CHƯƠNG X. KIM LOẠI KIỀM, KIỀM THỔ, NHÔM docx

NaH là chất rắn, khi gặp nước, bị thuỷ phân:c Phản ứng với nước: Phản ứng mạnh ngay ở nhiệt độ thường.. Muối cacbonat kim loại kiềm rất bền, nóng chảy ở khoảng 800oC, không bị phân tích.

CHƯƠNG X KIM LOẠI KIỀM, KIỀM THỔ, NHÔM

A KIM LOẠI KIÊM

I Cấu tạo nguyên tử

 Có 1 e hoá trị ở lớp ngoài cùng

 Bán kính nguyên tử lớn, điện tích hạt nhân nhỏ (so với các nguyên tố cùng chu kì)

Vì vậy kim loại kiềm rất dễ nhường 1e hoá trị - thể hiện tính khử mạnh

Đi từ Li  Fr tính khử tăng dần (Fr là nguyên tố phóng xạ ít được nghiên cứu)

II Tính chất vật lý

 Là những kim loại, mềm, nhẹ, trắng như bạc

 Dễ tạo hợp kim với Hg gọi là hỗn hống

 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp Đi từ Li  Cs, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt

độ sôi giảm dần

 Dẫn nhiệt và dẫn điện tốt

 Đơn chất và hợp chất khi cháy cho ngọn lửa đặc trưng: Li : đỏ tía ; Na : vàng; K : tím Rb : đỏ huyết

III Tính chất hoá học

a) Phản ứng với oxi:

 Ở to thường : Li, Na, K + O2  lớp oxit trên mặt ; Rb, Cs bốc cháy

 Khi đun nóng : Li, Na, K bốc cháy mãnh liệt tạo thành oxit (Li2O) hay peoxit Na2O2,

K2O2

b) Với các phi kim khác:

 Phản ứng mãnh liệt với halogen ở to thường, hoặc khi đun nhẹ:

 Khi đốt nóng phản ứng với S, H2, P, …

NaH là chất rắn, khi gặp nước, bị thuỷ phân:

c) Phản ứng với nước: Phản ứng mạnh ngay ở nhiệt độ thường

d) Phản ứng với axit thường và axit oxi hoá: phản ứng xảy ra mãnh liệt

IV Điều chế

Kim loại kiềm được điều chế bằng cách điện phân muối clorua nóng chảy hoặc hiđroxit nóng chảy

Ví dụ:

V Hợp chất

1 Oxit Me2O là chất rắn, phản ứng mạnh với nước, với axit và oxit axit Ví dụ:

2 Hiđroxit MeOH

 Là chất rắn, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước

 Là bazơ mạnh, điện li hoàn toàn trong dd nước

 Phản ứng trung hoà với axit, oxit axit Ví dụ

Khi dư CO2:

Cacbonat axit của kim loại kiềm khá bền, có thể tách khỏi dd dưới dạng tinh thể khi đun cạn dd Nhưng khi nung nóng tinh thể bị phân tích thành cacbonat, ví dụ NaHCO3 bị phân tích ở 160oC

Muối cacbonat kim loại kiềm rất bền, nóng chảy ở khoảng 800oC, không bị phân tích

Điều chế hiđroxit kim loại kiềm:

 Điện phân dd muối clorua loãng, nguội có màng ngăn (xem phần điện phân)

 Bằng phản ứng trao đổi:

3 Muối

Hầu hết các muối của kim loại kiềm đều tan nhiều trong nước (trừ KClO4), một số muối tồn tại trong thiên nhiên : NaCl, Na2SO4.1OH2O, Na2AlF6, KCl, NaCl.KCl (xinvinit), KCl.MgCl2.H2O (cacnalit), KCl.MgSO4.3H2O (cainit)

Một số muối kim loại quan trọng:

 Natri clorua NaCl:

NaCl là chất rắn, không màu, dễ tan trong nước, nóng chảy ở 800oC

NaCl được khai thác từ nước biển, từ muối mỏ Nó được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, để sản xuất clo, axit clohiđric, nước Javen,…

 Natri hiđrocacbonat:

Muối natri hiđrocacbonat NaHCO3 là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước, bền ở nhiệt

độ thường, bị phân huỷ ở nhiệt độ cao

NaHCO3 là muối của axit yếu, không bền, tác dụng được với axit mạnh:

Mặt khác, NaHCO3 là muối axit, tác dụng được với kiềm:

 Muối natri cacbonat Na 2 CO 3:

Na2CO3 là chất rắn màu trắng, dễ tan trong nước ở nhiệt độ thường nó tồn tại ở dạng muối ngậm nước Na2CO3.1OH2O ở nhiệt độ cao, mất nước tạo thành muối khan Na2CO3

có nhiệt độ nóng chảy ở 850oC

Na2CO3 bị thuỷ phân trong dd cho môi trường kiềm mạnh:

Na2CO3 là nguyên liệu hoá học quan trọng để sản xuất thuỷ tinh, xà phòng và nhiều muối khác

4 Nhận biết kim loại kiềm và hợp chất của chúng

Dựa vào màu ngọn lửa khi đốt hỗn hợp của các kim loại này:

Hợp chất của Li+ : ngọn lửa màu đỏ

Hợp chất của Na+: ngọn lửa màu vàng

Hợp chất của K+: ngọn lửa màu tím

VI Trạng thái tự nhiên

 Natri thường gặp dưới dạng NaCl (muối ăn), Na2SO4.1OH2O, Na2CO3 (xôđa), NaNO3 (diêm tiêu)

 Kali thường gặp ở dạng : KCl.NaCl (xinvinit), KCl.MgCl2.6H2O (cacnanit)

B KIM LOẠI NHÓM II (KIM LOẠI KIỀM THỔ)

I Cấu tạo nguyên tử

 Có 2 electrong hoá trị ở lớp ngoài cùng

 Bán kính nguyên tử khá lớn, điện tích hạt nhân tương đối nhỏ (so với các nguyên tố trong cùng chu kỳ) Vì vậy các nguyên tố đều có tính khử mạnh (nhưng kém kim loại kiềm), dễ nhường 2e

II Tính chất vật lý

 Là những chất rắn, có ánh bạc, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt

 Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (cao hơn kim loại kiềm)

Ví dụ : của Mg là 650oC, của Ba là 710oC

 Màu ngọn lửa đặc trưng của đơn chất và hợp chất:

Ca: đỏ da cam ; Sr, Ra: đỏ son ; Ba: xanh lục

III Tính chất hoá học

1 Phản ứng với oxi

 Ở nhiệt độ thường, các kim loại phân nhóm chính nhóm II bị O2 không khí oxi hoá tạo thành lớp oxit trên bề mặt

 Khi đốt nóng bốc cháy mãnh liệt

Ví dụ:

2 Phản ứng với các phi kim khác

 Với halogen: phản ứng dễ dàng ở ngay nhiệt độ thường

 Với các phi kim kém hoạt động: phải đun nóng

3 Phản ứng với H2O

 Be không phản ứng vì có lớp oxit bảo vệ

 Mg không tan trong nước lạnh, khi đun nóng tạo tan chậm do phản ứng với nước

 Ca, Sr, Ba phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường

4 Phản ứng với axit (axit thường và axit oxi hoá)

 Be, Mg phản ứng dễ dàng

 Ca, Sr, Ba phản ứng mãnh liệt

5 Phản ứng với dd kiềm và kiềm nóng chảy

Chỉ có Be phản ứng:

6 Phản ứng đẩy kim loại yếu hơn khỏi oxit hoặc muối khan khi đun nóng

IV Điều chế

Phương pháp phổ biến nhất và quan trọng nhất là điện phân muối halogenua nóng chảy:

V Một số hợp chất quan trọng

1 Oxit MeO Đều là chất rắn, màu trắng, rất bền nhiệt, nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (ví

dụ CaO nóng chảy ở 2585oC)

MgO phản ứng chậm với H2O ; CaCO ; SrO ; BaO phản ứng mãnh liệt với nước:

Các oxit đều tan dễ dàng trong axit

BeO tác dụng với dd kiềm

Quan trọng nhất trong số các oxit là CaO CaO được gọi là vôi sống, tác dụng với nước cho Ca(OH)2 gọi là vôi tôi, dùng làm vật liệu xây dựng

2 Hiđroxit Me(OH)2

 Tính tan và tính bazơ tăng dần:

 Be(OH)2 có tính lưỡng tính

 Mg(OH)2 kết tủa trắng, là bazơ yếu, tan trong axit.

 Ca(OH)2 ít tan trong nước, là bazơ khá mạnh

 Ba(OH)2 tan khá nhiều trong nước tạo thành dd kiềm mạnh

 Khi đun nóng, Be(OH)2 và Mg(OH)2 bị mất nước biến thành oxit:

Chú ý: Khi cho khí clo tác dụng với Ca(OH)2 hoặc CaO ta thu được clorua vôi CaOCl2

có công thức cấu tạo:

Clorua vôi là chất oxi hoá mạnh, dùng để sát trùng và tẩy trắng Các phản ứng quan trọng của clorua vôi là:

3 Muối

a) Muối nitrat: tan nhiều trong nước

b) Muối clorua: tan nhiều trong nước

c) Muối sunfat: từ BeSO4  BaSO4 độ tan giảm dần BeSO4, MgSO4 tan nhiều, SrSO4, BaSO4 không tan

d) Muối cacbonat:

 Muối cacbonat trung tính MeCO3 : ít tan trong nước, khi nung nóng bị phân tích Ví dụ:

 Muối cacbonat axit Me(HCO3)2 tan nhiều trong nước, chỉ tồn tại trong dd vì có cân bằng sau;

Khi dư CO2, cân bằng chuyển dịch sang phải

Khi đun nóng, cân bằng chuyển dịch sang trái

VI Trạng thái tự nhiên

 Mg thường gặp ở dạng MgCO3 (manhezit), CaCO3.MgCO3 (đolomit), KCl.MgCl2.6H2O (cacnalit), KCl.MgSO4.6H2O (cainit)

 Ca thường gặp ở dạng CaCO3 (đá vôi, đá phấn, đá hoa), CaCO3.MgCO3 (đolomit), CaO4.2H2O (thạch cao), Ca3(PO4)2 (photphorit), 3Ca3(PO4)2.CaF2 (apatit)

VII Nước cứng

1 Định nghĩa

 Tuỳ theo lượng ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước nhiều hay ít mà người ta chia nước thiên nhiên thành 2 loại:

+ Nước mềm: Có ít ion Ca2+, Mg2+ hoà tan (tổng nồng độ 2 ion này < 0,002 mol/l) + Nước cứng: Có hoà tan nhiều ion Ca2+, Mg2+ (tổng nồng độ 2 ion này > 0,002 mol/l)

 Độ cứng của nước gồm 2 loại:

+ Độ cứng tạm thời: Do muối cacbonat axit của canxi và magie gây ra, khi đun sôi nước, các muối này bị phân huỷ tạo ra muối, cacbonat kết tủa:

+ Độ cứng vĩnh cửu: gây ra do muối clorua, sunfat của Ca2+ và Mg2+ Khi đun sôi, độ vĩnh cửu không bị mất

+ Độ cứng toàn phần: là tổng của hai độ cứng trên

2 Tác hại của nước cứng

 Đóng cặn vào thành nồi hơi làm giảm độ dẫn nhiệt nên làm tốn nhiên liệu và có thể gây ra nổ nồi hơi

 Giặt xà phòng trong nước cứng sẽ khó sạch, tốn xà phòng vì xà phòng biến thành muối của Ca2+, Mg2+ ít tan, vón cục trên vải

Ví dụ:

3 Cách làm mềm nước

a) Khử độ cứng tạm thời :

 Đun sôi nước

 Dùng các phương pháp vôi, xút và xôđa

+ Phương pháp vôi:

+ Phương pháp xút:

+ Phương pháp xôđa:

b) Khử độ cứng toàn phần:

 Dùng phản ứng trao đổi (với Na2CO3 hay Na3PO4) đã kết tủa Ca2+và Mg2+:

 Dùng nhựa trao đổi ion (gọi là các ionit): cho nước chảy qua cột chứa nhựa trao đổi ion, các ion Ca2+, Mg2+ sẽ bị giữ lại trên cột

C NHÔM

I Cấu tạo nguyên tử

 Nguyên tử Al có 3 electron hoá trị ở lớp ngoài cùng (cấu hình e : 1s2 2s2 2p6 3s2 31)

 Bán kính nguyên tử tương đối lớn.

 Điện tích hạt nhân Z tương đối nhỏ

Vì thế Al có tính khử mạnh (kém Mg), dễ nhường 3e hoá trị:

II Tính chất vật lý

 Al là kim loại nhẹ (d = 2,7 g.cm3), trắng như bạc, nhiệt độ nóng chảy là 6000C

 Al rất dẻo, dễ kéo dài, dát mỏng

 Al dẫn nhiệt, dẫn điện rất tốt Tạo hợp kim với nhiều kim loại khác

III Tính chất hoá học

1 Phản ứng với oxi

 Ở nhiệt độ thường: do lớp oxit mỏng bảo vệ nên Al không phản ứng với oxi Nếu làm cho lớp Al2O3 tạo thành này không bám vào bề mặt nhôm thì nhôm sẽ phản ứng mạnh với oxi

Ví dụ, sau khi nhúng Al vào thuỷ ngân để tạo thành hỗn hống trên bề mặt Al, khi để ra không khí sẽ xảy ra hiện tượng "Al mọc lông tơ"

Ở dạng bột, khi đun nóng, Al cháy mạnh toả nhiều nhiệt

2 Phản ứng với các phi kim

 Với Cl2, Br2 : Al phản ứng ngay ở nhiệt độ thường, tạo thành AlCl3, AlBr3

 Khi đun nóng, Al phản ứng với I2, S ở nhiệt độ cao, Al phản ứng được với N2, C

3 Phản ứng với H2O

 Ở nhiệt độ thường, Al không phản ứng với H2O vì có lớp oxit bền vững bảo vệ Nếu đánh bỏ lớp oxit đi, Al phản ứng với H2O ở nhiệt độ thường

Phản ứng trên nhanh chóng dừng lại vì Al(OH)3  bảo vệ không cho Al tiếp xúc với

H2O

4 Phản ứng với axit thường

Với dd HCl và H2SO4(l), phản ứng dễ dàng (Al đứng trước H):

5 Phản ứng với axit oxi hoá

 Với HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội : Al bị thụ động hoá

 Trong các trường hợp khác (axit loãng, axit đặc, nóng) phản ứng xảy ra dễ dàng:

Ví dụ:

6 Phản ứng với dd kiềm

Phản ứng mạnh vì Al(OH)3  lưỡng tính, tan được trong kiềm

7 Phản ứng đẩy kim loại yếu hơn khỏi hợp chất

 Với dd muối:

 Phản ứng nhiệt nhôm: Đẩy mạnh kim loại yếu khỏi oxit khi nung nóng

Phản ứng nhiệt nhôm được dùng để điều chế Mn, Cr, V, W và các hợp kim của sắt

IV Hợp chất của Al

1 Nhôm oxit Al2O3

 Màu trắng, rất bền với nhiệt, khó nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy > 2000oC)

 Không tác dụng với nước, không tan trong nước

 Al2O3 là oxit lưỡng tính, tác dụng với dd axit mạnh và dd kiềm Dễ phản ứng với kiềm nóng chảy

2 Nhôm hiđroxit Al(OH)3

 Al(OH)3 là chất kết tủa dạng keo, ít tan trong nước.

 Là hiđroxit lưỡng tính, dễ tan trong axit và trong dd kiềm, đặc biệt không tan vào dd

NH4OH loãng

 Al(OH)3 nung nóng bị mất nước

 Điều chế Al(OH)3 bằng phản ứng trao đổi với dd NH4OH:

3 Muối nhôm

 Các muối nitrat, sunfat, halogenua của nhôm đều tan nhiều trong nước

 Một loại muối Al phổ biến là phèn chua Đó là muối kép Al - K có công thức:

K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O, phèn chua được dùng để làm trong nước, dùng trong kỹ nghệ thuộc da và giấy

 Muối aluminat: Có ion , chỉ bền trong dd kiềm (ví dụ NaAlO2) Trong môi trường axit yếu tạo thành Al(OH)3 kết tủa Ví dụ:

V Điều chế Al

Trong công nghiệp, sản xuất nhôm chủ yếu bằng phương pháp điện phân nóng chảy

Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6 để làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3

Khi nóng chảy:

Điện phân ở 950oC, điện thế 4 - 5 von.

Các điện cực làm bằng than graphit, do đó anôt bị ăn mòn bởi phản ứng

Vì vậy, khi điện phân phải thường xuyên bổ sung than ở anôt Al2O3 lấy từ quặng boxit

VI Nhận biết ion Al 3+

Nhận biết ion Al3+ bằng phản ứng tạo kết tủa keo Al(OH)3 tan trong kiềm dư nhưng không tan trong NH4OH

VII Trạng thái tự nhiên của nhôm

Nhôm thường gặp dưới dạng : boxit (Al2O3.nH2O), cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O),…