KIM LOẠI KIỀM THỔ và NHÔM

1 KIM LOẠI KIỀM I - Vị trí cấu tạo: 1.Vị trí kim lọai kiềm bảng tuần hoàn − Các kim lọai kiềm thuộc nhóm IA , đứng đầu chu kì (trừ chu kì I) , gồm nguyên tố hóa học đứng sau nguyên tố khí là: liti(Li), kali(K), natri(Na), rubiđi(Rb), xesi(Cs), franxi(Fr) Franxi nguyên tố phóng xạ tự nhiên Sở dĩ gọi kim lọai kiềm hiđroxit chúng chất kiềm mạnh 2.Cấu tạo tính chất kim lọai kiềm − Cấu hình electron : + Kim lọai kiềm nguyên tố s, lớp electron nguyên tử có e, phân lớp ns1, nguyên tử kim lọai kiềm dễ e hóa trị biến thành ion dương M+, nghĩa chúng kim lọai họat động + Các cation M+ kim lọai kiềm có cấu hình e nguyên tử khí đứng trước Thí dụ: Na → [Ne]3s1 − Na+ + e [Ne] Do đó, kim lọai kiềm có tính khử mạnh − Số oxi hóa: Các kim lọai kiềm tạo nên chủ yếu hợp chất ion, số oxi hóa +1 II - Tính chất vật lí Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi − Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi kim lọai kiềm thấp nhiều so với kim lọai khác, giảm dần từ Li đến Cs liên kết kim lọai mạng tinh thể kim lọai kiềm bền vững, yếu dần kích thước nguyên tử tăng lên Khối lượng riêng − Khối lượng riêng kim lọai kiềm nhỏ so với kim lọai khác nguyên tử kim lọai kiềm có bán kính lớn cấu tạo mạng tinh thể chúng đặc khít Tính cứng − Các kim lọai kiềm mềm, cắt chúng dao liên kết kim lọai mạng tinh thể yếu Độ dẫn điện − Các kim loại kiềm có độ dẫn điện cao nhiều so với bạc khối lượng riêg tương đối bé làm giảm số hạt mang điện tích Độ tan − Tất kim lọai kiềm hòa tan lẫn dễ tan thủy ngân tạo nên hỗn hống Ngoài chúng tan đuơc amoniac lỏng độ tan chúng cao * LƯU Ý: Các kim loại tự hợp chất dễ bay chúng đưa vào lửa không màu làm lửa trở nên có màu đặc trưng: •Li cho màu đỏ tía •Na màu vàng •K màu tím •Rb màu tím hồng •Cs màu xanh lam III Tính chất hóa học − Vì có e hóa trị nên hóa tính nhóm kim lọai kiềm đơn giản hết so với nhóm nguyên tố khác kim loại kiềm có tính khử mạnh Tác dụng với phi kim − Rb, Cs, Fr) Ở t0 thường : tạo oxit có công thức M2O (Li, Na) hay tạo M2O2 (K, − Li tạo LiO) Ở t0 cao : tạo M2O2 (Na) hay MO2 (K, Rb, Cs, Fr) ( trừ trường hợp − Phản ứng mãnh liệt ovới halogen để tạo muối halogenua t 2M + X2 → 2MX − Phản ứng với hiđro tạo kim loại hiđrua to 2M + H2 →o 2MH t 2Na + O2 →o Na2O2 ( r ) t 2Na + H2 → 2NaH Thí dụ: Tác dụng với nước dung dịch axit điều kiện thường: − Do hoạt động hóa họa mạnh nên kim loại kiềm phản ứng mãnh liệt với nước dung dịch axit Tổng quát: Thí dụ : 2M + 2H+ 2M + H2O 2K + 2H2O → 2Na + − dầu hỏa 2HCl 2M+ + → H2 ↑ → 2MOH ( dd ) → + 2KOH + H2↑ 2NaCl + H2↑ H2 ↑ Do kim lọai kiềm bảo quản cách ngâm chìm Tác dụng với cation kim loại − Thí dụ : to Với oxit kim loại 2Na + CuO → Na2O + Cu − Với cation kim loại muối tan nước kim loại kiềm tác dụng với nước trước mà không tuân theo quy luật bình thường kim loại hoạt động mạnh đẩy kim loại hoạt động yếu khỏi muối chúng Thí dụ: Khi cho Na tác dụng với dd muối CuSO4 Na +2H2O →2NaOH +H2↑ NaOH+ CuSO4→Na2SO4 +Cu(OH)2 Tác dụng với kim loại khác − Một số kim loại kiềm tạo thành hợp kim rắn với kim loại khác, natri tạo hợp kim rắn với thủy ngân – hỗn hống natri (Na-Hg) Tác dụng với NH3 − amiđua: Thí dụ: Khi đun nóng khí amoniac, kim loại kiềm dễ tạo thành 2Na + NH3 → 2NaNH2 + H2 ↑ IV – Ứng dụng điều chế Ứng dụng kim lọai kiềm − Kim lọai kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng :  Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng thiết bị báo cháy,…  Các kim lọai Na K dùng làm chất trao đổi nhiệt vài lọai lò phản ứng hạt nhân  Kim lọai xesi dùng chế tạo tế bào quang điện  Điều chế số kim lọai phương pháp nhiệt luyện  Dùng nhiều tổng hợp hữu Điều chế kim lọai kiềm: − Trong tự nhiên kim lọai kiềm tồn dạng hợp chất − Phương pháp thường dùng để điều chế KLK đp nóng chảy muối halogenua hiđroxit kim loại kiềm điều kiện không khí Thí dụ : *Na điều chế cách điện phân nóng chảy hỗn hợp NaCl với 25% NaF 12% KCl nhiệt độ cao, cực dương than chì cực âm làm Fe đpnc 2NaCl → 2Na + Cl2 * Li điều chế cách điện phân hỗn hợp LiCl KCl: * Rb Cs điều chế cách dung kim loại Ca khử clorua nhiệt độ cao chân không: 700oC 2RbCl CaC2 + Ca + → CaCl2 + 700oC 2CsCl → 2C + 2Rb CaCl2 + 2Cs MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM I NATRI HIĐROXIT, NaOH Tính chất b Tính chất vật lí: − thấp 328oC − c Chất rắn màu trắng, hút ẩm mạnh, nhiệt độ nóng chảy tương đối Tan tốt nước rượu, trình tan tỏa nhiều nhiệt Tính chất hóa học: − Là bazơ mạnh( hay gọi kiềm hay chất ăn da), làm đổi màu chất thị: làm quỳ tím hóa xanh, phenolphtalein hóa hồng − Phân li hoàn toàn nước NaOHdd → Na+dd + OH¯dd − NaOH có đầy đủ tính chất hiđroxit − Tác dụng với axit, oxit axit → muối NaOH + HCl → NaCl + H2O NaOH + SiO2 → Na2SiO3 (*)  Lưu ý: − Phản ứng (*) phản ứng ăn mòn thủy tinh (NaOH nhiệt độ nóng chảy) nấu chảy NaOH, người ta dùng dụng cụ sắt, niken hay bạc − Khi tác dụng với axit oxit axit trung bình, yếu tùy theo tỉ lệ mol chất tham gia mà muối thu muối axit, muối trung hòa hay hai OH¯ + CO2 → HCO3¯ 2OH¯ + CO2 → CO32− + H2O − bay hơi: Tác dụng với số dung dịch muối tạo bazơ không tan, bazơ dễ MgCl2 + NaOH → NaCl + Mg(OH)2↓ NaOH + NH4Cl →NH3↑ + NaCl +H2O − Ngoài ra, NaOH có số tính chất khác đặc trưng kiềm: − Tác dụng với kim loại Be, Al, Zn, Zn, Sb, Pb, Cr oxit hiđroxit tương ứng chúng: NaOH + Al + H2O → NaAlO2 + H2 2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O NaOH + Al(OH)3 → NaAlO2 + 2H2O − Tác dụng với số phi kim Si, C, P, S, Halogen: Si + 2OH¯ + H2O → SiO32¯ + 2H2 C + NaOHnóng chảy → 2Na + 2Na2CO3 + 3H2↑ 4Ptrắng + 3NaOH + 3H2O → PH3 ↑ + 3NaH2PO2 Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O 3Cl2 + 6NaOH → NaCl + NaClO3 + 3H2O Ứng dụng: − Sản xuất xà phòng, giấy, tơ nhân tạo, tinh dầu thực vật sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm dược phẩm nhuộm, làm khô khí thuốc thử thông dụng phòng thí nghiệm Điều chế: − với nước: Nếu cần lượng nhỏ, tinh khiết, người ta cho KLK tác dụng 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 − Trong công nghiệp, người ta dùng phương pháp điện phân dung dịch NaCl: điện phân dung dịch có màng ngăn, điện phân dung dịch có cực âm làm thủy ngân, điện phân dung dịch có màng bán thấm a Điện phân dung dịch có màng ngăn: màng ngăn làm bắt phủ amiăng tẩm nhựa chứa flo − Cực dương: làm kim loại titan phủ oxit kim loại ruteni, titan, coban…(trước làm than chì) 2Cl¯ → Cl2 +2e − Cực âm: 2H2O + 2e → H2 + OH¯ − Phương trình phản ứng tổng quát: đpdd 2NaCl + H2O Có MN 2NaOH + H2 + Cl2 b Điện phân dung dịch có cực âm làm thủy ngân: − Quá trình xảy − Ưu điểm phương pháp: Độ tinh khiết NaOH cao − Nhược điểm: Hg độc mà cần nhiều Hg c Điện phân dung dịch có màng bán thấm: − Màng bán thấm màng làm polime hữu − Quá trình điện phân xảy − Ưu điểm : + Độ tinh khiết cao (cao phương pháp) + Không gây ô nhiễm môi trường không độc hại phương pháp + Giá thành thấp II Natri Hidrocacbonat Natri cacbonat(NaHCO3, Na2CO3 ): NaHCO3 : a Tính chất : Tinh thể màu trắng, tan vừa phải nước (1l g nước tan đc 70g NaHCO3 0oC) − Bị phân hủyo nhiệt : t 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O − Tính lưỡng tính : Ion HCO3- vừa cho, vừa nhận proton HCO3- + H+ →H2O +CO2 HCO3- + OH- →CO32- +H2O → muối NaHCO3 có tính lưỡng tính t/c ion HCO3- (tính bazơ chiếm ưu ) b Ứng dụng : − NaHCO3 dùng y khoa chữa bệnh dày ruột thừa axit, dễ tiêu, chữa chứng nôn mữa , giải độc axit Trong công nghiệp thực phẩm làm bột nở gây xốp cho loại bánh c Điều chế : Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 Na2CO3 : − 851oC − − a Tính chất : Natricacbonat (hay soda) chất bột màu trắng , hút ẩm t onc = Dễ tan nước tỏa nhiều nhiệt Tác với axit : CO32- + 2H+ → CO2 + H2O →Muối Na2CO3 có tính bazơ (có CO32-) b Ứng dụng : − Nguyên liệu Công nghiệp sản xuất thủy tinh, xà phòng , giấy dệt điều chế muối khác − loại Tẩy vết mỡ bám chi tiết máy trước sơn , tráng kim − Công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa c Điều chế : phương pháp Xonvay − Là phương pháp amoniac kĩ sư người Bỉ Xonvay (e.Solvay,1838 – 1922) đề năm 2864 Phương pháp dựa chủ yếu vào phản ứng hóa học : NaCl + NH4HCO3 NaHCO3 + NH4Cl − Đây phản ứng thuận nghịch, bốn chất tan nước NaHCO3 tan Ở 20oC độ tan (trong 100g nước) NaHCO 10g; NH4HCO3 21,5g; NaCl NH4Cl lớn − Thực tế công nghiệp người ta cho khí NH3 khí CO2 qua dung dịch NaCl bão hòa : NaCl + CO2 + NH3 + H2 NaHCO3 + NH4Cl − Lọc tách NaHCO3 đun nóng để chuyển thành Na2CO3 khan.Quá trình giải phóng nửa lượng CO2 sử dụng Khí CO2 đưa lại vào trình sản xuất Chế hóa sản phẩm phụ NH 4Cl với vôi để tái sinh NH3 đưa vào trình sản xuất Trong nung vôi, khí CO2 giải phóng đưa vào trình sản xuất Như từ nguyên liệu ban đầu NaCl CaCO phương pháp Xonvay cho phép điều chế sản phẩm Na 2CO3 CaCl2 mà mặt lí thuyết phản ứng : 2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2 thực III NATRI CLORUA, NaCl: Trạng thái tự nhiên: − NaCl hợp chất phổ biến thiên nhiên Nó có nước biển (khoảng 3% khối lượng), nước hồ nước mặn khoáng vật halit (gọi muối mỏ) Những mỏ muối lớn có lớp muối dày tới hàng trăm, hàng ngàn mét − Người ta thường khai tác muối từ mỏ phương pháp ngầm, nghĩa qua lỗ khoan dùng nước hòa tan muối ngầm lòng đất bơm dung dịch lên để kết tinh muối ăn − Cô đặc nước biển cách đun nóng phơi nắng tự nhiên, người ta kết tinh muối ăn Tính chất:  Tính chất vật lí: − Là hợp chất ion có dạng mạng lưới lập phương tâm diện tinh thể NaCl màu hoàn toàn suốt − Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi cao, tonc= 800oC, tos= 1454oC − Dễ tan nước độ tan không biến đổi nhiều theo nhiệt độ nên không dễ tinh chế cách kết tinh lại − Độ tan NaCl nước giảm xuống có mặt NaOH, HCl, MgCl2, CaCl2, … Lợi dụng tính chất người ta sục khí HCl vào dung dịch muối ăn bão hòa để điều chế NaCl tinh khiết  Tính chất hóa học: − Khác với muối khác, NaCl không phản ứng với kim loại, axit, bazơ điều kiện thường Tuy nhiên, NaCl phản ứng với muối: NaCl + AgNO3 NaNO3 + AgCl↓ − Ở trạng thái rắn, NaCl phản ứng với H2SO4 đậm đặc HCl (phản ứng sản xuất HCl, dùng phương pháp tạo nhiều khí độc hại, gây nguy hiểm tới hệ sinh thái, ô nhiễm môi trường) o 250 C NaCl + H2SO4 →o NaHSO4 + HCl 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl 400 C − Điện phân dung dịch NaCl: đpdd Có MN8 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 Ứng dụng: − Là nguyên liệu để điều chế Na, Cl2, HCl, NaOH hầu hết hợp chất quan trọng khác natri Ngoài ra, NaCl dùng nhiều ngành công nghiệp thực phẩm (muối ăn…), nhuộm, thuộc da luyện kim KIM LOẠI KIỀM THỔ I VỊ TRÍ CẤU TẠO: 1) Vị trí kim loại kiềm thổ bảng tuần hoàn: − Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA bảng tuần hoàn; chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm − Kim loại kiềm thổ gồm: Beri (Be); Magie (Mg); Canxi (Ca); Stronti ( Sr); Bari (Ba); Rađi (Ra) (Rađi nguyên tố phóng xạ không bền) − Chúng gọi kim loại kiềm thổ vì: + Các oxit CaO, SrO, BaO, tan nước → dd kiềm mạnh + Các oxit kim loại có độ tan thấp, bền nhiệt cao → Đó tính chất mà nhà giả kim thuật gọi thổ (nghĩa đất) 2) Cấu tạo tính chất kim loại kiềm thổ: Nhận xét: − Cấu hình electron: kim loại kiềm thổ nguyên tố s Lớp nguyên tử có 2e phân lớp ns2 Hai e ns2 dễ tách khỏi nguyên tử (vì chúng xa hạt nhân hỏn so với e khác nguyên tử) − Các cation M2+ kim loại kiềm thổ có cấu hình e cua nguyên tử khí đứng trước bảng tuần hoàn Mg → [Ne]3s2 Mg2+ + 2e [Ne] − Số oxi hóa : ion kim loại kiềm thổ có điện tích 2+ Vì vậy, hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm có số oxi hóa +2 * Lưu ý : + Be tạo nên chủ yếu hợp chất liên kết Be với nguyên tố khác liên kết cộng hóa trị + Ca, Sr, Ba Ra tạo nên hợp chất ion + Bằng phương pháp nhiễu xạ Rơghen, người ta xác định số hợp chất kim loại kiềm thổ có số oxi hóa +1 Thí dụ : Trong hợp chất CaCl tạo nên từ CaCl2 Ca (ở 1000◦C ) II TÍNH CHẤT VẬT LÝ : − Màu sắc : kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc xám nhạt Nhận xét: − Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp (trừ Be) biến đổi không theo chiều Vì nguyên tố có cấu trúc tinh thể khác Be, Mg, Ca β có mạng lưới lục phương ; Caα Sr có mạng lưới lập phương tâm diện ; Ba lập phương tâm khối 10 BÀI TẬP BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM: Bài tập kim loại kiềm h/c kim loại kiềm: Câu 1: Lấy 35,1g NaCl hòa tan vào 244,9 g H 2O sau điện phân dung dịch với điện cực trơ có màng ngăn catot thoát 1,5 gam khí dừng lại Nồng độ chất tan có dung dịch sau điện phân là: A.9,2% B.9,6% C.10% D.10,2% Câu 2: Điện phân dung dịch NaCl, dùng điện cực trơ, có vách ngăn, thu 200 ml dung dịch có pH = 13 Nếu tiếp tục điện phân 200 ml dung dịch hết khí Clo thoát anot cần thời gian 386 giây, cường độ dòng điện A Hiệu suất điện phân 100% Lượng muối ăn có dung dịch lúc đầu gam? A 2,808 gam B.1,638 gam C 1,17 gam D 1,404 gam Câu 3: Điện phân dung dịch NaCl 4M có màng ngăn, thể tích dd lít dd có nồng độ NaOH 8% (thể tích dd lít), dd NaOH có d = 1,2g/ml.Thể tích (đktc) khí thu điện cực là: A.26,88 l B.13,44 l C.11,2 l D.22,4 l Câu 4: Điện phân lít dung dịch NaCl 0,1M với điện cực trơ, có màng ngăn với cường độ I = 19,3 A phút 40s pH dd thu là: A.12 B.13 C.11,2 D.12,9 Câu 5: Điện phân 200ml dung dịch NaCl 2M (d = 1,1g/ml) với anot than, có màng ngăn xốp dung dịch luôn khuấy Thể tích khí thoát catot 22,4l (200C,1atm) ngừng điện phân Nồng độ chất tan có dung dịch sau điện phân là: A.15,4% B.14,7% C.8,32% D.11,9% Câu 6: Thêm 250ml dd NaOH 2M vào 200ml dd H 3PO4 1,5M Muối tạo thành khối lượng tương ứng là: A.14,2g Na2HPO4 ; 32,8g Na3PO4 B 28,4 Na2HPO4 ; 16,4 Na3PO4 C 12g NaH2PO4; 28,4 Na2HPO4 D 24g Na2HPO4 ; 14,2 Na2HPO4 Câu 7: Dung dịch chứa a mol NaOH tác dụng với dd chứa b mol H 3PO4 sinh hỗn hợp Na2HPO4 + Na3PO4.Tỉ số a/b là: A.1< a/b < B.a/b ≥ C.2