+6$ |
| $\text{K}_2\text{CrO}_4$ | $2(+1) + x + 4(-2) = 0$ | $+6$ |
| $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ | $2(+1) + 2x + 7(-2) = 0$ | $+6$ |
Với manganese:
| Hợp chất | Cách tính | Số oxi hoá của Mn |
|---|---|---|
| $\text{MnO}$ | $x + (-2) = 0$ | $+2$ |
| $\text{MnO}_2$ | $x + 2(-2) = 0$ | $+4$ |
| $\text{K}_2\text{MnO}_4$ | $2(+1) + x + 4(-2) = 0$ | $+6$ |
| $\text{KMnO}_4$ | $(+1) + x + 4(-2) = 0$ | $+7$ |
Câu 2 trang 132
Đề bài: Từ cấu hình electron ở Bảng 27.1, xác định cấu hình electron của các ion kim loại sau: Cr³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺.
Lời giải:
Nguyên tắc: Nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất khi tạo cation sẽ ưu tiên nhường electron ở phân lớp 4s trước, rồi mới đến electron ở phân lớp 3d.
a) Cr³⁺:
- Cr có cấu hình: $[\text{Ar}]3d^5 4s^1$
- Cr nhường 3 electron: 1 electron từ 4s và 2 electron từ 3d.
$$\text{Cr}^{3+}: [\text{Ar}]3d^3$$
b) Mn²⁺:
- Mn có cấu hình: $[\text{Ar}]3d^5 4s^2$
- Mn nhường 2 electron ở phân lớp 4s.
$$\text{Mn}^{2+}: [\text{Ar}]3d^5$$
c) Cu²⁺:
- Cu có cấu hình: $[\text{Ar}]3d^{10} 4s^1$
- Cu nhường 2 electron: 1 electron từ 4s và 1 electron từ 3d.
$$\text{Cu}^{2+}: [\text{Ar}]3d^9$$
3. Chuẩn độ iron(II) sulfate bằng thuốc tím
Thí nghiệm trang 132 – Xác định hàm lượng muối Fe(II) bằng dung dịch thuốc tím
Đề bài: Tiến hành chuẩn độ dung dịch $\text{FeSO}_4$ bằng dung dịch $\text{KMnO}_4$ 0,02 M (trong môi trường $\text{H}_2\text{SO}_4$ 10%), ghi số liệu 3 lần và xử lí theo mẫu bảng đã cho.
Lời giải:
Cách xử lí số liệu:
Bước 1: Tính thể tích trung bình của dung dịch $\text{KMnO}_4$ đã dùng:
$$V_{\text{tb }\text{KMnO}_4} = \dfrac{V_1 + V_2 + V_3}{3} \text{ (mL)}$$
Bước 2: Dựa vào phương trình chuẩn độ:
$$10\text{FeSO}_4 + 2\text{KMnO}_4 + 8\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 5\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{MnSO}_4 + 8\text{H}_2\text{O}$$
Ta có tỉ lệ: $n_{\text{FeSO}_4} = 5 \cdot n_{\text{KMnO}_4}$
Bước 3: Từ đó tính nồng độ mol của dung dịch $\text{FeSO}_4$:
$$C_{\text{FeSO}_4} = \dfrac{5 \cdot C_{\text{KMnO}_4} \cdot V_{\text{tb }\text{KMnO}_4}}{V_{\text{FeSO}_4}} = \dfrac{5 \times 0{,}02 \times V_{\text{tb }\text{KMnO}_4}}{5{,}0} \text{ (mol/L)}$$
Lưu ý: Các em thay số liệu thực nghiệm đo được vào công thức để tính ra $C_{\text{FeSO}_4}$.
4. Nhận biết một số ion kim loại chuyển tiếp
Thí nghiệm trang 133 – Kiểm tra sự có mặt từng ion Cu²⁺, Fe³⁺
Đề bài: Cho khoảng 2 mL dung dịch $\text{FeCl}_3$ 1 M vào ống nghiệm (1) và khoảng 2 mL dung dịch $\text{CuSO}_4$ 1 M vào ống nghiệm (2). Thêm tiếp vào mỗi ống nghiệm khoảng 2 – 3 giọt dung dịch NaOH 1 M, lắc nhẹ.
- Cho biết màu sắc của các kết tủa tạo thành trong mỗi ống nghiệm.
- Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong mỗi ống nghiệm.
Lời giải:
1. Màu sắc các kết tủa:
- Ống nghiệm (1): Xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ (là $\text{Fe(OH)}_3$).
- Ống nghiệm (2): Xuất hiện kết tủa màu xanh lam (là $\text{Cu(OH)}_2$).
2. Phương trình hoá học:
Ống nghiệm (1):
$$\text{FeCl}_3 + 3\text{NaOH} \longrightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl}$$
Ống nghiệm (2):
$$\text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} \longrightarrow \text{Cu(OH)}_2\downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$$
III. Em có thể
Phân biệt một số ion kim loại chuyển tiếp dựa vào màu sắc
Lời giải:
Cách 1: Quan sát trực tiếp màu dung dịch chứa ion.
| Ion | Màu dung dịch |
|---|---|
| $\text{Cu}^{2+}$ | Xanh lam |
| $\text{Fe}^{2+}$ | Xanh nhạt (lục nhạt) |
| $\text{Fe}^{3+}$ | Vàng nâu |
Cách 2: Cho dung dịch NaOH vào và quan sát màu kết tủa.
| Ion | Kết tủa | Màu kết tủa |
|---|---|---|
| $\text{Cu}^{2+}$ | $\text{Cu(OH)}_2$ | Xanh lam |
| $\text{Fe}^{2+}$ | $\text{Fe(OH)}_2$ | Trắng xanh (dễ hoá nâu đỏ trong không khí) |
| $\text{Fe}^{3+}$ | $\text{Fe(OH)}_3$ | Nâu đỏ |
Xác định nồng độ iron(II) sulfate bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch thuốc tím
Lời giải:
Áp dụng quy trình đã học ở Thí nghiệm trang 132:
- Bước 1: Dùng pipette lấy chính xác thể tích $V_{\text{FeSO}_4}$ dung dịch $\text{FeSO}_4$ cần xác định nồng độ vào bình tam giác, thêm $\text{H}_2\text{SO}_4$ 10% làm môi trường.
- Bước 2: Chuẩn độ bằng dung dịch $\text{KMnO}_4$ đã biết nồng độ ($C_{\text{KMnO}_4}$), nhỏ từ burette cho đến khi dung dịch có màu hồng bền trong khoảng 20 giây thì dừng lại. Ghi $V_{\text{KMnO}_4}$.
- Bước 3: Chuẩn độ lặp lại 3 lần, lấy giá trị trung bình $V_{\text{tb }\text{KMnO}_4}$.
- Bước 4: Tính nồng độ theo công thức:
$$C_{\text{FeSO}_4} = \dfrac{5 \cdot C_{\text{KMnO}_4} \cdot V_{\text{tb }\text{KMnO}_4}}{V_{\text{FeSO}_4}}$$
(Do trong phản ứng chuẩn độ: $n_{\text{FeSO}_4} = 5 \cdot n_{\text{KMnO}_4}$.)
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