[Hóa học 12] Kim loại kiềm – tổng hợp lý thuyết và bài tập đầy đủ nhất

Việc nắm chắc nội dung về cả lý thuyết lẫn các dạng bài tập của phần kim loại kiềm là tiền đề giúp bạn học tốt hơn các phần sau này của chương trình Hóa 12. Bài viết dưới đây tổng hợp toàn bộ lý thuyết và bài tập của kim loại kiềm.

Kim loại kiềm là gì?

Vị trí trong bảng tuần hoàn

Các kim loại kiềm là một dãy các nguyên tố trong nhóm IA của bảng tuần hoàn các nguyên tố, ngoại trừ hidro. Các kim loại nhóm này được gọi là kim loại kiềm vì hidroxit của chúng là chất kiềm mạnh.

Kim loại kiềm gồm 4 nguyên tố hóa học sau đây:  liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), xesi (Cs) và franxi (Fr)*. Trong đó franxi là khí hiếm.

Cấu hình electron nguyên tử của các kim loại kiềm

Kim loại kiềm là những nguyên tố s, có một electron lớp ngoài cùng, ở phân lớp ns1 . Đây là electron hóa trị nằm ngoài cấu hình electron bền của các khí hiếm, nên các nguyên tử kim loại này rất dễ mất đi một electron hóa trị biến thành ion dương M+. Vì thế các kim loại kiềm là những kim loại hạt động mạnh (kim loại mạnh).

Cấu hình electron nguyên tử của kim loại kiềm cụ thể là:

• Li: [He] 2s1
• Na: [Ne] 3s1
• K: [Ar]4s1
• Rb: [Kr] 5s1
• Cs: [Xe] 6s1

Bạn đang đọc bài viết: [Hóa học 12] Kim loại kiềm – tổng hợp lý thuyết và bài tập đầy đủ nhất

Tính chất vật lý

Ở khía cạnh vật lý, các kim loại kiềm có một số tính chất chung như:

• Có màu trắng bạc và có ánh kim
• Dẫn điện tốt
• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp
• Khối lượng riêng nhỏ
• Độ cứng tương đối thấp do kim loại kiềm có mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng, ngoài ra trong tinh thể các nguyên tử và ion liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu, dễ bị bẻ gãy.
• Đơn chất và hợp chất của mỗi kim loại kiềm có màu ngọn lửa đặc trưng: Liti: đỏ tím, Na: vàng ; K: tím ; Rb: đỏ huyết. Người ta thường dựa vào màu sắc trên để nhận biết kim loại kiềm.

Dưới đây là video thể hiện: khi các kim loại kiềm đốt lên sẽ có màu sắc khác nhau

Xem thêm kiến thức: [Hóa học 12] Dãy điện hóa của kim loại. Toàn bộ lý thuyết tính chất kim loại

Tính chất hóa học

Kim loại kiềm là nguyên tố có tính khử mạnh (I_I thấp và E° có giá trị rất âm).

M – 1e → M⁺

Vì thế kim loại kiềm có khả năng phản ứng với các chất oxi hoá như phi kim, H⁺ (trong nước, trong axit) cation kim loại (trong oxit).

Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại kiềm có thể khử được các phi kim.

• Tác dụng với oxi

– Ở nhiệt độ thường: tạo oxit có công thức M₂O (Li, Na) hay tạo M₂O₂ (K, Rb, Cs, Fr).

– Ở nhiệt độ cao: tạo M₂O₂ (Na) hay MO₂ (K, Rb, Cs, Fr) (trừ trường hợp Li tạo Li₂O ).

• Tác dụng với các nguyên tố thuộc nhóm halogen

Phản ứng mãnh liệt với halogen (X₂) tạo muối halogenua MX

2M + X₂  2MX

Tác dụng với nước

Do hoạt động hóa học mạnh nên các kim loại kiềm phản ứng mãnh liệt với nước và phải được bảo quản bằng cách ngâm chìm trong dầu hỏa.

– Kim loại kiềm khử được nước dễ dàng, giải phóng khí hiđro:

2Na + 2H₂O → 2NaOH (dd) + H₂↑

– Dạng tổng quát:

2M + 2H₂O → 2MOH (dd) + H₂↑

Tác dụng với dung dịch axit

– Các kim loại kiềm đều có thể khử dễ dàng ion H⁺ của dung dịch axit (HCl, H₂SO₄ loãng) thành khí H₂ (phản ứng gây nổ nguy hiểm):

2Li + 2HCl → 2LiCl + H₂↑

– Dạng tổng quát:

2M + 2H⁺ → 2M⁺ + H₂↑

Phương pháp điều chế và ứng dụng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm thuộc phần kiến thức Hóa học 12, được điều chế cũng như có những ứng dụng được trình bày sau đây:

Phương pháp điều chế

– Kim loại kiềm dễ bị oxi hóa thành ion dương, do vậy trong tự nhiên kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

– Điều chế kim loại kiềm bằng cách khử ion của chúng:

M⁺ + e → M

– Tuy nhiên, không có chất nào khử được ion kim loại kiềm.

– Phương pháp thường dùng để điều chế kim loại kiềm là điện phân nóng chảy muối halogenua của kim loại kiềm.

– Thí dụ: Điện phân muối NaCl

Phương trình điện phân:

Ứng dụng

– Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiếp bị báo cháy,…

– Các kim loại kali, natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài lò phản ứng hạt nhân.

– Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện.

– Được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện.

– Được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ.

Bài tập liên quan kim loại kiềm

Dạng 1: Lý thuyết

Ví dụ 1: Câu nào sau đây mô tả đúng sự biến đổi tính chất của các kim loại kiềm theo chiều điện tính hạt nhân tăng dần ?

A. Bán kính nguyên tử giảm dần.

B. Nhiệt độ nóng chảy tăng dần.

C. Năng lượng ion hoá I₁ của nguyên tử giảm dần.

D. Khối lượng riêng của đơn chất giảm dần.

Hướng dẫn giải chi tiết:

A. Bán kính nguyên tử giảm dần. (sai, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử tăng dần)

B. Nhiệt độ nóng chảy tăng dần. (sai, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, nhiệt độ nóng chảy giảm dần)

C. Năng lượng ion hoá I₁ của nguyên tử giảm dần. (đúng)

D. Khối lượng riêng của đơn chất giảm dần. (sai)

Đáp án C.

Ví dụ 2: Để điều chế kim loại Na, người ta thực hiện phản ứng

A. điện phân dung dịch NaOH.

B. điện phân nóng chảy NaCl hoặc NaOH.

C. cho dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch HCl.

D. cho dung dịch NaOH tác dụng với H₂O.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Để điều chế kim lại Na người ta thường điện phân nóng chảy NaCl hoặc NaOH

Đáp án B

Dạng 2: Bài tập về kim loại kiềm tác dụng với nước và dung dịch axit

Ví dụ 1: Cho 4,017 gam một kim loại kiềm M hòa tan vào nước dư được dung dịch Y. Trung hòa dung dịch Y cần vừa đủ 0,103 mol HCl. Kim loại X là :

A. Na.

B. Li.

C. Rb.

D. K.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có phương trình phản ứng:

2M   +   2H₂O   →   2MOH   +   H₂  (1)

mol:      0,103                        0,103

MOH   +   HCl   →    MCl    +    H₂O (2)

mol:      0,103       0,103

n M = n MOH = n HCl = 0,103  mol

=> M = 4,017 : 0,103 = 39

=> M là K

Đáp án D

Dạng 3: Bài tập CO₂, SO₂ tác dụng với dung dịch kiềm

* Một số lưu ý cần nhớ:

Khi cho CO₂, SO₂ vào dung dịch (NaOH, KOH) ta cần xét giá trị T = n OH- / n CO₂

Nếu T ≥ 2 => Sản phẩm tạo thành muối trung hòa

Nếu T ≤ 1 => Sản phẩm tạo thành muối axit

Nếu 1 < T < 2 => Sản phẩm tạo ra 2 muối là CO₃^2- và HCO₃^–

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Dẫn từ từ 5,6 lít CO₂ (đktc) vào 400 ml dung dịch chứa đồng thời các chất NaOH 0,3M; KOH 0,2M; Na₂CO₃ 0,1875M; K₂CO₃ 0,125M thu được dung dịch X. Thêm dung dịch CaCl₂ dư vào dung dịch X, số gam kết tủa thu được là:

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_CO2 = 0,25 mol; n_NaOH = 0,12 mol; n_KOH = 0,08 mol; n_Na2CO3 = 0,075 mol; n_K2CO3 = 0,05 mol

=> n_CO3 = 0,125 mol ; n_OH = 0,2 mol

Vì n_OH- < n_CO2 => CO₂ phản ứng với OH^– tạo HCO₃^–

CO₂ + OH^– → HCO₃^–

0,2 ← 0,2

CO₂ + CO₃^2- + H₂O → 2HCO₃^–

0,05 → 0,05

=> n_CO3 = 0,125  – 0,05 = 0,075 mol

=> n_CaCO3 = n_CO3 = 0,075 => m_CaCO3 = 7,5g

Tổng kết

Trên đây là bài viết tổng hợp toàn bộ lý thuyết về kim loại kiềm, cũng như các dạng bài tập có liên quan. Congthuctoanlyhoa.com hi vọng bài viết đã giúp bạn hiểu thêm các kiến thức này, và có thể áp dụng chúng trong môi trường trường học lẫn cuộc sống thực tế.