Chuyên đề Dạy ôn Hóa học Lớp 12 - Chủ đề 6: Kim loại kiềm. Kiềm thổ. Nhôm

Nội dung text: Chuyên đề Dạy ôn Hóa học Lớp 12 - Chủ đề 6: Kim loại kiềm. Kiềm thổ. Nhôm

1. Chuyên đề KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ - NHÔM 6. A. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. KIM LOẠI KIỀM 1. Vị trí và cấu tạo a) Vị trí các kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố: liti (Li), natri (Na), kali (K), rubidi (RD), xesi (Cs) và franxi (Fr). b) Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm • Cấu hình electron: Kim loại kiềm là những nguyên tố s. Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử chỉ có một electron, ở phân lớp ns1 (n là số thứ tự của chu kì). So với những electron khác trong nguyên tử thì electron ns1 ở xa hạt nhân hơn, do đó dễ tách ra khỏi nguyên tử. Tính chất đặc trưng của kim loại kiềm là tính khử mạnh: M M 1e • Năng lượng ion hóa : Kim loại kiềm có năng lượng ion hóa I1 nhỏ nhất so với các kim loại khác. Theo chiều từ Li đến Cs năng lượng ion hóa giảm. Riêng Frlà nguyên tố phóng xạ. • Số oxi hóa: Năng lượng ion hóa thứ nhất nhỏ hơn nhiều so với năng lượng ion hóa thứ hai nên các kim loại kiềm chỉ có số oxi hóa +1. • Thế điện cực chuẩn: Thế điện cực chuẩn của kim loại kiềm có giá trị rất ấm. Nguyên tố Li Na K Pb Cs E0 (V) M /M -3,05 -2,71 -2,93 -2,98 -2,92 • Cấu trúc mạng tinh thể : Tất cả các kim loại kiềm đều có mạng tinh thể lập phương tâm khối. Trang 1
2. Ô mạng cơ sở - Số nguyên tử trong một ô mạng cơ sở là: N = 8. 1 +1= 2 (nguyên tử) 8 a 3 - AB = a2 a2 a 2 AC (a 2)2 a2 a 3 4r r nt nt 4 - Thể tích chiếm chỗ của các nguyên tử trong ô mạng cơ sở (coi nguyên tử có dạng hình cầu): 3 4 8 a 3 a3 3 V 2. r3 NT 3 3 4 8 3 - Thể tích của ô nạng cơ sở: VIT = a . Độ đặc khít (hay phần trăm thể tích của nguyên tử chiếm trong mạng tinh thể) V 3 3,14 3 N 100% 100% 100% 68% VTT 8 8 mNT N.M X 2M X 3 - Khối lượng riêng: D 3 23 3 gam/ cm VTT a .N A 6,022.10 a Mx: Khối lượng mol nguyên tử kim loại X (gam/mol). a: Độ dài cạnh của ô mạng cơ sở (cm). 23 NA = 6,022.10 là số Avogađro. 2. Tính chất vật lí - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp hơn nhiều so với các kim loại khác (đều nhỏ hơn 200°C). Tính chất này là do liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm kém bền vững. - Khối lượng riêng cũng nhỏ hơn nhiều so với các kim loại khác là do nguyên tử của các kim loại kiềm có bán kính lớn và do cấu trúc mạng tinh thể của chúng kém đặc khít. Trang 2
3. - Tính cứng: Các kim loại kiềm đều mềm, có thể cắt chúng bằng dao. Tính chất này là do liên kết kim loại trong mạng tinh thể yếu. 3. Tính chất hóa học Các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh, tính khử tăng từ Li đến Cs. M M 1e a) Tác dụng với phi kim Hầu hết các kim loại kiềm đều khử được các phi kim. Thí dụ: Kim loại Na cháy trong môi trường khí oxi khô tạo ra natri peoxit Na2O2. t 2Na O2 Na 2O2 Na 2O2 là một sản phẩm thương mại vì khi tác dụng với nước sẽ tạo thành hiđropeoxit (còn gọi là nước oxi già) Na 2O2 2H2O 2NaOH H2O2 Nước oxi già là chất oxi hoá mạnh. Dung dịch nước oxi già pha loãng dùng làm thuốc sát trùng. Khi đun nóng nó bị phân huỷ tạo ra oxi. t 2H2O2 2H2O O2  Do đó: to 2Na 2O2 2H2O  4NaOH O2  Kali, rubidi, xesi cháy tạo supeoxit MO2 t K O2 KO2 KO2 được dùng chủ yếu làm nguồn cung cấp O2 trong các máy hô hấp nhân tạo dùng khi cấp cứu. “Mặt nạ oxi” được chế tạo để khí CO2 và hơi nước của người đeo mặt nạ thở ra phản ứng với KO2 giải phóng O2). 4KO2 2H2O 4CO2 4KHCO3 3O2  Liti tạo Li2O có lẫn một ít Li2O2 Các kim loại kiềm cũng phản ứng mạnh với halogen. Chúng bốc cháy khi gặp khí clo ẩm ở nhiệt độ thường. Với brom lỏng thì K, Rb, Cs gây nổ mạnh, còn Li và Na chỉ phản ứng bề mặt. Với iot, các kim loại kiềm chỉ tác dụng mạnh khi đun nóng. Trong tất cả các trường hợp tương tác với halogen, sản phẩm đều là muối halogenua. t 2Na Cl2 2NaCl Trang 3
4. t 2Na Br2 2NaBr Các kim loại kiềm tác dụng trực tiếp với kim loại kiềm tạo muối sunfua M2S. to 2M S  M 2S Với phân tử nitơ, chỉ có Li phản ứng trực tiếp ở nhiệt độ thường tạo ra Li3N. Các kim loại còn lại cũng phản ứng tạo ra M3N khi cho hơi kim loại tác dụng với “nitơ hoạt động” trong trường phóng điện êm. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé b) Tác dụng với axit 0 Do thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa - khử E = 0,00V, thế điện cực chuẩn của cặp 2H /H2 oxi hóa - khử của kim loại kiềm có giá trị từ -3,05V đến -2,94V. Vì vậy các kim loại kiềm + đều dễ dàng khử được ion H của dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) thành khí H2 (phản ứng gây nổ nguy hiểm): 2M 2H 2M H2  Với axit có tính oxi hoá mạnh H2SO4 đặc, HNO3 thì có thể sinh ra nhiều sản phẩm khử của S+6 và N+5. Thí dụ: 16Na + 11 H2SO4 đặc 8Na2SO4 + SO2  + S + H2S + 10H2O Na + 2HNO3 đặc NaNO3 + NO2  + H2O 29Na + 36HNO3 loãng 29NaNO3 + N2  + NO + N2O + NH4NO3 + 16H2O c) Tác dụng với nước E0 Do thế điện cực chuẩn M /M của kim loại kiềm nhỏ hơn nhiều so với thế điện cực chuẩn E0 = H2O/H2 -0,41V của nước ở pH = 7 nên kim loại kiềm khử được nước dễ dàng, giải phóng H2. 2M 2H2O 2MOH H2  d) Tác dụng với dung dịch muối Trước hết kim loại kiềm phản ứng với nước tạo ra dung dịch kiềm, sau đó dung dịch kiềm tham gia phản ứng trao đổi với muối. Ví dụ: K + dung dịch CuSO4 Trang 4
5. 2K 2H O 2KOH H  2 2 CuSO4 2KOH Cu(OH)2  K2SO4 2K CuSO4 2H2O Cu(OH)2  K2SO4 H2  4. Điều chế kim loại kiềm Nguyên tắc chung để điều chế kim loại kiềm là dùng dòng điện để khử các ion kim loại kiềm, tách các kim loại đó ra khỏi hợp chất của chúng bằng phương pháp điện phân hiđroxit hoặc muối clorua nóng chảy. ®pnc 2MCl 2M Cl2  ®pnc 4MOH  4M+O2  H2O 5. Ứng dụng Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng: - Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy - Các kim loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài lò phản ứng hạt nhân. - Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện. - Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện. - Kim loại kiềm còn được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ. II. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM 1. Oxit - peoxit - supeoxit a) Oxit M2O Là những oxit bazơ mạnh, tác dụng dễ dàng với nước, oxit axit, axit: Li2O H2O 2LiOH Na O CO Na CO 2 2 2 3 K2O 2HCl 2KCl H2O b) Peoxit (M2O2) - supeoxit (MO2) Thể hiện tính oxi hóa mạnh. Chúng đều tác dụng mạnh với H2O hoặc với axit M O 2H O 2MOH H O 2 2 2 2 2 M2O2 H2SO4 2M2SO4 H2O2 Trang 5
6. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé Riêng với Na2O2 tác dụng mạnh với nước và phát nhiều nhiệt do tạo ra hiđrat Na 2O2.8H2O và sau đó phân huỷ tạo O2. Na 2O2 2H2O 4NaOH O2  Còn ở nhiệt độ thấp hay trong dung dịch loãng thì phân huỷ tạo H2O2 Na 2O2 2H2O 2NaOH H2O2 Trong phân tích, dùng Na2O2 để phá quặng sunfua bằng cách nấu nóng chảy quặng với hỗn hợp gồm Na2O2 và Na2CO3 trong chén bạc: to 2FeS2 15Na 2O2 Fe2O3 4Na 2SO4 11Na 2O Hoặc chuyển Cr(OH)3 thành cromat: 2Cr(OH)3 3Na 2O2 2Na 2CrO4 2NaOH 2H2O Phản ứng của Na2O2 với CO tạo ra Na2CO3 và với CO2 tạo ra đi nhưng với dung dịch CO2 tạo ra H2O. Na 2O2 CO Na 2CO3 2Na 2O2 2CO2 2Na 2CO3 O2  Na 2O2 H2O CO2 Na 2CO3 H2O2 Với supeoxit thì tạo ra H2O2 và O2 2MO 2H O 2MOH H O O  2 2 2 2 2 2MO2 H2SO4 M2SO4 H2O2 O2  2. Hiđroxit MOH a) Lí tính MOH là những chất rắn màu trắng nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp, hút ẩm mạnh. MOH rất bền đối với nhiệt, đun nóng ở nhiệt độ cao thì nóng chảy và bay hơi mà không bị phân hủy, ngoại trừ LiOH bị phân hủy thành Li2O ở gần 600°C: t 2LiOH Li2O H2O Hiđroxit của các kim loại kiềm đều tan mạnh trong nước, giải phóng nhiều nhiệt. b) Hóa tính Dung dịch MOH có tính bazơ mạnh nhất, thể hiện tính chất đặc trưng của ion OH-. Trang 6
7. MOH → M+ + OH- • Phản ứng đặc trưng với chất chỉ thị: Dung dịch MOH làm quỳ tím hóa xanh, dung dịch phenolphtalein (không màu) thành màu hồng (đỏ). • Phản ứng với oxit axit và axit tạo muối và nước: 1:2 CO2 2NaOH Na 2CO3 H2O 1:2 CO2 NaOH  NaHCO3 HCl NaOH NaCl H2O Chú ý: Khi tác dụng với oxit axit và axit trung bình, yếu thì tùy theo tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng mà muối tạo thành có thể là muối axit, muối trung hòa hoặc cả hai. • Tác dụng với muối axit NaOH NaHCO3 Na 2CO3 H2O • Tác dụng với muối của bazơ dễ bay hơi NaOH NH4Cl NaCl NH3  H2O • Tác dụng với muối của bazơ khó tan: 2NaOH MgCl2 Mg(OH)2  2NaCl • Tác dụng với các kim loại Be, Zn, Pb, Al, Sn và oxit, hiđroxit của chúng Zn 2NaOH 2H2O Na 2 Zn(OH)4  H2  ZnO 2NaOH H2O Na 2 Zn(OH)4  Zn(OH)2 2NaOH Na 2 Zn(OH)4  • Tác dụng với một số phi kim như halogen, S, Si, Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O to 3Cl2 6NaOH  SNaCl NaClO3 3H2O to 3S 6NaOH  2Na 2S Na 2SO3 3H2O Si 2NaOH H2O Na 2SiO3 2H2  c) Điều chế • Khi cần một lượng nhỏ hiđroxit rất tinh khiết người ta cho kim loại kiềm phản ứng với nước: 2Na 2H2O 2NaOH H2  Trang 7
8. • Điện phân dung dịch muối clorua có màng ngăn: 2NaCl 2H2O đpdd 2NaOH H2  Cl2  có vách ngăn • Thực hiện phản ứng trao đổi giữa muối kim loại kiềm và hiđroxit kim loại kiềm thổ: Na 2CO3 Ca(OH)2 2NaOH CaCO3  Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé 3. Muối của kim loại kiềm M+ • Các muối của của kim loại kiềm đều không màu, trừ trường hợp anion có màu (KMnO4 có màu tím là do màu của ion MnO4 ). o • Nói chung muối của kim loại kiềm đều dễ tan trong nước (trừ KClO4 ở 0 C chỉ hòa tan 0,75 gam KClO4/100g H2O) và một số muối của Li tương đối khó tan. NaHCO3 vẫn là chất tan nhưng do có độ tan nhỏ hơn nhiều so với các chất khác nên sẽ kết tủa trong dung dịch bão hòa các chất dễ tan hơn (có độ tan lớn hơn). • Trong kỹ thuật, KCl được điều chế từ khoảng chất sinvinit (NaCl.KCl) bằng cách hòa tan sinvinit trong dung dịch bão hòa muối ăn NaCl khi đun nóng (độ tan của KCl tăng nhanh hơn NaCl khi nhiệt độ tăng). Ở nhiệt độ cao độ tan của KCl lớn hơn độ tan của NaCl nên chỉ có KCl tan được. Để nguội thì độ tan của KCl lại nhỏ hơn độ tan của NaCl nên chỉ có KCl kết tủa và tách ra. • Khi đun nóng dụng dịch MHCO3 sẽ giải phóng CO2 và dung dịch trở nên kiềm mạnh: 2MHCO3 M2CO3 CO2  H2O Muối hiđrocacbonat được tạo ra khi cho CO2 tác dụng với muối cacbonat: 2 CO3 CO2 H2O 2HCO3 • Các muối cacbonat của kim loại kiềm đều tan, dung dịch có tính kiềm mạnh do sự thủy phân:  M2CO3 H2O MHCO3 MOH • Các muối hidrocacbonat của kim loại kiềm đều có tính lưỡng tính của ion HCO 3 . 2 HCO3 OH CO3 H2O HCO3 H CO2  H2O • Cả MHCO3 và M2CO3 đều bị axit mạnh phân hủy giải phóng CO2: Trang 8
9. HCO3 H CO2  H2O 2 CO3 2H CO2  H2O • NaHCO3 có thể điều chế bằng cách cho khí CO2 tác dụng với dung dịch NaOH: CO2 NaOH NaHCO3 Hoặc cho khí CO2 lội qua dung dịch Na 2CO3 bão hòa: Na 2CO3 CO2 H2O 2NaHCO3 NaHCO3 được dùng trong y khoa chữa bệnh dạ dày và ruột do thừa axit, dễ tiêu, chữa chứng nôn mửa, giải độc axit. Trong công nghiệp thực phẩm NaHCO3 là bột nở, gây xốp cho các loại bánh. • Na2CO3 tinh khiết được điều chế bằng cách nhiệt phân NaHCO3: t 2NaHCO3 Na 2CO3 CO2  H2O Trong công nghiệp người ta điều chế Na2CO3 bằng phương pháp Sonvay (Bỉ, 1838 - 1922) theo phản ứng:  NaCl NH4HCO3  NaHCO3 NH4Cl Do NaHCO3 ít tan nên cân bằng chuyển dịch sang phải. Trong thực tế người ta cho khí NH và CO đi qua dung dịch NaCl bão hòa: € NaCl CO2 NH3 H2O NaHCO3 NH4Cl Lọc tách NaHCO3 rồi nung nóng: to 2NaHCO3  Na 2CO3 CO2  H2O Khí CO thu được tiếp tục làm nguyên liệu điều chế, sản phẩm phụ lại cho phản 2 NH4Cl ứng với vôi tôi để tái sinh NH3, thực hiện chu trình khép kín: to 2NH4Cl Ca(OH)2  2NH3  CaCl2 2H2O Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé III. KIM LOẠI KIỀM THỔ 1. Vị trí và cấu tạo a) Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn Trang 9
10. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé Các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm: Beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba). b) Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm thổ • Cấu hình electron: Kim loại kiềm thổ là những nguyên tố s. Lớp ngoài cùng của nguyên tử có 2e ở phân lớp ns2. So với những electron khác trong nguyên tử thì hai electron ns2 ở xa hạt nhân hơn cả, chúng dễ tách khỏi nguyên tử. Do đó tính chất đặc trưng của các kim loại kiềm thổ là tính khử mạnh. M M 2 2e • Năng lượng ion hóa: Kim loại kiềm thổ có năng lượng ion hóa nhỏ so với các kim loại khác, nhưng lớn hơn kim loại kiềm tương ứng. Theo chiều từ Be đến Ba bán kính nguyên tử tăng dần và năng lượng ion hóa giảm dần. • Số oxi hóa: Kim loại kiềm thổ luôn có số oxi hóa +2 trong mọi hợp chất. • Thế điện cực chuẩn: Các cặp oxi hoá - khử M2 / M của kim loại kiềm thổ đều có thể điện cực chuẩn rất âm. Nguyên tố Be Mg Ca Sr Ba E0 (V) M2 /M -1,85 -2,37 -2,87 -2,89 -2,90 Mạng tinh Lập phương tâm Lục phương Lập phương tâm diện thể khối Lưu ý: Mạng tinh thể lập phương tâm diện Ô mạng cơ sở - Số nguyên tử trong ô mạng cơ sở: N = 8. 1 + 6. 1 = 4 (nguyên tử) 8 2 Trang 10
11. a 2 - AC AB2 BC 2 a 2 4r r nt nt 4 - Thể tích chiếm chỗ của các nguyên tử trong ô mạng cơ sở (coi nguyên tử có dạng hình cầu): 3 4 16 a 2 a3 2 V 4. r3 NT 3 3 4 6 - Thể tích của ô mạng cơ sở: 3 VTT a Độ đặc khít (hay phần trăm thể tích của nguyên tử chiếm trong mạng tinh thể) V 2 3,14 2 NT .100% .100% .100% 74% VTT 6 6 - Khối lượng riêng: mNT N.M X 4M X 3 D 3 23 3 gam/ cm VTT a .N A 6,022.10 a Mx: Khối lượng mol nguyên tử kim loại X (gam/mol). a: Độ dài cạnh của ô mạng cơ sở (cm). 23 NA = 6,022.10 là số Avogađro. 2. Tính chất vật lí - Khối lượng riêng tương đối nhỏ, là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ Ba). - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tuy cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối thấp. - Độ cứng tuy cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối thấp (trừ Be). - Sự biến đổi tính chất vật lí không đều đặn như các kim loại kiềm vì các kim loại kiềm thổ có kiểu mạng tinh thể khác nhau. Tuy nhiên, chúng có những tính chất vật lí chung ở trên là vì liên kết kim loại của chúng tương đối yếu, bán kính nguyên tử lớn. 3. Tính chất hóa học Các kim loại kiềm thổ đều có tính khử mạnh, nhưng yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba. a) Tác dụng với phi kim • Tác dụng với oxi: Khi đốt nóng, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy trong không khí tạo ra oxit. Trang 11
12. Thí dụ: to 2Mg O2  2MgO • Tác dụng với các phi kim khác (halogen, H2, C, S, N2, ) M X2 MX2 (halogenua) M H2 MH2 (hiđrua) M S MS (sunfua) 3M N2 M3N2 (nitrua) b) Tác dụng với nước Ca, Sr, Ba tác dụng với H2O ở nhiệt độ thường, tạo thành dung dịch bazơ kiềm. Mg tác dụng chậm với H2O ở nhiệt độ thường tạo ra Mg(OH)2, tác dụng nhanh với H2O ở nhiệt độ cao, tạo ra MgO. Be không phản ứng với H2O dù ở nhiệt độ cao: Ca 2H O Ca(OH) H  2 2 2 to Mg H2O  MgO H2  c) Tác dụng với axit Các kim loại kiềm thổ có thế điện cực chuẩn rất nhỏ (từ -2,90V đến - 1,85V) so với thế + điện cực chuẩn của 2H / H2 (0,00V), vì vậy chúng đều khử được H trong các dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) thành khí hiđro: 2 M 2H M H2  Với axit có tính oxi hoá mạnh như H2SO4 đặc, HNO3 thì có thể tạo ra nhiều sản phẩm khử của S+6 và N+5. Thí dụ: 8Mg 11H2SO4 đặc 8MgSO4 SO2  S  H2S  10H2O Mg 4HNO Mg NO 2NO  2H O 3 đặc 3 2 2 2 29Mg 72HNO 29Mg NO 2N  2NO  2N O  2NH NO 32H O 3 loãng 3 2 2 2 4 3 2 4. Điều chế Phương pháp cơ bản để điều chế các kim loại kiềm thổ là điện phân muối clorua nóng chảy của chúng. ®pnc MgCl2  Mg Cl2  ®pnc CaCl2  Ca Cl2  5. Ứng dụng Trang 12
13. Kim loại Be được dùng làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, bền chắc, không bị ăn mòn. Kim loại Mg có nhiều ứng dụng hơn cả. Nó được dùng để chế tạo hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền. Những hợp kim này dùng để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô, Kim loại Mg còn được dùng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ. Bột Mg trộn với chất oxi hoá dùng để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm. Kim loại Ca dùng làm chất khử để tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép. Canxi còn được dùng để làm khô một số hợp chất hữu cơ. IV. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ 1. Canxi oxit, CaO • CaO còn gọi là vôi sống, tan trong nước (phần dung dịch gọi là nước vôi). CaO là một 0 oxit bazơ màu trắng, tne = 2575°C. • Các phản ứng: CaO H2O Ca(OH)2 CaO 2HCl CaCl2 H2O CaO H2SO4 CaSO4 H2O CaO CO CaCO 2 3 CaO SO2 CaSO3 2000 C CaO 3C CaC2 CO  • Điều chế CaO: 2Ca O2 2CaO t CaCO3 CaO CO2 2. Canxi hiđroxit, Ca(OH)2 • Ca(OH)2 là chất rắn (gọi là vôi tôi) tan ít trong nước, khi tan trong nước gọi là dung dịch nước vôi trong (độ tan của Ca(OH)2 ở 20°C là 0,02 mol/lít nước). Dung dịch Ca(OH)2 là một bazơ yếu hơn bazơ kiềm. • Các phản ứng: Ca(OH)2 2HCl CaCl2 2H2O Ca(OH)2 H2SO4 CaSO4  2H2O Ca(OH) 2HNO Ca NO 2H O 2 3 3 2 2 Ca(OH)2 Na 2CO3 CaCO3  2NaOH Ca(OH)2 2NaHCO3 CaCO3  Na 2CO3 2H2O Ca(OH)2 CO2 CaCO3  H2O Nếu Ca(OH)2 hết mà CO2 còn thì kết tủa bị hoà tan dần Trang 13
14. CaCO CO H O Ca HCO 3 2 2 3 2 Đồ thị biến thiên khối lượng CaCO3 theo số mol CO2: Với mỗi giá trị của kết tủa m < m0 thì sẽ có hai giá trị số mol (hoặc thể tích) của CO2 thoả mãn điều kiện: x x x x x x x n ban đầu 1 2 0 1 2 0 0 Ca(OH)2 2 • Điều chế Ca(OH)2 CaO H O Ca(OH) 2 2 Ca 2H2O Ca(OH)2 H2  Cũng cần lưu ý rằng: - Ba(OH)2, Sr(OH)2 được điều chế tương tự như Ca(OH)2 BaO H O Ba(OH) 2 2 Ba 2H2O Ba(OH)2 H2  - Be(OH)2 được điều chế bằng cách cho muối beri tác dụng với dung dịch kiềm. BeCl2 + 2NaOH (thiếu) → Be(OH)2 + 2NaCl BeCl2 + 2NH3 + 2H2O → Be(OH)2+ + 2NH4CI Hoặc cho hỗn hợp berilat của kim loại kiềm tác dụng với dung dịch axit: - + [Be(OH)4] + 2H (thiếu) + Ba(OH)2+ + 2H2O - Điều chế Mg(OH)2: MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaCl Nhưng Mg(OH)2 lại không kết tủa hoàn toàn khi cho muối magie tác dụng với dung dịch amoniac, do phản ứng thuận nghịch sau:  MgCl2 + 2NH3 + 2H2O  Mg(OH)2  + 2NH4Cl •Ứng dụng Trang 14
15. Trộn vữa xây nhà. Khử chua đất trồng trọt. Sản xuất clorua vôi dùng để tẩy trắng và khử trùng. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé 3. Muối của kim loại kiềm thổ a) Tính tan: • Hầu hết các muối halogenua, muối nitrat của kim loại kiềm thổ đều tan. • Các muối cacbonat, photphat của các kim loại kiềm thổ đều không tan. • Các muối sunfat của các kim loại kiềm thổ đều không tan (trừ BeSO4 , MgSO4 ). b) Các phản ứng: CaCO CO H O  Ca HCO • 3 + 2 + 2  3 2 0 Ca HCO t CaCO CO  H O (Đun nóng: 3 2 3 + 2 + 2 ) Phản ứng thuận giải thích sự xâm thực của nước mưa (có chứa CO2 ) đối với đá vôi. Phản ứng nghịch giải thích sự tạo thành thạch nhũ trong các hang động núi đá vôi, sự tạo thành lớp cặn canxi cacbonat ( CaCO3 ) trong ấm đun nước, phích đựng nước nóng, • CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2  + H2O CaCO 2CH COOH CH COO Ca CO  3 + 3 → 3 2 + 2 + H2O • Canxi sunfat CaSO4 , là chất rắn, màu trắng, tan ít trong nước (độ tan ở 25 C là 0,15g/100g H2O ). Tùy theo lượng nước kết tinh trong muối canxi sunfat, ta có 3 loại: - CaSO4.2H2O có trong tự nhiên là thạch cao sống, bền ở nhiệt độ thường. Thạch cao sống dùng để sản xuất xi măng. - CaSO4.H2O hoặc CaSO4.0,5H2O là thạc cao nung, được điều chế bằng cách nung thạch cao sống ở nhiệt độ khoảng 160 C : 1600 c CaSO4.2H2O  CaSO4.H2O + H2O Thạch cao nung thường được đúc tượng, đúc các mẫu chi tiết tinh vi dùng trang trí nội thất, làm phấn viết bảng, bó bột khi gãy xương, - CaSO4 có tên là thạch cao khan, được điều chế bằng cách nung thạch cao sống ở nhiệt độ cao hơn. Thạch cao khan không tan và không tác dụng với nước. Trang 15
16. 4. Nước cứng a) Nước cứng • Nước cứng là nước có chứa nhiều cation Ca 2 , Mg2 • Nước mềm là nước không chứa hoặc chứa một lượng không đáng kể các ion Ca 2 , Mg2 b) Phân loại nước cứng. Căn cứ vào thành phần của anion gốc axit có trong nước cứng người ta phân thành 3 loại: Nước cứng có tính tạm thời, nước cứng có tính vĩnh cửu và nước cứng có tính toàn phần. Ca HCO Mg HCO • Tính cứng tạm thời của nước cứng là do các muối 3 2 , 3 2 gây ra: Ca HCO Ca 2 2HCO 3 2 → + 3 Mg HCO Mg2 2HCO 3 2 → + 3 • Tính cứng vĩnh cửu của nước cứng là do các muối CaCl2 , MgCl2 , CaSO4 , MgSO4 gây ra: 2 CaCl2 → Ca + 2Cl 2 MgCl2 → Mg + 2Cl 2 2 CaSO4 → Ca + SO4 2 2 MgSO4 Mg + SO4 Nước tự nhiên thường có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu. • Nước có tính cứng toàn phần là nước có cá tính cứng tạm thời và vĩnh cửu. c) Tác hại của nước cứng • Nước cứng gây nhiều trở ngại cho đời sống hàng ngày. Giặt bằng xà phòng (natri stearat C H COONa CH COO Ca 17 35 ) trong nước cứng sẽ tạo muối không tan canxi stearat ( 3 2 , chất này bám lên bề mặt vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát. Mặt khác, nước cứng còn làm cho xà phòng ít bọt, giảm khả năng tẩy rửa của nó. Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, sẽ làm cho thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị. • Nước cứng cũng gây tác hại cho các ngành sản xuất như tạo ra các cặn bã trong nồi hơi, gây lãng phí nhiên liệu và không an toàn. Nước cứng gây ra hiện tượng làm tắc ống dẫn nước nóng trong sản xuất và trong đời sống. Nước cứng cũng làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé Trang 16