KIM LOẠI KIỀM và hợp CHẤT của KIM LOẠI KIỀM

1. Lý do chọn đề tài Kim loại Kiềm và hợp chất của Kim loại kiềm học sinh đã được làm quen từ Hóa học lớp 9. Tuy nhiên phần kiến thức kim loại kiềm liên quan rất nhiều với các loại hợp chất khác nên học sinh thường hay nhầm lẫn dẫn đến ngại học.Vì vậy trong chuyên đề:” Kim loại kiềm và hợp chất của kim loại kiềm” này tôi hệ thống kiến thức và phân loại các dạng bài tập để giải quyết những vấn đề khó khăn thường gặp của học sinh. 2. Mục đích nghiên cứu Hệ thống kiến thức và phân loại bài tập kim loại Kiềm và hợp chất theo hướng nâng cao chất lượng ôn thi THPT Quốc gia. 3. Đối tượng bồi dưỡng: Học sinh lớp 12.

CHUYÊN ĐỀ: KIM LOẠI KIỀM VÀ HỢP CHẤT CỦA KIM

LOẠI KIỀM PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Kim loại Kiềm và hợp chất của Kim loại kiềm học sinh đã được làm quen từ Hóa họclớp 9 Tuy nhiên phần kiến thức kim loại kiềm liên quan rất nhiều với các loại hợp chất khác

nên học sinh thường hay nhầm lẫn dẫn đến ngại học.Vì vậy trong chuyên đề:” Kim loại kiềm

và hợp chất của kim loại kiềm” này tôi hệ thống kiến thức và phân loại các dạng bài tập để

giải quyết những vấn đề khó khăn thường gặp của học sinh

2 Mục đích nghiên cứu

Hệ thống kiến thức và phân loại bài tập kim loại Kiềm và hợp chất theo hướng nâng cao chất lượng ôn thi THPT Quốc gia

3 Đối tượng bồi dưỡng: Học sinh lớp 12.

4 Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu

Chương trình được thực hiện lồng ghép trong giờ dạy chính khóa trên lớp và trong dạy

ôn thi đại học cho khối 12

Thời gian thực hiên: 6 tiết

PHẦN II HỆ THỐNG KIẾN THỨC

A KIM LOẠI KIỀM

I Vị trí và cấu tạo nguyên tử

1 Vị trí của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn

Sáu nguyên tố hoá học đứng sau các nguyên tố khí hiếm là liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi

(Rb), xesi (Cs), franxi (Fr) được gọi là các kim loại kiềm Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA,đứng ở đầu mỗi chu kì (trừ chu kì 1)

2 Cấu tạo và tính chất của nguyên tử kim loại kiềm

Cấu hình electron : Kim loại kiềm là những nguyên tố s Lớp electron ngoài cùng của nguyên

tử chỉ có 1e, ở phân lớp ns1 (n là số thứ tự của chu kì) So với những electron khác trong nguyên

tử thì electron ns1 ở xa hạt nhân nguyên tử nhất, do đó dễ tách khỏi nguyên tử

Năng lượng ion hoá : Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hoá I1 nhỏ nhất so vớicác kim loại khác Ví dụ :

Do vậy, các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh :

M → M+ + e Trong nhóm kim loại kiềm, năng lượng ion hoá I1 giảm dần từ Li đến Cs

Số oxi hoá : Trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm chỉ có số oxi hoá +1.

Thế điện cực chuẩn : Các cặp oxi hoá - khử M+/M của kim loại kiềm đều có thế điện cựcchuẩn có giá trị rất âm

Bảng 2: Một số đại lượng đặc trưng của kim loại kiềm

1 Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại kiềm có thể khử được các phi kim Ví dụ, kim loại Na cháy trong môitrường khí oxi khô tạo ra natri peoxit Na2O2 Trong hợp chất peoxit, oxi có số oxi hoá -1 :

E +

= 0,00 V, thế điện cực chuẩn của cặpoxi hoá - khử của kim loại kiềm có giá trị từ –3,05 V đến –2,94 V, nên các kim loại kiềm đều cóthể khử dễ dàng ion H+ của dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) thành khí H2 (phản ứng gây nổnguy hiểm) :

1 Ứng dụng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng :

Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy,

Các kim loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài loại lò phản ứng hạtnhân.

Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện

Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệtluyện

Kim loại kiềm được dùng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ

2 Điều chế kim loại kiềm

Kim loại kiềm dễ bị oxi hoá thành ion dương, do vậy trong tự nhiên kim loại kiềm chỉ tồntại ở dạng hợp chất

Điều chế kim loại kiềm bằng cách khử ion của chúng :

M+ + e → M

Tuy nhiên, không có chất nào khử được ion kim loại kiềm

Phương pháp duy nhất điều chế kim loại kiềm là điện phân nóng chảy hợp chất halogenuacủa kim loại kiềm

Ví dụ, điện phân muối NaCl nóng chảy.

Để hạ nhiệt độ nóng chảy của NaCl ở 800oC xuống nhiệt độ thấp hơn, người ta dùng hỗnhợp gồm 2 phần NaCl và 3 phần CaCl2 theo khối lượng Hỗn hợp này có nhiệt độ nóng chảydưới 600oC Cực dương (anot) bằng than chì (graphit), cực âm (catot) bằng thép Giữa hai cực

®pnc

→

2Na + Cl2

B MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM

I Natri hiđroxit, NaOH

Tác dụng với axit, oxit axit tạo thành muối và nước

Tác dụng với một số dung dịch muối, tạo ra bazơ không tan Ví dụ :

Cu2+ + 2OH– → Cu(OH)2

↓

Điện phân dung dịch NaCl (có vách ngăn) :

II Natri hiđrocacbonat và natri cacbonat

1 Natri hiđrocacbonat, NaHCO 3

a Tính chất

NaHCO3 ít tan trong nước

Bị phân huỷ bởi nhiệt :

2NaHCO3

o t

→

Na2CO3 + H2O + CO2 Tính lưỡng tính :

- NaHCO3 là muối của axit yếu, tác dụng được với nhiều axit :

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2HCO3- + H+ → H2O + CO2

Trong phản ứng này, ion HCO 3 - nhận proton, thể hiện tính chất của bazơ.

- NaHCO3 là muối axit, tác dụng được với dung dịch bazơ tạo ra muối trung hoà :

NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2OHCO3- + OH– → CO32- + H2O

Trong phản ứng này, ion HCO 3 - nhường proton, thể hiện tính chất của axit.

● Nhận xét : Muối NaHCO3 có tính lưỡng tính, là tính chất của ion HCO3- : Khi tác dụng với

axit, nó thể hiện tính bazơ ; khi tác dụng với bazơ, nó thể hiện tính axit Tuy nhiên, tính bazơ chiếm ưu thế nên dung dịch NaHCO3 có tính bazơ.

b Ứng dụng

Natri hiđrocacbonat được dùng trong y học, công nghệ thực phẩm, chế tạo nước giải khát,

2 Natri cacbonat, Na 2 CO 3

a Tính chất

Natri cacbonat dễ tan trong nước, nóng chảy ở 850oC

Na2CO3 là muối của axit yếu, tác dụng được với nhiều axit :

trên chi tiết máy trước khi sơn, tráng kim loại Natri cacbonat cịn được dùng trong cơng nghiệpsản xuất chất tẩy rửa.

PHẦN III: BÀI TẬPA.CÁC DẠNG BÀI TẬP

I BÀI TẬP KIM LOẠI KIỀM TÁC DỤNG VỚI H 2 O, VỚI AXIT:

Phương pháp giải

● Bản chất phản ứng của kim loại kiềm với nước, với dung dịch axit là phản ứng oxi hĩa - khử.

Trong đĩ kim loại kiềm khử H+ của axit hoặc H+ của nước để giải phĩng H2 Do tính oxi hĩacủa axit lớn hơn của nước nên khi cho kim loại kiềm dư (cho từng lượng nhỏ) vào dung dịchaxit thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưu tiên như sau :

2M + 2H+ →

2M+ + H2 (1)2M + 2H2O →

2M+ + 2OH- + H2 (2)Trong các phản ứng này: số mol Kim loại kiềm = 2 số mol H2

Nếu kim loại kiềm tác dụng với H2O thì số mol OH- = 2 Số mol H2

●Nếu Bài tập cho Kim loại kiềm phản ứng với HNO3 thì sản phẩm khử cĩ thể cĩ NH4NO3 Vìvậy sản phẩm khí cĩ thể chứa H2 và NH3 do phản ứng của KLK với H2O tạo OH-

● Phương pháp giải bài tập dạng này chủ yếu là tính tốn theo phương trình phản ứng Đối vớihỗn hợp các kim loại kiềm thì nên sử dụng phương pháp trung bình, phương pháp đường chéo.Khi gặp bài tập hỗn hợp kim loại kiềm phản ứng với các chất oxi hĩa khác nhau thì nên sửdụng phương pháp bảo tồn electron

n =0,1 mol

Phương trình phản ứng :

2K + 2H2O →

2KOH + H2 (1)mol: 0,1 →

0,05 Theo (1) và áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta cĩ :

= + 2 − 2 =

dd sau phả n ứ ng K H O H

Gọi số mol của Na là x mol suy ra số mol NaOH tạo thành cũng là x mol.

Tổng số mol OH- = số mol của NaOH + 2.số mol của Ba(OH)2 = (x + 0,04) mol

Dung dịch thu được có pH = 13 suy ra pOH = 1 suy ra [OH-] = 10-1 =0,1M

Vậy ta có : (x + 0,04) = 0,1.0,5 ⇒

x = 0,01 ⇒

Khối lượng của Na là 0,23 gam

Đáp án A.

Ví dụ 3: Cho 4,017 gam một kim loại kiềm X hòa tan vào nước dư được dung dịch Y Trung

hòa dung dịch Y cần vừa đủ 0,103 mol HCl Kim loại X là :

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm hai kim loại A, B nằm kế tiếp nhau trong cùng nhóm IA Lấy 6,2 gam

X hoà tan hoàn toàn vào nước thu được 2,24 lít hiđro (đktc) A, B là :

Ví dụ 5: Hòa tan hết một lượng Na vào dung dịch HCl 10% thu được 46,88 gam dung dịch

gồm NaCl và NaOH và 1,568 lít H2 (đktc) Nồng độ % NaCl trong dung dịch thu được là :

mol : y →

y →

y →

0,5y Theo các phản ứng và định luật bảo toàn khối lượng ta có :

23(x + y) +

36,5x 10%

– 2(0,5x + 0,5y) = 46,88 (3) Mặt khác số mol của hiđro là : 0,5x + 0,5y = 0,07 (4)

II BÀI TẬP VỀ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM

1 Pha chế dung dịch kiềm

Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương pháp đường chéo hoặc tính toán đại số

Mặt khác m1 + m2 = 500 nên suy ra m1 = m2 = 250.

Đáp án D.

Ví dụ 7: Từ 20 gam dung dịch NaOH 40% và nước cất pha chế dung dịch NaOH 16% Khối

lượng nước (gam) cần dùng là :

2 Dung dịch kiềm phản ứng với dung dịch axit

Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương pháp đường chéo hoặc tính toán theo

− 2

KOH Ba(OH) OH

0,5V = 0,1 ⇒

V= 0,2 lít = 200 ml

Đáp án D.

Ví dụ 10: Cho một mẫu hợp kim Na-Ba tác dụng với nước (dư), thu được dung dịch X và 3,36

lít H2 (đktc) Thể tích dung dịch axit H2SO4 2M cần dùng để trung hoà dung dịch X là :

H

n +

=

2 H

2

= = 0,075 lít (75 ml)

Đáp án B.

Ví dụ 11: Trộn 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm H2SO4 0,05M và HCl 0,1M với 100 ml dungdịch hỗn hợp gồm NaOH 0,2M và Ba(OH)2 0,1M thu được dung dịch X Dung dịch X có pH là:

Phương trình phản ứng :

2

(1)mol: 0,02 →

0,02 Suy ra sau phản ứng :

OH ( )

n − d

= 0,04 − 0,02 = 0,02 mol

⇒

0,02OH

Ví dụ 12: Trộn 250 ml dung dịch chứa hỗn hợp HCl 0,08M và H2SO4 0,01M với 250 ml dung

dịch NaOH aM thu được 500 ml dung dịch có pH = 12 Giá trị a là :

A 0,13M B 0,12M C 0,14M D 0.10M.

Hướng dẫn giải

Sử dụng phương trình ion rút gọn và tính toán đại số thông thường

Tổng số mol ion H+ trong dung dịch axit là :

2 4 HCl H SO H

n + = n + 2n = 0,25.0,08 2.0,01.0,25 0,025 mol + =

Tổng số mol ion OH- trong dung dịch bazơ là :

NaOH OH

0,025 Theo (1) và giả thiết ta thấy sau phản ứng số mol OH- dư là (0,5a – 0,025) mol

3 Bài toán CO 2 , SO 2 tác dụng với NaOH, KOH

Khi cho CO2 tác dụng với dung dịch KOH, NaOH có thể xảy ra các phản ứng sau:

NaOH + CO2 → NaHCO3 (1)

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (2)

a Bài toán thuận:Biết số mol các chất tham gia phản ứng,Tính khối lượng muối tạo thành

Khi bài toán cho biết số mol NaOH và CO2 tham gia phản ứng thì trước tiên phải lập tỉ lệ số

Nếu 1 < T < 2: Xảy ra cả phản ứng (1) và (2), sản phẩm thu được có 2 muối là NaHCO3

Chú ý: Khi T < 1 thì CO2 còn dư, NaOH phản ứng hết

Khi T = 1 hoặc T = 2 : Các chất tham gia phản ứng đều hếtKhi T > 2: NaOH còn dư, CO2 phản ứng hết

Ví dụ 13:: Hấp thụ hoàn toàn 1,12 lít khí CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch NaOH 0,2M thuđược dung dịch X Tính khối lượng muối tan trong dd X

NaOH CO

b Bài toán nghịch : Đề cho số mol của 1 trong 2 chất chất tham gia phản ứng và khối lượng

chất tan sau phản ứng.Tính số mol chất còn lại

+ Nếu đề bài cho số mol SO2, CO2 là x, ta có trục khối lượng rắn là:

84x 106x

NaHCO3 Na2CO3

So sánh khối lượng rắn để kết luận trường họp của bài toán:

84x < m chất tan < 106x Tạo 2 muối

106x < m chất tan có NaOH dư

Ví dụ 15: Sục V lít CO2 vào 300ml dung dịch KOH 1M, sau phản ứng kết thúc thu được dung dịch có chứa 26,9 g muối Tính V (đktc)

* Giả sử toàn bộ KOH chuyển hóa thành KHCO3 thì:

y = 0,05Theo (1) và (2) ta có : → 2

Hướng dẫn giải Nhận thấy :

2

nên suy ra trong dung dịch Y còn chứa cả muối HCO3-

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với C ta có :

0,06 ¬

0,06

CO2 + 2OH- →

CO32- (2) mol: (0,1 – 0,06) →

0,08

HCO CaCO

Ca :x 0,15

2(x 0,15) x y 0,35

40(x 0,15) 23y 39x 61.0,35 32,3 HCO :0,35

=



→  =x 0,2 → =x 4:1

4 Bài tập về muối cacbonat tác dụng với dung dịch axit

Dung dịch muối CO 3 2- và HCO 3 - phản ứng từ từ với dung dịch axit hoặc ngược lại

● Lưu ý : Trong dạng bài tập này thì lượng H+ mà đề bài cho thường không đủ để chuyển hết

các ion CO32- và HCO3- thành CO2 nên cho từ từ dung dịch chứa ion H+ (HCl, H2SO4, HNO3)vào dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- và làm ngược lại thì sẽ thu được lượng CO2 khácnhau

a.Dạng 1: Cho từ từ dung dịch chứa ion H + (HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 ) vào dung dịch chứa các ion CO 3 2- và HCO 3 -

Phương pháp giải Khi cho từ từ dung dịch chứa ion H+ (HCl, H2SO4, HNO3) vào dung dịch chứa các ion

CO32- và HCO3- thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưu tiên :

2

(1)(2)

− + −

− +

+ →+ → ↑ +

CO H HCO HCO H CO H O

Phản ứng (1) xảy ra trước, (2) xảy ra sau

Chú ý: Nếu dung dịch ban đầu chứa OH- và CO32- thì xảy ra phản ứng trung hòa trước (1) Nhưvậy số mol H+ cần để bắt đầu tạo khí = nOH- + nCO32-

Ví dụ 18: Dung dịch X chứa hỗn hợp gồm Na2CO3 1,5M và KHCO3 1M Nhỏ từ từ từng giọtcho đến hết 200 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch X, sinh ra V lít khí (đktc) Cho dưdung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch X, thu được m gam kết tủa Giá trị của m và V là :

= 0,1 mol ;

HCl H

−

(1)mol: 0,15 ¬

H+ + HCO3

− → H2O + CO2 (2)mol: 0,05 → 0,05 → 0,05

H2SO4, HNO3) thì phản ứng xảy ra đồng thời theo đúng tỉ lệ mol của các ion CO32- và HCO3- cótrong dung dịch

CO H CO H O HCO H CO H O

►Các ví dụ minh họa ◄

Ví dụ 19: Nhỏ rất tử từ 400ml dung dịch HCl 0,5M vào 100ml dung dịch hỗn hợp chứa

NaHCO3 0,5M và Na2CO3 1M.Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy có V lít khí thoát ra

HCl thiếu, lượng CO2 tính theo HCl

Theo giả thiết ta có :

3 2 HCO

Do đó ta gọi số mol của các ion HCO3- và CO32-tham gia phản ứng là 2x và x

Khi cho từ từ dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- vào dung dịch chứa ion H+ thì phảnứng xảy ra đồng thời (1) và (2)

A 1,5M và 2M B 1M và 2M C 2M và 1,5M D 1,5M và 1,5M.

Hướng dẫn giải

- Cùng lượng HCl và Na CO nhưng thao tác thí nghiệm khác nhau thì thu được lượng CO

- Khi cho từ từ dung dịch Na2CO3 vào dung dịch HCl thì xảy ra phản ứng giải phóng ngay

khí CO2 nên thông qua lượng CO2 ta tính được lượng HCl ban đầu :

n +

= 0,2 mol

- Khi cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch Na2CO3 thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưutiên nên thông qua lượng CO2 giải phóng và lượng HCl phản ứng ta tính được lượng Na2CO3ban đầu :

Nồng độ mol của dung dịch Na2CO3 là

0,151,5M

● Trường hợp 1 : Giả sử H+ phản ứng với CO32- trước

Phương trình phản ứng :

2H+ + CO32- →

CO2 + H2O (1)mol: 2 ¬

0,5 →

0,5 Theo (2) và (3) ta thấy : 2

Đề gồm 40 câu trắc nghiệmThời gian: 50 Phút

Nhận biết Thông hiểu

Vận dụng thấp dụng cao Vận TỔNG

II NỘI DUNG ĐỀ VÀ ĐÁP ÁN:

Câu 1: Cấu hình electron lớp ngoài cùng của kim loại M là [Ar]4s1 M ứng với kim loại nàosau đây:

Câu 2: Cho vài giọt phenolphtalein vào dung dịch NaOH thì dung dịch chuyển thành

A màu vàng B màu cam C màu hồng D màu xanh Câu 3: Chất nào sau đây không tác dụng với dung dịch NaOH?

Câu 4: Khối lượng riêng của kim loại kiềm nhỏ là do :

A Bán kính nguyên tử lớn, cấu tạo mạng tinh thể kém đặc khít.

B Bán kính nguyên tử nhỏ, cấu tạo mạng tinh thể đặc khít.

C Bán kính nguyên tử nhỏ, cấu tạo mạng tinh thể kém đặc khít.

D Bán kính nguyên tử lớn, cấu tạo mạng tinh thể đặc khít.

Câu 5: Cho các dung dịch sau : NaOH ; NaHCO3 ; Na2CO3 ; NaHSO4; Na2SO4 Dung dịch làmcho quỳ tím đổi màu xanh là :

A NaOH ; Na2SO4 ; Na2CO3 B NaHSO4 ; NaHCO3 ; Na2CO3.

C NaOH ; NaHCO3 ; Na2CO3 D NaHSO4 ; NaOH ; NaHCO3

Câu 6: Dịch vị dạ dày thường có pH trong khoảng từ 2 - 3 Những người nào bị mắc bệnh viêm loét dạ dày, tá tràng thường có pH < 2 Để chữa căn bệnh này, người bệnh thường uống

trước bữa ăn chất nào sau đây ?

A Dung dịch natri hiđrocacbonat B Nước đun sôi để nguội.

C Nước đường saccarozơ D Một ít giấm ăn.

Câu 7: Có thể dùng NaOH (ở thể rắn) để làm khô các chất khí