Bài 17. Nguyên tố nhóm IA (Kim Loại Kiềm) - Hóa học 12 Chân trời sáng tạo

Lý thuyết Bài 17 Nguyên tố nhóm IA (KIM LOẠI KIỀM) - Hóa học 12 Chân trời sáng tạo Hóa Học 12 Nguyên tố nhóm IA - Kim loại kiềm. A. ĐƠN CHẤ...

Lý thuyết Bài 17 Nguyên tố nhóm IA (KIM LOẠI KIỀM) - Hóa học 12 Chân trời sáng tạo

Hóa Học 12 Nguyên tố nhóm IA - Kim loại kiềm.

A. ĐƠN CHẤT NHÓM IA - KIM LOẠI KIỀM.

I. Vị trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên của các nguyên tố nhóm IA.

- Nhóm IA bao gồm các kim loại: lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), caesium (Cs) và francium (Fr). Những kim loại này còn được gọi là kim loại kiềm.

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns1.

- Kim loại nhóm IA trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Ví dụ:

+ Sodium thường gặp dưới dạng NaCl (muối ăn trong nước biển, mỏ muối, khoáng vật halite), Na2CO3.10H2O (soda), NaNO3 (diêm tiêu).

+ Potassium thường gặp ở dạng khoáng vật: KCl.NaCl (sylvinite), KCl.MgCl2.6H2O (carnallite).

II. Tính chất vật lí của các nguyên tố nhóm IA.

- Kim loại nhóm IA có bán kính nguyên tử lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít nên khối lượng riêng nhỏ. Lithium là kim loại nhẹ nhất trong tất cả kim loại.

- 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.

III. Tính chất hóa học của nguyên tố nhóm IA.

Kim loại nhóm IA có tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ Li đến Cs.

M → M+ + e

Trong hợp chất, kim loại nhóm IA chỉ có số oxi hoá +1.

1. Tác dụng với oxygen (o2)

- Khi đốt nóng trong không khí, kim loại Li cháy với ngọn lửa màu đỏ tía; Na cháy với ngọn lửa màu vàng; K cháy với ngọn lửa màu tím nhạt.

Ví dụ: Sodium tác dụng với oxygen trong không khí, có thể tạo ra sodium oxide.

4Na + O2 → 2Na2O

- Phản ứng xảy ra mãnh liệt hơn trong bình chứa khí oxygen, mức độ phản ứng tăng dần từ Li đến K.

2. Tác dụng với halogen

- Kim loại nhóm IA phản ứng với chlorine ở điều kiện thường tạo thành muối chloride.

2M + Cl2 → 2MCl

- Kim loại Li cần đun nhẹ, Na và K bốc cháy mạnh trong khí chlorine.

2K + Cl2 → 2KCl

- Mức độ mãnh liệt của phản ứng tăng dẩn từ Li đến K.

3. Tác dụng với nước.

- Khi tác dụng với nước, Li nổi trên mặt nước, Na nóng chảy thành hạt cầu và chạy trên mặt nước, K tự bùng cháy. Khả năng phản ứng của kim loại nhóm IA với nước tăng dần từ Li đến Cs.

- Thế điện cực chuẩn của kim loại nhóm IA rất nhỏ. Kim loại nhóm IA tác dụng mạnh với nước tạo thành dung dịch kiểm và giải phóng khí hydrogen:

2M(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2(g)∆rH°98 < 0

Chú ý: Kim loại nhóm IA dễ tác dụng với nước, với oxygen trong không khí nên trong phòng thí nghiệm Na và K thường được bảo quản trong dầu hoả. Li, Rb và Cs thường được bảo quản trong các ống thuỷ tinh kín hoặc môi trường khí hiếm (như argon).

B. HỢP CHẤT KIM LOẠI NHÓM IA.

I. Tính tan của các hợp chất kim loại nhóm IA

Hợp chất của kim loại nhóm IA phần lớn tan tốt trong nước, khi tan trong nước phân li thành ion.

Ví dụ: K2CO3 → 2K+ + CO2−3

II. Nhận biết các ION Li+, Na+, K+

Có thể nhận biết ion kim loại kiềm bằng cách thử màu ngọn lửa.

- Muối của lithium cháy cho ngọn lửa màu đỏ tía.

- Muối của sodium cháy cho ngọn lửa màu vàng.

- Muối của potassium cháy cho ngọn lửa màu tím nhạt.

III. Sodium Choride

- Sodium chloride là hợp chất phổ biến nhất của sodium trong tự nhiên, được khai thác từ nước biển, muối mỏ.

- Sodium chloride có vai trò quan trọng trong thực phẩm, nông nghiệp, công nghiệp, chăn nuôi, y tế và trong cuộc sống hằng ngày của con người.

IV. Điện phân dung dịch sodium chloride

1. Điện phân dung dịch sodium chloride

Điện phân dung dịch là gì?

Điện phân dung dịch là một quá trình điện hóa trong đó dòng điện một chiều được sử dụng để gây ra các phản ứng hóa học ở các điện cực nhúng trong dung dịch chất điện li. Quá trình này dựa trên việc di chuyển của các ion dưới tác động của điện trường và các phản ứng oxi hóa khử xảy ra tại các điện cực.

Xét quá trình điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn với hiệu điện thế khoảng 3,5 V.

+ Ở cực âm (cathode) xảy ra quá trình khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-

+ Ở cực dương (anode) xảy ra quá trình oxi hoá: 2Cl- → Cl2 + 2e

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

2NaCl + 2H2O (đp có màng ngăn) → 2NaOH + H2 + Cl2

Màng ngăn để ngăn cực âm với cực dương, do vậy không xảy ra phản ứng giữa Cl2 và NaOH.

Dung dịch NaOH thu được có lẫn nhiều NaCl. Sau khi cô đặc dung dịch, NaCl tách ra được tái sử dụng, thu được dung dịch NaOH. Khí Cl2 được làm khô, nén và hoá lỏng; khí H2, được làm sạch và nén.

2. Các sản phẩm cơ bản của công nghiệp chlorine – kiềm

- Sodium hydroxide còn gọi là “xút” được sử dụng trong sản xuất dược phẩm, hoá chất, dệt và nhuộm màu; công nghiệp sản xuất giấy; sản xuất tơ nhân tạo, chất giặt tẩy; chế biến thực phẩm; dầu khí; xử lí nước,...

- Chlorine thường dùng trong khử trùng nước sinh hoạt, hồ bơi, tẩy trắng vải, sợi, bột giấy, điều chế nhựa PVC, chất dẻo, cao su, chất màu, sản xuất chất chống nấm mốc, diệt côn trùng, sản xuất dược phẩm, ...

- Hydrogen sử dụng như một nhiên liệu hay hoá chất để tổng hợp ammonia, methanol, hydrochloric acid,...

V. Sodium hydrogencarbonate, Sodium carbonate

1. Sodium hydrogencarbonate (NaHCO3)

- Sodium hydrogencarbonate (hay sodium bicarbonate, NaHCO3) còn được gọi là baking soda, là chất rắn màu trắng, bền ở nhiệt độ thường, bị phân huỷ khi đun nóng.

2NaHCO3 (to) → Na2CO3 + CO2 + H2O

- NaHCO3 có thể tác dụng được với dung dịch acid và dung dịch kiềm:

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O

- NaHCO3 được sử dụng trong chế biến thực phẩm, trong sản xuất thuỷ tinh,... Trong y học, NaHCO3 được sử dụng để làm giảm chứng đau dạ dày do dư acid, điều trị các triệu chứng viêm loét dạ dày hoặc tá tràng.

2. Sodium carbonate

- Sodium carbonate (Na2CO3) được gọi là soda, là chất rắn màu trắng, dễ tan trong nước.

Na2CO3, bị thuỷ phân trong dung dịch cho môi trường kiềm:

Na2CO3 → 2Na+ + CO2−3

- Một lượng lớn Na2CO3 được sử dụng trong công nghiệp thuỷ tinh. Ngoài ra, Na2CO3 còn được sử dụng trong xử lí nước, sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa, thuốc, phụ gia thực phẩm, ...

3. Phương pháp Solvay

Phương pháp Solvay (mang tên nhà hoá học Ernest Solvay) sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tìm trong tự nhiên là muối ăn (NaCl), đá vôi (CaCO3) và ammonia (NH3).

Quá trình cụ thể:

(1) Hoà tan NaCl vào dung dịch NH3 đặc đến bão hoà.

(2) Nung CaCO3 rồi dẫn khí thoát ra vào dung dịch bão hoà của NaCl trong NH3:

CaCO3 (to) → CaO + CO2

NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl

(3) Do NaHCO3 ít tan hơn các muối khác nên kết tinh trước. Tách NaHCO3 khỏi dung dịch, nung ở nhiệt độ cao, thu được soda:

2NaHCO3 (to) → Na2CO3 + CO2 + H2O

(4) Sản phẩm NH4Cl được chế hoá với vôi tôi, thu khí NH3:

2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

Các khí CO2, NH3 được đưa vào sử dụng lại. NH3 được tuần hoàn trong quá trình sản xuất, phương pháp này còn gọi là phương pháp tuần hoàn ammonia.