BÀI 19. ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

MỞ ĐẦU

Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất bao gồm các nguyên tố từ Sc đến Cu. Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố này có đặc điểm gì? Chúng có những tính chất vật lí và ứng dụng nào?

Giải rút gọn:

- Cấu hình electron: có electron hoá trị nằm ở phân lớp 3d và 4s.

- Tính chất vật lí: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng, khối lượng riêng, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt cao.

- Ứng dụng: 

+ Đồng dùng trong: biến thế, cầu dao điện, dây dẫn điện,…

+ Chromium dùng mạ lên các thiết bị để chống mài mòn, chế tạo hợp kim đặc biệt. Scandium, titanium được dùng để chế tạo hợp kim ứng dụng trong hàng không, vũ trụ. Vanadium dùng trong chế tạo thiết bị chịu nhiệt.

+ Sắt, manganese dùng trong quốc phòng, công nghiệp, nông nghiệp, đời sống. Sắt, cobalt dùng để chế tạo nam châm điện. Nickel dùng để chế tạo hợp kim sử dụng trong máy móc, thiết bị.

1. ĐẶC ĐIỂM CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

Thảo luận 1: Quan sát Bảng 19.1, hãy cho biết đặc điểm cấu hình electron của các nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.

Giải rút gọn:

Cấu hình electron: [Ar], chúng có electron hoá trị nằm ở phân lớp 3d và 4s.

2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ ỨNG DỤNG CỦA KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

Thảo luận 2: Dựa vào số liệu trong Bảng 19.1, Bảng 17.2 và Bảng 18.2, hãy nhận xét, so sánh nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất với kim loại K và Ca. Cho biết độ cứng của Ca là 1,75.

Giải rút gọn:

Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng lớn hơn. Theo thứ tự tăng dần: K, Ca, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.

Luyện tập: Lấy một số ví dụ về ứng dụng của sắt trong thực tế.

Giải rút gọn:

Sắt có độ cứng khá cao, dùng chế tạo hợp kim không gỉ, sản xuất dụng cụ y tế.

3. TRẠNG THÁI OXI HOÁ VÀ MÀU SẮC ION CỦA NGUYÊN TỐ CHUYỂN TIẾP

Luyện tập: Hãy viết cấu hình electron của các ion: Cu²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺.

Giải rút gọn:

- Cu²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹

- Fe³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

- Cr³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³

- Mn²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

Thảo luận 3: Quan sát Hình 19.1, hãy nhận xét về màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.

Giải rút gọn:

Chúng có màu sắc phong phú.

4. THÍ NGHIỆM

Thảo luận 4: Dự đoán hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm xác định hàm lượng muối Fe(II) bằng dung dịch thuốc tím. 

Giải rút gọn:

Hiện tượng: Sau cùng xuất hiện dung dịch màu hồng nhạt.

Thảo luận 5: Từ kết quả chuẩn độ, xác định nồng độ Fe²⁺ trong dung dịch đã pha.

Giải rút gọn:

Nồng độ Fe²⁺ là: C = n : V_{dung dịch} = 0,0125 M.

Thảo luận 6: Nêu hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm nhận biết các ion Cu²⁺ và Fe³⁺, viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra và giải thích.

Giải rút gọn:

Thí nghiệm 1: Xuất hiện kết tủa màu xanh do ion Cu²⁺ và ion OH^- tạo thành.

PTHH: 2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

Thí nghiệm 2: xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ do ion Fe³⁺ và ion OH^- tạo thành.

PTHH: 3NaOH + FeCl₃ → Fe(OH)₃↓ + 3NaOH

BÀI TẬP

Bài 1: Viết cấu hình electron của các ion: Cr²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Co³⁺.

Giải rút gọn:

- Cr²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴

- Fe²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

- Ni²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹

- Co²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷

- Co³⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶

Bài 2: Tìm hiểu qua sách, báo hoặc internet, hãy cho biết 5 kim loại có độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nhất. Qua đó rút ra nhận xét về độ dẫn điện và dẫn nhiệt của các kim loại chuyển tiếp thuộc dãy thứ nhất.

Giải rút gọn:

5 kim loại: đồng, bạc, vàng, nhôm, titan.

Nhận xét: độ dẫn điện và dẫn nhiệt của cao và được ứng dụng nhiều.

Bài 3: Để xác định hàm lượng của FeCO₃ trong quặng siderite, người ta có thể làm như sau: Cân 0,300 g mẫu quặng, xử lí theo một quy trình thích hợp, thu được dung dịch FeSO₄ trong môi trường H₂SO₄ loãng. Coi như dung dịch không chứa tạp chất tác dụng với KMnO₄. Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch KMnO₄ 0,02 M thì dùng hết 12,5 mL. Tính thành phần % theo khối lượng của FeCO₃ trong quặng.

Giải rút gọn:

PTHH:   +     5Fe²⁺    +   8H⁺    →   Mn²⁺  +   5Fe³⁺  +  4H₂O

       2,5×10^-4 → 1,25×10^-3 mol

.