BC HÓA VÔ CƠ KIM LOẠI KIỀM THỔ

BÁO CÁO THỰC TẬP HÓA VÔ CƠBÀI 2: KIM LOẠI KIỀM THỔ (PHÂN NHÓM IIA)I.QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA1.Tiến hành và hiện tượng1.1.Thí nghiệm 11.2.Thí nghiệm 21.3.Thí nghiệm 32.Giải thíchDo ion kim loại của muối hấp thụ năng lượng từ ngọn lửa làm cho các electron ở lớp ngoài cùng bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, các mức năng lượng này không bền và nhanh chóng trở về trạng thái cơ bản. Khi trở về các mức năng lượng thấp hơn nó sẽ phát ra bức xạ có bước sóng trong vùng khả kiến đặc trưng cho mỗi ion kim loại và có màu sắc khác nhau.3.Kết luậnKhi đốt cháy cation kim loại kiềm thổ (trong hợp chất với anion thích hợp) sẽ cho ngọn lửa có màu đặc trưng. Trong phân nhóm chính nhóm IIA, khi đi từ trên xuống dưới màu đặc trưng của ngọn lửa sẽ chuyển từ đỏ đến vàng, nghĩa là năng lượng tăng dần do bán kính nguyên tử tăng, electron dễ chuyển sang mức năng lượng cao hơn.II.PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ VỚI NƯỚC1.Tiến hành 2.Hiện tượngỐng 1: Khi để nguội phản ứng xảy ra rất chậm. Tại bề mặt tiếp xúc pha xuất hiện màu hồng nhạt đồng thời có bọt khí nổi lên. Khi đun nóng, bọt khí xuất hiện nhiều hơn, màu hồng đậm hơn và lan ra toàn bộ dung dịch.Ống 2: Phản ứng xảy ra mãnh liệt, màu dung dịch nhạt dần đến mất màu, đồng thời khí thoát ra nhiều hơn. Sau đó màu hồng xuất hiện trở lại.3.Giải thíchỐng 1Khi chưa đun nóng phản ứng xảy ra chậm do Mg phản ứng với nước cho ra Mg(OH)2, Mg(OH)2 tạo thành sẽ che phủ bề mặt của Mg. Khí sinh ra là khí hydrogen.Mg + H2O  Mg(OH)2↓ + H2↑ (1)Một phần Mg(OH)2 phân ly tạo ion OH làm phenolptalein hóa hồng tại bề mặt phân chia giữa Mg và nước.Mg(OH)2  Mg2+ + 2OH (2)Ở nhiệt độ cao Mg(OH)2 tan nhiều hơn trong nước nên tạo nhiều OH khiến màu hồng dung dịch đậm hơn. Đồng thời sự che phủ của Mg(OH)2 giảm nên phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn  bọt khí thoát ra nhiều hơn.Ống 2Mg + H2O  Mg(OH)2↓ + H2↑ (1)Mg(OH)2  Mg2+ + 2OH (2)Khi cho NH4Cl vào thì Mg(OH)2 sinh ra bị hòa tan, ngăn cản việc bao phủ bề mặt Mg làm phản ứng (1) mãnh liệt hơn và khí thoát ra nhiều hơn.Mg(OH)2 + NH4Cl  MgCl2 + NH3↑ + H2O (3)Do Mg(OH)2 bị hòa tan làm giảm OH dẫn đến mất màu phenolptalein.Màu hồng xuất hiện trở lại do hai nguyên nhân: NH3 sinh ra ở phản ứng (3) và OH ở phản ứng (2).4.Kết luậnKim loại kiềm thổ tác dụng yếu với nước ở nhiệt độ thường nhưng phản ứng mạnh khi đun nóng hoặc có xúc tác thích hợp.III.KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA HYDROXIDE CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ1.Tiến hành và hiện tượng1.1.Thí nghiệm 11.2.Thí nghiệm 2Lấy 4 ống nghiệm, mỗi ống lần lượt chứa 1 ml dung dịch muối Mg2+, Ca2+, Ba2+ và Sr2+ 0.5MThêm vào mỗi ống 0.5 ml dung dịch NaOH 1MCác ống nghiệm đều xuất hiện kết tủa, lượng kết tủa tăng dần theo thứ tự Ba2+, Sr2+, Ca2+ và Mg2+.2.Giải thích2.1.Thí nghiệm 1MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ (tủa trắng) + 2NaClỐng nghiệm 1: Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O, nên tủa tan và dung dịch trở nên trong suốt.Ống nghiệm 2: Mg(OH)2 + 2NH4Cl  MgCl2+ 2NH3↑ + 2H2O, tạo muối tan MgCl2 và có mùi khai do NH3 sinh ra.Ống nghiệm 3: NaOH và Mg(OH)2 đều có tính base nên không phản ứng.2.2.Thí nghiệm 2Mg2+ + 2OH  Mg(OH)2↓Ca2+ + 2OH  Ca(OH)2↓Sr2+ + 2OH  Sr(OH)2↓Ba2+ + 2OH  Ba(OH)2Do đi từ Mg đến Ba thì bán kính nguyên tử tăng lên nên lực hút hạt nhân với electron ngoài cùng giảm. Ngoài ra, oxygen có độ âm điện lớn nên hút electron về phía nó làm cho phân tử hydroxide phân cực mạnh nên tạo dung môi phân cực. 3.Kết luậnCó thể điều chế các hydroxide của kim loại kiềm thổ bằng cách cho muối tan của chúng tác dụng với hydroxide kim loại kiềm. Hydroxide của kim loại kiềm thổ có tính base và độ tan của các hydroxide tương ứng giảm dần.IV.KHẢO SÁT SỰ HÒA TAN CỦA MUỐI SULFATE KIM LOẠI KIỀM THỔ1.Tiến hànhLấy 4 ống nghiệm cho vào mỗi ống 1 ml lần lượt các dung dịch•Ống 1: MgCl2 •Ống 2: CaCl2 •Ống 3: BaCl2 •Ống 4: SrCl2Sau đó nhỏ từ từ dung dịch H2SO4 2N vào.2.Hiện tượng•Ống 1: không có hiện tượng•Ống 2: vẫn đục do tạo chất ít tan•Ống 3: đục nhiều•Ống 4: trắng đụcVà khi cho H2SO4 đến dư các kết tủa không tan.3.Giải thíchCa2+ + SO4 2  CaSO4↓Sr2+ + SO4 2  SrSO4↓Ba2+ + SO4 2  BaSO4↓Do nồng độ của SO4 2 tăng lên nên cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận nghĩa là tăng lượng kết tủa. 4.Kết luậnĐộ tan cuûa hydroxide và muối sulfate khi đi từ Mg đến Ba ngược nhau vì đối với muối sulfate năng lượng hoạt hóa của cation lớn hơn năng lượng mạng tinh thể. Ngoài ra, đi từ Mg đến Ba bán kính X2+ tăng dần nên khả năng phân cực trong nước giảm và năng lượng hydrate giảm dần nên độ tan giảm từ Mg đến Ba.V.XÁC ĐỊH ĐỘ CỨNG CỦA NƯỚC1.Tiến hành và hiện tượng2.Giải thíchChỉ thị eriochrom T đen tạo phức màu đỏ tím với ion kim loại, các phức này kém bền hơn so với phức ion kim loại với EDTA. Đồng thời màu của phức ion kim loại với chỉ thị eriochrom T đen khác so với màu của chất chỉ thị ở dạng tự do. Gần điểm tương đương, EDTA sẽ tạo phức với ion kim loại và giải phóng chất chỉ thị ra ở dạng tự do nên dung dịch thay đổi màu => dừng chuẩn độ. Chỉ thị eriochrom T đen là một acid 3 nấc. Nấc 1 phân ly mạnh (nhóm HSO3), sự phân ly nấc 2 và 3 như sau: Màu của chỉ thị ở dạng tự do phụ thuộc vào pH 3.Tính toánTổng hàm lượng Mg2+ và Ca2+X = V ETDA x CN ETDA x 1000 VmẫuVI.PHƯƠNG PHÁP LÀM MỀM NƯỚC1.Tiến hành và hiện tượng2.Kết luậnNước được làm mềm khi thêm Na2CO3 vaø Ca(OH)2 vào thì xảy ra phản ứngMg2+ + 2OH  Mg(OH)2↓Ca2+ + CO32  CaCO3↓Làm giảm hàm lượng Mg2+ vaø Ca2+ trong dung dich sau lọc loại tủa Mg(OH)2↓ và CaCO3↓

BÁO CÁO THỰC TẬP HÓA VÔ CƠ

BÀI 2: KIM LOẠI KIỀM THỔ

(PHÂN NHÓM IIA)

I QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA

1 Tiến hành và hiện tượng

1.1 Thí nghiệm 1

1.2 Thí nghiệm 2

1.3 Thí nghiệm 3

Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa đỏ cam

Nhúng đầu giấy lọc vào dung

dịch CaCl2 bão hòa

Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa vàng lục

Nhúng đầu giấy lọc vào dung

dịch BaCl2 bão hòa

2 Giải thích

Do ion kim loại của muối hấp thụ năng lượng từ ngọn lửa làm cho các electron ở lớp ngoài cùng bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn, các mức năng lượng này không bền và nhanh chóng trở về trạng thái cơ bản Khi trở về các mức năng lượng thấp hơn nó sẽ phát ra bức xạ có bước sóng trong vùng khả kiến đặc trưng cho mỗi ion kim loại và có màu sắc khác nhau

3 Kết luận

 Khi đốt cháy cation kim loại kiềm thổ (trong hợp chất với anion thích hợp) sẽ cho ngọn lửa có màu đặc trưng

 Trong phân nhóm chính nhóm IIA, khi đi từ trên xuống dưới màu đặc trưng của ngọn lửa sẽ chuyển từ đỏ đến vàng, nghĩa là năng lượng tăng dần do bán kính nguyên tử tăng, electron dễ chuyển sang mức năng lượng cao hơn

II PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ VỚI NƯỚC

1 Tiến hành

Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa đỏ tươi

Nhúng đầu giấy lọc vào dung

dịch SrCl2 bão hòa

Quan sát hiện

tượng

Ống 1: 2 giọt nước + ít bột Mg

+ 1 giọt phenolphtalein.

Đun nóng

Ống 2: 2 giọt nước + ít bột Mg + 1 giọt phenolphtalein.

Quan sát hiện tượng

Thêm NH4OH

2 Hiện tượng

 Ống 1: Khi để nguội phản ứng xảy ra rất chậm Tại bề mặt tiếp

xúc pha xuất hiện màu hồng nhạt đồng thời có bọt khí nổi lên Khi đun nóng, bọt khí xuất hiện nhiều hơn, màu hồng đậm hơn và lan

ra toàn bộ dung dịch

 Ống 2: Phản ứng xảy ra mãnh liệt, màu dung dịch nhạt dần đến

mất màu, đồng thời khí thoát ra nhiều hơn Sau đó màu hồng xuất hiện trở lại

3 Giải thích

 Ống 1

Khi chưa đun nóng phản ứng xảy ra chậm do Mg phản ứng với nước cho ra Mg(OH)2, Mg(OH)2 tạo thành sẽ che phủ bề mặt của

Mg Khí sinh ra là khí hydrogen

Mg + H2O  Mg(OH)2↓ + H2↑ (1) Một phần Mg(OH)2 phân ly tạo ion OH- làm phenolptalein hóa hồng tại bề mặt phân chia giữa Mg và nước

Mg(OH)2  Mg2+ + 2OH- (2)

Ở nhiệt độ cao Mg(OH)2 tan nhiều hơn trong nước nên tạo nhiều

OH- khiến màu hồng dung dịch đậm hơn Đồng thời sự che phủ

của Mg(OH)2 giảm nên phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn  bọt khí thoát ra nhiều hơn

 Ống 2

Mg + H2O  Mg(OH)2↓ + H2↑ (1) Mg(OH)2  Mg2+ + 2OH- (2)

Khi cho NH4Cl vào thì Mg(OH)2 sinh ra bị hòa tan, ngăn cản việc bao phủ bề mặt Mg làm phản ứng (1) mãnh liệt hơn và khí thoát ra nhiều hơn

Mg(OH)2 + NH4Cl  MgCl2 + NH3↑ + H2O (3)

Do Mg(OH)2 bị hòa tan làm giảm OH- dẫn đến mất màu

phenolptalein

Màu hồng xuất hiện trở lại do hai nguyên nhân: NH3 sinh ra ở phản ứng (3) và OH- ở phản ứng (2)

4 Kết luận

Kim loại kiềm thổ tác dụng yếu với nước ở nhiệt độ thường nhưng phản ứng mạnh khi đun nóng hoặc có xúc tác thích hợp

III KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA HYDROXIDE CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ

1 Tiến hành và hiện tượng

1.1 Thí nghiệm 1

Không có hiện tượng

Tủa tan, dung dịch

trở nên trong suốt Tủa tan, dung dịch trở nên trong suốt

và có mùi khai

Tủa trắng

Cho vào 3 ống nghiệm mỗi ống MgCl2 + dd NaOH

Ly tâm

1.2 Thí nghiệm 2

 Lấy 4 ống nghiệm, mỗi ống lần lượt chứa 1 ml dung dịch muối

Mg2+, Ca2+, Ba2+ và Sr2+ 0.5M

 Các ống nghiệm đều xuất hiện kết tủa, lượng kết tủa tăng dần theo thứ tự Ba2+, Sr2+, Ca2+ và Mg2+

2 Giải thích

2.1 Thí nghiệm 1

MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ (tủa trắng) + 2NaCl

 Ống nghiệm 1: Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O, nên tủa tan

và dung dịch trở nên trong suốt

 Ống nghiệm 2: Mg(OH)2 + 2NH4Cl  MgCl2+ 2NH3↑ +

2H2O, tạo muối tan MgCl2 và có mùi khai do NH3 sinh ra

 Ống nghiệm 3: NaOH và Mg(OH)2 đều có tính base nên không phản ứng

2.2 Thí nghiệm 2

Mg2+ + 2OH-  Mg(OH)2↓

Ca2+ + 2OH-  Ca(OH)2↓

Sr2+ + 2OH-  Sr(OH)2↓

Ba2+ + 2OH-  Ba(OH)2

Do đi từ Mg đến Ba thì bán kính nguyên tử tăng lên nên lực hút hạt nhân với electron ngoài cùng giảm Ngoài ra, oxygen có độ âm điện lớn nên hút electron về phía nó làm cho phân tử hydroxide phân cực mạnh nên tạo dung môi phân cực

3 Kết luận

Có thể điều chế các hydroxide của kim loại kiềm thổ bằng cách cho muối tan của chúng tác dụng với hydroxide kim loại kiềm Hydroxide của kim loại kiềm thổ có tính base và độ tan của các hydroxide tương ứng giảm dần

IV KHẢO SÁT SỰ HÒA TAN CỦA MUỐI SULFATE KIM LOẠI KIỀM THỔ

1 Tiến hành

 Lấy 4 ống nghiệm cho vào mỗi ống 1 ml lần lượt các dung dịch

 Ống 1: MgCl2

 Ống 2: CaCl2

 Ống 3: BaCl2

 Ống 4: SrCl2

 Sau đó nhỏ từ từ dung dịch H2SO4 2N vào

2 Hiện tượng

 Ống 1: không có hiện tượng

 Ống 2: vẫn đục do tạo chất ít tan

 Ống 3: đục nhiều

 Ống 4: trắng đục

Và khi cho H2SO4 đến dư các kết tủa không tan

3 Giải thích

Ca2+ + SO4 2-  CaSO4↓

Sr2+ + SO4 2-  SrSO4↓

Ba2+ + SO4 2-  BaSO4↓

Do nồng độ của SO4 2- tăng lên nên cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận nghĩa là tăng lượng kết tủa

4 Kết luận

Độ tan cuûa hydroxide và muối sulfate khi đi từ Mg đến Ba ngược nhau vì đối với muối sulfate năng lượng hoạt hóa của cation lớn hơn năng lượng mạng tinh thể Ngoài ra, đi từ Mg đến Ba bán kính X2+

tăng dần nên khả năng phân cực trong nước giảm và năng lượng hydrate giảm dần nên độ tan giảm từ Mg đến Ba

V XÁC ĐỊH ĐỘ CỨNG CỦA NƯỚC

1 Tiến hành và hiện tượng

Chuẩn độ 3 lần bằng dung dịch ETDA 0.02N, chỉ thị chuyển từ

đỏ tím sang xanh dương

Erlen 250ml:10ml nước cứng + nước cất 100ml + 5ml dung dịch đệm pH 10 +

5 giọt chỉ thị Eriochrom T đen

Lắc đều

2 Giải thích

 Chỉ thị eriochrom T đen tạo phức màu đỏ tím với ion kim loại, các phức này kém bền hơn so với phức ion kim loại với EDTA Đồng thời màu của phức ion kim loại với chỉ thị eriochrom T đen khác so với màu của chất chỉ thị ở dạng tự do

 Gần điểm tương đương, EDTA sẽ tạo phức với ion kim loại và giải phóng chất chỉ thị ra ở dạng tự do nên dung dịch thay đổi màu => dừng chuẩn độ

 Chỉ thị eriochrom T đen là một acid 3 nấc Nấc 1 phân ly mạnh (nhóm HSO3), sự phân ly nấc 2 và 3 như sau:

 Màu của chỉ thị ở dạng tự do phụ thuộc vào pH

3 Tính tốn

Tổng hàm lượng Mg2+ và Ca2+

X = V ETDA x CN ETDA x 1000/ Vmẫu

VI PHƯƠNG PHÁP LÀM MỀM NƯỚC

1 Tiến hành và hiện tượng

2 Kết luận

 Nước được làm mềm khi thêm Na2CO3 và Ca(OH)2 vào thì xảy ra phản ứng

Mg2+ + 2OH-  Mg(OH)2↓

Ca2+ + CO32-  CaCO3↓

 Làm giảm hàm lượng Mg2+ và Ca2+ trong dung dich sau lọc loại tủa Mg(OH)2↓ và CaCO3↓

Erlen 250ml: 50 ml nước cứng + 5ml dung dịch Na2CO3 0.1M + 2ml vơi

sữa

Chuẩn độ như TN 5

Đun sơi 3 phút Lọc bỏ tủa