Giáo án Bài 23. Ôn tập chương 6

Huy động kiến thức nền về cấu tạo nguyên tử kim loại và quá trình nhường electron; xác định nhiệm vụ ôn tập chương 6.

GV chiếu sơ đồ $\mathrm{M \rightarrow M^{n+} + ne}$ và đặt câu hỏi: (1) Nguyên tử kim loại có đặc điểm gì về số electron lớp ngoài? (2) Trong phản ứng, kim loại nhường hay nhận electron? Vì sao? (3) Chương 6 gồm những nội dung nào cần hệ thống hoá hôm nay? HS trao đổi theo cặp đôi trong 2 phút rồi phát biểu.

HS nêu được: nguyên tử kim loại có ít electron ở lớp ngoài cùng, dễ nhường electron để trở thành ion dương; trong phản ứng kim loại nhường electron nên là chất khử. Chương 6 gồm: cấu tạo và liên kết kim loại, tính chất, kim loại trong tự nhiên và phương pháp tách, hợp kim, ăn mòn và bảo vệ kim loại.

Hệ thống hoá kiến thức về cấu tạo tinh thể, liên kết kim loại, tính chất vật lí và tính chất hoá học của kim loại dưới dạng sơ đồ tư duy.

HS làm việc theo nhóm 4 người, hoàn thành Phiếu học tập số 1 (phần A) để xây dựng sơ đồ tư duy có 4 nhánh: (a) Cấu tạo tinh thể và liên kết kim loại; (b) Tính chất vật lí; (c) Tính chất hoá học; (d) Vận dụng mô hình để giải thích. Nhiệm vụ then chốt: giải thích vì sao kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo và có ánh kim; phân biệt liên kết kim loại với 'dung dịch ion' và 'nguyên tử mất hết electron'; nêu vì sao dãy thế chuẩn cần xét thêm môi trường và động học.

Sơ đồ tư duy nhóm gồm các ý chính:

• Cấu tạo: phần ion dương nằm ở các vị trí mạng; electron hoá trị chuyển động tự do trong toàn tinh thể.
• Liên kết kim loại: lực hút tĩnh điện giữa ion dương và electron không định xứ; không phải dung dịch ion hoà tan, cũng không phải nguyên tử hoàn toàn mất mọi electron.
• Tính chất vật lí: dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim do electron tự do; Ag dẫn điện rất tốt; Cu, Al thường dùng làm dây dẫn vì tính chất và kinh tế; khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, độ cứng khác nhau giữa các kim loại.
• Tính chất hoá học: kim loại là chất khử, $\mathrm{M \rightarrow M^{n+} + ne}$; trong dãy thế chuẩn, dạng khử của cặp có $E^{\circ}$ nhỏ thường mạnh hơn, nhưng phải xét nước, thụ động hoá và động học.

Trình bày được dạng tồn tại của kim loại trong tự nhiên, khái niệm quặng và nguyên tắc chung của việc tách kim loại từ hợp chất.

Theo kĩ thuật mảnh ghép, nhóm chuyên gia 1 tìm hiểu dạng tồn tại của kim loại trong tự nhiên và khái niệm quặng; nhóm chuyên gia 2 tìm hiểu nguyên tắc tách kim loại (khử ion dương thành đơn chất) và quy trình gồm tuyển quặng, tách tạp, tinh chế, quản lí chất thải; nhóm chuyên gia 3 tìm hiểu ví dụ điều chế Al và Fe từ quặng. Sau đó HS ghép nhóm mới để chia sẻ, ghi kết quả vào Phiếu học tập số 1 (phần B). Ghi nhớ: đa số kim loại tồn tại dưới dạng hợp chất; không phải mọi đá có vết kim loại đều là quặng có lợi.

Kết quả ghép nhóm được tổng hợp vào Phiếu học tập số 1 (phần B):

• Đa số kim loại tồn tại dưới dạng hợp chất trong khoáng vật; một số kim loại kém hoạt động có thể gặp dạng đơn chất.
• Quặng là khoáng chứa thành phần có thể khai thác và tuyển luyện trong điều kiện kinh tế–kĩ thuật; không phải mọi đá có vết kim loại đều là quặng.
• Nguyên tắc: chuyển ion dương $\mathrm{M^{n+}}$ thành đơn chất M bằng khử; quy trình: tuyển quặng → khử → tách tạp → tinh chế → quản lí chất thải.
• Ví dụ: Al được sản xuất chủ yếu bằng điện phân nóng chảy; sắt từ oxit được khử trong quy trình luyện kim chuyên trách, không phải thí nghiệm trên lớp.

Nêu được khái niệm và ví dụ hợp kim, giải thích được vì sao hợp kim không có công thức phân tử cố định; nêu được bản chất ăn mòn điện hoá và các biện pháp bảo vệ kim loại.

Kĩ thuật trạm học tập gồm 2 trạm: Trạm 1 (Hợp kim): HS hoàn thành Phiếu học tập số 2, phần A, về thành phần của thép, đồng thau, duralumin và lí do không gọi hợp kim là hợp chất có CTPT cố định. Trạm 2 (Ăn mòn): HS hoàn thành Phiếu học tập số 2, phần B, về điều kiện ăn mòn điện hoá, cặp Fe–Cu, Zn–Fe và vai trò của lớp mạ khi bị xước. Mỗi nhóm luân phiên qua 2 trạm, 4 phút mỗi trạm.

Kết quả trạm học tập ghi trong Phiếu học tập số 2:

• Hợp kim là vật liệu kim loại gồm kim loại cơ bản và thành phần khác (kim loại hoặc phi kim). Thép: nền Fe với C và phụ gia; đồng thau: Cu–Zn; duralumin: nền Al.
• Hợp kim không có CTPT chung vì mác, thành phần và pha khác nhau; không đồng nhất hợp kim với hợp chất.
• Ăn mòn điện hoá cần ba điều kiện: tiếp xúc điện giữa hai kim loại khác nhau, có chất điện li và có chất oxi hoá; kim loại hoạt động hơn đóng vai trò anode và bị ăn mòn (cặp Fe–Cu: Fe là anode).
• Zn hi sinh bảo vệ Fe khi tiếp xúc điện; lớp mạ nguyên vẹn bảo vệ tốt, khi có vết xước phải xét riêng.

Củng cố kiến thức định tính của chương 6 qua câu hỏi trắc nghiệm, đánh giá nhận định đúng sai và ghép thuật ngữ với quá trình.

HS làm việc theo cặp đôi, trả lời nhanh 4 câu trắc nghiệm và đánh giá 4 nhận định trong Phiếu học tập số 3 (phần A); sau đó sử dụng bài tập tương tác trên trang NeoEdu để kiểm tra và tự sửa lỗi. Các câu hỏi chính:
(1) Kim loại là chất khử khi làm gì? A. Không đổi số oxi hoá; B. Nhường electron; C. Nhận proton nhưng không đổi electron; D. Tạo ion âm duy nhất.
(2) Kim loại nào dùng làm anode hi sinh bảo vệ Fe? A. Zn; B. Cu; C. Ag; D. Au.
(3) Sản xuất Al chủ yếu bằng phương pháp nào? A. CO khử Al₂O₃ ở nhiệt độ thường; B. Chỉ lọc quặng; C. Nước muối đun sôi; D. Điện phân nóng chảy.
(4) Chọn yếu tố cần xét khi chọn hợp kim: A. Cơ tính; B. Khối lượng riêng; C. Môi trường ăn mòn; D. Chỉ giá thấp mà không xét an toàn.
(5) Ghép thuật ngữ với quá trình: Nhiệt luyện, Ăn mòn điện hoá, Bảo vệ bề mặt với các quá trình tương ứng.
(6) Đánh giá đúng (Đ) hoặc sai (S): a) Hợp kim có thể cứng hơn kim loại nền; b) Fe tiếp xúc điện với Cu trong dung dịch điện li có thể tăng ăn mòn Fe; c) Fe mạ Zn bị xước chắc chắn ăn mòn nhanh hơn mạ Sn trong mọi môi trường; d) CO độc cần được kiểm soát trong nhiệt luyện.

Đáp án:
(1) B. Kim loại nhường electron: $\mathrm{M \rightarrow M^{n+} + ne}$.
(2) A. Zn hoạt động hơn Fe, tiếp xúc điện phù hợp nên bảo vệ Fe.
(3) D. Al hoạt động hoá học mạnh, sản xuất bằng điện phân nóng chảy.
(4) A, B, C. Lựa chọn hợp kim cần nhiều tiêu chí, không chỉ xét giá thành.
(5) Nhiệt luyện – khử ở nhiệt độ cao; Ăn mòn điện hoá – hình thành vùng anode, cathode và dòng ion; Bảo vệ bề mặt – cách li kim loại khỏi môi trường.
(6) a) Đ; b) Đ; c) S, vì còn phụ thuộc môi trường và mức độ hư hỏng lớp mạ; d) Đ.

Vận dụng công thức tính khối lượng kim loại theo hiệu suất và hàm lượng; tính số mol electron và khối lượng kim loại trong phản ứng oxi hoá khử.

HS làm bài theo nhóm 4 người trên Phiếu học tập số 3 (phần B), tính toán cẩn thận từng bước. Các bài tập: (4) 0,20 mol Fe đẩy hoàn toàn Cu²⁺; tính khối lượng Cu (Cu = 64). (5) 320 kg Fe₂O₃ tinh khiết, Fe = 56, O = 16, hiệu suất 75%; tính khối lượng Fe. (6) Mẫu hợp kim 200 g chứa 15% Zn; tính khối lượng Zn. (7) 0,040 mol Zn ăn mòn thành Zn²⁺; tính số mol electron nhường. Ví dụ bổ sung: 2,7 g Al (M = 27) tác dụng HCl dư theo phương trình $\mathrm{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2}$; tính số mol HCl, khối lượng HCl (M = 36,5) và số mol H₂.

Đáp án và lời giải:
(4) Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu; n(Cu) = 0,20 mol; m(Cu) = $12{,}8$ g.
(5) $320 \times \dfrac{112}{160} \times 0{,}75 = 168$ kg Fe.
(6) $200 \times 0{,}15 = 30$ g Zn.
(7) Zn → Zn²⁺ + 2e; $n_{e} = 0{,}080$ mol.
Ví dụ Al: n(Al) = $0{,}10$ mol; n(HCl) = $0{,}30$ mol; m(HCl) = $10{,}95$ g; n(H₂) = $0{,}15$ mol.
Lưu ý: nếu hiệu suất và hàm lượng xuất hiện trong cùng bài, phải nhân lần lượt các yếu tố, không cộng các phần trăm.

Vận dụng kiến thức về ăn mòn điện hoá, hợp kim và tiêu chí lựa chọn vật liệu để đề xuất phương án bảo vệ một vật dụng bằng kim loại trong thực tế địa phương.

Tình huống: Hàng rào và khung cửa bằng thép của một trường học ven sông bị gỉ nhanh, một số chỗ bị xước lớp sơn. Mỗi nhóm đề xuất ít nhất hai phương án (ví dụ: mạ Zn, mạ Sn, sơn phủ, dùng hợp kim phù hợp hơn), so sánh theo các tiêu chí: tiếp xúc điện với kim loại khác, môi trường điện li, chi phí, độ an toàn và độ bền. Giao về nhà: mỗi HS viết một đoạn ngắn 5–7 câu về một vật dụng kim loại trong gia đình và cách bảo vệ phù hợp.

Bảng so sánh phương án của nhóm, ví dụ:

• Mạ Zn: Zn hi sinh bảo vệ Fe khi lớp mạ bị xước; lớp mạ nguyên vẹn cách li Fe khỏi môi trường; cần kiểm tra định kì chỗ xước.
• Mạ Sn: lớp mạ cách li tốt khi nguyên vẹn; khi bị xước, Fe có thể bị ăn mòn nhanh hơn trong môi trường điện li, nên không kết luận chung cho mọi trường hợp.
• Sơn phủ: cách li kim loại khỏi môi trường, chi phí thấp; cần sơn lại định kì và xử lí chỗ xước trước khi sơn.
• Hợp kim phù hợp: tăng khả năng chống ăn mòn nhưng chi phí cao hơn; cần cân nhắc cơ tính và môi trường sử dụng.
  Kết luận nhóm: lựa chọn phương án cần xét đồng thời tiếp xúc điện, môi trường điện li, chi phí và độ an toàn, không chọn theo một tiêu chí duy nhất.