Lớp 9

Kim loại và dãy hoạt động hoá học

Dùng phản ứng thế và hiđro làm mốc để so sánh xu hướng tạo ion của kim loại.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácThang mức độ sẵn sàng phản ứng

Nhúng thanh kẽm vào dung dịch đồng(II) sunfat màu xanh, đồng bám lên thanh và màu xanh nhạt dần: kẽm nhường electron cho ion đồng.

Đó là sự cạnh tranh: kim loại dễ nhường electron hơn có thể đẩy ion của kim loại kém hoạt động hơn ra khỏi dung dịch.

Chế độ đầu sắp xếp kim loại từ K đến Au; đổi chế độ để so sánh Zn/CuSO₄, Cu/AgNO₃ và trường hợp Cu/ZnSO₄ không phản ứng.

Cặp Zn/Cu minh hoạ cùng xu hướng chuyển electron trong một pin Galvani tách hai nửa phản ứng.

Phổ thôngCách đọc dãy hoạt động

Định nghĩa: Dãy hoạt động hoá học

Dãy sắp xếp thực nghiệm các kim loại theo xu hướng tạo cation. Kim loại đứng trước thường có tính khử mạnh hơn; hiđro là mốc so sánh, không phải kim loại.

Dãy hoạt động thường dùng ở phổ thông (giảm dần từ trái sang phải)
Vị trí	Kim loại / mốc	Nhận xét thường gặp
1	K, Na, Ca	phản ứng với nước lạnh
2	Mg, Al, Zn, Fe	phản ứng với axit; tốc độ khác nhau
3	Pb, (H), Cu, Ag, Au	đứng sau H: không giải phóng H₂ khỏi axit loãng không oxi hoá

Kim loại đứng trước thường đẩy được ion kim loại đứng sau: $Zn + CuSO₄$ phản ứng, còn Cu + ZnSO₄ thì không. Có thể lược ion khán giả khi viết phương trình ion rút gọn.

\ce{Zn(s) + Cu^2+(aq) -> Zn^2+(aq) + Cu(s)}

\ce{Zn + CuSO4 -> ZnSO4 + Cu}

Ví dụ: Đồng có đẩy được kẽm khỏi kẽm sunfat không?

Dự đoán thanh đồng sạch có phản ứng với dung dịch ZnSO₄ hay không.

Lời giải

Không. Zn đứng trước Cu, dễ bị oxi hoá hơn; Cu không thể khử Zn²⁺ thành Zn trong điều kiện này.

Ví dụ: Mg phản ứng với axit tạo hiđro

Viết phương trình ion rút gọn khi Mg tác dụng với axit clohiđric loãng.

Lời giải

Mg đứng trước H nên đẩy được H₂: $Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂$ . Ion clorua là ion khán giả.

Đại họcThế điện cực giải thích thứ tự

Thế khử chuẩn là đại lượng định lượng, không phải một “thang thần kỳ” cần học thuộc. E°(M²⁺/M) càng âm thường cho biết oxi hoá M thuận lợi hơn so với điện cực hiđro chuẩn; suất điện động thực tế còn phụ thuộc hoạt độ và điều kiện.

Một số thế khử chuẩn ở 25 °C
Bán phản ứng	E° / V
K⁺ + e⁻ → K	−2,93
Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn	−0,76
Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe	−0,44
2H⁺ + 2e⁻ → H₂	0,00
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu	+0,34

E^\circ_{\rm cell}=E^\circ_{\rm cathode}-E^\circ_{\rm anode}

Ví dụ: Dự đoán suất điện động pin Zn/Cu

Cho E°(Cu²⁺/Cu)=+0,34 V và E°(Zn²⁺/Zn)=−0,76 V.

Lời giải

Zn bị oxi hoá ở anot và Cu²⁺ bị khử ở catot. E°pin = 0,34 − (−0,76) = +1,10 V; giá trị dương cho biết phản ứng theo chiều viết tự diễn biến ở điều kiện chuẩn.

Ở nồng độ không chuẩn, phương trình Nernst làm thay đổi thế: nồng độ có thể làm yếu hoặc đổi dự đoán từ dãy đơn giản. K và Na không được điều chế bằng cách điện phân dung dịch nước vì nước bị khử ưu tiên.

Tài liệu tham khảo

Chemistry: The Central Science · Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward, Matthew W. Stoltzfus, 2018