Hóa học 12 Bài 26: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng

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

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: CaCO_3­ → CaO  + CO₂  

- CaCO_3­ tan dần trong nước có hoà tan CO₂: CaCO_3­ +  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, ...

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 CO₃^2- sẽ tạo kết tủa CaCO₃ , MgCO₃ . Sục khí CO₂ dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ có mặt của Ca²⁺, Mg²⁺

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 ⇒ n_OH^- = 0,1 . 0,5 = 0,05 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

Ta có: m_(bazơ) = m_{(kim loại)} + m_OH^- = 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

n_{Al dư} = y – x = 0,01 mol

n_H2 = 1,5n_{Al dư} + n_Fe = 0,025 ⇒ z = 0,01

Vậy m_K = 0,39g; m_Al = 0,54g; m_Fe = 0,56g

→ Đáp án C

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

n_CO2 = 0,2 mol; n_OH^- = n_NaOH + 2n_Ba(OH)2 = 0,25 mol

1 < n_OH^- : n_CO2 < 2 ⇒ Tạo hỗn hợp muối CO₃^2- và HCO₃^-

CO₂ + OH^- → HCO₃^- (1)

x       x        x

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- (2)

y       2y       y

n_CO2 = x + y = 0,2

n_OH^- = x + 2y = 0,25

⇒ x = 0,15; y = 0,05

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃

0,1 0,05

⇒ n_Ba²⁺ = n_CO3^2- = 0,05 ⇒ m = 0,05 .197 = 9,85g

→ Đáp án C

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

n_HCl = 0,03 mol; n_Na2CO₃ = 0,02 mol; n_NaHCO3 = 0,02 mol

Khi cho từ từ HCl vào dung dịch xảy ra phản ứng theo thứ tự:

H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^-

0,02    0,02    0,02 (mol)

n_H⁺ còn = 0,01 mol; n_HCO3^2- = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol

H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O

0,01        0,04

⇒ n_CO2 = n_H⁺ = 0,01 mol

→ Đáp án B

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)

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⁺    +   CO₃^2- → HCO₃^-

0,02     0,02         0,02

n_H⁺ còn = 0,01 mol và trong dd đang có n_HCO^-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) ⇒ n_CO2 = n_{muối cacbonat} = 0,2(mol)

⇒ m_{muối clorua} = m_{muối cacbonlat} + 0,2.11 = 19,2 + 2,2 = 21,4(gam)

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?

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.

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.