Niken (Ni) là chất gì? Tính chất, ứng dụng và cách điều chế
Lớp 12Hóa học

Niken (Ni) là chất gì? Tính chất, ứng dụng và cách điều chế

Trả lời nhanh

Ni là kí hiệu hoá học của nguyên tố niken (nickel), số hiệu nguyên tử 28, thuộc chu kì 4, nhóm VIIIB. Đơn chất niken là kim loại màu trắng bạc, cứng, có tính sắt từ, tính khử trung bình, hợp chất phổ biến nhất ứng với số oxi hoá +2. Niken chủ yếu dùng để sản xuất thép không gỉ và hợp kim.

1. Ni là chất gì? Vị trí và cấu tạo nguyên tử

Khi gặp “Ni” trong đề bài, em hiểu đó là kim loại niken. Đây là kim loại chuyển tiếp, nằm cạnh sắt (Fe) và coban (Co) nên có nhiều điểm giống sắt.

Đặc điểm Niken (Ni)
Số hiệu nguyên tử (Z) 28
Nguyên tử khối ≈ 58,7 (thường làm tròn 59)
Cấu hình electron [Ar] 3d8 4s2
Vị trí trong bảng tuần hoàn Ô 28, chu kì 4, nhóm VIIIB
Độ âm điện 1,91
Số oxi hoá thường gặp +2 (rất ít gặp +3)

Mẹo nhớ: Ni có 28 electron, 2 electron ở lớp ngoài cùng 4s. Khi tạo ion, nguyên tử nhường 2 electron này: Ni → Ni2+ + 2e, nên cấu hình Ni2+ là [Ar] 3d8.

2. Tính chất vật lí và cách nhận biết

  • Kim loại màu trắng bạc, bề mặt bóng, cứng, dẻo, dễ rèn và dễ kéo sợi.
  • Khối lượng riêng khoảng 8,9 g/cm3 (kim loại nặng); nhiệt độ nóng chảy khoảng 1455 °C.
  • Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt; có tính sắt từ (bị nam châm hút) nhưng yếu hơn sắt.
  • Bền trong không khí ẩm ở nhiệt độ thường nhờ lớp oxit mỏng bảo vệ, vì vậy người ta hay dùng niken để mạ chống gỉ.

Nhận biết ion Ni2+: dung dịch muối niken thường có màu xanh lục (do ion phức [Ni(H2O)6]2+). Thêm NaOH thu được kết tủa xanh lục Ni(OH)2; kết tủa này tan trong NH3 dư tạo dung dịch xanh lam.

Ni2+ + 2OH− → Ni(OH)2↓ (xanh lục)

3. Tính chất hoá học của niken

Niken là kim loại có tính khử trung bình: Ni → Ni2+ + 2e. Trong dãy điện hoá, Ni đứng sau Fe và đứng trước Sn, Pb, H.

Dãy hoạt động (tính khử giảm dần): … Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > H > Cu > Ag > Au.

a) Tác dụng với phi kim (khi đun nóng)

2Ni + O2 → 2NiO (t°; chất rắn màu lục xám)

Ni + Cl2 → NiCl2 (t°; chất rắn màu vàng)

Ni + S → NiS (t°; chất rắn màu đen)

Ở mọi phản ứng này Ni chỉ lên số oxi hoá +2, khác với Fe (Fe tác dụng với Cl2 cho FeCl3).

b) Tác dụng với axit

  • Với HCl, H2SO4 loãng: Ni đứng trước H nên tan, giải phóng khí H2 (phản ứng khá chậm).
    Ni + 2HCl → NiCl2 + H2↑
    Ni + H2SO4 (loãng) → NiSO4 + H2↑
  • Với HNO3 loãng: 3Ni + 8HNO3 → 3Ni(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O (NO hoá nâu trong không khí).
  • Với HNO3 đặc, nóng: Ni + 4HNO3 → Ni(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (khí màu nâu đỏ).
  • Với H2SO4 đặc, nóng: Ni + 2H2SO4 → NiSO4 + SO2↑ + 2H2O.

Lưu ý: giống Fe, Al, Cr, niken bị thụ động hoá trong HNO3 đặc nguội nên không phản ứng rõ rệt.

c) Tác dụng với dung dịch muối

Ni đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi muối:

Ni + CuSO4 → NiSO4 + Cu↓ (thanh Ni phủ lớp đỏ, dung dịch chuyển dần từ xanh lam sang xanh lục)

Ni + 2AgNO3 → Ni(NO3)2 + 2Ag↓

Ni + Pb(NO3)2 → Ni(NO3)2 + Pb↓

Ni không đẩy được Fe, Zn, Mg ra khỏi muối vì tính khử của Ni yếu hơn các kim loại đó. Ni cũng không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường.

d) Phản ứng đặc trưng với CO

Ni + 4CO → Ni(CO)4 (khoảng 50–60 °C); ở nhiệt độ cao hơn (khoảng 180 °C), Ni(CO)4 bị phân huỷ ngược lại cho Ni tinh khiết. Đây là nguyên tắc tinh chế niken, nhưng Ni(CO)4 rất độc nên chỉ thực hiện trong công nghiệp có kiểm soát.

4. Trạng thái tự nhiên

Niken không có nhiều ở dạng tự do trên vỏ Trái Đất mà nằm trong quặng. Hai nhóm quặng chính là:

  • Quặng laterit (oxit/silicat): chứa limonit (Fe,Ni)O(OH) và garnierit (niken magie silicat ngậm nước).
  • Quặng sunfua: chủ yếu là pentlandit (Ni,Fe)9S8.

Người ta cho rằng phần lớn niken của Trái Đất tập trung ở lõi cùng với sắt.

5. Điều chế niken

Trong công nghiệp, quặng được làm giàu (tuyển quặng), sau đó luyện bằng phương pháp nhiệt luyện hoặc thuỷ luyện và tinh chế bằng điện phân hoặc qua Ni(CO)4. Ở mức chương trình phổ thông, em cần nhớ các phản ứng điều chế kim loại có tính khử trung bình:

  • Nhiệt luyện: NiO + H2 → Ni + H2O (t°); hoặc NiO + CO → Ni + CO2 (t°).
  • Thuỷ luyện: NiSO4 + Zn → ZnSO4 + Ni↓.
  • Điện phân dung dịch: 2NiSO4 + 2H2O → 2Ni + O2 + 2H2SO4 (điện phân; Ni bám ở catot, O2 thoát ở anot).

6. Ứng dụng của niken

  • Sản xuất thép không gỉ (inox): phần lớn niken khai thác được dùng cho mục đích này; inox “18/8” chứa khoảng 18% Cr và 8% Ni.
  • Siêu hợp kim chịu nhiệt, chịu ăn mòn dùng trong động cơ phản lực, tua-bin; hợp kim nicrom làm dây điện trở.
  • Pin sạc: pin Ni-Cd, pin Ni-MH và một số loại pin lithium-ion có chứa niken.
  • Xúc tác: niken (như niken Raney) xúc tác phản ứng cộng hiđro, ví dụ hiđro hoá chất béo lỏng thành chất béo rắn.
  • Mạ niken để bảo vệ và trang trí bề mặt kim loại; đúc tiền xu.

7. Một số hợp chất quan trọng của niken

  • Niken oxit NiO
  • Niken clorua NiCl<sub>2</sub>
  • Niken nitrat Ni(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
  • Niken sunfua NiS
  • Niken hiđroxit Ni(OH)<sub>2</sub>

Để so sánh, em có thể xem thêm sắt (Fe) và tính chất hoá học của kim loại.

8. Lỗi sai thường gặp

  • Viết NiCl3 hoặc Ni(NO3)3: sai, vì Ni chỉ tạo muối Ni(II) trong các phản ứng ở chương trình phổ thông.
  • Nhầm vị trí Ni và Fe trong dãy điện hoá: Fe mạnh hơn Ni, nên Fe đẩy được Ni ra khỏi muối, còn Ni không đẩy được Fe.
  • Quên điều kiện đun nóng khi Ni tác dụng với O2, Cl2, S và với HNO3 đặc.

9. Bài tập luyện tập

Bài 1. Cho 5,9 g Ni tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl dư. Tính thể tích H2 thu được ở đktc (Ni = 59).

Giải: nNi = 5,9 : 59 = 0,1 mol. Ni + 2HCl → NiCl2 + H2 nên nH2 = 0,1 mol, V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.

Bài 2. Nhúng một thanh Ni vào dung dịch CuSO4 dư. Sau khi phản ứng xong, khối lượng thanh tăng 1,0 g. Tính khối lượng Ni đã tan (Ni = 59, Cu = 64).

Giải: Ni + CuSO4 → NiSO4 + Cu. Cứ 1 mol Ni tan (59 g) thì có 1 mol Cu bám vào (64 g), khối lượng tăng 5 g. Tăng 1,0 g ứng với 0,2 mol Ni, tức mNi = 0,2 × 59 = 11,8 g.

Bài 3. Kim loại nào sau đây không phản ứng với dung dịch Ni(NO3)2: Mg, Zn, Fe, Cu?

Giải: Cu. Mg, Zn, Fe đều đứng trước Ni trong dãy điện hoá nên đẩy được Ni ra khỏi muối; Cu đứng sau Ni nên không phản ứng.

Tóm tắt nhanh

  • Ni = niken, Z = 28, [Ar] 3d8 4s2, chu kì 4, nhóm VIIIB.
  • Kim loại trắng bạc, cứng, có từ tính; tính khử trung bình, tạo ion Ni2+.
  • Tan trong HCl, H2SO4 loãng; đẩy được Cu, Ag, Pb… khỏi dung dịch muối.
  • Ứng dụng chính: thép không gỉ, siêu hợp kim, pin sạc, xúc tác, mạ.

Câu hỏi thường gặp

Ni là chất gì?

Ni là kí hiệu hoá học của niken, một nguyên tố kim loại chuyển tiếp có số hiệu nguyên tử 28, thuộc chu kì 4, nhóm VIIIB. Đơn chất niken là kim loại trắng bạc, cứng, có tính sắt từ.

Niken có tác dụng với dung dịch HCl không?

Có. Niken đứng trước hiđro trong dãy điện hoá nên tan trong HCl loãng, tạo NiCl2 và giải phóng khí H2: Ni + 2HCl → NiCl2 + H2, tuy tốc độ khá chậm.

Niken có từ tính không?

Có. Niken là kim loại sắt từ, bị nam châm hút, cùng nhóm tính chất từ với sắt và coban, dù lực hút yếu hơn sắt.

Niken được dùng để làm gì nhiều nhất?

Phần lớn niken dùng để sản xuất thép không gỉ (inox) và các siêu hợp kim; ngoài ra còn dùng trong pin sạc Ni-MH, Ni-Cd, làm chất xúc tác hiđro hoá và mạ kim loại.

Bài học liên quan