Giải chi tiết Hóa học 12 cánh diều bài 17 Nguyên tố nhóm IA

MỞ ĐẦU

Nguyên tố nhóm IA và một số hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn (Hình 17.1).

1. Nêu một số ứng dụng của đơn chất và hợp chất của nguyên tố nhóm IA mà em biết.
2. Kim loại nhóm IA có những tính chất vật lí và tính chất hóa học đặc trưng nào?

Bài làm chi tiết:

1. Ví dụ về ứng dụng của đơn chất và hợp chất của nguyên tố IA: trong kỹ thuật hàng không, sản xuất thủy tinh, chế tạo tế bào quang điện...
2. Tính chất vật lí đặc trưng: dẻo, ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.

Tính chất hóa học đặc trưng: tác dụng với phi kim, acid, nước và dung dịch muối.

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Câu hỏi 1: Hãy nêu công thức hóa học của hai hợp chất sodium và hai hợp chất potassium có nhiều ứng dụng trong thực tế mà em biết.

Bài làm chi tiết:

Hai hợp chất đa dụng của:

• Sodium: NaCl (muối ăn), NaHCO₃ (baking soda).
• Potassium: KNO₃ (thuốc súng), K₂SO₄ (phân bón).

II. ĐƠN CHẤT

Câu hỏi 2: Khối lượng riêng của dầu hỏa khan khoảng 0,80 g/cm^-3. Có thể quan sát được hiện tượng gì khi cho một mẩu lithium vào dầu hỏa khan? Vì sao?

Bài làm chi tiết:

Khi cho lithium vào dầu hỏa khan, sẽ không có hiện tượng gì xảy ra, chỉ có lithium nổi lên trên bề mặt dầu hỏa khan. Do lithium là kim loại mạnh, bị oxi hóa rất nhanh trong không khí và có phản ứng mãnh liệt với nước, trong khi đó dầu hỏa khan không có lẫn nước bên trong nên sẽ không phản ứng với lithium.

Câu hỏi 3: Dự đoán potassium hay lithium phản ứng với nước mạnh hơn.

Bài làm chi tiết:

Lithium sẽ phản ứng với nước mạnh hơn, vì EoLi+/Li<EoK+/K.

Thí nghiệm 1: Tác dụng với nước.

Dùng panh lấy mẩu kim loại (Li, Na hoặc K) cho vào chậu thủy tinh chứa khoảng 13 thể tích nước. Thêm vài giọt dung dịch phenolphthalein vào chậu sau khi kim loại tan hết.

Yêu cầu: Nêu các hiện tượng và so sánh mức độ phản ứng.

Bài làm chi tiết:

Hiện tượng khi cho vào nước là khác nhau đối với mỗi kim loại:

• Li: chạy từ từ trên mặt nước, có khí bay lên mãnh liệt. 
• Na: chạy nhanh trên mặt nước thành hình vòng tròn, có khí bay lên.
• K: phát nổ nhẹ khi vừa cho vào nước và xuất hiện tia cam đỏ, có khí bay lên.

Sau khi cho vài giọt dung dịch phenolphthalein vào các dung dịch sản phẩm, ta đều thấy phenolphthalein chuyển thành màu hồng.

Mức độ phản ứng của các kim loại giảm dần theo thứ tự: Li, K, Na.

Li+H2O                   LiOH+12H2 

Na+H2O                   NaOH+12H2 

K+H2O                   KOH+12H2 

Thí nghiệm 2: Tác dụng với oxygen.

Dùng panh lấy mẩu kim loại (Li, Na hoặc K) cho vào muỗng đốt hóa chất (muỗng được xuyên qua một nút cao su). Đốt kim loại trong muỗng trên ngọn lửa đèn cồn và đưa nhanh vào bình tam giác chịu nhiệt chứa khí oxygen. Đậy nhanh nút cao su gắn với muỗng vào miệng bình tam giác. 

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng thí nghiệm.

Bài làm chi tiết:

Đối với từng kim loại, ta thấy ngọn lửa có màu khác nhau:

• Li: ngọn lửa có màu đỏ tía.
• Na: ngọn lửa có màu vàng.
• K: ngọn lửa có màu tím.

4Li+O2       to      2Li2O 

4Na+O2       to      2Na2O 

4K+O2       to      2K2O 

Luyện tập 1: Viết phương trình hóa học của phản ứng giữa Na lần lượt với H₂O, Cl₂ và O₂.

Bài làm chi tiết:

Ta có các phương trình hóa học:

Na+H2O                   NaOH+12H2 

Na+12Cl2       to      NaCl 

4Na+O2       to      2Na2O 

Thí nghiệm 3: Tác dụng với chlorine.

Dùng panh lấy mẩu kim loại (Li, Na hoặc K) cho vào muỗng đốt hóa chất (muỗng được xuyên qua một nút cao su). Đốt kim loại trong muỗng trên ngọn lửa đèn cồn và đưa nhanh vào bình tam giác chịu nhiệt chứa khí chlorine. Đậy nhanh nút cao su gắn với muỗng vào miệng bình tam giác.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng thí nghiệm.

Giải chi tiết:

Sau khi cho vào bình, ta thấy khí chlorine dần mất màu vàng, kim loại bị đốt phát ra ánh sáng chói và có chất rắn màu trắng bám vào thành bình.

III. HỢP CHẤT

Vận dụng: Ống dẫn nước của bồn rửa bát thường có lớp dầu, mỡ bám vào. Tìm hiểu để giải thích vì sao nên dùng soda, không nên dùng baking soda để tẩy rửa lớp bám này.

Bài làm chi tiết:

Vì tính kiềm của soda cao hơn của baking soda nên việc sử dụng soda để tẩy rửa lớp dầu, mỡ bám vào ống dẫn nước là tiết kiệm hơn so với dùng baking soda; đồng thời, soda có thể xử lý được phần lớn vết bẩn cũ, trong khi baking soda thì chỉ xử lý được những vết bẩn mới.

Câu hỏi 4: Nêu một số lợi ích của việc tái tạo và tái sử dụng ammonia trong phương pháp Solvay.

Bài làm chi tiết:

Việc tái tạo và tái sử dụng ammonia trong phương pháp Solvay giúp giảm lượng NH₃ cần dùng để điều chế soda, qua đó giúp tiết kiệm chi phí cho các hóa chất vốn đã rất đắt đỏ trên thị trường.

Thí nghiệm 4: Phân biệt các cation Li⁺, Na⁺, K⁺.

Nhúng đầu que đốt bằng platinum đã được rửa sạch bằng nước vào dung dịch lithium chloride nồng độ khoảng 25% rồi đưa lên ngọn lửa đèn khí. 

Thực hiện thao tác tương tự đối với mỗi dung dịch sodium chloride 25% và dung dịch potassium chloride 25%.

Yêu cầu: Nêu hiện tượng quan sát được.

Bài làm chi tiết:

Trong quá trình đốt, ta thấy ngọn lửa của từng trường hợp có màu khác nhau.

• Đối với lithium chloride: ngọn lửa có màu đỏ tía.
• Đối với sodium chloride: ngọn lửa có màu vàng.
• Đối với potassium chloride: ngọn lửa có màu tím.

Luyện tập 2: Nhúng đầu dây platinum vào dung dịch hydroxide của một kim loại kiềm; sau đó, đưa đầu dây platinum vào ngọn lửa đèn khí thì có hiện tượng như hình dưới đây. Hãy cho biết dây platinum đã được nhúng vào dung dịch nào sau đây: LiOH, NaOH, KOH.

Bài làm chi tiết:

Dây platinum đã được nhúng vào dung dịch LiOH do ngọn lửa trong hình ảnh là màu đỏ tía, màu đặc trưng của Li khi bị đốt cháy trong không khí.

BÀI TẬP

Bài 1: Các kim loại kiềm khác nhau về những đặc điểm nào sau đây?

1. Cấu hình electron của nguyên tử.
2. Số electron hóa trị của nguyên tử.
3. Số oxi hóa trong các hợp chất.
4. Mức độ thể hiện tính khử.

Bài làm chi tiết:

Các kim loại kiềm khác nhau ở đặc điểm số (1) và (4).

Bài 2: Vì sao trong tự nhiên không tìm thấy đơn chất kim loại kiềm?

Bài làm chi tiết:

Kim loại kiềm đều là những kim loại mạnh, dễ phản ứng với các chất khác. Do đó việc tìm thấy đơn chất kim loại kiềm trong tự nhiên là rất khó vì chúng đã phản ứng với các chất trong môi trường xung quanh để tạo thành hợp chất.

Bài 3: Có ba ống nghiệm chứa riêng biệt: dung dịch soda, dung dịch lithium chloride, dung dịch potassium carbonate. 

Với mỗi dung dịch, nhúng đầu dây platinum vào rồi đem đốt trên ngọn lửa đèn khí. Dự đoán hiện tượng xảy ra khi đốt mỗi dung dịch.

Bài làm chi tiết:

Hiện tượng có thể xảy ra khi đốt:

• Dung dịch soda: ngọn lửa có màu vàng, do trong dung dịch có sự tồn tại của ion Na⁺, đồng thời có khí bay lên là CO₂.
• Dung dịch lithium chloride: ngọn lửa có màu đỏ tía, do trong dung dịch có sự tồn tại của ion Li⁺.
• Dung dịch potassium carbonate: ngọn lửa có màu tím, do trong dung dịch có sự tồn tại của ion K⁺, đồng thời có khí bay lên là CO₂.