Hoá học 12 Bài 26: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng

15 trắc nghiệm 22 bài tập SGK 10 hỏi đáp

Nội dung bài học trình bày cụ thể, tỉ mỉ về Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm, giúp các em học sinh biết được vị trí của kim loại kiềm thổ trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học; cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế. Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Kim loại kiềm thổ như Ca(OH)2 (Canxi hidroxit), CaCO3 (Canxi cacbonat), CaSO4 (Canxi sunfat)... Ngoài ra, các em sẽ được tìm hiểu thêm về nước cứng, nguyên tắc và phương pháp làm mềm nước cứng.

Tóm tắt lý thuyết

A. KIM LOẠI KIỀM THỔ

1. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

  • Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm các nguyên tố: Be,  Mg,  Ca,   Sr,  Ba,  Ra
  • Cấu tạo : cấu hình e lớp ngoài cùng ns2 (n là thứ tự của chu kỳ) KL kiềm thổ có 2e lớp ngoài cùng 

2. Tính chất vật lí của kim loại kiềm thổ

  • Có màu trắng bạc, có thể dát mỏng , nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ.

3. Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ

  • KL kiềm thổ có năng lượng ion hoá tương đối nhỏ. Vì vậy KLK thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be → Ba . Ta có:  M → M2+   + 2e 

  • Trong hợp chất KLKthổ có số oxi hoá = +2

a. Tác dụng với phi kim

Thí nghiệm Đốt cháy Magie: \(2\mathop {Mg}\limits^0 + \mathop {{O_2}}\limits^0 \to 2\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \mathop O\limits^{ - 2}\)

b. Tác dụng với dung dịch Axit

Thí nghiệm: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 2\mathop {HCl}\limits^{ + 1} \to \mathop {Mg}\limits^{ + 2} C{l_2} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \uparrow\)

c. Tác dụng với axit HNO3, H2SO4 đặc

KLK thổ có thể khử \(\mathop N\limits^{ + 5}\) trong HNO3 loãng xuống \(\mathop N\limits^{ - 3} ,\mathop S\limits^{ + 6}\)  trong H2SO4 đặc xuống \(\mathop S\limits^{ -2}\)

  • Thí nghiệm Magie trong axit sunfuric: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 5{H_2}S{O_4} \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} S{O_4} + {H_2}\mathop S\limits^{ - 2} + 4{H_2}O\)

  • Thí nghiệm Magie trong HNO3: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 10HN{O_3}(loang) \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} {(N{O_3})_2} + \mathop N\limits^{ - 3} {H_4}N{O_3} + 3{H_2}O\)​

d. Tác dụng với nước

Thí nghiệm Canxi tác dụng với nước:  Ca  +2 H2O  →  Ca(OH)2  +H2\(\uparrow\)

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI

1. Canxi hidroxit

  • Ca(OH)2 là bazơ mạnh, dễ dàng hấp thụ khí CO2. Phương trình: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
  • Ứng dụng: Sản xuất amoniac (NH3), Clorua vôi (CaOCl2)...

2. Canxi cacbonat (CaCO3)

  • Dễ bị nhiệt phân huỷ: CaCO  \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaO  + CO2  
  • CaCO tan dần trong nước có hoà tan CO2: CaCO +  CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
  • Ứng dụng: Dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, ...

3. Canxi sunfat

  • Là chất rắn màu trắng, tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O gọi là thạch cao sống.

  • Khi đun nóng đến 1600C thạch cao sống biến thành thạch cao nung. 

     CaSO4.2H2O \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaSO4.H2O + H2O

  • Ứng dụng: Dùng để nặn tượng, đúc khuôn, bó bột khi gãy xương, ...

C. NƯỚC CỨNG

1. Khái niệm

Nước cứng là nước có chứa ion Ca2+, Mg2+

  • Nước cứng tạm thời: Là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)
    • ​\(Ca{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\)
    • \(Mg{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}MgC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\)
  • Nước cứng vĩnh cửu: Là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, cloruacủa canxi và magie(CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4

2. Tác hại của nước cứng

  • Trong đời sống : dùng nước cứng để tắm giặt không sạch, làm quần áo chóng hỏng
  • Trong sản xuất : Tạo cặn, lãng phí nhiên liệu tắc đường ống nước 

3. Cách làm mềm nước cứng

  • Phương pháp kết tủa:
    • Đun nóng
    • Dùng NaOH
    • Dùng Na2CO3Hoặc Na3PO4
  • Phương pháp trao đổi ion

4. Nhận biết ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch

Dùng dd muối chứa CO32- sẽ tạo kết tủa CaCO3 , MgCO3 . Sục khí CO2 dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ có mặt của Ca2+, Mg2+

Bài tập minh họa

1. Bài tập Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng - Cơ bản

Bài 1:

Trong tự nhiên, các nguyên tố Ca và Mg có trong quặng Đôlômit: CaCO3.MgCO3. Từ quặng này hãy trình bày phương pháp hóa học điều chế hai chất riêng biệt là CaCO3 và MgCO3.

Hướng dẫn:

Dùng dung dịch HCl hòa tan quặng, ta được dung dịch hỗn hợp MgCl2 và CaCl2. Pha loãng dung dịch hỗn hợp và dùng dung dịch NaOH làm kết tủa hoàn toàn Mg(OH)2 do độ tan của Ca(OH)2 gấp 80 lần Mg(OH)2. Lọc kết tủa Mg(OH)2 và phần nước trong.

Cho phần nước trong chứa CaCl2 tác dụng với dung dịch Na2CO3 ta thu được kết tủa CaCO3. Dùng axit HCl hòa tan kết tủa Mg(OH)2, sau đó dùng dung dịch Na2CO3 kết tủa lại MgCO3

Bài 2:

Có 3 cốc đựng lần lượt: nước mưa, nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu. Hãy nhận biết nước đựng trong mỗi cốc bằng phương pháp hóa học. Hãy viết phương trình hóa học.

Hướng dẫn:

- Đun sôi 3 ống nghiệm đựng 3 loại nước. Nếu có kết tủa đó là nước có tính cứng tạm thời.

- Dùng dung dịch Na2CO3 sẽ nhận biết được nước có tính cứng vĩnh cửu. Còn lại là nước mưa.

Phương trình hóa học:

\(Ca{(HC{O_3})_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} \downarrow + C{O_2} \uparrow + {H_2}O\)

\(\begin{array}{l} CaC{l_2} + N{a_2}C{O_3} \to CaC{O_3} \downarrow + 2NaCl\\ CaS{O_4} + N{a_2}C{O_3} \to CaC{O_3} \downarrow + N{a_2}S{O_4} \end{array}\)

Bài 3:

Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO2 (đktc) vào 400 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

\(n_{{CO_{2}}} = 0,1 ; \ n_{OH^-} = 0,4. 2. 0,2 = 0,16 \ mol\)
CO2 + 2OH  → CO32 – + H2O
 a        2a            a
CO2 + OH- → HCO3-
b          b           b
\(\Rightarrow \left\{\begin{matrix} a + b = 0,1 \ \ \ \\ 2a + b = 0,16 \end{matrix}\right. \Rightarrow \left\{\begin{matrix} a = 0,06 \\ b = 0,04 \end{matrix}\right.\)
⇒ mBaCO3 ↓ = 0,06.197 = 11,82 gam

2. Bài tập Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng - Nâng cao

Bài 1:

Cho từ từ dung dịch chứa a mol Ba(OH)2 vào dung dịch chứa b mol ZnSO4. Đồ thì biểu diễn số mol kết tủa theo giá trị của a nhứ sau:

Giá trị của b là:

Hướng dẫn:

Tại \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 2b mol thì kết tủa ổn định ⇒ chỉ có BaSO4 (x > b > 0,0625)
Tại \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,0625 và 0,175 mol thì đều có lượng kết tủa x như nhau
+) Tại: \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,0625 mol [SO42- dư và Zn2+ dư]
\(\Rightarrow n_{BaSO_{4}} = 0,0625 \ mol ; \ n_{Zn(OH)_{2}} = 0,0625 \ mol\)
+) Tại: \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,175 mol [Ba2+, có hòa tan kết tủa 1 phần]
\(\Rightarrow n_{BaSO_{4}} = b ; \ n_{Zn(OH)_{2}} = (2n_{Zn^{2+}} - \frac{1}{2} .n_{OH^-}) = (2b - \frac{1}{2}.0,175.2)\)
Số mol kết tủa là như nhau ở 2 thời điểm trên
\(\Rightarrow 0,0625 + 0,0625 = b + (2b -\frac{1}{2}.0,175.2)\)
⇒ b = 0,1 mol

Bài 2:

Hỗn hợp X gồm Ba và 1 kim loại M. Hoà tan hỗn hợp X bằng dung dịch HCl 10% vừa đủ thu được dung dịch trong đó nồng độ % của BaCl2 là 9,48% và nồng độ % của MCl2 nằm trong khoảng 8% đến 9%. Kim loại M là:

Hướng dẫn:

Xét hỗn hợp X gồm y mol Ba và x mol M (hóa trị 2) 
\(\Rightarrow n_{Ba} = n_{BaCl_{2}} = 1 \ mol\)
⇒ mdd sau = 2194y gam
Bảo toàn Cl:
\(n_{HCl}=2n_{BaCl_{2}} + n.n_{MCl_{2}} = 2(y+x)=2n_{H_{2}}\)
Bảo toàn khối lượng: \(m_{dd \ HCl}=m_{dd \ sau} + m_{H_{2}}-m_{X}\)
⇒ mdd HCl = 2059y +2x - xM gam
\(\\ C\%_{HCl} = \frac{36,5.2(y+x)}{2059y+2x-xM}.100\% = 10 \ \% \\ \Rightarrow 1329y = 728x + xM \ \ ^{(1)}\)
Lại có: 8% < C%MCln < 9%
⇒ 175,5 < x(M+71) < 197,5y
Từ (1) 
\(\\ \Rightarrow 175,5y < 1329y.\frac{M+71}{728+M} < 197,5y \\ \Rightarrow 0,132 < \frac{M+71}{728+M} <0,149 \\ \Rightarrow 28,9 < M < 44,0\)
⇒ M là kim loại Ca

Lời kết

Sau bài học cần nắm:

  • Vị trí của kim loại kiềm thổ trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
  • Cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế. Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Kim loại kiềm thổ như Ca(OH)2 (Canxi hidroxit), CaCO3 (Canxi cacbonat), CaSO4 (Canxi sunfat)...
  • Nước cứng, nguyên tắc và phương pháp làm mềm nước cứng.

Các em có thể hệ thống lại nội dung bài học thông qua phần hướng dẫn Giải bài tập Hoá học 12 Bài 26 và bài kiểm tra Trắc nghiệm Hoá học 12 Bài 26 có phương pháp và lời giải chi tiết. Trong quá trình học tập nếu có bất kì thắc mắc gì, các em hãy để lại lời nhắn ở mục Hỏi đáp để cùng cộng đồng Hóa HOC247 thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!