Chuyên đề kim loại kiềm-kiềm thổ-nhôm hóa 12

Công thức toán học không thể tải, để xem trọn bộ tài liệu hoặc in ra làm bài tập, hãy tải file word về máy bạn nhé

Chuyên đề 6

KIM LOẠI KIỀM - KIỀM THỔ - NHÔM

✰✰✰

TÓM TẮT LÝ THUYẾT

*****

B1. KIM LOẠI KIỀM VÀ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM

A. ĐƠN CHẤT

I. Vị trí và cấu tạo nguyên tử

1. Vị trí của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn

Sáu nguyên tố hoá học đứng sau các nguyên tố khí hiếm là liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), xesi (Cs), franxi (Fr) được gọi là các kim loại kiềm. Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA, đứng ở đầu mỗi chu kì (trừ chu kì 1).

2. Cấu tạo và tính chất của nguyên tử kim loại kiềm

Cấu hình electron : Kim loại kiềm là những nguyên tố s. Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử chỉ có 1e, 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 nguyên tử nhất, do đó dễ tách khỏi nguyên tử.

Năng lượng ion hoá : Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hoá I₁ nhỏ nhất so với các kim loại khác. Thí dụ :

Do vậy, các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh :

M → M⁺ + e

Trong nhóm kim loại kiềm, năng lượng ion hoá I₁ giảm dần từ Li đến Cs.

Số oxi hoá : Trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm chỉ có số oxi hoá +1.

Thế điện cực chuẩn : Các cặp oxi hoá - khử M⁺/M của kim loại kiềm đều có thế điện cực chuẩn có giá trị rất âm.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Một số hằng số vật lí của kim loại kiềm

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Bảng : Một số đại lượng đặc trưng của kim loại kiềm

Các nguyên tử kim loại kiềm đều có năng lượng ion hoá I₁ thấp và thế điện cực chuẩn E^O có giá trị rất âm. Vì vậy kim loại kiềm có tính khử rất mạnh.

1. Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại kiềm có thể khử được các phi kim. Thí dụ, kim loại Na cháy trong môi trường khí oxi khô tạo ra natri peoxit Na₂O₂. Trong hợp chất peoxit, oxi có số oxi hoá -1 :

2Na + O₂ → Na₂O₂ (r)

Natri tác dụng với oxi trong không khí khô ở nhiệt độ phòng, tạo ra Na₂O :

4Na + O₂ → 2Na₂O (r)

2. Tác dụng với axit

Do thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá - khử = 0,00 V, thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá - khử của kim loại kiềm có giá trị từ –3,05 V đến –2,94 V, nên các kim loại kiềm đều có thể khử dễ dàng ion H⁺ của dung dịch axit (HCl, H₂SO₄ loãng) thành khí H₂ (phản ứng gây nổ nguy hiểm) :

2M + 2H⁺ → 2M⁺ + H₂↑

3. Tác dụng với nước

Xem phim 1

Vì thế điện cực chuẩn () của kim loại kiềm nhỏ hơn nhiều so với thế điện cực chuẩn của nước (= -0,41 V) nên kim loại kiềm khử được nước dễ dàng, giải phóng khí hiđro :

2M + H₂O → 2MOH (dd) + H₂↑

Do vậy, các kim loại kiềm được bảo quản bằng cách ngâm chìm trong dầu hoả.

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM

I. NATRI HIĐROXIT, NaOH

1. Tính chất

Natri hiđroxit là chất rắn, không màu, dễ hút ẩm, dễ nóng chảy (322^oC), tan nhiều trong nước.

Natri hiđroxit là bazơ mạnh, khi tan trong nước nó phân li hoàn toàn thành ion :

NaOH(dd) → Na⁺ (dd) + OH^– (dd)

Tác dụng với axit, oxit axit tạo thành muối và nước.

Xem phim 2

Tác dụng với một số dung dịch muối, tạo ra bazơ không tan. Thí dụ :

Cu²⁺ (dd) + 2OH^– (dd) → Cu(OH)₂ (r)

2. Điều chế

Điện phân dung dịch NaCl (có vách ngăn) :

2NaCl + 2H₂O H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH

Dung dịch NaOH thu được có lẫn nhiều NaCl. Người ta cho dung dịch bay hơi nước nhiều lần, NaCl ít tan so với NaOH nên kết tinh trước. Tách NaCl ra khỏi dung dịch, còn lại là dung dịch NaOH.

II. NATRI HIĐROCACBONAT VÀ NATRI CACBONAT

1. Natri hiđrocacbonat, NaHCO₃

Bị phân huỷ bởi nhiệt :

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑

Tính lưỡng tính :

Xem phim 3

NaHCO₃ là muối của axit yếu, tác dụng được với nhiều axit

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂↑

Phương trình ion rút gọn :

+ H⁺ → H₂O + CO₂↑

Trong phản ứng này, ion nhận proton, thể hiện tính chất của bazơ.

NaHCO₃ là muối axit, tác dụng được với dung dịch bazơ tạo ra muối trung hoà : NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

Phương trình ion rút gọn :

+ OH^– → + H₂O

Trong phản ứng này, ion nhường proton, thể hiện tính chất của axit.

Nhận xét: Muối NaHCO₃ có tính lưỡng tính, là tính chất của ion : Khi tác dụng với axit, nó thể hiện tính bazơ ; khi tác dụng với bazơ, nó thể hiện tính axit. Tuy nhiên, tính bazơ chiếm ưu thế.

2. Natri cacbonat, Na₂CO₃

Natri cacbonat dễ tan trong nước, nóng chảy ở 850^OC.

Na₂CO₃ là muối của axit yếu, tác dụng được với nhiều axit :

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑

Phương trình ion rút gọn :

+ 2H⁺ → H₂O + CO₂↑

Ion nhận proton, có tính chất của một bazơ. Muối Na₂CO₃ có tính bazơ.

B2. KIM LOẠI KIỀM THỔ VÀ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ

A. ĐƠN CHẤT

I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

1. Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn

Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố : beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) và rađi (Ra). Trong mỗi chu kì, nguyên tố kim loại kiềm thổ đứng sau nguyên tố kim loại kiềm.

2. Cấu tạo và tính chất của nguyên tử 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.

Các cation M²⁺ của kim loại kiềm thổ có cấu hình electron của nguyên tử khí hiếm đứng trước nó trong bảng tuần hoàn.

Số oxi hoá : Các ion kim loại kiềm thổ có điện tích duy nhất là 2+. Vì vậy trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm thổ có số oxi hoá là +2.

Thế điện cực chuẩn : Các cặp oxi hoá - khử M²⁺/M của kim loại kiềm thổ đều có thế điện cực chuẩn rất âm.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Các kim loại kiềm thổ có một số tính chất vật lí giống nhau :

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp (trừ beri).

Độ cứng tuy có cao hơn kim loại kiềm, nhưng nhìn chung kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp.

Khối lượng riêng tương đối nhỏ, chúng là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ bari).

Một số hằng số vật lí của kim loại kiềm thổ

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Một số đại lượng đặc trưng của kim loại kiềm thổ

Các kim loại kiềm thổ đều có tính khử mạnh, nhưng yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của các kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba.

1. Tác dụng với phi kim

Khi đốt nóng, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy trong không khí tạo ra oxit.

2Mg + O₂ 2MgO

Tác dụng với halogen tạo muối halogenua.

Ca + Cl₂ CaCl₂

2. Tác dụng với axit

Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂↑

Xem phim 1

3. Tác dụng với nước

Ca, Sr, Ba tác dụng với H₂O ở nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazơ. Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ thường tạo ra Mg(OH)₂, tác dụng nhanh với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO. Be không tác dụng với H₂O dù ở nhiệt độ cao.

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Mg + H₂O MgO + H₂↑

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ

1. Canxi hiđroxit, Ca(OH)₂

Canxi hiđroxit là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước (độ tan ở 25^OC là 0,12 g/100 g H₂O).

Dung dịch canxi hiđroxit (nước vôi trong) là một bazơ mạnh :

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ (dd) + 2OH^– (dd)

Dung dịch canxit hiđroxit có những tính chất chung của một bazơ tan (tác dụng với oxit axit, axit, muối).

2. Canxi cacbonat, CaCO₃

Canxi cacbonat là chất rắn màu trắng, không tan trong nước (độ tan ở 25^OC là 0,00013 g/100 g H₂O).

Canxi cacbonat là muối của axit yếu và không bền, nên tác dụng được với nhiều axit hữu cơ và vô cơ giải phóng khí cacbon đioxit :

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

CaCO₃ + 2CH₃COOH → Ca(CH₃COO)₂ + H₂O + CO₂↑

Canxi cacbonat tan dần trong nước có chứa khí cacbon đioxit, tạo ra muối tan là canxi hiđrocacbonat Ca(HCO₃)₂ : CaCO₃ + H₂O + CO₂ Ca(HCO₃)₂