Đề kiểm tra 45 phút Chương 5 Đại cương về kim loại

 Khi phóng điện xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa.

• Tại cực âm xảy ra quá trình oxi hóa:

        Zn Zn²⁺ + 2e

Zn tan ra nên khối lượng điện cực Zn giảm dần.

• Tại điện cực dương xảy ra quá trình khử:

         Cu²⁺ +2e Cu

Cu bám vào điện cực đồng nên khối lượng điện cực tăng dần.

 Hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự tính chất của các đơn chất tham gia tạo thành hợp kim, những tính chất vật lí và tính chất cơ học của hợp kim lại khác nhiều với tính chất các đơn chất.

Gọi số mol của Fe và Cu lần lượt là x, y

Xét phản ứng của Fe và Cu với AgNO₃ dư, thu được 35,64 gam kim loại là Ag:

Quá trình nhường e:

x                       3x

y                       2y

Quá trình nhận e:

           0,33     0,33

Bảo tòan e: 3x + 2y = 0,33                (1)

Xét phản ứng của Fe và Cu với CuSO₄ dư:

Fe + Cu²⁺ Fe²⁺ + Cu 

x                                     x

Khối lượng hỗn hợp tăng:

64x - 56x = 0,72                                 (2)

Từ (1) và (2) ta có: x = 0,09 và y = 0,03

m = m_Fe + m_Cu = 56.0,09 + 64.0,03 = 6,96 gam

Kim loại có tính khử mạnh hơn bị ăn mòn trước mà Zn đứng trước Fe và Cu trong dãy điện hóa kim loại nên:

Pin điện mà Zn bị ăn mòn trước là (2) và (3).

Thực tế người ta dùng Zn vì phải dùng kim loại hoạt động mạnh hơn để hi sinh bên ngoài, bảo vệ kim loại Fe bên trong.

n_FeCl2 = x ; n_NaCl = 2x n_Cl^- = 4x

Vì Y chỉ chứa 2 chất tan nên chỉ có thể là: NaCl và NaOH

Catot:

Fe²⁺ + 2e Fe

 x    2x

2H₂O + 2e 2OH^- + H₂

  y      y      y 0,5y

Anot :

2Cl^- Cl₂ + 2e

(2x + y)

Y gồm: 2x mol Na⁺; (2x – y) mol Cl^-; y mol OH^-

m_X – m_Y = 4,54 = (127x + 58,5.2x) – [ 23.2x + 35,5(2x – y) + 17y]            (1)

Mặt khác Y hòa tan Al₂O₃:

OH^- + Al + H₂O AlO₂^- + 3/2H₂

n_OH^- = n_Al = 0,02 mol = y

Từ (1) x = 0,03 mol

Khi cho AgNO₃ vào X thì :

Ag⁺ + Cl^- AgCl

Ag⁺ + Fe²⁺ Fe³⁺ + Ag

Kết tủa gồm: 0,12 mol AgCl; 0,03 mol Ag

m = 0,12.143,5 + 0,03.108 = 20,46 gam

 Vì sau một thời gian khối lượng thanh thứ nhất giảm và thanh thứ 2 tăng nên:

M_Cu < M_R< M_Pb

64 < M< 207

Chỉ có Zn (65) thỏa mãn.

          M₂O₃ + 3H₂SO₄ M₂(SO₄)₃ + 3H₂O

mol:   1                                     1

m_tăng = (2M + 96.3) - (2M + 48) = 240 gam

          M₂O₃ + 3H₂SO₄ M₂(SO₄)₃ + 3H₂O

mol:      a                                   a

m_tăng = 57 - 17 = 40 gam

M_M = 27 (nhôm)

Hiđro có thể khử các oxit của kim loại đứng sau Al: CuO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, ZnO.

 Khi cho Fe dư và dug dịch AgNO₃:

Fe + AgNO₃ Fe(NO₃)₂ + Ag 

Vì Fe dư nên chỉ tạo được 1 muối Fe(NO3)2

Sau phản ứng, dung dịch có màu xanh nhạt của ion Fe²⁺; khối lượng thanh đồng và sắt tăng lên.

Các phản ứng xảy ra:

Cu + 2AgNO₃ Cu(NO₃)₂ + 2Ag

Fe + Cu(NO₃)₂   Fe(NO₃)₂ + Cu

 Gọi số mol Zn và Al lần lượt là x, y:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂

x → x →  x

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

y →  y →  3/2y

Từ đề bài ra ta có hệ phương trình

 m_muối = m_ZnCl2 + m_AlCl3 = 0,2.136 + 0,2.133,5 = 53,9 gam.

 Hóa chất có khả năng gây ra ăn mòn kim loại là axit HCl vì HCl có khả năng phản ứng với kim loại.

 Các kim loại có tính khử mạnh như K, Na, Ca, Ba, Mg, Al được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy.

Theo lí thuyết, khối lượng Na thu được sau điện phân là:

Hiệu suất phản ứng là:

Phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa - khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.

Ta có dãy sắp xếp theo thứ tự tăng dần tính oxi hoá của các ion kim loại là:

Mn²⁺, H⁺, Fe³⁺, Ag⁺.

Một chiếc chìa khoá làm bằng hợp kim Cu - Fe bị rơi xuống đáy giếng thỏa mãn các điều điện để xảy ra ăn mòn điện hóa:

• Có 2 điện cực khác nhau bản chất hóa học (Cu-Fe).
• Tiếp xúc trực tiếp với nhau.
• Nhúng cùng trong dung dịch chất điện ly (trong nước giếng có hòa tan chất điện ly.)

Vậy sau một thời gian chiếc chìa khóa sẽ bị ăn mòn điện hóa.

Những tính chất vật lí do các electron tự do gây ra là:

Tính dẻo

Tính dẫn điện, dẫn nhiệt

Tính ánh kim

Tính cứng là tính chất không do các electron tự do gây ra.

 Zn hoạt động hóa học mạnh hơn Fe nên bị ăn mòn.

Phương pháp thích hợp để điều chế kim loại Mg từ MgCl₂ là điện phân MgCl₂ nóng chảy 

Ta dùng dung dịch Fe₂(SO₄)₃ vì sau phản ứng không tạo ra kim loại mới.

Phương trình hóa học:

Fe + Fe₂(SO₄)₃ → FeSO₄

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)_{2 (↓ trắng xanh)} + 2NaCl

4Fe(OH)₂ (↓) + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)_{3 (↓ nâu đỏ)}

Điện phân nóng chảy NaCl.

Các phản ứng xảy ra ở điện cực:

Ở cực catot (cực âm) xảy ra sự khử ion Na⁺ thành Na: Na⁺ + 1e → Na.

Ở cực anot (cực dương) xảy ra sự oxi hóa Cl^- thành Cl₂: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

Ta có công thức biểu diễn định luật Faraday:

Chất khử (chất bị oxi hóa) là chất nhường e, chất oxi hóa (chất bị khử) là chất nhận e.

Khi điều chế kim loại, các ion kim loại nhận e để tạo thành kim loại do đó chúng đóng vai trò là chất bị khử

E^o_{Cu - Ag} = E^o_Ag⁺/Ag - E^o_Cu²⁺/Cu E^o_Cu²⁺/Cu = 0,8 - 0,46 = 0,34 (V)

E^o_Zn-Cu = E^o_Cu²⁺/Cu - E^o_Zn²⁺/Zn E^o_Zn²⁺/Zn = 0,34 - 1,1 = -0,76 (V)

Cu có tính khử yếu hơn Fe nên Fe bị ăn mòn, vậy không bảo vệ được Fe.

Lưu ý: Trong dãy điện thế Fe đứng trước Sn nên khi bị oxi hoá thì Fe sẽ bị oxi hoá trước nhưng do Fe được một lớp Sn phủ bên ngoài cách biệt với môi trường nên vẫn nguyên vẹn (biện pháp bảo vệ bề mặt).

Tại catot: Cu²⁺: a mol; Na⁺: b mol;

Cu²⁺ + 2e → Cu

a ⟶ 2a

Khi hết Cu²⁺:

2H₂O + 2e → 2OH⁻+H₂

Tại anot: Cl⁻: b mol; SO₄^2-: a mol; H₂O

2Cl⁻→ Cl₂ + 2e

b          ⟶      b

Khi hết Cl⁻:

2H₂O − 4e → 4H⁺ + O₂

Vì dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng nên ở catot Cu²⁺ hết trước Cl⁻ ở anot, còn ở anot Cl⁻ vẫn điện phân

⟹ 2a < b

- Catot: Các ion của kim loại mạnh như kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, Mg... không bị điện phân.

- Anot: Các anion chứa oxi như NO₃^-; SO₄^2-, CO₃^2-, ... không bị điện phân.

Như vậy các ion không bị điện phân là: Ca²⁺; K⁺; NO₃^-