Câu hỏi: Tính chất hóa học của kim loại kiềm là gì?
Lời giải:
1. Tác dụng với phi kim
Với hidro: Khi đun nóng, các kim loại kiềm kết hợp với hidro tạo hidrua ion: Li ở 600-700oC, còn các kim loại kiềm khác ở 350-400oC.
Với oxi:
+ Ở điều kiện thường và trong không khí khô:
Li bị phủ một lớp màu xám gồm Li2O và Li3N.
Na bị oxi hóa thành Na2O2 và lẫn một ít Na2O.
K bị phủ lớp KO2 ở ngoài cùng và bên trong là lớp K2O.
Rb và Cs tự bốc cháy tạo RbO2 và CsO2.
+ Khi đốt nóng: Li tạo Li2O và một ít Li2O2, còn các kim loại kiềm khác, oxit của chúng tác dụng tiếp với oxi tạo peoxit [Na2O2] hoặc supeoxit [KO2, RbO2, CsO2].
Với halogen, lưu huỳnh:
Các kim loại kiềm bốc cháy trong khí clo khi có mặt hơi ẩm ở nhiệt độ cao. Với brom lỏng, K, Rb, Cs nổ mạnh, Li và Na chỉ tương tác trên bề mặt. Với iot, các kim loại kiềm chỉ tương tác mạnh khi đun nóng.Khi nghiền kim loại kiềm với bột lưu huỳnh sẽ gây phản ứng nổ.Với nitơ, cacbon, silic:
Chỉ có Li có thể tương tác trực tiếp tạo Li3N, Li2C2, Li6Si2 khi đun nóng.
2. Tác dụng với nước
Các kim loại kiềm có thế điện cực rất âm, vì thế chúng tương tác rất mãnh liệt với nước giải phóng khí hidro.
Khi phản ứng với nước, Li không cho ngọn lửa, Na nóng chảy thành hạt tròn nổi và chạy trên mặt nước, hạt lớn có thể bốc cháy, K bốc cháy ngay còn Rb và Cs gây phản ứng nổ.
Do kim loại kiềm hoạt động hóa học mạnh, đặc biệt là bị oxi hóa nhanh trong không khí và có phản ứng mãnh liệt với nước, cần phải bảo quản kim loại kiềm trong dầu hỏa khan, trong chân không hoặc trong khí trơ và thật cẩn thận khi làm thí nghiệm với kim loại kiềm.
3. Tác dụng với axit
Thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử của kim loại kiềm có giá trị từ -3.05V đến -2,71V cho nên các kim loại kiềm có thể khử dễ dàng ion H+ của dung dịch axit thành khí hidro.
Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm kiến thức về Kim loại kiềm nhé
I. Vị trí và cấu tạo
1. Vị trí của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn
- Sáu nguyên tố hóa học đứng sau nguyên tố khí hiếm là liti [Li], natri [Na], kali [K], rubiđi [Rb], xesi [Cs], franxi [Fr] được gọi là các kim loại kiềm.
- Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA, đứng ở đầu mỗi chu kì [trừ chu kì I].
2. Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm
- Cấu hình electron: Kim loại kiềm là những nguyên tố s. Lớp e ngoài cùng của nguyên tử chỉ có 1e, ở phân lớp ns1 [n là số thứ tự chu kì]. So với những electron khác trong nguyên tử thì electron ns1 ở xa hạt nhân nguyên tử nhất, do đó dễ tách khỏi nguyên tử. Các cation M+ của kim loại kiềm có cấu hình electron của nguyên tử khí hiếm đứng trước.
- Năng lượng ion hóa: Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hóa I1 nhỏ nhất so với các kim loại khác cùng chu kì. Do vậy các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh:
M → M+ + e
- Năng lượng ion hóa I2 của các nguyên tử kim loại kiềm lớn hơn năng lượng ion hóa I1 nhiều lần [từ 6 đến 14 lần]. Vì vậy, trong các phản ứng hóa học nguyến tử kim loại kiềm chỉ nhường 1 electron.
- Trong nhóm kim loại kiềm, năng lượng ion hóa I1 giảm dần từ Li đến Cs.
- Số oxi hóa: Trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm chỉ có số oxi hóa +1.
- Thế điện cực chuẩn: Thế điện cực chuẩn của kim loại kiềm rất âm.
II. Tính chất vật lí
Các kim loại kiềm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối là kiểu mạng kém đặc khít.
1. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại kiềm thấp hơn nhiều so với các kim loại khác. Tính chất này là do liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kém bền vững.
2. Khối lượng riêng
- Khối lượng riêng của các kim loại kiềm cũng nhỏ hơn so với các kim loại khác. Khối lượng riêng của các kim loại nhỏ là do nguyên tử của các kim loại kiềm có bán kính lớn và do có cấu tạo mạng tinh thể của chúng kém đặc khít.
3. Tính cứng
- Các kim loại kiềm đều mềm, chúng có thể cắt bằng dao. Tính chất này là do liên kết kim loại trong mạng tinh thể yếu.
III. 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:
V. Ứng dụng
- Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng.
- 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.
- Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện.
- Kim loại kiềm được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ.
16:38:4013/02/2019
Vậy kim loại kiềm có những tính chất hoá học và tính chất vật lý đặc trưng nào, nó có gì khác với các kim loại thông thường khác, và kim loại kiềm có những hợp chất nào quan trọng, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
I. Vị trí cấu tạo của Kim loại kiềm
- Kim loại kiềm thuộc nhóm IA. Gồm các nguyên tố: liti [Li], natri [Na], kali [K], rubiđi [Rb], Xêsi [Cs] và Franxi [Fr].
- Cấu hình electron nguyên tử: Li: [He]2s1 Na: [Ne]3s1 K: [Ar]4s1 Rb: [Kr]5s1 Cs: [Xe]6s1
II. Tính chất vật lý của kim loại kiềm
- Kim loại kiềm có năng lượng ion hóa nhỏ ⇒ dễ cho e thể hiện tính khử mạnh
- Số oxi hóa: trong mọi hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm chỉ có số oxi hóa +1
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp.
- Khối lượng riêng nhỏ [Li là kim loại có khối lượng riêng nhỏ nhất]
- Độ cứng nhỏ: các kim loại kiềm đều mềm, có thể cắt bằng dao
* Nguyên nhân: Kim loại kiềm có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng. Mặt khác, trong tinh thể các nguyên tử và ion liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu
III. Tính chất hoá học của Kim loại kiềm
1. Kim loại kiềm tác dụng với hầu hết các phi kim
a] Tác dụng với Oxi
- Natri cháy trong khí oxi khô tạo ra natri peoxit Na2O2, trong không khí khô ở nhiệt độ thường tạo ra natri oxit Na2O
2Na + O2 → Na2O2
2Na + ½O2 → Na2O
b] Tác dụng với Clo
2K + Cl2 → 2KCl
* Với halogen, lưu huỳnh:
- Các kim loại kiềm bốc cháy trong khí clo khi có mặt hơi ẩm ở nhiệt độ cao. Với brom lỏng, K, Rb, Cs nổ mạnh, Li và Na chỉ tương tác trên bề mặt. Với iot, các kim loại kiềm chỉ tương tác mạnh khi đun nóng. Khi nghiền kim loại kiềm với bột lưu huỳnh sẽ gây phản ứng nổ.
* Với nitơ, cacbon, silic: Chỉ có Li có thể tương tác trực tiếp tạo Li3N, Li2C2, Li6Si2 khi đun nóng.
2. Kim loại kiềm tác dụng với axit
- Kim loại kiềm khử mạnh ion H+ trong dung dịch axit HCl và H2SO4 loãng thành khí hidro [phản ứng mạnh thường gây nổ khi tiếp xúc axit]
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑
2K + 2HCl → 2KCl + H2↑
Tổng quát: 2M+2H+→ 2M++H2↑
3. Kim loại kiềm tác dụng với nước H2O
- Các kim loại kiềm có thế điện cực rất âm, vì thế chúng phản ứng mạnh với nước giải phóng khí hidro
2K + 2H2O → 2KOH + H2↑
* Tổng quát: 2M + 2H2O → 2MOH + H2↑
IV. Một số hợp chất quan trọng của Kim loại kiềm
1. Natri hidroxit [NaOH]
a] Tính chất vật lí của Natri hidroxit
- Chất rắn, không màu, dễ nóng chảy [t = 3220C], hút ẩm mạnh [dễ chảy rữa], tan nhiều trong nước.
- Khi tan trong nước, NaOH phân li hoàn toàn thành ion: NaOH → Na+ + OH-
b] Tính chất hóa học của Natri hidroxit
* NaOH tác dụng với axit: NaOH + HCl
HCl + NaOH → NaCl + H2O
* NaOH tác dụng với oxit axit: NaOH + CO2
NaOH + CO2 → NaHCO3
[tỉ lệ số mol NaOH : CO2 là 1:1]
2NaOH + CO2 → Na2CO3
[tỉ lệ số mol NaOH : CO2 là 2:1]
* NaOH tác dụng với dung dịch muối: NaOH + CuSO4
CuSO4 + 2NaOH → Cu[OH]2 + Na2SO4
c] Ứng dụng của natri hidroxit
- Nấu xà phòng, chế phẩm nhuộm, tơ nhân tạo, tinh chế quặng nhôm trong công nghiệp luyện nhôm và dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ.
2. Natri hidrocacbonat NaHCO3
a] Tính chất vật lí của natri hidrocacbonat
- Chất rắn, màu trắng, ít tan trong nước.
b] Tính chất hóa học của natri hidrocacbonat
* Phản ứng phân hủy:
2NaHCO3 -t0→ Na2CO3 + CO2↑ + H2O
* NaHCO3 là hợp chất lưỡng tính: vừa tác dụng với dd axit vừa tác dụng với dd bazơ
NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2↑ + H2O
NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O
c] Ứng dụng của natri hidrocacbonat
- Dùng trong công nghiệp dược phẩm [chế thuốc đau dạ dày,…] và công nghiệp thực phẩm [làm bột nở,…]
3. Natri cacbonat [Na2CO3]
a] Tính chất vật lí Natri cacbonat
- Chất rắn màu trắng, tan nhiều trong nước. Ở nhiệt độ thường tồn tại dưới dạng muối ngậm nước Na2CO3.10H2O, ở nhiệt độ cao muối này mất dần nước trở thành Na CO khan, nóng chảy ở 850 C
b] Tính chất hóa học Natri cacbonat
* Na2CO3 phản ứng với axit: Na2CO3 + HCl
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O
* Na2CO3 phản ứng với kiềm: Na2CO3 + Ba[OH]2
Na2CO3 + Ba[OH]2 → BaCO3↓ + 2NaOH
* Na2CO3 phản ứng với muối: Na2CO3 + CaCl2
Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3 + 2NaCl
c] Ứng dụng của Natri cacnonat
- Là hoá chất quan trọng trong công nghiệp thuỷ tinh, bột giặt, phẩm nhuộm, giấy, sợi
4. Kali nitrat [KNO3]
a] Tính chất vật lí Kali nitrat
- Là những tinh thể không màu, bền trong không khí, tan nhiều trong nước.
b] Tính chất hóa học Kali nitrat
- Bị phân huỷ ở nhiệt độ cao: 2KNO3 -t0→ 2KNO2 + O2
c] Ứng dụng của Kali nitrat
- Dùng làm phân bón [phân đạm, phân kali] và chế tạo thuốc nổ. Thuốc nổ thông thường [thuốc súng] là hỗn hợp 68% KNO3 , 15%S và 17%C [than] Phản ứng cháy của thuốc súng:
2KNO3 + 3C + S -t0→ N2 + 3CO2 + K2S
IV. Bài tập về Kim loại kiềm và các hợp chất kim loại kiềm
* Bài 1 trang 111 SGK Hóa 12: Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại kiềm là:
A. ns1.
B. ns2.
C. ns2np1.
D. [n-1]dsxnsy.
>> Giải bài 1 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 2 trang 111 SGK Hóa 12: Cation M+ có cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng là 2s22p6. M+ là cation nào sau đây?
A. Ag+. B. Cu2+.
C. Na+. D. K+.
>> Giải bài 2 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 3 trang 111 SGK Hóa 12: Nồng độ phần trăm của dung dịch tạo thành khi hòa tan 39 g kali kim loại vào 362 g nước là kết quả nào sau đây?
A. 15,47%. B. 13,87%.
C. 14%. D. 14,04%.
>> Giải bài 3 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 4 trang 111 SGK Hóa 12: Trong các muối sau, muối nào dễ bị nhiệt phân:
A. LiCl. B. NaNO3.
C. KHCO3. D. KBr.
>> Giải bài 4 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 5 trang 111 SGK Hóa 12: Điện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chảy, thu được 0,896 lít khí [đktc] ở anot và 3,12 g kim loại ở catot.
Hãy xác định công thức phân tử của muối kim loại kiềm.
>> Giải bài 5 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 6 trang 111 SGK Hóa 12: Cho 100g CaCO3 tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl để lấy khí CO2 sục vào dung dịch chứa 60 g NaOH. Tính khối lượng muối natri thu được.
>> Giải bài 6 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 7 trang 111 SGK Hóa 12: Nung 100g hỗn hợp gồm Na2CO3 và NaHCO3 cho đến khi khối lượng của hỗn hợp không đổi, được 69 g chất rắn. Xác định thành phần % khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu.
>> Giải bài 7 trang 111 SGK Hóa 12
* Bài 8 trang 111 SGK Hóa 12: Cho 3,1 g hỗn hợp gồm hai kim loại kiềm ở hai chu kì kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn tác dụng hết với nước thu được 1,12 lít H2 ở đktc và dung dịch kiềm.
a] Xác định tên 2 KL đó và tính thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại
b] Tính thể tích dd HCl 2M cần dùng để trung hòa dd kiềm và khối lượng muối clorua thu được.
>> Giải bài 8 trang 111 SGK Hóa 12