Giáo án Hóa học 12 bài 26: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

HÓA HỌC LỚP 12 Bài 26 KIM LOẠI KIỀM THỔ VÀ HỢP CHẤT    I/ VỊ TRÍ – CẤU HÌNH ELECTRON VÀ LÍ TÍNH Vị trí cấu hình electron  Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA gồm nguyên tố: Beri / Be[He] 2s 2, Magie / Mg[Ne] 3s2, Canxi / Ca[Ar] 4s2, Stronti / Sr[Kr] 5s2, Bari / Ba[Xe] 6s2 Radi / Ra (là ngun tố phóng xạ) Þ Cấu hình electron ngồi ns2  Kiểu mạng tinh thể: Be, Mg (lục phương); Ca, Sr (tâm diện); Ba (tâm khối)  Kim loại phân nhóm nhóm IIA gọi kiềm thổ oxit chúng (thành phần đất) tác dụng với nước cho dung dịch kiềm  Năng lượng ion hóa I2 nhỏ giảm dần từ Be đến Ba Tính chất vật lí  Có tính chất vật lí tương tự kim loại kiềm (là chất rắn, có ánh bạc, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt)  Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp (cao kim loại kiềm, nhỏ nhôm)  Các tính chất khơng biến đổi theo qui luật định kim loại kiềm kiểu mạng tinh thể kim loại kiềm thổ không giống II/ TÍNH CHẤT HÓA HỌC Kim loại kiềm thổ có tính khử có tính khử mạnh yếu kim loại kiềm Tính khử tăng dần từ Be đến Ba Trong hợp chất ln có số oxi hóa +2: M ® M + + 2e Tác dụng vi phi kim Vi oxi ắắđ to oxit: nhiệt độ thường, Be Mg bị oxi hóa chậm tạo thành lớp màng oxit bảo vệ kim loại Các kim loại lại phản ứng với oxi khơng khí mãnh liệt HĨA HỌC LỚP 12 Khi đốt nóng, tất kim loại nhóm IIA cháy to thnh oxit: t0 ỡù 2Mg + O ắắắ đ 2MgO ù t 2M + O ắắắ đ 2MO : ïí t ïï 2Ba + O ¾¾¾ đ 2BaO ùợ Vi halogen ắắđ to muối (phản ứng xảy dễ dàng nhiệt độ thng) ỡù Mg + Cl ắắđ MgCl 2 M + Cl2 ắắđ MCl2 : ùớ ùù Ba + Cl2 ắắđ BaCl2 ùợ Vi cỏc phi kim kem hot ng phi un núng: t Ca + 2C ắắắ đ CaC (Canxi cacbua) t Ca + H ¾¾¾ ® CaH (Canxi hidrua) 0 t 3Mg + N ắắắ đ Mg 3H (Magie nitrua) Tác dụng với nước (H2O) Nhiệt độ thường: Be không phản ứng với H2O, Mg phản ứng chậm (xem không phản ứng) Ca, Sr, Ba khử mạnh với nước nhiệt độ thường dễ dàng, tạo kiềm giải phóng khí H2 (đây cũng lý gọi Ca, Ba, Sr kim loại kiềm thổ) M + 2H 2O ắắđ M ( OH ) ỡù Ca + 2H O ắắđ Ca ( OH ) + H ­ ï 2 + H2 ­ : í ùù Ba + 2H 2O ắắđ Ba ( OH ) + H ­ ïỵ Tác dụng với axit  Với dung dịch axit khơng có số oxi hóa (HCl, H2SO4 lỗng, ) tạo muối giải phóng khí H2 ìï Mg + 2HCl ® MgCl + H ­ M + 2HCl ® MCl2 + H ­ 2 ï : í + 2+ ï Ion: M + 2H ® M + H ­ Ca + H 2SO ( l ) ® CaSO + H ­ ïỵï +5  Với dd axit có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4đ, ) sẽ khử N dung dịch HNO3 - +6 - loãng xuống N S H2SO4 đặc xuống S tạo thành muối, sản phẩm khử H2O: 4M + 10HNO3 ® 4M ( NO3 ) + NH NO3 + 3H 2O HÓA HỌC LỚP 12 +5 - +2 Ca + 10H N O3 ® Ca ( NO3 ) + N H NO + 3H 2O +5 - Mg+ 5H S O ( d) ® Mg SO + H S + 4H 2O Tác dụng với dung dịch kiềm: Chỉ có Be phản ứng Be + 2NaOH ® Na BeO + H ­ III/ ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG Điều chê Bằng cách điện phân nóng chảy muối Halogenua dpnc dpnc Phng trỡnh in phõn: MX ắắ ắđ M + X : CaCl ắắ ắđ Ca + Cl2 Ta thu kim loại Ca cực âm, khí clo cực dương Ứng dụng Mg dùng làm chế tạo hợp kim nhẹ, bền dùng chế tạo máy bay, tơ IV/ MỢT SỚ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI – NƯỚC CỨNG Trong số hợp chất kim loại kiềm thổ, quan trọng hợp chất canxi chúng có nhiều ứng dụng thực tiễn Canxi oxit – Vôi sống (CaO)  Là chất rắn, màu trắng  Là oxit bazơ, tác dụng mãnh liệt với nước, tạo thành bazơ mạnh: CaO + H 2O ® Ca ( OH )  Tác dụng với nhiều oxit oxit axit CaO + 2HCl ® CaCl + H 2O HÓA HỌC LỚP 12 CaO + CO ® CaCO3 900 C  Điều chế: CaCO3 ¾¾ ¾¾ ® CaO + CO ­ Canxi hidroxit – Vôi (Ca(OH)2)  Là chất rắn màu trắng, tan nước (1 lít H2O 200C hòa tan 0,02mol Ca(OH)2)  Dung dịch Ca(OH)2 nước vơi  Là bazơ mạnh: ìï Ca ( OH ) + CO ắắđ CaCO + H O (1) 2 + Tác dụng với CO2, SO2: ïí ïï Ca ( OH ) + SO ắắđ CaSO3 + H 2O ùợ Phn ứng (1) thường dùng để nhận biết khí CO2 + Khi sục CO2 từ từ đến dư vào dung dịch Ca(OH)2 thấy tạo kết tủa, sau kết tủa tan Ca ( OH ) + CO ắắđ CaCO3 ¯ + H 2O CaCO3 ¯ +CO + H 2O ắắđ Ca ( HCO3 ) ( tan) + Tác dụng với axit: Ca ( OH ) + HCl ắắđ CaCl + 2H 2O + Tỏc dụng với muối: Ca ( OH ) + Na 2CO3 ¾¾® CaCO3 ¯ + 2NaOH Ca ( OH ) 2( dung dich ) + Tác dụng với Cl2: 2Ca ( OH ) Ca ( OH )  Điều chế: + MgCl2 ắắđ CaCl2 + Mg ( OH ) 2( dung dich ) 2( bôt ) + 2Cl2 ¾¾® CaCl2 + Ca ( OCl) + 2H 2O + Cl2 ắắđ CaOCl + H 2O 144444424444443 CaO + H 2O ® Ca ( OH ) Clorua vơi HÓA HỌC LỚP 12 dpdd CaCl +2H 2O ¾¾ ¾ ¾ngan ¾¾ ® Ca ( OH ) + H ­ + Cl ­ co mang  Ứng dụng: Ca(OH)2 chất rẻ tiền nên sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp: Sản xuất amoniac (NH3), cluarua vôi (CaOCl2), vật liệu xây dựng, làm miềm nước, xử lí nước thải… Canxi cacbonat (CaCO3)  Có đá vơi, đá hoa, đá phấn, quặng đolomit (có chứa CaCO3; MgCO3) canxi cacbonat thành phần vỏ mai lồi ốc, sò, hến, mực, CaCO3 chất rắn màu trắng, khơng tan nước tan nước có khí CO2 hoặc tan dung dịch axit: CaCO3 + 2HCl ® CaCl2 + H 2O + CO ( 1) ( 2) ắắắ đ Ca ( HCO3 ) CaCO3 +CO + H 2O ơắ ắ ắ ( tan) ( *) Trong phản ( *) , Chiều (1) xảy nhiệt độ thấp, giải thích xâm thực nước mưa với đá vôi Chiều (2), xảy nhiệt độ cao, giải thích hình thành thạch nhũ hang động, cặn ấm nước… 900 C  CaCO3 dễ bị phân hủy nhit khong 9000C: CaCO3 ắắ ắắ đ CaO + CO  Tác dụng với axit hữu c: CaCO3 + 2CH 3COOH ắắđ ( CH 3COO) Ca + CO ­ + H 2O  Ứng dụng: + Đá vôi: dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, thủy tinh,… + Đá hoa: dùng cơng trình mĩ thuật (tạc tượng, trang trí,…) + Đá phấn: dễ nghiền thành bột mịn nên làm phụ da thuốc đánh răng,… Canxi sunfat (CaSO4) HÓA HỌC LỚP 12  Trong tự nhiên, canxi sunfat tồn dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O, ta gọi thạch cao sống  Thạch cao sống chất rắn màu trắng, tan nước  Khi nung thạch cao sống phần nước biến thành thạch cao nung: 150 C 2CaSO 2H 2O( r) ắắ ắắ đ 2CaSO H 2O + H 2O( k ) (thạch cao sống) (thạch cao nung)  Thạch cao nung chất bột màu trắng, nhào với nước có khả đơng cứng nhanh Lợi dụng tính chất này, người ta nặng tượng, sử dụng cơng trình xây dựng, dùng y học (bó bột gãy xương,…)  Thạch cao khan CaSO4 điều chế bằng cách nung thạch cao sống 3500C Khi nung thạch cao khan đến 9600C, canxi sunfat bị phân hủy 9600 C 2CaSO 2( r) ắắ ắắ đ 2CaO + 2SO 2( k) + O2( k ) V/ NƯỚC CỨNG Định nghĩa  Nước cứng nước có chứa nhiều ion Ca2+, Mg2+  Nước mềm nước không chứa hoặc chứa ion Phân loại  Nước cứng tạm thời: nước cứng chứa ion hidrocacbonat HCO-3 (nghĩa có chứa muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2)  Nước cứng vĩnh cửu: nước cứng chứa ion Cl- hoặc ion SO-4 (tức có chứa muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4)  Nước cứng toàn phần: nước cứng chứa ion HCO-3 Cl- hoặc SO-4 (gồm muối hai loại trên) Tác hại      Gây tắt đường ống Xà phòng tác dụng gây lãng phí Làm thực phẩm mau chín giảm mùi vị thực phẩm Tạo lớp cặn nồi gây lãng phí nhiên liệu khơng an toàn sản xuất Làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế phòng thí nghiệm HĨA HỌC LỚP 12 Cách làm mềm nước cứng  Nguyên tắc: làm giảm nồng độ ion Ca2+ Mg2+ bằng cách chuyển ion vào hợp chất không tan hoặc thay chúng bằng cation khác  Đối với nước cứng tạm thời: Có cách + Cách 1: Đun nóng thu kết tủa, lọc kết tủa c nc mm t Ca(HCO3 )2 ắắắ đ CaCO3 +CO ­ + H 2O t Mg(HCO3 ) ắắắ đ MgCO3 +CO + H 2O + Cách 2: Dùng dung dịch Ca(OH)2 vừa đủ để trung hòa muối axit thành muối trung hòa Ca ( OH ) + Ca ( HCO3 ) ắắđ 2CaCO ¯ + 2H 2O 2 + Cách 3: Dùng dung dịch Na2CO3 hoặc Na3PO4 để tạo kết tủa, lọc kết tủa để nước mềm Na 2CO3 + Ca ( HCO3 ) ắắđ 2NaHCO3 + CaCO3  Đối với nước cứng vĩnh cửu: Dùng dung dich Na2CO3 hoặc Na3PO4 để tạo kết tủa, lọc kết tủa để nước mềm CaCl + Na 2CO3 ® 2NaCl + CaCO3 ¯ CaSO + Na 2CO ® Na 2SO + CaCO3 ¯  Ngồi ra, người ta dùng phương pháp trao đổi ion (cho nước cứng qua chất trao đổi ion)  Trong thực tế, người ta thường dùng đồng thời số hóa chất thí dụ Ca(OH)2 Na2CO3 VI/ NHẬN BIẾT ION Ca2+, Mg2+ Dùng dung dịch Na2CO3 để tạo kết tủa tan CO2 Ca 2+ + CO32- ¾¾® CaCO3 ¯ CaCO3 ¯ +CO + H 2O ¾¾® Ca ( HCO3 ) 14444244443 Ca + + 2HCO-3 ( tan) HÓA HỌC LỚP 12 Mg 2+ + CO32- ắắđ MgCO3 MgCO3 +CO + H 2O ắắđ Mg ( HCO ) 1444442444443 Mg2 + + 2HCO-3 ( tan) ... Mg dùng làm chế tạo hợp kim nhẹ, bền dùng chế tạo máy bay, tơ IV/ MỢT SỚ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI – NƯỚC CỨNG Trong số hợp chất kim loại kiềm thổ, quan trọng hợp chất canxi chúng có... làm phụ da thuốc đánh răng,… Canxi sunfat (CaSO4) HÓA HỌC LỚP 12  Trong tự nhiên, canxi sunfat tồn dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O, ta gọi thạch cao sống  Thạch cao sống chất rắn màu trắng,... dung dịch cần pha chế phòng thí nghiệm HĨA HỌC LỚP 12 Cách làm mềm nước cứng  Nguyên tắc: làm giảm nồng độ ion Ca2+ Mg2+ bằng cách chuyển ion vào hợp chất không tan hoặc thay chúng bằng cation