Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

Bài 26 : KIM LOẠI KIỀM THỔ - HỢP CHẤT QUAN TRỌNG
CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ - NƯỚC CỨNG
A. KIM LOẠI KIỀM THỔ
I . Vị trí và cấu hình :
* Nhóm IIA gồm các nguyên tố : Be , Mg , Ca , Sn , Ba và Ra* ( là nguyên tố phóng xạ )
* Cấu hình electron :
Nguyên tố

4

Be

Mg

12

20

Ca

Sn

38

Ba

56

Cấu hình e thu
[ He ] 2s2
[ Ne ] 3s2

[ Ar ] 4s2
[ Kr ] 5s2
[ Xe] 6s2
gọn
* NX : KLKT có 2 e ở lớp ngoài cùng
II. Tính chất vật lí :
* Các kimloại kiềm thổ có màu trắng bạc , có thể rát mỏng
* Nhiệt độ nóng chảy , nhiệt độ sôi của KLKT tuy có cao hơn KLK nhưng vẫn tương đối thấp
* Khối lượng riêng của KLKT tương đối nhỏ
* Độ cứng tuy có cao hơn KLK nhưng vẫn tưưong đối mềm
III. Tính chất hóa học : KLKT có năng lượng ion hóa tương đối nhỏ , vì vậy KLKT có tính khử
mạnh , tăng từ Be đến Ba
M → M 2+ + 2e
1. Tác dụng với phi kim :
a) Tác dụng với O2 → oxit :
TQ : 2M + O2 → 2MO
Chú ý : Riêng Ba khi td với O2 , ngoài sp là BaO còn có sp là BaO2 ( Bari pe oxit )
Ba + O2 → BaO2
b) Tác dụng với halogen → muối halogenua :
t
M + X2 
→ MX2
c) Tác dụng với lưu huỳnh → Muối sunfua :
t
M + S 
→ MS
d) Tác dụng với N ,P → Muối nitrua ( muối phot phua) :
t
M + N2 
→ M3N2

→
e) Tác dụng với H2 Muối hiđrua :
t
M + H2 
→ MH2
2. Tác dụng với axit :
a) Tác dụng với axit thường ( HCl , H2SO4 ) :
M + 2H+ → M 2+ + H2
0

0

0

0

b) Tác dụng với axit tính oxh mạnh ( HNO3 , H2SO4 đặc ) :
M + HNO3 → MNO3 + SP khử (N ) + H2O
t
M + H2SO4 đặc 
→ M2SO4 + SP khử ( S ) + H2O
Mg + HNO3 (l) 
→ Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
0

Mg + H2SO4 (đ) 
→ MgSO4

+

H2S

+ H2 O

Nx Kim loại kiềm thổ có khả năng khử N+5 của HNO3 (loãng) xuống N-3 và S+6 trong dung dịch
H2SO4 (đặc) xuống S-2 (đẩy xuống thấp nhất ).
Trang 1


3. Tác dụng với nước : ở đk thường , Be không pư với H2O , Mg pư chậm , còn từ Ca đến Ba khử
mạnh nước tạo dung dịch bzơ
M + 2H2O 
→ M(OH)2 + H2
Chú ý : Mg pư với nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO và H2
t
Mg + H2O 
→ MgO + H2
4. Tác dụng dung dịch muối :
* Kim loại Be , Mg tác dụng dd muối 
→ KL + M
* Kim loại Ca , Sr , Ba tác dụng với dung dịch muối như KLK
Chú ý : 1- Chỉ có Be tác dụng với dung dịch bazơ tạo muối Berilat và H2
Be + NaOH 
→ Na2BeO2 + H2
2- BeO là chất lưỡng tính nên tác dụng được với cả axit và ba zơ
IV . Điều chế : Điện phân muối halogen nóng chảy
dpnc
MX2 
→ M + X2
B. MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ

I. Canxi oxit CaO ( vôi sống ):
1. Tính chất vật lí :
* Là chất rắn màu trắng , nhiệt độ nóng chảy cao ( 25820C )
* Dễ hút ẩm , dễ tan trong nước tạo dung dịch có tính bazơ
2. Tính chất hóa học : Là một oxit bazơ
a) Tác dụng với H2O → Bazơ
b) Tác dụng với axit → M + H2O
c) Tác dụng với oxit axit → M
Chú ý : Ngoài các t/c trên CaO còn tác dụng với chất khử chư C ( không tác dụng với H 2 , CO ,
> 2000
Al ,Mg …. )
CaO + C 
→ CaC2 + CO
0

3. Điều chế và ứng dụng :
t0
* Đ/c
CaCO3 
→ CaO + CO2↑
t0
2Ca + O2 
→ 2CaO
* ứng dụng : ứng dụng trong công nghiệp xây dựng và trong nông nghiệp
II. Canxi hiđrôxit Ca(OH)2 ( vôi tôi ) :
1. Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu trắng ít tan trong nước
2. Tính chất hóa học : Dung dịch Ca(OH)2 có tính bazơ yếu hơn kiềm
a) Làm đổi màu chỉ thị
* Quì tím chuyển màu xanh
* Phenolphtalein chuyển màu hồng

b) Tác dụng với axit → M + H2O
Trang 2


c) Tác dụng với oxit axit → M + [ H2O ]
d)Tác dụng với dung dịch muối :
* tác dụng muối trung tính ( Phản ứng trao đổi ):
* tác dụng với muối axit ( Bản chất là pư axit và ba zơ ):
e) Tác dụng với halogen :
2Ca(OH)2 + 2Cl2 → CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O
3. Điều chế :
Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2
CaO + H2O → Ca(OH)2
dpdd
CaCl2 + H2O 
→ Ca(OH)2 + H2 + Cl2
III. Canxi cacbonat CaCO3 ( đá vôi )
1. Tính chất vật lí : Là chất rắn , màu trắng , không tan trong nước
2. Tính chất hóa học :
t0
a) Bị nhiệt phân : CaCO3 
→ CaO + CO2↑
b) Tác dụng với axit → M + Axit :
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
CaCO3 + 2CH3COOH → (CH3COO )2Ca + CO2 + H2O

→ Ca(HCO3)2
CaCO3 + CO2 + H2O ¬



2
Chú ý : (1) giải thích sự sâm thực của nước mưa ( có chứa CO 2 ) đối với đá vôi
(2) giải thích sự hình thành thạch nhũ trong các hang động , sự tạo thành cặn đá vôi trong
ấm đun nước
1

3. Điều chế :

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3
Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2NaOH
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O

IV. Canxi sunfat CaSO4( Thạch cao ) :
* Là chất rắn , màu trắng , ít tan trong nước
* Tùy theo lượng H2O kết tinh có trong CaSO4 , có 3 loại thạch cao :
+ CaSO4 . 2H2O : Thạch cao sống , bền ở nhiệt độ thường
+ CaSO4 . H2O hay 2CaSO4 . H2O : Thạch cao nung
0

160 C
CaSO4 . 2H2O 
→ CaSO4 . H2O + H2O
1800 C
2[CaSO4 . 2H2O ] 
→ 2CaSO4 . H2O + 3H2O
+ CaSO4 : Thạch cao khan
3500 C
CaSO4 . 2H2O 
→ CaSO4 + 2H2O

* ứng dụng : Dùng để đúc tượng , bó xương gãy , làm phấn viết bảng , làm chất kết dính trong vật
liệu xây dựng
C. NƯỚC CỨNG
I. Khái niệm :
Trang 3


* Nước cứng : Là nước chứa nhiều ion Ca2+ , Mg2+ ( Hàm lượng Ca2+ ≥ 20,04 mg/l ; Mg2+ ≥ 12,16
mg/ l )
* Nước mềm : Là nước chứa rất ít hoặc không chứa ion Ca2+ , Mg2+
VD : + Nước lấy từ các nguồn : ao , hồ sông , suối , biển , giếng là nước cứng
+ Nước mưa , nước cất là nước mềm
II. Phân loại nước cứng : Có 3 loại nước cứng là nước cứng tạm thời , nước cứng vĩnh cửu và
nước cứng toàn phần
1. Nước cứng tạm thời :
* K/n : Là nước cứng có chứa ion HCO3* Nước cứng tạm thời có chứa Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2
2. Nước cứng vĩnh cửu :
* K/n : Là nước cứng có chứa ion SO42- , Cl* Nước cứng vĩnh cửu có chứa : CaCl2 , MgCl2 , CaSO4 , MgSO4
3. Nước cứng toàn phần :
* K/n : Là nước cứng có chứa cả ion HCO3- và SO42- , ClIII . Tác hại của nước cứng : ( SGK )
IV. Cách làm mềm nước cứng :
1. Nguyên tắc : Làm giảm nồng độ ion Ca2+ , Mg2+ trong nước cứng
2. Các phương pháp làm mềm nước cứng :
a) Phương pháp kết tủa :
* Đun sôi nước : Phương pháp này dùng làm mềm nước cứng tạm thời
t0
Ca(HCO3)2 
→ CaCO3 ↓ + CO2 + H2O
0

t
Mg(HCO3)2 
→ MgCO3 ↓ + CO2 + H2O
* Dùng Ca(OH)2 đủ : Phương pháp này dùng làm mềm nước cứng tạm thời
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + MgCO3+ 2H2O
* Dùng Na2CO3 hoặc Na3PO4 : Phương pháp này dùng làm mềm nước cứng tạm thời và nước cứng
vĩnh cửu
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2NaCl
3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3 (PO4)2 ↓ + 6NaCl
b) Phương pháp trao đổi ion : ( Phương pháp hiện đại )
* Dùng vật liệu trao đổi ion ( vật liệu polime có khả năng trao đổi cation gọi chung là vật liệu
cationit )
* Tác dụng thay thế Ca2+ , Mg2+ bằng Na+ , H+
* PP này làm giảm độ cứng vĩnh cửu cà độ cứng tạm thời

V. Nhận biết cation Ca2+ , Mg2+
* Dùng dung dịch muối có chứa CO32- cho vào dung dịch sẽ tạo kết tủa màu trắng
* Sau đó sục khí CO2 dư vào dung dịch , nếu kết tủa tan chứng tỏ có ion Ca 2+ , Mg2+
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca (HCO3)2 ( tan )

Trang 4


Trang 5