BC HOÁ VÔ CƠ KIM LOẠI KIỀM

BÁO CÁO THỰC TẬP HOÁ VÔ CƠ BÀI 1: KIM LOẠI KIỀM (PHÂN NHÓM IA)I. ĐIỀU CHẾ Na2SO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOLVAY1. Tiến hành và hiện tượng2. Giải thíchCO2 phản ứng với nước tạo thành carbonic acid H2CO3 (phản ứng thuận nghịch)CO2 + H2O  H2CO3H2CO3 (acid yếu) sẽ tác dụng với NH3 (base yếu) cho ra muối, muối không bền phân ly ra ion NH4+ và HCO3NH3 + H2CO3  NH4+ + HCO3Anion HCO3 tạo muối với cation Na+HCO3 + Na+  NaHCO34 muối NaCl, NH4HCO3, NaHCO3 và NH4Cl đều tan trong nước nhưng NaHCO3 ít tan hơn nên tách ra dưới dạng tinh thể khi ngâm lạnh.Đây là sự cân bằng giữa khả năng phản ứng và tốc độ phản ứng. Nhiệt độ vừa phải để vận tốc không chậm và độ tan của NaHCO3 không lớn hơn độ tan của NaCl.Dung dịch phenolphtalein hoá hồngTinh thể NaHCO3 là muối tan trong H2O có tính base yếuH2O + HCO3  OH + H2CO3H2CO3  CO2 + H2OCarbonic acid là acid yếu và không bền dễ bị thuỷ phân tạo CO2 (qua 2 bước) làm cân bằng của phản ứng dịch chuyển về phía tạo ra OH (bước 1) làm phenolphtalein hóa hồng.Vẩn đục nước vôi trong Khi đun nóng, muối natri bicarbonate NaHCO3 bị phân huỷ sinh ra khí CO2, khí này được dẫn qua nước vôi trong sẽ tạo muối calci carbonate (tủa trắng) nên làm vẩn đục nước vôi trong.Sau một thời gian, Ca(OH)2 sẽ phản ứng hết với CO2, CO2 dư phản ứng với nước và tủa muối nên xảy ra hiện tượng hoà tan tủa, nước vôi trong lại.2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2OCO2 + Ca(OH)2  CaCO3¬ + H2OCO2 + H2O + CaCO3  Ca(HCO3)2 tan 3. Kết luận Có thể điều chế muối NaHCO3 dựa vào sự khác nhau về độ tan đủ lớn khi thay đổi nhiệt độ. Trong công nghiệp ta có thể thu lại CO2 bị giải phóng khi nhiệt phân NaHCO3 cũng như khi nung đá vôi để sử dụng cho giai đoạn đầu của quy trình điều chếII. QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA CỦA KIM LOẠI KIỀM1. Tiến hành và hiện tượng1.1. Thí nghiệm với kim loại Li1.2. Thí nghiệm với kim loại Na1.3. Thí nghiệm với kim loại Kali2. Giải thíchỞ trong ngọn lửa, những electron của nguyên tử và ion kim loại kiềm được kích thích nhảy lên các mức năng lượng cao hơn. Các mức năng lượng này không bền và khi trở về những mức năng lượng ban đầu, các electron này phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ trong vùng khả kiến và đặc trưng cho từng kim loại. Khi nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch Li2SO4 bão hoà thì ngọn lửa đèn cồn không đổi màu vì anion giữ electron chặt hơn Cl nên năng lượng từ ngọn lửa đèn cồn không đủ lớn để kích thích electron lên trạng thái kích thích nên Li+ trong Li2SO4 không thể hiện được tính chất như LiCl.3. Kết luận Khi đốt cháy cation kim loại kiềm (trong hợp chất với anion thích hợp) sẽ cho ngọn lửa có màu đặc trưng. Trong phân nhóm chính nhóm IA trong bảng tuần hoàn khi đi từ trên xuống dưới màu đặc trưng của ngọn lửa sẽ chuyển từ đỏ đến tím, nghĩa là năng lượng tăng dần do bán kính nguyên tử tăng, electron dễ chuyển sang mức năng lượng cao hơn.III. PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI KIỀM VỚI NƯỚC1. Tiến hành1.1. Thí nghiệm Na với nước1.2. Thí nghiệm Na trong dung dịch CuSO42. Giải thíchĐối với mẫu Na trong nướcNa + H2O  NaOH + H2h (1)H2 + O2 g H2O (2)Khói trắng là hỗn hợp của H2 và hơi nước. Do phản ứng (1) tỏa nhiệt rất lớn tạo điều kiện cho phản ứng (2) xảy ra.Do phản ứng sinh ra NaOH là một base mạnh nên làm dung dịch có chứa phenolphtalein hóa hồng. Một phần NaOH sinh ra bao quanh mẫu làm giảm bề mặt tiếp xúc của Na với H2O nên ban đầu phản ứng xảy ra mãnh liệt sau chậm dần. H2 sinh ra phân bố không đồng đều tạo nên lực nâng và lực đẩy, đẩy Na chạy trên mặt nước.Đối với mẫu Na trong CuSO4 0.5MNa + H2O  NaOH + H2h (1)2NaOH + CuSO4 g Cu(OH)2i + Na2SO4 (2) Na phản ứng mãnh liệt hơn vì:•Trong TN 1.1 NaOH vừa tạo thành bao quanh mẫu Na làm giảm bề mặt tiếp xúc giữa Na với H2O.•Trong TN 1.2 NaOH vừa tạo thành đã phản ứng ngay với CuSO4 nên không làm giảm bề mặt tiếp xúc giữa Na với H2O. Dung dịch chứa phenolphtalein ban đầu chuyển sang màu hồng nhưng sau đó mất màu hồng do phản ứng tạo ra NaOH nhưng NaOH mới sinh ra phản ứng tức thời với lượng dư CuSO4.Kết tủa màu xanh lam và tại chỗ bốc cháy có tủa đen là do NaOH sinh ra phản ứng với CuSO4 dư tạo tủa Cu(OH)2 có màu xanh lam và nhiệt tỏa ra phân huỷ Cu(OH)2 thành CuO có màu đenCu(OH)2 CuO + H2O 3. Kết luậnKim loại kiềm mềm, dễ cắt, rất hoạt động về mặt hóa học. Trong các phản ứng chúng thể hiện tính khử mạnh. Ở điều kiện thường, trong không khí khô kim loại thường được phủ 1 lớp oxide. Trong không khí ẩm thì lớp oxide sẽ kết hợp với hơi nước tạo thành các hydroxide, sau đó phản ứng với CO2 trong không khí tạo muối carbonate. Vì vậy kim loại kiềm thường được bảo quản trong bình kín hoặc ngâm trong dầu hỏa.IV. ĐỘ TAN CỦA CÁC MUỐI KIM LOẠI KIỀM1. Tiến hành và hiện tượng2. Giải thíchỐng nghiệm 1NaF + LiCl g NaCl + LiFi Vì NH4OH làm dung môi phân cực hơn mà LiF có một phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều hơn.Ống nghiệm 2 OH + H2PO4 g H2O + HPO42 OH + HPO42 g H2O + PO43 3Li+ + PO43 g LiPO4i 3. Kết luậnĐa số các muối kim loại kiềm là dễ tan trừ một số muối của Li.Các muối của K+ dễ tan hơn của Li+ vì khi thay LiCl bằng KCl thì trong các ống đều không có hiện tượng.V. 1. Tiến hành và hiện tượng1.1. Thí nghiệm 11.2. Thí nghiệm 2Làm tương tự với mẫu rắn thu được do cô cạn thì thấy trong •Ống 1: có kết tủa màu trắng •Ống 2 : không có hiện tượng 2. Giải thíchKhi hòa tan hỗn hợp muối LiCl và KCl bằng cồn, do Li+ có bán kính nguyên tử nhỏ hơn nên lực hút hạt nhân với electron ngoài cùng lớn làm cho độ phân cực trong muối LiCl giảm, mà cồn là dung môi phân cực yếu nên LiCl được hòa tan tốt trong cồn. Còn KCl thì không tan trong cồn do bán kính nguyên tử lớn hơn, tính phân cực mạnh. Vì vậy, phần qua lọc có chứa LiCl còn mẫu rắn trên giấy lọc là KCl.Chất rắn trên giấy lọc chỉ chứa ion K+, trong dung dịch thu được có chứa ion Li+.Khối rắn trên giấy lọc chứa ion K+•Ống nghiệm 1: do ion K+ hoạt động hoá học yếu hơn ion Na+ nên không thể đẩy ion Na+ ra khỏi muối.•Ống nghiệm 2: ion K+ phản ứng với picric acid tạo kali picrate, đây là tinh thể hình kim. Khối rắn do cô cạn dung dịch chứa ion Li+•Ống nghiệm 1: ion Li+ hoạt động hoá học mạnh hơn cation Na+, nên đẩy Na+ ra khỏi muối NaF và tạo tủa muối LiF. Vì NH4OH làm dung môi phân cực hơn mà LiF có một phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều hơn.NaF + LiCl g NaCl + LiFi•Ống nghiệm 2: cation Li+ tạo muối tan lithium picrate với picric acid3. Kết luậnTrong phân nhóm IA khi đi từ trên xuống thì độ phân cực của muối kim loại tăng dần do bán kính nguyên tử tăng dần.Các chất sẽ tan dễ dàng trong dung môi có cùng bản chất với nó: chất phân cực tan trong dung môi phân cực, chất không cực dễ tan trong dung kém không phân cực

BÁO CÁO THỰC TẬP HOÁ VÔ CƠ

Đun nóng Cho một ít tinh thể vào ống nghiệm, đậy bằng nút cao su có gắn ống thủy tinhMột ít tinh thể cho vào cốc nước + 1 giọt phenolphtalein

Tinh thể trắng

Sục CO2 vào erlen chứa 50ml dung dịch NaCl bão hòa trong NH3

Ngâm lạnh Lọc chân không

Dẫn khí vào nước vôi trong

Nước vôi trong bị đục dần

Màu hồng

BÀI 1: KIM LOẠI KIỀM (PHÂN NHÓM IA)

I ĐIỀU CHẾ Na 2 SO 3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOLVAY

1 Tiến hành và hiện tượng

2 Giải thích

− CO2 phản ứng với nước tạo thành carbonic acid H2CO3 (phản ứng thuận nghịch)

CO2 + H2O  H2CO3

− H2CO3 (acid yếu) sẽ tác dụng với NH3 (base yếu) cho ra muối, muối không bền phân ly ra ion NH4+ và HCO3

-NH3 + H2CO3  NH4+ + HCO3

-− Anion HCO3- tạo muối với cation Na+

HCO3- + Na+  NaHCO3

− 4 muối NaCl, NH4HCO3, NaHCO3 và NH4Cl đều tan trong nước nhưng NaHCO3 ít tan hơn nên tách ra dưới dạng tinh thể khi ngâm lạnh

tan của NaCl

 Dung dịch phenolphtalein hoá hồng

H2O + HCO3-  OH- + H2CO3

H2CO3  CO2 + H2O

(qua 2 bước) làm cân bằng của phản ứng dịch chuyển về phía tạo ra OH-

(bước 1) làm phenolphtalein hóa hồng

 Vẩn đục nước vôi trong

khí CO2, khí này được dẫn qua nước vôi trong sẽ tạo muối calci carbonate (tủa trắng) nên làm vẩn đục nước vôi trong

ứng với nước và tủa muối nên xảy ra hiện tượng hoà tan tủa, nước vôi trong lại

Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa đỏ tía

Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch LiCl bão hòa

Ngọn lửa đèn cồn

Ngọn lửa đèn cồn không đổi màu Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch Li2SO4 bão hòa

2NaHCO3

o t

→

Na2CO3 + CO2 + H2O

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

CO2 + H2O + CaCO3  Ca(HCO3)2 tan

3 Kết luận

Có thể điều chế muối NaHCO3 dựa vào sự khác nhau về độ tan đủ lớn khi thay đổi nhiệt độ Trong công nghiệp ta có thể thu lại CO2 bị giải phóng khi nhiệt

trình điều chế

II QUAN SÁT MÀU NGỌN LỬA CỦA KIM LOẠI KIỀM

1 Tiến hành và hiện tượng

1.1 Thí nghiệm với kim loại Li

Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa vàng

Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch NaCl bão hòa

Ngọn lửa đèn cồn Ngọn lửa tím

Nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch KCl bão hòa

1.2 Thí nghiệm với kim loại Na

1.3 Thí nghiệm với kim loại Kali

2 Giải thích

kích thích nhảy lên các mức năng lượng cao hơn Các mức năng lượng này không bền và khi trở về những mức năng lượng ban đầu, các electron này phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ trong vùng khả kiến và đặc trưng cho từng kim loại

− Khi nhúng đầu giấy lọc vào dung dịch Li2SO4 bão hoà thì ngọn lửa đèn cồn

không đổi màu vì anion

2 4

giữ electron chặt hơn Cl- nên năng lượng từ

Nước nóng lên, khói trắng bốc lên, mẫu Na chạy trên mặt nước, dung dịch chuyển sang màu hồng

Cắt 1 mẫu Na cho vào chén sứ Cho nước vào chén sứ đến ½ thể tích + 1 giọt phenolphtalein

ngọn lửa đèn cồn không đủ lớn để kích thích electron lên trạng thái kích thích nên Li+ trong Li2SO4 không thể hiện được tính chất như LiCl

3 Kết luận

Khi đốt cháy cation kim loại kiềm (trong hợp chất với anion thích hợp) sẽ cho ngọn lửa có màu đặc trưng Trong phân nhóm chính nhóm IA trong bảng tuần hoàn khi đi từ trên xuống dưới màu đặc trưng của ngọn lửa sẽ chuyển từ đỏ đến tím, nghĩa là năng lượng tăng dần do bán kính nguyên tử tăng, electron dễ chuyển sang mức năng lượng cao hơn

III PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI KIỀM VỚI NƯỚC

1 Tiến hành 1.1 Thí nghiệm Na với nước

Na bốc cháy kèm theo tiếng nổ, khói trắng bốc lên, có kết tủa màu lam và tại chỗ bốc cháy có tủa màu đen Dung dịch chuyển sang màu hồng sau đó mất màu hồng đi

Cắt 1 mẫu Na cho vào chén sứ CuSO4 0.5M vào chén sứ đến ½ thể tích + 1 giọt phenolphtalein

1.2 Thí nghiệm Na trong dung dịch CuSO 4

2 Giải thích

 Đối với mẫu Na trong nước

1 2

H2h (1)

H2 +

1 2

O2 g H2O (2)

- Khói trắng là hỗn hợp của H2 và hơi nước Do phản ứng (1) tỏa nhiệt rất lớn tạo điều kiện cho phản ứng (2) xảy ra

chứa phenolphtalein hóa hồng Một phần NaOH sinh ra bao quanh mẫu làm giảm bề mặt tiếp xúc của Na với H2O nên ban đầu phản ứng xảy ra mãnh liệt sau chậm dần H2 sinh ra phân bố không đồng đều tạo nên lực nâng và lực đẩy, đẩy Na chạy trên mặt nước

 Đối với mẫu Na trong CuSO 4 0.5M

Na + H2O  NaOH +

1 2

H2h (1) 2NaOH + CuSO4 g Cu(OH)2i + Na2SO4 (2)

giảm bề mặt tiếp xúc giữa Na với H2O

CuSO4 nên không làm giảm bề mặt tiếp xúc giữa Na với H2O

sau đó mất màu hồng do phản ứng tạo ra NaOH nhưng NaOH mới sinh ra phản ứng tức thời với lượng dư CuSO4

ra phản ứng với CuSO4 dư tạo tủa Cu(OH)2 có màu xanh lam và nhiệt

Cu(OH)2

o t

→

CuO + H2O

3 Kết luận

Kim loại kiềm mềm, dễ cắt, rất hoạt động về mặt hóa học Trong các phản ứng chúng thể hiện tính khử mạnh Ở điều kiện thường, trong không khí khô kim loại thường được phủ 1 lớp oxide Trong không khí ẩm thì lớp oxide sẽ kết hợp với hơi nước tạo thành các hydroxide, sau đó phản ứng với CO2 trong không khí tạo muối carbonate

trong dầu hỏa

IV ĐỘ TAN CỦA CÁC MUỐI KIM LOẠI KIỀM

1 Tiến hành và hiện tượng

Tủa trắng nhiều hơn

1ml NaH2PO4 Ống nghiệm 2: 1ml LiCl 0.5M + 5 giọt NH4OH đậm đặc

Thêm NH4OH

Ống nghiệm 1: 1ml LiCl 0.5M + 5 giọt NH4OH đậm đặc

1ml NaF 0.5M

Lắc đều, để yên vài phút

Tủa trắng không tan

2 Giải thích

 Ống nghiệm 1

NaF + LiCl g NaCl + LiFi

Vì NH4OH làm dung môi phân cực hơn mà LiF có một phần liên kết cộng hóa trị

nên tủa nhiều hơn

 Ống nghiệm 2

OH- + H2PO4- g H2O + HPO4

OH- + HPO42- g H2O + PO4

3Li+ + PO43- g LiPO4i

3 Kết luận

Không có hiện tượng

Ống 2: 1ml dịch thử + 10 giọt picric acid Ống 1: 1ml dịch thử + 1ml NaF + 5 giọt NH4OH đậm đặc

Hoà tan với 2ml nước

0.5g LiCl + 0.5g KCl + 3ml cồn

Khối rắn trên giấy lọc

Lắc 5 phút Lọc và rửa phần rắn với 1ml cồn x 3 lần Gộp cồn lọc + cồn dùng

Đun cách thuỷ

Tủa hình kim

- Đa số các muối kim loại kiềm là dễ tan trừ một số muối của Li

- Các muối của K+ dễ tan hơn của Li+ vì khi thay LiCl bằng KCl thì trong các ống đều không có hiện tượng

V

1 Tiến hành và hiện tượng 1.1 Thí nghiệm 1

1.2 Thí nghiệm 2

Làm tương tự với mẫu rắn thu được do cô cạn thì thấy trong

• Ống 1: có kết tủa màu trắng

2 Giải thích

- Khi hòa tan hỗn hợp muối LiCl và KCl bằng cồn, do Li+ có bán kính

nguyên tử nhỏ hơn nên lực hút hạt nhân với electron ngoài cùng lớn làm cho độ phân cực trong muối LiCl giảm, mà cồn là dung môi phân cực yếu nên LiCl được hòa tan tốt trong cồn Còn KCl thì không tan trong cồn do bán kính nguyên tử lớn hơn, tính phân cực mạnh Vì vậy, phần qua lọc có chứa LiCl còn mẫu rắn trên giấy lọc là KCl

 Chất rắn trên giấy lọc chỉ chứa ion K+, trong dung dịch thu được có chứa ion Li+

 Khối rắn trên giấy lọc chứa ion K+

không thể đẩy ion Na+ ra khỏi muối

• Ống nghiệm 2: ion K+ phản ứng với picric acid tạo kali picrate, đây

là tinh thể hình kim

 Khối rắn do cô cạn dung dịch chứa ion Li+

• Ống nghiệm 1: ion Li+ hoạt động hoá học mạnh hơn cation Na+, nên đẩy Na+ ra khỏimuối NaF và tạo tủa muối LiF Vì NH4OH làm dung

môi phân cực hơn mà LiF có một phần liên kết cộng hóa trị nên tủa nhiều hơn

NaF + LiCl g NaCl + LiFi

• Ống nghiệm 2: cation Li+ tạo muối tan lithium picrate với picric acid

3 Kết luận

loại tăng dần do bán kính nguyên tử tăng dần

- Các chất sẽ tan dễ dàng trong dung môi có cùng bản chất với nó: chất phân cực tan trong dung môi phân cực, chất không cực dễ tan trong dung kém/ không phân cực