Giải Hóa học 12 trang 131

🔍 Kiến thức cần nhớ

Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất gồm 9 nguyên tố từ Sc (Z = 21) đến Cu (Z = 29), thuộc chu kì 4, nhóm B trong bảng tuần hoàn.

Đặc điểm cấu hình electron:

• Lớp vỏ bên trong giống khí hiếm Ar: [Ar] = 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶
• Electron được điền vào phân lớp 3d (từ 1 đến 10 electron)
• Phân lớp 4s thường có 2 electron, trừ Cr ([Ar]3d⁵4s¹) và Cu ([Ar]3d¹⁰4s¹) do sự bền vững đặc biệt của cấu hình bán bão hòa (d⁵) và bão hòa (d¹⁰)

Kim loại chuyển tiếp gồm toàn bộ nguyên tố họ d và họ f, thuộc nhóm B trong bảng tuần hoàn.

---

⚙️ Bài tập

---

Câu 1 (Hoạt động 1 – Trang 129)

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

Cách 1 — Dựa vào cấu hình electron

Quan sát Bảng 27.1, cấu hình electron của các nguyên tố từ Sc đến Cu đều có dạng [Ar]3d^x 4s^y, trong đó electron cuối cùng được điền vào phân lớp 3d.

Theo quy ước:

• Khối s: electron cuối cùng điền vào phân lớp s
• Khối p: electron cuối cùng điền vào phân lớp p
• Khối d: electron cuối cùng điền vào phân lớp d
• Khối f: electron cuối cùng điền vào phân lớp f

Kết luận: Các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thuộc khối d.

Cách 2 — Dựa vào vị trí trong bảng tuần hoàn

Các nguyên tố từ Sc đến Cu nằm ở các nhóm IIIB đến IB (nhóm B) trong bảng tuần hoàn. Tất cả nguyên tố nhóm B đều thuộc khối d.

Kết luận: Thuộc khối d.

---

Câu 2 (Hoạt động 1 – Trang 129)

Đề bài: 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

Cách 1 — Phân tích trực tiếp từ bảng

Giống nhau:

• Đều có cấu hình lớp vỏ bên trong là [Ar] (18 electron)
• Đều có electron trên phân lớp 3d và 4s
• Đều có dạng tổng quát: [Ar]3d^x 4s^y

Khác nhau:

• Số electron trên phân lớp 3d khác nhau (từ 1 đến 10)
• Số electron trên phân lớp 4s: đa số có 2 electron, riêng Cr và Cu chỉ có 1 electron trên 4s

Cách 2 — Giải thích bản chất

Sự khác biệt ở Cr và Cu được giải thích bởi quy tắc bền vững năng lượng:

• Cr: [Ar]3d⁵4s¹ → cấu hình 3d bán bão hòa (5 electron) bền hơn [Ar]3d⁴4s²
• Cu: [Ar]3d¹⁰4s¹ → cấu hình 3d bão hòa (10 electron) bền hơn [Ar]3d⁹4s²

b) Sự biến đổi số electron trên phân lớp 3d và 4s

Nhận xét:

• Số electron trên phân lớp 3d tăng dần từ 1 (Sc) đến 10 (Cu), nhưng không hoàn toàn đều đặn (Cr nhảy từ 3 lên 5, Cu nhảy từ 8 lên 10)
• Số electron trên phân lớp 4s hầu hết bằng 2, trừ Cr và Cu bằng 1

---

Câu 3 (Hoạt động 2 – Trang 129)

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

Cách 1 — So sánh trực tiếp

Trong chu kì 4:

• Nhóm IA (K, Z = 19): [Ar]4s¹ → chỉ có electron hóa trị trên phân lớp 4s
• Nhóm IIA (Ca, Z = 20): [Ar]4s² → chỉ có electron hóa trị trên phân lớp 4s
• Kim loại chuyển tiếp (Sc → Cu): [Ar]3d^x 4s^y → có electron hóa trị trên cả hai phân lớp 3d và 4s

Khác biệt chính:

Cách 2 — Giải thích hệ quả

Do có electron hóa trị ở cả phân lớp 3d và 4s nên:

• Kim loại chuyển tiếp có nhiều số oxi hóa (ví dụ: Fe có +2, +3; Mn có +2, +4, +7...)
• Kim loại nhóm IA, IIA chỉ có một số oxi hóa duy nhất (+1 với IA, +2 với IIA) vì chỉ mất electron ở phân lớp 4s

⚠️ Lưu ý thi: Đây là câu hỏi lý thuyết thường gặp trong đề thi. Cần nhớ: kim loại chuyển tiếp có nhiều số oxi hóa vì electron hóa trị nằm ở cả 3d và 4s.

---

Câu 1 (Hoạt động – Trang 130)

Đề bài: 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 °C.

Cách 1 — Tra bảng và so sánh

Từ Bảng 27.2, nhiệt độ nóng chảy của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất:

Nhiệt độ nóng chảy của Be = 1 287 °C.

Các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao hơn 1 287 °C:

• Sc: 1 541 °C
• Ti: 1 668 °C
• V: 1 917 °C
• Cr: 1 907 °C
• Fe: 1 535 °C
• Co: 1 494 °C
• Ni: 1 453 °C

Kết luận: Các kim loại khó nóng chảy hơn Be là: Sc, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni (7 kim loại).

Các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Be: Mn (1 244 °C) và Cu (1 084 °C).

b) Các kim loại nặng (D ≥ 5 g/cm³)

Cách 1 — Tra bảng

Từ Bảng 27.2, khối lượng riêng:

Các kim loại có D ≥ 5 g/cm³:

• V: 6,11
• Cr: 7,15
• Mn: 7,21
• Fe: 7,86
• Co: 8,90
• Ni: 8,91
• Cu: 8,96

Kết luận: Các kim loại nặng (D ≥ 5 g/cm³) là: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu (7 kim loại).

💡 Mẹo nhớ: Kim loại nhẹ (D < 5) trong dãy chuyển tiếp thứ nhất chỉ có Sc và Ti. Quy luật chung: khối lượng riêng tăng dần từ Sc đến Cu.

---

Câu 2 (Hoạt động – Trang 130)

Đề bài:

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

Cách 1 — Tra bảng và điền

Dựa vào Bảng 27.2 (trang 130) cho Fe và Cu, và các bảng 24.2, 25.2 (đã học ở bài trước) cho K và Ca:

Thông số của Fe (từ Bảng 27.2):

• Nhiệt độ nóng chảy: 1 535 °C
• Khối lượng riêng: 7,86 g/cm³
• Độ dẫn điện ở 20 °C (Hg = 1): 10
• Độ cứng (kim cương = 10): 4

Thông số của Cu (từ Bảng 27.2):

• Nhiệt độ nóng chảy: 1 084 °C
• Khối lượng riêng: 8,96 g/cm³
• Độ dẫn điện ở 20 °C (Hg = 1): 57,1
• Độ cứng (kim cương = 10): 3

Thông số của K (từ Bảng 24.2 – kim loại kiềm):

• Nhiệt độ nóng chảy: 63,5 °C
• Khối lượng riêng: 0,86 g/cm³
• Độ dẫn điện ở 20 °C (Hg = 1): 13,3 (đề cho)
• Độ cứng (kim cương = 10): 0,4 (đề cho)

Thông số của Ca (từ Bảng 25.2 – kim loại kiềm thổ):

• Nhiệt độ nóng chảy: 842 °C
• Khối lượng riêng: 1,55 g/cm³
• Độ dẫn điện ở 20 °C (Hg = 1): 28,5 (đề cho)
• Độ cứng (kim cương = 10): 1,75 (đề cho)

Bảng hoàn chỉnh:

b) So sánh sự khác biệt về các thông số vật lí giữa Fe, Cu (kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất) với K, Ca (kim loại họ s)

Cách 1 — So sánh từng thông số

1. Nhiệt độ nóng chảy:

• Fe (1 535 °C), Cu (1 084 °C) >> K (63,5 °C), Ca (842 °C)
• Kim loại chuyển tiếp có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều so với kim loại họ s

2. Khối lượng riêng:

• Fe (7,86), Cu (8,96) >> K (0,86), Ca (1,55)
• Kim loại chuyển tiếp nặng hơn nhiều so với kim loại họ s

3. Độ dẫn điện:

• Cu (57,1) > Ca (28,5) > K (13,3) > Fe (10)
• Không có quy luật rõ ràng giữa hai nhóm. Cu dẫn điện rất tốt, nhưng Fe lại dẫn điện kém hơn K và Ca

4. Độ cứng:

• Fe (4), Cu (3) >> Ca (1,75) >> K (0,4)
• Kim loại chuyển tiếp cứng hơn nhiều so với kim loại họ s

Cách 2 — Giải thích bản chất

Nguyên nhân: Kim loại chuyển tiếp có liên kết kim loại mạnh hơn vì:

• Có nhiều electron hóa trị hơn (electron 3d và 4s đều tham gia liên kết kim loại)
• Bán kính nguyên tử nhỏ hơn → mật độ electron tự do lớn hơn → liên kết kim loại bền hơn

Do đó, kim loại chuyển tiếp thường có:

• Nhiệt độ nóng chảy cao hơn
• Khối lượng riêng lớn hơn
• Độ cứng lớn hơn

so với kim loại họ s cùng chu kì.

⚠️ Lưu ý thi: Câu hỏi so sánh tính chất vật lí giữa kim loại chuyển tiếp và kim loại họ s là dạng thường gặp. Cần nhớ 3 đặc điểm nổi bật: nhiệt độ nóng chảy cao, khối lượng riêng lớn, độ cứng cao.

---

🎯 Ghi nhớ: - Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (Sc → Cu) thuộc khối d, có cấu hình [Ar]3d^x 4s^y - Cr và Cu là hai ngoại lệ với cấu hình 3d⁵4s¹ và 3d¹⁰4s¹ (do tính bền của cấu hình bán bão hòa và bão hòa) - Kim loại chuyển tiếp có nhiều số oxi hóa (khác với kim loại IA, IIA chỉ có 1 số oxi hóa) - Tính chất vật lí nổi bật: nhiệt độ nóng chảy cao, khối lượng riêng lớn, độ cứng cao hơn kim loại họ s