CHƯƠNG 6 : KIM LOẠI KIỀM -KIỀM THỔ -NHÔM
A: KIM LOẠI KIỀM
I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO
1. Vị trí của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn
- Nhóm IA, đứng ở mỗi đầu chu kì (trừ chu kì 1 )
2. Cấu tạo của kim loại kiềm
* Nhận xét:
- Có 1e lớp ngoài cùng (rất ít) nhưng bán kính nguyên tử lớn (lớn nhất so với các nguyên tố trong cùng 1 chu kì) → dễ tách khỏi nguyên tử (năng lượng ion hóa nhỏ).
M → M+ + 1e
- Liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm kém bền vững.
- Năng lượng ion hóa giảm dần từ Li → Cs.
- Bán kính nguyên tử tăng dần từ Li → Cs.
- Độ âm điện giảm dần từ Li → Cs.
- Thế điện cực chuẩn rất âm và tăng dần từ từ Li → Cs.
- Mạng tinh thể của kim loại kiềm lập phương tâm khối → rỗng và xốp.
→ Kim loại kiềm có tính khử rất mạnh và tăng dần từ Li → Cs.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Các kim loại kiềm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối là kiểu mạng kém đặc khít (rỗng và xốp).
- Liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm kém bền vững.
→ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại kiềm thấp hơn nhiều so với các kim loại khác.
→ Khối lượng riêng của các kim loại kiềm cũng nhỏ hơn so với các kim loại khác.
→ Các kim loại kiềm đều mềm, có thể cắt chúng bằng dao.
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
- Kim loại kiềm có tính khử rất mạnh và tăng dần từ Li → Cs.
1. Tác dụng với phi kim
- Hầu hết các kim loại kiềm có thể khử được các phi kim.
+ Tác dụng với oxi → hỗn hợp oxit và peoxit
Ví dụ: 4Na + O2 → 2Na2O
2Na + O2 → Na2O2
+ Tác dụng với halogen → muối halogenua
Ví dụ: 2Na + Cl2 → 2NaCl
+ Tác dụng với lưu huỳnh → muối sunfua
Ví dụ: 2Na + S → 2Na2S
2. Tác dụng với axit
- Kim loại kiềm dễ dàng khử H+ của dung dịch axit của HCl, H2SO4 thành H2 (phản ứng gây nổ nguy hiểm)
Ví dụ: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2
H2
3. Tác dụng với nước
- Liti: viên liti chạy trên mặt nước và bốc cháy
- Natri: khá giống với Li, đám cháy lâu hơn và gây ra vụ nổ nhỏ
- Kali: vụ nổ lớn, phản ứng vô cùng mãnh liệt
- Rb, Cs, Fr: các bạn hãy dự đoán khả năng phản ứng
Tổng quát: 2M + 2H2O → 2MOH + H2
Do vậy, các kim loại kiềm được bảo quản bằng cách ngâm chìm trong dầu hỏa.
IV. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG
1. Điều chế
- Phương pháp thường dùng để điều chế kim loại kiềm là điện phân nóng chảy muối halogenua của kim loại kiềm.
Ví dụ: Điện phân nóng chảy muối NaCl
Catot ( – ) NaCl Anot ( + )
2 Na+ + e → Na 2Cl- → Cl2 + 2e
Phương trình điện phân là:
2NaCl → 2Na + Cl2
2. Ứng dụng
Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng:
- Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy,...
- Các kim loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài lò phản ứng hạt nhân.
- Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện.
- Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện.
- Kim loại kiềm được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ.
B:KIM LOẠI KIỀM THỔ
I.Vị trí và cấu tạo :Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra. electron lớp nggoài cùng nS2,
II.Tính chất vật lý: Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp.Độ cứng có cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn thấp. Khối lượng riêng tương đối nhỏ,là những kim loại nhẹ hơn nhôm.(trừ Ba)
II.Tính chất hoá học:
Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hóa tương đối nhỏ, vì vậy
Kim lo ại ki ềm thổ có tính khử manh.Tính khử tăng dần từ Be đến Ba: M→M2+ +2e.
Trong các hợp chất , klk thổ có số oxh là +2.
1/Tác dụng với phi kim: VD: 2Mg + O2 →2MgO
a) Kim loại kiềm thổ khử được H+ trong các dung dịch axit HCl, H2SO4 thành khí H2
M + 2H+ M2+ + H2 ¬
b) Kim loại kiềm thổ khử được N+5 trong HNO3 loãng xuống N-3; S+6 trong H2SO4 đặc xuống S-2.
4Mg+10HNO3loãng→4Mg(NO3)2+NH4NO3+ 3H2O
4Mg+50H2SO4đ→4MgSO4+H2S+ 4H2O
3/ Tác dụng với H2O :
-Ca,Sr,Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường thành dung dịch bazơ
Vd : Ca +2 H2O = Ca(OH)2 + H2 ¬
– Be không tác dụng với nước. Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ thưòng tạo ra Mg(OH)2,Mg tác dụng nhanh với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO:
2Mg +O2----->2MgO
C :MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ
1/ Canxi hiđroxit:Ca(OH)2 rắn ,màu trắng , ít tan trong nước
-dd canxi hiđroxit là một dd bazơ mạnh :Ca(OH)2 →Ca2+ +2OH– tác dụng với oxit axit, axit ,muối.
Ca(OH)2+CO2→ CaCO3 + H2O Nhận biết CO2
-ứng dụng:chế tạo tạo vữa xây nhà,khử chua, tẩy trùng ,khử trùng, sx amoniac, clorua vôi, vật liệu xây dựng.
2/CaCO3
Chất rắn màu trắng ,không tan trong nước
-đây là muối của một axit yếu và không bền,tác dụng với nhiều axit vô cơ và hữu cơ giải phóng khí CO2:
CaCO3+ 2HCl→ CaCl2 +H2O +CO2 CaCO3 + 2CH3COOH→ Ca(CH3COO)2+H2O+CO2
đặc biệt:CaCO3 tan dần trong nước có chứa khí CO2 : CaCO3+ H2O +CO2↔ Ca(HCO3)2
ph ản ứng x ảy ra theo 2 chi ều :chiều (1) giải thích sự xâm thực của nước mưa,chiều (2) giải thích sự tạo thành thạch nhũ trong hang động.
3/Canxi sunphat:CaSO4chất rắn màu trắng , ít tan trong nước.Có 3 loại:
+ CaSO4 . 2H2O :thạch cao sống,bền ở nhiẹt độ thường. CaSO4 . H2O :thạch cao nung, điều chế bắng cách nung thạch cao sống.
+ CaSO4:thạch cao khan, điều chế bằng cách nung th ạch cao sống ở nhi ệt độ cao h ơn.
+th ạch cao nung thường dùng đúc tượng ,bó bột khi gãy xương
*NƯỚC CỨNG:
1/khái niệm:
-Nước cứng là nước có chứa nhiều ion Canxi,Magiê.
-Nước chứa it hoặc không có chứa ion Canxi ,magiê gọi là nước mềm.
2./phân loại nước cứng:
-Nước cứng tạm thời : nước có chứa các mưôi :Ca(HCO3)2 ,Mg(HCO3)2
-Nước cứng vĩnh cửu: nước có chứa các muối: CaCl2,MgCl2,CaSO4,MgSO4.
–Nước cứng toàn phần:nứơc có cả tính tạm thời và tính vĩnh cữu.
3/ tác hại của nước cứng:nước cứng làm xà phòng ít bọt, nấu thực phẩm bị lâu chin và giảm mùi vị, gây tác hại trong các ngành sản xuất.
4/ Các biện pháp làm mềm nước cứng:
Nguyên tắc:giảm nồng độ cation :Ca2+,Mg2+ trong nước cứng.
*Phương pháp kết tủa:
-Với nước cứng tạm thời: Đun sôi hoặc dung Ca(OH)2 hoặc Na2CO3 dể kết tủa ion canxi,magie ,loại bỏ kết tủa ta được nước mềm: M(HCO3)2 → MCO3+CO2 +H2O
-Với nước cứng vĩnh cữu: Dung Na2CO3,Na3PO4,Ca(OH)2 dể làm mềm :
Ca2+ + CO32-→ CaCO3 3Ca2+ +2PO43- → Ca3(PO4)2
Mg2+ + CO32-→ MgCO3 3Mg2+ +2PO43- →Mg3(PO4)2
*Phương pháp trao đổi ion: Dùng chất trao đổi ion(hạt zeolit), hoặc nhựa trao đổi ion. Nước cứng đi qua chất trao
đổi ion là các hạt zeolit thì ion canxi ,magiê được trao đổi bằng những ion khác như H+,Na+….ta được nước mềm.
D NHÔM VÀ MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA NHÔM
I. Vị trí và cấu tạo: Nhôm có số hiệu nguyên tử 13, thuộc chu kì 3, nhóm IIIA, chu kì 3 BTH
2. Cấu tạo của nhôm:
Cấu hình e: 1s22s22p63s23p1 hay [Ne]3s23p1 . Số oxi hoá: +3.
II. Tính chất vật lí: Al màu trắng bạc, mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng, nhẹ (2,7g/cm3), t0nc = 6600C, dẫn điện và nhiệt tốt.
III. Tính chất hóa học: Nhôm là kim loại có tính khử mạnh sau kim loại kiềm và kiềm thổ.
Al → Al3+ + 3e
1. Tác dụng với phi kim: Tác dụng trực tiếp và mạnh với nhiều phi kim như: O2, Cl2, S,…
2. Tác dụng với axit HCl và H2SO4 loãng → H2↑:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑ 2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2↑
Với HNO3 loãng hoặc đặc nóng, H2SO4 đặc nóng thì nhôm khử và xuống số oxi hoá thấp hơn.
Al + 4HNO3 loãng→ Al(NO3)3 + NO + 2H2O
2Al + 6H2SO4 đặc, nóng → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Với HNO3 và H2SO4 đặc nguội: không tác dụng .
4. Tác dụng với nước.
Nhôm có thể khử được nước →H2↑: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑
Những vật bằng nhôm được phủ màng Al2O3 rất mỏng, mịn, bền nên không cho nước và khí thấm qua.
5. Tác dụng với dung dịch kiềm.
Nhôm tan trong dung dịch kiềm : 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 (dd) + 3H2↑
Hiện tượng trên được giải thích như sau:
– Màng bảo vệ Al2O3 bị phá hủy trong dung dịch kiềm: Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2+ 2H2O
– Nhôm khử nước: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 +3H2↑
-Màng Al(OH)3 bị phá hủy: Al(OH)3 + NaOH → 2NaAlO2 (dd) + 3H2↑
IV. Ứng dụng và sản xuất.
1. Ứng dụng:Chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ, trang trí nội thất, bột nhôm trộn bột sắt( tecmit) dùng hàn đường ray.
2. Sản xuất: Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng boxit bằng phương pháp điện phân. Có 2 công đoạn:Tinh chế quặng boxit(Al2O3.2H2O): loại bỏ tạp chất SiO2, Fe2O3…Điện phân Al2O3 nóng chảy( hỗn hợp Al2O3 với criolit Na3AlF6):
2Al2O3 4Al + 3O2 ↑
MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM
1. I. NHÔM OXIT – Al2O3 :
1.Tính chất vật lí : Trạng thái rắn, màu trắng, không tác dụng với nước va không tan trong nước, t0nc ở 20500C.
2/ Trạng thái tự nhiên: tồn tại ở 2 dạng -dạng ngậm nước: boxit (Al2O3.nH2O) → sản xuất nhôm
3/ Tính chất hoá học :
a. Tính bền vững: Lực hút giữa Al3+ và O2- rất mạnh tạo ra liên kết bền vững → có t0nc rất cao, khó bị khử thành kim loại nhôm.
b. Tính lưỡng tính :
– Tính bazơ : Al2O3 + 6HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O
Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3 H2O
– Tính axit : Al2O3 + 2 NaOH → 2NaAlO2+ 3 H2O
Al2O3 + 2OH– → 2 AlO2–+2H2O
3.Ứng dụng : Làm đồ trang sức, CN kỷ thuật cao, vật liệu mài ( đá mài ), nguyên liệu sản xuất nhôm kim loại
II. NHÔM HiĐROXIT Al(OH)3 :
1.. Tính chất vật lý : Chất rắn, kết tủa keo, màu trắng
2.. Tính chất hoá học
a.. Hợp chất kém bền : Dể bị phân huỷ bởi nhiệt độ
b.. Là hợp chất lưỡng tính :
* Tính bazơ : Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O
* Tính axit :
Al(OH)3¬ + NaOH → NaAlO2+ 2H2O Al(OH)3¬ + OH– → AlO2–+2H2O
Þ Al(OH)3 là hiđroxit lưỡng tính
III.NHÔM SUNFAT :
Phèn chua K2SO4. Al2(SO4)3 .24H2O.
viết gọn: KAl(SO4)2.12H2O
Nếu thay K+ bằng Na+, Li+ hay NH4+ muối kép khác (phèn nhôm)
Phèn chua được sử dụng trong thuộc da, Cn giấy, chất cầm màu, làm trong nước.
IV: CÁCH NHẬN BIẾT ION Al3+ TRONG DUNG DỊCH:
Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư, nếu cĩ kết tủa keo rồi kết tủa tan dung dịch cĩ Al3+.
Al3+ + 3OH– → Al(OH)3¯ Al(OH)3 + OH– dư→ AlO2–+2H2O
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
