Luyện tập Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất CTST

Đồng kim loại được sử dụng để chế tạo dây dẫn điện, thiết bị điện, .., dựa trên tính chất vật lí đặc trưng đó là dẫn điện tốt

Gọi x là số oxi hóa của Mn trong các hợp chất

MnO₂ x + (-2).2 = 0 x = +4.

KMnO₄ (+1) + x + (-2).4 = 0 x = +7.

KMnO₄ (+1).2 + x + (-2).4 = 0 x = +6.

MnSO₄ x + (+6) + (-2).4 = 0 x = +2.

Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Sc, Ti là kim loại nhẹ

Trong hợp chất K₂Cr₂O₇, số oxi hóa của nguyên tử Cr là +6.

Cấu hình electron của nguyên tử Cu là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹ (hay [Ar]3d¹⁰ 4s¹).

Ở trạng thái kích thích, nguyên tử Cu có thể nhường 2 electron để tạo cation Cu²⁺.

Cu ⟶ Cu²⁺ + 2e

⇒ Cấu hình electron của ion Cu²⁺ là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹.

Viết gọn: [Ar]3d⁹.

Sự hình thành các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất là do sự sắp xếp lần lượt các electron vào phân lớp 3d

Khi nhỏ dung dịch NaOH vào dung dịch CuSO₄, xuất hiện kết tủa màu xanh lam.

Phương trình hóa học: 

2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

Kết tủa màu xanh lam là Cu(OH)₂.

Phương trình phản ứng

Fe + 3Cl₂  2FeCl₃

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Hợp chất iron (III) có khả năng thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với chất khử. Quá trình khử ion Fe³⁺ được biểu diễn là:

Fe³⁺ + 1e Fe²⁺

 Trong dãy ngueyen tử Sc (Z = 21), Ti (Z = 22), V (Z = 23), Cr (Z = 24) bán kính nguyên tử giảm dần

_SO2 = 5,2059 : 24,79 = 0,21 mol;

n_S = 0,03 mol

Đặt n_Cu = x mol và n_Zn = y mol

m_{hỗn hợp} = 64x + 65y = 19,35 (1)

Bảo toàn electron:

Áp dụng bảo toàn electron:

2n_Cu + 2n_Zn = 2n_SO2 + 6n_S 

2x + 2y = 2.0,21 + 6.0,03 (2)

Giải hệ (1) và (2) được:

x = 0,15 và y = 0,15

m_Cu = 0,15.64 = 9,6 gam

%m_Cu = 9,6:19,35.100% = 49,61%

Để khử ion trong dung dịch CuSO₄ có thể dùng kim loại Fe

Vì K, Ca khi tan vào nước tạo kết tủa với CuSO₄

Ag không khử được ion Cu²⁺

Tác dụng với oxygen dư

2Cu + O₂ 2CuO

4Fe + 3O₂ 2Fe₂O₃

4Al + 3O₂ 2Al₂O₃

Tác dụng với HCl dư

CuO +2HCl → CuCl₂ + H₂O

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

Tác dụng với NaOH dư

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

AlCl₃ + 3NaOH → 2H₂O + 3NaCl + NaAlO₂

Nung trong không khí

2Fe(OH)₃ Fe₂O₃ + 3H₂O

Cu(OH)₂ CuO + H₂O

Z gồm CuO và Fe₂O₃

n_{kết tủa} = n_BaSO4 = 60,58 : 233 = 0,26 mol

Quy đổi hỗn hợp X thành Fe (x mol), Cu (y mol), S (z mol)

m_X = 56x + 64y + 32z = 40 (1)

Muối trong Y gồm có Fe³⁺ (x mol), Cu²⁺ (y mol), SO₄^2- (0,26 mol) và NO₃^-

Bảo toàn điện tích: 

2.n_SO4^{2 –} + n_NO3⁻ = 3.n_Fe³⁺+ 2.n_Cu²⁺

n_NO3- = 3x + 2y – 0,52

m_muối = 56x + 64y + 0,26.96 + 62.(3x + 2y – 0,52) = 90  (2)

Bảo toàn nguyên tố S:

n_SO2 = z – 0,26

Bảo toàn electron:

n_NO2 = 3x + 2y + 4.(z – 0,26) + 6.0,26 = 3x + 2y + 4z + 0,52

m_khí = 64.(z – 0,26) + 46.(3x + 2y  + 4z + 0,52) = 153,04  (3)

Giải hệ phương trình (1), (2), (3)

→ x = 0,2; y = 0,26; z = 0,38

n_SO2 = z – 0,26 = 0,38 – 0,26 = 0,12 mol

n_NO2 = 3x + 2y + 4z + 0,52 = 3,16 mol

n_NO2 – n_SO2 = 3,16 – 0,12 = 3,04 mol

Cr₂O₃ tan trong dung dịch kiềm loãng sai vì Cr₂O₃ chỉ tan trong dung dịch kiềm đặc.

Zn phản ứng với HCl tạo H₂, kim loại không tan là Cu.

n_H2 = 0,4 mol

Áp dụng bảo toàn electron: 2.n_Zn = 2.n_H2

→ n_Zn = 0,4 mol

m_Zn = 0,4 .65 = 26 gam

Suy ra m_Cu = 30 – 26 = 4 gam

Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thuộc khối d.

Để nhận biết 3 lọ mất nhãn đựng 3 dung dịch CuCl₂, FeCl₃, MgCl₂ ta dùng dung dịch NaOH vì tạo các kết tủa có màu khác nhau:

Dung dịch CuCl₂ tạo kết tủa xanh:

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂ ↓_xanh + 2NaCl

Dung dịch FeCl₃ tạo kết tủa đỏ nâu:

FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ ↓_{đỏ nâu} + 3NaCl

Dung dịch MgCl₂ tạo kết tủa trắng:

MgCl₂ + 2NaOH → Mg(OH)₂ ↓_trắng + 3NaCl

X là FeCl₃ vì khi cho tác dụng với dung dịch KOH thu được kết tủa nâu đỏ Fe(OH)₃.

Phương trình phản ứng

FeCl₃ + 3KOH → 3KCl + Fe(OH)₃ 

                              kết tủa màu nâu đỏ.