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

MỞ ĐẦU

Pháo hoa thường được sử dụng trong các dịp lễ, Tết. Để tạo màu cho pháo hoa, người ta dùng một số muối hay oxide kim loại, trong đó có hợp chất kim loại nhóm IA như lithium carbonate tạo màu đỏ, sodium nitrate tạo màu vàng,…

Kim loại nhóm IA và hợp chất của chúng có những tính chất và ứng dụng nào?

Bài làm chi tiết:

- Kim loại nhóm IA có tính chất: bán kính nguyên tử lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít nên khối lượng riêng nhỉ. Do các ion kim loại liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu nên kim loại nhóm IA có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và độ cứng tương đối thấp. Kim loại nhóm IA có tính khử mạnh nhất trong mỗi chu kì, mức độ phản ứng tăng dần từ Li đến Cs. 

- Trong tự nhiên, các kim loại IA tồn tại dưới dạng hợp chất. Phần lớn hợp chất của kim loại nhóm IA dễ tan trong nước, có thể nhận biết kim loại nhóm IA bằng màu ngọn lửa. 

- Các kim loại nhóm IA hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng như: sản xuất pin lithium, nước Javel, phân kali, tế bào quang điện, đồng hồ nguyên tử,…

A. ĐƠN CHẤT

1. VỊ TRÍ, CẤU TẠO VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Thảo luận 1: Dựa vào cấu hình electron và bán kính nguyên tử (Bảng 17.1), hãy giải thích trong các hợp chất, kim loại nhóm IA  đều thể thể hiện số oxi hoá +1.

Bài làm chi tiết:

Trong các hợp chất, kim loại nhóm IA đều thể hiện số oxi hoá +1 vì cấu hình electron của các kim loại này đều có 1 electron lớp ngoài cùng nên nó dễ dàng nhường 1 electron này đi để đạt trạng thái bão hoà.

Thảo luận 2: Giải thích tại sao trong tự nhiên kim loại nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

Bài làm chi tiết:

Trong tự nhiên kim loại nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất vì đây là những kim loại hoạt động rất mạnh. Khi ở ngoài môi trường không khí, các kim loại này dễ dàng tác dụng với xung quanh tạo thành hợp chất.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Thảo luận 3: Dựa vàng Bảng 17.2, nêu xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại nhóm IA từ Li đến Cs.

Bài làm chi tiết:

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của kim loại nhóm IA giảm dần từ Li đến Cs.

Luyện tập: Vì sao kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ và độ cứng thấp?

Bài làm chi tiết:

- Kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ vì nguyên tử của các kim loại nhóm IA có bán kính lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít.

- Kim loại nhóm IA có độ cứng thấp vì các ion kim loại liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu.

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Thảo luận 4: Dựa vào cấu hình electron nguyên tử và giá trị thế điện cực chuẩn, dự đoán tính chất hoá học đặc trưng của kim loại nhóm IA.

Bài làm chi tiết:

Tính chất hoá học đặc trưng của kim loại nhóm IA là tính khử mạnh.

Thảo luận 5: Khi cắt mẩu sodium ở trong không khí, bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi. Giải thích. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra khi cắt kim loại lithium, potassium trong không khí.

Bài làm chi tiết:

- Khi cắt mẩu sodium ở trong không khí, bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi vì sodium đã bị oxi hoá bởi O₂ và H₂O tạo thành các hỗn hợp chất rắn mới như Na₂O, NaOH, Na₂CO₃, NaHCO₃.

- Hiện tượng xảy ra khi cắt kim loại lithium, potassium trong không khí cũng giống như sodium: bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi.

Luyện tập: Viết phương trình hoá học của các phản ứng sau (viết tên sản phẩm):

a) Li + O₂ →

b) Na + Cl₂ →

c) K + Br₂ →

Bài làm chi tiết:

a) 4Li + O₂ → 2Li₂O (lithium oxide)

b) 2Na + Cl₂ → 2NaCl (sodium chloride)

c) 2K + Br₂ → 2KBr (potassium bromide)

Thảo luận 6: Tại sao để bảo quản kim loại Na, K người ta ngâm chúng trong dầu hoả? Li có dùng cách này được không? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

- Để bảo quản kim loại Na, K người ta ngâm chúng trong dầu hoả vì Na, K có tính khử mạnh, phản ứng mạnh với nước ở điều kiện thường.

- Không thể dùng cách đo để bảo quản Li vì Li gặp dầu hoả sẽ nổi lên và bốc cháy.

Thảo luận 7: Kim loại nhóm IA hoạt động hoá học mạnh. Tại sao?

Bài làm chi tiết:

Kim loại nhóm IA hoạt động hoá học mạnh vì các kim loại này đều có 1 electron lớp ngoài cùng nên chúng có xu hướng mất đi một electron để biến thành ion dương M⁺.

B. HỢP CHẤT

1. TÍNH TAN CỦA CÁC HỢP CHẤT KIM LOẠI NHÓM IA

Thảo luận 8: Kim loại nhóm IA phản ứng dễ dàng với oxygen và nước, mức độ mãnh liệt của phản ứng tăng dần từ Li đến K. Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Khả năng phản ứng với nước của kim loại nhóm IA tăng dần từ Li đến Cs vì tính oxi hoá của các kim loại tăng dần từ Li đến K.

Thảo luận 9: Quan sát thí nghiệm thử màu ngọn lửa, nêu hiện tượng quan sát được. Rút ra kết luận.

Bài làm chi tiết:

- Hiện tượng xảy ra:

+ Muối của Li cháy cho ngọn lửa màu đỏ tía.

+ Muối của Na cháy cho ngọn lửa màu vàng.

+ Muối của K cháy cho ngọn lửa màu tím nhạt.

- Kết luận: có thể nhận biết ion kim loại nhóm IA bằng màu ngọn lửa.

Luyện tập: Dung dịch của mỗi chất sau đều không màu: NaCl, Na₂SO₄, KCl, LiNO₃. Hãy đề xuất cách phân biệt các dung dịch trên.

Bài làm chi tiết:

- Đầu tiên, đốt cháy các muối trên, ta phân biệt được các muối qua màu sắc của ngọn lửa: muối Na cho màu vàng; muối K cho màu tím nhạt và muối Li cho màu đỏ tía.

- Tiếp đến là dùng dung dịch BaCl₂ để phân biệt muối NaCl và Na₂SO₄. Khi đó trong ống nghiệm chứa dung dịch Na₂SO₄ có kết tủa trắng, còn ống nghiệm chứa NaCl không có hiện tượng xảy ra. PTHH: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl

3. SODIUM CHLORIDE

4. ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH SODIUM CHLORIDE

Thảo luận 10: Sử dụng sơ đồ tư duy, trình bày các sản phẩm cơ bản của công nghiệp chlorine – kiềm và những ứng dụng quan trọng của chúng.

Bài làm chi tiết:

Sơ đồ tư duy:

Thảo luận 11: Giải thích tại sao NaHCO₃ được dùng làm bột nở.

Bài làm chi tiết:

NaHCO₃ được dùng làm bột nở vì khi gặp nhiệt độ cao, NaHCO₃ dễ bị nhiệt phân làm sinh ra chất khí và hơi làm tăng thể tích và tạo độ xốp cho bánh.

Vận dụng: NaHCO₃ dùng để tạo bọt và tăng pH trong các loại thuốc sủi bọt. Hãy tìm hiểu và giải thích.

Bài làm chi tiết:

NaHCO₃ được dùng để tạo bọt và tăng pH trong các loại thuốc sủi bọt vì:

- Khi NaHCO₃ tiếp xúc với dung dịch acid, nó sẽ phản ứng và tạo ra khí CO₂, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa thuốc và dạ dày khi dùng, giúp hấp thụ thuốc nhanh và hiệu quả hơn. PTHH: NaHCO₃ + H⁺ → Na⁺ + CO₂ + H₂O.

- NaHCO₃ khi tan trong nước tạo thành NaOH (chất kiềm mạnh), điều này làm tăng pH của dung dịch, giúp làm dịu acid trong dạ dày, giảm cảm giác khó chịu hoặc đau do acid.

Thảo luận 12: Vì sao phương pháp Solvay được gọi là phương pháp tuần hoàn ammonia. Nêu những ưu điểm của phương pháp.

Bài làm chi tiết:

- Phương pháp Solvay được gọi là phương pháp tuần hoàn ammonia vì lượng ammonia dùng trong quá trình này được tái sử dụng liên tục, không tiêu hao hoặc thoát ra môi trường.

- Ưu điểm của phương pháp:

+ Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là muối ăn, đá vôi, là những nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, điều kiện thực hiện không quá khó, dễ thực hiện.

+ Quá trình sản xuất ở các phân đoạn cho pháp thu hồi tối đa các khí nguyên liệu NH₃, CO₂; bảo đảm các khí này không thoát ra môi trường, giữ môi trường sạch.

+ Chất lượng sản phẩm soda chất lượng cao, thỏa mãn nhiều nhu cầu

Luyện tập: Hãy vẽ sơ đồ tổng hợp Na₂CO₃ theo phương pháp Solvay.

Bài làm chi tiết:

Sơ đồ tổng hợp Na₂CO₃ theo phương pháp Solvay:

 NaCl  hoàtan trong dd NH3 đặc →  NaHCO₃  nung ở nhiệt độ cao→  Na₂CO₃ (soda)

CaCO₃  nung→  CO₂ 

BÀI TẬP

Bài 1: Phương pháp điều chế NaOH trong công nghiệp là

A. cho kim loại Na tác dụng với nước.

B. cho Na₂O tác dụng với nước.

C. điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn.

D. điện phân dung dịch NaCl bão hoà, không có màng ngăn.

Bài làm chi tiết:

Chọn đáp án C vì trong công nghiệp, người ta thường điều chế NaOH bằng phương pháp điện phân dung dịch có màng ngăn. 

PTHH: 2NaCl + 2H₂O  điện phân có màng ngăn→  2NaOH + H₂ + Cl₂

Bài 2: Viết phương trình hoá học của phản ứng khi cho potassium tác dụng với chlorine. Sản phẩm của phản ứng có tan tốt trong nước không? Tìm hiểu một số ứng dụng của nó.

Bài làm chi tiết:

- PTHH: 2K + Cl₂ → 2KCl

- KCl là chất tan tốt trong nước. Một số ứng dụng của nó:

+ Làm phân bón, là nguyên liệu cung cấp K cho cây trồng.

+ Trong sản xuất thực phẩm, muối KCl dùng làm chất ổn định giúp bề mặt thực phẩm đồng nhất, phân tán đồng đều.

+ Trong y dược, KCl dùng để bào chế thuốc và thuốc tiêm.

+ Là thành phần trong bình chữa cháy, đặc biệt là bình chữa cháy khô.

 + Công nghiệp dầu khí, công nghiệp cao su, mạ điện,…

Bài 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm sau:

a) Cho một mẩu kim loại sodium vào cốc nước.

b) Sục khí CO₂ vào dung dịch KOH.

c) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn Na₂CO₃.

d) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn KHCO₃.

e) Cho một lượng NaHCO₃ rắn vào ống nghiệm rồi đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn.

Bài làm chi tiết:

a) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

b) Phản ứng này có hai trường hợp xảy ra, tuỳ thuộc vào tỉ lệ số mol giữa CO₂ và KOH.

PTHH: CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O

CO₂ + KOH → KHCO₃

c) Na₂CO₃ +HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

d) KHCO₃ + HCl → KCl + CO₂ + H₂O

e) 2NaHCO₃  t°→  Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O