BÀI 27. ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

MỞ ĐẦU

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?

Giải rút gọn:

- Nhiệt độ nóng chảy: khó nóng chảy.

- Độ cứng khá cao.

- Khối lượng riêng: scandium và titanium tương đối nhẹ còn các kim loại khác đều là kim loại nặng.

- Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt tương đối tốt.

I. ĐƠN CHẤT KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

Hoạt động nghiên cứu: Cấu hình electron của nguyên tử các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được cho trong bảng sau:

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thuộc khối s, p, d hay f?

2. 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.

Giải rút gọn:

1. Thuộc khối d.

2. Nhận xét:

a) Giống: đều có lớp vỏ bên trong của khí hiếm Ar.

Khác: số electron trên lớp ngoài cùng và phân lớp sát lớp ngoài cùng.

b) Số electron trên phân lớp 3d tăng dần từ 1 đến 10. Trong khi đó trên phân lớp 4s, số electron thường bằng 2.

Câu hỏi 1: Đặc điểm cấu hình electron nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có gì khác biệt so với nhóm IA và IIA trong cùng chu kì?

Giải rút gọn:

- Nguyên tử nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất: phân lớp 3d chưa đầy đủ, các electron hoá trị nhiều, phân bố trên cả phân lớp 4s và 3d.

- Nguyên tử nhóm IA và IIA: các electron hoá trị ít và đều nằm trên phân lớp s.

Hoạt động nghiên cứu: Một số thông số vật lí của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được trình bày ở Bảng 27.2.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. 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^oC.

b) Các kim loại nặng (D 5 g/cm³.)

2. 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 vào vở theo bảng mẫu sau:

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).

Giải rút gọn:

1. a) Các kim loại: Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu.

b) Các kim loại: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni.

2. 

b) Sự khác biệt: Nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ dẫn điện, độ cứng của Fe và Cu đều cao hơn nhiều.

Nguyên nhân: do Fe, Cu có bán kính nguyên tử kim loại nhỏ hơn và số electron tham gia vào liên kết kim loại nhiều hơn.

II. HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT

Hoạt động nghiên cứu: Xác định số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố chromium và manganese trong các dãy chất sau:

- Cr₂O₃, CrO₃, K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇.                 

- MnO, MnO₂, K₂MnO₄, KMnO₄.

Giải rút gọn:

- Số oxi hoá của Cr lần lượt là +3, +6, +6 và +6.

- Số oxi hoá của Mn lần lượt là +2, +4, +6 và +7. 

Câu hỏi 2: Từ cấu hình electron ở Bảng 27.1, xác định cấu hình electron của các ion kim loại sau: Cr³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺.

Giải rút gọn:

- Ion Cr³⁺: [Ar]3d³

- Ion Mn²⁺: [Ar]3d⁵

- Ion Cu²⁺: [Ar]3d⁹

Hoạt động thí nghiệm: Thí nghiệm: Xác định hàm lượng muối Fe (II) bằng dung dịch thuốc tím

Chuẩn bị:

Hoá chất: các dung dịch: KMnO₄ 0,02 M, H₂SO₄ 10%, FeSO₄ có nồng độ khoảng 0,10 M.

Dụng cụ: pipette 5 mL, burette 25 mL, bình tam giác 100 mL, ống đong 10 mL, bình tia nước cất, giá đỡ, kẹp càng cua.

Tiến hành:

- Dùng pipette lấy 5,0 mL dung dịch FeSO₄ cho vào bình tam giác; thêm tiếp khoảng 5 mL dung dịch H₂SO₄ 10% (lấy bằng ống đong).

- Cho dung dịch KMnO₄ vào burette, điều chỉnh thể tích dung dịch trong burette về mức 0.

- Mở khoá burette, nhỏ từng giọt dung dịch KMnO₄ xuống bình tam giác, lắc đều.

Ban đầu dung dịch trong bình tam giác xuất hiện màu hồng rồi mất màu.

Tiếp tục chuẩn độ đến khi màu hồng tồn tại bền trong khoảng 20 giây thì dừng chuẩn độ.

- Ghi lại thể tích dung dịch KMnO₄ đã dùng.

Tiến hành chuẩn độ 3 lần, ghi số liệu vào vở và xử lí số liệu theo mẫu bảng sau:

Lưu ý: Trong quá trình chuẩn độ, ban đầu thuốc tím mất màu chậm, sau đó mất màu nhanh.

Giải rút gọn:

Hoạt động thí nghiệm: Thí nghiệm: Kiểm tra sự có mặt từng ion riêng biệt: Cu²⁺, Fe³⁺.

Chuẩn bị:

Hoá chất: các dung dịch FeCl₃ 1 M, CuSO₄ 1 M, NaOH 1 M.

Dụng cụ: ống nghiệm, kẹp ống nghiệm.

Tiến hành:

- Cho khoảng 2 mL dung dịch FeCl₃ 1 M vào ống nghiệm (1) và khoảng 2 mL dung dịch CuSO₄ 1 M vào ống nghiệm (2).

- Thêm tiếp vào mỗi ống nghiệm khoảng 2 – 3 giọt dung dịch NaOH 1 M, lắc nhẹ.

Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Cho biết màu sắc của các kết tủa tại thành trong mỗi ống nghiệm.

2. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong mỗi ống nghiệm.

Giải rút gọn:

1. Fe(OH)₃ kết tủa màu nâu đỏ, Cu(OH)₂ kết tủa màu xanh

2. FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄