[Hóa học 12] Kim loại kiềm thổ - lý thuyết và giải bài tập

Bài viết tổng hợp toàn bộ lý thuyết và bài tập về kim loại kiềm thổ: vị trí trong bảng tuần hoàn, tính chất vật lý, hóa học, ứng dụng, cách điều chế.

Mục Lục

Kim loại kiềm thổ là gì?

Định nghĩa

Kim loại kiềm thổ là một dãy những nguyên tố trong nhóm nguyên tố IIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Cụ thể, kiềm thổ đứng trước ngay sau các kim loại kiềm. Điển hình của kim loại này phải kể đến những nguyên tố sau: Magie (Mg), Canxi (Ca), Berili (Be), Strontium (Sr), Bari (Ba), Radium (Ra). Tên của những nguyên tố này đều được đặt tên theo các oxit của nó. Với các đất kiềm, có cách gọi cũ như vôi sống, berilia, magiêsia, baryta và strontiva.

Những kim loại này có tên gọi là kiềm thổ bởi những tính chất trong tự nhiên trung gian của nó giữa các chất kiềm (còn có tên gọi là oxit của các kim loại kiềm) và các loại đất hiếm (còn có tên gọi là oxit của các kim loại đất hiếm).

Vị trí trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron

– Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn; trong một chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm
– Cấu hình electron lớp ngoài cùng của KLKT : ns2 (n là số thứ tự của lớp).

– Cấu tạo mạng tinh thể:

Be, Mg: lục phương

Ca, Sr: lập phương tâm diện

Ba: lập phương tâm khối

Bạn đang đọc bài viết: [Hóa học 12] Kim loại kiềm thổ – trọn bộ lý thuyết và bài tập

Tính chất vật lý

– Màu sắc: Kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc hoặc xám nhạt.

– Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp.

– Độ cứng có cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn thấp.

– Khối lượng riêng tương đối nhỏ, là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ Ba).

Lưu ý: Trừ Be và Mg, nhìn chung các kim loại kiềm thổ tự do và hợp chất dễ bay hơi, cháy khi đưa vào ngọn lửa không màu, và làm cho ngọn lửa có màu đặc trưng.

– Ca : Màu đỏ da cam

– Sr : Màu đỏ son

– Ba : Màu lục hơi vàng

Xem thêm kiến thức: [Hóa học 12] Kim loại kiềm – tổng hợp lý thuyết và bài tập đầy đủ nhất

Tính chất hóa học

Do cấu hình electron của lớp vỏ nguyên tử ngoài cùng của các kim loại trong phân nhóm IIA đều có dạng là ns², bán kính nguyên tử tương đối lớn, năng lượng ion hóa nhỏ nên kim loại phân nhóm IIA đều dễ nhường 2 electron để trở thành cation M²⁺:

M – 2e → M²⁺

Vậy kim loại phân nhóm IIA có tính khử rất mạnh (chỉ thua kim loại kiềm) tức là rất dễ bị oxi hóa.

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⁺

a) 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 :

♦ 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.

♦ 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,).

b) Tác dụng với axit:

c) Tác dụng với nước:

Dưới đấy là video về một số thí nghiệm của kim loại kiềm thổ:

Phương pháp điều chế và ứng dụng của kim loại kiềm thổ

Phương pháp điều chế

Để điều chế kim loại kiềm thổ, ta có những cách sau đây

– 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

Ứng dụng

Kim loại kiềm thổ có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống. Điển hình có thể kể đến như:

– Kim loại Be: Được dùng làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, bền, chắc, không bị ăn mòn.

– Kim loại Ca: Được 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, cụ thể là tạo hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô…… Bên cạnh đó, 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.

Bài tập liên quan đến kim loại kiềm thổ

Kiềm loại kiềm thổ cũng như bài tập về kim loại này là dạng bài tập vô cùng quan trọng trong Hóa học 12, dưới đây là các dạng bài tập điển hình:

Dạng 1: Hỗn hợp kim loại tác dụng với nước

– Gồm: kim loại kiềm thổ Ba, Ca, Sr

M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂

– PTTQ: 2M + 2nH₂O → 2M(OH)_n + nH₂

Quá trình phản ứng của nước: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^–

Nhận xét:

Dung dịch sinh ra tác dụng với axit: H⁺ + OH^– → H₂O

n_{H+ trung hòa}= n_OH-= 2n_H2

Trung hòa bằng HCl: n_HCl= _nOH- =2n_H2

Trung hòa bằng H₂SO₄: n_H2SO4= n_H2

Dạng 2: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chất điện li

(1) Nếu trong dung dịch có H⁺ thì H⁺ tác dụng đầu tiên với kim loại:

2H⁺+ 2e → H₂

(2) Khi H⁺ hết thì kim loại tan trong nước:

2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^–

(3) Sau đó, kiềm sinh ra phản ứng với muối tạo kết tủa

nOH^–+ Rⁿ⁺ → R(OH)_n

Màu sắc của một số Hidroxit không tan

Cu(OH)₂↓: kết tủa xanh lam
Fe(OH)₂↓: kết tủa lục nhạt
Fe(OH)₃↓: kết tủa nâu đỏ
Mg(OH)₂↓: kết tủa trắng không tan trong kiềm dư
Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Pb(OH)₂, Sn(OH)₂: kết tủa trắng tan trong kiềm dư.

M²⁺ + SO₄^2- → MSO₄↓ (với M là Ba hoặc Ca)

Quan hệ số mol

– Nếu 2n_H2<n_H+bđầu => H⁺ dư: n_{H+ dư}= n_{H+ đầu} – 2n_H2

– Nếu 2n_H2= n_H+ bđầu => H⁺ vừa hết

– Nếu 2n_H2 > n_H+bđầu => kim loại tan trong H⁺ và trong H₂O

=> dung dịch sau phản ứng có OH^–

=> n_OH-= 2n_H2+ n_H+bđầu

Dạng 3: Cách nhận biết, điều chế kim loại kiềm thổ

+ Ngoài nắm vững tính chất hóa học còn phải nắm vững hiện tượng kèm theo (có kết tủa, màu sắc kết tủa, bọt khí, …).

– Cách nhận biết

Mg²⁺: dùng ion OH^– tạo Mg(OH)₂↓ kết tủa trắng.

Ca²⁺: dùng ion CO₃^2- tạo BaCO₃↓ kết tủa trắng, kết tủa này không tan trong axit HCl.

Ba²⁺: dùng ion SO₄²⁺ tạo BaSO₄↓ kết tủa trắng, kết tủa này không tan trong axit HCl.

– Tách và điều chế các chất:

+ Điều chế các kim loại kiềm thổ phải dùng phương pháp điện phân nóng chảy muối halogenua (muối clorua), do đó sau khi tách riêng phản chuyển các hợp chất của chúng về muối clorua.`

Ví dụ tách các hợp chất của Mg:

B1: chuyển Mg thành Mg(OH)₂

B2: lọc tách kết tủa, sau đó cho tác dụng với HCl → MgCl₂

B3: MgCl₂ ^đpnc→ Mg

Lưu ý: CO, H₂ chỉ khử khử được các oxit kim loại sau nhôm trong dãy điện hóa

Tổng kết

Hi vọng thông qua bài viết trên, congthuctoanlyhoa.com đã có thể giúp bạn hiểu thêm các kiến thức về kim loại kiềm thổ: khái niệm, vị trí trong bảng tuần hoàn, tính chất vật lý và hóa học; từ đó có thể áp dụng cho việc học tập và cả trong cuộc sống.