Vị trí, tính chất vật lí của kim loại kiềm a.. Vị trí : Kim loại kiềm là những nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm I trong bảng HTTH gồm các nguyên tố Liti Li, Natri Na, Kali K, Rubiđi
Trang 1CHƯƠNG VIII : KIM LOẠI CÁC PHÂN NHÓM CHÍNH I, II, III
1 KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM I (KIM LOẠI KIỀM)
1 Vị trí, tính chất vật lí của kim loại kiềm
a Vị trí : Kim loại kiềm là những nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm I trong bảng HTTH gồm các nguyên tố Liti
(Li), Natri (Na), Kali (K), Rubiđi (Rb), Xêsi (Cs), Franxi (Fr) Các nguyên tố này đứng đầu các chu kỳ (trừ chu kì I)
b Tính chất vật lí của kim loại kiềm : + Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp
+ Khối lượng riêng nhỏ + Độ cứng thấp
2 Tính chất hóa học của kim loại kiềm :
- Năng lượng cần dùng để phá vỡ mạng tinh thể lập phương tương đối nhỏ
- Kim loại kiềm là những nguyên tố nhóm S (electron hóa trị là đầy ở phân lớp S)
Có bán kính nguyên tử tương đối lớn Nâng lượng cần dùng để tách electron hóa trị (năng lượng ion hóa) tương đối nhỏ Nguyên tử kim loại dễ nhường một electron hóa trị M - 1e → M+ Kim loại kiềm là chất khử mạnh nhất trong số các kim loại
a Tác dụng với phi kim
+ Với oxi: 4Na + O2 = 2Na2O ⇒ 4M + O2 = 2M2O
+ Với Clo: 2Na + Cl2 = 2NaCl ⇒ 2 M + Cl2 = 2MCl
b Tác dụng với axit : Natri dễ khử H+ trong dung dịch axit thành H2 tự do
+ 2Na + 2HCl = 2NaCl + H2↑
+2Na + H2SO4 = Na2SO4 + H2↑
⇒ Phương trình ion rút gọn : 2M + 2H+ = 2M+ + H2↑
c Tác dụng với nước :
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ ⇒ 2M + 2H2O = 2MOH + H2↑
d Tác dụng với dung dịch muối : Kim loại kiềm tác dụng với H2O trong dung dịch
Ví dụ: Natri tác dụng với dung dịch CuSO4
+ Na tác dụng với H2O trong dung dịch : 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
3 Điều chế kim loại kiềm : Nguyên tắc: Khử các ion kim loại kiềm : M+ + 1e = M
Điện phân muối halogenua hoặc Hiđroxit của chúng ở dạng nóng chảy
2NaCl ñieän phaân nc →2Na + Cl2
4NaOH ñieän phaân nc → 4Na + O2 + 2H2O
2 MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NATRI
1 Natri hiđroxit (NaOH) :Natri hiđroxit là bazơ mạnh, khi tan trong nước phân li hoàn toàn thành ion : NaOH = Na+ + OH
-a Tác dụng với axit : NaOH + HCl = NaCl + H2O
OH- + H+ = H2O
b Tác dụng với oxit axit: NaOH + CO2 = NaHCO3
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Nếu tỉ lệ mol
2
NaOH
CO ≤ 1 tạo muối NaHCO3 Nếu tỉ lệ mol
2
NaOH
CO ≥ 2 tạo muối Na2CO3
Tỉ lệ mol
2
NaOH
CO 1 < số mol 2
NaOH
CO < 2, tạo 2 muối
c Tác dụng với dung dịch muối : 2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
2OH- + Cu 2+ = Cu(OH)2↓
Điều chế NaOH bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl : 2NaCl + H2O ñieän phaân→ H2 + Cl2 + 2NaOH
2 Muối của kim loại Natri
Trang 2+ Muối Natri hiđrocacbonat NaHCO3
- Muối NaHCO3 ít tan trong H2O, bề ở nhiệt độ thường, bị phân hủy ở nhiệt độ cao
2NaHCO3 →t0 Na2CO3 + Na2CO3 + CO2↑ + H2O
- Tác dụng với axit mạnh : NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2↑ + H2O
- Tác dụng với kiềm : NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O
+ Muối Natri cacbonat Na2CO3 : Na2CO3 là muối của axit yếu, khơng bền (axit cacbonic)
-Tác dụng với axit mạnh : Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O
- Dung dịch Na2CO3 trong nước cĩ phản ứng kiềm mạnh :
Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH
CO32− + H2O = HCO3- + OH
-3 Cách nhận biết muối Natri : Dùng dây Platin sạch, nhúng vào hợp chất natri, rồi đem đốt trên ngọn lửa đèn cồn ngọn lửa
sẽ cĩ màu vàng
3 KIM LOẠI PHÂN NHĨM CHÍNH NHĨM II
1 Vị trí trong bảng hệ thống tuần hồn, tính chất vật lí
a Vị trí :Kim loại phân nhĩm II gồm:Beri (Be) ,Magiê (Mg) ,Canxi (Ca) ,Stronti (Sr) ,Bari (Ba) ,Rađi (Ra)
.Trong các chu kì các nguyên tố này đứng liền sau khi loại kiềm
b Tính chất vật lí : - Nhiệt độ nĩng chảy nhiệt độ soi thấp
- Là kim loại mềm (mềm hơn nhơm)
- Khối lượng riêng tương đối nhỏ
2 Tính chất hĩa học : Các nguyên tố phân nhĩm chính nhĩm 2 cĩ:
- 2 electron hĩa trị (S2)
- Cĩ bán kính nguyên tử lớn
- Là những chất khử mạnh : M - 2e → M2+
Trong các hợp chất các nguyên tố này cĩ số oxy hĩa +2
a Tác dụng với phi kim
- Với oxi khi đốt nĩng : 2M + O2 = 2MO (M là nguyên tử kim loại)
2Ca + O2 = 2CaO
- Với Cl2 : M + Cl2 = MCl2
Mg + Cl2 = MgCl2
b Tác dụng với axit :
- Dễ dàng khử ion H+ trong dung dịch axit (HCl, H2SO4) thành H2 tự do
M + H2SO4 = MSO4 + H2↑
M + 2H+ = M2+ + H2↑
- Cĩ thể khử ( 5)N+ trong HNO3 thành ( 4)N NO N NO+ ( 2), (( 2)+ ),N N0( )2 hoặc (+4)N (NO ), N (NH NO )2 (-3) 4 3
4M + 10HNO3 = 4M(NO3)2 + 3H2O + NH4NO3
c Tác dụng với H 2 O : Trong H2O, Be khơng phản ứng, Mg khử chậm, các kim loại cịn lại khử mạnh.
M + 2H2O = M(OH)2 + H2↑
Ca +2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
d Tác dụng với dung dịch muối
- Mg đẩy các kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối : Mg + CuSO4 = MgSO4 + Cu↓
- Các kim loại cịn lại tác dụng với H2O trong dung dịch
3 Điều chế :Điện phân muối Halozen ở dạng nĩng chảy : MX2 →điện phânnóngchảy M + X2 ( X: halozen )
4 MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI
Trang 31 Canxi oxit (CaO): là oxit bazơ
- Tác dụng mãnh liệt với H2O tạo bazơ : CaO + H2O = Ca(OH)2
- Tác dụng với nhiều axit tạo muối tương ứng : CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O
- Tác dụng với oxit axit tạo muối tương ứng : CaO + CO2 = CaCO3
- Canxi oxit được điều chế bằng phương pháp phân hủy muối cacbonat : CaCO3 →t0 CaO + CO2
2 Canxi hiđroxit Ca(OH) 2 : Là chất rắn ít tan trong H2O, dung dịch Ca(OH)2 có tính bazơ yếu hơn NaOH
- Tác dụng với axit và oxit axit tạo muối tương ứng :
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + H2O Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2
Nếu tỉ lệ mol 2
2
2
Ca OH
CO ≤ tạo muối axit Nếu tỉ lệ mol 2
2
Ca OH
CO ≤ tạo muối trung tính Nếu tỉ lệ mol 2
2
Ca OH
2
molCa OH CO
< < tạo đồng thời 2 muối
- Tác dụng với dung dịch muối : Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaOH
Ca2+ + CO32− = CaCO3↓
3 Canxi cacbonat CaCO 3 : chất rắn màu trắng không tan trong H2O, là muối của axit yếu và không bền.
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑
CaCO3 + 2CH3COOH = Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2↑
Ở nhiệt độ thấp CaCO3 tan dần trong H2O có CO2 : CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2
4 Canxi sunfat (CaSO 4 ) : CaSO4 còn gọi là thạch cao, màu trắng, ít tan trong H2O
CaSO4 2H2O: thạch cao sống 2CaSO4.H2O: thạch cao nung nhỏ lửa
CaSO4: thạch cao khan
5 NƯỚC CỨNG
1 Nước cứng
Nước có chứa ion Ca+2, Mg2+ là nước cứng Nước không chứa hoặc chứa ít những ion trên, gọi là nước mềm
2 Phân loại nước cứng : Nước cứng chia thành 3 loại
1 Nước cứng tạm thời: là nước cứng có chứa ion
HCO3-2 Nước cứng vĩnh cửu: là nước cứng có chứa ion Cl- hoặc SO2-4
3 Nước cứng toàn phần: Là nước cứng có chứa đồng thời aninon HCO24− hoặc Cl
-3 Tác hại của nước cứng :
- Xà phòng không tan
- Vải sợi mau mục nát
- Nấu thức ăn lâu chín, giảm mùi vị
- Tạo chất cặn trong nồi hơi làm lãng phí nhiên liệu
4 Cách làm mềm nước :
Trang 4Nguyên tắc: Làm giảm nồng độ các ion Ca2+ và Mg2+ trong nước bằng cách chuyển những ion tự do này vào thành phần chất không tan
Phương pháp: Phương pháp hóa học và phương pháp trao đổi ion
a Phương pháp hóa học :
* Đối với nước cứng tạm thời
- Đun nóng trước khi dùng : Ca(HCO3)2 →t0 CaCO3↓ + H2O + CO2↑
- Dùng Ca(OH)2 vừa đủ : Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O
- Lọc bỏ chất không tan được nước mềm
* Đối với nước cứng vĩnh cửu và nước cứng hoàn toàn
Dùng dung dịch Na2CO3 : CaSO4 + NaCO3 = CaSO3↓ + Na2SO4
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaHCO3
Ca2+ + CO2-3 = CaCO3↓
b Phương pháp trao đổi ion : Cho nước cứng đi qua chất trao đổi ion (ionit) chất này sẽ hập thụ các ion Ca2+ và Mg2+ thế vào đó là ion Na+, H+ ta được nước mềm
6 NHÔM
1 Vị trí và tính chất vật lí
a Vị trí
- Nhôm là nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm III chu kì 3
- Nhôm có 13 e ở vỏ nguyên tử được sắp xếp theo cấu hình: 1s12s22p63s23p1 (Nhóm nguyên tố nhóm p)
- Vỏ nguyên tử của nhóm có 3 lớp; lớp K = 2L = 8M = 3
- Lớp ngoài cùng có 3 electron hóa trị
b Tính chất vật lí
- Làm kim loại nhẹ, màu trắng, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm (6600C)
- Nhôm dẫn điện, dẫn nhiệt tốt
2 Tính chất hóa học của nhôm
Nhôm có 3 electron hóa trị, dễ dàng nhường 3 electron có hóa trị 3+; nhom có tính khử mạnh : Al - 3e → Al3+
a Tác dụng với phi kim
- Với O2 : 4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q
- Với Cl2: 2Al +3Cl2 = 2AlCl3
b Tác dụng với axit :
- Al khử dễ dàng ion H+ trong dung dịch HCl, H2SO4 loãng thành H2 tự do
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
2Al + 2H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
⇒2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2↑
- Al tác dụng với H2SO4 đặc nóng Al khử S trong H2SO4 xuống số oxi hóa +4S (SO) 2S, S(H S)0 -2 2
Ví dụ: 2Al + 6H2SO =Al (SO ) +3SO +6H O+64 2 4 3 +42 2
Đặc nóng
- Al tác dụng với HNO3Al khử N+5 (trong HNO3) xuống số oxi hóa N(NO )+4 2 N(NO)+2 N(N O)+1 2 N(N )0 2
Ví dụ: Al + 4H NO =Al(NO ) +2H O+ NO+53 3 3 2 +2
8Al + 30HNO+53 =8 (Al NO3 3) 15+ H O2 +3N O+21
Al không tác dụng với H2SO4 và HNO3 đặc nguội
Trang 5c Tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm)
- Ở nhiệt độ cao Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit Fe2O3, Cr2O3 thành kim loại tự do
2Al + Fe2O3 t=0 Al2O3 + 2Fe + Q
⇒ 2yAl + 3FexOy =t0 yAl2O3 + 3xFe
d Tác dụng với H 2 O
Vật bằng nhôm không tác dụng với nước vì có một lớp oxit nhôm bền vững phủ kín mặt của nhôm
Nếu phá bỏ lớp oxit đó thì nhôm tác dụng với nước Al + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2↑
Al(OH)3 chất không tan, là lớp bảo vệ không cho Al tiếp xúc với H2O phản ứng dừng lại nhanh chóng
7 HỢP CHẤT CỦA NHÔM
1 Nhôm oxit Al 2 O 3 : là chất rắn màu trắng không tan và không tác dụng với H2O
a Al 2 O 3 là hợp chất rắn bền
- Al2O3 là hợp chất ion rất bền vững
- Nóng chảy ở nhiệt độ cao (trên 20000C)
- Sự khử Al2O3 thành Al rất khó khăn (Không thể dùng C, Co, H2 để khử được)
b Al 2 O 3 là chất lưỡng tính
- Tác dụng với axit mạnh Al2O3 (có tính chất của oxit bazơ) : Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
- Tác dụng với dung dịch bazơ mạnh (Al2O3 có tính chất của oxit axit) : Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
2 Nhôm hiđroxit: Al(OH) 3
Trong nước nhôm hiđroxit là chất kết tủa keo màu trắng Điều chế Al(OH)3 bằng phản ứng trao đổi giữa muối nhôm với dung dịch bazơ Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓
a Al(OH) 3 là hợp chất kém bền 2Al(OH)3 →t0 Al2O3 + 3H2O
b Al(OH) 3 là hợp chất lưỡng tính :
- Tác dụng với axit (có tính chất của bazơ) : Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
⇒ Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
- Tác dụng với bazơ (có tính chất của axit) : Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
⇒ Al(OH)3 + OH- = AlO- 2 + 2H2O
- Al(OH)3 có thể viết dưới dạng HAlO2.H2O : HAlO2.H2O + OH- = AlO- 2 + 2H2O
- Các vật dụng bằng nhôm bị phá hủy trong dung dịch kiềm
+ Trước hết Al2O3 bị hòa tan bởi dung dịch kiềm : Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O (1)
+ Sau đó, Al khử H2O tạo Al(OH)3, Al(OH)3 tan trong dung dịch kiềm
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑ (2) Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O (3) Các phản ứng (1) (2) (3) kế tiếp nhau : phương trình tổng quát
⇒ 2Al + 2NaOH + 2H2O = NaAlO2 + 3H2↑
3 Muối nhôm
a Muối AlCl 3 tan trong H 2 O tác dụng với bazơ
AlCl3 + 3NaOH = 3NaCl + Al(OH)3↓
AlCl3 + 3NH4OH = Al(OH)3↓ + 3NH4Cl
b Muối sunfat: Al2(SO4)3 tan trong nước, phèn K2SO4 Al2(SO4)3 24H2O tác dụng được với dung dịch kiềm.
c Muối Natri aluminat (NaAlO 2 ) : là muốn tan NaAlO2 là muối của axit yếu.
Trong nước : NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3↓ + NaOH
Tác dụng với axit : NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3↓ + NaHCO3
Trang 69 SẢN XUẤT NHƠM
1 Nguyên liệu :
Nguyên liệu để sản xuất nhơm là quặng bơxít Al2O3.nH2O (cĩ lẩn Fe2O3, SiO2)
2 Nguyên tắc :
Khử ion Al3+ thành Al tự do
Al3+ + 3e → Al
3 Các giai đoạn :
a Giai đoạn tinh chết Al 2 O 3 :
- Nấu quặng boxit ( nghiền nhỏ ) với dung dịch NaOH đặc ( ở 180oC ), loại bỏ tạp chất khơng tan, thu lấy dung dịch NaAlO2, Na2SiO3 :
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
- Sau đĩ sục khí CO2 vào được Al(OH)3↓ : NaAlO2 + CO2 + H2O = Al(OH)3↓ + NaHCO3
- Đem nung ở nhiệt độ cao : 2Al(OH)3 →t0 Al2O3 + 3H2O
b Giai đoạn điện phân nĩng chảy Al 2 O 3 (cĩ trộn cryolit Na3AlF6 ) để hạ nhiệt độ nĩng chảy hổn hợp , tiết kiệm năng lượng, lại tạo được chất lỏng cĩ tính dẩn điện tốt hơn Al2O3 nĩng chảy Mặc khác , ngăn cản Al nĩng chảy khơng bị oxi hĩa trong khơng khí ( do chất lỏng trên cĩ tỉ khối nhỏ hơn Al nổi lên trên và ngăn cản sự oxi hĩa Al )
- Điện phân Al2O3 (tan trong Crylolit) : ⇒2Al2O3 →điện phânnóngchảy 4Al + 3O2↑