Bài 17: Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn và cấu tạo của kim loại

- Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA, IIIA (trừ B) và một phần của các nhóm IVA, VA, VIA.

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB)

- Họ lantan và actini.

a. Cấu tạo nguyên tử

- Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại đều có ít electron ở lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3e).

Ví dụ: Na: [Ne]3s¹     Mg: [Ne]3s²      Al: [Ne]3s²3p¹

- Trong chu kì, nguyên tử của nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với các nguyên tử của nguyên tố phi kim.

Ví dụ:  ₁₁Na      ₁₂Mg     ₁₃Al       ₁₄Si       ₁₅P        ₁₆S        ₁₇Cl

  0,157    0,136    0,125   0,117    0,110      0,104    0,099

b. Cấu tạo tinh thể

- Ở nhiệt độ thường, trừ Hg ở thể lỏng, còn các kim loại khác ở thể rắn và có cấu tạo tinh thể.

- Các electron hoá trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể.

- Tinh thể kim loại có 3 loại mạng tinh thể sau:

+ Lập phương tâm diện: Cu, Ag, Au, Al...

+ Lập phương tâm khối: Li, Na, K,...

+ Lục phương: Be, Mg, Zn...

Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do có sự tham gia của các electron tự do.

Bài 1:

Cation M⁺ có cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng là 2p⁶. Nguyên tử M là:

Hướng dẫn:

Cation M⁺ mất đi 1electron nên khi trung hòa về điện tích ta có cấu hình của M là : 1s²2s²2p⁶3s¹.

Vậy tổng số electron là 11, suy ra kim loại M là Natri.

Bài 2:

A, B, C là các kim loại chuyển tiếp và đều thuộc chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn (ZA < ZB < ZC). Biết rằng tổng số electron lớp ngoài cùng của A, B và C bằng 4; tổng số electron ở lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng của B là 8. A, B, C là các nguyên tố nào?

Hướng dẫn:

Cấu hình electron của A, B, C có dạng: [Ar]3d^a4s^a4p^b

Do tổng số electron lớp ngoài cùng của A, B, C = 4 nên phải có hai nguyên tố có cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng 4s¹ và một nguyên tố còn lại 4s²

Vì B có tổng số electron ở lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng là 8 nên B có cấu hình: [Ar]3d⁶4s²

Vậy A là: [Ar]3d54s1 và C là: [Ar]3d104s1 →  A: ²⁴Cr;  B: ²⁶Fe; C: ²⁹Cu

Bài 3: 

Trong mạng tinh thể kim loại có những thành phần nào? Có mấy loại mạng tinh thể. Lấy ví dụ.

Hướng dẫn:

Trong mạng tinh thể kim loại có các ion dương kim loại và các electron tự do.

Có 3 loại mạng tinh thể là 

+ Lập phương tâm diện: Cu, Ag, Au, Al...

+ Lập phương tâm khối: Li, Na, K,...

+ Lục phương: Be, Mg, Zn...

Bài 4:

Cho 1,2 gam một kim loại hóa trị II phản ứng hết với dung dịch HCl dư, thu được 1,12 lít H­2 (đktc). Kim loại đó là:

Hướng dẫn:

M + 2HCl → MCl₂ + H₂

⇒ n_M = \(n_{H_{2}}\) = 0,05 mol

⇒ M_M = 24g (Mg)

Bài 5: 

Hòa tan hết 8 gam hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng dung dịch H₂SO₄ loãng, dư thu được 4,48 lít khí H₂ ở đktc. Phần trăm khối lượng của Fe trong hỗn hợp X là:

Hướng dẫn:

Theo bài giải ra có hệ pt:

\(\begin{array}{l}
\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{56{n_{Fe}} + 24{n_{Mg}} = 8}\\
{2{n_{Fe}} + 2{n_{Mg}} = 0,2}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{{n_{Fe}} = 0,1}\\
{{n_{Mg}} = 0,1}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \% {m_{Fe}} = \frac{{0,1.56}}{8}.100\%  = 70\;\% 
\end{array}\)

Bài 1:

Trong hỗn hợp X gồm Fe₂O₃; ZnO; Cu tác dụng với dung dịch HCl dư thu được dung dịch Y và phần không tan Z. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH loãng dư thu được lượng kết tủa gồm:

Hướng dẫn:

X + HCl vẫn có kim loại dư ⇒ đó là Cu

⇒ Xảy ra phản ứng: 2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺ (Fe³⁺ hết)

⇒ Y gồm: Fe²⁺; Zn²⁺; Cu²⁺

Y + NaOH dư thì Zn(OH)₂ tan ⇒ kết tủa gồm: Fe(OH)₂; Cu(OH)₂

Bài 2:

Hỗn hợp X gồm Zn, Mg và Fe. Hòa tan hết 23,40 gam hỗn hợp X vào dung dịch HCl thu được 11,20 lit khí (đktc). Để tác dụng với vừa hết 23,40 g hỗn hợp X cần 12,32 lit khí Clo (dktc). Khối lượng của Fe trong hỗn hợp là:

Hướng dẫn:

Bảo toàn e:

+) X + HCl: 2nZn + 2nMg + 2nFe = 2nH₂= 1,0 mol

+) X + Cl₂: 2nZn + 2nMg + 3nFe = 2nCl₂ = 1,1 mol

⇒ nFe = 1,1 - 1,0 = 0,1 mol ⇒ mFe = 5,6 g

- Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA, IIIA (trừ B) và một phần của các nhóm IVA, VA, VIA.

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB)

- Họ lantan và actini.

a. Cấu tạo nguyên tử

- Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại đều có ít electron ở lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3e).

Ví dụ: Na: [Ne]3s¹     Mg: [Ne]3s²      Al: [Ne]3s²3p¹

- Trong chu kì, nguyên tử của nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với các nguyên tử của nguyên tố phi kim.

Ví dụ:  ₁₁Na      ₁₂Mg     ₁₃Al       ₁₄Si       ₁₅P        ₁₆S        ₁₇Cl

  0,157    0,136    0,125   0,117    0,110      0,104    0,099

b. Cấu tạo tinh thể

- Ở nhiệt độ thường, trừ Hg ở thể lỏng, còn các kim loại khác ở thể rắn và có cấu tạo tinh thể.

- Các electron hoá trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể.

- Tinh thể kim loại có 3 loại mạng tinh thể sau:

+ Lập phương tâm diện: Cu, Ag, Au, Al...

+ Lập phương tâm khối: Li, Na, K,...

+ Lục phương: Be, Mg, Zn...

Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do có sự tham gia của các electron tự do.

Bài 1:

Cation M⁺ có cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng là 2p⁶. Nguyên tử M là:

Hướng dẫn:

Cation M⁺ mất đi 1electron nên khi trung hòa về điện tích ta có cấu hình của M là : 1s²2s²2p⁶3s¹.

Vậy tổng số electron là 11, suy ra kim loại M là Natri.

Bài 2:

A, B, C là các kim loại chuyển tiếp và đều thuộc chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn (ZA < ZB < ZC). Biết rằng tổng số electron lớp ngoài cùng của A, B và C bằng 4; tổng số electron ở lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng của B là 8. A, B, C là các nguyên tố nào?

Hướng dẫn:

Cấu hình electron của A, B, C có dạng: [Ar]3d^a4s^a4p^b

Do tổng số electron lớp ngoài cùng của A, B, C = 4 nên phải có hai nguyên tố có cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng 4s¹ và một nguyên tố còn lại 4s²

Vì B có tổng số electron ở lớp ngoài cùng và phân lớp sát ngoài cùng là 8 nên B có cấu hình: [Ar]3d⁶4s²

Vậy A là: [Ar]3d54s1 và C là: [Ar]3d104s1 →  A: ²⁴Cr;  B: ²⁶Fe; C: ²⁹Cu

Bài 3: 

Trong mạng tinh thể kim loại có những thành phần nào? Có mấy loại mạng tinh thể. Lấy ví dụ.

Hướng dẫn:

Trong mạng tinh thể kim loại có các ion dương kim loại và các electron tự do.

Có 3 loại mạng tinh thể là 

+ Lập phương tâm diện: Cu, Ag, Au, Al...

+ Lập phương tâm khối: Li, Na, K,...

+ Lục phương: Be, Mg, Zn...

Bài 4:

Cho 1,2 gam một kim loại hóa trị II phản ứng hết với dung dịch HCl dư, thu được 1,12 lít H­2 (đktc). Kim loại đó là:

Hướng dẫn:

M + 2HCl → MCl₂ + H₂

⇒ n_M = \(n_{H_{2}}\) = 0,05 mol

⇒ M_M = 24g (Mg)

Bài 5: 

Hòa tan hết 8 gam hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng dung dịch H₂SO₄ loãng, dư thu được 4,48 lít khí H₂ ở đktc. Phần trăm khối lượng của Fe trong hỗn hợp X là:

Hướng dẫn:

Theo bài giải ra có hệ pt:

\(\begin{array}{l}
\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{56{n_{Fe}} + 24{n_{Mg}} = 8}\\
{2{n_{Fe}} + 2{n_{Mg}} = 0,2}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}
{{n_{Fe}} = 0,1}\\
{{n_{Mg}} = 0,1}
\end{array}} \right.\\
 \Rightarrow \% {m_{Fe}} = \frac{{0,1.56}}{8}.100\%  = 70\;\% 
\end{array}\)

Bài 1:

Trong hỗn hợp X gồm Fe₂O₃; ZnO; Cu tác dụng với dung dịch HCl dư thu được dung dịch Y và phần không tan Z. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH loãng dư thu được lượng kết tủa gồm:

Hướng dẫn:

X + HCl vẫn có kim loại dư ⇒ đó là Cu

⇒ Xảy ra phản ứng: 2Fe³⁺ + Cu → 2Fe²⁺ + Cu²⁺ (Fe³⁺ hết)

⇒ Y gồm: Fe²⁺; Zn²⁺; Cu²⁺

Y + NaOH dư thì Zn(OH)₂ tan ⇒ kết tủa gồm: Fe(OH)₂; Cu(OH)₂

Bài 2:

Hỗn hợp X gồm Zn, Mg và Fe. Hòa tan hết 23,40 gam hỗn hợp X vào dung dịch HCl thu được 11,20 lit khí (đktc). Để tác dụng với vừa hết 23,40 g hỗn hợp X cần 12,32 lit khí Clo (dktc). Khối lượng của Fe trong hỗn hợp là:

Hướng dẫn:

Bảo toàn e:

+) X + HCl: 2nZn + 2nMg + 2nFe = 2nH₂= 1,0 mol

+) X + Cl₂: 2nZn + 2nMg + 3nFe = 2nCl₂ = 1,1 mol

⇒ nFe = 1,1 - 1,0 = 0,1 mol ⇒ mFe = 5,6 g