Kim loại phân nhóm chính nhóm IIA được gọi là kiềm thổ bởi vì oxit của chúng thành phần của đất tác dụng với nước cho dung dịch kiềm.. Có tính chất vật lí tương tự như kim loại kiềm
Trang 1Bài 26 KIM LOẠI KIỀM THỔ VÀ HỢP CHẤT
I/ VỊ TRÍ – CẤU HÌNH ELECTRON VÀ LÍ TÍNH.
1 Vị trí và cấu hình electron.
Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA gồm các nguyên tố: Beri / Be[He] 2s2, Magie / Mg[Ne] 3s2, Canxi / Ca[Ar] 4s2, Stronti / Sr[Kr] 5s2, Bari / Ba[Xe] 6s2 và Radi /
Ra (là nguyên tố phóng xạ) Þ Cấu hình electron ngoài cùng là ns2
Kiểu mạng tinh thể: Be, Mg (lục phương); Ca, Sr (tâm diện); Ba (tâm khối)
Kim loại phân nhóm chính nhóm IIA được gọi là kiềm thổ bởi vì oxit của chúng (thành phần của đất) tác dụng với nước cho dung dịch kiềm
Năng lượng ion hóa I2 nhỏ và giảm dần từ Be đến Ba
2 Tính chất vật lí.
Có tính chất vật lí tương tự như kim loại kiềm (là những chất rắn, có ánh bạc, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt)
Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp (cao hơn kim loại kiềm, nhưng vẫn nhỏ hơn nhôm)
Các tính chất trên không biến đổi theo một qui luật nhất định như kim loại kiềm vì kiểu mạng tinh thể của kim loại kiềm thổ không giống nhau
II/ TÍNH CHẤT HÓA HỌC.
Kim loại kiềm thổ có tính khử có tính khử mạnh nhưng yếu hơn kim loại kiềm Tính khử tăng dần từ Be đến Ba Trong các hợp chất luôn có số oxi hóa là +2:
2
M®M ++2e
1 Tác dụng với phi kim.
Với oxi¾¾®tạo oxit:
Ở nhiệt độ thường, Be và Mg bị oxi hóa chậm tạo thành lớp màng oxit bảo vệ kim loại Các kim loại còn lại phản ứng với oxi trong không khí mãnh liệt hơn
Khi đốt nóng, tất cả các kim loại nhóm IIA đều cháy tạo thành oxit:
Trang 20 0
0
2 2
2
t t
t
ìï + ¾¾¾® ïï
ïïî
Với halogen¾¾®tạo muối (phản ứng xảy ra dễ dàng ở nhiệt độ thường)
2
M Cl MCl
Ba Cl BaCl
Với các phi kim kém hoạt động phải đun nóng:
2
Ca+2C¾¾¾t0 ®CaC (Canxi cacbua)
Ca+H ¾¾¾t0 ®CaH (Canxi hidrua)
Mg N 0 Mg H (
Nhiệt độ thường: Be không phản ứng với H2O, Mg phản ứng chậm (xem như không phản ứng) Ca, Sr, Ba khử mạnh với nước ở nhiệt độ thường dễ dàng, tạo kiềm và giải phóng khí H2 (đây cũng là lý do gọi Ca, Ba, Sr là kim loại kiềm thổ)
2
2
ïï
3 Tác dụng với axit.
Với dung dịch axit không có số oxi hóa (HCl, H2SO4 loãng, ) tạo muối và giải phóng khí H2
2
Mg HCl MgCl H
M HCl MCl H
2 2
:
l
ïïí ï
Với dd axit có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4đ, ) sẽ khử N+5 của dung dịch HNO3 loãng xuống -N3 và+S6 trong H2SO4 đặc xuống-S2 tạo thành muối, sản phẩm khử và
H2O:
Trang 3( )
Ca H N O3 Ca NO N H NO H O
( )
Mg H S O Mg SO4 H S2 H O
4 Tác dụng với dung dịch kiềm: Chỉ có Be phản ứng.
Be+2NaOH® Na BeO +H
III/ ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG.
1 Điều chế
Bằng cách điện phân nóng chảy muối Halogenua
Phương trình điện phân: MX2 ¾¾ ¾®dpnc M+X CaCl2 : 2 ¾¾ ¾®dpnc Ca+Cl2
Ta thu được kim loại Ca ở cực âm, khí clo thoát ra ở cực dương
2 Ứng dụng
Mg dùng làm chế tạo hợp kim nhẹ, bền dùng chế tạo máy bay, ô tô
IV/ MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI – NƯỚC CỨNG.
Trong số các hợp chất của kim loại kiềm thổ, quan trọng nhất là các hợp chất của canxi vì chúng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn
1 Canxi oxit – Vôi sống (CaO)
Là chất rắn, màu trắng
Là oxit bazơ, tác dụng mãnh liệt với nước, tạo thành bazơ mạnh:
( )
CaO+H O®Ca OH
Tác dụng với nhiều oxit và oxit axit
CaO+2HCl®CaCl +H O
Trang 42 3
CaO+CO ®CaCO
Điều chế: CaCO3 ¾¾ ¾¾900 C0 ®CaO+CO2
2 Canxi hidroxit – Vôi tôi (Ca(OH) 2 )
Là chất rắn màu trắng, tan ít trong nước (1 lít H2O ở 200C hòa tan được 0,02mol Ca(OH)2)
Dung dịch Ca(OH)2 là nước vôi trong
Là một bazơ mạnh:
Tác dụng với CO2, SO2: ( )
Ca OH CO CaCO H O (1)
ïïí
ïïî
Phản ứng (1) thường dùng để nhận biết khí CO2
Khi sục CO2 từ từ đến khi dư vào dung dịch Ca(OH)2 thấy tạo kết tủa, sau đó kết tủa tan
Ca OH +CO ¾¾®CaCO ¯ + H O
CaCO ¯ +CO + H O¾¾®Ca HCO tan
Tác dụng với axit:
Ca OH +HCl¾¾®CaCl + 2H O
Tác dụng với muối:
Ca OH +Na CO ¾¾®CaCO ¯ + NaOH2
Ca OH +MgCl2¾¾®CaCl2+ Mg OH ¯
Tác dụng với Cl2:
2Ca OH +2Cl2¾¾®CaCl2+Ca OCl +2H O
Clorua vôi
Ca OH +Cl2¾¾®CaOCl144444424444443+H O
Điều chế:
( )
CaO+H O®Ca OH
Trang 5( )
dpdd
co mang ngan
CaCl +2H O¾¾ ¾ ¾ ¾ ¾®Ca OH +H + Cl
Ứng dụng: Ca(OH)2 là chất rẻ tiền nên được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp: Sản
xuất amoniac (NH3), cluarua vôi (CaOCl2), vật liệu xây dựng, làm miềm nước, xử lí
nước thải…
Có trong đá vôi, đá hoa, đá phấn, quặng đolomit (có chứa CaCO3; MgCO3) và canxi cacbonat là thành phần chính của vỏ và mai các loài ốc, sò, hến, mực, CaCO3 là chất rắn màu trắng, không tan trong nước nhưng tan được trong nước có khí CO2 hoặc tan được trong dung dịch axit:
CaCO + 2HCl®CaCl2+H O+ CO
( )
CaCO CO H O 1 Ca HCO
¾¾¾®
Trong phản( )* , Chiều (1) xảy ra ở nhiệt độ thấp, giải thích sự xâm thực của nước
mưa với đá vôi
Chiều (2), xảy ra ở nhiệt độ cao, giải thích sự hình thành thạch nhũ trong hang
động, cặn trong ấm nước…
CaCO3 dễ bị phân hủy ở nhiệt độ khoảng 9000C: C
CaCO ¾¾ ¾¾9000 ®CaO+CO
Tác dụng được với axit hữu cơ:
CaCO +2CH COOH¾¾® CH COO Ca+CO + H O
Ứng dụng:
Đá vôi: dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, thủy tinh,…
Đá hoa: dùng trong các công trình mĩ thuật (tạc tượng, trang trí,…)
Đá phấn: dễ nghiền thành bột mịn nên làm phụ da của thuốc đánh răng,…
4 Canxi sunfat (CaSO 4 ).
Trang 6(thạch cao sống) (thạch cao nung)
Trong tự nhiên, canxi sunfat tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O, ta gọi là thạch cao sống
Thạch cao sống là một chất rắn màu trắng, ít tan trong nước
Khi nung thạch cao sống thì nó mất một phần nước và biến thành thạch cao nung:
2CaSO 2H O ¾¾ ¾¾1500 ®2CaSO H O+H O
Thạch cao nung là một chất bột màu trắng, khi nhào với nước có khả năng đông cứng nhanh Lợi dụng tính chất này, người ta nặng tượng, sử dụng trong các công trình xây dựng, dùng trong y học (bó bột khi gãy xương,…)
Thạch cao khan CaSO4 được điều chế bằng cách nung thạch cao sống ở 3500C Khi nung thạch cao khan đến 9600C, canxi sunfat bị phân hủy
2CaSO 9600 2CaO 2SO O
2
V/ NƯỚC CỨNG.
1 Định nghĩa.
Nước cứng là nước có chứa nhiều ion Ca2+, Mg2+
Nước mềm là nước không chứa hoặc chứa ít ion trên
2 Phân loại.
Nước cứng tạm thời: là nước cứng chứa ion hidrocacbonat HCO-3 (nghĩa là có chứa các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2)
Nước cứng vĩnh cửu: là nước cứng chứa các ion Cl- hoặc ion SO-4 (tức là có chứa các muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4)
Nước cứng toàn phần: là nước cứng chứa cả ion HCO3- và Cl- hoặc SO-4 (gồm muối của cả hai loại trên)
3 Tác hại.
Gây tắt đường ống
Xà phòng mất tác dụng gây lãng phí
Làm thực phẩm mau chín và giảm mùi vị của thực phẩm
Tạo lớp cặn trong nồi hơi gây lãng phí nhiên liệu và không an toàn trong sản xuất
Làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế trong phòng thí nghiệm
Trang 74 Cách làm mềm nước cứng.
Nguyên tắc: làm giảm nồng độ các ion Ca2+ và Mg2+ bằng cách chuyển các ion trên vào các hợp chất không tan hoặc thay thế chúng bằng các cation khác
Đối với nước cứng tạm thời: Có 3 cách
Cách 1 : Đun nóng thu được kết tủa, lọc kết tủa được nước mềm
t
Ca HCO( ) ¾¾¾0 ®CaCO ¯ +CO + H O
t
Mg(HCO ) ¾¾¾0 ®MgCO ¯ +CO + H O
Cách 2 : Dùng dung dịch Ca(OH)2 vừa đủ để trung hòa muối axit thành muối trung hòa
Ca OH + Ca HCO ¾¾®2CaCO ¯ + 2H O
Cách 3 : Dùng dung dịch Na2CO3 hoặc Na3PO4 để tạo kết tủa, lọc kết tủa để được nước mềm
Na CO + Ca HCO ¾¾®2NaHCO + CaCO ¯
Đối với nước cứng vĩnh cửu: Dùng dung dich Na2CO3 hoặc Na3PO4 để tạo kết tủa, lọc kết tủa để được nước mềm
CaCl + Na CO ® 2NaCl+ CaCO ¯
CaSO + Na CO4 ® Na SO + CaCO ¯
Ngoài ra, người ta còn dùng phương pháp trao đổi ion (cho nước cứng đi qua chất trao đổi ion)
Trong thực tế, người ta thường dùng đồng thời một số hóa chất thí dụ như
Ca(OH)2 và Na2CO3
VI/ NHẬN BIẾT ION Ca 2+ , Mg 2+
Dùng dung dịch Na2CO3 để tạo kết tủa tan trong CO2
Ca ++CO - ¾¾®CaCO ¯
2
3
Ca 2HCO
CaCO CO H O Ca HCO tan
14444244443
Trang 82 2
Mg ++CO - ¾¾®MgCO ¯
2
3
Mg 2HCO
MgCO CO H O Mg HCO tan
1444442444443