Hóa học 12 Bài 26: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng
Nội dung bài học trình bày cụ thể, tỉ mỉ về Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm, giúp các em học sinh biết được vị trí của kim loại kiềm thổ trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học; cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế. Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Kim loại kiềm thổ như Ca(OH)2 (Canxi hidroxit), CaCO3 (Canxi cacbonat), CaSO4 (Canxi sunfat)... Ngoài ra, các em sẽ được tìm hiểu thêm về nước cứng, nguyên tắc và phương pháp làm mềm nước cứng.
Mục lục nội dung
1. Tóm tắt lý thuyết
1.1. Kim loại kiềm thổ
a. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử
- Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm các nguyên tố: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
- Cấu tạo: cấu hình e lớp ngoài cùng ns2 (n là thứ tự của chu kỳ) KL kiềm thổ có 2e lớp ngoài cùng
b. Tính chất vật lí của kim loại kiềm thổ
- Có màu trắng bạc, có thể dát mỏng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ.
c. Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ
- KL kiềm thổ có năng lượng ion hoá tương đối nhỏ. Vì vậy KLK thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be → Ba .
Ta có: M → M2+ + 2e
- Trong hợp chất KLK thổ có số oxi hoá = +2
Tác dụng với phi kim
\(2\mathop {Mg}\limits^0 + \mathop {{O_2}}\limits^0 \to 2\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \mathop {{\rm{ }}O}\limits^{ - 2} \)
Tác dụng với dung dịch Axit
\(\mathop {Mg}\limits^0 + 2\mathop {HCl}\limits^{ + 1} \to \mathop {Mg}\limits^{ + 2} C{l_2} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \uparrow \)
Tác dụng với axit HNO3, H2SO4 đặc
KLK thổ có thể khử N+5 trong HNO3 loãng xuống N-3 , S+6 trong H2SO4 đặc xuống S-2
\(\mathop {Mg}\limits^0 + 5{H_2}S{O_4} \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} S{O_4} + {H_2}\mathop {{\rm{ }}S}\limits^{ - 2} + 4{H_2}O\)
\(\mathop {Mg}\limits^0 + 10HN{O_3}(loang) \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} {(N{O_3})_2} + \mathop {{\rm{ }}N}\limits^{ - 3} {H_4}N{O_3} + 3{H_2}O\)
Tác dụng với nước
Thí nghiệm Canxi tác dụng với nước: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 +H2
1.2. Một số hợp chất quan trọng của Canxi
a. Canxi hidroxit
- Ca(OH)2 là bazơ mạnh, dễ dàng hấp thụ khí CO2. Phương trình: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
- Ứng dụng: Sản xuất amoniac (NH3), Clorua vôi (CaOCl2)...
b. Canxi cacbonat (CaCO3)
- Dễ bị nhiệt phân huỷ: CaCO3 → CaO + CO2
- CaCO3 tan dần trong nước có hoà tan CO2: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
- Ứng dụng: Dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, ...
c. Canxi sunfat
- Là chất rắn màu trắng, tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O gọi là thạch cao sống.
- Khi đun nóng đến 1600C thạch cao sống biến thành thạch cao nung.
CaSO4.2H2O → CaSO4.H2O + H2O
- Ứng dụng: Dùng để nặn tượng, đúc khuôn, bó bột khi gãy xương, ...
1.3. Nước cứng
a. Khái niệm
Nước cứng là nước có chứa ion Ca2+, Mg2+
- Nước cứng tạm thời: Là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2
\(\begin{array}{l}
Ca{\left( {HC{O_3}} \right)_2} \to CaC{O_3} + C{O_2} + {H_2}O\\
Mg{\left( {HC{O_3}} \right)_2} \to MgC{O_3} + C{O_2} + {H_2}O
\end{array}\)
- Nước cứng vĩnh cửu: Là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, cloruacủa canxi và magie(CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4)
b. Tác hại của nước cứng
- Trong đời sống : dùng nước cứng để tắm giặt không sạch, làm quần áo chóng hỏng
- Trong sản xuất : Tạo cặn, lãng phí nhiên liệu tắc đường ống nước
c. Cách làm mềm nước cứng
- Phương pháp kết tủa:
+ Đun nóng
+ Dùng NaOH
+ Dùng Na2CO3 Hoặc Na3PO4
- Phương pháp trao đổi ion
d. Nhận biết ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch
Dùng dd muối chứa CO32- sẽ tạo kết tủa CaCO3 , MgCO3 . Sục khí CO2 dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ có mặt của Ca2+, Mg2+
2. Bài tập minh họa
2.1. Dạng 1: Hỗn hợp kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm tác dụng với nước
Bài 1: Cho 2,22 gam hỗn hợp kim loại gồm K, Na và Ba vào nước được 500ml dung dịch X có pH = 13. Cô cạn dung dịch X được m gam chất rắn . m là:
A. 4,02
B. 3,42
C. 3,07
D. 3,05
Hướng dẫn giải
Ta có pH = 13⇒pOH = 14 – 13 =1
⇒ [OH-] = 0,1M ⇒ nOH- = 0,1 . 0,5 = 0,05 mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
Ta có: m(bazơ) = m(kim loại) + mOH- = 2,22 + 0,05 .17 = 3,07 g
→ Đáp án C
Bài 2: Chia hỗn hợp X gồm K, Al, Fe thành 2 phần bằng nhau:
- Cho phần 1 vào dung dich KOH dư thu được 0,784 lít khí H2 (đktc).
- Cho phần 2 vào một lượng H2O dư thu được 0,448 lít khí H2 (đktc) và m gam hỗn hợp kim loại Y. Hòa tan hoàn toàn Y vào dung dịch HCl dư thu được 0,56 lít khí H2 (đktc).
Khối lượng tính theo gam cả K, Al, Fe trong mỗi phần hỗn hợp X lần lượt là:
A. 0,39; 0,54; 1,40
B. 0,78; 0,54; 1,12
C. 0,39; 0,54; 0,56
D. 0,78; 1,08; 0,56
Hướng dẫn giải
Ta thấy lượng H2 sinh ra khi tác dụng với H2O ít hơn so với lượng H2 khi tác dụng với KOH ⇒ Khi tác dụng với H2O, Al còn dư
Gọi số mol K, Al, Fe trong mỗi hợp lần lượt là: x, y, z (mol)
nH2 = 2x = 0,02 ⇒ x = 0,01, thay vào (1) ⇒ y = 0,02
Hỗn hợp Y gồm Al dư và Fe phản ứng với HCl
nAl dư = y – x = 0,01 mol
nH2 = 1,5nAl dư + nFe = 0,025 ⇒ z = 0,01
Vậy mK = 0,39g; mAl = 0,54g; mFe = 0,56g
→ Đáp án C
2.2. Dạng 2: Bài toán CO2, SO2 tác dụng với dung dịch bazơ
Hấp thụ hoàn toàn 4,48l khí CO2 ở (đktc) vào 500ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa. Gía trị của m là:
A. 19,70
B. 17,73
C. 9,85
D. 11,82
Hướng dẫn giải
nCO2 = 0,2 mol; nOH- = nNaOH + 2nBa(OH)2 = 0,25 mol
1 < nOH- : nCO2 < 2 ⇒ Tạo hỗn hợp muối CO32- và HCO3-
CO2 + OH- → HCO3- (1)
x x x
CO2 + 2OH- → CO32- (2)
y 2y y
nCO2 = x + y = 0,2
nOH- = x + 2y = 0,25
⇒ x = 0,15; y = 0,05
Ba2+ + CO32- → BaCO3
0,1 0,05
⇒ nBa2+ = nCO32- = 0,05 ⇒ m = 0,05 .197 = 9,85g
→ Đáp án C
2.3. Dạng 3: Bài toán về muối cacbonat
Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch chưa Na2CO3 0,2M và NaHCO3 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO2 là:
A. 0,03
B. 0,01
C. 0,02
D.0,015
Hướng dẫn giải
nHCl = 0,03 mol; nNa2CO3 = 0,02 mol; nNaHCO3 = 0,02 mol
Khi cho từ từ HCl vào dung dịch xảy ra phản ứng theo thứ tự:
H+ + CO32- → HCO3-
0,02 0,02 0,02 (mol)
nH+ còn = 0,01 mol; nHCO32- = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol
H+ + HCO3- → CO2 + H2O
0,01 0,04
⇒ nCO2 = nH+ = 0,01 mol
→ Đáp án B
2.4. Dạng 4: Bài tập về nước cứng
Bài 1: Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Nước cứng là nước có chứa các muối CaCl2, MgCl2
B. Nước mềm là nước có chứa ít hoặc không chứa các ion Ca2+, Mg2+
C. Nước trong tự nhiên đều là nước cứng vì có chứa cation Ca2+, Mg2+.
D. Nước khoáng đều là nước cứng.
Hướng dẫn giải
Nước cứng là nước có chứa nhiều ion Ca2+, Mg2+.
Nếu nước có chứa Ca2+, Mg2+ nhưng dưới mức tới hạn thì không gọi là nước cứng.
Bài 2: Trong thể tích nước cứng có chứa 6.10-5 mol CaSO4 cần số gam Na2CO3 đủ làm mềm thể tích nước đó là:
A. 7,20 mg
B. 6,82 mg
C. 7,00 mg
D. 6,36 mg
Hướng dẫn giải
Phản ứng: Na2CO3 + CaSO4 → CaCO3 + Na2SO4
Số mol Na2SO4 = số mol CaSO4 = 6.10-5 (mol)
Khối lượng Na2CO3 cần dùng là: 106. 6.10-5 gam = 636.10-5 (gam) = 6,36 (mg)
2.5. Dạng 5: Bài tập về muối cacbonat
Bài 1: Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na2CO3 0,2M và NaHCO3 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO2 là:
A. 0,03
B. 0,01
C. 0,02
D. 0,015
Hướng dẫn giải
Phản ứng:
H+ + CO32- → HCO3-
0,02 0,02 0,02
nH+ còn = 0,01 mol và trong dd đang có nHCO-3 = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol
Do H+ dư nên tiếp tục xảy ra phản ứng:
HCO3- + H+ → CO2 + H2O
0,01 0,01
Đáp án B.
Bài 2: Cho 19,2 gam hỗn hợp muối cacbonat của kim loại hóa trị I và muối cacbonat của kim loại hóa trị II tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 4,48 lít một chất khí (đktc). Tính khối lượng muối tạo ra trong dung dịch.
Hướng dẫn giải
Gọi công thức hai muối cacbonat là M2CO3 và M'CO3
M2CO3 + 2HCl → 2MCl + CO2 + H2 O
M'CO3 + 2HCl → M'Cl2 + CO2 + H2 O
Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng:
1 mol muối cacbonnat tạo thành muối clorua ⇒ khối lượng tăng.
35,5 .2 – 60 = 11 (gam) ⇒ nCO2 = nmuối cacbonat = 0,2(mol)
⇒ mmuối clorua = mmuối cacbonlat + 0,2.11 = 19,2 + 2,2 = 21,4(gam)
3. Luyện tập
3.1. Bài tập tự luận
Câu 1: Dẫn V lít CO2 (đktc) vào dung dịch Ca(OH)2 thu được 20 gam kết tủa và dung dịch X, đun nóng dung dịch lại thu thêm được 10 gam kết tủa nữa. Giá trị của V là?
Câu 2: Cho 10 ml dung dịch muối Canxi tác dụng với dung dịch Na2CO3 dư tách ra một kết tủa, lọc và đem nung kết tủa đến lượng không đổi còn lại 0,28 gam chất rắn. Khối lượng ion Ca2+ trong 1 lít dung dịch ban đầu là?
Câu 3: Dẫn V lít CO2 (đktc) vào 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,1M thì được 10 gam kết tủa. Giá trị của V là?
Câu 4: Khi nung 30g hỗn hợp CaCO3 và MgCO3 thì khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng chỉ bằng một nửa khối lượng ban đầu. Thành phần % theo khối lượng các chất ban đầu là?
Câu 5: Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít CO2 (đktc) vào 125ml dd Ba(OH)2 1M, thu được dung dịch X. Coi thể tích dung dịch không thay đổi, nồng độ mol chất tan trong dung dịch X là?
3.2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Công thức của thạch cao sống là
A. CaSO4.2H2O.
B. CaSO4.H2O.
C. 2CaSO4.H2O.
D. CaSO4.
Câu 2: Hóa chất nào sau đây thường được sử dụng để bó bột khi bị gãy xương?
A. CaSO4.
B. CaSO4.2H2O.
C. CaSO4.H2O
D. CaCO3.
Câu 3: Canxi có trong thành phần của các khoáng chất: Canxit, thạch cao, florit. Công thức của các khoáng chất tương ứng là
A. CaCO3, CaSO4, Ca3(PO4)2.
B. CaCO3, CaSO4.2H2O, CaF2.
C. CaSO4, CaCO3, Ca3(PO4)2.
D. CaCl2, Ca(HCO3)2, CaSO4.
Câu 4: Thạch cao dùng để đúc tượng là
A. Thạch cao sống.
B. Thạch cao nung.
C. Thạch cao khan.
D. Thạch cao tự nhiên.
Câu 5: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch nước vôi trong thì hiện tượng quan sát được là
A. nước vôi bị vẫn đục ngay.
B. nước vôi bị đục dần sau đó trong trở lại.
C. nước vôi bị đục dần.
D. nước vôi vẫn trong.
3.3. Trắc nghiệm Online
Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng Hóa học 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.
4. Kết luận
Qua bài học này các em cần nắm một số nọi dung sau đây, cùng với đó là vận dụng kiến thức để giải các bài tập trong sách giáo khoa.
- Biết được vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
- Nắm bắt được cách cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lý – hóa học cũng như phương pháp điều chế. Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ như Ca(OH)2 và CaCO3
- Bên cạnh đó là nêu các nguyên tắc và phương pháp làm mềm nước cứng.
Tham khảo thêm
- pdf Hóa học 12 Bài 25: Kim loại kiềm và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm
- docx Hóa học 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của Nhôm
- docx Hóa học 12 Bài 28: Luyện tập Tính chất của kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và hợp chất của chúng
- docx Hóa học 12 Bài 29: Luyện tập Tính chất của nhôm và hợp chất của nhôm
- docx Hóa học 12 Bài 30: Thực hành Tính chất của natri, magie, nhôm và hợp chất của chúng