Kiến thức trọng tâmLớp 12

Đại cương về kim loại

Ôn liên kết kim loại, mạng tinh thể, tính chất, dãy hoạt động, điều chế, hợp kim, ăn mòn và chống ăn mòn kim loại kèm mô hình 3D và bài tập giải sẵn.

Đại cương kim loại có mặt ở mọi đề: 2–3 câu nhiều lựa chọn (tính chất vật lí, dãy hoạt động, phương pháp điều chế, ăn mòn), thường một câu đúng/sai về thí nghiệm ăn mòn điện hóa hoặc kim loại tác dụng với dung dịch muối, và một bài tính phần trăm khối lượng bằng bảo toàn electron. Hai "trục" của chủ đề: electron tự do giải thích tính chất vật lí, tính khử giải thích tính chất hóa học.

Kiến thức trọng tâm

Vị trí, cấu tạo và liên kết kim loại

Kim loại gồm các nguyên tố nhóm IA (trừ H), IIA, IIIA (trừ B), một phần nhóm IVA, VA, VIA, các nhóm B, họ lanthanide và actinide — chiếm khoảng 80% số nguyên tố.
Nguyên tử kim loại thường có 1–3 electron lớp ngoài cùng, bán kính lớn, độ âm điện nhỏ → dễ nhường electron.
Liên kết kim loại là liên kết hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các electron hóa trị tự do và các ion dương kim loại ở nút mạng tinh thể.

Kiểu mạng	Độ đặc khít, số phối trí	Ví dụ
Lập phương tâm khối	68%; 8	Na, K, Ba, Cr, Fe (ở nhiệt độ thường)
Lập phương tâm diện	74%; 12	Cu, Ag, Au, Al, Ni, Ca
Lục phương	74%; 12	Mg, Zn, Be

Mạng tinh thể kim loại

Ba kiểu mạng tinh thể kim loại. Bắt đầu với lập phương tâm khối (Fe, Na, K), bật "Số phối trí" để đếm 8 láng giềng gần nhất, rồi chuyển sang lập phương tâm diện và lục phương để so sánh (12 láng giềng, đặc khít 74%).

Đang chuẩn bị mô hình…

Tính chất vật lí

Tính chất chung — dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim — đều do electron tự do trong mạng tinh thể.

Dẫn điện: Ag > Cu > Au > Al > Fe. Nhiệt độ tăng thì kim loại dẫn điện kém đi.
Dẻo nhất: Au (dát được lá vàng rất mỏng).

Tính chất riêng phụ thuộc bán kính, điện tích ion, kiểu mạng:

Tính chất	Cực trị
Khối lượng riêng	nhẹ nhất Li (0,53 g/cm³); nặng nhất Os (khoảng 22,6 g/cm³)
Nhiệt độ nóng chảy	thấp nhất Hg (−39 °C, lỏng ở nhiệt độ thường); cao nhất W (3422 °C)
Độ cứng	cứng nhất Cr; mềm nhất Cs (Na, K cắt được bằng dao)

Tính chất hóa học: tính khử

\ce{M -> M^{n+} + ne-}

Dãy hoạt động hóa học (tính khử giảm dần, theo thế điện cực chuẩn): K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Ag, Pt, Au.

Với phi kim

\ce{2Mg + O2 ->[t^\circ] 2MgO}

\ce{2Fe + 3Cl2 ->[t^\circ] 2FeCl3}

\ce{Hg + S -> HgS}

Phản ứng của thủy ngân với sulfur xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, dùng để thu gom thủy ngân rơi vãi.

Với nước: kim loại nhóm IA và Ca, Sr, Ba khử nước ở nhiệt độ thường; Mg phản ứng rất chậm với nước ở nhiệt độ thường, nhanh hơn khi đun nóng; Fe khử hơi nước ở nhiệt độ cao; Cu, Ag, Au không phản ứng.

\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}

Với dung dịch HCl, $\ce{H2SO4}$ loãng: kim loại đứng trước H giải phóng $\ce{H2}$ ; Fe chỉ lên $\ce{Fe^{2+}}$ .

\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}

Với $\ce{H2SO4}$ đặc, $\ce{HNO3}$ (kiến thức lớp 11 hay gặp lại): hầu hết kim loại bị oxi hóa lên số oxi hóa cao, sản phẩm khử là $\ce{SO2}$ , $\ce{NO2}$ , $\ce{NO}$ … không giải phóng $\ce{H2}$ ; Al, Fe, Cr bị thụ động trong $\ce{H2SO4}$ đặc nguội và $\ce{HNO3}$ đặc nguội.

\ce{Cu + 2H2SO4 ->[t^\circ] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}

Với dung dịch muối: kim loại mạnh hơn (trừ nhóm IA, Ca, Ba) đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối.

\ce{Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu}

\ce{Cu + 2AgNO3 -> Cu(NO3)2 + 2Ag}

Na cho vào dung dịch $\ce{CuSO4}$ không đẩy Cu ra mà phản ứng với nước trước, sau đó NaOH tạo kết tủa $\ce{Cu(OH)2}$ màu xanh.

Điều chế và tái chế kim loại

Nguyên tắc: khử ion kim loại thành nguyên tử: $\ce{M^{n+} + ne- -> M}$ . Quy trình: làm giàu quặng → tách kim loại → tinh chế.

Phương pháp	Áp dụng – ví dụ
Nhiệt luyện	khử oxide kim loại đứng sau Al bằng C, CO, $\ce{H2}$ , Al ở nhiệt độ cao
Thủy luyện	kim loại mạnh khử ion kim loại yếu trong dung dịch (Fe khử $\ce{Cu^{2+}}$ )
Điện phân nóng chảy	kim loại mạnh: Na, K, Mg, Ca, Al
Điện phân dung dịch	kim loại trung bình, yếu: Zn, Ni, Cu, Ag

\ce{Fe2O3 + 3CO ->[t^\circ] 2Fe + 3CO2}

\ce{CuO + H2 ->[t^\circ] Cu + H2O}

Tái chế kim loại (thu gom → phân loại → nấu chảy, tinh chế → đúc sản phẩm) giúp tiết kiệm tài nguyên quặng, năng lượng và giảm ô nhiễm; nhôm, sắt thép, đồng là các kim loại được tái chế nhiều nhất.

Hợp kim

Hợp kim là vật liệu kim loại chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. So với kim loại thành phần, hợp kim thường cứng hơn, dẫn điện, dẫn nhiệt kém hơn và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.

Hợp kim	Thành phần – ứng dụng
Gang	Fe – C (2–5% C): đúc bệ máy, ống dẫn, luyện thép
Thép	Fe – C (dưới 2% C): xây dựng, chế tạo máy
Thép không gỉ (inox)	Fe – Cr – Ni: dụng cụ nhà bếp, y tế
Duralumin	Al – Cu – Mg – Mn: nhẹ, bền; thân máy bay, ô tô
Đồng thau	Cu – Zn: chi tiết máy, nhạc cụ
Vàng 18K	75% Au: đồ trang sức

Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn

Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tác dụng của các chất trong môi trường; bản chất là kim loại bị oxi hóa.

	Ăn mòn hóa học	Ăn mòn điện hóa
Bản chất	electron chuyển trực tiếp đến chất oxi hóa	tạo pin điện; kim loại có tính khử mạnh hơn là anode, bị oxi hóa
Dòng điện	không phát sinh	có dòng electron
Ví dụ	thép bị ăn mòn trong khí $\ce{Cl2}$ khô, nồi hơi	gang thép gỉ trong không khí ẩm, vỏ tàu trong nước biển

Điều kiện ăn mòn điện hóa (đủ cả ba): (1) hai điện cực khác bản chất (hai kim loại khác nhau, hoặc kim loại – phi kim như Fe – C); (2) hai điện cực tiếp xúc trực tiếp hoặc nối với nhau bằng dây dẫn; (3) cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li.

Thép gỉ trong không khí ẩm: anode Fe: $\ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e-}$ ; cathode C: $\ce{O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-}$ . $\ce{Fe^{2+}}$ bị oxi hóa tiếp, cuối cùng tạo gỉ sắt (thành phần chính $\ce{Fe2O3.nH2O}$ ).

Chống ăn mòn

Bảo vệ bề mặt: sơn, bôi dầu mỡ, tráng men, mạ kim loại (mạ kẽm, mạ chromium, tráng thiếc).
Bảo vệ điện hóa: gắn kim loại hoạt động mạnh hơn (Zn, Mg) làm anode hi sinh; vỏ tàu biển, đường ống ngầm.
Tôn (thép tráng Zn) bị xước sâu: Zn là anode bị ăn mòn, thép vẫn được bảo vệ. Sắt tây (thép tráng Sn) bị xước: Fe là anode, bị ăn mòn nhanh hơn thép không tráng.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Hỗn hợp kim loại tác dụng với acid

Xem lời giải

$n_{\ce{H2}} = \dfrac{4{,}958}{24{,}79} = 0{,}2$ mol. Fe và Zn đều hóa trị II: $x + y = 0{,}2$ ; $56x + 65y = 12{,}1$ .
Giải: $x = y = 0{,}1$ mol → $m_{\ce{Fe}} = 5{,}6$ g → $\%m_{\ce{Fe}} = \dfrac{5{,}6}{12{,}1} \cdot 100\% \approx 46{,}28\%$ .
Khối lượng muối $= 12{,}1 + 96 \cdot 0{,}2 = 31{,}3$ g.

Dạng 2: Kim loại tác dụng với dung dịch muối – tăng giảm khối lượng

Xem lời giải

Cứ 1 mol Fe tan (56 g) thì có 1 mol Cu bám vào (64 g) → khối lượng thanh tăng 8 g.
Số mol $\ce{CuSO4}$ phản ứng $= \dfrac{0{,}64}{8} = 0{,}08$ mol.
$\ce{CuSO4}$ còn $0{,}1 - 0{,}08 = 0{,}02$ mol → $C_M = \dfrac{0{,}02}{0{,}2} = 0{,}1$ M.

Dạng 3: Thí nghiệm ăn mòn điện hóa (đúng/sai)

Xem lời giải

a) Đúng. Kẽm phản ứng trực tiếp với acid giải phóng $\ce{H2}$ (ăn mòn hóa học).
b) Đúng. Zn khử $\ce{Cu^{2+}}$ tạo Cu bám trên viên kẽm → pin Zn – Cu trong dung dịch điện li → ăn mòn điện hóa nhanh hơn.
c) Sai. Electron từ Zn chuyển sang Cu; $\ce{H+}$ nhận electron ở cathode (bề mặt Cu) nên khí thoát ra chủ yếu trên bề mặt các hạt đồng.
d) Đúng.

Dạng 4: Sản xuất kim loại từ quặng

Xem lời giải

Khối lượng Fe trong gang: 0,95 tấn → khối lượng $\ce{Fe2O3}$ tương ứng $= 0{,}95 \cdot \dfrac{160}{112} \approx 1{,}357$ tấn.
Hao hụt 2% (chỉ 98% Fe vào gang) và quặng chứa 80% $\ce{Fe2O3}$ : khối lượng quặng $= \dfrac{1{,}357}{0{,}8 \cdot 0{,}98} \approx 1{,}73$ tấn.

Dạng 5: Đếm phát biểu đúng

Xem lời giải

(a), (b), (e) đúng. (c) sai: Mg đứng trước Al, phải điện phân nóng chảy $\ce{MgCl2}$ . (d) sai: Fe hoạt động mạnh hơn Sn nên Fe là anode, bị ăn mòn. Đáp số 3.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

Hòa tan 3,6 g kim loại M (hóa trị II) trong HCl dư thu được 3,7185 L $\ce{H2}$ (điều kiện chuẩn). Xác định M.

Xem đáp án

$n_{\ce{H2}} = 0{,}15$ mol $= n_M$ → $M = 24$ → magnesium.

Một ô mạng lập phương tâm khối chứa bao nhiêu nguyên tử?

Xem đáp án

$8 \cdot \dfrac{1}{8} + 1 = 2$ nguyên tử (8 nguyên tử ở đỉnh, mỗi nguyên tử thuộc 1/8 ô, cộng 1 nguyên tử ở tâm).

Khử hoàn toàn 16 g $\ce{Fe2O3}$ bằng CO dư ở nhiệt độ cao. Tính khối lượng Fe thu được.

Xem đáp án

$n_{\ce{Fe2O3}} = 0{,}1$ mol → $n_{\ce{Fe}} = 0{,}2$ mol → 11,2 g.

Vì sao người ta gắn khối kẽm vào chân cột thép của giàn khoan ngoài biển?

Xem đáp án

Zn có tính khử mạnh hơn Fe; khối kẽm, thép và nước biển tạo pin điện, kẽm là anode bị ăn mòn thay cho thép (bảo vệ điện hóa).

Sắp xếp theo chiều tăng dần khả năng dẫn điện: Al, Ag, Fe, Cu.

Xem đáp án

Fe < Al < Cu < Ag.

Kiểm tra lại kiến thức vừa ôn

Làm 10 câu luyện tập về đại cương về kim loại và xem lời giải ngay sau mỗi câu.

Luyện tập ngay

Đề có câu hỏi về chủ đề này

ĐỀ SỐ 01Trung bìnhLàm thử miễn phí

Hóa học — Đề ôn luyện số 1

Đề sát cấu trúc đề thi tốt nghiệp: ester – chất béo và xà phòng, amine – amino acid, pin điện và điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn, phức chất của copper(II), chuẩn độ giấm ăn cùng các bài tính hiệu suất, enthalpy gắn với sản xuất và đời sống.

28 câu · 50 phút

ĐỀ SỐ 02Cơ bảnLàm thử miễn phí

Hóa học — Đề ôn luyện số 2

Đề mức cơ bản, bám sát kiến thức trọng tâm: danh pháp và tính chất đặc trưng của ester, carbohydrate, amine, polymer; pin Zn–Cu, hợp chất của iron, cân bằng NO₂/N₂O₄ và các bài tính một – hai bước về muối, mạ bạc, pH, enthalpy.

28 câu · 50 phút

ĐỀ SỐ 03Nâng caoLàm thử miễn phí

Hóa học — Đề ôn luyện số 3

Đề nâng cao, nhiều câu phân hóa: xác định cấu tạo ester và chất béo, điện di amino acid, so sánh thế điện cực, cân bằng phức chất của cobalt, chuẩn độ permanganate viên sắt, tinh luyện đồng, sản xuất sulfuric acid và điện phân hỗn hợp muối.

28 câu · 50 phút