Công thức cao nhất của kim loại kiềm thổ
|
Các kim loại kiềm thổ là một dãy các nguyên tố trong nhóm nguyên tố 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố. Đó là beryli, magiê, calci, stronti, bari và radi (không phải lúc nào cũng được xem xét do chu kỳ bán rã ngắn của nó).
Các kim loại kiềm thổ được đặt tên theo các oxide của chúng, các đất kiềm, có tên gọi cũ là berylia, magiêsia, vôi sống, strontia và baryta. Chúng được gọi là kiềm thổ vì các thuộc tính tự nhiên trung gian của chúng giữa các chất kiềm (oxide của các kim loại kiềm) và các loại đất hiếm (oxide của các kim loại đất hiếm). Sự phân loại của một số chất bề ngoài trơ như là 'đất' có lịch sử hàng thiên niên kỷ. Hệ thống được biết sớm nhất được sử dụng bởi những người Hy Lạp cổ đại gồm có 4 nguyên tố, bao gồm cả đất. Hệ thống này sau đó được làm rõ hơn bởi các nhà triết học và giả kim thuật như Aristotle (thế kỷ IV TCN), Paracelsus (nửa đầu thế kỷ XVI), John Becher (giữa thế kỷ XVII) và Georg Stahl (cuối thế kỷ XVII), với việc phân chia 'đất' thành ba hay nhiều loại hơn. Sự nhận thức về 'đất' không phải là một nguyên tố mà là hợp chất được đề cập bởi nhà hóa học Antoine Lavoisier. Trong tác phẩm Traité Élémentaire de Chimie (Các nguyên tố hóa học) năm 1789 ông gọi chúng là Substances simples salifiables terreuses, tức các nguyên tố đất tạo thành muối. Sau đó, ông thấy rằng các đất kiềm có thể là các oxide kim loại, nhưng ông thừa nhận rằng đó chỉ là phỏng đoán. Năm 1808, dựa trên tư tưởng của Lavoisier, Humphry Davy trở thành người đầu tiên thu được các mẫu kim loại bằng cách điện phân các loại 'đất kiềm' nóng chảy. Chúng là các nguyên tố hoạt động mạnh và ít khi tìm thấy ở dạng đơn chất trong tự nhiên. Trong lớp vỏ Trái Đất kim loại kiềm thổ chiếm tỉ lệ 4,16 % (trong đấy 67 % Calci, 31 % Magnesi, 1,4 % Bari, 0,6 % Stronti và 1 lượng rất ít Beryli và Radi). Các kim loại kiềm thổ là các kim loại có màu trắng bạc, mềm, có khối lượng riêng thấp, có phản ứng tức thời với các nguyên tố thuộc nhóm halôgen để tạo thành các muối điện ly và với nước để tạo thành các hiđroxide kiềm thổ mạnh về phương diện hóa học tức các base (hay bazơ). Ví dụ natri và kali có phản ứng với nước ở nhiệt độ phòng, còn magiê chỉ có phản ứng với hơi nước nóng, calci thì phản ứng với nước nóng. Các nguyên tố này chỉ có hai êlectron ở lớp ngoài cùng xs2, vì thế trạng thái năng lượng ưa thích của chúng là dễ mất đi hai êlectron này để tạo thành ion có điện tích dương 2. Bảng so sánh
- Trừ Mg: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 và Mg + H2O → MgO + H2
1. HCl, H2SO4 loãng: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 2. HNO3, H2SO4 đặc nóng: nSO42-/muối KL=(nO.2 + nSO2.2 + nS.6 + nH2S.8):2
Ngoài ra
KIM LOẠI KIỀM THỔ I. VỊ TRÍ CẤU TẠO 1) Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn - Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn; trong một chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm. - Kim loại kiềm thổ gồm: Beri (Be); Magie (Mg); Canxi (Ca); Stronti ( Sr); Bari (Ba); Rađi (Ra) (Rađi là nguyên tố phóng xạ không bền). 2) Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm thổ
* Lưu ý : + Be tạo nên chủ yếu những hợp chất trong đó liên kết giữa Be với các nguyên tố khác là liên kết cộng hóa trị. + Ca, Sr, Ba và Ra chỉ tạo nên hợp chất ion. + Bằng phương pháp nhiễu xạ Rơghen, người ta xác định được rằng trong một số rất ít hợp chất kim loại kiềm thổ có thể có số oxi hóa +1. Thí dụ : Trong hợp chất CaCl được tạo nên từ CaCl2 và Ca (ở 1000◦C ) II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ - Màu sắc : kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc hoặc xám nhạt. - Một số tính chất vật lý quan trọng của kim loại kiềm thổ :
* Nhận xét - Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp (trừ Be) và biến đổi không theo một chiều. Vì các nguyên tố có cấu trúc tinh thể khác nhau Be, Mg, Caβ có mạng lưới lục phương ; Caα và Sr có mạng lưới lập phương tâm diện ; Ba lập phương tâm khối. - Độ cứng : kim loại kiềm thổ cứng hơn kim loại kiềm, nhưng nhìn chung kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp ; độ cứng giảm dần từ Be → Ba (Be cứng nhất có thể vạch được thủy tinh ; Ba chỉ hơi cứng hơn chì). - Khối lượng riêng : tương đối nhỏ, nhẹ hơn nhôm (trừ Ba). * Lưu ý : Trừ Be, Mg ; các kim loại kiềm thổ tự do và hợp chất dễ bay hơi, cháy khi đưa vào ngọn lửa không màu, làm cho ngọn lửa có màu đặc trưng. • Ca : màu đỏ da cam • Sr : màu đỏ son • Ba : màu lục hơi vàng. III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh, yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của các kim loại kiềm thổ tăng từ Be → BA. M – 2e → M2+ 1) Tác dụng với phi kim - Khi đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy tạo oxit, phản ứng phát ra nhiều nhiệt. Ví dụ : 2Mg + O2 2MgO ∆H= - 610 KJ/mol - Trong không khí ẩm Ca, Sr, Ba tạo nên lớp cacbonat (phản ứng với không khí như oxi) cho nên cần cất giữ các kim loại này trong bình rất kín hoặc dầu hỏa khan. - Khi đun nóng, tất cả các kim loại kiềm thổ tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, siliC. Ca + Cl2 →CaCl2 Mg + Si →Mg2Si - Do có ái lực lớn hơn oxi, khi đun nóng các kim loại kiềm thổ khử được nhiều oxit bền (B2O3, CO2, SiO2, TiO2, Al2O3, Cr2O3,). 2Be + TiO2 → 2BeO + Ti 2Mg + CO2 → 2MgO + C 2) Tác dụng với axit: A. HCl, H2SO4 (l) : Kim loại kiềm khử ion H+ thành H2 Mg + 2H+ → Mg2+ + H2 B. HNO3,H2SO4 đđ : Khử N+5, S +6 thành các hợp chất mức oxi hoá thấp hơn. 4Ca + 10HNO3 (l) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Mg + 4HNO3 đđ → Mg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3) Tác dụng với nước: - Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 ↑ - Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành MgO. Mg + H2O → MgO + H2↑ - Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat: Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2 Be + 2NaOH(nóng chảy) → Na2BeO2 + H2 IV. ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ 1) Ứng dụng - Kim loại Be: làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, bền, chắc, không bị ăn mòn. - Kim loại Ca: dùng làm chất khử để tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép, làm khô 1 số hợp chất hữu cơ. - Kim loại Mg có nhiều ứng dụng hơn cả: tạo hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô… Mg còn được dùng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ. Bột Mg trộn với chất oxi hóa dùng để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm dùng trong pháo sáng, máy ảnh. 2) Điều chế kim loại kiềm thổ - Trong tự nhiên, kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại dạng ion M2+ trong các hợp chất. - Phương pháp cơ bản là điện phân muối nóng chảy của chúng. Ví dụ: CaCl2 → Ca + Cl2↑ MgCl2 → Mg + Cl2↑ - Một số phương pháp khác: + Dùng than cốc khử MgO; CaO từ đolomit bằng febositic (hợp chất Si và Fe ) ở nhiệt độ cao và trong chân không. MgO + C → Mg + CO CaO + 2MgO + Si → 2Mg + CaO.SiO2 + Dùng nhôm hay magie khử muối của Ca, Sr, Ba trong chân không ở 1100◦C→1200◦C. 2Al + 4CaO → CaO.Al2O3 + 3Ca 2Al + 4SrO → SrO. Al2O3 + 3Sr 2Al + 4BaO → BaO. Al2O3 + 3Ba BÀI TẬP Câu 1: Cho 2 gam một kim loại thuộc nhóm IIA tác dụng hết với dung dịch HCl tạo ra 5,55 gam muối clorua. Kim loại đó là kim loại nào sau đây? A. Be. B. Mg. C. Ca. D. Ba. Câu 2: Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử kim loại kiềm thổ có số electron hoá trị là A. 1e. B. 2e. C. 3e. D. 4e. Câu 3: Để oxi hoá hoàn toàn một kim loại M hoá trị II thành oxit phải dùng một lượng oxi bằng 40% lượng kim loại đã dùng. Kim loại M là A. Zn. B. Mg. C. Ca. D. Ba. Câu 4: Nung hỗn hợp muối cacbonat của hai kim loại kế tiếp nhau trong nhóm IIA tới khối lượng không đổi thu được 2,24 lít CO2 (đktc) và 4,64 gam hỗn hợp hai oxit. Hai kim loại đó là A. Mg và Ca. B. Be và Mg. C. Ca và Sr. D. Sr và Ba. Câu 5: Cho 18,4 gam hỗn hợp hai muối cacbonat của hai kim loại thuộc nhóm IIA ở hai chu kì liên tiếp tác dụng hết với dung dịch HCl. Cô cạn dung dịch sau khi phản ứng thu được 20,6 gam muối khan. Hai kim loại đó là A. Be và Mg. B. Mg và Ca. C. Ca và Sr. D. Sr và Ba. ĐÁP ÁN Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Hóa lớp 12 - Xem ngay >> Luyện thi TN THPT & ĐH năm 2023 trên trang trực tuyến Tuyensinh247.com. Học mọi lúc, mọi nơi với Thầy Cô giáo giỏi, đầy đủ các khoá: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng; Tổng ôn chọn lọc. |
