KIM LOẠI KIỀM, KIỀM THỔ, NHÔM_10

115
CHƯƠNG X. KIM LOẠI KIỀM, KIỀM THỔ, NHÔM
A. KIM LOẠI KIÊM
I. Cấu tạo nguyên tử
− Có 1 e hoá trị ở lớp ngoài cùng.

− Bán kính nguyên tử lớn, điện tích hạt nhân nhỏ (so với các nguyên tố cùng chu
kì). Vì vậy kim loại kiềm rất dễ nhường 1e hoá trị - thể hiện tính khử mạnh.



Đi từ Li → Fr tính khử tăng dần (Fr là nguyên tố phóng xạ ít được nghiên cứu).

II. Tính chất vật lý
− Là những kim loại, mềm, nhẹ, trắng như bạc.

− Dễ tạo hợp kim với Hg gọi là hỗn hống.

− Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp. Đi từ Li → Cs, nhiệt độ nóng chảy và
nhiệt độ sôi giảm dần.

− Dẫn nhiệt và dẫn điện tốt.

− Đơn chất và hợp chất khi cháy cho ngọn lửa đặc trưng: Li : đỏ tía ; Na : vàng; K :
tím Rb : đỏ huyết.

III. Tính chất hoá học
a) Phản ứng với oxi:

− Ở t

o
thường : Li, Na, K + O
2
→ lớp oxit trên mặt ; Rb, Cs bốc cháy.

− Khi đun nóng : Li, Na, K bốc cháy mãnh liệt tạo thành oxit (Li
2
O) hay peoxit
Na
2
O
2
, K
2
O
2
.

b) Với các phi kim khác:

− Phản ứng mãnh liệt với halogen ở t
o
thường, hoặc khi đun nhẹ:


− Khi đốt nóng phản ứng với S, H
2
, P, …

NaH là chất rắn, khi gặp nước, bị thuỷ phân:

c) Phản ứng với nước: Phản ứng mạnh ngay ở nhiệt độ thường.



d) Phản ứng với axit thường và axit oxi hoá: phản ứng xảy ra mãnh liệt.

IV. Điều chế
Kim loại kiềm được điều chế bằng cách điện phân muối clorua nóng chảy hoặc
hiđroxit nóng chảy.

Ví dụ:



V. Hợp chất
1. Oxit Me
2
O là chất rắn, phản ứng mạnh với nước, với axit và oxit axit. Ví dụ:


2. Hiđroxit MeOH


116
− Là chất rắn, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước.

− Là bazơ mạnh, điện li hoàn toàn trong dd nước.

− Phản ứng trung hoà với axit, oxit axit. Ví dụ


Khi dư CO
2
:


Cacbonat axit của kim loại kiềm khá bền, có thể tách khỏi dd dưới dạng tinh thể khi
đun cạn dd. Nhưng khi nung nóng tinh thể bị phân tích thành cacbonat, ví dụ NaHCO
3

bị phân tích ở 160
o
C.

Muối cacbonat kim loại kiềm rất bền, nóng chảy ở khoảng 800
o
C, không bị phân
tích.

Điều chế hiđroxit kim loại kiềm:

− Điện phân dd muối clorua loãng, nguội có màng ngăn (xem phần điện phân).

− Bằng phản ứng trao đổi:


3. Muối

Hầu hết các muối của kim loại kiềm đều tan nhiều trong nước (trừ KClO
4
), một số
muối tồn tại trong thiên nhiên : NaCl, Na
2
SO
4
.1OH
2
O, Na
2
AlF
6
, KCl, NaCl.KCl
(xinvinit), KCl.MgCl
2
.H
2
O (cacnalit), KCl.MgSO
4
.3H
2
O. (cainit).

Một số muối kim loại quan trọng:

− Natri clorua NaCl:

NaCl là chất rắn, không màu, dễ tan trong nước, nóng chảy ở 800
o

C.

NaCl được khai thác từ nước biển, từ muối mỏ. Nó được dùng nhiều trong công
nghiệp thực phẩm, để sản xuất clo, axit clohiđric, nước Javen,…

− Natri hiđrocacbonat:

Muối natri hiđrocacbonat NaHCO
3
là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước, bền ở
nhiệt độ thường, bị phân huỷ ở nhiệt độ cao.



NaHCO
3
là muối của axit yếu, không bền, tác dụng được với axit mạnh:



Mặt khác, NaHCO
3
là muối axit, tác dụng được với kiềm:



− Muối natri cacbonat Na
2
CO
3

:

Na
2
CO
3
là chất rắn màu trắng, dễ tan trong nước. ở nhiệt độ thường nó tồn tại ở
dạng muối ngậm nước Na
2
CO
3
.1OH
2
O. ở nhiệt độ cao, mất nước tạo thành muối khan
Na
2
CO
3
có nhiệt độ nóng chảy ở 850
o
C.

Na
2
CO
3
bị thuỷ phân trong dd cho môi trường kiềm mạnh:

Na
2
CO
3
là nguyên liệu hoá học quan trọng để sản xuất thuỷ tinh, xà phòng và nhiều muối
khác.

4. Nhận biết kim loại kiềm và hợp chất của chúng.

Dựa vào màu ngọn lửa khi đốt hỗn hợp của các kim loại này:

Hợp chất của Li
+
: ngọn lửa màu đỏ.


117
Hợp chất của Na
+
: ngọn lửa màu vàng.

Hợp chất của K
+
: ngọn lửa màu tím.

VI. Trạng thái tự nhiên

− Natri thường gặp dưới dạng NaCl (muối ăn), Na
2
SO

4
.1OH
2
O, Na
2
CO
3
(xôđa),
NaNO
3
(diêm tiêu).

− Kali thường gặp ở dạng : KCl.NaCl (xinvinit), KCl.MgCl
2
.6H
2
O (cacnanit)

B. KIM LOẠI NHÓM II (KIM LOẠI KIỀM THỔ)
I. Cấu tạo nguyên tử
− Có 2 electrong hoá trị ở lớp ngoài cùng.

− Bán kính nguyên tử khá lớn, điện tích hạt nhân tương đối nhỏ (so với các nguyên
tố trong cùng chu kỳ). Vì vậy các nguyên tố đều có tính khử mạnh (nhưng kém kim
loại kiềm), dễ nhường 2e.



II. Tính chất vật lý
− Là những chất rắn, có ánh bạc, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.

− Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (cao hơn kim loại kiềm)

Ví dụ : của Mg là 650
o
C, của Ba là 710
o
C.

− Màu ngọn lửa đặc trưng của đơn chất và hợp chất:

Ca: đỏ da cam ; Sr, Ra: đỏ son ; Ba: xanh lục.

III. Tính chất hoá học
1. Phản ứng với oxi

− Ở nhiệt độ thường, các kim loại phân nhóm chính nhóm II bị O
2
không khí oxi
hoá tạo thành lớp oxit trên bề mặt.

− Khi đốt nóng bốc cháy mãnh liệt.

Ví dụ:


2. Phản ứng với các phi kim khác.

− Với halogen: phản ứng dễ dàng ở ngay nhiệt độ thường

− Với các phi kim kém hoạt động: phải đun nóng


3. Phản ứng với H
2
O

− Be không phản ứng vì có lớp oxit bảo vệ

− Mg không tan trong nước lạnh, khi đun nóng tạo tan chậm do phản ứng với nước.

− Ca, Sr, Ba phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường.



4. Phản ứng với axit (axit thường và axit oxi hoá)

− Be, Mg phản ứng dễ dàng.

− Ca, Sr, Ba phản ứng mãnh liệt


118


5. Phản ứng với dd kiềm và kiềm nóng chảy.

Chỉ có Be phản ứng:

6. Phản ứng đẩy kim loại yếu hơn khỏi oxit hoặc muối khan khi đun nóng.


IV. Điều chế
Phương pháp phổ biến nhất và quan trọng nhất là điện phân muối halogenua nóng
chảy:



V. Một số hợp chất quan trọng
1. Oxit MeO. Đều là chất rắn, màu trắng, rất bền nhiệt, nóng chảy ở nhiệt độ rất cao
(ví dụ CaO nóng chảy ở 2585
o
C).

MgO phản ứng chậm với H
2
O ; CaCO ; SrO ; BaO phản ứng mãnh liệt với nước:


Các oxit đều tan dễ dàng trong axit.

BeO tác dụng với dd kiềm


Quan trọng nhất trong số các oxit là CaO. CaO được gọi là vôi sống, tác dụng với
nước cho Ca(OH)
2

gọi là vôi tôi, dùng làm vật liệu xây dựng.

2. Hiđroxit Me(OH)
2

− Tính tan và tính bazơ tăng dần:


− Be(OH)
2
có tính lưỡng tính


− Mg(OH)
2
kết tủa trắng, là bazơ yếu, tan trong axit.

− Ca(OH)
2
ít tan trong nước, là bazơ khá mạnh.

− Ba(OH)
2
tan khá nhiều trong nước tạo thành dd kiềm mạnh.

− Khi đun nóng, Be(OH)
2
và Mg(OH)
2
bị mất nước biến thành oxit:

Chú ý: Khi cho khí clo tác dụng với Ca(OH)
2
hoặc CaO ta thu được clorua vôi
CaOCl
2
có công thức cấu tạo:




119


Clorua vôi là chất oxi hoá mạnh, dùng để sát trùng và tẩy trắng. Các phản ứng quan
trọng của clorua vôi là:



3. Muối

a) Muối nitrat: tan nhiều trong nước.

b) Muối clorua: tan nhiều trong nước

c) Muối sunfat: từ BeSO
4
→ BaSO
4

độ tan giảm dần. BeSO
4
, MgSO
4
tan nhiều,
SrSO
4
, BaSO
4
không tan.

d) Muối cacbonat:

− Muối cacbonat trung tính MeCO
3
: ít tan trong nước, khi nung nóng bị phân tích.
Ví dụ:


− Muối cacbonat axit Me(HCO
3
)
2
tan nhiều trong nước, chỉ tồn tại trong dd vì có
cân bằng sau;



Khi dư CO
2

, cân bằng chuyển dịch sang phải.

Khi đun nóng, cân bằng chuyển dịch sang trái.



VI. Trạng thái tự nhiên
− Mg thường gặp ở dạng MgCO
3
(manhezit), CaCO
3
.MgCO
3
(đolomit),
KCl.MgCl
2
.6H
2
O (cacnalit), KCl.MgSO
4
.6H
2
O (cainit).

− Ca thường gặp ở dạng CaCO
3
(đá vôi, đá phấn, đá hoa), CaCO
3
.MgCO
3

(đolomit), CaO
4
.2H
2
O (thạch cao), Ca
3
(PO
4
)
2
(photphorit), 3Ca
3
(PO
4
)
2
.CaF
2
(apatit).

VII. Nước cứng
1. Định nghĩa

− Tuỳ theo lượng ion Ca
2+
và Mg
2+
có trong nước nhiều hay ít mà người ta chia
nước thiên nhiên thành 2 loại:

+ Nước mềm: Có ít ion Ca
2+
, Mg
2+
hoà tan (tổng nồng độ 2 ion này < 0,002 mol/l).

+ Nước cứng: Có hoà tan nhiều ion Ca
2+
, Mg
2+
(tổng nồng độ 2 ion này > 0,002
mol/l).

− Độ cứng của nước gồm 2 loại:

+ Độ cứng tạm thời: Do muối cacbonat axit của canxi và magie gây ra, khi đun sôi
nước, các muối này bị phân huỷ tạo ra muối, cacbonat kết tủa:


+ Độ cứng vĩnh cửu: gây ra do muối clorua, sunfat của Ca
2+
và Mg
2+
. Khi đun sôi,
độ vĩnh cửu không bị mất.

+ Độ cứng toàn phần: là tổng của hai độ cứng trên.

2. Tác hại của nước cứng.

120
− Đóng cặn vào thành nồi hơi làm giảm độ dẫn nhiệt nên làm tốn nhiên liệu và có
thể gây ra nổ nồi hơi.

− Giặt xà phòng trong nước cứng sẽ khó sạch, tốn xà phòng vì xà phòng biến thành
muối của Ca
2+
, Mg
2+
ít tan, vón cục trên vải.

Ví dụ:


3. Cách làm mềm nước.

a) Khử độ cứng tạm thời :

− Đun sôi nước.

−
Dùng các phương pháp vôi, xút và xôđa.

+ Phương pháp vôi:


+ Phương pháp xút:

+ Phương pháp xôđa:


b) Khử độ cứng toàn phần:

− Dùng phản ứng trao đổi (với Na
2
CO
3
hay Na
3
PO
4
) đã kết tủa Ca
2+

và Mg
2+
:


− Dùng nhựa trao đổi ion (gọi là các ionit): cho nước chảy qua cột chứa nhựa trao
đổi ion, các ion Ca
2+
, Mg
2+
sẽ bị giữ lại trên cột.

C. NHÔM

I. Cấu tạo nguyên tử
− Nguyên tử Al có 3 electron hoá trị ở lớp ngoài cùng (cấu hình e : 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2

3
1
).

− Bán kính nguyên tử tương đối lớn.

− Điện tích hạt nhân Z tương đối nhỏ.

Vì thế Al có tính khử mạnh (kém Mg), dễ nhường 3e hoá trị:



II. Tính chất vật lý
− Al là kim loại nhẹ (d = 2,7 g.cm
3
), trắng như bạc, nhiệt độ nóng chảy là 600
0
C.

− Al rất dẻo, dễ kéo dài, dát mỏng.

− Al dẫn nhiệt, dẫn điện rất tốt. Tạo hợp kim với nhiều kim loại khác.

III. Tính chất hoá học
1. Phản ứng với oxi

− Ở nhiệt độ thường: do lớp oxit mỏng bảo vệ nên Al không phản ứng với oxi. Nếu
làm cho lớp Al
2
O
3
tạo thành này không bám vào bề mặt nhôm thì nhôm sẽ phản ứng
mạnh với oxi.