Tiểu luận hóa kim loại hồng phượng hóa 2a

Để phân dạng các bài tập lý thuyết và tính toán liên quan đến kim loại phân nhóm chính trong chương trình đại học liên quan đến hóa học vô cơ, giúp sinh viên rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức và giải các bài tập liên quan.

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC



TIỂU LUẬN Môn: Đại cương về kim loại

Đề tài: Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học

về kim loại nhóm chính.

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Huế, tháng 12 năm 2013

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài:

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, đã vàđang có nhiều bước nhảy vọt trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống Công cuộc đổi mới này

đề ra những yêu cầu mới đối với hệ thống giáo dục nước ta Giáo dục đang trở thành một

bộ phận đặc biệt của cấu trúc hạ tầng xã hội, là tiền đề quan trọng cho sự phát triển củatất cả các lĩnh vực kinh tế, chính trị, văn hoá, quốc phòng an ninh Bởi lẽ con người đượcgiáo dục tốt và giáo dục thường xuyên mới có khả năng giải quyết một cách sáng tạo và

có hiệu quả những vấn đề do sự phát triển của xã hội đặt ra Chính vì vậy giáo dục là một

bộ phận hữu cơ rất quan trọng trong chiến lược hay kế hoạch phát triển kinh tế xã hội,trong đó mục tiêu giáo dục phải được coi là một trong những mục tiêu quan trọng nhấtcủa sự phát triển đất nước

Hiện nay ở nước ta, giáo dục đã có sự chuyển biến rõ rệt, đặc biệt là việc đổi mớiphương pháp dạy học, nâng cao trình độ của đội ngũ giáo viên, giảng viên, đặc biệt có rấtnhiều giảng viên đạt trình độ tiến sĩ và có nhiều đóng góp trong việc nghiên cứu khoa họcnhờ đó mà chất lượng giáo dục nước ta ngày một đi lên

Mặc dù đã đạt được những thành tựu bước đầu song ngành giáo dục nước ta vẫncòn một số hạn chế Đặc biệt là trang thiết bị dạy học, số lượng và chất lượng sách giáotrình, sách tham khảo chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người học Mặt khác trong quátrình học tập đôi lúc lý thuyết chưa gắn liền với thực tế, chưa làm cho người học có tínhnăng động, sáng tạo

Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thốngbài tập ở bậc đại học

về kim loại nhóm chính” Hy vọng góp một phần nhỏ bé của mình vào việc xây dựng hệ

thống các bài tập phù hợp với nhu cầu của sinh viên nhằm nâng cao chất lượng học tập

II Mục đích nghiên cứu:

Xây dựng hệ thống bài tập phần kim loại nhóm A ở bậc đại học giúp sinh viênvận dụng kiến thức hoá học đại cương để làm rõ vấn đề hoá học vô cơ Bài tập có mởrộng nâng cao nhưng không làm mất đi tính cơ bản, tính hệ thống của chương trình

Lựa chọn những bài tập nhằm vào các lĩnh vực tri thức trọng tâm để tạo điều kiệncho học viên có thể phân loại, sắp xếp và làm sáng tỏ các vấn đề chủ chốt trong giáo trìnhhoá học vô cơ phần kim loại.

Thông qua bài tập, sinh viên biết cách vận dụng tri thức và năng lực vào thực tiễn,đồng thời làm quen với các tình huống ứng dụng

Đưa ra những bài tập nâng cao và hiện đại phát huy tính sáng tạo tích cực củasinh viên

III.Phương pháp nghiên cứu:

1 Nghiên cứu lý luận về bài tập hoá học làm cơ sở cho việc xây dựng hệ thống bài tậpbậc đại học

2 Nghiên cứu thực tiễn

Tìm hiểu thực tiễn về hệ thống bài tập hoá vô cơ phần kim loại nhóm A đã dùng chosinh viên

Trao đổi kinh nghiệm về việc ra bài tập hoá học vô cơ phần kim loại nhóm A cho sinhviên

2 Tại sao kim loại kiềm mềm và dễ bay hơi?

3 So sánh khả năng phản ứng của kim loại kiềm và hiđro Có thể giải thích như thế nào khi biết rằng hiđro cũng có phản ứng khác hẳn kim loại kiềm mặc dù lớp vỏ ngoài cùng có cấu trúc như nhau?

Trả lời:

1 Các kim loại kiềm nằm ở phân nhóm chính nhóm I, ở đầu mỗi chu kì và từ chu kì 2 trở

đi Sở dĩ kim loại kiềm có tính khử mạnh vì chúng có một electron ở lớp ngoài cùng nên

dễ dàng nhường đi một electron để trở thành cấu hình bền của khí hiếm

2 Các kim loại kiềm kết tinh theo mạng lập phương tâm khối, năng lượng kim loại trongmạng xếp khít không lớn và chỉ có một electron hoá trị ở mỗi nguyên tử kim loại Vì vậykim loại kiềm mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ bay hơi

3 Năng lượng ion hoá của hiđro lớn gấp vài ba lần năng lượng ion hoá của kim loạikiềm Khả năng nhường electron của kim loại kiềm dễ hơn hiđro Nguyên tử hiđro cũnggiống như kim loại kiềm có một electron hoá trị nên dễ dàng nhường đi một electron tạothành ion H+ nhưng ion H+ không tồn tại trong dung dịch nước do H+ có một AO 1s trốngduy nhất nên dễ dàng nhận cặp electron tự do của nước tạo ra H3O+ Còn các ion kim loạikiềm không có khả năng này mà các ion kim loại kiềm tồn tại độc lập do các ion này cócấu hình khí trơ rất bền vững

Bài

2:

1 Các kim loại kiềm đều có độ dẫn điện cao nhưng còn kém hơn so với Ag Au, Cu Điều đó có mâu thuẫn gì không khi so sánh hoạt tính hoá học của kim loại kiềm với các kim loại Ag, Au, Cu Giải thích nguyên nhân?

2 Cho khối lượng riêng của các kim loại kiềm theo bảng sau:

3 Giải thích tại sao Natri lại có độ dẫn điện cao hơn các nguyên tố còn lại mặc dù có

số nguyên tử kim loại trong 1cm 3 kim loại bé hơn so với Liti ở trạng thái rắn?

Trả lời:

1 Khả năng hoạt động của các nguyên tố phụ thuộc vào cấu trúc electron Các kim loạikiềm có khả năng hoạt động mạnh là do có một electron ở lớp ngoài lớp vỏ khí trơ nênkim loại này dễ nhường đi một điện tử Còn độ dẫn điện của kim loại phụ thuộc vào khốilượng riêng của kim loại tức phụ thuộc vào số nguyên tử kim loại trong 1cm3 kim loại ởtrạng thái rắn

Ví dụ : Theo tính toán số nguyên tử Na trong 1cm3: 0,25 1023

1cm3 Cs có số nguyên tử: = 8,46.1021 nguyên tử

3 Na có độ dẫn điện cao hơn các kim loại kiềm khác mặc dù dù có số nguyên tử kim loạitrong 1cm3 kim loại bé hơn so với Li ở trạng thái rắn nhưng trong nguyên tử Na còn cócác obitan d trống, electron từ vùng hóa trị sang vùng dẫn sẽ thuận tiện hơn so vớinguyên tử Li nên tính dẫn điện của Na cao hơn Li Từ K đến Cs đều có obitan d trốngnhư Na nhưng bán kính nguyên tử tăng nên độ dẫn điện giảm từ Na đến Cs

Bài 3:

1 So sánh nhiệt độ nóng chảy và độ hòa tan trong nước của NaCl và RbCl?

2 Để điều chế NaCl tinh khiết người ta thường cho HCl qua dung dịch bão hoà muối ăn Giải thích cơ sở lý luận của phương pháp đó?

Trả lời:

1 Nhiệt độ nóng chảy của NaCl > RbCl và độ hòa tan trong nước của NaCl < RbCl dobán kính của ion Na+ < Rb+ nên tinh thể NaCl bền hơn

2 NaCl tan trong nước Độ tan của chúng giảm xuống khi sục HCl vào vì nồng độ Cl

-tăng làm cho cân bằng chuyển dịch sang trái tạo thành NaCl

2 Na được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp điện phân NaCl nóng chảy

Ở catot 2Na+ + 2e 2Na(l)

Ở anot 2Cl- Cl2(k) + 2e

2NaCl 2Na + Cl2

Ngoài ra, Na còn được điều chế bằng phương pháp điện phân NaOH nóng chảy

Ở catot 4Na+ + 4e 4Na(l)

Ở anot 4OH- O2(k) + 2H2O + 4e

4NaOH 4Na + O2 + 2H2O

Bài

5:

1 Điều chế LiH như thế nào? Tại sao LiH lại bền hơn NaH?

2 Viết phương trình của các phản ứng:

1 Bằng phương pháp nào điều chế được các oxit: Li 2 O, Na 2 O, K 2 O?

2 Tại sao các kim loại kiềm dễ tạo ra các peoxit? Tại sao Li không có khả năng đó?

Trả lời:

1.Trừ oxit của Li2O các oxit của kim loại kiềm khác đều hấp thụ oxi tạo thành peoxit nênviệc điều chế monooxit rất khó khăn Li2O tinh khiết có thể điều chế bằng cách nungLiOH, Li2CO3, LiNO3 trong luồng khí hiđro ở 800oC :

đủ sức để giữ anion O22-

Bài 7: Độ tan (mol/lit) ở 18 o C của muối florua và iotua kim loại kiềm có giá trị sau:

Li + Na + K + Rb + Cs +

Muối florua 0,1 1,1 15,9 12,5 24,2 Muối iotua 12,2 11,8 8,6 7,2 2,8 Hãy giải thích vì sao muối florua có độ hòa tan tăng từ liti đến xezi nhưng độ tan của muối iotua lại giảm?

Trả lời:

Độ tan của các chất phụ thuộc hai yếu tố chính:

- Năng lượng mạng lưới của tinh thể

- Năng lượng hidrat hóa của cation

- Cả hai yếu tố đều ảnh hưởng mạnh đến độ hòa tan các chất Năng lượng mạng lưới giảm độ hòa tan các chất tăng Năng lượng hiđrat hóa càng bé độ hòa tan các chất càng giảm.

Năng lượng mạng của muối florua có giá trị như sau:

Như vậy theo chiều tăng từ Li+ đến Cs+:

- Trong các florua các kim loại kiềm, năng lượng mạng lưới giảm nhanh nên độ hòatan nhanh

- Trong các muối iotua các kim loại kiềm, năng lượng hidrat hóa giảm nên độ hòatan giảm

2 Các hiđroxit của kim loại kiềm đều bền với nhiệt, chúng có thể nóng chảy bay hơi màkhông bị phân huỷ, riêng LiOH khi bị nung đến sôi thì bị phân huỷ thành Li2O và nước

Sở dĩ có sự khác biệt này vì ion Li+ có kích thước đặc biệt nhỏ so với ion kim loạikiềm khác, lớp vỏ electron của nó quá mỏng (chỉ có 2e) nên nó hút mạnh ion O2- trong

OH-

2LiOH Li O + H O

Còn các kim loại kiềm khác không có khả năng này vì kích thước của ion lớn, có 8electron ở lớp ngoài cùng.

Bài 9: Hãy giải thích tại sao CsI 3 (r) bền, còn NaI 3 (r) lại không bền?

Trả lời:

Bán kính của các ion Cs+, Na+, I3- tương ứng là 0,167; 0,102 và 0,3 nm Do bánkính của Na+ quá nhỏ so với I3- nên NaI3 không bền Thực tế, nó không tồn tại trong dungdịch

Na+

(dd) + I3-(dd) NaI(r) + I2(r)

Bài 10:

Bán kính r của các ion kim loại kiềm, kim loại kiểm thổ, bo và nhôm như sau:

Ion r, Å Ion r, Å Ion r, Å

a Bán kính ion tăng do lớp vỏ electron tăng (n tăng)

b Các ion có cùng số electron nhưng điện tích hạt nhân tăng lên nên hạt nhân hútelectron mạnh hơn nên trong mỗi chu kì bán kính ion giảm

ưu nhược điểm của từng phương pháp.

2 Trước đây, sođa (Na2CO3) được sản xuất theo phương pháp sunfat do Blanc đề ra năm

1791 bằng cách nung hỗn hợp Na2SO4, đá vôi và than ở 1000oC

Na2SO4 + 2C Na2S + 2CO2

Na2S + CaCO3 CaS + Na2CO3

Hòa tan hỗn hợp sản phẩm phản ứng vào nước sẽ tách được CaS ít tan ra khỏi

Na2CO3 Ưu điểm của phương pháp này là nhanh chóng, dễ thực hiện Nhược điểm củaphương pháp này là tiêu tốn nguồn nguyên liệu lớn, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao,

Na2CO3 sinh ra có thể lẫn CaS

Ngày này, sođa hầu như chỉ được sản xuất theo phương pháp amoniac do Solvay

đề ra năm 1864 Phương pháp này dựa chủ yếu vào phản ứng hóa học:

NaCl + NH4HCO3 NaHCO3 + NH4Cl

Đây là phản ứng thuận nghịch, cả 4 chất đều tan trong nước nhưng NaHCO3 hơi íttan hơn Thực tế trong công nghiệp người ta cho khí NH3 rồi khí CO2 đi qua dung dịchNaCl bão hòa:

NaCl + CO2 + NH3 + H2 NaHCO3 + NH4Cl

Lọc tách NaHCO3 ra và đun nóng để chuyển thành Na2CO3 khan Quá trình nàygiải phóng một nửa lượng CO2 đã sử dụng Khí CO2 này được đưa lại vào quá trình sảnxuất Chế hóa sản phẩm phụ NH4Cl với vôi tôi để tái sinh NH3 và đưa lại vào quá trìnhsản xuất Trong khi nung với khí CO2 giải phóng cũng được đưa vào quá trình sản xuất.Như vậy từ những nguyên liệu ban đầu là NaCl và CaCO3 phương pháp Sonvay cho phépđiều chế những sản phẩm là Na2CO3 và CaCl2 mà về mặt lí thuyết phản ứng:

NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2 không thể thực hiện được Ưu điểm củaphương pháp trên là nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, cho chất lượng sản phẩm cao, thực hiện

ở nhiệt độ không cao Nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất thấp, đầu tư xâydựng cơ sở sản xuất lớn, thải ra lượng lớn phế thải cần xử lí

Bài 13: Vì sao các kim loại kiềm tan được trong ammoniac lỏng?

Trả lời:

Các kim loại kiềm tan được trong amoniac lỏng Dung dịch loãng có màu xanh và dẫnđiện được, dung dịch với nồng độ cao hơn có màu đỏ đồng và có tính ánh kim Trongdung dịch loãng kim loại kiềm phân li thành ion và electron được solvat hóa bởi amoniac:

M + (x + y)NH3 → [M(NH3)x]+ + [e(NH3)y]

-chính những electron amoniac hóa này gây nên màu xanh của dung dịch Bằng phươngpháp phổ cộng hưởng từ electron, xác định được sự tồn tại của electron tự do trong dungdịch (dung dịch có tính thuận từ) Tuy nhiên, tính thuận từ giảm xuống khi nồng độ củadung dịch tăng lên, bởi vì các electron được amoniac hóa có thể kết hợp với nhau tạo nênhợp chất nghịch từ chứa cặp electron

[(NH3)ye]- + [e(NH3)y]- → (NH3)ye2(NH3)y

Dung dịch kiềm trong NH3 lỏng có tính khử rất tốt, được ứng dụng nhiều tronghóa học vô cơ và hữu cơ

Bài 14: Một hợp chất A được tạo thành khi cho một kim loại nhóm IA tác dụng với

O 2 A phản ứng với H 2 O tạo thành AOH, còn M phản ứng với H 2 O (ở điều kiện thích hợp) tạo thành MOH và một sản phẩm B khác Hãy xác định M, A và B Viết các phương trình phản ứng So sánh phản ứng của O 2 với M và với kim loại nhóm

Như vậy, M là Li, A là Li2O và B là H2

Trong số các kim loại nhóm IA, chỉ có Li phản ứng với O2 tạo thành oxit, còn cáckim loại khác phản ứng với oxi cho sản phẩm chủ yếu là các peoxit và supeoxit, ví dụnhư Na2O2, KO2, RbO2, CsO2

Bài 15: Tại sao người ta không bao giờ đun nóng chảy hiđroxit của kim loại kiềm trong ống thủy tinh, chén sứ và cả chén Pt khi có không khí?

Trả lời:

Ở trạng thái nóng chảy, các hiđroxit của kim loại kiềm ăn mòn thủy tinh, sứ và cả chén Pt khi có không khí nên không thể thực hiện được phản ứng kiềm chảy Cho nên để nấu chảy chúng cần phải dùng các dụng cụ bằng sắt, niken hoặc bạc

Bài 16: Viết phương trình phản ứng nếu có xảy ra khi cho Na 2 O 2 lần lượt tác dụng với H 2 O, CO, CO 2 , H 2 O + CO 2 , dung dịch HCl loãng nguội, S, C, Al, dung dịch KMnO 4 / H 2 SO 4 , dung dịch NaI/ H 2 SO 4 , dung dịch FeSO 4 / H 2 SO 4 , dung dịch

3Na2O2 + 2Al(bột) → 2NaAlO2 + 2Na2O

Na2O2 + 2HCl (loãng, nguội) → 2NaCl + H2O2

5Na2O2 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5 Na2SO4 + 5O2 + 8H2O

Na2O2 + 2NaI + 2H2SO4 → I2 + 2Na2SO4 + 2H2O

Na2O2 + FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O

3Na2O2 + 2Na3[Cr(OH)6] (nóng) → 2Na2CrO4 + 8NaOH + 2H2O

II Các nguyên tố nhóm IIA (Các kim loại kiềm thổ)

Bài 1: Nêu nhận xét sự biến thiên các đặc tính trong dãy từ Be đến Ra, so sánh với kim loại kiềm Nguyên nhân của sự biến đổi đó?

Trả lời:

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ dẫn điện từ Be đến Ra biến đổi không đềuđặn, đều cao hơn so với kim loại kiềm Nguyên nhân do các kim loại kiềm thổ có cấu trúcmạng lưới tinh thể khác nhau Be, Mg có cấu trúc lục phương Ca, Ba, Ra có cấu trúc lậpphương tâm mặt và lập phương tâm khối dẫn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi củachúng biến đổi không theo một quy luật nhất định như đối với kim loại kiềm

2 Thế điện cực phụ thuộc vào năng lượng ion hoá và năng lượng hiđrat hoá Đối vớikim loại kiềm có năng lượng ion hoá thấp nhưng lại có năng lượng hiđrat hoá kém kimloại kiềm thổ Còn kim loại kiềm thổ mặc dù có thế ion hoá lớn nhưng năng lượng hiđrathoá âm nhiều do đó thế điện cực của kim loại kiềm thổ vẫn tương đương kim loại kiềm

Bài 3:

1 Tại sao kim loại kiềm thổ có độ dẫn điện cao mặc dù vùng hoá trị trong tinh thể

đã lấp đầy e?

2 Thế điện cực của Be cao hơn (dương hơn) so với kim loại kiềm thổ khác nhưng thế điện cực của Li thấp hơn (âm hơn) so với kim loại kiềm khác Thực tế có mâu thuẩn gì với nhau không?

Trả lời:

1 Kim loại kiềm thổ có vùng năng lượng ns đã được lấp đầy số electron nên việc kíchthích electron từ vùng hoá trị lên vùng tự do rất khó Để giải thích tính dẫn điện cao củakim loại kiềm thổ ta phải giả thiết các vùng ns và np đã xen phủ vào nhau tạo thành vùngnăng lượng chưa lấp đầy electron do đó không thể tạo thành chất cách điện mà tạo ra chất

có độ dẫn điện cao

2 Không mâu thuẫn với Li có năng lượng hiđrat hoá cao có thể bù lại năng lượng ionhoá cao do đó Li có thế điện cực âm hơn các kim loại kiềm khác, còn Be có năng lượnghiđrat hoá lớn nhưng không bù lại cho năng lượng ion hoá cao của Be do đó Be có thếđiện cực dương hơn các kim loại kiềm thổ khác

Bài 4:

1 Tại sao Be có khuynh hướng tạo hợp chất cộng hoá trị?

2 Tại sao phân tử X - Be - X chỉ tồn tại trong pha khí?

Trả lời:

1 Be có bán kính ion rất nhỏ, năng lượng ion hoá và năng lượng thăng hoa lớn, do đótrong trường hợp này năng lượng hiđrat hoá lớn không để tách hoàn toàn điện tích Do đóngay cả BeF2 và BeO thể hiện như hợp chất cộng hoá trị, còn hợp chất cộng hoá trị liênkết với cacbon rất bền Để tạo thành 2 liên kết cộng hoá trị cần kích thích nguyên tử từtrạng thái 2s2 đến trạng thái 2s2p Do đó phân tử BeX2 thẳng hàng

2 Để tạo thành 2 liên kết cộng hoá trị cần kích thích nguyên tử từ trạng thái 2s2 đến trạngthái 2s2p Do đó phân tử BeX2 phải thẳng Nhưng các phân tử như thế không bão hoàphối trí Ở pha ngưng tụ tạo thành hợp chất số phối trí 4 Chúng chỉ tồn tại ở pha khí

Bài 5:

1 Khi Mg cháy phát ra ánh sáng chói giàu tia tử ngoại, nhưng khi đốt cháy kim loại kiềm hoặc kiềm thổ khác không có hiện tượng đó Giải thích, ứng dụng hiện tượng này là gì?

2 Có dùng nước để dập tắt đám cháy Mg được không? Vì sao?

Trả lời:

1 Mg cháy trong không khí phát ra ánh sáng chói giàu tia tử ngoại Có hiện tượng đó là

do ion Mg2+ và ion O2- đều có bán kính nhỏ kết hợp với nhau tạo ra mạng tinh thể chặtkhít của MgO và phát nhiệt rất mạnh (năng lượng mạng lưới của MgO là 3924 kJ/mol)lớn nhất trong các oxit kim loại kiềm thổ Chính lượng nhiệt lớn này đã nung nóng mạnhcác hạt MgO làm phát ra ánh sáng chói và giàu tia tử ngoại Lợi dụng hiện tượng nàyngười ta đã trộn Mg với các chất oxi hóa như KClO3, KMnO4, KNO3 để phát ra pháosáng, đạn lửa và trước kia dùng chiếu sáng trong kĩ thuật chụp ảnh

2 Không dùng nước cũng như CO2, SiO2 để dập tắt đám cháy Mg vì khi Mg được đốtnóng phản ứng mảnh liệt với nước, cũng như CO2 ,SiO2 toả nhiệt lớn

Khi tan trong nước chúng là những bazơ mạnh Tính bazơ của chúng yếu hơn sovới các hiđroxit của kim loại kiềm trong cùng một chu kì và cũng biến đổi theo cùng mộtquy luật là tăng theo số thứ tự.

Độ bền nhiệt tăng dần từ Be(OH)2 đến Ba(OH)2

Be(OH)2 mất nước ở 138oC Mg(OH)2 mất nước ở 150oC Ca(OH)2 mất nước ở 580oC.Ba(OH)2 mất nước ở nhiệt độ >1000oC

2 Hiđroxit của kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân tạo ra oxit do độ phân cực hoá của cation

M2+ với nguyên tử oxi trong nhóm OH- dễ bị biến dạng Vì vậy hiđroxit của kim loạikiềm thổ kém bền vững hơn hiđroxit của kim loại kiềm

3 Một trong những phương pháp thông dụng để điều chế hiđroxit của kim loại kiềm làđiện phân dung dịch muối có màng ngăn Đối với kim loại kiềm thổ ta không thể áp dụngphương pháp này vì phần lớn kim loại kiềm thổ tồn tại ở dạng hợp chất như muốicacbonat, sunfat, khi nhiệt phân tạo thành oxit Oxit này dễ dàng tác dụng với nước tạothành hiđroxit

a Hỏi nước trong cốc thuộc loại độ cứng gì?

b Nếu đun sôi nước thì nước còn cứng không?

c Có thể dùng hoá chất nào trong các chất sau để làm mềm dung dịch nước trên: Ca(OH) 2 , dd HCl, dd Na 2 CO 3 , Na 3 PO 4 Viết phương trình phản ứng.

d Ngày nay người ta sử dụng phương pháp nào để làm mềm nước cứng.

Trả lời:

1 Độ cứng của nước là để chỉ nước có nhiều ion Ca2+ và Mg2+

- Độ cứng của nước bao gồm:

* Độ cứng tạm thời: do các muối hiđrocacbonat M(HCO3)2 gây nên.

* Độ cứng vĩnh cữu: là do muối Ca2+ và Mg2+

* Độ cứng toàn phần

- Tác hại của nước cứng: Nước gây nhiều tác hại trong sinh hoạt và trong kĩ thuật Nướccứng làm kết tủa xà phòng do đó làm mất tác dụng giặt rửa của nó và làm bẩn sợi vải dokết tủa bám vào.Ví dụ:

M2+ + 2C17H33COONa 2Na + M(C17H33COONa)

(xà phòng)

Nước cứng tạo ra một lớp cặn bám vào thành các nồi đun nước, các ống dẫn nước nóng,

và các nồi cấp hơ nước Lớp cặn này gây nhiều tác hại, chẳng hạn làm giảm hiệu suấttruyền nhiệt của nồi hơi, làm nồi hơi mau hỏng và dễ bị vỡ

*Nếu khi đun sôi thì:

Dùng Na2CO3, Na3PO4 làm mềm nước trên và có thể dùng Ca(OH)2 nhưng phải vừa đủ.

*Phương pháp trao đổi ion(Zeolit, nhựa trao đổi ion) để làm mềm nước cứng

Bài 8: Hiđroxiapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH có trong thành phần của men răng Trong miệng, các ion Ca 2+ , PO 4 3- có trong nước bọt tham gia vào việc tạo thành và phân hủy hiđroxiapatit Ion hiđroxit của hiđroxiapatit có thể được thay thế bằng ion florua tạo thành floapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 F có độ tan nhỏ hơn.

a Tính độ tan (theo mol/lit) của hiđroxiapatit và floapatit trong nước.

b Tính hằng số cân bằng của phản ứng tạo thành floapatit từ hiđroxiapatit Cho tích số tan (T) của hiđroxiapatit và floapatit lần lượt bằng 6,8.10 -37 và 10 -60

Ta có:

T = [Ca2+]5.[ PO43-]3 [OH-] (5x)2 (3x)3 x = 6,8.10-37

x = 2,7.10-5

Tương tự, trong dung dịch:

Ca5(PO4)3F(r) 5Ca2+ + 3PO43- + F

x’ 5x’ 3x’ x’

với x’ là độ tan của floapatit

T = [Ca2+]5.[ PO43-]3 [F-] = 10-60

(5x’)2 (3x’)3 x’ = 10-60

x’ = 6,1.10-8

b Hằng số cân bằng của phản ứng tạo thành floapatit từ hiđroxiapatit:

Ca5(PO4)3OH + F- Ca5(PO4)3F + OH- KCân bằng trên là tổ hợp của hai cân bằng:

Ca5(PO4)3OH(r) 5Ca2+ + 3PO43- + OH- T1

5Ca2+ + 3PO43- + F- Ca5(PO4)3F(r) T2-1 Vậy K = T1 T2-1 = 6,8.10-37 : 10-60 = 6,8.1023

Vì K quá lớn nên phản ứng xảy ra rất dễ dàng

Bài 9: Bằng dung dịch NH 3 , người ta có thể làm kết tủa hoàn toàn ion Al 3+ trong dung dịch nước ở dạng hiđroxit, nhưng chỉ làm kết tủa được một phần ion Mg 2+

trong dung dịch nước ở dạng hiđroxit Hãy làm sáng tỏ các điều nói trên bằng phép toán cụ thể Cho biết tích số tan của Al(OH) 3 là 5.10 -33 , tích số tan của Mg(OH) 2 là 4.10 -12 ; hằng số phân ly bazơ của NH 3 là 1,8.10 -5

Phản ứng thuận nghịch, Mg2+ không kết tủa hoàn toàn dưới dạng magiê hiđroxit như Al3+

Bài 10: Dung dịch bão hòa CaCO 3 trong nước có độ pH = 9,95 Hằng số axit của axit cacbonic là K a1 = 4,5.10 -7 , K a2 = 4,7.10 -11

a. Hãy tính độ tan của CaCO trong nước và tích số tan của CaCO

b. Hãy tính nồng độ tối đa của ion Ca 2+ trong dung dịch CaCO 3 với pH = 7,4;

K sp = 5,2.10 -9 và [HCO 3 - ] = 0,022M.

Trả lời:

CaCO3 hòa tan trong nước, ion CO32- hình thành phản ứng tiếp với nước thành ionHCO3- dẫn đến giá trị pH = 9,95 Phản ứng tiếp tục tạo thành H2CO3 không ảnh hưởngđến giá trị của pH

Vậy độ hòa tan của CaCO3 là 1,26.10-4 mol/l

Tích số tan của CaCO3 là:

Bài 11: Một dung dịch chứa BaCl 2 0,01M và SrCl 2 0,1M Tìm khoảng pH tối ưu để tách hoàn toàn Ba 2+ ra khỏi Sr 2+ bằng dung dịch K 2 Cr 2 O 7 1M.

Cho pK s (BaCrO 4 ) = 10 -9,93 ; pK s (SrCrO 4 ) = 10 -4,65

Để Ba2+ kết tủa hoàn toàn thì xem như [Ba2+] = 10-6 M

Nếu không có kết tủa SrCrO4 thì: = 10-3,93

Nếu kết tủa hoàn toàn Ba2+ mà không kết tủa SrCrO4 thì trong dung dịch phải có:

Bài 12: MgF 2 (r) ¬  → Mg 2+ (aq) + 2 F - (aq)

Trong dung dịch bão hoà MgF 2 ở 18°C, nồng độ của Mg 2+ là 1,21.10 -3 M.

(b) Hãy tính nồng độ cân bằng của Mg 2+ trong 1,000 lit dung dịch MgF 2 bão hoà ở 18°C chứa 0,100 mol KF

(c) Hãy dự đoán kết tủa MgF 2 có tạo thành không khi trộn 100,0 ml dung dịch Mg(NO 3 ) 2 3.10 -3 M với 200,0 ml dung dịch NaF 2,00.10 -3 M ở 18°C.

Trả lời:

a Biểu thức tính tích số tan: = [Mg2+].[ F-]2

MgF2(r) ¬  → Mg2+(aq) + 2F-(aq)

1,21.10-3M 2,42 10-3MTích số tan của MgF2 ở 18°C là:

= [Mg2+].[ F-]2 = 1,21.10-3.(2,42 10-3)2 = 7,09.10-9

b

KF K+ + F

-0,1M -0,1MMgF2(r) ¬  → Mg2+(aq) + 2F-(aq)Ban đầu 1M 0 0,1M

Nồng độ F- sau khi trộn là: = 10-3

[Mg2+].[F-]2 = 10-3.( 10-3)2 = 1,78.10-9 < nên không có kết tủa tạo thành

Bài 13: Một dung dịch chứa BaCl 2 và SrCl 2 có cùng nồng độ là 0,01 M Câu hỏi đặt

ra là liệu có thể tách hoàn toàn hai muối này ra khỏi nhau bằng cách thêm dung dịch bão hòa natri sunfat hay không Biết điều kiện để tách hoàn toàn là ít nhất 99,9% Ba 2+ đã bị kết tủa ở dạng BaSO 4 và SrSO 4 chiếm không quá 0,1 % khối lượng

kết tủa Biết các giá trị tích số tan như sau: TBaSO4 = 1× 10 -10 và TSrSO4 = 3× 10 -7 Hãy tính nồng độ của Ba 2+ còn lại trong dung dịch khi 99,9% Ba 2+ đã bị kết tủa và cho biết phương pháp này có dùng được để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau hay không?

Sau khi 99,9% Ba 2+ đã bị kết tủa thì nồng độ SO 4 2- trong dung dịch là:

M Ba

T

5

10 2

2

10.0,1

10.1][]

−

− +

10.3][]

5

7 2

⇒ Sr 2+ chưa kết tủa Vậy có thể sử dụng phương pháp này để tách hoàn toàn hai muối

ra khỏi nhau.

Bài 14: Có tạo kết tủa Mg(OH) 2 không khi:

a Trộn 100 ml dung dịch Mg(NO 3 ) 2 1,5.10 -3 M với 50 ml dung dịch NaOH

3.10 -5 M.

b Trộn hai thể tích bằng nhau của hai dung dịch Mg(NO 3 ) 2 2.10 -3 M và NH 3 4.10

-3 M Biết rằng = 10 -11 và = 1,8.10 -5

Bài 15: Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra để chứng tỏ BeF 2 là hợp chất lưỡng tính.

Trả lời:

Chứng minh BeF2 là axit: 2KF + BeF2 K2[BeF4]

Chứng minh BeF2 là bazơ: BeF2 + SiF4 Be[SiF6]

Bài 16: Canxi xianamit (CaCN 2 ) là một loại phân bón đa năng và có tác dụng tốt Nó

có thể được sản xuất rất dễ dàng từ các loại hóa chất thông thường như CaCO 3 Quá trình nhiệt phân của CaCO 3 cho ra một chất rắn màu trắng XA và một khí không màu XB không duy trì sự cháy Một chất rắn màu xám XC và khí XD được hình thành bởi phản ứng khử XA với cacbon XC và XD còn có thể bị oxi hóa để tạo thành các sản phẩm có mức oxi hóa cao hơn Phản ứng của XC với nitơ cuối cùng cũng dẫn tới việc tạo thành CaCN 2

a Viết tất cả các phương trình phản ứng xảy ra.

b Khi thuỷ phân CaCN 2 thì thu được chất gì? Viết phương trình phản ứng

b Hãy tính tích số tan của magie hiđroxit.

c Hãy tính độ tan của magie hiđroxit trong dung dịch NaOH 0,01M tại 25 o C.

Trả lời:

a Mg(OH)2 Mg2+ + 2OH

số tan của các chất được cho sau đây: T BaSO4 = 10 -10 và T SrSO4 = 3.10 -7

a.Viết các phương trình tạo kết tủa.

b.Tính nồng độ Ba 2+ còn lại trong dung dịch khi SrSO 4 bắt đầu kết tủa.

c.Tính %Ba 2+ sau khi tách ra.

Kết tủa SrSO4 sẽ xảy ra khi [SO42-] = 3.10-5 M

Nếu không xảy ra các điều kiện về động học (như sự hình thành kết tủa BaSO4 là vôcùng chậm) thì BaSO4 sẽ được tạo thành trước, kết tủa sẽ có sự giảm nồng độ Ba2+ Khinồng độ SO42- thỏa mãn yêu cầu kết tủa SrSO4 thì lúc này nồng độ còn lại của ion Ba2+

trong dung dịch có thể được tính từ công thức:

= [Ba2+][SO42-] = [Ba2+].(3.10-5)2 = 10-10

[Ba2+] = 0,333.10-5 M

%Ba2+ còn lại trong dung dịch = = 0,033%

Bài 19: Xét các giá trị năng lượng ion hóa (tính theo eV) của natri và magie: 5,1; 7,6; 15,0; 47,3; 71,6; 80,1; 98,9; 109,3 Điền các giá trị này vào bảng dưới đây và giải thích.

Nguyên tố I 1 I 2 I 3 I 4

Trả lời:

Với mỗi nguyên tố I1 < I2 < I3… Thông thường I1(Na) < I1 (Mg), trừ trường hợp của

I2(Na) > I2(Mg) do Na+ đạt cấu hình bền của khí hiếm gần kề

Na

1s22s22p63s1

5,11s22s22p6

47,31s22s22p5

71,61s22s22p4

98,91s22s22p3

Mg

1s22s22p63s2

7,61s22s22p63s1

15,01s22s22p6

80,11s22s22p5

109,31s22s22p4

Bài 20: Viết phương trình thực hiện chuyển hóa sau:

Thạch cao sống thạch cao nung thạch cao khan thạch cao chết

Trả lời:

Thạch cao sống tồn tại ở dạng CaSO4.2H2O Khi đun nóng đến gần 128oC thạchcao mất một phần H2O kết tinh thành hemihi đ rat 2CaSO4.H2O gọi là thạch cao nung

2[CaSO4.2H2O] 2CaSO4.H2O + 2H2OKhi nung trong khoảng 200 – 350oC thạch cao nung chuyển thành CaSO4 khan tanđược trong nước:

2CaSO4.H2O 2CaSO4 + H2OKhi nung đến gần 500oC, chuyển thành dạng không tan trong nước, không tươngtác với nước gọi là thạch cao chết

Bài 21: Nhận xét về độ tan các muối halogenua, nitrat, sunfat, cacbonat của các kim loại nhóm IIA và cho biết yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của các muối này là yếu tố nào?

Trả lời:

Các muối halogenua của kim loại kiềm thổ đều dễ tan, trừ các florua MF2 ít tan Muốinitrat của các kim loại kiềm thổ đều dễ tan trong nước, trừ Ba(NO3)2 ít tan Các muốicacbonat của kim loại kiềm thổ đều là chất ở dạng tinh thể, đều khó tan trong nước.Các muối Sunfat đều khó tan trong nước, trừ BeSO4 và MgSO4 dễ tan trong nước

Độ tan của các muối phụ thuộc vào 2 yếu tố: Năng lượng mạng lưới của tinh thể muối và năng lượng hiđrat hóa của cation Năng lượng mạng lưới giảm, độ hòa tan của muối tăng (và ngược lại); năng lượng hiđrat hóa của cation giảm, độ hòa tan giảm (và ngược lại), tùy theo trường hợp mà có một yếu tố là chủ yếu

Từ CaSO4 đến BaSO4: yếu tố ảnh hưởng chính đến độ tan là năng lượng hiđrat hóa Từ Ca2+ đến Ba2+ năng lượng hiđrat hóa giảm (từ 377 kcal/ mol ở Ca2+ đến 308 kcal/ mol ở Ba2+) nên độ tan giảm

Từ CaF2 đến BaF2: yếu tố quyết định đến độ tan là năng lượng mạng lưới Từ CaF2

đến BaF2 năng lượng mạng lưới giảm (từ 624 kcal/ mol ở CaF2 đến 566 kcal/ mol ở BaF2)nên độ tan tăng

Bài 22: Giải thích vì sao BeCl 2 có cấu tạo mạch polime ở nhiệt độ thường, có cấu tạo đường thẳng ở thể hơi? Vì sao dễ tan trong benzen?

Trả lời:

BeCl2 có khả năng trùng hợp tạo nên cấu trúc mạch ở trạng thái rắn vì lớp vỏ hóa trị của Be còn thiếu electron Be chỉ có 4 electron ở lớp vỏ hóa trị, có thể nhận thêm 2 cặpelectron của nguyên tử Cl (liên kết cho nhận) của phân tử BeCl2 bên cạnh để vỏ hóa trị đạt cấu trúc bền của khí hiếm (quy tắc bát tử) Xung quanh mỗi nguyên tử Be có 4

nguyên tử Cl, 2 nguyên tử Cl tạo liên kết cộng hóa trị, 2 nguyên tử Cl còn lại tạo liên kết cho nhận

BeCl2 tồn tại dạng đi me ở trạng thái hơi, bị phân hủy thành monome ở 120oC.BeCl2 là hợp chất cộng hóa trị, tan tốt trong các dung môi hữu cơ Vì vậy mà nó tan tốt trong benzen

Bài 23: Vì sao thực tế người ta thường dùng CaCl 2 làm chất làm khô một số khí và một số dung môi hữu cơ như ete, benzen? Có thể dùng CaCl 2 để làm khan NH 3 ,

C 2 H 5 OH, (CH 3 ) 2 CO không?

Trả lời:

CaCl2 khan là hợp chất ở dạng tinh thể lập phương không màu, hút ẩm rất mạnh nên được dùng để làm khô các khí và một số dung môi hữu cơ như ete, benzen Nó rất dễ tan trong nước và phát ra nhiều nhiệt

CaCl2 khan có thể kết hợp với amoniac, rượu, axeton tạo nên những sản phẩm nhưCaCl2.8NH3, CaCl2.3C2H5OH, CaCl2.(CH3)2CO Do đó không thể dùng CaCl2 để làm khô những chất như NH3, C2H5OH, (CH3)2CO

III.Các nguyên tố nhóm IIIA

từ Al đến Tl mà thực tế từ Al đến Ga tính kim loại hơi giảm, sau đó lại tăng lên ở In vàrồi lại giảm xuống ở Tl Sỡ dĩ như vậy vì: ở Ga và In sau lớp vỏ khí hiếm còn có 10electron phân lớp (n – 1)d, ở Tl còn có 4 electron (n – 2)f và 10 electron (n – 1)d nữa.Chính sự khác nhau này đã làm cho tính chất của các kim loại nhóm IIIA không giốngnhau như kim loại kiềm và kiềm thổ Mặt khác cũng do ảnh hưởng của các electron củaphân lớp 3d10 đến Ga (sự co d) và của các electron phân lớp 4f14 đến Tl (sự co f) tính kimloại không tăng theo một chiều

2 Tinh thể Bo có cấu tạo đặc khít Nó bao gồm những hình hai chục mặt B12 (cứ 12nguyên tử B tạo ra một tế bào tinh thể hai chục mặt) Liên kết giữa các nguyên tử B làliên kết cộng hoá trị, do đó B rất khó nóng chảy Trái lại tinh thể Gali có mạng lưới phân

tử, tại mắt mạng lưới là phân tử Ga2, vì vậy Gali có nhiệt độ nóng chảy thấp Nhưng nhiệt

độ bay hơi cao là do khi sôi phân tử Ga2 phải phân huỷ thành Ga nguyên tử

Bài 2: