1,01^365 = 37,8 (Mỗi nỗ lực, dù là nhỏ nhất, đều có Ý nghĩa)

NGUYÊN TỐ NHÓM IA

1. Đơn chất nhóm IA
2. Vị trí và cấu tạo

– Nhóm IA được gọi là nhóm kim loại kiềm, bao gồm các kim loại: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (phóng xạ).

– Cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns¹.

– Thế điện cực chuẩn rất nhỏ.

– Trong hợp chất, các kim loại nhóm IA chỉ có số oxi hóa +1.

– Các kim loại kiềm đều có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối (kém đặc khít).

2. Trạng thái tự nhiên

– Trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

VD: Na thường gặp dạng NaCl (trong nước biển, mỏ muối, quặng halite).

        K thường gặp dạng khoáng vật sylvinite (NaCl.KCl), carnallite (KCl.MgCl₂.6H₂O).

3. Tính chất vật lí

– Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Các kim loại nhóm IA có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và có xu hướng giảm dần từ Li đến Cs.

– Khối lượng riêng: Các kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ (đều là kim loại nhẹ) do có bán kính nguyên tử lớn và cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít. Li là kim loại nhẹ nhất trong tất cả các kim loại.

– Độ cứng: Do có liên kết kim loại yếu nên các kim loại nhóm IA có độ cứng thấp, có thể cắt bằng dao, kéo. Cs là kim loại mềm nhất trong tất cả các kim loại.

4. Tính chất hóa học

– Do kim loại kiềm có điện cực chuẩn rất nhỏ nên chúng có tính khử mạnh và tính khử tăng dần từ Li đến Cs.                                     M → M⁺ + 1e

(a) Tác dụng với oxygen

v Thí nghiệm: Kim loại kiềm tác dụng với oxygen

– Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy rồi đưa nhanh vào lọ đựng khí oxygen.

– Hiện tượng: Các kim loại bốc cháy mức độ tăng dần từ Li đến K.

– Các kim loại kiềm tác dụng với oxygen trong không khí theo mức độ tăng dần từ Li đến K và cho màu sắc các ngọn lửa khác nhau.

+ Li cháy cho ngọn lửa màu đỏ tía: 4Li + O₂  2Li₂O

+ Na cháy cho ngọn lửa màu vàng: 4Na + O₂  2Na₂O

+ K cháy cho ngọn lửa màu tím nhạt: 4K + O₂  2K₂O

(b) Tác dụng với chlorine

v Thí nghiệm: Kim loại kiềm tác dụng với khí chlorine

– Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy, rồi đưa nhanh vào bình đựng khí chlorine.

– Hiện tượng: Các kim loại bốc cháy với mức độ tăng dần từ Li đến K.

– Các kim loại kiềm tác dụng với khí chlorine theo mức độ tăng dần từ Li đến K tạo muối chloride.

2Li + Cl₂  2LiCl                 2Na + Cl₂ → 2NaCl                2K + Cl₂  2KCl

(c) Tác dụng với nước

v Thí nghiệm: Kim loại kiềm tác dụng với nước.

– Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một chậu thủy tinh chứa nước. Sau khi kim loại tan hết thêm phenolphthalein vào chậu.

– Hiện tượng: Li: mẩu kim loại chuyển động chậm trên mặt nước.

                       Na: mẩu kim loại trở thành khối cầu, chạy nhanh trên mặt nước.

                       K: mẩu kim loại cháy kèm theo tiếng nổ nhẹ.

Kim loại sau khi tan hết thêm phenolphthalein vào chậu thấy dung dịch chuyển sang màu hồng.

 – Các kim loại kiềm tác dụng mạnh với nước tạo thành dung dịch kiềm và giải phóng H₂.

            2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑                        2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑                       

 Do kim loại nhóm IA dễ tác dụng với nước và oxygen trong không khí nên trong phòng thí nghiệm Na, K thường được bảo quản trong dầu hỏa; Li, Rb, Cs thường bảo quản trong ống thủy tinh kín hoặc bình khí hiếm.

1. Hợp chất của kim loại nhóm IA
2. Tính tan

– Hầu hết hợp chất của các kim loại kiềm tan tốt trong nước và phân li thành ion.

2. Nhận biết Li⁺, Na⁺, K⁺

v Thí nghiệm phân biệt các ion Li⁺, Na⁺, K⁺ bằng màu ngọn lửa

– Nhúng dây platinium vào ống nghiệm chứa dung dịch LiCl bão hòa, hơ nóng đầu dây trên ngọn lửa đèn khí.

– Tiến hành tương tự với dung dịch NaCl bão hòa và dung dịch KCl bão hòa.

– Hiện tượng: Muối LiCl cháy cho ngọn lửa màu đỏ tía, NaCl cháy cho ngọn lửa màu vàng, KCl cháy cho ngọn lửa màu tím nhạt.

– Có thể phân biệt các hợp chất của kim loại kiềm bằng màu ngọn lửa khi đốt chúng.

3. Hợp chất kim loại kiềm

(a) Sodium chlorine

v Ứng dụng

v Điện phân dung dịch NaCl

– Trong công nghiệp chlorine – kiềm, công đoạn chính là điện phân dung dịch NaCl bão hòa, có màng ngăn xốp: 2NaCl + 2H₂O  2NaOH + H₂ + Cl₂

– Màng ngăn xốp ngăn cản không cho Cl₂ tạo thành tác dụng với NaOH, nếu không có màng ngăn xốp thì sản phẩm thu được là nước Javel (NaCl, NaClO).

– Các sản phẩm của công nghiệp chlorine – kiềm có nhiều ứng dụng.

+ NaOH: Dùng trong chế biến dầu mỏ, sản xuất nhôm, giấy, xà phòng, …

+ Cl₂: Dùng để sản xuất chất tẩy trắng và sát trùng, sản xuất HCl, KClO₃, …

+ H₂: Dùng để sản xuất HCl, NH₃, …

(b) Sodium hydrogencarbonate và sodium carbonate

v Ứng dụng

v Phương pháp Solvay sản xuất NaHCO₃ và Na₂CO₃

– Nguyên liệu: Đá vôi, muối ăn, ammonium và nước.

– Quá trình sản xuất trải qua hai giai đoạn chính:

+ GĐ1: Tạo NaHCO₃          NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O  NaHCO₃ + NH₄Cl

+ GĐ2: Tạo Na₂CO₃            2NaHCO₃  Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Sơ đồ quá trình Solvay sản xuất NaHCO₃ và Na₂CO₃

NGUYÊN TỐ NHÓM IIA

1. Đơn chất nhóm IIA
2. Vị trí và cấu tạo

– Nhóm IIA được gọi là nhóm kim loại kiềm thổ, bao gồm: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra (phóng xạ).

– Cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns².

– Trong hợp chất, các kim loại nhóm IIA có số oxi hóa +2.

2. Trạng thái tự nhiên

– Trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IIA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

VD: Mg có trong quặng dolomite (CaCO₃.MgCO₃).

        Ca có trong đá vôi, quặng calcite (CaCO₃), thạch cao (CaSO₄), …

3. Tính chất vật lí

– Bán kính nguyên tử các nguyên tố nhóm IIA tăng dần từ Be đến Ba do số lớp electron tăng dần.

– Các kim loại nhóm IIA là kim loại nhẹ, có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng cao hơn kim loại nhóm IA cùng chu kì nhưng tương đối thấp so với các kim loại khác.

4. Tính chất hóa học

– Kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh, chỉ kém kim loại nhóm IA.

– Tính khử tăng dần từ Be đến Ba do bán kính nguyên tử tăng, khả năng nhường e tăng.

M → M²⁺ + 2e

(a) Tác dụng với oxygen

– Khi đốt nóng trong oxygen hoặc trong không khí, các kim loại nhóm IIA bốc cháy tạo oxide và cho ngọn lửa có màu đặc trưng. TQ: 2M + O₂  2MO

+ Ca cháy cho ngọn lửa màu đỏ cam.

+ Sr cháy cho ngọn lửa màu đỏ son.

+ Ba cháy cho ngọn lửa màu lục.

                                                  Ca và Ca²⁺    Sr và Sr²⁺     Ba và Ba²⁺

Các hợp chất Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ khi đốt cháy cũng cho ngọn lửa có màu sắc tương tự kim loại tương ứng  Có thể dùng màu ngọn lửa để nhận biết Ca, Sr, Ba hoặc hợp chất của chúng.

(b) Tác dụng với nước

– Be không tác dụng với nước do có màng oxide bảo vệ bề mặt.

– Mg phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường, nhanh hơn khi đun nóng.

           Mg + 2H₂O  Mg(OH)₂ + H₂↑

– Ca, Sr, Ba phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường và mức độ phản ứng tăng dần.

          M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂↑     (M là Ca, Sr, Ba)

– Độ tan các hydroxide tăng dần: Be(OH)₂ < Mg(OH)₂ < Ca(OH)₂ < Sr(OH)₂ < Ba(OH)₂

– Trong phản ứng trên, hydroxide tạo thành càng dễ tan thì càng dễ giải phóng khỏi bề mặt kim loại, tạo điều kiện thuận lợi để kim loại tiếp tục phản ứng với nước.

5. Ứng dụng

– Các kim loại nhóm IIA tạo ra hợp kim có nhiều ứng dụng trong thực tế:

+ Hợp kim của Be có độ bền cơ học, không bị ăn mòn, khó nóng chảy, …

+ Hợp kim của Mg cứng, bền, nhẹ làm vật liệu sản xuất ô tô, máy bay, …

1. Hợp chất của kim loại nhóm IIA
2. Tính tan

v Tính tan của các muối carbonate, sulfate và nitrate

– Các muối nitrate đều tan.

– Hầu hết các muối carbonate đều không tan trừ BeCO₃ bị thủy phân.

– Các muối BeSO₄, MgSO₄ tan, SrSO₄ và CaSO₄ ít tan, BaSO₄ không tan.

Bảng tính tan của muối và hydroxide kim loại nhóm IIA

T: chất dễ tan, I: chất ít tan, K: chất không tan, -: bị thủy phân

v Thí nghiệm so sánh độ tan giữa CaSO₄ và BaSO₄

– Thêm 2 mL dung dịch CaCl₂ vào ống nghiệm (1) và 2 mL dung dịch BaCl₂ vào ống nghiệm (2).

– Nhỏ từ từ từn giọt dung dịch CuSO₄ vào mỗi ống nghiệm cho đến khi xuất hiện kết tủa.

Nhận xét: Ống nghiệm (2) xuất hiện kết tủa sớm hơn so với ống nghiệm (1) do BaSO₄ có độ tan nhỏ hơn CaSO₄.

2. Một số hợp chất quan trọng

(a) Muối carbonate

♦ Tác dụng với acid

– Muối carbonate có thể tác dụng với acid → Muối + CO₂↑ + H₂O

      CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

– Muối carbonate tan trong nước có hoàn tan khí CO₂

      CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

♦ Phản ứng nhiệt phân

– Muối carbonate của kim loại nhóm IIA bị nhiệt phân tạo thành oxide và CO₂.

                   TQ: MCO₃(s)  MO(s) + CO₂(g)  

– Độ bền nhiệt của các muối có xu hướng tăng từ MgCO₃ đến BaCO₃, đặc điểm này phù hợp với xu hướng biến đổi giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên.

(b) Muối nitrate

– Các muối nitrate của nguyên tố nhóm IIA bị nhiệt phân →  Oxide kim loại + NO₂ + O₂

                    TQ: M(NO₃)₂ (s)  MO(s) + 2NO₂(g) + ½ O₂(g)      

– Độ bền nhiệt các muối nitrate có xu hướng tăng từ Mg(NO₃)₂ đến Ba(NO₃)₂, đặc điểm này phù hợp với xu hướng biến đổi giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên.

(c) Nhận biết sự có mặt của các ion riêng biệt Ca²⁺, Ba²⁺, SO₄^2-, CO₃^2-

3. Ứng dụng

– Một số hợp chất của calcium còn có vai trò quan trọng đối với cơ thể con người như:

+ Ca₃(PO₄)₂, Ca₅(PO₄)₃OH tham gia cấu tạo xương và răng.

+ ion Ca²⁺ trong cơ thể có chức năng truyền dẫn tín hiệu thần kinh đến tế bào, chức năng co giãn của cơ bắp (bao gồm cả cơ tim).

III. Nước cứng

1. Khái niệm, phân loại

(a) Khái niệm

– Nước chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được gọi là nước cứng.

– Nước chứa ít hoặc không chứa các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được gọi là nước mềm.

(b) Phân loại

– Nước trong tự nhiên thường có tính cứng toàn phần.

2. Tác hại của nước cứng

– Đóng cặn nồi hơi đun nước gây tốn nhiên liệu và không an toàn.

– Đóng cặn đường ống dẫn nước làm giảm lưu lượng nước hoặc tắc đường ống.

– Giặt quần áo bằng nước cứng xà phòng tạo ít bọt, tốn xà phòng và tạo muối ít tan bám vào quần áo, làm quần áo mau hỏng.

– Nấu ăn bằng nước cứng làm thực phẩm lâu chín, giảm mùi vị.

3. Làm mềm nước cứng

Dạng 1: Bài toán về độ tan