Tóm tắt lý thuyết A. KIM LOẠI KIỀM THỔ 1. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm các nguyên tố: Be, Mg, Ca, Sr, Kr, Ba, Ra Cấu tạo : cấu hình e lớp ngoài cùng ns2 (n là thứ tự của chu kỳ) KL kiềm thổ có 2e lớp ngoài cùng 2. Tính chất vật lí của kim loại kiềm thổ Có màu trắng bạc, có thể rát mỏng , nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ. 3. Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ KL kiềm thổ có năng lượng ion hoá tương đối nhỏ. Vì vậy KLK thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be → Ba . Ta có: M → M2+ + 2e Trong hợp chất KLKthổ có số oxi hoá = +2 a. Tác dụng với phi kim Thí nghiệm Đốt cháy Magie: \(2\mathop {Mg}\limits^0 + \mathop {{O_2}}\limits^0 \to 2\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \mathop O\limits^{ - 2}\) b. Tác dụng với dung dịch Axit Thí nghiệm: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 2\mathop {HCl}\limits^{ + 1} \to \mathop {Mg}\limits^{ + 2} C{l_2} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \uparrow\) c. Tác dụng với axit HNO3, H2SO4 đặc KLK thổ có thể khử \(\mathop N\limits^{ + 5}\) trong HNO3 loãng xuống \(\mathop N\limits^{ - 3} ,\mathop S\limits^{ + 6}\) trong H2SO4 đặc xuống \(\mathop S\limits^{ + 4}\) Thí nghiệm Magie trong axit sunfuric: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 5{H_2}S{O_4} \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} S{O_4} + {H_2}\mathop S\limits^{ - 2} + 4{H_2}O\) Thí nghiệm Magie trong HNO3: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 10HN{O_3}(loang) \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} {(N{O_3})_2} + \mathop N\limits^{ - 3} {H_4}N{O_3} + 3{H_2}O\) d. Tác dụng với nước Thí nghiệm Canxi tác dụng với nước: Ca +2 H2O → Ca(OH)2 +H2\(\uparrow\) B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI 1. Canxi hidroxit Ca(OH)2 là bazơ mạnh, dễ dàng hấp thụ khí CO2. Phương trình: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Ứng dụng: Sản xuất amoniac (NH3), Clorua vôi (CaOCl2)... 2. Canxi cacbonat (CaCO3) Dễ bị nhiệt phân huỷ: CaCO3 \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaO + CO2 CaCO3 tan dần trong nước có hoà tan CO2: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 Ứng dụng: Dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, ... 3. Canxi sunfat Là chất rắn màu trắng, tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O gọi là thạch cao sống. Khi đun nóng đến 1600C thạch cao sống bién thành thạch cao nung. CaSO4.2H2O \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaSO4.H2O + H2O Ứng dụng: Dùng để nặn tượng, đúc khuôn, bó bột khi gãy xương,... C. NƯỚC CỨNG 1. Khái niệm Nước cứng là nước có chứa ion Ca2+, Mg2+ Nước cứng tạm thời: Là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 \(Ca{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\) \(Mg{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}MgC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\) Nước cứng vĩnh cửu: Là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, cloruacủa canxi và magie(CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4) 2. Tác hại của nước cứng Trong đời sống: dùng nước cứng để tắm giặt không sạch, làm quần áo chóng hỏng. Trong sản xuất: Tạo cặn, lãng phí nhiên liệu tắc đường ống nước. 3. Cách làm mềm nước cứng Phương pháp kết tủa: Đun nóng Dùng NaOH Dùng Na2CO3Hoặc Na3PO4 Phương pháp trao đổi ion 4. Nhận biết ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch Dùng dd muối chứa CO32- sẽ tạo kết tủa CaCO3 , MgCO3 . Sục khí CO2 dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ có mặt của Ca2+, Mg2+ Bài tập minh họa 1. Bài tập Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng - Cơ bản Bài 1: Trong tự nhiên, các nguyên tố Ca và Mg có trong quặng Đôlômit: CaCO3.MgCO3. Từ quặng này hãy trình bày phương pháp hóa học điều chế hai chất riêng biệt là CaCO3 và MgCO3. Hướng dẫn: Dùng dung dịch HCl hòa tan quặng, ta được dung dịch hỗn hợp MgCl2 và CaCl2. Pha loãng dung dịch hỗn hợp và dùng dung dịch NaOH làm kết tủa hoàn toàn Mg(OH)2 do độ tan của Ca(OH)2 gấp 80 lần Mg(OH)2. Lọc kết tủa Mg(OH)2 và phần nước trong. Cho phần nước trong chứa CaCl2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 ta thu được kết tủa CaCO3. Dùng axit HCl hòa tan kết tủa Mg(OH)2, sau đó dùng dung dịch Na2CO3 kết tủa lại MgCO3 Bài 2: Có 3 cốc đựng lần lượt: nước mưa, nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu. Hãy nhận biết nước đựng trong mỗi cốc bằng phương pháp hóa học. Hãy viết phương trình hóa học. Hướng dẫn: - Đun sôi 3 ống nghiệm đựng 3 loại nước. Nếu có kết tủa đó là nước có tính cứng tạm thời. - Dùng dung dịch Na2CO3 sẽ nhận biết được nước có tính cứng vĩnh cửu. Còn lại là nước mưa. Phương trình hóa học: \(Ca{(HC{O_3})_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} \downarrow + C{O_2} \uparrow + {H_2}O\) \(\begin{array}{l} CaC{l_2} + N{a_2}C{O_3} \to CaC{O_3} \downarrow + 2NaCl\\ CaS{O_4} + N{a_2}C{O_3} \to CaC{O_3} \downarrow + N{a_2}S{O_4} \end{array}\) Bài 3: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO2 (đktc) vào 400 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là: Hướng dẫn: \(n_{{CO_{2}}} = 0,1 ; \ n_{OH^-} = 0,4. 2. 0,2 = 0,16 \ mol\) CO2 + 2OH – → CO32 – + H2O a 2a a CO2 + OH- → HCO3- b b b \(\Rightarrow \left\{\begin{matrix} a + b = 0,1 \ \ \ \\ 2a + b = 0,16 \end{matrix}\right. \Rightarrow \left\{\begin{matrix} a = 0,06 \\ b = 0,04 \end{matrix}\right.\) ⇒ mBaCO3 ↓ = 0,06.197 = 11,82 gam 2. Bài tập Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng - Nâng cao Bài 1: Cho từ từ dung dịch chứa a mol Ba(OH)2 vào dung dịch chứa b mol ZnSO4. Đồ thì biểu diễn số mol kết tủa theo giá trị của a nhứ sau: Giá trị của b là: Hướng dẫn: Tại \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 2b mol thì kết tủa ổn định ⇒ chỉ có BaSO4 (x > b > 0,0625) Tại \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,0625 và 0,175 mol thì đều có lượng kết tủa x như nhau +) Tại: \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,0625 mol [SO42- dư và Zn2+ dư] \(\Rightarrow n_{BaSO_{4}} = 0,0625 \ mol ; \ n_{Zn(OH)_{2}} = 0,0625 \ mol\) +) Tại: \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,175 mol [Ba2+, có hòa tan kết tủa 1 phần] \(\Rightarrow n_{BaSO_{4}} = b ; \ n_{Zn(OH)_{2}} = (2n_{Zn^{2+}} - \frac{1}{2} .n_{OH^-}) = (2b - \frac{1}{2}.0,175.2)\) Số mol kết tủa là như nhau ở 2 thời điểm trên \(\Rightarrow 0,0625 + 0,0625 = b + (2b -\frac{1}{2}.0,175.2)\) ⇒ b = 0,1 mol Bài 2: Hỗn hợp X gồm Ba và 1 kim loại M. Hoà tan hỗn hợp X bằng dung dịch HCl 10% vừa đủ thu được dung dịch trong đó nồng độ % của BaCl2 là 9,48% và nồng độ % của MCl2 nằm trong khoảng 8% đến 9%. Kim loại M là: Hướng dẫn: Xét hỗn hợp X gồm y mol Ba và x mol M (hóa trị 2) \(\Rightarrow n_{Ba} = n_{BaCl_{2}} = 1 \ mol\) ⇒ mdd sau = 2194y gam Bảo toàn Cl: \(n_{HCl}=2n_{BaCl_{2}} + n.n_{MCl_{2}} = 2(y+x)=2n_{H_{2}}\) Bảo toàn khối lượng: \(m_{dd \ HCl}=m_{dd \ sau} + m_{H_{2}}-m_{X}\) ⇒ mdd HCl = 2059y +2x - xM gam \(\\ C\%_{HCl} = \frac{36,5.2(y+x)}{2059y+2x-xM}.100\% = 10 \ \% \\ \Rightarrow 1329y = 728x + xM \ \ ^{(1)}\) Lại có: 8% < C%MCln < 9% ⇒ 175,5 < x(M+71) < 197,5y Từ (1) \(\\ \Rightarrow 175,5y < 1329y.\frac{M+71}{728+M} < 197,5y \\ \Rightarrow 0,132 < \frac{M+71}{728+M} <0,149 \\ \Rightarrow 28,9 < M < 44,0\) ⇒ M là kim loại Ca. Theo LTTK Education tổng hợp
