Kim loại kiềm

Bài học: Kim loại kiềm gồm vị trí cấu tạo kim loại kiềm, tính chất kim loại kiềm, ứng dụng điều chế kim loại kiềm. Bên cạnh đó, bài học kèm theo một số ví dụ, hình ảnh thí nghiệm phương trình chi tiết cụ thể. 

I. Ví trí, cấu tạo kim loại kiềm

1. Vị trí của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn

2. Cấu tạo

Các kim loại kiềm có năng lượng ion hóa I₁ nhỏ nhất so với các kim loại khác. Từ Li đến Fr, I₁ giảm dần.

Cấu tạo đơn chất: các đơn chất nhóm IA đều có cấu tạo mạng lập phương tâm khối.

II. Tính chất vật lý kim loại kiềm

Màu sắc trắng bạc. Nhiệt độ nóng chảy, sôi: thấp. Li đến Cs giảm dần. Dẫn điện: tốt. Độ cứng thấp. Khối lượng riêng: nhỏ. Tất cả đều là kim loại nhẹ. Li nhẹ hơn dầu hỏa. Na, K nhẹ hơn nước (-Rb, Cs)

=> Do cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối có cấu trúc tương đối rỗng, liên kết kim loại yếu

III. Tính chất hóa học kim loại kiềm

Các kim loại kiềm có tính khử mạnh:

M → M⁺ + 1e

Trong mọi hợp chất, kim loại kiềm có số oxi hóa +1.

1. Tác dụng với phi kim

• Tác dụng với oxi

Khi cháy trong oxi hoặc không khí, chỉ có Li là tạo ra oxit bình thường Li₂O, các kim loại còn lại ngoài tạo thành oxit bình thường còn có thêm peoxit và supeoxit như Na còn tạo thành peoxit Na₂O₂ (oxi ở trạng thái ion O₂^2-). K, Rb và Cs tạo thành supeoxit MO₂ (oxi ở dạng O₂^-).

2Na + O₂ Na₂O₂ (natri peoxit)

4Na + O₂ Na₂O (natri oxit)

• Tác dụng với clo

Ở nhiệt độ thường các kim loại kiềm tự bốc cháy trong khí quyển clo và tạo ra các halogenua MCl.

2K + Cl₂ → 2KCl

2. Tác dụng với axit

Kim loại kiểm khử mạnh ion H+ trong dung dịch axit HCl và H₂SO₄ loãng thành khí hidro. pHản ứng xảy ra rất mãnh liệt. Tất cả các kim loại kiểm đều nổ khi tiếp xúc với axit. 

2M + 2H⁺ → 2M⁺ + H₂

Thí dụ:

Na + HCl → NaCl + 1/2 H₂↑

Na dư + H₂O → NaOH + 1/2 H₂↑

3. Tác dụng với nước

Kim loại kiểm khử nước dễ dàng ở nhiệt độ thường giải phóng khí hidro

2M + 2H₂O → 2MOH + H₂

Từ Li đến Cs phản ứng với nước xảy ra ngày càng mãnh liệt. 

Na: bị nón chảy và chạy trên mặt nước

K: tự bùng cháy

Rb, Cs: phản ứng mãnh liệt khi tiếp xúc với nước. 

Thí dụ: Cho Na tác dụng với nước. Natri bị nóng chảy chạy trên mặt nước

Na + H₂O → NaOH + 1/2 H₂

4. Tác dụng với dung dịch muối

Khi cho Na tác dụng với dung dịch muối CuSO₄ sẽ có bọt khí và kết tủa Cu(OH)₂ màu xanh.

Phương trình phản ứng hóa học

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

IV. Ứng dụng, điều chế kim loại kiềm

1. Ứng dụng

• Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy.
• K, Na dùng làm chất trao đổi nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân.
• Cs dùng chế tạo tế bào quang điện.
• Dùng để điều chế một số kim loại quí hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện.
• Dùng làm xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ.

2. Điều chế

Điện phân nóng chảy muối halogenua hoặc hiđroxit của kim loại kiềm trong điều kiện không có không khí.

Thí dụ: Điện phân NaCl nóng chảy để điều chế natri 

2NaCl 2Na + Cl₂