Bài 26: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của chúng

1.1.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

• Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm các nguyên tố: Be,  Mg,  Ca,   Sr,  Ba,  Ra
• Cấu tạo : cấu hình e lớp ngoài cùng ns² (n là thứ tự của chu kỳ) KL kiềm thổ có 2e lớp ngoài cùng 

1.1.2. Tính chất vật lí của kim loại kiềm thổ

• Có màu trắng bạc, có thể dát mỏng , nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ.

1.1.3. Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ

• KL kiềm thổ có năng lượng ion hoá tương đối nhỏ. Vì vậy KLK thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be → Ba . Ta có:  M → M²⁺   + 2e 

• Trong hợp chất KLKthổ có số oxi hoá = +2

a. Tác dụng với phi kim

Thí nghiệm Đốt cháy Magie: \(2\mathop {Mg}\limits^0 + \mathop {{O_2}}\limits^0 \to 2\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \mathop O\limits^{ - 2}\)

b. Tác dụng với dung dịch Axit

Thí nghiệm: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 2\mathop {HCl}\limits^{ + 1} \to \mathop {Mg}\limits^{ + 2} C{l_2} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \uparrow\)

c. Tác dụng với axit HNO₃, H₂SO₄ đặc

KLK thổ có thể khử \(\mathop N\limits^{ + 5}\) trong HNO₃ loãng xuống \(\mathop N\limits^{ - 3} ,\mathop S\limits^{ + 6}\)  trong H₂SO₄ đặc xuống \(\mathop S\limits^{ -2}\)

• Thí nghiệm Magie trong axit sunfuric: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 5{H_2}S{O_4} \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} S{O_4} + {H_2}\mathop S\limits^{ - 2} + 4{H_2}O\)

• Thí nghiệm Magie trong HNO₃: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 10HN{O_3}(loang) \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} {(N{O_3})_2} + \mathop N\limits^{ - 3} {H_4}N{O_3} + 3{H_2}O\)​

d. Tác dụng với nước

Thí nghiệm Canxi tác dụng với nước:  Ca  +2 H₂O  →  Ca(OH)₂  +H_{2\(\uparrow\)}

1.2.1. Canxi hidroxit

• Ca(OH)₂ là bazơ mạnh, dễ dàng hấp thụ khí CO₂. Phương trình: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
• Ứng dụng: Sản xuất amoniac (NH₃), Clorua vôi (CaOCl₂)...

1.2.2. Canxi cacbonat (CaCO₃)

• Dễ bị nhiệt phân huỷ: CaCO_3­  \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaO  + CO₂  
• CaCO_3­ tan dần trong nước có hoà tan CO₂: CaCO_3­ +  CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂
• Ứng dụng: Dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, ...

1.2.3. Canxi sunfat

• Là chất rắn màu trắng, tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO₄.2H₂O gọi là thạch cao sống.

• Khi đun nóng đến 160⁰C thạch cao sống biến thành thạch cao nung. 

     CaSO₄.2H₂O \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaSO₄.H₂O + H₂O

• Ứng dụng: Dùng để nặn tượng, đúc khuôn, bó bột khi gãy xương, ...

1.3.1. Khái niệm

Nước cứng là nước có chứa ion Ca²⁺, Mg²⁺

• Nước cứng tạm thời: Là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ 
  • _{​\(Ca{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\)}
  • _{\(Mg{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}MgC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\)}
• _​Nước cứng vĩnh cửu: Là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, cloruacủa canxi và magie(CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄) 

1.3.2. Tác hại của nước cứng

• Trong đời sống : dùng nước cứng để tắm giặt không sạch, làm quần áo chóng hỏng
• Trong sản xuất : Tạo cặn, lãng phí nhiên liệu tắc đường ống nước 

1.3.3. Cách làm mềm nước cứng

• Phương pháp kết tủa:
  • Đun nóng
  • Dùng NaOH
  • Dùng Na₂CO₃Hoặc Na₃PO₄
• Phương pháp trao đổi ion

1.3.4. Nhận biết ion Ca²⁺, Mg²⁺ trong dung dịch

Dùng dd muối chứa CO₃^2- sẽ tạo kết tủa CaCO₃ , MgCO₃ . Sục khí CO₂ dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ có mặt của Ca²⁺, Mg²⁺

Bài 1:

Trong tự nhiên, các nguyên tố Ca và Mg có trong quặng Đôlômit: CaCO₃.MgCO₃. Từ quặng này hãy trình bày phương pháp hóa học điều chế hai chất riêng biệt là CaCO₃ và MgCO₃.

Hướng dẫn:

Dùng dung dịch HCl hòa tan quặng, ta được dung dịch hỗn hợp MgCl₂ và CaCl₂. Pha loãng dung dịch hỗn hợp và dùng dung dịch NaOH làm kết tủa hoàn toàn Mg(OH)₂ do độ tan của Ca(OH)₂ gấp 80 lần Mg(OH)₂. Lọc kết tủa Mg(OH)₂ và phần nước trong.

Cho phần nước trong chứa CaCl₂ tác dụng với dung dịch Na₂CO₃ ta thu được kết tủa CaCO₃. Dùng axit HCl hòa tan kết tủa Mg(OH)₂, sau đó dùng dung dịch Na₂CO₃ kết tủa lại MgCO₃

Bài 2:

Có 3 cốc đựng lần lượt: nước mưa, nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu. Hãy nhận biết nước đựng trong mỗi cốc bằng phương pháp hóa học. Hãy viết phương trình hóa học.

Hướng dẫn:

- Đun sôi 3 ống nghiệm đựng 3 loại nước. Nếu có kết tủa đó là nước có tính cứng tạm thời.

- Dùng dung dịch Na₂CO₃ sẽ nhận biết được nước có tính cứng vĩnh cửu. Còn lại là nước mưa.

Phương trình hóa học:

\(Ca{(HC{O_3})_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} \downarrow + C{O_2} \uparrow + {H_2}O\)

\(\begin{array}{l} CaC{l_2} + N{a_2}C{O_3} \to CaC{O_3} \downarrow + 2NaCl\\ CaS{O_4} + N{a_2}C{O_3} \to CaC{O_3} \downarrow + N{a_2}S{O_4} \end{array}\)

Bài 3:

Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO₂ (đktc) vào 400 ml dung dịch Ba(OH₎₂ 0,2M, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

\(n_{{CO_{2}}} = 0,1 ; \ n_{OH^-} = 0,4. 2. 0,2 = 0,16 \ mol\)
CO₂ + 2OH ^– → CO₃^{2 –} + H2O
 a        2a            a
CO₂ + OH^- → HCO₃^-
b          b           b
\(\Rightarrow \left\{\begin{matrix} a + b = 0,1 \ \ \ \\ 2a + b = 0,16 \end{matrix}\right. \Rightarrow \left\{\begin{matrix} a = 0,06 \\ b = 0,04 \end{matrix}\right.\)
⇒ m_{BaCO3 ↓} = 0,06.197 = 11,82 gam

Bài 1:

Cho từ từ dung dịch chứa a mol Ba(OH)₂ vào dung dịch chứa b mol ZnSO₄. Đồ thì biểu diễn số mol kết tủa theo giá trị của a nhứ sau:

Giá trị của b là:

Hướng dẫn:

Tại \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 2b mol thì kết tủa ổn định ⇒ chỉ có BaSO₄ (x > b > 0,0625)
Tại \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,0625 và 0,175 mol thì đều có lượng kết tủa x như nhau
+) Tại: \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,0625 mol [SO₄^2- dư và Zn²⁺ dư]
\(\Rightarrow n_{BaSO_{4}} = 0,0625 \ mol ; \ n_{Zn(OH)_{2}} = 0,0625 \ mol\)
+) Tại: \(n_{Ba(OH)_{2}}\) = 0,175 mol [Ba²⁺, có hòa tan kết tủa 1 phần]
\(\Rightarrow n_{BaSO_{4}} = b ; \ n_{Zn(OH)_{2}} = (2n_{Zn^{2+}} - \frac{1}{2} .n_{OH^-}) = (2b - \frac{1}{2}.0,175.2)\)
Số mol kết tủa là như nhau ở 2 thời điểm trên
\(\Rightarrow 0,0625 + 0,0625 = b + (2b -\frac{1}{2}.0,175.2)\)
⇒ b = 0,1 mol

Bài 2:

Hỗn hợp X gồm Ba và 1 kim loại M. Hoà tan hỗn hợp X bằng dung dịch HCl 10% vừa đủ thu được dung dịch trong đó nồng độ % của BaCl₂ là 9,48% và nồng độ % của MCl₂ nằm trong khoảng 8% đến 9%. Kim loại M là:

Hướng dẫn:

Xét hỗn hợp X gồm y mol Ba và x mol M (hóa trị 2) 
\(\Rightarrow n_{Ba} = n_{BaCl_{2}} = 1 \ mol\)
⇒ mdd sau = 2194y gam
Bảo toàn Cl:
\(n_{HCl}=2n_{BaCl_{2}} + n.n_{MCl_{2}} = 2(y+x)=2n_{H_{2}}\)
Bảo toàn khối lượng: \(m_{dd \ HCl}=m_{dd \ sau} + m_{H_{2}}-m_{X}\)
⇒ mdd HCl = 2059y +2x - xM gam
\(\\ C\%_{HCl} = \frac{36,5.2(y+x)}{2059y+2x-xM}.100\% = 10 \ \% \\ \Rightarrow 1329y = 728x + xM \ \ ^{(1)}\)
Lại có: 8% < C%MCln < 9%
⇒ 175,5 < x(M+71) < 197,5y
Từ (1) 
\(\\ \Rightarrow 175,5y < 1329y.\frac{M+71}{728+M} < 197,5y \\ \Rightarrow 0,132 < \frac{M+71}{728+M} <0,149 \\ \Rightarrow 28,9 < M < 44,0\)
⇒ M là kim loại Ca

Sau bài học cần nắm:

• Vị trí của kim loại kiềm thổ trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
• Cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp điều chế. Biết được tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Kim loại kiềm thổ như Ca(OH)2 (Canxi hidroxit), CaCO3 (Canxi cacbonat), CaSO4 (Canxi sunfat)...
• Nước cứng, nguyên tắc và phương pháp làm mềm nước cứng.

Bài kiểm tra Trắc nghiệm Hoá học 12 Bài 26 có phương pháp và lời giải chi tiết giúp các em luyện tập và hiểu bài.

• Câu 1:

  Cho mẫu nước cứng chứa các ion: Ca²⁺, Mg²⁺ và HCO₃^–. Hoá chất được dùng để làm mềm mẫu nước cứng trên là

  • A. HCl.
  • B. Na₂CO₃.
  • C. H₂SO₄.
  • D. NaCl.

• Câu 2:

  Cấu hình electron lớp ngoài cùng của các kim loại nhóm IIA (kim loại kiềm thổ) có dạng:

  • A. ns¹.
  • B. ns²np¹.
  • C. ns²np².
  • D. ns².

• Câu 3:

  Thạch cao nung được dùng để đúc tượng, bó bột khi gãy xương. Công thức phân tử của thạch cao nung là:

  • A. CaSO₄.2H₂O.  
  • B. CaSO₄.5H₂O. 
  • C. CaSO₄.H₂O. 
  • D. CaSO₄. 

• Câu 4:

  Muốn điều chế kim loại kiềm thổ người ta dùng phương pháp gì?

  • A. Nhiệt luyện.    
  • B. Điện phân dung dịch.
  • C. Thuỷ luyện.
  • D. Điện phân nóng chảy.

• Câu 5:

  Nước cứng vĩnh cửu có chứa các ion:

  • A. Mg²⁺; Na⁺; HCO₃^-.
  • B. Mg²⁺; Ca²⁺; SO₄^2-.
  • C. K⁺; Na⁺, CO₃^2-; HCO₃^-.
  • D. Mg²⁺; Ca²⁺; HCO₃^-.

• Câu 6:

  Khẳng định nào sau đây không đúng?

  • A. Các kim loại kiềm đều có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
  • B. Tất cả các kim loại nhóm IA và IIA đều tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường.
  • C. NaHCO₃ được dùng trong công nghiệp dược phẩm và công nghiệp thực phẩm.
  • D. Công thức của thạch cao sống là CaSO₄.2H₂O.

• Câu 7:

  Phản ứng giải thích sự hình thành thạch nhũ trong các hang động núi đá vôi là:

  • A. CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂.
  • B. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O.
  • C. CaCO₃ → CaO + CO₂.
  • D. Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O.

• Câu 8:

  Hiện tượng xảy ra khi sục từ từ khí CO₂ đến dư vào dung dịch Ba(OH)₂ là:

  • A. Xuất hiện kết tủa trắng.
  • B. Ban đầu tạo kết tủa trắng, sau đó tan dần.
  • C. Sau 1 thời gian mới xuất hiện kết tủa trắng.
  • D. Không xuất hiện kết tủa.

• Câu 9:

  Hãy cho biết phản ứng nào sau đây không xảy ra?

  • A. SO₂ + dd Ba (OH)₂.
  • B. SO₂ + dd NaClO.
  • C. CO₂ + dd BaCl₂.
  • D. CO₂ + dd Na₂CO₃.

• Câu 10:

  Ứng dụng nào sau đây không phải của thạch cao nung (CaSO₄.H₂O)?

  • A. Bó bột khi gẫy xương.
  • B. Đúc khuôn.
  • C. Thức ăn cho người và động vật.
  • D. Năng lượng.

• Câu 11:

  Dung dịch X chứa 0,1mol Ca²⁺; 0,3 mol Mg²⁺; 0,4 mol Cl^- và a mol. Đun dung dịch X đến cạn thu được muối khan có khối lượng là:

  • A. 23,2 gam
  • B. 23,2 gam
  • C. 28,6 gam
  • D. 37,4 gam

• Câu 12:

  Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam CaO và H₂O thu được dung dịch A. Sục khí CO₂ vào dung dịch A, qua quá trình khảo sát người ta lập đồ thị của phản ứng như sau:
  
  Giá trị của x là:

  • A. 0,025
  • B. 0,020
  • C. 0,050
  • D. 0,040

Câu 3- Câu 5: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể hệ thống lại nội dung bài học thông qua phần hướng dẫn Giải bài tập Hoá học 12 Bài 26.

Bài tập 26.26 trang 61 SBT Hóa học 12

Bài tập 26.27 trang 61 SBT Hóa học 12

Bài tập 26.28 trang 61 SBT Hóa học 12

Bài tập 26.29 trang 61 SBT Hóa học 12

Bài tập 26.30 trang 61 SBT Hóa học 12

Bài tập 26.31 trang 61 SBT Hóa học 12

Bài tập 4 trang 161 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 5 trang 161 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 2 trang 167 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 8 trang 168 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 9 trang 168 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 10 trang 168 SGK Hóa học 12 nâng cao

Trong quá trình học tập nếu có bất kì thắc mắc gì, các em hãy để lại lời nhắn ở mục Hỏi đáp để cùng cộng đồng Hóa Chúng tôi thảo luận và trả lời nhé.