Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA gồm Be, Mg, Ca, Sr, Ba. KL kiềm thổ có tính chất vật lý và hóa học ra sao, cùng tìm hiểu ở bài viết dưới đây nhé
Kim loại kiềm thổ
- Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA gồm Be, Mg, Ca, Sr, Ba - Cấu hình electron lớp ngoài cùng của KLKT : ns2 [n là số thứ tự của lớp]. - Cấu tạo mạng tinh thể: Be, Mg : lục phương Ca, Sr : lập phương tâm diện
Ba : lập phương tâm khối.
II. Tính chất vật lý
Ngoại trừ Be, các kim loại trong nhóm IIA đều có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp. Tất cả đều thuộc dạng kim loại nhẹ [khối lượng riêng nhỏ].
III. Tính chất hóa học
Do cấu hình electron của lớp vỏ nguyên tử ngoài cùng của các kim loại trong phân nhóm IIA đều có dạng là ns2, bán kính nguyên tử tương đối lớn, năng lượng ion hóanhỏ nên kim loại phân nhóm IIA đều dễ nhường 2 electron để trở thành cation M2+:
M - 2e → M2+
Vậy kim loại phân nhóm IIA có tính khử rất mạnh [chỉ thua kim loại kiềm] tức là rất dễ bị oxi hóa.
1. Khử các phi kim
a. Khử oxi của không khí
Khi bị nung nóng tất cả kim loại thuộc nhóm IIA đều bị cháy trong oxi của không khí:
M + 1/2 O2 → MO
BeO và MgO coi như không tan trong nước. Còn CaO, SrO, BaO tan nhiều trong nước do chúng phản ứng với nước tạo ra dung dịch có OH- tự do tức là dung dịch kiềm:
CaO + H2O → Ca2+ + 2OH-
BaO + H2O → Ba2+ + 2OH-
b. Khử các phi kim khác
M + H2 → MH2 [hydrua kim loại kiềm thổ]
M + Cl2 → MCl2 [clorua kim loại kiềm thổ] M + S → MS: sulfua
3M + N2 → M3N2: nitrua
2. Khử dung dịch axít
a. Khử H+ của dung dịch HCl, CH3COOH, H2SO4 loãng:
M + 2H+ → M2+ + H2↑
Ví dụ Mg + 2[H+ + Cl-] → [Mg2+ + 2Cl-] + H2↑
b. Khử N+5 của HNO3 và S+6 của H2SO4 đậm đặc:
Ví dụ 4M + 10HNO3 → 4M[NO3]2 + NH4NO3 + 3H2O
Mg + 2H2SO4 [đ] → MgSO4 + SO2 + 2H2O
3. Khử H+1 của H2O
Nhiệt độ thường Be, Mg coi như không tác dụng với H2O vì có lớp BeO, MgO không tan trong nước che phủ bề mặt kim loại.
Riêng 3 oxit CaO, BaO, SrO tan được trong nước vì chúng tác dụng với nước tạo ra dung dịch Ca[OH]2,Ba[OH]2, Sr[OH]2 đó là các dung dịch kiềm [có OH- tự do] nên Ca, Ba, Sr còn được gọi là ba kim loại kiềmthổ.
Vậy 3 kim loại kiềm thổ khử H+1 của H2O tạ ra dung dịch kiềm và giải phóng khí H2:
M + 2H2O → [M2+ + 2OH-] + H2↑
Ví dụ: Ca + 2H2O → [Ca2+ + 2OH-] + H2↑
4. Khử H+1 của H2O trong dung dịch kiềm:
Vì Be[OH]2 là hydoxit lưỡng tính không tan trong nước nhưng tan được trong dung dịch kiềm [OH-], nên cùng với các kim loại kiềm thổ như Ca, Sr, Ba; kim loại Be cũng khử được H+1 của nước nhưng với điều kiệnphải có OH- trong nước.
Lưu ý: Một kim loại tác dụng được với nước thì cũng tác dụng được với mọi dung dịch có dung môi là nước.
IV. Điều chế
Vì các kim loại M thuộc phân nhóm IIA có tính khử rất mạnh, tức là các cation M2+ tương ứng có tính oxi hóa rất yếu nên ta không thể dùng các chất khử công nghiệp thông thường như C, CO, H2 để khử các cation này mà phải dùng catot của bình điện phân để khử các cation này ở trạng thái nóng chảy mà thông thường là điện phân muối MCl2 nóng chảy.
Ví dụ1: điều chế Mg: MgCl2 → Mg + Cl2↑
Ví dụ 2: Điều chế Ca: CaCl2 → Ca + Cl2↑
Có thể bạn quan tâm:
- lý thuyết kim loại kiềm
- Điều chế kim loại
| Phóng to |
| Giáo viên đang chấm thi ĐH. Như vậy môn Hóa sẽ chấm thi theo đáp án của Bộ GD-ĐT hay chấm theo cách làm đúng của thí sinh? - Ảnh: Như Hùng |
Câu I/2 có vấn đề liên quan đến kiến thức cơ bản. Sau đây là đáp án của bộ cho:
Nung quặng đến khối lượng không đổiCaCO3MgCO3 = CaOMgO + 2CO2Hòa tan vào trong nướcCaO + H2O = Ca[OH]2Lọc lấy dung dịch Ca[OH]2Sau đó lọc lấy dung dịch Ca[OH]2, kết tủa sẽ là MgO.Sau khi tách thì hòa tan..., cuối cùng là điện phân.
Đáp án đã sai ở phần tách hai hợp chất của canxi và magiê. Thực chất không thể tách hợp chất của canxi và magiê theo cách trên vì:
CaO chính là vôi sống. Sau khi cho vôi sống tác dụng với nước ta sẽ được vôi tôi. Hẳn ai cũng biết là vôi tôi dùng trong xây dựng để trộn vữa kết dính gạch lại với nhau [dân miền Bắc vẫn dùng cách này nhất là ở vùng nông thôn: trộn vôi, cát và xi măng], hay dùng để pha vôi sơn tường. Trước đây chưa có các loại sơn thì vôi tôi là vật liệu chủ yếu để sơn tường. Vôi tôi tan ít trong nước, khi hoà với nước sẽ tạo hệ gồm nước và các hạt Ca[OH]2 lơ lửng, vì thế dung dịch này đục và có màu trắng chứ không trong suốt.
Ca[OH]2 tan ít trong nước nên vẫn tồn tại ở dạng kết tủa khi hoà vào nước. Theo các tài liệu, tích số tan của Ca[OH]2 là 5,4.10-6 ở 20oC, ứng với độ hòa tan vào khoảng 0,011 mol/l. Như vậy độ tan của Ca[OH]2 ở điều kiện bình thường là 0,011 mol/l x 74 g/mol hay khoảng 0,85 g/l [sách giáo khoa cho là gần 2g/l, một số sách cho là 1,5 g/l]. Đối với CaO độ tan sẽ là 0,6 g/l.
Như vậy muốn hòa tan 8,5 gam Ca[OH]2 [hay khoảng 6,0 gam CaO] phải dùng khoảng 10 lít để đảm bảo Ca[OH]2 [hay CaO] tan hoàn toàn, nghĩa là phải dùng lượng nước rất lớn. Cần nhớ rằng dolomite chứa chủ yếu là muối CaCO3, MgCO3 chỉ mươi phần trăm. Vì vậy nếu không lấy thật nhiều nước thì sau khi hòa CaO.MgO vào nước thì ta sẽ được dung dịch Ca[OH]2 và được các hạt rắn không tan gồm hai chất MgO và Ca[OH]2.
Cần lưu ý là cũng phải khuấy mạch dung dịch khi hòa tan nếu không Ca[OH]2 cũng không dễ gì tan được. Khi lọc lấy cặn ta được cả MgO lẫn Ca[OH]2. Khi cho tác dụng với HCl cả hai chất này tan tạo dung dịch gồm MgCl2 và CaCl2. Cô cạn ta được hai muối kể trên. Do đó điện phân sẽ thu được cả Ca và Mg.
Thực ra khi điện phân hỗn hợp nóng chảy MgCl2 và CaCl2 ta có thể khống chế điện thế dùng để điện phân để thu được Mg trước và Ca sau do điện thế cần cho quá trình điện phân Mg nhỏ hơn cho quá trình điện phân Ca. Nếu biết kiến thức này thì việc điều chế Ca và Mg riêng rẽ sẽ đơn giản hơn nhiều.
Ở đây tôi không muốn đề cập đến các cách khác có thể thu được Ca và Mg riêng biệt. Tuy nhiên những kỹ thuật đó học sinh phổ thông và ngay cả học sinh năm thứ hai đại học vẫn chưa được học tới.
Tóm lại phương pháp tách mà bộ đưa ra là rất phiêu lưu, khó có thể đảm bảo tách hoàn toàn hai chất CaO và MgO. Câu này nguy hiểm ở chỗ nếu thí sinh nào nắm rất vững kiến thức cơ bản, hiểu rất rõ các quá trình hóa học xảy ra trên thực tế như thế nào [cụ thể là quá trình pha vôi quét tường] thì sẽ không dùng cách tách như trong đáp án chính thức của bộ và cũng không chấp nhận cách tách đó. Do đó thí sinh có thể đi vào ngõ cụt. Như vậy thí sinh hiểu rõ tính ít tan của Ca[OH]2 sẽ không làm được bài này, trong khi hiểu lơ mơ là Ca[OH]2 tan [không cần biết tan một phần, tan ít hay tan nhiều] thì lại làm được.
Không thể lý luận là sách giáo khoa cho rằng Ca[OH]2 có độ hòa tan 2g/lit nước có nghĩa là Ca[OH]2 tan tốt trong nước. Cần phải biết rằng có rất nhiều học sinh giỏi đã qua nhiều kỳ thi trong và ngoài nước, kiến thức cao hơn so với kiến thức trong sách giáo khoa và các em có thể hiểu rõ là Ca[OH]2 chỉ tan một phần vào nước. Phần thiệt thòi sẽ thuộc về các thí sinh này.
Phải chăng đây là hệ quả của việc học không đi đôi với hành. Cứ thấy trong sách viết Ca[OH]2 có tan trong nước là nghĩ rằng nó phải tan ở bất kỳ điều kiện nào.
Với kỳ thi mang tính quốc gia thì hoàn toàn không nên đưa ra các bài toán lờ mờ và không thực tế kiểu trên.
TS TRẦN THỊ NGỌC LAN[khoa Hóa, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM]