Đồng(Cu), Bạc(Ag), Crôm(Cr), Sắt(Fe)


KIM LOẠI BẠC

I – VỊ TRÍ CẤU TẠO
1. Vị trí của bạc trong BTH
Bạc là kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm IB, chu kì 5, số hiệu nguyên tử là 47 trong bảng tuần hoàn.
Nguyên tử bạc có 47 electron, được phân bố thành 5 lớp : lớp thứ nhất có 2e, lớp thứ hai có 8e, lớp thứ ba có 18e, lớp thứ tư có 18e, lớp thứ năm có 1e. Bạc là nguyên tố d, có cấu hình electron nguyên tử 1s²2s²2p63s23p63d104s24p64d105s1, hoặc viết gọn là [Kr] 4d105s1 và viết dưới dạng ô lượng tử là :

2. Cấu tạo của bạc
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
↑

[Kr] 4d10 5s¹
Trong các hợp chất, bạc có số oxh phổ biến là +1, ngoài ra bạc còn có số oxh là +2 và +3.
II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Bạc có màu trắng, mềm, dẻo (dễ kéo sợi và dát mỏng), dẫn nhiệt và dẫn điện tốt nhất trong các kim loại. Bạc là kim loại nặng (khối lượng riêng là 10,5 g/cm³), nóng chảy ở 960,5ºC.
III – TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
Về mặt hoá học, bạc là kim loại rất kém hoạt động. Bạc có thế điện cực chuẩn E°Ag+/Ag = +0,80(V) nhỏ nên bạc có tình khử yếu
1. Đối với oxi không khí, bạc tương đối trơ, không bị oxh dù ở nhiệt độ cao,nhưng nếu trong không khí có một ít khí H2S thì màu trắng của bạc dần dần trở nên xám xịt vì đã tạo nên màng Ag2S theo phản ứng:
2Ag + H2S → Ag2S + H2
Ở trong dãy điện thế, tuy bạc đứng sau hidro nhưng phản ứng này có thể xảy ra là vì việc tạo thành bạc(I) sunfua màu đen rất ít tan (tích số tan ~10-51) đã làm biến đổi thế điện cực của bạc từ giá trị dương thành âm.
2.Tác dụng với axit
Bạc không tác dụng với dd HCl, H2SO4 loãng, nhưng tác dụng với axit có tính oxh mạnh như HNO3, H2SO4 đặc nóng.
Ag + 2HNO3 (đặc) → AgNO3 + NO2 + H2O
Ngoài ra bạc còn tác dụng với dd HI giải phóng H2 nhờ tạo thành AgI là chất ít tan. Bạc còn tác dụng với dd HCN đậm đặc giải phóng H2 nhờ tạo thành anion phức bền [Ag(CN)2]¯.
2Ag + 4CN → 2H[Ag(CN)2] + H2
Bạc còn có thể tan trong dd xianua kim loại kiềm :
4Ag + 8KCN + 2H2O + O2 → 4K[Ag(CN)2] + 4KOH
IV – ỨNG DỤNG
– Bạc tinh khiết được dùng để chế tạo đồ trang sức, vật trang trí, mạ bạc cho những vật bằng kim loại, chế tạo một số linh kiện trong kĩ thuật vô tuyến, chế tạo ăcquy (ăcquy Ag – Zn có hiệu điện thế 1,85V).
– Chế tạo hợp kim, thí dụ hợp kim Ag – Cu, hợp kim Ag – Au. Những hợp kim này dùng làm đồ trang sức, bộ đồ ăn, đúc tiền,….
HỢP CHẤT CỦA BẠC

I – HỢP CHẤT BẠC (I)
1.Bạc(I) oxit, Ag2O
Ag2O là một oxit bazo, có màu nâu đen, cấu trúc kiểu lập phương, trong đó những nguyên tử O được gói ghém kiểu lập phương tâm khối và mỗi một nguyên tử được phối trí tứ diện bởi bốn nguyên tử kim loại.
Bạc(I) oxit phân huỷ thành nguyên tố ở trên 200°C
Ag2O → Ag + O2
Bạc(I) oxit ít tan trong nước nhưng tan trong dung dịch kiềm đặc tạo thành acgenti
Ag2O + 2NaOH + H2O → 2Na[Ag(OH)2]
(natri hiđroacgentit)
Trong dung dịch NH3 đậm đặc, Ag2O tan tạo thành phức chất amoniacat:
Ag2O + 4NH3 + H2O → 2[Ag(NH3)2]OH
Bạc(I) oxit được điều chế bằng tác dụng của dd muối Ag(I) với kiềm:
2AgNO3 + 2NaOH → Ag2O + 2NaNO3 + H2O
2.Bạc(I) hiđroxit, AgOH
Bạc(I) hiđroxit không bền, không tách ra được ở dạng tự do vì ngay khi được tạo thành đã phân huỷ.Trong nước, tuy Ag2O tan ít nhưng có tác dụng một phần với nước làm cho dd có tính kiềm:
Ag2O + H¬2O 2AgOH = 2Ag+ + 2OH¯
Thực tế muối AgNO3 không bị thuỷ phân, điều đó chứng tỏ AgOH là chất kiềm mạnh.Lợi dụng phản ứng trên người ta có thể điều chế hiđroxit của kim loại kiềm bằng tác dụng của huyền phù Ag2O trong nước vời clorua kim loại.
Ag2O + H2O + 2PbCl → 2RbOH + 2AgCl
3.Muối bạc(I)
Đa số muối bạc(I) dạng tinh thể đều ít tan trong nước. Những muối tan của Ag(I) là AgNO3, AgClO4, AgClO3, AgF.Khi kết tinh từ dung dịch, hầy hết muối Ag(I) đều ở dạng khan, trừ AgF.2H2O.
Ion Ag+ có khả năng tạo phức với dd NH3
Ag+ + 4NH3 → [Ag(NH3)2]+
 AgNO3, muối bạc thông dụng nhất, là chất ở dạng tinh thể tà phương, không màu, nóng chảy ở 209,7°C.Dễ tan trong nước, độ tan biến đổi theo nhiệt độ, tan cả trong ete, rượu etylic, axeton.
Khi đun nóng đến 300°C bạc nitrat bị phân huỷ:
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2
AgNO3 dễ bị khử thành kim loại bởi những chất hữu cơ như giấy, glucozo, focmanđehit, axit tactric….khi tác dụng với những chất khử đó, dung dịch AgNO3 trong NH3 tạo nên lớp kết tủa sáng bám chắc trên kính gọi là gương. Dựa vào tính chất đó người ta dùng AgNO3 để nhận biết axit tactric và để tráng gương.
RCHO + 2AgNO3 + 3H2O → 2Ag↓ + 2NH4NO¬3 + RCOONH4
AgNO3 được điều chế bằng cách hoà tan bạc kim loại trong HNO3.
 Bạc halogenua (AgX).Dưới đây là một ssố tính chất của bạc halogenua:
Kiến trúc tinh thể Lập phương kiểu NaCl Lập phương kiểu NaCl Lập phương kiểu NaCl Lập phương kiểu ZnS
Màu Trắng Trắng Vàng nhạt Vàng
Tính chất AgF AgCl AgBr AgI
Bạc clorua bền nhất đối với nhiệt, các halogenua khác phân huỷ trước khi đến nhiệt độ sôi. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thường, dưới tác dụng của ánh sáng các halogenua khó tan của bạc phân huỷ dần tạo thành bạc kim loại và halogen tự do:
2AgX → 2Ag + X2 (X = Cl, Br và I )
Những muối AgCl, AgBr và AgI tuy không tan trong nước nhưng tan với mức độ khác nhau trong dd NH3 và tan hoàn toàn trong dd HX đậm đặc ( X = Cl, Br và I ), dd Na2S2O3, dung dịch NaCN nhờ tạo thành phức chất.
Qua cquá trình hoà tan kết tủa của AgX trong dd Nh3 có các hằng số cân bằng:
AgCl + 2NH¬3 [Ag(NH3)2]+ + Cl¯ K = 1,8.10-2
AgBr + 2NH¬3 [Ag(NH3)2]+ + Br¯ K = 5,0.10¯-5
AgI + 2NH¬3 [Ag(NH3)2]+ + I¯ K = 8,3.10-9
Những hằng số cân bằng này tính được khi kết hợp 2 quá trình phân li của muối halogenua và ion phức [Ag(NH3)2]+ .
Qua các hằng số cân bằng trên đây, có thể kết luận rằng trong dd NH3 đậm đặc, AgCl tan hoàn toàn, AgBr tan một phần còn AgI thực tế không tan.
Tính toán tương tự như vậy ta thấy AgCl, AgBr và AgI có thể tan hoàn toàn trong các dd Na2S2O3 và NaCN vì hằng số bền của những ion phức [Ag(S2O3)2]3- và [Ag(CN)2]¯ là 2,8.1013 và 7,8.1019 tương ứng, nghĩa là những ion đó rất bền hơn ion phức [Ag(NH3)2]. Tuy nhiên. người ta có thể kkết tủa bạc từ dd những phức chất đó bằng khí H2S hoặc Na2S vì Ag2S là một trong những muối ít tan nhất.
2K[Ag(CN)2] + 2H2S → Ag2S + K2S + 4HCN
Các bạc halogenua được điều chế trực tiếp từ đơn chất, những halogenua khó tan còn được kết tủa dễ dàng từ dd bằng phản ứng trao đổi.
4. Ứng dụng
– Ion Ag+ (dù nồng độ rất nhỏ, chỉ khoảng 10-10 mol/l) có khả năng sát trùng diệt khuẩn.
– Các muối bạc(I) có công dụng quan trọng trong ngành ảnh (dựa vào tính nhạy cảm của bạc halogenua đối với ánh sáng).

II – HỢP CHẤT BẠC (II)
Bạc(II) oxit (AgO) là chất dạng tinh thể lập phương màu đen, không tan trong nước, bền ở nhiệt độ thường, phân huỷ thành nguyên tố ở 100°C và phân huỷ nổ ở 110°C.
Bằng phương pháp từ- hoá học, người ta biết AgO là chất nghịch từ, trong đó bạc có thể tồn tại ở trạng thái Ag(I) với cấu hình d10 và trạng thái Ag(III) với cấu hình d8. Bằng phương pháp nhiễu xạ nơtron, người ta xác định được trong tinh thể AgO có hai loại nguyên tử Ag: những mạch –Ag–O–Ag và những hình vuông Ag4O mà Ag nằm ở tâm. Như vậy bạc(II) oxit là oxit của Ag(I) và Ag(III) với công thức Ag+1Ag+3 O2.
Bạc(II) oxit tan trong axit giải phóng khí oxi nhưng tạo nên ion Ag2+ trong dung dịch.
Nó là chất oxh rất mạnh, E°Ag2+/Ag+ = 1,89V so với E°Cu2+/Cu+ = 0,153V. Trong dd, ion Ag2+ chỉ có thể tồn tại trong phức chất với những phối tử hữu cơ như pyriđin, đipyriđyl, phenantrolin với cầu ngoại là anion pesunfat: [Ag(py)4 ]S2O8, [Ag(dipy)2 ]S2O8 và [Ag(phen)2 ]S2O8.
Do có tính oxh mạnh, AgO được dùng để chế ắc quy kiềm . Ắc quy gồm có điện cực dương làm bằng bột mịn của hỗn hợp AgO và Ag2O, điện cực âm làm bằng bột nén của Zn, nhúng trong dd KOH. Quá trình xảy ra trong ăc quy là:
AgO + Zn Ag + ZnO
Thế hiệu cuae ăc quy là 1,85V. ăc quy kiềm - bạc gọn nhẹ hơn ăc quy chì và ăc quy kiềm niken nên được dùng trong máy bay ohản lực và kĩ thuật vũ trụ.
Bạc(II) oxit được điều chế bằng cách đun sôi Ag2O với pesunfat trong dd kiềm.
Bạc(II) florua (AgF2), hợp chất đơn chất duy nhất của Ag2+, là chất dạng tinh thể màu nâu, nóng chảy ở 690°C. Nó bị nước phân huỷ theo phản ứng:
6AgF2 + 3H2O → 6AgF + 6HF + O3
Bạc(II) florua là chất oxh mạnh và là tác nhân flo hoá mạnh (nguồn flo nguyên tử):
AgF2 → AgF + F
Bạc(II) florua được điều chế bằng tác dụng của khí F2 với bạc kim loại hay với AgF ở –250°C

I – BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH
1. Bài 1: Hoàn thành phương trình phản ứng sau:
AgNO3 → Ag → AgNO3 → Ag2O → AgCl → Ag
↓ ↓
Ag2S [Ag(NH3)2] → AgNO3 → bacaxetinua
PTHH:
+) 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2↑ + O2\
+) Ag + 2HNO3(đ) → AgNO3 + NO2↑ + H2O
+) 2AgNO3 + H2S + 1/2O2 → Ag2S + H2O
+) 2AgNO3 + 2NaOH → 2NaNO3 + Ag2O + H2O
+) Ag2O + 2HCl → 2AgCl + H2O
+) 2AgCl → 2Ag + Cl2
+) AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2Cl]
+) [Ag(NH3)2Cl] + HNO3 → AgNO3 + NH4Cl
+) AgNO3 + CH≡CH → AgC≡CAg + HNO3
2.Bài 2.
Cho Fe vào hỗn hợp dd AgNO3 và Cu(NO3)2 thu được dd A.Cho Mg vào dd A thu được dd B và chất rắn C gồm 2 kim loại không tan trong dd H2SO4(loãng) nhưng tan được trong H2SO4(đăc) thu được khí SO2. Xác định các chất trong A, B, C và viết các ptpu xảy ra.
Giải
Vì C không tác dụng với H2SO4(loãng) nhưng lại tan trong H2SO4(đăc) nên → C gồm Cu và Ag.Vậy khi cho Fe vào hh AgNO3 và Cu(NO3)2 thì Cu chưa phản ứng hết còn Ag chỉ phản ứng một phần với Fe
Fe + 2Ag2+ → 2Ag↓ + Fe2+
Ag+ + Fe2+ → Fe3+ + Ag↓
Dd A : Cu(NO3)2, AgNO3 du, Fe(NO3)3
Mg + Cu2+ → Cu↓ + Mg2+
Mg2+ + Fe3+ → Mg2+ + Fe2+
Mg + 2Ag+ → 2Ag↓ + Mg2+
Dd B : Mg(NO3)2 , Fe(NO3)2
Cr C : Cu, Ag
Cu + 2H2SO4(dn) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
2Ag + 2H2SO4(dn) → Ag2SO4 + SO2↑ + 2H2O
3.Bài 3.
Từ hỗn hợp Ag và Cu, hãy trình bày phương pháp hoá học tách riêng Ag và Cu.Viết pthh.
Giải
Cho hỗn hợp Ag và Cu tác dụng với O2 dư thì thu được 2 chất rắn là Ag và CuO.
Nhỏ tiếp vài giọt dd HCl dư vào hỗn hợp chất rắn trên thấy xuất hiện kết tủa và dd A.Lọc, tách ta được kim loại Ag.
Cho tiếp dd A gồm HCl dư và CuCl2 đem cô cạn rồi điện phân thu được Cu.
4.Bài 4.
Cho biết số thứ tự của nguyên tố Ag là 47 và lớp ngoài cùng có 1e.Viết cấu ình electron của Ag, Ag+, Ag2+. Hãy xác định số thứ tự chu kì và phân nhóm của Ag.
Giải
Số thứ tự nguyên tố của Ag là 47, vậy Ag có 47e.
Cấu hình electron:
Ag : 1s²2s²2p63s23p63d104s24p64d105s1
Ag+ : 1s²2s²2p63s23p63d104s24p64d10
Ag2+: 1s²2s²2p63s23p63d104s24p64d9
Ag có 5 lớp e vậy Ag thuộc chu kì 5
Ag có 1e hoá trị và e có mức năng lương cao nhất thuộc phân lớp d nên bạc thuộc nhóm IB.
II.BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG
1.Bài 1.
Hoà tan hoàn toan 3 kim loại Zn, Cu, Ag vào 500ml ddHNO3 a(M) thu được 1,344(l) khí ở đktc hoá nâu trong không khí và dd B.
a.Lấy ½ B tác dụng với HCl thu được 2,5125 (g) kết tủa và dd C. Cho dd C tác dụng với dd NaOH dư thu được chất rắn D. Đem nung D thu được 1,8g crắn.Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
b.Cho m(g) Cu tác dụng với 1.2 B thu được 0,168 (l) khí A ở đktc và 1,99g crắn.Tính m
c.Cô cạn B thu được crắn D1. Tính khối lượng D1
Giải
nNO = 1,344 : 2,24 = 0.06 (mol)
nAgCl = 2,1525 :143,5 = 0,015 (mol)
nCuO = 1,8 : 80 =0,0225 (mol)
3Zn + 8HNO3 → 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
0,03 0,02 (mol )
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
0,045 0,045 0,03 (mol)
3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2H2O
0,03 0,03 0.01 (mol)
a. AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
0.015 0,015 (mol)
Zn(NO3)2 + NaOH → Zn(OH)2 + NaNO3

Cu(NO3)2 + NaOH → Cu(OH)2 + NaNO3
0,0225 0,0225 (mol)
NaOH + Zn(OH)2 → Na2[Zn(OH)4]

Cu(OH)2 → CuO + H2O
0,0225 0,0225 (mol)
m = 0,03.65 + 0,045.64 + 0,03.108 = 8,07g
b. Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
0,01125 0,075 (mol)
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
0,0075 0,015 0,015 (mol)
mAg = 0,015.108 =1,62g < 1,99 → Cu dư
mCu = 0,01125.64 + 0,0075.64 + (1,99 – 1,62) = 1,57g
nHNO3 = 0,04 + 0,08 + 0,12 + 0,06 = 0,3 (mol)
a = 0,3 : 0,5 = 0,6M
c. Zn(NO3)2 → ZnO + 2NO2 + 1/2O2
0,03 0,03 (mol)
Cu(NO3)2 → CuO + 2NO2 + 1/2O2
0,045 0,045 (mol)
AgNO3 → Ag + NO2 + 1/2O2
0,03 0,03 (mol)
m = 9,27g
2.Bài 2.
Điện phân 250ml dd AgNO3 dùng hai điện cực trơ và dòng điện một chiều cường độ dòng điện không đổi 1A. Kết thúc điện phân khi ở catot bắt đầu có bọt khí thoát ra và ở anot đã có V(l) oxi (đktc) thoát ra. Để trung hoà dd sau khi điện phân đã dùng vừa đủ 60ml dd NaOH 0,2M. Biết hiệu suất điện phân là 100%.
a. Viết các ptpu xảy ra trên các điện cực và pt biểu diễn sự điện phân.Tính thời gian điện phân.
b. Tính thể tích khí O2 thoát ra ở anot (V) và nồng độ mol của dd bạc nitrat.
Giải
a.Các pt xảy ra ở điện cực:
AgNO3 → Ag+ + NO3-
H2O H+ + OH¯
Catot Anot
Ag+, H+ NO3¯, OH¯
Ag+ + 1e → Ag H2O + 2e → 2H+ + 1/2O2
Pt biểu diễn sự điện phân:
2AgNO3 + H2O → 2Ag + 2HNO3 + 1/2O2
Kết thúc điện phân, ở catot Ag+ đã bị khử oàn toàn, trong dd tạo thành axit HNO3
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
nAg = nHNO3 – nNaOH = 0,06.0,02 = 0,012 (mol)
→ mAg = 108.0,012 =1,296g
Theo CT : mAg = 108.It/96500 =1,296g
→ t = 1158(s) = 19p18s
b.Theo ptpu điện phân:
nO2 = ¼ nAg = 0,012 : 4 =0,003 (mol)
VO2 = 0,003.22,4 =0,0672 (l)
Nồng độ dd AgNO3 :
CM AgNO3 = 0,012 : 0,25 = 0,048M.
3.Bài 3.
Điện phân 200ml dd AgNO3 0,2M và dd HNO3 chua biết nồng độ trong 4h3p với cường độ 0,201A ở cực âm thu được 3,078g Ag, cực dương thu được O2.
a. Tính hiệu suất của quá trình điện phân.
b. Tính nồng độ mol/l của dd HNO3 (nếu xem hiệu suất của phản ứng là 100%). Biết rằng sau khi điện phân cần 250 ml dd NaOH 1,5M để trung hoà.
Giải
a. Pt điện phân AgNO3
2AgNO3 + H2O → 2Ag + 2HNO3 + ½ O2 (1)
0,03 0,03 0,03 (mol)
nAgNO3 = 0,2.0,2 =0,4 (mol), thời gian điện phân 14403s.
mAg = (108.0,201.14403) : 96500 = 3,24g
→ nAg = nHNO3 = 0,03 mol
H% = (3,078.100) : 3,2 = 95%
c. nNaOH = 0,25.1,5 = 0,375 mol
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
0,375 0,375 (mol)
Từ pt (1) ta nhận thấy số mol HNO3 do điện phân sinh ra là 0,03 mol. Vậy số mol dd HNO3 ban đầu là : 0,375 – 0,03 = 0,345 mol
CM HNO3 = 0,345 : 0,2 = 1,725 M.

4.Bài 4.
Cho 0,03 mol Al và 0,05 mol Fe tác dụng với 100mldd A chứa Cu(NO3)2 và AgNO3. Sau phản ứng thu được dd A và 8,12g crắn B gồm 3KL. Cho chất B tác dụng với dd HCl dư được 0,672(l) H2 (đktc). Tính CM của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong A.
Giải
PTHH : Al + 3Ag+ → Al3+ + 3Ag
2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu↓
Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag↓
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu↓
Fe + 2H+ → Fe2+ + H2↑
nH2 = 0,672 : 22,4 = 0,03 (mol)
Vậy 3 KL B là Ag, Cu, Fe dư.
Gọi số mol của AgNO3 là a, số mol Cu(NO3)2+ là b.
Vì không biết số mol các chất tham gia phản ứng nên dù phản ứng xảy ra nhu thế nào vẫn có sự bảo toàn electron
Al° → Al+3 + 3e
0,03 0,09
Fe° → Fe2+ + 2e
0,05 0,1
Ag+ + 1e → Ag
a a
Cu2+ + 2e → Cu
b 2b
2H+ + 2e → H2
0,03 0,06
Theo ĐLBT e, ta có
0,09 + 0,1 = a + 2b + 0,06
→ a + 2b = 0,13
Ta có hệ pt
a + 2b = 0,13
108a + 64b + (0,03.56) = 8,12
Giải hệ pt trên ta đc a = 0,03
b = 0,05
CM (AgNO3) = 0,03 : 0,1 = 0,3M
CM (Cu(NO3)2) = 0,05 : 0,1 = 0,5M

xin vái pa` luôn ..pó tay tại trận