Luyện tập Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ (Tiếp)

 Lớp cặn trong cặn ấm đun nước thường là CaCO₃ (có thể do nước sử dụng là nước cứng tạm thời, toàn phần,...). Dùng giấm ăn (có chứa axit yếu là axit axetic CH₃COOH) để hòa tan cặn:

2CH₃COOH + CaCO₃ → (CH₃COO)₂Ca + CO₂↑ + H₂O

Khi cho dung dịch Ca(OH)₂ vào dung dịch Ca(HCO₃)₂ thấy có kết tủa trắng không tan xuất hiện.

Phương trình phản ứng minh họa

Ca(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ → 2CaCO₃ ↓ + 2H₂O 

Gọi số mol của MgCO₃ và CaCO₃ lần lượt là a, b:

MgCO₃  MgO + CO₂

      a              a         a

CaCO₃ CaO + CO₂

      b             b         b

n_CO2  = a + b mol

n_{BaCO3 bđ} = 7,88/197 = 0,04 mol

n_{BaCO3 dư} = 3,94/197 = 0,02 mol

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO_{3 ↓} + H₂O

0,04        0,04           0,04

2CO₂ + Ba(OH)₂ → Ba(HCO₃)₂ + H₂O

 0,04         0,02              0,02

Ba(HCO₃)₂  BaCO_3↓ + CO₂ + H₂O

 0,02                   0,02

Ta có hệ:

m = 84.0,06 + 100.0,02 = 7,04 gam

n_Ba(OH)2 = 0,04 + 0,02 = 0,06 mol

x = C_M = 0,06/1 = 0,06M 

 Các phát biểu đúng là: (1); (2); (5)

(3) sai vì nhiệt độ nóng chảy của kim loại kiềm thổ tuy cao hơn các kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối thấp.

(4) sai vì nhiệt độ sôi các kim loại kiềm thổ không biến đổi theo quy luật.

Gọi công thức chung của kim loại và oxit là MO_x (0 < x < 1) với số mol là a

Ta có sơ đồ phản ứng:

MO_x MCl₂ + H₂O + H₂

m_hh = a(M + 16x) = 0,88                    (1)

m_muối = a(M + 71) = 2,85                   (2)

Chia từng vế của (1) cho (2) ta được:

1,97M = 62,48 – 45,6x

Vì 0 < x < 1 nên 8,7 < M_M < 31,7

Vậy M là magie (Mg) hoặc beri (Be)

Dựa vào đáp án chọn Mg

 n_Ca(HCO3)2 = n_CO2 = 0,007 mol

Ca(HCO₃)₂  CaCO₃ + CO₂  + H₂O

   0,007                          0,007         

Trong 1 lít nước cứng có 0,07 mol Ca(HCO₃)₂          

Ca(HCO₃)₂ + NaOH CaCO₃ + NaHCO₃ + H₂O

   0,07          0,07

V_NaOH = 0,07/0,1 = 0,7 lít = 700 ml  

Nước cứng là nước có chứa nhiều cation Ca²⁺, Mg²⁺.

 Ta có: pH = 13 pOH = 1 [OH^-] = 0,1 M

n_OH- = 0,1.0,5 = 0,05 mol

Bảo toàn khối lượng ta có:

m_bazơ = m_{kim loại} + m_OH- = 2,22 + 0,05.17 = 3,07 gam

Vậy khối lượng chất rắn là 3,07 gam

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là giảm nồng độ cation Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước cứng

Nên 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

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃→ CaCO₃ + 2NaHCO₃

- Trong nhóm IIA có Be và Mg không phản ứng với H₂O ở nhiệt độ thường.

- Cát (SiO₂) có thể phản ứng với Mg ở nhiệt độ cao, do vậy dùng cát dập tắt sẽ làm đám cháy to hơn.

2Mg + SiO₂ Si + 2MgO

- Ca không thể đẩy Fe ra khỏi dung dịch muối vì Ca phản ứng với nước trong dung dịch.

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂

- Trong số các kim loại kiềm thổ bền, chỉ có kim loại bari có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối.

 Thạch cao nung (CaSO₄.H₂O) có khả năng kết dính tốt nên trong y học dùng để bó bột; trong xây dựng dùng để sản xuất xi măng chịu nước; đúc tượng, đúc các mẫu chi tiết tinh vi dùng trang trí nội thất; làm phấn viết.

Nước cứng không gây ngộ độc nước uống và cũng không có tính ăn mòn da tay.

 Gọi công thức chung 2 muối cacbonat là MCO₃ với số mol là x

Phương trình phản ứng:

MCO₃ + H₂SO₄ → MSO₄ + H₂O + CO₂

CO₂ phản ứng với dung dịch Ba(OH)₂

n_BaCO3 = 0,08 mol; n_Ba(OH)2 = 0,09 mol

Sau phản ứng thu được muối axit và kết tủa:

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O

2CO₂ + Ba(OH)₂ → Ba(HCO₃)₂

n_CO2 = 0,08 + 2.(0,09 - 0,08) = 0,1 = n_MCO3

M_MCO3 = 7,2/0,1 = 71 

M_M = 12

Kim loại chắc chắn có mặt trong hỗn hợp là Be

Nước cứng tạm thời là do các muối Ca(HCO₃)₂; Mg(HCO₃)₂ gây ra.

Nước cứng vĩnh cữu là do các muối CaCl₂; MgCl₂; CaSO₄; MgSO₄ gây ra.

Nước cứng toàn phần là nước có cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.

→ Nước cứng có chứa Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-; Cl^- thuộc loại nước cứng toàn phần

n_CO2 = 0,1792/22,4 = 0,008 mol; n_BaCO3 = 0,0015 mol

Gọi số mol NaOH và Ba(OH)₂ trong 50ml dung dịch X lần lượt là x, y ta có:

n_OH- = x + 2y; n_Ba²⁺ = y

Phương trình phản ứng trung hòa:

     H⁺  +    OH^-   H₂O

(x + 2y)(x + 2y)

Từ phương trình ta có: x + 2y = 0,1.0,1 = 0,01 mol

Phản ứng với CO₂ ta có: 

Vậy có 2 muối tạo thành: CO₃^2- a mol và HCO₃^- b mol

CO₂ + 2OH^- CO₃^2- + H₂O

a      2a       a      

CO₂ + OH- HCO₃^-

 b     b        b 

Ta thấy n_CO3^2- > n_BaCO3 

Toàn bộ Ba²⁺ đã phản ứng tạo kết tủa.

y = 0,0015 mol

x = 0,01 - 0,0015.2 = 0,007 mol

Vậy a = C_{M NaOH} = 0,14M

n_CO2 = 0,02 mol; n_Ba²⁺ = 0,012 mol

n_OH- = 0,1.0,06 + 0,12.2,0,1 = 0,03 mol

Ta có tỉ lệ:

tạo 2 muối CO₃^2- và HCO₃^- với số mol lần lượt là x và y

Bảo toàn C ta có:

x + y = n_CO2 = 0,02 mol                                                  (1)

Bảo toàn điện tích ta có:

2x + y = n_Na+ + 2n_Ba2+ = 0,006 + 0,024 = 0,03 mol       (2)

Từ (1) và (2) ta có: x = 0,01 mol, y = 0,01 mol

n_BaCO3 = n_CO3^2- = 0,01 mol ( vì n_Ba2+ > n_CO3)

m_BaCO3 = 0,01.197 =  1,97 gam

 Gọi số mol Na₂CO₃ và KHCO₃ là x mol, Ba(HCO₃)₂: y mol

Ta có dung dịch X tác dụng vừa đủ với 0,16 mol NaOH:

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

n_HCO3^- = n_OH^- = x + 2y = 0,16                    

Nếu dung dịch X chỉ có HCO₃^- thì lượng HCl cần dùng tối đa là 0,16 mol < 0,24 mol

Ba²⁺ + CO₃^2- BaCO₃

y        y   

Trong dung dịch X còn chứa CO₃^2- dư: (x - y) mol

n_CO3^2- dư = x - y = (0,24 - 0,16)/2 = 0,04 mol        

m_BaCO3 = 0,04. 197 = 7,88 gam