6. Kim loại kiềm- Kim loại kiềm thổ - Nhôm.
Trên cơ sở nội dung kiến thức chƣơng 6: Kim loại kiềm. Kiềm thổ. Nhôm, trong chƣơng trình SGK hóa học 12 nâng cao – THPT, các tình huống có vấn đề đƣợc sử dụng trong từng bài có sử dụng thí nghiệm và không sử dụng thí nghiệm cụ thể nhƣ sau:
Tình huống 1:
Tại sao khi bảo quản Natri và một số kim loại kiềm khác ta lại phải ngâm chúng trong dầu hỏa?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Khả năng hoạt động hóa học của các nguyên tố kim loại kiềm, điều kiện phản ứng với các chất trong không khí của kim loại kiềm?
- Mục đích của việc ngâm một số kim loại kiềm trong dầu hỏa?
- Vai trò của dầu hỏa trong việc bảo quản KLK? ( nƣớc, O2, CO2, ít tan trong dầu hỏa và tỉ trọng của KLK lớn hơn dầu hỏa).
Tình huống 2:
- Các nguyên tố kim loại thƣờng rất cứng, tại sao kim loại kiềm lại rất mềm và nhẹ?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
43
liên hệ giữa tính chất vật lý với cấu trúc mạng tinh thể? Tình huống 3:
Vì sao các loại thực phẩm nhƣ xúc xích, lạp sƣờn, thịt hun khói (trong chế biến có sử dụng diêm tiêu) lại có lời khuyên là khi ăn chỉ nên hấp nóng không nên rán hoặc nƣớng kĩ?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
Trong xúc xích, lạp sƣờn, thịt hun khói có một phần nhỏ diêm tiêu, hãy viết công thức phân tử của diêm tiêu? Khi nƣớng hoặc rán ở nhiệt độ cao diêm tiêu sẽ bị phân hủy, xác định sản phẩm của phản ứng nhiệt phân, sản phẩm này có tác động nhƣ thế nào đến sức khỏe con ngƣời?
PƢ: 2KNO3 → 2 KNO2 + O2
KNO2 là chất gây ƣng thƣ nên cần thận trọng khi sử dụng các sản phẩm có dùng diêm tiêu để chế biến.
Tình huống 4:
Vì sao Kali và Natri đƣợc dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài lò phản ứng hạt nhân?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Xác định sự chênh lệch nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của hai kim loại này so với các kim loại khác?( Kim loại kiềm, kiềm thổ và nhôm)
- Do Kali và Natri có nhiệt độ nóng chảy thấp, nhiệt độ sôi cao, nhiệt dung riêng lớn → đƣợc dùng làm nguội lò phản ứng hạt nhân.
Tình huống 5:
Tại sao phân dơi đƣợc sử dụng để làm thuốc nổ? Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
Thành phần hóa học chính của phân dơi? 2NaNO3 → 2 NaNO2 + O2
Oxi sinh ra trong phản ứng trên đƣợc cung cấp cho quá trình phản ứng hóa học gây nổ.
44
Làm thế nào để xác nhận Natri khi cháy trong khí Oxi khô lại tạo ra Na2O2 mà không phải là Na2O?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Na2O2 có tính chất gì khác so với Na2O?( liên hệ với hợp chất H2O2
oxi cũng có số oxi hóa là -1)
- Dùng chất nào để nhận ra Na2O2? Hiện tƣợng sẽ xảy ra?( dùng dung dịch KMnO4. Dung dịch chuyển từ màu tím → không màu)
Tình huống 7:
- Tại sao KLK thƣờng đƣợc điều chế bằng phƣơng pháp điện phân nóng chảy muối Halogen của chúng?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Tính chất của KLK và trạng thái tự nhiên của chúng? - Có những chất nào khử đƣợc ion KLK?
- Muối Halogen của KLK có đặc tính gì khác với các hợp chất khác của KLK?
Tình huống 8:
Vì sao nhỏ dung dịch phenolphtalein vào dung dịch NaOH loãng, dung dịch chuyển màu hồng còn nhỏ phenolphtalein vào dung dịch NaOH đậm đặc thì dung dịch chuyển màu hồng sau đó lại mất màu?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Xác định khoảng pH chuyển màu của phenolphtalein?
- pH của dung dịch NaOH loãng và dung dịch NaOH đặc có giống nhau không? Đối chiếu với khoảng chuyển màu của phenolphtalein?
Tình huống 9:
Vì sao Na2CO3 là muối trung tính nhƣng dung dịch của nó lại có tính kiềm? (pH > 7)
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
Dựa vào thuyết điện ly của Brotesd và vai trò của nƣớc để giải thích. Na2CO3 → 2Na+
+ CO3
45 tác dụng đƣợc với nƣớc? CO3 2- + H2O ↔ HCO3+ + OH- (bazo) (axit) Tình huống 10:
Khi nhỏ từ từ đến dƣ dung dịch Na2CO3 vào dung dịch FeCl3 có cùng nồng độ và ngƣợc lại nhỏ từ từ dung dịch FeCl3 vào dung dịch Na2CO3 hiện tƣợng thu đƣợc có giống nhau không? Vì sao?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Tính chất của dd Na2CO3 và dd FeCl3? (sự điện li và sự tƣơng tác của các ion với nƣớc)
- Xác định sự tƣơng tác của các ion trong dd Na2CO3 (ít) với các ion trong dd FeCl3(dƣ) để xác định hiện tƣợng?( có bọt khí thoát ra, sau đó xuất hiện kết tủa nâu đỏ)
- Ngƣợc lại: nhỏ dd FeCl3 (ít) vào dd Na2CO3 (dƣ) có hiện tƣợng gì? (xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ trƣớc sau đó mới thấy bọt khí thoát ra)
- Kết luận: Hiện tƣợng xảy ra ở hai trƣờng hợp là không giống nhau. Tình huống 11:
Vì sao NaHCO3( nabica) đƣợc dùng làm thuốc chữa bệnh đau dạ dày khi dịch vị dạ dày có dƣ axit? (thuốc muối)
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Nguyên nhân gây ra những cơn đau dạ dày? (hàm lƣợng axit trong dạ dày quá cao, nồng độ ion H+
cao)
- Na2CO3 có trong thuốc nabica khi vào trong dạ dày sẽ thủy phân cho môi trƣờng bazo theo phƣơng trình sau:
NaHCO3 → Na+ + HCO3 -
(1)
Anion hidrocacbonat trung hòa lƣợng axit trong dạ dày cắt đứt các cơn đau theo PTPƢ:
HCO3 -
+ H+ → H2O + CO2 (2)
46 Tình huống 12:
Tại sao dung dịch nƣớc Giaven gồm: NaCl; NaClO; H2O lại có tính tẩy rửa và làm trắng?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
Thành phàn nào trong nƣớc giaven gây ra tính tảy màu?(Cl+1
trong phân tử NaClO kém bền, có tính OXH mạnh).
Tình huống 13:
Tại sao nhiệt nóng chảy của Magie thấp hơn các nguyên tố kim loại đứng sau nó trong nhóm IIA?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
So sánh sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể, bán kính nguyên tử, độ chặt khít của ô mạng cơ sở, khối lƣợng riêng của Magie với các nguyên tố đứng sau nó?
Tình huống 14:
Giải thích hiện tƣợng hình thành thạch nhũ trong hang đá vôi? Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
Xẩy ra quá trình thuận nghịch sau:
1. CaCO3 ↓ + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2. Kết tủa tan.
2. Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + CO2 + H2O. Kết tủa đƣợc tạo thành. Tình huống 15.
Tại sao Beri có thế điện cực chuẩn âm hơn Hidro nhƣng không tham gia phản ứng đƣợc với nƣớc cả ở nhiệt độ thƣờng và nhiệt độ cao.
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Khả năng phản ứng của Beri với oxi không khí? (Beri tác dụng với oxi không khí ở điều kiện thƣờng tạo lớp màng BeO)
- Đặc tính của lớp BeO? (bền, chắc, không thấm khí, bảo vệ cho Beri không tác dụng với nƣớc cả ở nhiệt độ cao).
Tình huống 16:
47
KLK, KLKT khác? Nêu cách dập tắt đám cháy của các kim loại này? Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Magie và các KLK, KLKT có tính khử nhƣ thế nào? - Xác định số OXH của cacbon trong CO2?
- Các KLK, KLKT tiếp xúc với CO2 ở nhiệt độ cao có xảy ra phản ứng hóa học hay không?
- Có cách nào để dập tắt đám cháy của kim loại này? Tình huống 17:
Tại sao ấm đun nƣớc hoặc phích chứa nƣớc lâu ngày thƣờng có cạn ở dƣới đáy? Cách làm mất lớp cạn đó?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề: - Thành phần của nƣớc tự nhiên?
- Những chất tan trong nƣớc dễ bị phân hủy, tham gia phản ứng thủy phân tạo kết tủa, tạo cặn trong ấm, phích nƣớc?
- Chất đƣợc dùng để khử cặn cần có đặc tính gì?(hòa tan kết tủa và không gây độc hại)
- Các cách sử dụng trong thực tế không dùng hóa chất? (đun với vỏ khoai tây, bã chè…)
Tình huống 18:
Vì sao nhôm là kim loại hoạt động mạnh nhƣng lại phản ứng đƣợc với dd kiềm?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Nhôm có khả năng phản ứng đƣợc với nƣớc không? Ví sao PƢ của (Al + H2O) lại dừng lại ngay?
- Tại sao khi cho dd kiềm vào thì PƢ lại tiếp tục xảy ra? 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓+ 3H2 (1)
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (2)
Dd kiềm sẽ hòa tan lớp màng hidroxit nhôm bên ngoài giúp nhôm tiếp xúc đƣợc với nƣớc PƢ (1) tiếp tục xảy ra.
48 Tình huống 19:
Vì sao muối K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O đƣợc gọi là phèn chua đƣợc dùng làm trong nƣớc đục hoặc nƣớc phù sa trên sông ngòi?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề
- Muối K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O tan trong nƣớc tạo thành môi trƣờng gì?
- Viết PTHH của phản ứng thủy phân của phèn trong nƣớc? K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. → 2K+ + 2Al3+ + 4SO42- + 24H2O Al3+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2 + H2O → Al(OH)3↓ + H+
Do nồng độ ion H+trong nƣớc không đủ lớn để kết tủa hoàn toàn Al3+
nên tạo thành lớp màng keo nhớt, lơ lửng trong dung dịch. Các hạt phù sa nhỏ bám vào thành hạt lớn (lớp keo nhớt), nặng lắng xuống đáy.
Tình huống 20:
Vì sao nhôm đƣợc dùng làm dây dẫn điện đƣờng điện cao thế mặc dù độ dẫn điện của nhôm chỉ bằng 2/3 của đồng?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- So sánh độ dẫn điện và tỉ trọng của nhôm và đồng?
- Với dây dẫn điện cao thế (dẫn đi xa và ở độ cao lớn) thì yếu tố nào quan trọng hơn? Giá thành của hai kim loại?
Tình huống 21:
Nƣớc trong tự nhiên, nƣớc giếng chứa nhiều ion: Ca2+
; Mg2+; Ba2+, làm cách nào để loại bỏ những ion này ra khỏi nƣớc?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề: Chuyển các ion Ca2+
; Mg2+; Ba2+ từ dạng dung dịch sang dạng kết tủa. Cách 1: Dùng phƣơng pháp đun sôi.
Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2
49
Ba(HCO3)2 → BaCO3 ↓ + H2O + CO2
Cách 2: Dùng dung dịch Na2CO3, Na3PO4 để tạo kết tủa. Ca2+ + CO3 2- → CaCO3 ↓ Mg2+ + CO3 2- → MgCO3 ↓ Ba2+ + CO32- → BaCO3 ↓
Gv có thể giới thiệu thêm phƣơng pháp khác. Tình huống 22:
Vì sao kim loại nhôm đƣợc dùng làm giấy gói thực phẩm? (bánh kẹo, đồ ăn…)
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
- Yêu cầu của giấy dùng để gói thực phẩm? (không độc, bền, chắc ) - Nhôm không độc, tính dẻo của nó thuận lợi cho việc thay đổi, tạo các hình dạng khác nhau.
- Tính bền của nhôm trong không khí. (có lớp Al2O3 bền chắc bảo vệ). Tình huống 23:
Có nên dùng dụng cụ bằng nhôm để đựng dƣa chua, đựng canh chua, cá kho lâu...ngày không? Vì sao? Nêu cách sử dụng hợp lí đồ dùng bằng nhôm?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
- Xác định môi trƣờng canh chua, dƣa chua, cá kho mặn…?
- Lớp Al2O3 bảo vệ cho nhôm, kim loại nhôm có bền trong môi trƣờng này không?
Tình huống 24:
Vì sao đoạn dây bằng nhôm nối với dây đồng để trong không khí ẩm lâu ngày thì dây nhôm, tại chỗ nối lại bị ăn mòn nhanh hơn?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
- Đoạn dây bằng nhôm nối với dây đồng để trong không khí ẩm sẽ phát sinh hiện tƣợng ăn mòn kim loại nào?
50
đó giải thích tại sao nhôm lại bị ăn mòn nhanh hơn? Tình huống 25:
Vì sao trong thùng điện phân Al2O3 thì cực âm ( than chì) lại đƣợc cố định ở đáy thùng còn cực dƣơng (than chì) lại có thể chuyển động thẳng đứng trong thùng?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
- Những chất nào đƣợc tạo ra ở các điện cực trong quá trình điện phân Al2O3?
- Các chất tạo ra có khả năng phản ứng đƣợc với các điện cực không? Tình huống 26:
Nhỏ từ từ dd NaOH vào dd AlCl3 và ngƣợc lại nhỏ từ từ dd AlCl3 vào dd NaOH hiện tƣợng xẩy ra có giống nhau không? Vì sao?
Nếu thay dd NaOH bằng dd NH3 thì có hiện tƣợng gì khác biệt? Giải thích?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
Nhỏ từ từ dd NaOH vào dd AlCl3 ban đầu xuất hiện kết tủa Al(OH)3, khối lƣợng tăng dần đến cực đại, sau đó kết tủa tan. Ngƣợc lại nếu cho dd AlCl3 vào dd NaOH kết tủa Al(OH)3xuất hiện rồi tan ngay.
Nếu thay dd NaOH bằng dd NH3 cũng thấy xuất hiện kết tủa Al(OH)3
nhƣng kết tủa không tan. Tình huống 27:
Vì sao ngƣời nông dân thƣờng dùng vôi sống ( CaO) để khử độ chua của đất trƣớc khi cấy lúa?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề:
CaO là oxit bazơ, tác dụng với axit tạo muối và tác dụng với nƣớc trong đất:
CaO + H2O → Ca(OH)2 . Canxihidroxit là một bazơ trung hòa lƣợng axit có trong đất vì vậy làm giảm độ chua của đất.
51
Tại sao ao cá trƣớc khi thả cá ta thƣờng bơm cạn, vét bùn, dải vôi bột, phơi khô?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề: - Tính chất của CaO?
- Ao nuôi cá lâu ngày có tính chất gì? CaO là oxit bazơ:
- CaO tác dụng với axit tạo muối.
- CaO + H2O → Ca(OH)2 . Canxihidroxit là một bazơ trung hòa lƣợng axit có trong đất vì vậy làm giảm độ chua của đất.
Ngoài tác dụng khử chua CaO còn có khả năng diệt khuẩn. Tình huống 29:
Có thể dùng những chất nào sau đây để kết tủa Al(OH)3. Từ dung dịch AlCl3. Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề: A. Dung dịch HCl. B. Khí CO2. C. Dung dịch KOH. D. Dung dịch Na2CO3. E. Khí amoniac (NH3) Tình huống 30:
Trong quá trình điều chế nhôm, từ Al2O3 để tăng hiệu suất của phản ứng điều chế nhôm ngƣời ta chọn cách nào?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
A. Dùng criolit nóng chảy (Na3AlF6). B. Tăng nhiệt độ của phản ứng.
C. Tăng lƣợng Al2O3 đem nhiệt phân. Tình huống 31:
Nếu chỉ dùng Al2O3 mà không dùng criolit thì có điều chế đƣợc nhôm bằng quá trình điện phân Al2O3 không? Tại sao?
52
Về mặt lý thuyết là hoàn toàn có thể đƣợc. Vì criolit chỉ có tác dụng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của oxit nhôm( từ 20500C xuống 9000
C). Tuy nhiên thực tế ta không thể không dùng criolit trong quá trình điều chế nhôm từ nhôm oxit ( nhiệt độ nóng chảy Al2O3 rất cao, năng lƣợng tiêu tốn nhiều, khó có vật dụng nào có nhiệt nóng chảy cao trên 20500
C. Tình huống 32:
Trong quá trình điện phân nóng chảy Al2O3 với anot bằng than chì, tại sao phải định kì thay anot?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
Anôt(cực +) C. xẩy ra quá trình nhƣờng electron.
2O2- + 4e → O2 . Nhiệt độ trong thùng điện phân khoảng 9000C ở nhiệt độ đó oxi sinh ra sẽ phản ứng với điện cực than chì gây ra hiện tƣợng cháy cực dƣơng. Làm cho anot bị ăn mòn vì thế phải thƣờng xuyên thay anot.
Tình huống 33:
Nhôm là kim loại rất phổ biến trong tự nhiên nhƣng tại sao đến thế kỉ 19, nhôm mới chỉ đƣợc dùng làm đồ trang sức?
Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
1. Trƣớc đây nhôm đƣợc sản xuất theo phƣơng pháp nào? 2. Giá thành sản phẩm ra sao?
3. Làm thế nào để giảm giá thành sản phẩm? Tình huống 34:
Có hai ống nghiệm đã đựng sẵn một lƣợng nhỏ Al2O3, nhỏ từ từ dung dịch HCl và NaOH lần lƣợt vào hai ống nghiệm trên. Dự đoán hiện tƣợng xảy ra? Hƣớng dẫn giải quyết vấn đề.
Gv làm thí nghiệm, học sinh quan sát, so sánh với dự đoán ban đầu. Giải thích hiện tƣợng trong thí nghiệm và rút ra nhận xét về tính chất hoá học của Al2O3?