Bài 26. Ôn tập chương 7 – Tóm tắt Hoá học 12

1. Khái niệm, cấu tạo và tính chất của hai nhóm

Định nghĩa

Nhóm IA (kim loại kiềm) gồm $\mathrm{Li, Na, K, Rb, Cs, Fr}$ ; nguyên tử có 1 electron hoá trị ở lớp ngoài cùng, cấu hình $ns^1$ . Hydrogen cũng thuộc nhóm IA nhưng là phi kim, cấu hình $1s^1$ .
Nhóm IIA (kim loại kiềm thổ) gồm $\mathrm{Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra}$ ; nguyên tử có 2 electron hoá trị, cấu hình $ns^2$ .

Cả hai nhóm đều thuộc khối $s$ , có 1–2 electron hoá trị nên dễ nhường electron, là những chất khử mạnh. Số oxi hoá đặc trưng trong hợp chất: nhóm IA là $+1$ ; nhóm IIA là $+2$ .

Quy luật biến đổi tính chất từ trên xuống trong nhóm

Bán kính nguyên tử tăng dần $\Rightarrow$ lực hút của hạt nhân với electron hoá trị giảm.
Năng lượng ion hoá giảm dần, độ âm điện giảm dần.
Do đó tính khử tăng dần: phản ứng với nước, với oxygen càng mạnh.
Kim loại kiềm mềm, nhẹ, nhiệt độ nóng chảy thấp; nhiệt độ nóng chảy của kim loại kiềm giảm dần từ Li đến Cs.

Ví dụ: $\mathrm{K}$ phản ứng với nước mãnh liệt hơn $\mathrm{Na}$ ; $\mathrm{Ca}$ phản ứng với nước mạnh hơn $\mathrm{Mg}$ .

1.1 Tính chất hoá học điển hình

1. Tác dụng với phi kim. Với oxygen:

\mathrm{4Li + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Li_2O};\qquad \mathrm{2Na + O_2 \xrightarrow{t^\circ} Na_2O_2};\qquad \mathrm{K + O_2 \xrightarrow{t^\circ} KO_2}.

Kim loại kiềm thổ tạo oxide:

\mathrm{2M + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2MO}\qquad (\mathrm{M}:\mathrm{Mg, Ca,\dots})

2. Tác dụng với nước. Kim loại kiềm:

\mathrm{2M + 2H_2O \longrightarrow 2MOH + H_2\uparrow}

Nếu cho kim loại kiềm vào dung dịch muối như $\mathrm{FeCl_3, CuSO_4}$ , kim loại kiềm tác dụng với nước trước, sản phẩm là hydroxide kết tủa chứ không phải kim loại tự do:

\mathrm{6Na + 6H_2O + 2FeCl_3 \longrightarrow 2Fe(OH)_3\downarrow + 6NaCl + 3H_2\uparrow}

Kim loại kiềm thổ ( $\mathrm{Ca, Sr, Ba}$ phản ứng ở nhiệt độ thường):

\mathrm{Ca + 2H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow}

Magnesium phản ứng chậm với nước nóng; với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo oxide:

\mathrm{Mg + 2H_2O \xrightarrow{t^\circ} Mg(OH)_2 + H_2\uparrow};\qquad \mathrm{Mg + H_2O(g) \xrightarrow{t^\circ} MgO + H_2\uparrow}

3. Tác dụng với acid, hydrogen.

\mathrm{2Na + 2HCl \longrightarrow 2NaCl + H_2\uparrow};\qquad \mathrm{Ca + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + H_2\uparrow}

Với hydrogen, ở nhiệt độ cao tạo hydride:

\mathrm{2Na + H_2 \xrightarrow{t^\circ} 2NaH};\qquad \mathrm{Ca + H_2 \xrightarrow{t^\circ} CaH_2}.

1.2 Hợp chất quan trọng của nhóm IA và IIA

Sodium hydroxide $\mathrm{NaOH}$ : base mạnh, tan nhiều trong nước, hút ẩm, hấp thụ $\mathrm{CO_2}$ .

$\mathrm{2NaOH + CO_2 \longrightarrow Na_2CO_3 + H_2O}; \qquad \mathrm{NaOH + HCl \longrightarrow NaCl + H_2O}.$

Tác dụng với muối:

$\mathrm{2NaOH + CuSO_4 \longrightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4};$

$\mathrm{NaOH + NH_4Cl \xrightarrow{t^\circ} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O}.$
Sodium carbonate và sodium hydrogencarbonate:

$\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \longrightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O}$

$\mathrm{NaHCO_3 + HCl \longrightarrow NaCl + CO_2\uparrow + H_2O};$

$\mathrm{2NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ} Na_2CO_3 + CO_2\uparrow + H_2O}$

$\mathrm{Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O \longrightarrow 2NaHCO_3}.$

Nhận biết: đun nóng chất rắn $\mathrm{NaHCO_3}$ cho khí $\mathrm{CO_2}$ làm đục nước vôi trong, còn $\mathrm{Na_2CO_3}$ bền với nhiệt.
Nước cứng: nước chứa nhiều ion $\mathrm{Ca^{2+}, Mg^{2+}}$ . Nước cứng tạm thời chứa $\mathrm{Ca(HCO_3)_2, Mg(HCO_3)_2}$ ; nước cứng vĩnh cửu chứa muối $\mathrm{CaSO_4, MgSO_4, CaCl_2, MgCl_2}$ ; nước cứng toàn phần có cả hai loại. Khi đun sôi nước cứng tạm thời:

$\mathrm{Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}$

$\mathrm{Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} MgCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}.$

Làm mềm nước cứng bằng phương pháp kết tủa (dùng $\mathrm{Na_2CO_3}$ , $\mathrm{Na_3PO_4}$ ) hoặc phương pháp trao đổi ion.
Chu trình của calcium:

$\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow};\quad \mathrm{CaO + H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2};$

$\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O};$

$\mathrm{Ca(OH)_2 + Na_2CO_3 \longrightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH}.$

2. Phương pháp giải bài tập

Phương pháp

Bài tập nhóm IA, IIA thường xoay quanh bốn kiểu sau.

1.
So sánh tính chất trong nhóm: dựa vào xu hướng bán kính, năng lượng ion hoá, độ âm điện để kết luận mức độ hoạt động hoá học.
2.
Tính toán phản ứng với nước: viết phương trình, dùng tỉ lệ mol. Kim loại kiềm cho vào dung dịch muối thì phản ứng với nước trước, có thể tạo hydroxide kết tủa, không đẩy kim loại ra khỏi muối.
3.
Bài toán nước cứng: nước cứng tạm thời bị làm mềm khi đun sôi (tạo kết tủa $\mathrm{CaCO_3}$ , $\mathrm{MgCO_3}$ ); nước cứng vĩnh cửu cần dùng $\mathrm{Na_2CO_3}$ , $\mathrm{Na_3PO_4}$ hoặc trao đổi ion.
4.
Phân biệt chất: dùng đun nóng, dùng nước vôi, hoặc thử màu ngọn lửa: $\mathrm{Na}$ vàng, $\mathrm{K}$ tím nhạt, $\mathrm{Ca}$ đỏ cam, $\mathrm{Ba}$ lục (vàng lục).

3. Ví dụ có lời giải

Ví dụ 1

Một mẫu nước chứa $0{,}02\ \mathrm{mol}$ $\mathrm{Ca(HCO_3)_2}$ và $0{,}01\ \mathrm{mol}$ $\mathrm{Mg(HCO_3)_2}$ . Đun sôi đến phản ứng hoàn toàn. Tính khối lượng kết tủa thu được.

Lời giải · 4 bước

\mathrm{Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}

Bước 2

nên $n_{\mathrm{CaCO_3}}=0{,}02\ \mathrm{mol}$ , $m_{\mathrm{CaCO_3}}=0{,}02\times100=2{,}00$ gam.

\mathrm{Mg(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} MgCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O}

Bước 3

nên $n_{\mathrm{MgCO_3}}=0{,}01\ \mathrm{mol}$ , $m_{\mathrm{MgCO_3}}=0{,}01\times84=0{,}84$ gam.

Bước 4

Vậy khối lượng kết tủa là $2{,}00+0{,}84=2{,}84$ gam.

Ví dụ 2

Thả $2{,}3$ gam sodium vào $97{,}7$ gam nước. Tính thể tích khí $\mathrm{H_2}$ thu được ở đkc và nồng độ phần trăm của dung dịch thu được sau phản ứng.

Lời giải · 4 bước

$n_{\mathrm{Na}}=\dfrac{2{,}3}{23}=0{,}10\ \mathrm{mol}$ .

\mathrm{2Na + 2H_2O \longrightarrow 2NaOH + H_2\uparrow}

Bước 2

Theo tỉ lệ: $n_{\mathrm{NaOH}}=0{,}10\ \mathrm{mol}$ ; $n_{\mathrm{H_2}}=0{,}05\ \mathrm{mol}$ . Thể tích khí: $V=0{,}05\times24{,}79\approx1{,}24$ L.

Bước 3

Khối lượng dung dịch sau phản ứng (khí $\mathrm{H_2}$ thoát ra): $m_{\text{dd}}=97{,}7+2{,}3-0{,}05\times2=99{,}9$ gam.

Bước 4

Nồng độ phần trăm:

C\%=\frac{0{,}10\times40}{99{,}9}\times100\%\approx4{,}00\%.

Ví dụ 3

Trình bày chuỗi phản ứng chuyển đá vôi $\mathrm{CaCO_3}$ sang vôi sống $\mathrm{CaO}$ , sau đó sang vôi tôi $\mathrm{Ca(OH)_2}$ , rồi quay lại đá vôi $\mathrm{CaCO_3}$ ; viết phương trình hoá học.

Lời giải · 2 bước

Nhiệt phân đá vôi: $\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow}$ .
Tôi vôi: $\mathrm{CaO + H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2}$ .
Quay lại đá vôi: $\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}$ .

Bước 2

Điều kiện: nhiệt phân ở nhiệt độ cao; tôi vôi ở nhiệt độ thường (phản ứng toả nhiệt).

Ví dụ 4

Có hai chất rắn: $\mathrm{Na_2CO_3}$ và $\mathrm{NaHCO_3}$ . Nêu cách phân biệt bằng một thí nghiệm đơn giản.

Lời giải · 2 bước

Lấy ít mỗi mẫu cho vào hai ống nghiệm, đun nóng. Ống nào thoát ra khí làm đục nước vôi trong là $\mathrm{NaHCO_3}$ :

\mathrm{2NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ} Na_2CO_3 + CO_2\uparrow + H_2O}

\mathrm{CO_2 + Ca(OH)_2 \longrightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}.

Bước 2

Ống còn lại không có hiện tượng là $\mathrm{Na_2CO_3}$ . Cách khác: hoà tan rồi thêm dung dịch $\mathrm{CaCl_2}$ ; $\mathrm{Na_2CO_3}$ tạo kết tủa $\mathrm{CaCO_3}$ , còn $\mathrm{NaHCO_3}$ không tạo kết tủa (ở nhiệt độ thường):

\mathrm{Na_2CO_3 + CaCl_2 \longrightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl}.

4. Lưu ý hay nhầm

Lưu ý

Hydrogen tuy thuộc nhóm IA nhưng không phải kim loại kiềm.
Không viết $\mathrm{Na}$ đẩy $\mathrm{Cu}$ ra khỏi dung dịch $\mathrm{CuSO_4}$ . Sản phẩm đúng có $\mathrm{Cu(OH)_2}$ kết tủa và khí $\mathrm{H_2}$ .
Hydroxide kim loại kiềm là base mạnh, tan tốt; tính base và độ tan của $\mathrm{M(OH)_2}$ nhóm IIA tăng từ $\mathrm{Mg(OH)_2}$ đến $\mathrm{Ba(OH)_2}$ ; $\mathrm{Be(OH)_2}$ lưỡng tính.
Đun sôi không làm mềm được nước cứng vĩnh cửu vì các muối $\mathrm{CaSO_4}$ , $\mathrm{CaCl_2}$ , $\mathrm{MgSO_4}$ , $\mathrm{MgCl_2}$ không bị phân huỷ khi đun.

Nhớ nhanh

1. Khái niệm, cấu tạo và tính chất của hai nhóm

1.1 Tính chất hoá học điển hình

1.2 Hợp chất quan trọng của nhóm IA và IIA

2. Phương pháp giải bài tập

3. Ví dụ có lời giải

4. Lưu ý hay nhầm