ĐỊNH LUẬT FARADAY - Tổng Hợp Lý Thuyết Hóa Học 12

Dựa vào cụng thức biễu diễn định luật Faraday, ta cú thể xỏc định được khối lượng cỏc chất thu được ở cỏc điện cực.

m=AItnF

Trong đú:

m: Khối lượng chất thu được ở điện cực, tớnh bằng gam.

A: Khối lượng mol nguyờn tử của chất thu được ở điện cực.

n: Số electron mà nguyờn tử hoặc ion đó cho hoặc nhận

I: Cường độ dũng điện, tớnh bằng ampe (A).

t: Thời gian điện phõn, tớnh bằng giõy (s).

F: Hằng số Faraday (F=96500 culụng/mol).

Thớ dụ: Tớnh khối lượng của Cu thu được ở cực (−) (catot) sau 1 giờ điện phõn dung dịch CuCl2 với cường độ dũng điện là 5 ampe.

- Phương trỡnh điện phõn dung dịch CuCl2:

CuCl2−→−−−−điệnphõnCu+Cl2

- Khối lượng Cu thu được ở catot:

mCu=63,5.5.5.360096500.2=5,92(g) kim loại kiềm

I- VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

1. Vị trớ của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn

Sỏu nguyờn tố húa học đứng sau cỏc nguyờn tố khớ hiếm là liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), xesi (Cs), franxi (Fr) được gọi là cỏc kim loại kiềm. Cỏc kim loại kiềm thuộc nhúm IA, đứng ở mỗi đầu chu kỡ (trừ chu kỡ 1 )

2. Cấu tạo và tớnh chất của kim loại kiềm

Cấu hỡnh electron: Kim loại kiềm là những nguyờn tố s. Lớp electron ngoài cựng của nguyờn tử chỉ cú ở 1e, ở phõn lớp ns1 (n là số thứ tự của chu kỡ). So với những electron khỏc trong nguyờn tử thỡ electron ns1 ở xa hạt nhõn nguyờn tử nhất, do đú dễ tỏch khỏi nguyờn

tử.

Cỏc cation M+ của kim loại kiềm cú cấu hỡnh electron của nguyờn tử khớ hiếm đứng trước. Thớ dụ: Na→Na++e [Ne]3s1 [Ne] Rb→Rb++e [Kr]5s1 [Kr]

Năng lượng ion húa: Cỏc nguyờn tử kim loại kiềm cú năng lượng ion húa I1 nhỏ nhất so với cỏc kim loại khỏc cựng chu kỡ.

Thớ dụ:

Kim loại: Na Mg Al Fe Zn I1(kJ/mol): 497 738 578 759 906 Do vậy, cỏc kim loại kiềm cú tớnh khử rất mạnh: M→M++e

Năng lượng ion húa I2 của cỏc nguyờn tử kim loại kiềm lớn hơn năng lượng ion húa I1 nhiều lần (từ 6 đến 14 lần). Vỡ vậy, trong cỏc phản ứng húa học nguyờn tử kim loại kiềm chỉ nhường 1 electron.

Trong nhúm kim loại kiềm, năng lượng ion húa I1 giảm dần từ Li đến Cs.

Số oxi húa: Trong cỏc hợp chất, nguyờn tố kim loại kiềm chỉ cú số oxi húa +1

Thế điện cực chuẩn: Thế điện cực chuẩn của kim loại kiềm cú giỏ trị rất õm.

II- TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Cỏc kim loại kiềm cú cấu tạo mạng tinh thể lập phương tõm khối là kiểu mạng kộm đặc khớt

1. Nhiệt độ núng chảy và nhiệt độ sụi

Nhiệt độ núng chảy và nhiệt độ sụi của cỏc kim loại kiềm thấp hơn nhiều so với cỏc kim loại khỏc. Thớ dụ, nhiệt độ núng chảy của cỏc kim loại kiềm đều thấp hơn 2000C

Tớnh chất này là do liờn kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm kộm bền vững.

2. Khối lượng riờng

Khối lượng riờng của cỏc kim loại kiềm cũng nhỏ hơn so với cỏc kim loại khỏc.

Khối lượng riờng của cỏc kim loại kiềm nhỏ là do nguyờn tử của cỏc kim loại kiềm cú bỏn kớnh lớn và do cấu tạo mạng tinh thể của chỳng kộm đặc khớt.

3. Tớnh cứng

Cỏc kim loại kiềm đều mềm, cú thể cắt chỳng bằng dao. Tớnh chất này là do liờn kết kim loại trong mạng tinh thể yếu.

III- TÍNH CHẤT HểA HỌC

Cỏc nguyờn tử kim loại kiềm đều cú năng lượng ion húa I1 thấp và thế điện cực chuẩn E0 cú giỏ trị rất õm. Vỡ vậy kim loại kiềm cú tớnh khử rất mạnh.

1. Tỏc dụng với phi kim

Hầu hết cỏc kim loại kiềm cú thể khử được cỏc phi kim. Thớ dụ, kim loại Na chỏy trong mụi trường khớ oxi khụ tạo ra natri peoxit Na2O2. Trong hợp chất peoxit, oxi cú số oxi húa −1:

2Na+O2−→t0Na2O2(r)

2. Tỏc dụng với axit

Do thế điện cực chuẩn của cặp oxi húa - khử E02H+/H2=0,00V, thế điện cực chuẩn của cặp oxi húa - khử của kim loại kiềm đều cú thể khử dễ dàng ion H+ của dung dịch axit

(HCl,H2SO4 loóng) thành khớ H2 (phản ứng gõy nổ nguy hiểm): 2Li+2HCl→2LiCl+H2↑

Dạng tổng quỏt:

2M+2H+→2M++H2↑

3. Tỏc dụng với nước

Vỡ thế điện cực chuẩn (E0M+/M) của kim loại kiềm nhỏ hơn nhiều so với thế điện cực của hidro ở pH=7(E0H2O/H2=−0,41V) nờn kim loại kiềm khử được nước dễ dàng, giải phúng khớ hiđro:

2Na+2H2O→2NaOH(dd)+H2↑

Dạng tổng quỏt:

2M+2H2O→2MOH(dd)+H2↑

Do vậy, cỏc kim loại kiềm được bảo quản bằng cỏch ngõm chỡm trong dầu hỏa.