Luyện tập kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

Để nhận biết các dung dịch trên ta sử dụng quỳ tím:

Quỳ tím chuyển đỏ nhận biết được H₂SO₄

Quỳ tím không đổi màu là: BaCl₂, K₂SO₄

Sử dụng H₂SO₄ nhận biết được ở trên nhận biết đươc BaCl₂

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2HCl

 n_Ba(OH)2 = 0,02 mol; n_CuSO4 = 0,02 mol

=> n_Cu(OH)2 = nCu = 0,02 mol;

n_BaSO4 = n_Ba(OH)2 = n_CuSO4 = 0,02 mol

=> m_{kết tủa} = m_Cu(OH)2 + m_BaSO4 = 0,02.98 + 0,02.233 = 6,62 gam

 Muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm không bị nhiệt phân.

 Sử dụng lần lượt thuốc thử KOH và K₂CO₃ để nhận biết các dung dịch trên:

Cho KOH lần lượt vào các mẫu thử. Có kết tủa trắng là MgCl₂

2KOH + MgCl₂ → Mg(OH)₂↓ + 2KCl

Tiếp tục cho K₂CO₃ vào 2 mẫu thử còn lại ⇒ Xuất hiện tủa trắng là BaCl₂

K₂CO₃ + BaCl₂ → BaCO₃↓ + 2KCl

 n_H2 = 5,6/22,4 = 0,25 mol

Gọi công thức trung bình 2 kim loại kiềm: M

Gọi số mol trong 23 gam hỗn hợp đầu: M = x mol và Ba = y mol.

Phương trình phản ứng:

2M + 2H₂O → 2MOH + H₂ ↑ (1)

x          x                    0,5x

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂ ↑ (2)

y              y                     y

nH₂ = 0,25 mol nên:

0,5x + y = 0,25 => x + 2y = 0,5 (3)

Khi cho dung dịch thu được tác dụng với dung dịch Na₂SO₄:

Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaOH (4)

Khi cho thêm 0,09 mol Na₂SO₄ thì trong dung dịch còn dư Ba(OH)₂

y > 0,09.

Khi cho thêm 0,105 mol Na₂SO₄, trong dung dịch còn dư Na₂SO₄ nên

y < 0,105.

Mặt khác:

x + 2y = 0,5 (3) => x = 0,5 - 2y (3)

Mx + 137y = 23 (5)

Thế (3) vào (5) ta được

M.(0,5 - 2y) + 137y = 23

0,5M - 2My + 137y = 23

0,5M - y(2M - 137) = 23

y = (23 - 0,5M): (137 - 2M)

Mặt khác: 0,09 < y < 0,105 → 29,7 < M < 33,34

Khối lượng mol trung bình của 2 kim loại kiềm liên tiếp là: 29,7 < M < 33,34.

Hai kim loại đó là Na (Na = 23) và K (K = 39).

Chất có thể làm mềm nước cứng tạm thời là những chất hòa vào nước để kết hợp với ion Ca²⁺, Mg²⁺ thành các chất kết tủa không tan trong nước.

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃ + 2H₂O.

Na, K, Ba: có cùng kiểu mạng tinh thể lập phương tâm khối.

Mg: có kiêu mạng tinh thể lục phương.

Ca: có kiểu mạng lập phương tâm diện.

 Phản ứng có thể xảy ra là:

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O (1)

2CO₂ + Ba(OH)₂ → Ba(HCO₃)₂ (2)

Khi sục CO₂ vào dung dịch Ba(OH)₂, kết tủa thu được là BaCO₃

Ta có: n_BaCO3 = 39,4/197 = 0,2 (mol)

n_Ba(OH)2 = 0,3.1 = 0,3 (mol)

So sánh thấy: n_BaCO3 ≠ n_Ba(OH)2 nên có hai trường hợp:

Trường hợp 1: xảy ra phản ứng (1), tạo muối BaCO₃, Ba(OH)₂ còn dư:

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O (1)

Lúc đó: n_CO2 = n_BaCO3 = 0,2 (mol)

Vậy: V_CO2 = 0,2.22,4 = 4,48 (lít)

Trường hợp 2: Xảy ra hai phản ứng, tạo muối (CO₂ và Ba(OH)₂ đều hết).

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O (1)

0,2 ← 0,2 ← 0,2 (mol)

2CO₂ + Ba(OH)₂ → Ba(HCO₃)₂ (2)

Ở phản ứng (1):

n_{CO2 pư(1)} = n_{Ba(OH)2 pư (1)} = n_BaCO3 = 0,2 (mol)

Ở phản ứng (2):

⇒ n_{Ba(OH)2 pư (2)} = n_{Ba(OH)2 bđ} - n_{Ba(OH)2 pư (1)} = 0,3 - 0,2 = 0,1 (mol)

⇒ n_{CO2 pư (2)} = 2.0,1 = 0,2 (mol)

Suy ra tổng số mol CO₂

n_CO2 = n_{CO2 pư(1)} + n_{CO2 pư(2)} = 0,2 + 0,2 = 0,4 (mol)

⇒ V_CO2 = 0,4.22,4 = 8,96 (lít)

Vậy thể tích CO₂ có 2 giá trị là: 4,48 (lít) và 8,96 (lít)

Điều chế kim loại kiềm thổ bằng cách điện phân nóng chảy muối halogenua của chúng.

MCl₂ 2M + Cl₂

 Khi sục khí CO₂ vào dung dịch nước vôi trong, ban đầu xuất hiện kết tủa trắng CaCO₃.

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

Sau đó, khi lượng CO₂ dư sẽ hòa tan phần kết tủa này và dung dịch trở nên trong suốt.

CO₂ + CaCO₃ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

Phương trình phản ứng lần lượt là:

Na₂O + H₂O → 2NaOH

NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃ + H₂O

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2NaCl

Vậy dung dịch sau phản ứng thu được là NaCl

 Ta có Ca + H₂ → CaH₂ (canxi hidrua).

Trong phương trình này Ca đóng vai trò là chất khử (bị oxi hóa).

Gọi công thức trung bình của hai muối là MCO₃

n_CO2 = 0,075 mol

MCO₃ → MO + CO₂ (1)

Theo phương trình hóa học (1)

Ta có n_CO2 = n_MCO3 = 0,075 mol

Hỗn hợp rắn Y gồm: MCO₃ dư và MO

Y tác dụng hết với dung dịch HCl dư

MCO₃ + 2HCl → MCl₂ + CO₂ + H₂O

MO + 2HCl → MCl₂ + H₂O

Khí thoát ra hấp thụ hết bởi dung dịch Ca(OH)₂ dư

CO₂ + Ca(OH)₂ dư → CaCO₃ ↓ + H₂O

n_CaCO3= 7,5/100 = 0,075 mol

→ n_{MCO3 dư} = 0,075 mol

n_{MCO3 ban đầu} = 0,075 + 0,075 = 0,15 mol

Bảo toàn nguyên tố kim loại M có:

n_MCO3 = n_MCl2= 0,15 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có:

m_MCO3 = m_MCl2 - 0,15.(71 - 60) = 16,25 - 1,65 = 14,6 (gam)

CaCO₃ được dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, thủy tinh,...

Đá hoa dùng trong các công trình mĩ thuật (tạc tượng, trang trí,...)

Đá phấn nghiền thành bột mịn làm phụ gia của thuốc đánh răng, thức ăn gia súc...

Phương trình phản ứng

Ca + O₂ CaO

Khi đốt cháy canxi sẽ tạo thành canxi oxit (còn được biết đến với tên gọi canxia, các tên gọi thông thường khác là vôi sống, vôi nung).

Nhóm IIA gồm các kim loại kiềm thổ có cấu hình lớp ngoài cùng là ns² (có tối đa 2e).