elvispresley_9999
06-05-2009, 10:44 AM
:thingking: Đại cương về kim loại
1. Cấu tạo nguyên tử :
* Phân nhóm chính nhóm A:
electron cuối xếp vào np hay ns
Đối với kim loại nhóm A ngoài cùng thường có 1,2,3 e là chủ yếu hoăc. Một số kim loại có nhiều hơn như Sn,Pb(4),Bi(5), P(6).
* Phân nhóm phụ nhóm B
e cuối xếp vào (n-1)d hay (n-2)f
e ngoài gần như ổn định: ns^2 hay ns^1. Việc điền e xảy ra ở lớp phía trong.
* Cấu trúc tinh thể : gồm 3 loại
- Lập phương tâm diện
- Lập phương tâm khối
- Lăng trụ lục giác đều
Các ion nằm ở nút mạng tinh thể không chuyển động tự do mà dao động xung quanh vị trí cân bằng, các e chuyển động tự do trong phần rỗng còn lại của tinh thể. Sự chuyển động tự do của các e góp phần làm ổn định cấu trúc
Còn cụ thể hơn, sau này sẽ xét ở phần khác ^___^
2. Tính chất vật lý chung
+ Chủ yếu tồn tại ở trạng thái rắn (trừ Hg thể lỏng)
+ Kim loại đen : Fe, Mn, Cr, còn lại là kim loại màu
+ Có tính dẫn nhiệt, dẫn điện
+ Dẻo, dễ dát mỏng
+ Có ánh kim
Câu hỏi, giải thích các tính chất này: dẫn nhiệt, điện, dẻo, dễ dát mỏng và có ánh kim????
3. Tính chất hóa học chung
+ Dãy hoạt động hóa học (thôi post làm chi nhỉ, mấy cái thứ đó đâu dùng lắm, phiền mọi người về tra thế khử chuẩn, khi nào có dịp post lên sau)
+ Tác dụng với phi kim, H_2O, axit, bazơ, muối, pư nhiệt nhôm
VD:
Fe + HCl \longrightarrow FeCl_2 + H_2
2Fe+ 3Cl_2 \longrightarrow 2 FeCl_3
Na + H_2O \longrightarrow NaOH + H_2
Cu + 2AgNO_3 \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag (kết tủa đen)
Zn + 4NaOH \longrightarrow Na_4[Zn(OH)_4] + H_2
4K + O_2 \longrightarrow 2K_2O
4Na + O_2 \longrightarrow 2Na_2O
4Li + O_2 \longrightarrow 2Li_2O
4. Điều chế
* Nhiệt luyện: Khử các ion kim loại ở nhiệt độ cao, trạng thái khô rắn.
Điều kiện: điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al)
C + CuO \longrightarrow (to) Cu + CO2
2Al + Fe2O3 \longrightarrow Al2O3 + 2Fe
* Thủy luyện : Khử các kim loại trong nước:
Điều kiện: dùng điều chế kim loại kém hoạt động hơn Al, Mg
Fe + CuSO_4 \longrightarrow FeSO_4 + Cu
* Điện phân: Điều chế được tất cả
+ Đối với kim loại kiềm, kiềm thổ, Al, điện phân nóng chảy hợp chất của nó
+ Sau Al: Điện phân dung dịch
5. Sự ăn mòn kim loại
* Định nghĩa: là sự phá hủy kim loại hay hợp kim dưới tác dụng hóa học của môi trường.
Phân biệt sự ăn mòn kim loại với sự phá hủy cơ học: uốn cắt, dập KL
* Có 2 dạng ăn mòn kim loại:
1. Sự ăn mòn hóa học: Cũng là sự ăn mòn kim loại do tác dụng trực tiếp của môi trường
Ví dụ: Cu + Cl_2 \longrightarrow CuCl_2
Fe + H_2O \longrightarrow FeO + H_2
+ Bản chất : Kim loại bị oxi hóa thành ion H^+. Nhưng đây là sự ăn mòn trực tiếp. Nghĩa là e của kim loại đã di chuyển trực tiếp tới chất oxihoá
+ Điều kiện : Thường xảy ra ở nhiệt độ cao. Kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường.
Chú ý: ở nhiệt độ cao, bề mặt kim loại trở nên khô và thoáng mới xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp được
2. Sự ăn mòn điện hóa :
a) Kim loại nguyên chất rất khó bị ăn mòn so với kim loại không nguyên chất
Câu hỏi: Giải thích trong trường hợp Fe nguyên chất rất khó bị ăn mòn???
b) Kim loại không nguyên chất bị ăn mòn nhanh
+ Bản chất : Đây cũng là hiện tượng ăn mòn kim loại gọi là ăn mòn điện hóa, tức là oxi hóa kim loại bị ăn mòn thành ion H +
Đặc biệt:sự ăn mòn này có phát sinh dòng điện và đây là sự ăn mòn gián tiếp. e của kim loại không di chuyển trực tiếp tới chất OXH mà di chuyển tới một phần tử trung gian làm điện cực .
+ Định nghĩa: Sự ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn kim loại có phát sinh dòng điện. Hóa năng biến thành điện năng.
+ Điều kiện: Trên bề mặt kim loại bị ăn mòn xuất hiện kim loại khác yếu hơn. (Vd: Fe - Cu) hoặc phi kim (Fe - C, Fe - Si) hay hợp chất (Fe - Fe_3C)
Kim loại đó nằm trong dung dịch điện li (H_2O, kk ẩm)
+ Cơ chế: Để hiểu rõ chúng ta xét ví dụ này nhé: Một thanh sắt bị lẫn Cu được nhúng trong dung dịch H_2SO_4, Fe bị hòa tan rất nhanh và H_2 bốc mạnh từ phía Cu
\Longrightarrow Xảy ra tại chỗ tiếp xúc Fe - Cu trong axit đã tạo thành vô số pin Vôn ta nhỏ (-) Fe|H2SO4|Cu (+)
e di chuyển tới bề mặt Cu và tại đó : 2H+ + 2e \longrightarrow H2
* Nguyên tắc và phương pháp bảo vệ kim loại
1. Nguyên tắc
+ Phủ lên bề mặt kim loại một kim loại kém hoạt động hoặc một chất bảo vệ chống sự oxihoá
+ Thay đổi thành phần môi trường
+ Chế tạo những hợp kim siêu bền, kém hoạt động
2. Phương pháp
a) Sơn, tráng men
- Men là một loại thủy tinh được tráng lên bề mặt kim loại (men dễ vỡ vụn)
- Bôi dầu mỡ
- Tráng kim loại: Phủ Zn lên bề mặt Fe (tôn), phủ Sn lên bề mặt Fe (sắt tây)
- Mạ kim loại: Mạ Ni lên sắt, mạ Pt, Au lên Cu
- Thêm utropin vào dung dịch HCl thì dung dịch này không hòa tan được thép (chất ức chế)
Kim loại kiềm
1. Vị trí - cấu tạo nguyên tử của kim loại kiềm
Gồm các kim loại Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Xếp đầu các chu kì: [khí hiếm] ns1
+ Có 2 nguyên tố có nhiều ngoại lệ
- Li: ở chu kì 2.có nhiều tính chất không tiêu biểu cho nhóm.Ví dụ như khả năng tạo phức lớn, tạo nhiều muối khó tan, đốt cháy hầu như chỉ cho một dạng oxit Li2O.
- Fr (87) nguyên tố phóng xạ
Điểm chung của nhóm IA
- Năng lượng ion hóa bé
- Tính kim loại tăng dần từ Li đến Cs. Giải thích
- Hòa tan trong nước tạo thành bazơ kiềm
- Liên kết trong kim loại kiềm là liên kết yếu. Giải thích
2. Điều chế
+ Kim loại kiềm rất hoạt động. Trong tự nhiên không có kim loại kiềm tự do mà tồn tại ở dạng ion. Trong đó tồn tại ở dạng ion (+)
+ Hợp chất thiên nhiên: NaCl, KNO_3, Na_2SO_4....
+ Nguyên tắc chung: Khử ion kim loại kiềm thành nguyên tử
+ Phương pháp: điện phân các hợp chất nóng chảy của kim loại kiềm mà chủ yếu là điện phân muối halogenua nóng chảy
Điều chế Na từ Na_2CO_3?
3.Tính chất vật lý
+ Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp, giảm dần từ Li đến Cs. Giải thích
+ Cấu trúc tinh thể: lập phương tâm khối
+ Nhẹ
+ Mềm, cắt được bằng dao. Trong đó Cs mềm nhất
+ Độ dẫn điện cao (phù hợp với thuyết vùng của kim loại). Nhưng vẫn kém Ag. Giải thích?
+ Kim loại tự do hay hợp chất dễ bay hơi khi đưa vào ngọn lửa không màu: Li cho màu đỏ tía, Na - màu vàng, K - màu tím, Rb - tím hồng, Cs - xanh lam
Rb và Cs dùng làm tế bào quang điện dùng trong vô tuyến truyền hình và chiếu phim có tiếng nói.
+ Dễ tan trong hỗn hống
- Tan trong NH_3 lỏng
4.Tính chất hóa học
Có tính khử mạnh, tăng dần từ Li đến Cs
+ Khi đun nóng, các kim loại kiềm kết hợp với hiđro tạo nên hidrua ion ở 350 - 400 độ C (ngoài Li ở 600 - 700 độ C)
Câu hỏi: Ở điều kiện thường và không khí khô, kim loại liti bị phủ một lớp màu xám gồm????Viết PTPU
Tương tự với Na, K, Rb, Cs
+ Tác dụng với ôxi (tạo oxit, supeoxit, peoxit)
+ Bốc cháy trong khí clo khi có mặt hơi ẩm ở nhiệt độ thường
+ Tác dụng với halogen
+ khi đun nóng với nitơ, cacbon, silic, chỉ có Li tương ác tạo Li_3N, Li_2C_2, Li_6Si_2.
+ Tương tác mãnh liệt với nước tạo thành kiềm giải phóng H_2
+ Đun nóng trong khí NH_3, tạo thành amiđua
Giới thiệu một số hợp chất của các kim loại kiềm :
Như đã giới thiệu bên trên, các kim loại kiềm tuy chỉ có một số oxi hóa duy nhất dẫn đến việc hợp chất cũng đơn điêu, nhưng dẫu sao cũng có một số hợp chất cần nêu rõ tính chất để giới thiệu chung cho hợp chất của nhóm này winking. Lưu ý đây là nhóm nguyên tố duy nhất có thể tạo 4 loại oxit khác nhau là oxit,peoxit,supeoxit và ozonit.
1/NaOH - Natri Hidroxit:
Còn gọi là kiềm Natri hay xút ăn da. Trắng, hút ẩm mạnh, nóng chảy và sôi không phân hủy. Tan nhiều trong nước ( phát nhiều nhiệt) tạo môi trường kiềm mạnh ( NaOH là kiềm mạnh nhất trong các chất kiềm được biết). Làm giảm mạnh độ tan của nhiều muối Na trong dung dịch. Không tan trong NH3 lỏng. Thể hiện tính chất của kiềm mạnh: trung hòa axit, phản ứng với oxi axit, hấp thụ CO2 của không khí, phản ứng với phi kim, kim loại,oxit lưỡng tính, hydroxit lưỡng tính.
Các phản ứng khác những phản ứng quen thuộc :
1)2NaOH (ng.) + E_2 \longrightarrow Na_E + NaOE + H_2O ( E=Cl,Br,I)
6NaOH (ng.) + 3E_2 \longrightarrow NaE + 5NaOEO_2 + 3H2O
2)20NaOH + 7Cl_2 + I_2 \longrightarrow 2Na_3H_2IO_6 + 14NaCl + 8H_2O
24NaOH + 7Cl_2 + I_2 \longrightarrow 2Na_5IO_6 + 14NaCl + 12H_2O
3)4NaOH + 3Ca \longrightarrow 3CaO + Na_2O + 2Na + 2H_2 ( 600^0C)
4) 4NaOH + NO \longrightarrow 4NaNO_2 + N_2 + 2H_2O (350-400^0C)
5) 2NaOH + Zn + 2SO_2 \longrightarrow Na_2S_2O_4 + Zn(OH)_2
2/Na_2O_2-Natri Peoxit:
Trắng (đôi khi trở nên vàng nhạt vì lẫn tạp chất Na_2O).Khi đun nóng trong không khí trở nên vàng và phân hủy, nóng chảy dưới áp suất dư của O_2. Cấu tạo ion: Na^{+}_{2}O^{2-}. Hấp thụ khí CO_2 trong không khí. Bị nước, axit phân huỷ. Phản ứng với O_2, mãnh liệt với S,CO,P,Al…. Thể hiện cả tính chất oxi hoá và khử nhưng chủ yếu là oxi hoá.
Một số phản ứng:
1) 2Na_2O_2 \longrightarrow 2Na_2O + O_2 (400-675^0C trong chân không).
2) Na_2O \longrightarrow Na_2O_2 + 2Na ( trên 700^0C)
2) Na_2O_2 + O_2 \longrightarrow 2NaO_2 (450-500^0C,p)
3) 3Na_2O_2 + 2Al \longrightarrow 2NaAlO_2 + 2Na_2O (70-120^0C)
4) MnO_2 + Na_2O_2 \longrightarrow Na_2MnO_4 (400-500^0C)
5) Na_2O_2 + 2H_2SO_4 + 2FeSO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + 2H_2O
3/ KH-Kali hiđrua:
Trắng. Phân huỷ khi đun nóng, nóng chảy không phân huỷ dưới áp suất dư của H2. Chất khử mạnh, các phản ứng riêng biệt:
1) 2KH + O_2 \longrightarrow 2KOH
2) KH + CO_2 \longrightarrow HCOOK (150^0C,p)
3) 4KH + 3SiO_2 \longrightarrow 2K_2SiO_3 + Si + 2H_2
4) KH + NH_3 \longrightarrow KNH_2 + H_2
4/KO_2-Kali supeoxit:
Vàng-da cam, phân huỷ khi đun nóng, nóng chảy dưới áp suất dư O_2. Có cấu tạo ion (K^+)(O^{2-}). Phản ứng với nước, axit, CO,O3,K,NH3…. Là chất oxi hoá mạnh và khử rất yếu:
1) KO_2 + H_2O \longrightarrow KOH + KHO_2 + O_2
2) 2KO_2 + H_2SO_4(k) \longrightarrow K_2SO_4 + O_3 + H_2O
3) KO_2 + O_3 \longrightarrow KO_3 + O_2 (0^0C,CF_2Cl_2 lỏng)
4) 2KO_2 + S \longrightarrow K_2SO_4 ( 130-140^0C)
5) KO_2 + 2NH_3 \longrightarrow 2KOH + N_2 + 2H_2O
5/KNO3-Kali Nitrat:
Diêm tiêu Kali (Ấn Độ). Trắng, nóng chảy không phân huỷ, phân huỷ khi đun nóng mạnh hơn. Bền ở trong không khí, tan nhiều trong nước, hấp thu nhiệt ( nước lạnh đi). Không tạo tinh thể hiđrat. Chất oxi hoá mạnh khi thiêu kết. Trong dung dịch bị H nguyên tử khử.
Một số phản ứng:
1) KNO_3 + 2H \longrightarrow KNO_2 + H_2O ( Zn/HCl)
hoặc \longrightarrow KOH + NH_3 + H_2O
2) KNO_3 + (NH4)_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + 2N_2O + 4H_2O
3) 6KNO_3 + 10Al \longrightarrow 6KAlO_2 + 3N_2 + 2Al_2O_3
4) 3KNO_3 + 2KOH + Fe \longrightarrow K_2FeO_4 + 3KNO_2 + H_2O
(***) Các hợp chất của Cs và Rb rất giống nhau, khi nói đến hợp chất của một trong 2 kim loại này thì cũng có nghĩa là tồn tại một hợp chất có tính chất vật lý và hoá học tương tự của kim loại kia. Lưu ý là K,Rb,Cs không hề có phản ứng với N2 trong mọi điều kiện khác với Li và Na.
6/ RbO3 (CsO3)- Rubiđi Ozonit ( Cezi Ozonit):Đỏ- da cam. Bền hơn KO_3,phân huỷ khi đun nóng. Có cấu tạo ion (Rb+)(O3-), phản ứng mãnh liệt với nước, axit, S,P,Al…. là chất oxi hoá cực mạnh và không có tính khử.
1) RbO_3 + 2H_2O \longrightarrow 4RbOH + 5O_2 ( có tạo gốc tự do OH)
2) 4RbO_3 + 4HCl(lg~,ng.) \longrightarrow 4RbCl + 5O_2 + 2H_2O
hay \longrightarrow RbCl + Cl_2 + O_2 + 2H_2O
3) CsO_3 + 5S \longrightarrow Cs_2SO_4 + 2Cs_2S_2O_7
4) CsO_3 + 2NH_3 \longrightarrow NH_4O_3 + CsNH_2
CHƯƠNG II:
KIM LOẠI KIỀM THỔ ( PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM IIA)
A/Đặc điểm và tính chất các kim loại kiềm thổ:
Các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn các nguyên tố.Chúng gồm các nguyên tố Beri (Be),Magiê (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Bari) và Rađi (Ra). Ra là nguyên tố phóng xạ nên thường được xét chung với các nguyên tố phóng xạ. Gọi là kiềm thổ vì oxit của Ca,Sr,Ba tan một phần nhỏ trong nước tạo thành dung dịch bazơ mạnh (kiềm) và có độ bền nhiệt cao ( thổ). Để đơn giản, thường người ta xếp luôn Be và Mg vào khi nhắc đến nhóm KL này.
Một số đặc điểm của nguyên tử các kim loại kiềm thổ.
STT Z I1 I2 Thế điện cực
Be 4 9,32 18,21 -1,85V
Mg 12 7,64 15,03 - 2,37V
Ca 20 6,11 11,87 - 2,87V
Sr 38 5,96 10,93 - 2,89V
Ba 56 5,21 9,950 - 2,90V
Ra 88 5,28 10,10 - 2,92V
Do chỉ có 2 electron hoá trị ns2 ở lớp ngoài cấu hình bền của khí hiếm, các kim loại kiềm thổ rất dễ mất 2 e đó biến thành ion M2+, có nghĩa đó là những kim loại hoạt động và hoạt tính đó tăng lên từ Be đến Ba. Nhưng so với các kim loại kiềm ở cùng chu kì, kl kiềm thổ kém hoạt động hơn vì có điện tích lớn hơn và bán kính nguyên tử bé hơn.
_ Ca nhuộm màu ngọn lửa đỏ gạch, Sr nhuộm màu đỏ son, Ba nhuộm màu xanh lục hơi vàng.
Trong tuyệt đại đa số các hợp chất các kim loại kiềm thể hiện số oxi hoá +2 ứng với ion M^{2+}. Tuy nhiên trong những điều kiện đặc biệt Ca,Sr,Ba có thể có số oxi hoá +1 như các hợp chất CaCl ( tạo nên khi nung CaCl_2 với Ca ở 1000^0C), Ba_2SO_4, Sr_2(ClO_4)_2. Tất cả những hợp chất này đều bị phân huỷ hoàn toàn trong nước và chỉ chiết được trong dung môi không phân cực.
VD:
Ba_2SO_4 + 2H_2O \longrightarrow BaSO_4(kt) + Ba(OH)_2(dd) + H_2
Các ion kl kiềm thổ không có màu. Khác với các kim loại kiềm, nhiều hợp chất của các kl kiềm thổ không tan trong nước.
Be là nguyên tố khác nhiều nhất với các kim loại kiềm khác. Nó tạo nên nhiều hợp chất cộng hoá trị, các hợp chất với các kim loại khác trong đó nó có số oxi hoá âm (Berilirua). Nó giống nhiều với Zn và Al.Mg giống Zn và Mn.
I/ Tính chất lí học:
Các kim loại kiềm thổ có màu trắng (Be,Mg,Ca) và màu xám nhạt (Sr,Ba). Ca,Sr,Ba nhanh chóng bị oxi hoá trong không khí.
Một số hằng số lý học quan trọng nhất của kim loại kiềm thổ:
Nguyên tố Tnc Ts D
Be 1280 2507 1,86
Mg 650 1100 1,74
Ca 850 1482 1,55
Sr 770 1380 2,6
Ba 710 1500 3,6
Các kim loại kiềm thổ có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng và tỉ khối không lớn lắm,chỉ cao hơn các kim loại kiềm ( trừ Be). Đó là do năng lượng liên kết kl trong mạng tinh thể kl kiềm không cao lắm, nhưng lớn hơn kl kiềm thổ vì có số e liên kết lớn gấp đôi.
II/Tính chất hoá học:
Nếu không kể các kim loại kiềm thì các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nhất trong các đơn chất. Hoạt tính đó tăng dần từ Be đến Ba.
a) Tác dụng với H2:
Khi đun nóng, Mg và đặc biệt là Ca,Sr,Ba tác dụng với H_2 để tạo hợp chất hyđrua trong đó H có số oxi hoá –1.Vd:
Ca + H_2 –(150) \longrightarrow CaH_2
Đối với Mg, phản ứng cần thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (570^0C) dưới áp suất lớn của khí H_2 và có MgI_2 xúc tác.
b) Tác dụng với O2:
Khi để trong không khí, Mg và Be chỉ bị oxi hoá trên bề mặt do tạo lớp oxit bền ngăn cản phản ứng tiếp diễn. Đối với Ca,Sr,Ba phản ứng xảy ra tới cùng tạo nên các oxit,peoxit và nitrua. Vì thế cần bảo quản các kl này như đối với các kl kiềm là ngâm trong dầu hoả.
Mg + O_2 \longrightarrow MgO
Ba + O_2 \longrightarrow BaO_2
c) Tác dụng với Halogen và phi kim khác:
Các kl kiềm dễ dàng tác dụng với Halogen sinh ra MX2:
Ca + Cl_2 \longrightarrow CaCl_2( hơ nóng)
Với các pk khác, các kl kiềm cũng tác dụng khá dễ dàng :
2Mg + Si \longrightarrow Mg_2Si ( 700^0C)
Ca + C \longrightarrow CaC2 (2000^0C,lò điện)
3Ba + N_2 \longrightarrow Ba_3N_2 ( 1000*C)
d) Tác dụng với hợp chất:
_ Do có ái lực lớn với oxi, các kl kiềm có thể khử được các oxit bền như CO_2, TiO_2, Cr_2O_3, SiO_2…. đến các số oxi hoá thấp hơn hoặc đến đơn chất.
TiO_2 + 2Be \longrightarrow 2BeO + Ti ( t^0 cao)
Mg + CO_2 \longrightarrow CO + MgO ( 500^0C)
Mg + CO \longrightarrow C + MgO (900^0C)
Do 2 pứ trên nên không thể chữa cháy kl kiềm bằng CO2.
_ Các kim loại kiềm thổ tác dụng với nước ở những điều kiện khác nhau cho những sản phẩm khác nhau. Ca, Sr, Ba tan trong nước giải phóng H2 do các hydroxit tương ứng tan được trong nước.
Be + H_2O(hơi) –(nóng) \longrightarrow BeO + H_2
Mg + 2H_2O –(nóng) \longrightarrow Mg(OH)_2(kt) + H_2
Ba + 2H_2O \longrightarrow Ba(OH)_2 + H_2
_ Tác dụng với axit thường và axit oxi hoá: phản ứng thường xảy ra mãnh liệt, có thể gây nổ nguy hiểm. Vd:
Mg + HNO_3(lg) \longrightarrow Mg(NO_3)_2 + (NO+N_2O+N_2+NH_4NO_3) + H_2O
Ba + H_2SO_4 \longrightarrow BaSO_4(kt) + H_2
_ Các kim loại kiềm thổ có thể tan trong amoniăc lỏng tạo thành dung dịch xanh thẫm. Khi kết tinh các dung dịch này, các kim loại được kết tinh dạng solvat hoá M.(NH_3)_6. Khi nung các kết tủa này ta thu được các tinh thể amiđua:
Ca(NH_3)_6 \longrightarrow Ca(NH_2)_2 + 4NH_3 + H_2
-Ở áp suất thấp, sản phẩm thu được là imiđua:
Ca(NH_2)_2 \longrightarrow CaNH + NH_3
_ Do có bán kính ion lớn, các kim loại kiềm thổ ít tạo phức chất với các phối tử thông thường như NH_3,CN-,X-……..Kim loại dễ tạo phức chất nhất là Be do bán kính ion nhỏ vả lại cấu hình ion của nó cho phép nó có thể kết hợp với các cấu tử như H_2O…. bằng liên kết cho nhận tương tự Li nhằm đạt đến cấu hình bền của khí hiếm Ne.
III/ Trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế:
1) Trạng thái tự nhiên:
Các kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại ở dạng hợp chất do hoạt tính hoá học cao của chúng. Be tương đối phổ biến, Mg và Ca rất phổ biến còn Sr và Ba khá hiếm.
Dạng khoáng vật chính của Mg là MgCl_2,MgCO_3; của Ca là CaSO_4,Ca_5(PO_4)_3OH và chủ yếu là CaCO3; của Sr và Ba là MSO4,MCO3. Các khoáng vật đều có tên gọi riêng.
2) Phương pháp điều chế:
Phương pháp chung để điều chế các kim loại kiềm thổ là điện phân muối MCl2 nóng chảy với cực âm là sắt và cực dương là than chì.
MCl_2 –(đpnc) \longrightarrow M + Cl_2
Ngoài ra người ta còn điều chế Mg bằng cách :
MgO + C –(2000^0C) \longrightarrow Mg + CO
CaO + 2MgO + Si \longrightarrow 2Mg + CaO.SiO_2
Với Ca,Sr,Ba người ta dùng Al khử oxit MO ở 1100-1200^0C:
2Al + 4CaO \longrightarrow Ca(AlO_2)_2 + 3Ca
Ca(AlO_2)_2 đọc là muối Canxi Aluminat.
B/ Hợp chất của các kim loại kiềm thổ:
I/ Các oxit MO:
Các oxi MO là chất bột màu trắng. Trừ BeO kết tinh theo mạng tinh thể vuazit, các oxit khác đều kết tinh theo kiểu muối ăn NaCl. Chúng có năng lượng mạng lưới rất lớn nên khó nóng chảy, khó sôi và đặc biệt bền nhiệt. Chúng được dùng làm vật liệu chịu nhiệt.
_ BeO không tan trong nước, MgO bột tan một ít trong nước tạo dung dịch kiềm rất yếu (pH=10). CaO, SrO, BaO tan trong nước tạo thành hydroxit và phản ứng phát nhiều nhiệt:
CaO + H2O \longrightarrow Ca(OH)_2 (phản ứng tôi vôi)
_ Trừ BeO khó tan trong axit nhưng tan trong kiềm, các MO còn lại tan trong axit loãng cho muối M^{2+} :
BaO + 2HNO_3 \longrightarrow Ba(NO_3)_2 + H_2O
BeO + NaOH \longrightarrow Na_2BeO_2 + H2O
( chính xác hơn là Na_2[Be(OH)_4]).
_ Công dụng của các oxit này khá rộng rãi : BeO làm xúc tác, chén nung….. MgO làm gạch chịu lửa; CaO dùng để làm vật liệu xây dựng, điều chế đất đèn,….còn SrO và BaO dùng một ít trong công nghiệp thuỷ tinh.
_ Điều chế : Nhiệt phân muối kim loại chứa oxi ( không đốt kim loại trong oxi) :
CaCO3 –(900^0C) \longrightarrow CaO + CO2
2Sr(NO_3)_2 –(900^0C) \longrightarrow 2SrO + 4NO_2 + O_2
II/ Các peoxit MO2 :
Nhờ có bán kính ion lớn giảm sự cực hoá ion, các kim loại kiềm thổ cũng có thể làm bền được ion có kích thước lớn như (O_2)^{2-} để tạo nên hợp chất peoxit MO_2. Be không tạo được peoxit, Mg tạo rất hạn chế còn các kim loại còn lại có thể tạo ra những peoxit màu trắng là muối của axit H_2O_2. SrO2 và BaO2 còn có thể điều chế trực tiếp từ nguyên tố ở nhiệt độ thích hợp.
_ Peoxit có hoạt tính hoá học cao, xu hướng chung là oxi hoá nhưng cũng có lúc thể hiện tính khử với chất oxi hoá mạnh hơn. VD:
BaO_2 + SO_2 \longrightarrow BaSO_4
BaO_2 + HgCl_2 \longrightarrow Hg + BaCl_2 + O_2
Khi cho MO_2 ( M là Ca,Sr,Ba) tác dụng với H_2O_2 ở khoảng 80*C có thể thu được Supeoxit là M[(O2)2-]2 hay MO_4.
III/ Hiđroxit M(OH)_2 :
Là những hợp chất dạng bột màu trắng, Be(OH)2 rất ít tan trong nước là chất lưỡng tính, Mg(OH)_2 rất ít tan trong nước là bazơ yếu; Ca(OH)_2 tan hơi ít trong nước tạo thành dung dịch kiềm khá mạnh ( nồng độ tối đa là 0,025 mol/l) với pH là 12,7; Sr(OH)_2 tan tương đối trong nước ( nồng độ tối đa là 0,045 mol/l) với pH là xấp xỉ 13, Ba tan khá nhiều ( nồng độ cao nhất là 0,05mol/l) với pH là 13. Chúng có độ tan giảm xuống khi nhiệt độ tăng. Đến 80^0C có thể coi như Ca(OH)_2 là chất kết tủa.
Các hyđroxit thể hiện đầy đủ tính chất của một dung dịch kiềm : hấp thụ CO2, tác dụng với axit,
làm xanh quỳ, hồng phenolphatalein……
Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 + H_2O
CaCO_3 + CO_2 + H_2O \longrightarrow Ca(HCO_3)_2 (tan)
Lưu ý Ca(HCO_3)_2 cũng chỉ là một chất ít tan có độ tan bằng Ca(OH)_2 ( cỡ 1,1 gam trong 1 lít nước) chứ không nhiều.
IV/ Muối của các kim loại kiềm thổ:
_ Các muối MgX_2 đều tan nhiều trong nước và không bị thuỷ phân ( trừ Be^{2+}). pH của dung dịch muối xấp xỉ 7.
_ Các muối sunfat của Be và Mg tan nhiều trong nước còn muối sunfat của 3 kl còn lại rất ít tan (SrSO4 và BaSO4 coi như là chất kết tủa ).
_ Các muối oxalat, photphat trung hoà, cromat, cacbonat….. của các kim loại kiềm thổ đều rất ít tan trong nước. Quan trọng hơn cả đối với thực tế là muối cacbonat và photphat của canxi dùng làm vật liệu xây dựng và phân bón (super lân).
V/ Nước cứng:
Định nghĩa: là nước có chứa lượng đáng kể muối Ca2+ và Mg2+ trong thành phần của nước đó.
Người ta chia làm 2 loại nước cứng là nước cứng tạm thời ( chứa M(HCO3)2) và nước cứng vĩnh cửu ( chứa MCl_2 và MSO_4).
Nước cứng gây ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng nước như làm hỏng các thiết bị đun nấu nước, giảm mùi vị của thực phẩm và các loại thức uống…. dẫn đến việc cần loại bỏ các ion này ra khỏi nước trước khi đưa vào sử dụng.
Có hai phương pháp chính:
1) Dùng các muối và bazơ kiềm kết tủa các ion dưới dạng hợp chất không tan:
Ca(OH)_2 + Ca(HCO_3)_2 \longrightarrow 2CaCO_3(kt) + 2H_2O
Na_2CO_3 + Ca(HCO_3)_2 \longrightarrow CaCO_3 + 2NaHCO_3
Có thể thay Na_2CO_3 bằng Na_3PO_4, Na_2SO_4,vv..
2) Dùng nhựa trao đổi ion để giữ lạ các ion Ca2+,Mg2+, Fe2+ sau khi đưa nước qua màng cột cationit và anionit.
còn tiếp>>>>>>>>>>>>>>
1. Cấu tạo nguyên tử :
* Phân nhóm chính nhóm A:
electron cuối xếp vào np hay ns
Đối với kim loại nhóm A ngoài cùng thường có 1,2,3 e là chủ yếu hoăc. Một số kim loại có nhiều hơn như Sn,Pb(4),Bi(5), P(6).
* Phân nhóm phụ nhóm B
e cuối xếp vào (n-1)d hay (n-2)f
e ngoài gần như ổn định: ns^2 hay ns^1. Việc điền e xảy ra ở lớp phía trong.
* Cấu trúc tinh thể : gồm 3 loại
- Lập phương tâm diện
- Lập phương tâm khối
- Lăng trụ lục giác đều
Các ion nằm ở nút mạng tinh thể không chuyển động tự do mà dao động xung quanh vị trí cân bằng, các e chuyển động tự do trong phần rỗng còn lại của tinh thể. Sự chuyển động tự do của các e góp phần làm ổn định cấu trúc
Còn cụ thể hơn, sau này sẽ xét ở phần khác ^___^
2. Tính chất vật lý chung
+ Chủ yếu tồn tại ở trạng thái rắn (trừ Hg thể lỏng)
+ Kim loại đen : Fe, Mn, Cr, còn lại là kim loại màu
+ Có tính dẫn nhiệt, dẫn điện
+ Dẻo, dễ dát mỏng
+ Có ánh kim
Câu hỏi, giải thích các tính chất này: dẫn nhiệt, điện, dẻo, dễ dát mỏng và có ánh kim????
3. Tính chất hóa học chung
+ Dãy hoạt động hóa học (thôi post làm chi nhỉ, mấy cái thứ đó đâu dùng lắm, phiền mọi người về tra thế khử chuẩn, khi nào có dịp post lên sau)
+ Tác dụng với phi kim, H_2O, axit, bazơ, muối, pư nhiệt nhôm
VD:
Fe + HCl \longrightarrow FeCl_2 + H_2
2Fe+ 3Cl_2 \longrightarrow 2 FeCl_3
Na + H_2O \longrightarrow NaOH + H_2
Cu + 2AgNO_3 \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag (kết tủa đen)
Zn + 4NaOH \longrightarrow Na_4[Zn(OH)_4] + H_2
4K + O_2 \longrightarrow 2K_2O
4Na + O_2 \longrightarrow 2Na_2O
4Li + O_2 \longrightarrow 2Li_2O
4. Điều chế
* Nhiệt luyện: Khử các ion kim loại ở nhiệt độ cao, trạng thái khô rắn.
Điều kiện: điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al)
C + CuO \longrightarrow (to) Cu + CO2
2Al + Fe2O3 \longrightarrow Al2O3 + 2Fe
* Thủy luyện : Khử các kim loại trong nước:
Điều kiện: dùng điều chế kim loại kém hoạt động hơn Al, Mg
Fe + CuSO_4 \longrightarrow FeSO_4 + Cu
* Điện phân: Điều chế được tất cả
+ Đối với kim loại kiềm, kiềm thổ, Al, điện phân nóng chảy hợp chất của nó
+ Sau Al: Điện phân dung dịch
5. Sự ăn mòn kim loại
* Định nghĩa: là sự phá hủy kim loại hay hợp kim dưới tác dụng hóa học của môi trường.
Phân biệt sự ăn mòn kim loại với sự phá hủy cơ học: uốn cắt, dập KL
* Có 2 dạng ăn mòn kim loại:
1. Sự ăn mòn hóa học: Cũng là sự ăn mòn kim loại do tác dụng trực tiếp của môi trường
Ví dụ: Cu + Cl_2 \longrightarrow CuCl_2
Fe + H_2O \longrightarrow FeO + H_2
+ Bản chất : Kim loại bị oxi hóa thành ion H^+. Nhưng đây là sự ăn mòn trực tiếp. Nghĩa là e của kim loại đã di chuyển trực tiếp tới chất oxihoá
+ Điều kiện : Thường xảy ra ở nhiệt độ cao. Kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường.
Chú ý: ở nhiệt độ cao, bề mặt kim loại trở nên khô và thoáng mới xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp được
2. Sự ăn mòn điện hóa :
a) Kim loại nguyên chất rất khó bị ăn mòn so với kim loại không nguyên chất
Câu hỏi: Giải thích trong trường hợp Fe nguyên chất rất khó bị ăn mòn???
b) Kim loại không nguyên chất bị ăn mòn nhanh
+ Bản chất : Đây cũng là hiện tượng ăn mòn kim loại gọi là ăn mòn điện hóa, tức là oxi hóa kim loại bị ăn mòn thành ion H +
Đặc biệt:sự ăn mòn này có phát sinh dòng điện và đây là sự ăn mòn gián tiếp. e của kim loại không di chuyển trực tiếp tới chất OXH mà di chuyển tới một phần tử trung gian làm điện cực .
+ Định nghĩa: Sự ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn kim loại có phát sinh dòng điện. Hóa năng biến thành điện năng.
+ Điều kiện: Trên bề mặt kim loại bị ăn mòn xuất hiện kim loại khác yếu hơn. (Vd: Fe - Cu) hoặc phi kim (Fe - C, Fe - Si) hay hợp chất (Fe - Fe_3C)
Kim loại đó nằm trong dung dịch điện li (H_2O, kk ẩm)
+ Cơ chế: Để hiểu rõ chúng ta xét ví dụ này nhé: Một thanh sắt bị lẫn Cu được nhúng trong dung dịch H_2SO_4, Fe bị hòa tan rất nhanh và H_2 bốc mạnh từ phía Cu
\Longrightarrow Xảy ra tại chỗ tiếp xúc Fe - Cu trong axit đã tạo thành vô số pin Vôn ta nhỏ (-) Fe|H2SO4|Cu (+)
e di chuyển tới bề mặt Cu và tại đó : 2H+ + 2e \longrightarrow H2
* Nguyên tắc và phương pháp bảo vệ kim loại
1. Nguyên tắc
+ Phủ lên bề mặt kim loại một kim loại kém hoạt động hoặc một chất bảo vệ chống sự oxihoá
+ Thay đổi thành phần môi trường
+ Chế tạo những hợp kim siêu bền, kém hoạt động
2. Phương pháp
a) Sơn, tráng men
- Men là một loại thủy tinh được tráng lên bề mặt kim loại (men dễ vỡ vụn)
- Bôi dầu mỡ
- Tráng kim loại: Phủ Zn lên bề mặt Fe (tôn), phủ Sn lên bề mặt Fe (sắt tây)
- Mạ kim loại: Mạ Ni lên sắt, mạ Pt, Au lên Cu
- Thêm utropin vào dung dịch HCl thì dung dịch này không hòa tan được thép (chất ức chế)
Kim loại kiềm
1. Vị trí - cấu tạo nguyên tử của kim loại kiềm
Gồm các kim loại Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Xếp đầu các chu kì: [khí hiếm] ns1
+ Có 2 nguyên tố có nhiều ngoại lệ
- Li: ở chu kì 2.có nhiều tính chất không tiêu biểu cho nhóm.Ví dụ như khả năng tạo phức lớn, tạo nhiều muối khó tan, đốt cháy hầu như chỉ cho một dạng oxit Li2O.
- Fr (87) nguyên tố phóng xạ
Điểm chung của nhóm IA
- Năng lượng ion hóa bé
- Tính kim loại tăng dần từ Li đến Cs. Giải thích
- Hòa tan trong nước tạo thành bazơ kiềm
- Liên kết trong kim loại kiềm là liên kết yếu. Giải thích
2. Điều chế
+ Kim loại kiềm rất hoạt động. Trong tự nhiên không có kim loại kiềm tự do mà tồn tại ở dạng ion. Trong đó tồn tại ở dạng ion (+)
+ Hợp chất thiên nhiên: NaCl, KNO_3, Na_2SO_4....
+ Nguyên tắc chung: Khử ion kim loại kiềm thành nguyên tử
+ Phương pháp: điện phân các hợp chất nóng chảy của kim loại kiềm mà chủ yếu là điện phân muối halogenua nóng chảy
Điều chế Na từ Na_2CO_3?
3.Tính chất vật lý
+ Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp, giảm dần từ Li đến Cs. Giải thích
+ Cấu trúc tinh thể: lập phương tâm khối
+ Nhẹ
+ Mềm, cắt được bằng dao. Trong đó Cs mềm nhất
+ Độ dẫn điện cao (phù hợp với thuyết vùng của kim loại). Nhưng vẫn kém Ag. Giải thích?
+ Kim loại tự do hay hợp chất dễ bay hơi khi đưa vào ngọn lửa không màu: Li cho màu đỏ tía, Na - màu vàng, K - màu tím, Rb - tím hồng, Cs - xanh lam
Rb và Cs dùng làm tế bào quang điện dùng trong vô tuyến truyền hình và chiếu phim có tiếng nói.
+ Dễ tan trong hỗn hống
- Tan trong NH_3 lỏng
4.Tính chất hóa học
Có tính khử mạnh, tăng dần từ Li đến Cs
+ Khi đun nóng, các kim loại kiềm kết hợp với hiđro tạo nên hidrua ion ở 350 - 400 độ C (ngoài Li ở 600 - 700 độ C)
Câu hỏi: Ở điều kiện thường và không khí khô, kim loại liti bị phủ một lớp màu xám gồm????Viết PTPU
Tương tự với Na, K, Rb, Cs
+ Tác dụng với ôxi (tạo oxit, supeoxit, peoxit)
+ Bốc cháy trong khí clo khi có mặt hơi ẩm ở nhiệt độ thường
+ Tác dụng với halogen
+ khi đun nóng với nitơ, cacbon, silic, chỉ có Li tương ác tạo Li_3N, Li_2C_2, Li_6Si_2.
+ Tương tác mãnh liệt với nước tạo thành kiềm giải phóng H_2
+ Đun nóng trong khí NH_3, tạo thành amiđua
Giới thiệu một số hợp chất của các kim loại kiềm :
Như đã giới thiệu bên trên, các kim loại kiềm tuy chỉ có một số oxi hóa duy nhất dẫn đến việc hợp chất cũng đơn điêu, nhưng dẫu sao cũng có một số hợp chất cần nêu rõ tính chất để giới thiệu chung cho hợp chất của nhóm này winking. Lưu ý đây là nhóm nguyên tố duy nhất có thể tạo 4 loại oxit khác nhau là oxit,peoxit,supeoxit và ozonit.
1/NaOH - Natri Hidroxit:
Còn gọi là kiềm Natri hay xút ăn da. Trắng, hút ẩm mạnh, nóng chảy và sôi không phân hủy. Tan nhiều trong nước ( phát nhiều nhiệt) tạo môi trường kiềm mạnh ( NaOH là kiềm mạnh nhất trong các chất kiềm được biết). Làm giảm mạnh độ tan của nhiều muối Na trong dung dịch. Không tan trong NH3 lỏng. Thể hiện tính chất của kiềm mạnh: trung hòa axit, phản ứng với oxi axit, hấp thụ CO2 của không khí, phản ứng với phi kim, kim loại,oxit lưỡng tính, hydroxit lưỡng tính.
Các phản ứng khác những phản ứng quen thuộc :
1)2NaOH (ng.) + E_2 \longrightarrow Na_E + NaOE + H_2O ( E=Cl,Br,I)
6NaOH (ng.) + 3E_2 \longrightarrow NaE + 5NaOEO_2 + 3H2O
2)20NaOH + 7Cl_2 + I_2 \longrightarrow 2Na_3H_2IO_6 + 14NaCl + 8H_2O
24NaOH + 7Cl_2 + I_2 \longrightarrow 2Na_5IO_6 + 14NaCl + 12H_2O
3)4NaOH + 3Ca \longrightarrow 3CaO + Na_2O + 2Na + 2H_2 ( 600^0C)
4) 4NaOH + NO \longrightarrow 4NaNO_2 + N_2 + 2H_2O (350-400^0C)
5) 2NaOH + Zn + 2SO_2 \longrightarrow Na_2S_2O_4 + Zn(OH)_2
2/Na_2O_2-Natri Peoxit:
Trắng (đôi khi trở nên vàng nhạt vì lẫn tạp chất Na_2O).Khi đun nóng trong không khí trở nên vàng và phân hủy, nóng chảy dưới áp suất dư của O_2. Cấu tạo ion: Na^{+}_{2}O^{2-}. Hấp thụ khí CO_2 trong không khí. Bị nước, axit phân huỷ. Phản ứng với O_2, mãnh liệt với S,CO,P,Al…. Thể hiện cả tính chất oxi hoá và khử nhưng chủ yếu là oxi hoá.
Một số phản ứng:
1) 2Na_2O_2 \longrightarrow 2Na_2O + O_2 (400-675^0C trong chân không).
2) Na_2O \longrightarrow Na_2O_2 + 2Na ( trên 700^0C)
2) Na_2O_2 + O_2 \longrightarrow 2NaO_2 (450-500^0C,p)
3) 3Na_2O_2 + 2Al \longrightarrow 2NaAlO_2 + 2Na_2O (70-120^0C)
4) MnO_2 + Na_2O_2 \longrightarrow Na_2MnO_4 (400-500^0C)
5) Na_2O_2 + 2H_2SO_4 + 2FeSO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + 2H_2O
3/ KH-Kali hiđrua:
Trắng. Phân huỷ khi đun nóng, nóng chảy không phân huỷ dưới áp suất dư của H2. Chất khử mạnh, các phản ứng riêng biệt:
1) 2KH + O_2 \longrightarrow 2KOH
2) KH + CO_2 \longrightarrow HCOOK (150^0C,p)
3) 4KH + 3SiO_2 \longrightarrow 2K_2SiO_3 + Si + 2H_2
4) KH + NH_3 \longrightarrow KNH_2 + H_2
4/KO_2-Kali supeoxit:
Vàng-da cam, phân huỷ khi đun nóng, nóng chảy dưới áp suất dư O_2. Có cấu tạo ion (K^+)(O^{2-}). Phản ứng với nước, axit, CO,O3,K,NH3…. Là chất oxi hoá mạnh và khử rất yếu:
1) KO_2 + H_2O \longrightarrow KOH + KHO_2 + O_2
2) 2KO_2 + H_2SO_4(k) \longrightarrow K_2SO_4 + O_3 + H_2O
3) KO_2 + O_3 \longrightarrow KO_3 + O_2 (0^0C,CF_2Cl_2 lỏng)
4) 2KO_2 + S \longrightarrow K_2SO_4 ( 130-140^0C)
5) KO_2 + 2NH_3 \longrightarrow 2KOH + N_2 + 2H_2O
5/KNO3-Kali Nitrat:
Diêm tiêu Kali (Ấn Độ). Trắng, nóng chảy không phân huỷ, phân huỷ khi đun nóng mạnh hơn. Bền ở trong không khí, tan nhiều trong nước, hấp thu nhiệt ( nước lạnh đi). Không tạo tinh thể hiđrat. Chất oxi hoá mạnh khi thiêu kết. Trong dung dịch bị H nguyên tử khử.
Một số phản ứng:
1) KNO_3 + 2H \longrightarrow KNO_2 + H_2O ( Zn/HCl)
hoặc \longrightarrow KOH + NH_3 + H_2O
2) KNO_3 + (NH4)_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + 2N_2O + 4H_2O
3) 6KNO_3 + 10Al \longrightarrow 6KAlO_2 + 3N_2 + 2Al_2O_3
4) 3KNO_3 + 2KOH + Fe \longrightarrow K_2FeO_4 + 3KNO_2 + H_2O
(***) Các hợp chất của Cs và Rb rất giống nhau, khi nói đến hợp chất của một trong 2 kim loại này thì cũng có nghĩa là tồn tại một hợp chất có tính chất vật lý và hoá học tương tự của kim loại kia. Lưu ý là K,Rb,Cs không hề có phản ứng với N2 trong mọi điều kiện khác với Li và Na.
6/ RbO3 (CsO3)- Rubiđi Ozonit ( Cezi Ozonit):Đỏ- da cam. Bền hơn KO_3,phân huỷ khi đun nóng. Có cấu tạo ion (Rb+)(O3-), phản ứng mãnh liệt với nước, axit, S,P,Al…. là chất oxi hoá cực mạnh và không có tính khử.
1) RbO_3 + 2H_2O \longrightarrow 4RbOH + 5O_2 ( có tạo gốc tự do OH)
2) 4RbO_3 + 4HCl(lg~,ng.) \longrightarrow 4RbCl + 5O_2 + 2H_2O
hay \longrightarrow RbCl + Cl_2 + O_2 + 2H_2O
3) CsO_3 + 5S \longrightarrow Cs_2SO_4 + 2Cs_2S_2O_7
4) CsO_3 + 2NH_3 \longrightarrow NH_4O_3 + CsNH_2
CHƯƠNG II:
KIM LOẠI KIỀM THỔ ( PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM IIA)
A/Đặc điểm và tính chất các kim loại kiềm thổ:
Các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn các nguyên tố.Chúng gồm các nguyên tố Beri (Be),Magiê (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Bari) và Rađi (Ra). Ra là nguyên tố phóng xạ nên thường được xét chung với các nguyên tố phóng xạ. Gọi là kiềm thổ vì oxit của Ca,Sr,Ba tan một phần nhỏ trong nước tạo thành dung dịch bazơ mạnh (kiềm) và có độ bền nhiệt cao ( thổ). Để đơn giản, thường người ta xếp luôn Be và Mg vào khi nhắc đến nhóm KL này.
Một số đặc điểm của nguyên tử các kim loại kiềm thổ.
STT Z I1 I2 Thế điện cực
Be 4 9,32 18,21 -1,85V
Mg 12 7,64 15,03 - 2,37V
Ca 20 6,11 11,87 - 2,87V
Sr 38 5,96 10,93 - 2,89V
Ba 56 5,21 9,950 - 2,90V
Ra 88 5,28 10,10 - 2,92V
Do chỉ có 2 electron hoá trị ns2 ở lớp ngoài cấu hình bền của khí hiếm, các kim loại kiềm thổ rất dễ mất 2 e đó biến thành ion M2+, có nghĩa đó là những kim loại hoạt động và hoạt tính đó tăng lên từ Be đến Ba. Nhưng so với các kim loại kiềm ở cùng chu kì, kl kiềm thổ kém hoạt động hơn vì có điện tích lớn hơn và bán kính nguyên tử bé hơn.
_ Ca nhuộm màu ngọn lửa đỏ gạch, Sr nhuộm màu đỏ son, Ba nhuộm màu xanh lục hơi vàng.
Trong tuyệt đại đa số các hợp chất các kim loại kiềm thể hiện số oxi hoá +2 ứng với ion M^{2+}. Tuy nhiên trong những điều kiện đặc biệt Ca,Sr,Ba có thể có số oxi hoá +1 như các hợp chất CaCl ( tạo nên khi nung CaCl_2 với Ca ở 1000^0C), Ba_2SO_4, Sr_2(ClO_4)_2. Tất cả những hợp chất này đều bị phân huỷ hoàn toàn trong nước và chỉ chiết được trong dung môi không phân cực.
VD:
Ba_2SO_4 + 2H_2O \longrightarrow BaSO_4(kt) + Ba(OH)_2(dd) + H_2
Các ion kl kiềm thổ không có màu. Khác với các kim loại kiềm, nhiều hợp chất của các kl kiềm thổ không tan trong nước.
Be là nguyên tố khác nhiều nhất với các kim loại kiềm khác. Nó tạo nên nhiều hợp chất cộng hoá trị, các hợp chất với các kim loại khác trong đó nó có số oxi hoá âm (Berilirua). Nó giống nhiều với Zn và Al.Mg giống Zn và Mn.
I/ Tính chất lí học:
Các kim loại kiềm thổ có màu trắng (Be,Mg,Ca) và màu xám nhạt (Sr,Ba). Ca,Sr,Ba nhanh chóng bị oxi hoá trong không khí.
Một số hằng số lý học quan trọng nhất của kim loại kiềm thổ:
Nguyên tố Tnc Ts D
Be 1280 2507 1,86
Mg 650 1100 1,74
Ca 850 1482 1,55
Sr 770 1380 2,6
Ba 710 1500 3,6
Các kim loại kiềm thổ có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng và tỉ khối không lớn lắm,chỉ cao hơn các kim loại kiềm ( trừ Be). Đó là do năng lượng liên kết kl trong mạng tinh thể kl kiềm không cao lắm, nhưng lớn hơn kl kiềm thổ vì có số e liên kết lớn gấp đôi.
II/Tính chất hoá học:
Nếu không kể các kim loại kiềm thì các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nhất trong các đơn chất. Hoạt tính đó tăng dần từ Be đến Ba.
a) Tác dụng với H2:
Khi đun nóng, Mg và đặc biệt là Ca,Sr,Ba tác dụng với H_2 để tạo hợp chất hyđrua trong đó H có số oxi hoá –1.Vd:
Ca + H_2 –(150) \longrightarrow CaH_2
Đối với Mg, phản ứng cần thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (570^0C) dưới áp suất lớn của khí H_2 và có MgI_2 xúc tác.
b) Tác dụng với O2:
Khi để trong không khí, Mg và Be chỉ bị oxi hoá trên bề mặt do tạo lớp oxit bền ngăn cản phản ứng tiếp diễn. Đối với Ca,Sr,Ba phản ứng xảy ra tới cùng tạo nên các oxit,peoxit và nitrua. Vì thế cần bảo quản các kl này như đối với các kl kiềm là ngâm trong dầu hoả.
Mg + O_2 \longrightarrow MgO
Ba + O_2 \longrightarrow BaO_2
c) Tác dụng với Halogen và phi kim khác:
Các kl kiềm dễ dàng tác dụng với Halogen sinh ra MX2:
Ca + Cl_2 \longrightarrow CaCl_2( hơ nóng)
Với các pk khác, các kl kiềm cũng tác dụng khá dễ dàng :
2Mg + Si \longrightarrow Mg_2Si ( 700^0C)
Ca + C \longrightarrow CaC2 (2000^0C,lò điện)
3Ba + N_2 \longrightarrow Ba_3N_2 ( 1000*C)
d) Tác dụng với hợp chất:
_ Do có ái lực lớn với oxi, các kl kiềm có thể khử được các oxit bền như CO_2, TiO_2, Cr_2O_3, SiO_2…. đến các số oxi hoá thấp hơn hoặc đến đơn chất.
TiO_2 + 2Be \longrightarrow 2BeO + Ti ( t^0 cao)
Mg + CO_2 \longrightarrow CO + MgO ( 500^0C)
Mg + CO \longrightarrow C + MgO (900^0C)
Do 2 pứ trên nên không thể chữa cháy kl kiềm bằng CO2.
_ Các kim loại kiềm thổ tác dụng với nước ở những điều kiện khác nhau cho những sản phẩm khác nhau. Ca, Sr, Ba tan trong nước giải phóng H2 do các hydroxit tương ứng tan được trong nước.
Be + H_2O(hơi) –(nóng) \longrightarrow BeO + H_2
Mg + 2H_2O –(nóng) \longrightarrow Mg(OH)_2(kt) + H_2
Ba + 2H_2O \longrightarrow Ba(OH)_2 + H_2
_ Tác dụng với axit thường và axit oxi hoá: phản ứng thường xảy ra mãnh liệt, có thể gây nổ nguy hiểm. Vd:
Mg + HNO_3(lg) \longrightarrow Mg(NO_3)_2 + (NO+N_2O+N_2+NH_4NO_3) + H_2O
Ba + H_2SO_4 \longrightarrow BaSO_4(kt) + H_2
_ Các kim loại kiềm thổ có thể tan trong amoniăc lỏng tạo thành dung dịch xanh thẫm. Khi kết tinh các dung dịch này, các kim loại được kết tinh dạng solvat hoá M.(NH_3)_6. Khi nung các kết tủa này ta thu được các tinh thể amiđua:
Ca(NH_3)_6 \longrightarrow Ca(NH_2)_2 + 4NH_3 + H_2
-Ở áp suất thấp, sản phẩm thu được là imiđua:
Ca(NH_2)_2 \longrightarrow CaNH + NH_3
_ Do có bán kính ion lớn, các kim loại kiềm thổ ít tạo phức chất với các phối tử thông thường như NH_3,CN-,X-……..Kim loại dễ tạo phức chất nhất là Be do bán kính ion nhỏ vả lại cấu hình ion của nó cho phép nó có thể kết hợp với các cấu tử như H_2O…. bằng liên kết cho nhận tương tự Li nhằm đạt đến cấu hình bền của khí hiếm Ne.
III/ Trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế:
1) Trạng thái tự nhiên:
Các kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại ở dạng hợp chất do hoạt tính hoá học cao của chúng. Be tương đối phổ biến, Mg và Ca rất phổ biến còn Sr và Ba khá hiếm.
Dạng khoáng vật chính của Mg là MgCl_2,MgCO_3; của Ca là CaSO_4,Ca_5(PO_4)_3OH và chủ yếu là CaCO3; của Sr và Ba là MSO4,MCO3. Các khoáng vật đều có tên gọi riêng.
2) Phương pháp điều chế:
Phương pháp chung để điều chế các kim loại kiềm thổ là điện phân muối MCl2 nóng chảy với cực âm là sắt và cực dương là than chì.
MCl_2 –(đpnc) \longrightarrow M + Cl_2
Ngoài ra người ta còn điều chế Mg bằng cách :
MgO + C –(2000^0C) \longrightarrow Mg + CO
CaO + 2MgO + Si \longrightarrow 2Mg + CaO.SiO_2
Với Ca,Sr,Ba người ta dùng Al khử oxit MO ở 1100-1200^0C:
2Al + 4CaO \longrightarrow Ca(AlO_2)_2 + 3Ca
Ca(AlO_2)_2 đọc là muối Canxi Aluminat.
B/ Hợp chất của các kim loại kiềm thổ:
I/ Các oxit MO:
Các oxi MO là chất bột màu trắng. Trừ BeO kết tinh theo mạng tinh thể vuazit, các oxit khác đều kết tinh theo kiểu muối ăn NaCl. Chúng có năng lượng mạng lưới rất lớn nên khó nóng chảy, khó sôi và đặc biệt bền nhiệt. Chúng được dùng làm vật liệu chịu nhiệt.
_ BeO không tan trong nước, MgO bột tan một ít trong nước tạo dung dịch kiềm rất yếu (pH=10). CaO, SrO, BaO tan trong nước tạo thành hydroxit và phản ứng phát nhiều nhiệt:
CaO + H2O \longrightarrow Ca(OH)_2 (phản ứng tôi vôi)
_ Trừ BeO khó tan trong axit nhưng tan trong kiềm, các MO còn lại tan trong axit loãng cho muối M^{2+} :
BaO + 2HNO_3 \longrightarrow Ba(NO_3)_2 + H_2O
BeO + NaOH \longrightarrow Na_2BeO_2 + H2O
( chính xác hơn là Na_2[Be(OH)_4]).
_ Công dụng của các oxit này khá rộng rãi : BeO làm xúc tác, chén nung….. MgO làm gạch chịu lửa; CaO dùng để làm vật liệu xây dựng, điều chế đất đèn,….còn SrO và BaO dùng một ít trong công nghiệp thuỷ tinh.
_ Điều chế : Nhiệt phân muối kim loại chứa oxi ( không đốt kim loại trong oxi) :
CaCO3 –(900^0C) \longrightarrow CaO + CO2
2Sr(NO_3)_2 –(900^0C) \longrightarrow 2SrO + 4NO_2 + O_2
II/ Các peoxit MO2 :
Nhờ có bán kính ion lớn giảm sự cực hoá ion, các kim loại kiềm thổ cũng có thể làm bền được ion có kích thước lớn như (O_2)^{2-} để tạo nên hợp chất peoxit MO_2. Be không tạo được peoxit, Mg tạo rất hạn chế còn các kim loại còn lại có thể tạo ra những peoxit màu trắng là muối của axit H_2O_2. SrO2 và BaO2 còn có thể điều chế trực tiếp từ nguyên tố ở nhiệt độ thích hợp.
_ Peoxit có hoạt tính hoá học cao, xu hướng chung là oxi hoá nhưng cũng có lúc thể hiện tính khử với chất oxi hoá mạnh hơn. VD:
BaO_2 + SO_2 \longrightarrow BaSO_4
BaO_2 + HgCl_2 \longrightarrow Hg + BaCl_2 + O_2
Khi cho MO_2 ( M là Ca,Sr,Ba) tác dụng với H_2O_2 ở khoảng 80*C có thể thu được Supeoxit là M[(O2)2-]2 hay MO_4.
III/ Hiđroxit M(OH)_2 :
Là những hợp chất dạng bột màu trắng, Be(OH)2 rất ít tan trong nước là chất lưỡng tính, Mg(OH)_2 rất ít tan trong nước là bazơ yếu; Ca(OH)_2 tan hơi ít trong nước tạo thành dung dịch kiềm khá mạnh ( nồng độ tối đa là 0,025 mol/l) với pH là 12,7; Sr(OH)_2 tan tương đối trong nước ( nồng độ tối đa là 0,045 mol/l) với pH là xấp xỉ 13, Ba tan khá nhiều ( nồng độ cao nhất là 0,05mol/l) với pH là 13. Chúng có độ tan giảm xuống khi nhiệt độ tăng. Đến 80^0C có thể coi như Ca(OH)_2 là chất kết tủa.
Các hyđroxit thể hiện đầy đủ tính chất của một dung dịch kiềm : hấp thụ CO2, tác dụng với axit,
làm xanh quỳ, hồng phenolphatalein……
Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 + H_2O
CaCO_3 + CO_2 + H_2O \longrightarrow Ca(HCO_3)_2 (tan)
Lưu ý Ca(HCO_3)_2 cũng chỉ là một chất ít tan có độ tan bằng Ca(OH)_2 ( cỡ 1,1 gam trong 1 lít nước) chứ không nhiều.
IV/ Muối của các kim loại kiềm thổ:
_ Các muối MgX_2 đều tan nhiều trong nước và không bị thuỷ phân ( trừ Be^{2+}). pH của dung dịch muối xấp xỉ 7.
_ Các muối sunfat của Be và Mg tan nhiều trong nước còn muối sunfat của 3 kl còn lại rất ít tan (SrSO4 và BaSO4 coi như là chất kết tủa ).
_ Các muối oxalat, photphat trung hoà, cromat, cacbonat….. của các kim loại kiềm thổ đều rất ít tan trong nước. Quan trọng hơn cả đối với thực tế là muối cacbonat và photphat của canxi dùng làm vật liệu xây dựng và phân bón (super lân).
V/ Nước cứng:
Định nghĩa: là nước có chứa lượng đáng kể muối Ca2+ và Mg2+ trong thành phần của nước đó.
Người ta chia làm 2 loại nước cứng là nước cứng tạm thời ( chứa M(HCO3)2) và nước cứng vĩnh cửu ( chứa MCl_2 và MSO_4).
Nước cứng gây ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng nước như làm hỏng các thiết bị đun nấu nước, giảm mùi vị của thực phẩm và các loại thức uống…. dẫn đến việc cần loại bỏ các ion này ra khỏi nước trước khi đưa vào sử dụng.
Có hai phương pháp chính:
1) Dùng các muối và bazơ kiềm kết tủa các ion dưới dạng hợp chất không tan:
Ca(OH)_2 + Ca(HCO_3)_2 \longrightarrow 2CaCO_3(kt) + 2H_2O
Na_2CO_3 + Ca(HCO_3)_2 \longrightarrow CaCO_3 + 2NaHCO_3
Có thể thay Na_2CO_3 bằng Na_3PO_4, Na_2SO_4,vv..
2) Dùng nhựa trao đổi ion để giữ lạ các ion Ca2+,Mg2+, Fe2+ sau khi đưa nước qua màng cột cationit và anionit.
còn tiếp>>>>>>>>>>>>>>