KIM LOẠI KIỀM THỔ A ĐƠN CHẤT I VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO Vị trí kim loại kiềm thổ bảng tuần hoàn Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA bảng tuần hoàn, gồm nguyên tố : beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) rađi (Ra) Trong chu kì, nguyên tố kim loại kiềm thổ đứng sau nguyên tố kim loại kiềm Cấu tạo tính chất nguyên tử kim loại kiềm thổ Cấu hình electron : Kim loại kiềm thổ nguyên tố s Lớp nguyên tử có 2e phân lớp ns2 So với electron khác nguyên tử hai electron ns2 xa hạt nhân cả, chúng dễ tách khỏi nguyên tử Các cation M2+ kim loại kiềm thổ có cấu hình electron nguyên tử khí đứng trước bảng tuần hoàn Số oxi hoá : Các ion kim loại kiềm thổ có điện tích 2+ Vì hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm thổ có số oxi hoá +2 Thế điện cực chuẩn : Các cặp oxi hoá - khử M2+/M kim loại kiềm thổ điện cực chuẩn âm II TÍNH CHẤT VẬT LÍ Các kim loại kiềm thổ có số tính chất vật lí giống : Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tương đối thấp (trừ beri) Độ cứng có cao kim loại kiềm, nhìn chung kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp Khối lượng riêng tương đối nhỏ, chúng kim loại nhẹ nhôm (trừ bari) Một số số vật lí kim loại kiềm thổ Nguyên tố Nhiệt độ nóng chảy (OC) Nhiệt độ sôi (OC) Khối lượng riêng (g/cm3) Độ cứng (lấy kim cương Be 1280 2770 1,85 10) III TÍNH CHẤT HOÁ HỌC Mg 650 1110 1,74 Ca 838 1440 1,55 Sr 768 1380 2,6 2,0 1,5 1,8 Ba 714 1640 3,5 Một số đại lượng đặc trưng kim loại kiềm thổ Nguyên tố Cấu hình electron Bán kính nguyên tử (nm) Năng lượng ion hoá I2 (kJ/mol) Độ âm điện Be [He]2s2 0,11 Mg [Ne]3s2 0,16 Ca [Ar]4s2 0,20 Sr [Kr]5s2 0,21 Ba [Xe]6s2 0,22 1800 1450 1150 1060 970 1,57 1,31 1,00 0,95 0,89 -1- Thế điện cực chuẩn - 1,85 Eo - 2,37 - 2,87 - 2,89 - 2,90 (V) M 2+ / M Mạng tinh thể Lập phương tâm Lục phương diện Lập phương tâm khối Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh, yếu so với kim loại kiềm Tính khử kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba Tác dụng với phi kim Khi đốt nóng, kim loại kiềm thổ bốc cháy không khí tạo oxit 2Mg + o t O2  → 2MgO Tác dụng với halogen tạo muối halogenua o t Ca + Cl2  → CaCl2 Tác dụng với axit Ca + 2HCl → CaCl2 + H2↑ Xem phim Tác dụng với nước Ca, Sr, Ba tác dụng với H2O nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazơ Mg tác dụng chậm với nước nhiệt độ thường tạo Mg(OH)2, tác dụng nhanh với nước nhiệt độ cao tạo thành MgO Be không tác dụng với H2O dù nhiệt độ cao Ca + 2H2O Mg + → Ca(OH)2 o MgO t H2O  → + H2↑ + H2↑ B MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ Canxi hiđroxit, Ca(OH)2 Canxi hiđroxit chất rắn màu trắng, tan nước (độ tan 25OC 0,12 g/100 g H2O) Dung dịch canxi hiđroxit (nước vôi trong) bazơ mạnh : Ca(OH)2 → Ca2+ (dd) + 2OH– (dd) Dung dịch canxit hiđroxit có tính chất chung bazơ tan (tác dụng với oxit axit, axit, muối) Canxi cacbonat, CaCO3 Canxi cacbonat chất rắn màu trắng, không tan nước (độ tan 25OC 0,00013 g/100 g H2O) -2- Canxi cacbonat muối axit yếu không bền, nên tác dụng với nhiều axit hữu vô giải phóng khí cacbon đioxit : CaCO3 + 2HCl → CaCO3 + 2CH3COOH CaCl2 + H2O + CO2↑ → Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2↑ Canxi cacbonat tan dần nước có chứa khí cacbon đioxit, tạo muối tan canxi hiđrocacbonat Ca(HCO3)2 : CaCO3 + H2O + CO2 ¬→  Ca(HCO3)2 Phản ứng thuận giải thích xâm thực nước mưa (có chứa CO2) đá vôi Phản ứng nghịch giải thích tạo thành thạch nhũ hang động núi đá vôi, tạo thành lớp cặn canxi cacbonat (CaCO3) ấm đun nước, phích đựng nước nóng, Canxi sunfat, CaSO4 Canxi sunfat chất rắn, màu trắng, tan nước (độ tan 25OC 0,15 g/100 g H2O) Tuỳ theo lượng nước kết tinh muối canxi sunfat, ta có loại : CaSO4.2H2O có tự nhiên thạch cao sống, bền nhiệt độ thường CaSO4.H2O CaSO4.0,5H2O thạch cao nung, điều chế cách nung thạch cao sống nhiệt độ khoảng 160OC : o 160 C CaSO4.2H2O  → CaSO4.H2O + H2O CaSO4 có tên thạch cao khan, điều chế cách nung thạch cao sống nhiệt độ cao Thạch cao khan không tan không tác dụng với nước C NƯỚC CỨNG Nước cứng -3- Nước có vai trò quan trọng đời sống người hầu hết ngành sản xuất, chăn nuôi, trồng trọt Nước thường dùng nước tự nhiên, lấy từ sông, suối, hồ, nước ngầm Nước có hoà tan số muối, Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2 Vì nước tự nhiên có cation Ca2+, Mg2+ Nước cứng nước có chứa nhiều cation Ca2+, Mg2+ Nước chứa không chứa ion gọi nước mềm phân loại nước cứng Căn vào thành phần anion gốc axit có nước cứng, người ta phân thành loại : Nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu nước có tính cứng toàn phần a) Nước có tính cứng tạm thời nước cứng muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 gây : Ca(HCO3)2 → Ca2+ + HCO3− Mg(HCO3)2 → Mg2+ + HCO3− b) Nước có tính cứng vĩnh cửu nước cứng muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4 gây CaCl2 → Ca2+ + 2Cl– MgCl2 → Mg2+ + 2Cl– CaSO4 → Ca2+ + SO24− MgSO4 → Mg2+ + SO24− Nước tự nhiên thường có tính cứng tạm thời vĩnh cửu c) Nước có tính cứng toàn phần nước có tính cứng tạm thời vĩnh cửu Tác hại nước cứng Nước cứng gây nhiều trở ngại cho đời sống thường ngày Giặt xà phòng (natri stearat C17H35COONa) nước cứng tạo muối không tan canxi stearat (C 17H35COO)2Ca, chất bám vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát Mặt khác, nước cứng làm cho xà phòng có bọt, giảm khả tẩy rửa Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, làm cho thực phẩm lâu chín giảm mùi vị Nước cứng gây tác hại cho ngành sản xuất, tạo cặn nồi hơi, gây lãng phí nhiên liệu không an toàn Nước cứng gây tượng làm tắc ống dẫn nước nóng sản xuất đời sống Nước cứng làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế Vì vậy, việc làm mềm nước cứng trước dùng có ý nghĩa quan trọng Các biện pháp làm mềm nước cứng Nguyên tắc làm mềm nước cứng giảm nồng độ cation Ca2+, Mg2+ nước cứng.a) Phương pháp kết tủa Đối với nước có tính cứng tạm thời -4- Đun sôi nước có tính cứng tạm thời trước dùng, muối hiđrocacbonat chuyển thành muối cacbonat không tan o t Ca(HCO3)2  → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O o t Mg(HCO3)2  → MgCO3↓ + CO2↑ + H2O Lọc bỏ kết tủa, nước mềm Dùng khối lượng vừa đủ dung dịch Ca(OH)2 để trung hoà muối hiđrocacbonat thành muối cacbonat kết tủa Lọc bỏ chất không tan, nước mềm : Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O Đối với nước có tính cứng vĩnh cửu Dùng dung dịch Na2CO3 dung dịch Na3PO4 để làm mềm nước cứng : Ca2+ + CO32− → CaCO3↓ 3Ca2+ + 2PO34− → Ca3(PO4)2↓ Dung dịch Na2CO3 dùng để làm mềm nước có tính cứng tạm thời b) Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion dùng phổ biến để làm mềm nước Phương pháp dựa khả trao đổi ion số chất cao phân tử thiên nhiên nhân tạo hạt zeolit (các alumino silicat kết tinh, có tự nhiên tổng hợp, tinh thể có chứa lỗ trống nhỏ) nhựa trao đổi ion Thí dụ : cho nước cứng qua chất trao đổi ion hạt zeolit số ion Na+ zeolit rời khỏi mạng tinh thể, vào nước nhường chỗ cho ion Ca2+ Mg2+ bị giữ lại mạng tinh thể silicat BÀI TẬP Câu 1: Chỉ điều nói hiđroxit kim loại kiềm thổ: -5- A Tan dễ dàng nước B Có hiđroxit có tính lưỡng tính C Có thể điều chế cách cho oxit tương ứng tác dụng với nước D Đều bazơ mạnh Câu 2: Trong y học, chất sử dụng bó bột xương bị gãy A CaSO4.2H2O B CaSO4 khan C 2CaSO4.H2O D MgSO4.7H2O Câu 3: Phản ứng phản ứng sau giải thích trình xâm thực nước mưa đá vôi A CaCO3 + H2O + CO2  → Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O B Ca(OH)2 + CO2  → CaCl2 + H2O + CO2 ↑ C CaCO3 + 2HCl  o t D Ca(HCO3)2  → CaCO3 + H2O + CO2 Câu 4: Một mẫu nước cứng chứa ion: Ca + , Mg2 + , HCO3− , Cl − , SO24− Chất dùng để làm mềm mẫu nước cứng A Na2CO3 B HCl C H2SO4 D NaHCO3 Câu 5: Có chất: KCl, Na2CO3, Ca(OH)2, HCl Những chất làm mềm nước cứng tạm thời A KCl B KCl HCl C Ca(OH)2 Na2CO3 D Ca(OH)2, HCl KCl Câu 6: Khi cho dung dịch NaOH dư vào cốc đựng dung dịch Ca(HCO3)2 cốc A sủi bọt khí B tượng C xuất kết tủa trắng D có kết tủa trắng bọt khí (1) (2) Câu 7: Sơ đồ chuyển hoá: Mg  → A → MgO A chất số chất sau ? (1) Mg(OH)2 ; (2) MgCO3 ; (3) Mg(NO3)2 ; A 3, B 2, (4) MgSO4 ; (5) MgS C 1, 2, D 4, Câu 8: Từ hai muối X Y thực phản ứng sau: o t X  → X1 + CO2 ; X1 + H2O  → X2 X2 + Y  → X + Y1 + H2O ; X2 + 2Y  → X + Y2 + 2H2O -6- Hai muối X, Y tương ứng A CaCO3, NaHSO4.B BaCO3, Na2CO3 C CaCO3, NaHCO3 D MgCO3, NaHCO3 Câu 9: Hỗn hợp rắn A gồm Ca(HCO 3)2, CaCO3, NaHCO3, Na2CO3 Nung A đến khối lượng không đổi chất rắn B Chất rắn B gồm A CaCO3 Na2O B CaCO3 Na2CO3 C CaO Na2CO3 D CaO Na2O Câu 10: Nhiệt phân hoàn toàn hỗn hợp chứa MgCO3 CaCO3 có số mol thu khí X chất rắn Y Hoà tan Y vào H2O dư, lọc bỏ kết tủa dung dịch Z Hấp thụ hoàn toàn khí X vào dung dịch Z thu A CaCO3 Ca(HCO3)2 B Ca(HCO3)2 C CaCO3 Ca(OH)2 D CaCO3 Câu 11: Cho sơ đồ phản ứng sau: → C + H2 ↑ ; (1) A + B  → E (2) C + D  (3) E + F  → G+D+B; (4) G  → A + Cl2 đpnc o t (5) E  → CaCO3 + D + B A, B, E chất sau đây: A Ca, H2O, Ca(HCO3)2 B Ca, HCl, Ca(HCO3)2 C Ca, H2SO4, Ca(HCO3)2 D CaO, H2O, Ca(HCO3)2 Câu 12: Cho dãy chất: KOH, Ca(NO3)2, SO3, NaHSO4, Na2SO3, K2SO4 Số chất dãy tạo thành kết tủa phản ứng với dung dịch BaCl2 A B C D Câu 13: Có dung dịch: Ba(OH)2, Na2CO3, NaHCO3 NaHSO4 Khi trộn lẫn với đôi một, số cặp dung dịch tác dụng với A B C D Câu 14: Cho BaO vào dung dịch H 2SO4 loãng, sau phản ứng xảy hoàn toàn thu kết tủa A dung dịch B Cho Al dư vào dung dịch B thu khí C dung dịch D Lấy dung dịch D cho tác dụng với dung dịch Na2CO3 thu kết tủa E Các chất C, E là: A H2, Al(OH)3 B CO2, Al(OH)3 C H2, BaCO3 D Cả A, C Câu 15: Cho dung dịch chứa 0,1 mol (NH4)2CO3 tác dụng với dung dịch chứa 34,2 gam Ba(OH)2 -7- Sau phản ứng thu m gam kết tủa Giá trị m A 19,7 B 39,4 C 17,1 D 15,5 Câu 16: Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO2 (ở đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH)2 nồng độ a mol/l, thu 15,76 gam kết tủa Giá trị a A 0,032 B 0,048 C 0,06 D 0,04 Câu 17: Hoà tan hoàn toàn 2,9 gam hỗn hợp gồm kim loại M oxit vào nước, thu 500 ml dung dịch chứa chất tan có nồng độ 0,04M 0,224 lít khí H2 (ở đktc) Kim loại M A Na B Ca C Ba D K Câu 18: Cho mẫu hợp kim Na - Ba tác dụng với nước (dư), thu dung dịch X 3,36 lít H2 (ở đktc) Thể tích dung dịch axit H2SO4 2M cần dùng để trung hoà dung dịch X A 150 ml B 75 ml C 60 ml D 30 ml Câu 19: Một lít nước 20oC hoà tan tối đa 38 gam Ba(OH) Xem khối lượng riêng nước g/ml độ tan Ba(OH)2 nhiệt độ A 38 gam B 19 gam C 3,66 gam D 3,8 gam Câu 20: Cho 1,67 gam hỗn hợp gồm hai kim loại hai chu kì liên tiếp thuộc nhóm IIA tác dụng hết với dung dịch HCl (dư), thoát 0,672 lít khí H2 (ở đktc) Hai kim loại A Be Mg B Mg Ca C Sr Ba D Ca Sr Câu 21: X kim loại thuộc nhóm IIA Cho 1,7 gam hỗn hợp gồm kim loại X Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, sinh 0,672 lít khí H2 (ở đktc) Mặt khác, cho 1,9 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng, thể tích khí hiđro sinh chưa đến 1,12 lít (ở đktc) Kim loại X A Ba B Ca C Sr D Mg Câu 22: Cho 3,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh 2,24 lít khí X (sản phẩm khử nhất, đktc) Khí X A N2O B NO2 C N2 D NO Câu 23: Cho m gam Mg vào dung dịch chứa 0,12 mol FeCl3 Sau phản ứng xảy hoàn toàn thu 3,36 gam chất rắn Giá trị m A 2,16 B 5,04 C 4,32 D 2,88 Câu 24: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe Mg lượng vừa đủ dung dịch HCl 20%, thu dung dịch Y Nồng độ FeCl2 dung dịch Y 15,76% Nồng độ phần trăm MgCl2 dung dịch Y -8- A 24,24% B 11,79% C 28,21% D 15,76% Câu 25: Hỗn hợp X gồm kim loại kiềm kim loại kiềm thổ tan hết nước tạo dung dịch Y thoát 0,12 mol hiđro Thể tích dung dịch H2SO4 0,5M cần trung hoà dung dịch Y A 120 ml B 60 ml C 1200 ml D 240 ml Câu 26: Nung 13,4 gam hỗn hợp muối cacbonat kim loại hoá trị 2, thu 6,8 gam chất rắn khí X Lượng khí X sinh cho hấp thụ vào 75 ml dung dịch NaOH 1M, khối lượng muối khan thu sau phản ứng A 5,8 gam B 6,5 gam C 4,2 gam D 6,3 gam Câu 27: Cho 1,2 gam Mg vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 1,5M NaNO3 0,5M Sau phản ứng thu V ml khí dạng đơn chất (không có sản phẩm khử khác) Giá trị V A 0,224 B 2,24 C 224 D 280 Câu 28: Nhiệt phân hoàn toàn 40 gam loại quặng đôlômit có lẫn tạp chất trơ sinh 8,96 lít khí CO (ở đktc) Thành phần phần trăm khối lượng CaCO3.MgCO3 loại quặng nêu A 40% B 50% C 84% D 92% Câu 29: Hoà tan 8,2 gam hỗn hợp bột CaCO MgCO3 nước cần tối thiểu 2,016 lít khí CO (ở đktc) Khối lượng muối ban đầu A 4,0 gam 4,2 gam B 3,2 gam 5,0 gam C 5,0 gam 3,2 gam D 3,36 gam 4,84 gam Câu 30: Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (ở đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M Ba(OH)2 0,2M, sinh m gam kết tủa Giá trị m A 19,70 1B 16D 2C 17C B 17,73 3A 18B 4A 19D 5B 20D C 9,85 6C 21B 7A 22D -9- 8C 23D D 11,82 9C 24B 10B 25D 11A 26D 12A 27C 13C 28D 14D 29A 15A 30C - 10 -