Đáp án Hoá học 12 kết nối Bài 24: Nguyên tố nhóm IA

BÀI 24. NGUYÊN TỐ NHÓM IA

MỞ ĐẦU

Các kim loại nhóm IA (nhóm kim loại kiềm) và hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng như: sản xuất pin lithium, nước Javel, phân kali, tế bào quang điện, đồng hồ nguyên tử,…

Vậy, đơn chất nhóm IA có đặc điểm gì nổi bật về tính chất vật lí và tính chất hóa học? Các hợp chất nhóm IA quan trọng như xút, soda được sản xuất trong công nghiệp như thế nào?

Giải chi tiết:

Đơn chất nhóm IA có những đặc điểm nổi bật về tính chất vật lí và tính chất hoá học, được thể hiện như sau:

- Tính chất vật lí: kim loại nhóm IA mềm, chúng có khối lượng riêng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp.

- Tính chất hoá học: kim loại nhóm IA có tính khử mạnh. Mức độ phản ứng của chúng với nước, chlorine và oxygen tăng dần trong dãy lithium, sodium, potassium.

Các hợp chất nhóm IA quan trọng như xút, soda được sản xuất trong công nghiệp được điều chế bằng các cách như sau:

- Xút được điều chế thông qua quá trình điện phân dung dịch NaCl. 

Phương trình điều chế: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + Cl₂ + H₂

- Soda được sản xuất bằng phương pháp Solvay từ nguyên liệu chính là đá vôi, muối ăn, ammonia và nước. Phương pháp này gồm 2 giai đoạn chính:

+ Giai đoạn 1: giai đoạn tạo NaHCO₃

Phương trình phản ứng: NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O NaHCO₃ + NH₄Cl

Khi làm lạnh, NaHCO₃ kết tinh và được chọn lọc, tách khỏi hệ phản ứng.

+ Giai đoạn 2: giai đoạn tạo Na₂CO₃

Phương trình phản ứng: 2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

I. ĐƠN CHẤT NHÓM IA

Hoạt động nghiên cứu: Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IA được trình bày trong Bảng 24.1.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận xét về xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử của nguyên tố nhóm IA.

2. Cho biết xu hướng biến đổi tính khử từ Li đến Cs, số oxi hóa đặc trưng của nguyên tử kim loại nhóm IA.

Giải chi tiết:

1. Bán kính nguyên tử của nguyên tố nhóm IA tăng dần từ Li đến Cs.

2. Trong dãy hoạt động điện hoá, tính khử của kim loại nhóm IA giảm dần từ Li đến Cs. Do cấu hình electron của các nguyên tố nhóm IA đều có 1 electron ở lớp ngoài cùng nên số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử kim loại nhóm IA là +1.

Câu hỏi 1: Tại sao các nguyên tố kim loại nhóm IA không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên?

Giải chi tiết:

Các nguyên tố kim loại nhóm IA không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên vì có nguyên tố kim loại này đều là những kim loại hoạt động rất mạnh. Khi ở ngoài môi trường không khí (có nước, O₂,…), các kim loại này dễ dàng tác dụng với các chất ở môi trường xung quanh tạo thành hợp chất, do đó chúng không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên.

Hoạt động nghiên cứu: Một số thông số vật lí của kim loại nhóm IA được trình bày ở Bảng 24.2.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận xét về xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại nhóm IA.

2. Dựa vào Bảng 24.2, hãy nhận xét về khối lượng riêng và độ cứng của các kim loại nhóm IA.

Giải chi tiết:

1. Từ Li đến Cs, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giảm dần.

2. Khối lượng riêng của các kim loại nhóm IA tăng dần từ Li đến Cs còn độ cứng của chúng giảm dần từ Li đến Cs.

Hoạt động nghiên cứu: Lithium, sodium, potassium tác dụng với nước, chlorine, oxygen

Ba thí nghiệm về phản ứng của lithium, sodium, potassium với nước, chlorine, oxygen đã được thực hiện và quan sát thấy các hiện tượng như được mô tả dưới đây:

Hóa chất: kim loại lithium, sodium, potassium, nước.

Dụng cụ: 3 bình tam giác đựng khí oxygen, 3 bình tam giác đựng khí chlorine, 3 chậy thủy tinh, muôi sắt, dao, kẹp sắt.

Thí nghiệm 1: Tác dụng với nước

Tiến hành:

Cho mỗi mẩu kim loại vào một chậu thủy tinh chứa nước, hiện tượng xảy ra được ghi lại ở Bảng 24.3.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. So sánh mức độ phản ứng của Li, Na, K với nước.

2. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra. Nêu cách nhận biết môi trường của các dung dịch sau phản ứng.

Thí nghiệm 2: Tác dụng với chlorine

Tiến hành:

Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy, rồi đưa nhanh vào bình đựng khí chlorine.

Hiện tượng xảy ra như sau: Các kim loại bốc cháy với mức độ tăng dần từ Li đến K.

Thực hiện yêu cầu sau:

Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

Thí nghiệm 3: Tác dụng với oxygen

Tiến hành:

Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy rồi đưa nhanh vào bình đựng khí oxygen.

Hiện tượng xảy ra như sau: Các kim loại bốc cháy với mức độ tăng dần từ Li đến K.

Thực hiện yêu cầu sau:

Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

Giải chi tiết:

- Thí nghiệm 1: Tác dụng với nước.

1. Từ Li đến K, mức độ phản ứng với nước của các kim loại này tăng dần.

2. Phương trình hoá học của các phản ứng:

2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

Để nhận biết môi trường của các dung dịch sau phản ứng (LiOH, NaOH, KOH) ta dùng phenolphthalein để nhận biết vì khi cho phenolphthalein vào các ống nghiệm thì dung dịch các chất sẽ chuyển sang màu hồng, chứng tỏ môi trường khi đó là môi trường kiềm.

- Thí nghiệm 2: Tác dụng với chlorine

Phương trình hoá học của các phản ứng là: 

2Li + Cl₂ 2LiCl 

2Na + Cl₂  2NaCl 

2K + Cl₂  2KCl 

Thí nghiệm 3: Tác dụng với oxygen

Phương trình hoá học:

4Li + O₂ 2Li₂O

4Na + O₂ 2Na₂O

4K + O₂ 2K₂O

Câu hỏi 2: Trong phòng thí nghiệm:

a) Khi cho kim loại nhóm IA (Li, Na, K) tác dụng với nước thì cần lấy mẩu kim loại nhỏ. Giải thích.

b) Sodium được dùng để loại nước khỏi một số dung môi hữu cơ như ether. Giải thích.

Giải chi tiết:

a) Khi cho kim loại nhóm IA (Li, Na, K) tác dụng với nước thì cần lấy mẩu kim loại nhỏ vì các kim loại nhóm IA đều là kim loại mạnh trong dãy hoạt động điện hoá và khi dùng mẩu kim loại  có diện tích nhỏ trong thí nghiệm sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc giữa kim loại với nước, từ đó làm tăng tốc độ của phản ứng và hiệu suất phản ứng cũng được bảo đảm.

b) Sodium được dùng để loại nước khỏi một số dung môi hữu cơ như ether vì sự có mặt của nước trong các dung môi hữu cơ sẽ làm suy giảm hiệu suất phản ứng, do đó khi cho sodium – một kim loại có tính khử mạnh vào thì sodium sẽ tác dụng với nước, loại bỏ nước có trong dung môi hữu cư. Phương trình hoá học xảy ra là: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Câu hỏi 3: 

a) Tại sao có thể bảo quản Na, K bằng cách ngâm trong dầu hỏa?

b) Có thể sử dụng các alcohol (ví dụ ethanol) để bảo quản kim loại nhóm IA không? Giải thích.

Giải chi tiết: