Giải SGK Hóa 12 Cánh diều Bài 18: Nguyên tố nhóm IIA - Giải SGK Hóa học 12 - Cánh Diều

Mở đầu:

Nguyên tố nhóm IIA và một số hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn (Hình 18.1).

a) Nêu một số ứng dụng của đơn chất và hợp chất của nguyên tố nhóm IIA mà em biết.

b) Kim loại nhóm IIA có những tính chất vật lí và tính chất hoá học nào?

Lời giải:

- Ứng dụng đơn chất: Mg, Ca là các nguyên tố vi lượng trong cơ thể con người. Ba là chất cản quang trong y tế.

- Ứng dụng của hợp chất: CaCO₃ dùng để sản xuất xi măng.

b) Kim loại nhóm IIA có tính chất vật lí: khối lượng riêng nhỏ, độ nóng chảy cao hơn nhóm IA. Tính chất hóa học: thể hiện tính khử.

II. Đơn chất

Câu hỏi 1: Trong cùng chu kì, kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hơn hay yếu hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA? Giải thích.

Lời giải:

- Khi xét về cấu hình electron, lớp e ngoài cùng của kim loại kiềm ít hơn của kim loại kiềm thổ 1 electron, do đó kim loại kiềm dễ dàng trao đi 1 electron để phản ứng khử. Điều đó giải thích cho việc kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA.

Câu hỏi 2: Dựa vào tính khử của kim loại và độ tan của các hydroxide, dự đoán:

a) Magnesium hay barium phản ứng với oxygen mạnh hơn.

b) Calcium hay barium phȧn ứng với nước mạnh hơn.

Lời giải:

a) Trong nhóm IIA, tính khử của kim loại tăng từ Be đến Ba. Do đó tính khử của Ba mạnh hơn Mg. Nên barium phản ứng với oxygen mạnh hơn magnesium.

b) Tính khử của Ca < Ba và độ tan trong nước của Ca(OH)2 cũng thấp hơn Ba(OH)2. Do đó barium phȧn ứng với nước mạnh hơn calcium.

Câu hỏi 3: Vì sao magnesium phȧn ứng rất chậm với nước?

Lời giải:

- Vì độ tan của Mg(OH)₂nhỏ hơn phản ứng của Mg và H₂O nên Mg phản ứng rất chậm với nước.

Vận dụng 1: Tìm hiểu và cho biết, ngoài tham gia tạo hợp kim, các kim loại nhóm IIA còn có những ứng dụng nào khác.

Lời giải:

Ngoài tham gia tạo hợp kim, các kim loại nhóm IIA còn có những ứng dụng như:

- Be: được sử dụng trong các vũ khí hạt nhân.

- Mg: được dùng để sản xuất pháo hoa.

- Ca: được dùng để điều chế các kim loại khác như uranium, thorium.

- Sr: được dùng để sản xuất pháo hoa.

- Ba: được dùng làm chất cản quang trong y tế.

Luyện tập 1: Magnesium là kim loại cơ bản trong hợp kim dùng để chế tạo khung và cánh của các thiết bị bay (Hình 18.3). Theo em, ứng dụng trên dựa vào tính chất vật lí nào của hợp kim magnesium?

Lời giải:

- Dựa trên cường độ chịu lực riêng của hợp kim magnesium rất cao, dễ đúc dễ tạo hình và không bị nhiễm từ.

III. Hợp chất của các nguyên tố nhóm IIA

Thí nghiệm 1: So sánh độ tan của muối BaSO4 và CaSO4

Chuẩn bị:

- Hoá chất: Dung dịch BaCl2, CaCl2, cùng nồng độ 0,1 M; dung dịch CuSO4 5%.

- Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho 2 mL dung dịch BaCl2 vào ống nghiệm (1), 2 mL dung dịch CaCl2 vào ống nghiệm (2). Cho từ từ từng giọt dung dịch CuSO4 vào mỗi ống nghiệm và lắc đều cho đến khi có kết tủa trong ống nghiệm thì dừng lại.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng, so sánh thời điểm xuất hiện kết tủa trong mỗi ống nghiệm, giải thích.

Lời giải:

- Thời điểm xuất hiện kết tủa trong ống nghiệm số (2) sớm hơn so với ống nghiệm số (1), do độ tan của ion Ca2+ cao hơn của ion Ba2+ trong dung dịch chứa ion SO42-.

Câu hỏi 4: Phản ứng giữa các chất nào sau đây tạo ra chất không tan?

a) K2CO3 + Ca(OH)2 ⟶ ?

b) H2SO4 + NaOH ⟶ ?

c) HNO3 + Mg(OH)2 ⟶ ?

d) Na2SO4 + Ba(OH)2 ⟶ ?

Lời giải:

a) K2CO3 + Ca(OH)2 ⟶ 2KOH + CaCO3

b) H2SO4 + 2NaOH ⟶ Na2SO4 + 2H2O

c) 2HNO3 + Mg(OH)2 ⟶ Mg(NO3)2 + 2H2O

d) Na2SO4 + Ba(OH)2 ⟶ 2NaOH + BaSO4

Mà CaCO3 và BaSO4 là chất không tan trong nước.

Vậy phản ứng a và d tạo ra chất không tan.

Luyện tập 2: Vì sao các khoáng vật calcite, dolomite,... hầu như không tan trong nước?

Lời giải:

- Các khoáng vật calcite, dolomite là muối của Mg và Ca với CO₃^2-, nên hầu như không tan trong nước.

Câu hỏi 5: Dùng nước có thể phân biệt MgCO3(s) và Mg(NO3)2(s) được không? Giải thích.

Lời giải:

Dựa vào bảng 18.3:

Ta thấy, MgCO3 không tan trong nước còn Mg(NO3)2 tan tốt trong nước.

Do đó có thể dùng nước để phân biệt MgCO3(s) và Mg(NO3)2(s).

Luyện tập 3: Một mẫu nước giếng có chứa các ion Ca2+, Na+, Mg2+, Cl- và $S O_{4}^{2 -}$ . Viết phương trình hoá học của các phản ứng tạo chất không tan khi cho dung dịch soda vào mẫu nước giếng trên.

Lời giải:

Các phương trình phản ứng gồm có:

Luyện tập 4: Vì sao khi có sự gia tăng nồng độ của carbon dioxide trong nước biển thì các rạn san hô và núi đá vôi có thể bị phá huỷ, xói mòn?

Lời giải:

- Các rạn san hô và núi đá vôi có thể bị phá hủy xói mòn theo phương trình: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

Câu hỏi 6: Dựa vào Bảng 18.4, hãy cho biết quá trình phân huỷ 1 mol muối carbonate của nguyên tố nhóm IIA nào cần hấp thu nhiều năng lượng hơn.

Lời giải:

Dựa vào Bảng 18.4: Giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng phân huỷ muối carbonate của một số nguyên tố nhóm IIA và xu hướng biến đổi nhiệt độ phân huỷ.

Ta thấy, quá trình phân huỷ 1 mol muối carbonate của nguyên tố barium cần nhiều năng lượng nhất do biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng phân huỷ BaCO3 lớn nhất.

BaCO3(s) $\overset{t °}{\to}$ BaO(s) + CO2(g) ∆r $H_{298}^{0}$ = 271,5 kJ/mol.

Thí nghiệm 2: Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của các ion Ca2+, Ba2+, $S O_{4}^{2 -}$ , $C O_{3}^{2 -}$

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ca2+ trong dung dịch

Chuẩn bị:

- Hoá chất: Dung dịch CaCl2 0,1 M; Na2CO3 0,1 M; HCl 1,0 M.

- Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch CaCl2, thêm từ từ cho đến hết khoảng 10 giọt dung dịch Na2CO3 lắc đều. Tiếp tục thêm vào khoảng 10 giọt dung dịch HCl, lắc đều.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ba2+ trong dung dịch

Chuẩn bị:

- Hoá chất: Dung dịch BaCl2 0,1 M; H2SO4 1,0 M.

- Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch BaCl2, thêm từ từ cho đến hết khoảng 6 – 8 giọt dung dịch H2SO4 lắc đều.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion $S O_{4}^{2 -}$ trong dung dịch

Chuẩn bị:

- Hoá chất: Dung dịch ZnSO4 0,1 M; BaCl2 0,1 M; HCI 1,0 M.

- Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch ZnSO4 thêm từ từ cho đến hết khoảng 10 giọt dung dịch BaCl2, lắc ống nghiệm. Tiếp tục thêm vào khoảng 2 – 3 giọt dung dịch HCl, lắc đều.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion $C O_{3}^{2 -}$ trong dung dịch

Chuẩn bị:

- Hoá chất: Dung dịch Na2CO3 1,0 M, HCl 1 M.

- Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giấy chỉ thị pH.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch Na2CO3. Dùng giấy chỉ thị pH để kiểm tra môi trường dung dịch. Thêm tiếp 2 mL dung dịch HCl vào ống nghiệm, lắc đều, đưa que diêm đang cháy đến miệng ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Lời giải:

Ban đầu ta thấy xuất hiện kết tủa màu trắng, sau khi cho HCl vào thì có khí bay lên và kết tủa bị hòa tan.

IV. Nhận biết kim loại và ion kim loại nhóm IIA

Vận dụng 2: Tìm hiểu các triệu chứng của các bệnh về răng và xương có liên quan đến sự thiếu hụt calcium trong cơ thể. Đề xuất một số biện pháp để phòng tránh, hạn chế một số bệnh trên.

Lời giải:

- Khi thiếu hụt calcium trong cơ thể có thể mắc một số triệu chứng: lung lay răng, xương dễ gãy, loãng xương,….

- Bổ sung thêm calcium để giảm triệu chứng.

Bài tập

Bài tập 1: Nêu các đặc điểm giống nhau và khác nhau về cấu tạo nguyên tử và tính chất giữa kim loại nhóm IIA với kim loại kiềm.

Lời giải:

- Giống nhau:

+ Bán kính nguyên tử lớn hơn so với các nguyên tố khác trong cùng chu kì, số electron lớp ngoài cùng ít.

+ Là kim loại nhẹ, khối lượng riêng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp.

+ Có tính khử mạnh thể hiện qua các phản ứng tác dụng với các chất như phi kim (O2, Cl2, …), H2O, …

- Khác nhau:

Bài tập 2: Dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn của kim loại (Bảng 10.1) và giá trị thế điện cực chuẩn của quá trình 2H2O + 2e ⇌ H2 + 2OH- với $E_{2 H_{2} O / 2 O H^{-} + H_{2}}$ = – 0,413 V ở pH = 7, hãy :

a) Sắp xếp Na, Mg, Cu theo dãy tăng dần tính khử của kim loại.

b) Giải thích vì sao Na và Mg tác dụng được với nước.

Lời giải:

a. Thứ tự tăng dần tính khử: Cu, Mg, Na.

b. Na và Mg tác dụng được với nước là do và đều nhỏ hơn , do đó mà chúng tan được trong nước.

Bài tập 3: Khi cho lượng soda phù hợp vào dung dịch có chứa cation Ca2+ và Mg2+ thì hai cation này sẽ bị tách ra khỏi dung dịch. Viết phương trình hoá học minh hoạ.

Lời giải:

PTHH:

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

Mg²⁺ + CO₃^2- → MgCO₃↓

Bài tập 4: Đề xuất phương án phân biệt các dung dịch không màu CaCl2, BaCl2, KCl, NaCl và Na2CO3.

Lời giải:

- Trích nhỏ mẫu thử rồi đánh số thứ tự.

- Cho quỳ tím vào từng mẫu thử.

+ Mẫu thử làm quỳ tím chuyển màu xanh là: Na2CO3

Na2CO3 ⟶ 2Na+ + $C O_{3}^{2 -}$

$C O_{3}^{2 -}$ + H2O ⇌ + OH−

+ Các mẫu thử không làm quỳ tím chuyển màu là: CaCl2, BaCl2, KCl, NaCl

- Dùng que platinum sạch nhúng vào từng mẫu thử còn lại rồi đưa lên ngọn lửa đèn khí.

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu đỏ cam là: CaCl2

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu lục là: BaCl2

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu tím là: KCl

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu vàng là: NaCl