Giải Hóa học 12 trang 91
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 91–92
Lưu ý: Các câu hỏi hiển thị trong hình ảnh thuộc trang 89 – 90 của SGK. Mình sẽ giải đầy đủ tất cả câu hỏi xuất hiện trong hai trang này.
🔍 Kiến thức cần nhớ
Bốn tính chất vật lí chung của kim loại đều được giải thích dựa trên sự có mặt của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại:
| Tính chất | Nguyên nhân | Kim loại tiêu biểu |
|---|---|---|
| Tính dẻo | Các ion dương trượt lên nhau, electron tự do "dán" chúng lại | Au, Ag, Al, Cu, Sn |
| Tính dẫn điện | Electron tự do di chuyển có hướng từ cực âm → cực dương | Ag > Cu > Au > Al |
| Tính dẫn nhiệt | Electron tự do truyền động năng qua va chạm | Ag, Cu, Al |
| Tính ánh kim | Electron tự do phản xạ ánh sáng nhìn thấy | Au, Ag, Pt |
💡 Mẹo nhớ: Cả 4 tính chất vật lí chung đều có "thủ phạm" chung là electron tự do trong mạng tinh thể. Cứ liên quan đến điện – nhiệt – dẻo – ánh kim, hãy nghĩ ngay đến electron tự do.
⚙️ Bài tập
Câu mở đầu
Đề bài: Tại sao kim loại có thể được sử dụng làm dây dẫn điện, chế tạo dụng cụ đun nấu, dùng trong công trình xây dựng? Kim loại có những tính chất hoá học đặc trưng nào?
Trả lời:
- Làm dây dẫn điện: vì kim loại có tính dẫn điện tốt (đặc biệt Cu, Al) nhờ electron tự do di chuyển có hướng dưới tác dụng của hiệu điện thế.
- Chế tạo dụng cụ đun nấu (xoong, nồi, chảo): vì kim loại dẫn nhiệt tốt, giúp truyền nhiệt nhanh và đều đến thức ăn.
- Dùng trong công trình xây dựng: vì kim loại (sắt, thép, nhôm) có độ bền cơ học cao, tính dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi nên dễ tạo hình thành dầm, cột, khung,…
Tính chất hoá học đặc trưng của kim loại là tính khử (dễ nhường electron):
M → M^n+ + neCụ thể, kim loại tác dụng được với:
- Phi kim (O₂, Cl₂, S,…)
- Dung dịch acid (HCl, H₂SO₄ loãng/đặc, HNO₃,…)
- Nước (kim loại kiềm, kiềm thổ)
- Dung dịch muối của kim loại yếu hơn
Câu 1
Đề bài: Vì sao kim loại có tính dẻo?
Cách 1 — Giải thích theo cấu tạo mạng tinh thể (SGK)
Khi có lực tác động (rèn, cán, kéo,…), các lớp ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau mà không tách rời nhau. Sở dĩ chúng không tách rời là vì các electron tự do chuyển động xen giữa các lớp, đóng vai trò như "chất kết dính" liên kết các ion dương kim loại lại với nhau.
→ Do đó kim loại có thể dễ rèn, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi mà không bị vỡ vụn như phi kim hay hợp chất ion.
Cách 2 — So sánh với tinh thể ion
Trong tinh thể ion (NaCl chẳng hạn), khi bị tác động lực, các lớp ion trượt lên nhau làm các ion cùng dấu đẩy nhau → tinh thể vỡ vụn (giòn).
Trong tinh thể kim loại, dù các lớp ion dương trượt đi, "biển electron" tự do luôn ở giữa nên các ion dương không bao giờ kề trực tiếp nhau → không xảy ra lực đẩy → kim loại có tính dẻo.
⚠️ Lưu ý thi: Đề có thể hỏi "vì sao tinh thể ion giòn mà tinh thể kim loại dẻo?" – câu trả lời chốt nằm ở electron tự do.
Câu 2
Ý a)
Đề bài: Hãy nêu sự khác biệt giữa liên kết kim loại và liên kết cộng hoá trị.
| Tiêu chí | Liên kết kim loại | Liên kết cộng hoá trị |
|---|---|---|
| Bản chất | Lực hút tĩnh điện giữa các ion dương kim loại với các electron tự do chuyển động trong toàn mạng tinh thể | Sự dùng chung một hay nhiều cặp electron giữa hai nguyên tử |
| Đối tượng tham gia | Giữa các nguyên tử kim loại với nhau | Giữa các nguyên tử phi kim (hoặc phi kim với phi kim) |
| Tính định hướng | Không định hướng – electron thuộc về toàn mạng tinh thể | Có định hướng – cặp electron khu trú giữa hai nguyên tử |
| Số nguyên tử liên kết | Liên kết tập thể, bao gồm rất nhiều nguyên tử | Thường giữa 2 nguyên tử (đôi khi nhiều nguyên tử qua hệ thống π) |
| Hệ quả tính chất | Dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim | Phân tử có thể là chất khí/lỏng/rắn nhưng thường không dẫn điện (trừ vài ngoại lệ như graphite) |
Ý b)
Đề bài: Vì sao kim loại có tính dẫn điện, trong khi hầu hết các phi kim không dẫn điện?
Trả lời:
- Kim loại dẫn điện được vì trong mạng tinh thể có nhiều electron hoá trị tách khỏi nguyên tử, trở thành electron tự do chuyển động hỗn loạn. Khi đặt vào hiệu điện thế, các electron tự do này chuyển động có hướng từ cực âm về cực dương → tạo thành dòng điện.
- Phi kim không dẫn điện (ở thể rắn) vì các electron hoá trị bị giam giữ trong các liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử cụ thể, không tự do di chuyển trong toàn khối chất → không hình thành dòng điện.
💡 Mẹo nhớ: "Có electron tự do → có dòng điện." Phi kim không có electron tự do nên không dẫn điện. Ngoại lệ duy nhất quen thuộc là graphite (than chì) – một dạng thù hình của carbon vẫn dẫn điện vì có electron π linh động.
Câu 3
Đề bài: Vì sao kim loại có tính dẫn nhiệt tốt? Hãy nêu một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính dẫn nhiệt của chúng.
Cách 1 — Cơ chế truyền nhiệt qua electron tự do
Khi đốt nóng một đầu thanh kim loại:
- Các electron tự do ở vùng bị đốt nóng nhận thêm năng lượng → động năng tăng mạnh.
- Các electron này di chuyển khắp thanh kim loại, va chạm với các ion dương ở nút mạng và với các electron tự do khác ở vùng lạnh hơn.
- Qua va chạm, động năng được truyền đi → toàn thanh kim loại nóng lên.
Vì electron tự do nhẹ, linh động, lan toả khắp tinh thể nên truyền nhiệt rất nhanh → kim loại dẫn nhiệt tốt.
Cách 2 — Mối liên hệ dẫn điện – dẫn nhiệt
Kim loại nào dẫn điện tốt thì cũng dẫn nhiệt tốt (định luật Wiedemann – Franz), vì cả hai tính chất đều do electron tự do gây ra. Thứ tự dẫn nhiệt giảm dần thường gặp: Ag > Cu > Au > Al > Fe.
Một số ứng dụng dựa trên tính dẫn nhiệt:
- Làm xoong, nồi, chảo, ấm đun nước (Al, Cu, Fe – inox).
- Làm tản nhiệt máy tính, CPU, bộ tản nhiệt ô tô (Cu, Al).
- Làm dây dẫn nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt, lò sưởi điện.
- Làm bàn là (bàn ủi), khuôn nhôm trong công nghiệp thực phẩm.
⚠️ Lưu ý thi: Câu hỏi này hay xuất hiện ở dạng "giải thích vì sao xoong nồi thường làm bằng Al/Cu chứ không phải Pb/Fe?" – câu trả lời gắn với tính dẫn nhiệt + nhẹ + bền + không độc.
Câu 4
Đề bài: Vì sao kim loại có ánh kim? Hãy nêu một số ứng dụng của kim loại dựa trên tính ánh kim của chúng.
Giải thích:
Trong mạng tinh thể kim loại có rất nhiều electron tự do. Khi ánh sáng nhìn thấy chiếu vào bề mặt kim loại, các electron tự do hấp thụ rồi phản xạ lại hầu hết các tia sáng có bước sóng trong vùng nhìn thấy. Nhờ vậy bề mặt kim loại trông sáng lấp lánh – gọi là ánh kim.
Lưu ý: nhiều kim loại trong thực tế trông xỉn màu vì bị phủ lớp oxide trên bề mặt (gỉ sắt Fe₂O₃, lớp Al₂O₃ trên nhôm,…). Khi đánh bóng để làm sạch lớp oxide, ánh kim sẽ hiện rõ trở lại.
Một số ứng dụng dựa trên tính ánh kim:
- Chế tạo đồ trang sức (vàng Au, bạc Ag, bạch kim Pt).
- Mạ trang trí lên các vật liệu khác (mạ vàng, mạ chrome lên xe, vòi nước, đồng hồ).
- Làm gương phản xạ trong kính hiển vi, kính thiên văn, đèn pha ô tô (mạ bạc, mạ nhôm).
- Làm vật liệu phản xạ ánh sáng – nhiệt cho mái che, mặt sau của vệ tinh, bao gói thực phẩm (giấy nhôm).
- Làm linh kiện trang trí trong nội – ngoại thất.
🎯 Ghi nhớ: - Tất cả 4 tính chất vật lí chung (dẻo – dẫn điện – dẫn nhiệt – ánh kim) đều bắt nguồn từ electron tự do trong mạng tinh thể kim loại. - Liên kết kim loại khác liên kết cộng hoá trị ở chỗ electron là "của chung toàn mạng" chứ không khu trú giữa hai nguyên tử cụ thể → đó là chìa khoá giải thích vì sao kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim, còn phi kim thì không. - Tính chất hoá học đặc trưng của kim loại là tính khử (M → Mⁿ⁺ + ne) – sẽ đi sâu trong phần II của bài 19.