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?

Hướng dẫn chi tiết:

- Kim loại nhóm IA có các tính chất đặc trưng như: bán kính nguyên tử lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít nên khối lượng riêng của chúng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và độ cứng tương đối thấp. Trong mỗi chu kì, kim loại nhóm IA có tính khử mạnh nhất, 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 chúng dễ tan trong nước, có thể nhận biết các ion kim loại nhóm IA bằng màu ngọn lửa.

- Cả kim loại IA và hợp chất của chúng đều có nhiều ứng dụng trong đời sống 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Trong các hợp chất, kim loại nhóm IA đều thể hiện số oxi hoá +1 vì kim loại nhóm IA chỉ có 1 electron ở 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.

Hướng dẫn 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. Trong môi trường không khí có H₂O, O₂,… các kim loại nhóm IA dễ dàng tác dụng được với các chất khí ở môi trường xung quanh nó 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.

Hướng dẫn chi tiết:

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

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

Hướng dẫn chi tiết:

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

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

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.

Hướng dẫn chi tiết:

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

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.

Hướng dẫn chi tiết:

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

- 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 vì chúng đều là kim loại nhóm IA nên tính chất này của chúng tương tự nhau.

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

1. a) Li + O₂ →
2. b) Na + Cl₂ →
3. c) K + Br₂ →

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) 4Li + O₂ → 2Li₂ Sản phẩm tạo thành có tên gọi lithium oxide
2. b) 2Na + Cl₂ → 2NaCl. Sản phẩm tạo thành có tên gọi sodium chloride
3. c) 2K + Br₂ → 2KBr. Sản phẩm tạo thành có tên gọi 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.

Hướng dẫn chi tiết:

- Vì Na, K có tính khử mạnh, phản ứng mạnh với nước ở điều kiện thường nhưng chúng không phản ứng với dầu hoả nên người ta thường bảo quản chúng bằng cách ngâm trong dầu hoả.

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

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

Hướng dẫn chi tiết:

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

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Vì tính oxi hoá của các kim loại nhóm IA tăng dần từ Li đến K nên chúng phản ứng dễ dàng với oxygen và nước, mức độ phản ứng 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.

Hướng dẫn chi tiết:

- Hiện tượng qua sát được là:

+ Li⁺ cháy nên ngọn lửa màu đỏ tía.

+ Na⁺ cháy nên ngọn lửa màu vàng.

+ K⁺ cháy nên ngọn lửa màu tím nhạt.

- Kết luận: có thể nhận biết muối của kim loại nhóm IA thông qua 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.

Hướng dẫn chi tiết:

- Trước hết, đốt cháy các muối trên ngọn lửa không màu, ta phân biệt được các muối qua màu sắc của ngọn lửa: muối của kim loại Na có màu vàng; muối của kim loại K có màu tím nhạt và muối Li cho màu đỏ tía.

- Tiếp đến, dùng dung dịch BaCl₂ để phân biệt muối NaCl và Na₂SO₄. Khi cho BaCl₂ vào hai ống nghiệm chứa hai muối còn lại, ống nghiệm nào xuất hiện kết tủa trắng thì chứng đó là ống nghiệm chứa Na₂SO₄, ống còn lại không phản ứng với BaCl₂. Phương trình hoá học: 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.

Hướng dẫn chi tiết:

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

Hướng dẫn chi tiết:

Vì tính chất khi gặp nhiệt độ cao, NaHCO₃ dễ bị nhiệt phân làm sinh ra chất khí nên NaHCO₃ được dùng làm bột nở nhằm mục đích giúp làm tăng thế 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Vì các nguyên nhân sau nên NaHCO₃ được dùng để tạo bọt và tăng pH trong các loại thuốc sủi bọt:

- Khi NaHCO₃ tiếp xúc với dung dịch acid trong dạ dày sẽ tạo ra khí CO₂, khi đó diện tích tiếp xúc giữa thuốc và dạ dày tăng lên, thuốc sẽ được hấp thụ nhanh và hiệu quả hơn.

- NaHCO₃ khi tan trong nước tạo thành dung dịch NaOH (một chất chất kiềm mạnh), điều này làm tăng pH của dung dịch, NaOH sẽ phản ứng với acid trong dạ dày, phản ứng xảy ra làm 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.

Hướng dẫn chi tiết:

- Vì lượng ammonia dùng trong phương pháp Solvay được tái sử dụng liên tục, không tiêu hao hoặc thoát ra môi trường nên phương pháp Solvay còn được gọi là phương pháp tuần hoàn.

- Ưu điểm:

+ Nguyên liệu sản là những nguyên liệu rẻ, sẵn có, dễ dàng thực hiện

+ Quá trình sản xuất ở các phân đoạn cho phép dùng liên tục các khí có hại cho môi trường; bảo đảm các khí này không thoát ra môi trường, giữ môi trường sạch.

+ Chất lượng sản phẩm soda chất lượng cao, thoả mãn nhiều nhu cầu, mục đích của người sử dụng.

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

Hướng dẫn chi tiết:

BÀI TẬP

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

1. cho kim loại Na tác dụng với nước.
2. cho Na₂O tác dụng với nước.
3. điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn.
4. điện phân dung dịch NaCl bão hoà, không có màng ngăn.

Hướng dẫn chi tiết:

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

Phương trình hoá học: 2NaCl + 2H₂O  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.

Hướng dẫn chi tiết:

- Phương trình hoá học của phản ứng khi cho potassium tác dụng với chlorine là: 2K + Cl₂ → 2KCl

- Sản phẩm tạo thành là KCl, một chất tan tốt trong nước. Một số ứng dụng của nó:

+ KCl dùng làm phân bón, là nguyên liệu cung cấp Kali 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.

+ Ứng dụng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là 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:

1. a) Cho một mẩu kim loại sodium vào cốc nước.
2. b) Sục khí CO₂ vào dung dịch KOH.
3. c) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn Na₂CO₃.
4. d) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn KHCO₃.
5. e) Cho một lượng NaHCO₃ rắn vào ống nghiệm rồi đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn.

Hướng dẫn chi tiết:

Các phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm là:

1. a) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂
2. b) CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O

Hoặc CO₂ + KOH → KHCO₃

1. c) Na₂CO₃ +HCl → NaCl + CO₂ + H₂O
2. d) KHCO₃ + HCl → KCl + CO₂ + H₂O
3. e) 2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O