Giải chi tiết Hóa học 12 cánh diều bài 18 Nguyên tố nhóm IIA

MỞ ĐẦU

Nguyên tố nhóm IIA và một số hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn (Hình 18.1).

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

Bài làm chi tiết:

1. Một số ứng dụng thực tiễn mà em biết là: chế tạo máy bay, ô tô, điều chế dược liệu, sản xuất thủy tinh...
2. Tính chất vật lí: là kim loại nhẹ, độ nóng chảy cao hơn kim loại nhóm IA nhưng thấp hơn kim loại khác, khối lượng riêng tăng không theo xu hướng rõ rệt.

Tính chất hóa học: phản ứng với oxygen và với nước.

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

II. ĐƠN CHẤT

Câu hỏi 1: Trong cùng chu kì, kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hơn hay yếu hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Khi xét về cấu hình electron, lớp e ngoài cùng của kim loại kiềm ít hơn của kim loại kiềm thổ 1 electron, do đó kim loại kiềm dễ dàng trao đi 1 electron để phản ứng khử. Điều đó giải thích cho việc kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA.

Câu hỏi 2: Dựa vào tính khử của kim loại và độ tan của các hydroxide, dự đoán:

1. Magnesium hay barium phản ứng với oxygen mạnh hơn.
2. Calcium hay barium phản ứng với nước mạnh hơn.

Bài làm chi tiết:

1. Magnesium phản ứng với oxygen yếu hơn barium do tính khử của magnesium yếu hơn của barium.
2. Calcium phản ứng với nước yếu hơn barium do độ tan của calcium thấp hơn của barium.

Câu hỏi 3: Vì sao magnesium phản ứng rất chậm với nước?

Bài làm chi tiết:

Vì magie thường có một màng oxide MgO bọc bên ngoài bảo vệ làm ít tan trong nước, do đó mà phản ứng rất chậm với nước.

Vận dụng 1: Tìm hiểu và cho biết, ngoài tham gia tạo hợp kim, các kim loại nhóm IIA còn có những ứng dụng nào khác.

Bài làm chi tiết:

Một số ứng dụng khác: dùng làm chất phụ gia (Be), thuốc dinh dưỡng (Ca), chế tạo phân bón (Mg), làm chất tạo màu (Ba).

Luyện tập 1: Magnesium là kim loại cơ bản trong hợp kim dùng để chế tạo khung và cánh của các thiết bị bay (Hình 18.3). Theo em, ứng dụng trên dựa vào tính chất nào của hợp kim magnesium?

Bài làm chi tiết:

Dựa trên cường độ chịu lực riêng của hợp kim magnesium rất cao, dễ đúc dễ tạo hình và không bị nhiễm từ.

III. HỢP CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IIA

Thí nghiệm 1: So sánh độ tan của muối BaSO₄ và CaSO₄.

Chuẩn bị: 

• Hóa chất: Dung dịch BaCl₂, CaCl₂ cùng nồng độ 0,1 M; dung dịch CuSO₄ 5%.
• Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho 2 mL dung dịch BaCl₂ vào ống nghiệm (1), 2 mL dung dịch CaCl₂ vào ống nghiệm (2). Cho từ từ từng giọt dung dịch CuSO₄ vào mỗi ống nghiệm và lắc đều cho đến khi có kết tủa trong ống nghiệm thì dừng lại.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng, so sánh thời điểm xuất hiện kết tủa trong mỗi ống nghiệm, giải thích.

Bài làm chi tiết:

Thời điểm xuất hiện kết tủa trong ống nghiệm số (2) sớm hơn so với ống nghiệm số (1), do độ tan của ion Ca²⁺ cao hơn của ion Ba²⁺ trong dung dịch chứa ion SO₄^2-.

Câu hỏi 4: Phản ứng giữa các chất nào sau đây tạo ra chất không tan?

1. K2CO3+Ca(OH)2          →  ?
2. H2SO4+NaOH          →  ?
3. HNO3+Mg(OH)2          →  ?
4. Na2SO4+Ba(OH)2          →  ?

Bài làm chi tiết:

Những phản ứng tạo chất không tan: (a), (d).

1. K2CO3+Ca(OH)2          →  2KOH+CaCO3

d) Na2SO4+Ba(OH)2          →  2NaOH+BaSO4

Luyện tập 2: Vì sao các khoáng vật calcite, dolomite,... hầu như không tan trong nước? 

Bài làm chi tiết:

Do thành phần chủ yếu của các khoáng vật calcite, dolomite,... đều là các muối không tan của kim loại kiềm thổ, do đó không tan trong nước.

Câu hỏi 5: Dùng nước có thể phân biệt MgCO₃(s) và Mg(NO₃)₂(s) được không? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Dựa vào tính tan, ta thấy MgCO₃ không tan trong nước còn Mg(NO₃)₂ thì có, do đó ta có thể dùng nước để phân biệt hai muối trên.

Luyện tập 3: Một mẫu nước giếng có chứa các ion Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^- và SO₄^2-. Viết phương trình hóa học của các phản ứng tạo chất không tan khi cho dung dịch soda vào mẫu nước giếng trên.

Bài làm chi tiết:

Các phương trình phản ứng gồm có:

CO32-+Ca2+           CaCO3 

CO32-+Mg2+           MgCO3 

Luyện tập 4: Vì sao khi có sự gia tăng nồng độ của carbon dioxide trong nước biển thì các rạn san hô và núi đá vôi có thể bị phá hủy, xói mòn?

Bài làm chi tiết:

Khi tăng nồng độ của carbon dioxide trong nước biển, tính acid trong nước biển tăng khiến cho nước biển có thể hòa tan dần dần CaCO₃ chứa chủ yếu trong các rạn san hô và núi đá vôi, dẫn đến chúng bị phá hủy, xói mòn.

Câu hỏi 6: Dựa vào Bảng 18.4, hãy cho biết quá trình phân hủy 1 mol muối carbonate của nguyên tố nhóm IIA nào cần hấp thu nhiều năng lượng hơn.

Bài làm chi tiết:

Dựa vào Bảng 18.4, quá trình phân hủy 1 mol muối BaCO₃ cần hấp thu nhiều năng lượng nhất do nhiệt độ phân hủy của muối này là cao nhất.

Thí nghiệm 2: Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của các ion Ca²⁺, Ba²⁺, SO₄^2-, CO₃^2-.

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ca²⁺ trong dung dịch.

Chuẩn bị: 

• Hóa chất: Dung dịch CaCl₂ 0,1 M; Na₂CO₃ 0,1 M; HCl 1,0 M.
• Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch CaCl₂, thêm từ từ cho đến hết khoảng 10 giọt dung dịch Na₂CO₃, lắc đều. Tiếp tục thêm vào khoảng 10 giọt dung dịch HCl, lắc đều.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

Lúc đầu ta thấy xuất hiện kết tủa màu trắng, sau khi cho HCl vào thì có khí bay lên và kết tủa bị hòa tan.

CaCl2+Na2CO3            → CaCO3↓+2NaCl

CaCO3+HCl            → CaCl2+H2O+CO2

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ba²⁺ trong dung dịch.

Chuẩn bị: 

• Hóa chất: Dung dịch BaCl₂ 0,1 M; H₂SO₄ 1,0 M.
• Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch BaCl₂, thêm từ từ cho đến hết khoảng 6 – 8 giọt dung dịch H₂SO₄, lắc đều. 

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

Sau phản ứng, ta thấy trong ống nghiệm xuất hiện kết tủa màu trắng.

BaCl2+H2SO4                BaSO4↓+2HCl 

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion SO₄^2- trong dung dịch.

Chuẩn bị: 

• Hóa chất: Dung dịch ZnSO₄ 0,1 M; BaCl₂ 0,1 M; HCl 1,0 M.
• Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch ZnSO₄, thêm từ từ cho đến hết khoảng 10 giọt dung dịch BaCl₂, lắc đều. Tiếp tục thêm vào khoảng 2 – 3 giọt dung dịch HCl, lắc đều.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

Ta thấy xuất hiện kết tủa trắng trong ống nghiệm, sau khi cho dung dịch HCl kết tủa vẫn không bị hòa tan.

BaCl2+ZnSO4           BaSO4↓+ZnCl2 

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion CO₃^2- trong dung dịch.

Chuẩn bị: 

• Hóa chất: Dung dịch Na₂CO₃ 1,0 M; HCl 1,0 M.
• Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giấy chỉ thị pH.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch Na₂CO₃. Dùng giấy chỉ thị pH để kiểm tra môi trường dung dịch. Thêm tiếp 2 mL dung dịch HCl vào ống nghiệm, lắc đều, đưa que diêm đang cháy đến miệng ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

Giấy chỉ thị chuyển sang màu xanh nhạt. Sau khi thêm dung dịch HCl và đưa que diêm đang cháy đến miệng ống nghiệm, ta thấy xuất hiện khí bay lên.

Na2CO3+2HCl      2NaCl+H2O+CO2 

IV. NHẬN BIẾT KIM LOẠI VÀ ION KIM LOẠI NHÓM IIA

Vận dụng 2: Tìm hiểu các triệu chứng của các bệnh về răng và xương có liên quan đến sự thiếu hụt calcium trong cơ thể. Đề xuất một số biện pháp để phòng tránh, hạn chế bệnh trên.

Bài làm chi tiết:

Một số bệnh về răng và xương có liên quan đến sự thiếu hụt calcium trong cơ thể là: móng tay yếu, đau mỏi khớp, vàng răng, sâu răng,...

Biện pháp phòng tránh: uống đồ ăn và thức uống giàu calcium như sữa và các loại hạt, tránh ăn đồ ngọt, sử dụng thuốc bổ sung calcium,…

BÀI TẬP

Bài 1: Nêu các đặc điểm giống nhau và khác nhau về cấu tạo nguyên tử và tính chất giữa kim loại nhóm IIA với kim loại kiềm.

Bài làm chi tiết:

Điểm giống: Đều là các kim loại có tính khử mạnh, có một số tính chất hóa học chung của kim loại mạnh như hầu như tan trong nước, cháy trong oxygen.

Điểm khác: 

• Kim loại nhóm IA: tính khử mạnh hơn, các muối của các kim loại này đều tan, có cấu hình electron tổng quát là [KH]ns¹.
• Kim loại nhóm IIA: tính khử yếu hơn, có nhiều muối của kim loại này không tan, có cấu hình electron tổng quát là [KH]ns².

Bài 2: Dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn của kim loại (Bảng 10.1) và giá trị thế điện cực chuẩn của quá trình 2H2O+2e        ↔ H2+2OH- là E2H2O/2OH-+H2=-0,413 V ở pH = 7, hãy:

1. Sắp xếp Na, Mg, Cu theo dãy tăng dần tính khử của kim loại.
2. Giải thích vì sao Na và Mg tác dụng được với nước.

Bài làm chi tiết:

1. Thứ tự tăng dần tính khử: Cu, Mg, Na.
2. Na và Mg tác dụng được với nước là do ENa+/Na và EMg2+/Mg đều nhỏ hơn E2H2O/2OH-+H2, do đó mà chúng tan được trong nước.

Bài 3: Khi cho lượng soda phù hợp vào dung dịch có chứa cation Ca²⁺ và Mg²⁺ thì hai cation này sẽ bị tách ra khỏi dung dịch. Viết phương trình hóa học minh họa.

Bài làm chi tiết:

Phương trình hóa học:

CO32-+Ca2+                CaCO3 

CO32-+Mg2+                MgCO3 

Bài 4: Đề xuất phương án phân biệt các dung dịch không màu CaCl₂, BaCl₂, KCl, NaCl và Na₂CO₃.

Bài làm chi tiết:

Phương án phân biệt: Đầu tiên dùng dung dịch HCl để phân biệt Na₂CO₃ (nhờ có khí bay lên). Sau đó ta có thể đốt các dung dịch còn lại trên ngọn lửa để phân biệt dựa vào màu lửa (NaCl cho ngọn lửa màu vàng, KCL cho ngọn lửa màu tím, CaCl₂ cho ngọn lửa màu đỏ cam, BaCl₂ cho ngọn lửa màu lục).

Na2CO3+2HCl           2NaCl+H2O+CO2