BÀI 12 KIM LOẠI KIỀM THỔ và hợp CHẤT

Trình bày được tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ và một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ.. Chỉ ra được một số ứng dụng các hợp chất quan trọng của kim loại kiềm 3.. Giả

Trang 1

BÀI 12: KIM LOẠI KIỀM THỔ

VÀ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ MỤC TIÊU

3 Trình bày được tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ và một số hợp chất

quan trọng của kim loại kiềm thổ

4 Chỉ ra được một số ứng dụng các hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

3 Giải được các bài toán từ đơn giản đến phức tạp liên quan đến kim loại

kiềm thổ và một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

4 Giải được các bài tập xác định loại nước cứng và cách làm mềm nước

Cấu hình electron: [Khí hiếm]ns 2

Nguyên tử kim loại kiềm thổ dễ mất hai electron

ở lớp ngoài cùng tạo thành ion có điện tích 2+

M  M2+ + 2e

Cấu hình electron của ion kim loại kiềm thổ là cấu

hình electron của khí hiếm gần nhất đứng trước nó

2 Vị trí trong bảng tuần hoàn

Vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn:

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối

thấp (nhưng cao hơn kim loại kiềm)

Khối lượng riêng tương đối nhỏ, độ cứng tương

Tính khử của kim loại kiềm thổ thể hiện qua các

phản ứng với phi kim, axit, nước,

B MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA

KIM LOẠI KIỀM THỔ

1 Canxi hiđroxit: Ca(OH) 2

Là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước

Tên gọi khác: vôi tôi

Dung dịch Ca(OH)2, gọi là dung dịch nước vôi

trong

Ca(OH)2, có đầy đủ tính chất của một bazơ

Được dùng trong công nghiệp sản xuất amoniac,

clorua vôi (CaOCl2); vật liệu xây dựng

2 Canxi cacbonat: CaCO 3

Là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước,

Trong tự nhiên CaCO3, tồn tại ở dạng đá vôi, đá

hoa, đá phấn, và thành phần chính của vỏ và mai ốc,

sò, hến

Đá vôi được dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất

vôi, xi măng, thủy tinh,

3 Canxi sunfat: CaSO 4

Canxi sunfat (CaSO) tồn tại ba dạng:

Thạch cao sống: CaSO4.2H2O

Thạch cao nung: CaSO4.H2O hoặc

CaSO4.0,5H2O

Thạch cao khan: CaSO4

 Nguyên tố Mg thuộc ô thứ 12, chu kì 3, nhóm

Chú ý: Thạch cao nung được dùng để bó bột khi

gãy xương, đúc khuôn, nặn tượng

Trang 3

4 Nước cứng

a Khái niệm

Nước cứng là nước chứa nhiều ion Ca2+ hoặc

Mg2+ hoặc cả hai ion đó

Nước mềm là nước chứa ít hoặc không chứa ion

Ca2+ và Mg2+

b Phân loại

Nước cứng có ba loại tính cứng:

Tính cứng tạm thời là tính cứng gây nên bởi

ion Ca2+ , Mg2+ dưới dạng muối HCO3

Tính cứng vĩnh cửu là tính cứng gây ra bởi ion

Ca2+, Mg2+ dưới dạng muối sunfat hoặc clorua

Tính cứng toàn phần gồm cả tính cứng tạm

thời và cả tính cứng vĩnh cửu

c Tác hại của nước cứng

Tạo cặn trong nồi hơi, trong ấm nước, trong ống

dẫn nước

Khi giặt quần áo với nước cứng thì xà phòng bị

kết tủa, tốn xà phòng, làm quần áo nhanh hỏng do

kết tủa bám vào quần áo

Làm giảm mùi vị của thức ăn, nước uống, làm

thức ăn lâu chín

d Cách làm mềm nước cứng

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là giảm nồng độ

ion Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng

Dùng cách đun nóng hoặc dùng dung dịch kiềm

như NaOH, KOH, Ca(OH)2 , vừa đủ chỉ làm mềm

2 Các bài tập phân biệt tỉnh cứng ta dựa vào thành phần ion âm

Chú ý: Phương pháp làm mềm nước bằng cách

tạo kết tủa với Ca2+ và Mg2+ gọi là phương pháp

kết tủa

Ví dụ 1: Vị trí của kim loại M (Z = 12) trong bảng tuần hoàn là

C chu kì 2, nhóm IIIA D chu kì 3, nhóm IIIA

Trang 5

Hướng dẫn giải

Cấu hình electron M (Z = 12): 2 2 6 2

1s 2s 2p 3s Nguyên tử M có:

Số hiệu nguyên tử Z = 12  Ô thứ 12

3 lớp electron  Chu kì 3

2 electron lớp ngoài cùng  Nhóm IIA

Do đó, M thuộc ô thứ 12, chu kì 3, nhóm IIA trong bảng tuần hoàn

 Chọn A

Ví dụ 2: Chất tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 , tạo ra kết tủa trắng là

A Ca(HCO3)2 B BaCl2 C Ba(NO3)2 D CaCl2

Hướng dẫn giải

A đúng vì Ca(HCO3)2, phản ứng được với Ca(OH)2, và tạo kết tủa trắng

Ca(OH)2Ca HCO 32 2CaCO3  2H O2

B, C, D sai vì Ca(OH)2, không phản ứng được với BaCl2, Ba(NO3)2, CaCl2

 Chọn A

Ví dụ 3: Dung dịch không thể làm mềm nước có tính cứng tạm thời là

Ví dụ 4: Nung thạch cao sống ở 160°C, thu được thạch cao nung Công thức của thạch cao nung là

A CaO B CaSO4 2H2O C CaSO4.H2O D CaSO4

Hướng dẫn giải

Một số dạng tồn tại của canxi sunfat:

CaSO4: thạch cao khan

CaSO4.H2O: thạch cao nung

Câu 1: Chất thường được dùng để khử chua đất trong sản xuất nông nghiệp là

Câu 2: Kim loại nào sau đây không tan trong nước?

Câu 3: Thành phần chính của đá vôi là

Câu 4: Vật liệu thường được dùng để bó bột khi gãy xương, nặn tượng là

Câu 5: Để xử lí sơ bộ nước thải công nghiệp chứa các ion kim loại nặng, người ta thường dùng

A dung dịch NaCl B nước vôi trong C nước máy D dung dịch H2SO4

Câu 6: Dung dịch tác dụng được với CaCO3 là

A dung dịch HCl B dung dịch NaCI C dung dịch NaOH D dung dịch Na2S

Câu 7: Trong tự nhiên, canxi sunfat tồn tại dưới dạng muối ngậm nước (CaSO4.2H2O) được gọi là

A thạch cao nung B thạch cao khan C đá vội D thạch cao sống Câu 8: Để làm sạch lớp cặn trong các dụng cụ đun và chứa nước nóng, người ta dùng

A nước vôi trong B giấm ăn C dung dịch muối ăn D ancol etylic

Câu 9: Một mẫu nước cứng chứa các ion:Ca , Mg , HCO , Cl ,SO2 2 3  24 Chất được dùng để làm mềm nước cứng trên là

Câu 10: Cho mẫu nước cứng chứa các ion:Ca , Mg , HCO2 2 3 Hoá chất được dùng để làm mềm mẫu nước cứng trên là

Câu 11: Muối dễ bị phân hủy khi đun nóng là

Câu 12: Dung dịch khi tác dụng với axit H2SO4, vừa tạo khí, vừa tạo kết tủa là

A Na2CO3 B BaCl2 C Ba(HCO3)2 D Ca(OH)2

Câu 13: Dãy gồm các chất đều có thể làm mất tính cứng tạm thời của nước là:

A HCI, NaOH, Na2CO3 B NaOH, Na3PO4, Na2CO3

C KCI, Ca(OH)2, Na2CO3 D HCI, Ca(OH)2, Na2CO3

Câu 14: Một loại nước cứng khi đun sôi thì mất tính cứng Trong loại nước cứng này có hòa tan các chất:

A CaSO4, MgCl2 B Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2

C Mg(HCO3)2, CaCl2 D Ca(HCO3)2, MgCl2

Câu 15: Dãy gồm các chất đều có thể làm mất tính cứng vĩnh cửu của nước là:

A NaOH, Na2CO3 B Na3PO4, Na2CO3. C Ca(OH)2, Na2CO3 D K2SO4, Na2CO3

Câu 16: Cho các phát biểu sau:

(a) Nước cứng chứa nhiều ion Ca2+ hoặc Mg2+

(b) Tất cả kim loại kiềm thổ đều tan trong nước ở nhiệt độ thường

(c) Khi giặt quần áo bằng xà phòng trong nước cứng thì tốn xà phòng

Trang 7

(d) Ca(OH)2, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nhiệp

(e) Thạch cao sống có công thức là CaSO4.H2O

(g) Đun nóng có thể làm mềm nước có tính cứng vĩnh cửu

Câu 18:Tiến hành các thí nghiệm sau:

(a) Cho dung dịch Na2CO3, vào dung dịch H2SO4

(b) Cho kim loại Na vào dung dịch CuSO4

(c) Cho dung dịch (NH4)2CO3 vào dung dịch Ca(OH)2

(d) Cho dung dịch NaHCO3, vào dung dịch Ca(OH)2

(e) Cho dung dịch(NH4)2SO4, vào dung dịch Ba(OH)2

(g) Cho dung dịch NaHSO4, vào dung dịch Ba(HCO3)2

Số thí nghiệm có đồng thời cả kết tủa và khí là

A K2CO3, BaCl2 B KOH, Ba(HCO3)2 C KHCO3, Ba(OH)2, D KOH, Ba(OH)2

Câu 20: Kim loại nào sau đây khử được ion Fe2+ trong dung dịch FeSO4, thành Fe là

Dạng 2: Bài toán liên quan đến tính chất của kim loại kiềm thổ

 Phương pháp giải

• Viết phương trình phản ứng xảy ra rồi tính

theo phương trình hóa học

Ngoài ra có thể dùng phương pháp bảo toàn nguyên

tố hoặc bảo toàn electron để tính nhanh số mol

Chú ý 1:

1 Kim loại Ca, Ba tác dụng với nước giếng kim

loại kiềm

2 Bài toán kim loại Mg khi tác dụng với dung

dịch HNO3, thường có sản phẩm muối NH4+

Ví dụ: Cho 4,8 gam kim loại M thuộc nhóm IIA

tan hết trong dung dịch HCl dư, thu được 4,48 lít khí ở đktc Kim loại M là

A Ca B Be

C Mg D Ba

Hướng dẫn giải

nH2 = 0,2 mol Phương trình hóa học:

M 2HCl MCl H

0,2  0,2 mol

Trang 8

Chú ý 2: Với bài toán xác định kim loại:

Nếu bài toán một kim loại thì tính nguyên tử

khối theo công thức M = m

n , từ đó suy ra tên kim loại

Nếu bài toán hỗn hợp thì tìm phân tử khối trung

 , từ đó kết hợp với điều kiện của bài

toán để tìm kim loại

→ Kim loại X là Ca (canxi)

Cách 2: Bảo toàn electron

Quá trình cho nhận electron:

x x

Ví dụ 2: Hoà tan hết 6,4 gam hỗn hợp M gồm kim loại X (nhóm IIA) và oxit của nó cần vừa đủ 400 ml

dung dịch HCl 1M Kim loại X là

m M

n

 MX < 32 < MXO

 16 < MX < 32

Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 24 gam hỗn hợp X gồm MO, M(OH)2, và MCO3 (M là kim loại có hóa trị không đổi) trong 100 gam dung dịch H2SO4 39,2%, thu được 1,12 lít khí (đktc) và dung dịch Y chỉ chứa một chất tan duy nhất có nồng độ 39,41% Kim loại M là

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 2,45 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm thổ vào 200 ml dung dịch HCl

1,25M, thu được dung dịch Y chứa ba chất tan có nồng độ mol bằng nhau Hai kim loại trong X là

Câu 4: Cho 7,1 gam hỗn hợp gồm một kim loại kiềm X và một kim loại kiềm thổ Y tác dụng hết với

lượng dư dung dịch HCl loãng, thu được 5,6 lít khí (đktc) Kim loại X, Y lần lượt là

Câu 5: Hỗn hợp A gồm một kim loại kềm X và một kim loại kiềm thổ Y Cho 28,8 gam A hòa tan hết

vào nước, thu được 6,72 lít H2 (ở đktc) Nếu trộn thêm 2,8 gam Li vào 28,8 gam A thu được hỗn hợp B trong đó phần trăm khối lượng Li bằng 13,29% Kim loại kiềm thổ Y là

Câu 6: Cho 0,04 mol Mg tan hết trong HNO3 thu được 0,01 mol khí X (là sản phẩm khử duy nhất của

N+5) Khí X là

Trang 10

Câu 7: Cho 2,16 gam Mg tan hết trong dung dịch HNO3 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,896 lít khí NO (ở đktc) và dung dịch X Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được m gam muối khan Giá trị của m là

Câu 8: Cho hỗn hợp gồm 6,72 gam Mg và 0,8 gam MgO tác dụng hết với lượng dư dung dịch HNO3 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,896 lít một khí X (đktc) và dung dịch Y Làm bay hơi dung dịch Y thu được 46 gam muối khan Khí X là

Câu 9: Hòa tan 10,65 gam hỗn hợp gồm một oxit kim loại kiềm và một oxit kim loại kiềm thổ bằng dung

dịch HCl dư được dung dịch X Cô cạn dung dịch X, lấy muối khan đem điện phân nóng chảy hoàn toàn với điện cực trơ thì thu được 3,36 lít khí (đo ở đktc) ở anot và a gam hỗn hợp kim loại ở catot Giá trị của

a là

Bài tập nâng cao

Câu 10: Cho m gam hỗn hợp gồm Na, Na2O, K, K2O, Ba, BaO (trong đó oxi chiếm 9,639% khối lượng) tác dụng với một lượng dư H2O, thu được 0,672 lít H2 (đktc) và 200 ml dung dịch X Cho X tác dụng với

200 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4, 0,2M và HCl 0,1M, thu được 400 ml dung dịch có pH = 13

Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

Dạng 3: Bài toán liên quan đến tính chất của hợp chất hidroxit và muối cacbonat

 Phương pháp giải

• Hợp chất hiđroxit của kim loại có hai loại:

Loại tan trong nước: có tính chất của bazơ kiềm

Loại không tan trong nước chỉ có Mg(OH)2 và Ba(OH)2

• Phản ứng của hợp chất hiđroxit của kim loại kiềm thổ với axit:

Phản ứng trung hòa: H+ + OH- → H2O

Ta luôn có: n

H = n

OH

Chú ý: Bài toán hòa tan hoàn toàn kim loại kiềm, kiềm thổ với nước thu được dung dịch bazơ, sau đó

trung hòa dung dịch bazơ bằng axit HCl/ H2SO4 loãng ta luôn có: n OH = 2n

2

H

• Hợp chất muối cacbonat của kim loại kiềm thổ không tan, muối hiđrocacbonat của kiềm thổ tan tốt Chúng đều tác dụng với axit mạnh tạo khí CO2 Ngoài ra muối hiđrocacbonat còn có thể tác dụng với dung dịch bazơ

Gọi công thức của muối hiđrocacbonat là M(HCO3)n (n = 1, 2, 3)

Phương trình hóa học: 2M(HCO3)n + nH2SO4→M2(SO4)n + 2nCO2 + 2nH2O

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 9,95 gam hỗn hợp X gồm Na, K và Ba vào 100 ml dung dịch HCl 1M thu

được dung dịch Y và 2,24 lít khí H2 (đktc) Cô cạn dung dịch Y thu được m gam chất rắn Giá trị của m là

Hướng dẫn giải

n

2

H = 0,1 mol; nHCl = 0,1 mol  nH = nCl = 0,1 mol

Coi kim loại tác dụng với nước trước tạo dung dịch kiềm, khi đó:

nOH = 2n

2

H = 0,2 mol Sau đó dung dịch kiềm tác dụng với axit:

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm và một kim loại kiềm thổ Hòa tan hoàn toàn 1,788 gam X

vào nước, thu được dung dịch Y và 537,6 ml khí H2 (đktc) Dung dịch Z gồm H2SO4 và HCl, trong đó số mol của HCl gấp hai lần số mol của H2SO4 Trung hòa dung dịch Y bằng dung dịch Z tạo ra m gam hỗn hợp muối Giá trị của m là

Vậy dung dịch X chứa: 2

Ca (0, 04mol); Na ; HCO (0, 06mol);Cl (0,1mol)3 

Bảo toàn điện tích:

3 2

2n Ca n Na n HCO n Cl  nNa 1.0, 06 0,1 0, 04.2  0, 08mol

Khi cô cạn dung dịch X xảy ra phản ứng:

Câu 1: Trong một cốc nước có chứa ion Ca2+; 0,01 mol Na+; 0,005 mol Mg ; 0,05 mol HCO3 ; 0,01 mol

Cl- Đun sôi cốc nước trên đến phản ứng xảy ra hoàn toàn Nước trong cốc sau khi đun nóng là

Trang 13

A nước cứng vĩnh cửu B nước cứng tạm thời

Câu 2: Cho dung dịch X gồm 0,007 mol Na+; 0,003 mol Ca2+; 0,006 mol Cl- ; 0,006 mol HCO3 và 0,001 mol NO3 Để loại bỏ hết Ca2+ trong X cần dùng dung dịch chứa a gam Ca(OH)2 Giá trị của a là

Câu 6: Hòa tan hết 15,755 gam kim loại M trong 200 ml dung dịch HCl 1M, Cô cạn dung dịch sau phản

ứng thu được 23,365 gam rắn khan Kim loại M là

Câu 7: Hòa tan hoàn toàn 8,94 gam hỗn hợp gồm Na, K và Ba vào nước thu đi vớc dung dịch

X và 2,688 lít khí H2 (đktc) Dung dịch Y gồm HCl và H2SO4 tỉ lệ tương ứng là 4 : 1 Trung hòa vừa đủ dung dịch X bởi dung dịch Y, tổng khối lượng các muối tạo ra là

A 13,70 gam B 12,78 gam C 18,46 gam D 14,26 gam

Bài tập nâng cao

Câu 8: Dung dịch X chứa đồng thời Na , Ca , Mg , Cl , HCO 2 2  3 vàSO24 Đun nóng X đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,68 gam kết tủa, dung dịch Y và có 2,24 lít khí thoát ra (đktc) Khi đun nóng

để cô cạn dung dịch Y thì thu được 13,88 gam chất rắn khan Tổng khối lượng muối có trong dung dịch X ban đầu là

A 22,84 gam B 35,76 gam C 17,76 gam D 23,76 gam

Câu 9: Cho 200 ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào 300 ml dung dịch NaHCO3 0,1M, thu được dung dịch

X và kết tủa Y Cho từ từ dung dịch HCl 0,25M vào X đến khi bắt đầu có khi sinh ra thì hết V ml Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Giá trị của V là

Câu 10: Nung m gam hỗn hợp X gồm KHCO3, và CaCO3, ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn Y Cho Y vào nước dư, thu được 0,25m gam chất rắn Z và dung dịch E Nhỏ từ từ dung dịch HCl 1M vào E, khi khi bắt đầu thoát ra cần dùng V1 lít dung dịch HCl và khi khí thoát ra hết, thì thể tích dung dịch HCl đã dùng là V2 lít Tỉ lệ V1 :V2, là

• Bài toán cho biết số mol của OH- và CO2, tính

lượng kết tủa thu được

Ví dụ: Hấp thụ hoàn toàn 1,12 lít khí CO2 (ở đktc) vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2, nồng độ 0,2M, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

A 7,88 B 5,91

C 9,85 D 1,97

Hướng dẫn giải

2 CO

n = 0,05 mol; Ba(OH)2 = 0,04 mol

Trang 14

Bước 1: Xét tỉ lệ

2

OH CO

n T n

nn  nOH- phản ứng = 2n

TH2: Nếu

2 CO

n n  nOH- phản ứng =

2 co

2 Ba

 = 0,04 mol; nOH = 0,08 mol Xét

n T n

Ba2CO32 BaCO3 0,04 0,03  0,03 mol



3 BaCO

 Chọn B

Ví dụ: Cho V lít CO2 (đktc) vào 700 ml Ba(OH)2

0,1M, sau phản ứng thu được 9,85 gam kết tủa Giá trị lớn nhất của V là

 Chọn C

Ví dụ: Hấp thụ hết 4,48 lít khí CO2 (đktc) lội vào

8 lít Ca(OH)2 ta thu được 12 gam kết tủa A Nồng

độ mol/l của dung dịch Ca(OH)2 là