Giải bài tập Hóa 12 Bài 25: Kim loại kiềm và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

Chương VI.
KIM LOẠI KIÊM - KIM LOẠI KIỀM THỒ - NHÔM
§25. KIM LOẠI KIỀM.
HỢP chất Của kim loại kiềm
A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT
ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI KIEM
Nguyên tố
Li
Na
K
Rb
Cs
Cấu hình electron
[Hc]2s'
[Nc]3s'
[Ar]4s'
[Kr]5s‘
[Xcj6s‘
Nhiệt độ nóng chảy (°C)
180
98
64
39
' 29
Nhiệt độ sôi (°C)
1330
892
760
688
690
Độ âm điện.
0,98
0,93
0,82
0,82
0,79
Khối lượng riêng (g/cm3)
0,53
0,97
0,86
1,53
1,90
Mạng tinh thô
Lập phương tâm khối
Kim loại kiềm là những nguyên tố hóa học thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn. Trong nguycn tử, lớp ngoài cùng có 1 electron, ứng với câu hình tổng quát là ns1.
(Franxi là nguyên tố phóng xạ nhân tạo không bền, nen trong chương trình
phổ thông không tìm hiểu về nguyên tố này).
TÍNH CHẤT VẠT LÍ
Các kim loại kiềm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối là kiểu mạng kém bền vững và không đặc khít.
Các kim loại kiềm có một số tính chất vật lí đặc trưng:
Lực liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm yếu => Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và giảm từ Li —> Cs. Các-kim loại kiềm có nhiệt độ nóng chảy đều thấp hơn 200(,C, còn đa số các kim loại khác là trên 1000°C.
Nguyên tử của các kim loại kiềm có bán kính nguyên tử lớn và có cấu tao mạng tinh thể kém đặc khít => Khối lượng riêng nhỏ.
Lực lien kết kim loại trong mạng tinh thể của kim loại kiểm yếu => Độ cứng thấp nên có thổ cắt chúng bằng dao.
• Màu ngọn lửa đặc trưng của đơn chất và hợp chất: Đưa kim loại kiềm
Kim loại
Li
Na
K
. Rb
Cs
Màu ngọn lửa
Đỏ tía
Vàng tươi 	— £—
Tím
Đỏ huyết
Xanh lơ
TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Các nguyên tử của kim loại kiềm đều có năng lượng ion hóa I] thấp và thế điện cực chuẩn có giá trị rất âm. Vì vậy kim loại kiềm là chất khử mạnh nhất trong số các kim loại. Trong các hợp chất, chúng chỉ có số oxi hóa +1. Tính khử tăng từ Li đến Fr : M —> M+ + lc.
Ta xét qua các phản ứng hóa học của natri.
Tác dụng với phi kim: Naưi khử dẽ dàng các nguyên tử phi kim thành ion âm:
Ví dụ: 4Na + o2 -> 2Na2O ;	2Na + Cl2 2NaCl
Tác dụng với nước: Phản ứng mạnh ngay ở nhiệt độ thường, đây là tính chất hóa học đặc trtíng nhất chỉ có được ở kim loại kiềm và kiềm thổ.
Ví dụ: 2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 T
Tác dụng với axit: Ó’ nhiệt độ thường, các kim loại kiềm cũng phản ứng mãnh liệt với axit và khi cho kim loại kiềm tác dụng với dung dịch axit nên viết phản ứng ưu ticn của kim loại kiềm với axit trước, sau đó nếu axit thiếu thì kim loại kiềm dư sẽ phản ứng với nước.
Vz' Jm; 2Na + 2HC1 -> 2NaCl + H2T.
Nếu Na dư 2Nadư + 2H2O -> 2NaOH + H2T.
Tác dụng với dung dịch muôi: Phản ứng qua hai giai đoạn Ví dụ: Na tác dụng với dung dịch FcC12
2Na + 2H2O -» 2NaOH + H2T.
FeCl2 + 2NaOH Fc(OH)2ị + 2NaCl
Như vậy, ở đây sẽ có hiộn tượng sủi bọt khí và tạo kết tủa.
Ghi chú:
Kim loại kiềm không đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muôi.
Đổ bảo vệ kim loại kiềm, người la ngâm chìm các kim loại kiềm trong dầu hỏa nhằm ngăn cản không cho kim loại kiềm tác dụng với 02, H2O,... của không khí.
ĐIỀU CHẾ
Nguyên tắc: Khử các ion kim loại kiềm M+ + c —> M
Phương pháp: Điện phân muối halogen hoặc hiđroxit của chúng ở dạng nóng chảy.
2NaCl - đpnc > 2Na + Cbĩ.
4NaOH ‘1piK > 4Na + Ọ2T + 2H2O.
MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIEM
Natri hiđroxit NaOH
Chất rắn, màu trắng, dễ hút ẩm, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt (do tạo thành hiđrat). Dễ nóng chảy (t„c = 322°C).
NaOH là bazơ mạnh, khi tan trong nước phân li hoàn toàn thành ion:
NaOH —>.Na+ + OH’
102 - GBTHÓA HỌC 72
Tác dụng với axit, oxit axit, dung dịch muối.
NaOH + HC1 —>NaCl + H2O Hay OH“ + H+ ->H2O NaOH + co2 —»NaHCO3 2NaOH + co2 -> Na2CO3 + H2O 2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2 ị + Na2SO4
2A1 + 2NaOH + 2H2O ->2NaA102+3H2T A12O3 + 2NaOH -> 2NaA102 + H2O A1(OH)3 + NaOH -> NaA102 + 2H;O Zn +2NaOH > Na2ZnO2 + H2T.
ZnO + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2O Zn(OH)2 + 2NaOH -> Na2ZnO2 + 2H2O
Tác dụng với kim loại lưỡng tính; oxit lường tính và hiđroxit lưỡng tính:
2Al+2NaOH+6H2O—>2Na[Al(OH)4]+3H2T Al2O3+2NaOH+3H2O-»2Na[Al(OH)4] A1(OH)3 +NaOH -> Na[Al(OH)4], Zn+2NaOH+2H2O—» Na2[Zn(OH)4] + H2T. ZnO+2NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4] Zn(OH)2 + 2NaOH -> Na2[Zn(OH)4l
- Điều chế NaOH trong cồng nghiệp.
Điện phân dung dịch NaCl (có màng ngăn)
2NaCl + 2H2O - đpddmn-> 2NaOH + H2t + Cl2t.
(Nếu không có màng ngăn, clo tạo thành sẽ tác dụng với NaOH tạo thành
nước Gia-vcn).
Muôi của kim loại natri
Natri clorua NaCl: Chất rắn, không màu, dỗ tan trong nước.
Muối cacbonat
• Natrì hỉđrocacbonat
- NaHCO3 là chất rắn, màu trắng, tan ít trong nước, bền ở nhiệt độ thường, bị phân hủy ở nhiệt độ cao (khoảng 270(,C)
2NaHCO3 —Na2CO3 + co2t + H2O
NaHCO.í là muối axit của axit yếu, không bền (axit cacbonic), tác dụng với axit mạnh:
NaHCOs + HC1 -> NaCl + CO2T + H2O (HCO’ + H" -> co2t + H2O)
NaHCOs là muối axit, tác dụng với dung dịch kiềm:
NaHCOs + NaOH -> Na2CO3 + H2O (HCO3 + OH’ -> CO3 + H2O)
* Kết luận : NaHCO.i là hợp chát lưỡng tính.
Dung dịch NaHCO3 trong nước có phản ứng kiềm yếu (phản ứng thủy phân)
NaHCOs-> Na+ +HCO;
HCO3’ + H2O OH~ + H2CO3.
Khi đun nóng H2CO3 bị phân hủy, nồng độ co2 giảm, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, làm cho dung dịch có tính kiềm tăng.
• Natri cacbonat
Nạ2CO3 là chất rắn, màu trắng, dỗ tan trong nước.
Na2CO3 là muối của axit yếu, không bền, tác dụng với axit mạnh: Na2co3 + 2HC1 -> 2NaCl + co2t + H20.
Dung dịch Na2CO3 trong nước có phản ứng kiềm mạnh do thủy phân. Na2CO3-> 2Na+ + CO,- co,- + H2O OH' + HCO;
KIẾN THỨC BỔ SUNG
Tương tác giữa co2 với dung dịch NaOH hoặc dung dịch KOH a) Phương trình phản ứng: Có 2 cách viết
• Cách 1 : <
CO2 + 2NaOH -> Na2CO, + H2O (1)
2+NaOH—»NaHCO,	(2)
• Cách 2 : <
co2 + 2NaOH -> Na2CO, + H,0 Na2CO, + co2 + H2O -> 2NaHCO3
Thổi CO2 từ từ vào dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH), giai đoạn ban đầu kiềm dư nên muối trung hòa được hình thành trước.
b) Các trường hợp có thể có: (Tính theo cách 1)
Xét k = ^-
nco,
Trường hợp 1: k > 2 (hoặc OH' dư). Ta có phản ứng (1)
Trường hợp 2: k < 1 (hoặc co2 dư). Ta có phản ứng (2)
Trường hợp 3: 1 < k < 2 Ta có phản ứng (1) + (2)
Chứ ý: Nếu đề không cho tỉ số k (tức là đề thi không cho	nCOi hoặc	n	.
Trong trường hợp này đề thi ycu cầu tìm nco hoặc nQH_) thì	chọn	trường
hợp 3 để giải.
Tương tác giữa H+ vơi (co,'; HCO,)
Nhỏ từ từ vào (CO2- -, HCO')
Phương trình phản ứng-, ở giai đoạn đầu H+ thiếu nên phản ứng xảy ra từng nấc theo thứ tự sau đây: co," + H+ —> HCOj
HCO, + H+ -> co2t + H2O .
Hiện tượng : Giai đoạn đầu chưa xuẵì hiện bọt khí, giai đoạn sau đó mới xuất hiện bọt khí.
b) Nhỏ từ từ (COj-; HCO;) vào H+
Phương trình phàn ứng: H+ dư nên phản ứng xảy ra đồng thời với CO3-; HCO3 theo hệ số a (0 < a < 1).
co*- + 2H+ -> co2f + H2O ax -> 2ax -» ax HCO; + H+ -» co2t + H:o ay —> ay -> ay
(Với X, y là số mol CO3- và HCO3 trước phản ứng)
Hiện tượng: Bọt khí xuất hiện lừ giai đoạn đầu.
Xác định hai nguyên tô thuộc hai chu kì liên tiếp của một phân nhóm chính Đật kí hiệu của nguyên tố thứ 1 là A. khối lượng mol nguyên tử là A (x mol) Đặt kí hiệu của nguyên lô thứ 2 là B. khối lượng mol nguyên lử là B (y moi)
Kí hiệu chung M, khối lượng mo nguyên tử trung bình là M (a mol).
Ta có
B. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn ni gain một kìm loại kiềm vào 96,48 gain nước, thu được 100 gam dung dịch X và 1,792 lít H: ịđktc).
Xác định tên kim loại kiềm và nồng độ phần trăm của dung dịch X.
Hấp thụ hoàn toàn V lít CO2 (dktc) vào dung dịch X, sau khi phán ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y chứa 9,72 gam muôi. Tính V.
Nhó rất từ từ 100 ml dung dịch HCI IM vào dung dịch Y và khuấy đều đến khí phan ứng xay ra hoàn toàn. Tính thế' tích CỠ2 sinh ra ở dktc.
Giải
Đặt kí hiệu của -kim loại kiềm là M. khối lượng mol của M là M.
2M + 2H?O -> 2MOH + H2T
0,08 =
0,16
0,16
22,4
M = 23(Na)
0,16.40.100
100
= 6,4%.
1,792
Áp dụng định luận bảo toàn khối lượng ta có : nìfự| 4" Q — mdungdịehX "b
=>	0,16.M + 96,48= 100 + 0,08.2=5
Kim loại kiềm cần tìm là Na Nồng độ phần trăm của dung dịch X : C%N;,OH =
Đặt sô" mol của co2 tham gia hai phản ứng lần lượt là X mol và y mol. co2 + 2NaOH-> Na2CO3 + H2O X	—>	2x -> X
co2 + NaOH -> NaHCO, y -> y -> y
Í2x + y = 0,16	íx=0,06
|l06x + 84y = 9,72[y=0,
Thể tích co2 (đktc) đã dùng: V = (0,06 + 0,04).22,4 = 2,24 (lít)
Dung dịch Y: Na2CO3 0,06 mol; NaHCO.1 0,04 mol.
Nhỏ HC1 râĩ từ lừ vào dung dịch Y, HC1 thiếu phản ứng xảy ra lừng nâ"c theo thứ tự sau:
Na2CO3 + HC1 -> NaHCO, + NaCl 0,06 -> 0,06 -> 0,06
NaHCO3 + HC1 -> NaCl + co2t + H2O. Trước phản ứng (0,06 + 0,04) = 0,1	0,04 = (0,1 - 0,06)
Phản ứng	0,04	->	0,04
Thể tích co2 sinh ra ở đktc: V = 0,04.22,4 = 0,896 (lít)
Ví dụ 2. Hòa tan hoàn toàn ni gam hỗn hợp X gồm K và K:o (được trộn theo tỉ lệ mol 1:1) vào nưâc thu được dung dịch A và 0.448 lít H: (dktc).
Tính m.
Hấp thụ hoùmtoàn 1,792 lít co: (đktc) vào dung dịch Â, thu được dung dịch B. Tính khối lượng muối tạo thành trong dung dịch B.
Nhỏ rất từ từ dung dịch B vào 50ml dung dịch HCl, khuấy đều thu dược 0,448 lít CO: (đktc). Tính nồng độ mol/lít của dung dịch HCI đã dùng.
Giải
Từ (1) => nK = 0,04 moi. Vậy hồn hỢp X gồm 0,04 mol K và 0,04 mol K2O Khối lưựng hỗn hợp X : m = 0,04.39 + 0,04.94 = 5,32 (g)
Sô" mol KOH 0,12 mol ; sô" mol co2: 1—92 = 0,08 mol 22,4
Ta có: 1 Tạo hai muôi nco, 0,08
Đặt số mơl của co2 tham gia hai phản ứng lần lượt là X mol và y mol. co2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O
X —> 2x	—» x
co2 + KOH -> KHCO.,
y -> y -> y fx + y = O,O8
Ta có:	('	=> X = y - 0,04
[2x + y = 0,12
Khôi lưựng muối tạo thành trong dung dịch B.
mMuối = 0,04.138 + 0,04.100 = 9,52 (g)
Dung dịch B gồm K2CO, 0,04 mol: KHCO3 0,04 mol
Nhỏ rất từ từ dung dịch B vào dung dịch HC1, lúc đầu HC1 dư phản ứng đồng thời vói hai muối theo hệ số a.
K2CO3 + 2HC1 -> 2KC1 + CO2Ĩ + H2O.
0,04a	—> 0,08a -»	0,04a
KHCO, + HC1 -> KC1 + co2t + H2O.
0,04a	->0,04a -»	0,04a
Theo bài la có: 0,04a + 0,04a =	=> a = 0,25
22,4
=> nHci .= (0,08a + 0,04a) = 0,03 mol Nồng độ mol/lít của dung dịch HC1 dã dùng : C,,	= 0*^3 = 0,6M.
Ví dụ 3. H(')LI tan hoàn toàn 2.94 ỊỊani hỗn hợp X ỊỊồm hai kim loại kiềm thuộc hai chu kì liên tiếp vào nước thu được 1000 ml dunfi dịch Y và 1.12 lít H: (dktc).
Xác định tên hai kim loại kiềm.
Tính khối lượníỊ mỗi kim loại trong hỗn hạp X.
Tính pH của dung dịch Y.
Giải
1. Đặt kí hiệu của kim loại kiềm thứ 1 là A, khối lưựng mol là A (x mol); kim loại kiềm thứ 2 là B, khối lượng mol là B (y mol).
=> Kí hiệu chung là M, khối lượng mol nguyên tử trung bình là M (a mol)
2M + 2H2O -> 2MOH + H2T
0,1	<- 0,1 <--^4=0,05
22,4
Ta có: 0,1.M = 2,94 =>A = 23 (Na) < M = 29,4 < B = 39 (K)
Vậy hai kim loại cần tìm là Na, K.
2. Ta có: •
x + y = o,l 23x + 39y
0,06
0,04
Khối lượng hai kim loại kiềm là
mNa =0,06.23 = 1,38(g) mK =0,04.39 = 1,56(g)
3.
c
1.
2.
3
4.
5.
6.
7.
8.
1.
2.
3.
M0H-> M+ + OH~
0,1 0,1
=> [OH-] = ^- = O,1M = 10-'M
=> pOH = - lg[OH"] = - lgl0“' = 1 => pH = 14 - 1 = 13.
BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
cấu liìuli electron lớp ngoài cùng cùa nguyên lử kim loại kiềm lù
4. Its' .	II. n.r .	c. n.rnp1.	I). (n - ltd'll!?.
Cation M* có cáu hình electron ò lớp ngoài cùng là 2s:2p6. M* lù cation nào sau (lây ?
A Ag*.	II. Cu*.	c. Na*.	I). K*.
Nằng độ/than trăm cùa dung dịch tạo thành khi hoà tan 39 gain kali kim loại vào 362 gam nước là kết qua nào sau dây 'ỉ A 15,47%.	II. 13,97%.	c. 14%.	I). 14,04%.
Trong cúc muối sau, muối nào dề hị nhiệt phân '!
A. LiCI.	II. NaNO.1.	c. KHCO,.	I). Kllr.
Hiện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chay, thu dược 0,896 lít khi Idktc) ở anol và 3,l2g kim loại ờ calot. Hãy xác định công thức pliăn tử cùa muối kim loại kiềm.
Cho 100 gain CuCO.i lúc dụng hoàn toàn với dung dịcli HCI rliu dược một lượng khí CO;. Sục lượng khí CO; thu dược vào dung dịch chứa 60 gam NaOH. Tinh khối lượng muối lliu dược.
Nung 100 gain hỗn họp gồm Nu;CO< vù NuHCO.t cho dến khi khối khối lượng cùa hồn họp không dổi, dược 69 gain chất riin. Xúc định thành phần trăm khối lượng cứa mỗi cliất trong hỗn hợp han dầu.
Cho 3, / gain hồn hợp gồm hai kim loại kiềm i’t hai chu kì kế tiếp nhau trong hảng tuần lioùn tác dụng hết với nước lliu dược 1,12 lít H; () đktc vù dung dịcli kiềm.
a) Xác định tên hai kim loại dó vù lính thành phần phần trăm kliối lượng mồi kim loại.
h) Tính thế tích dung dịch HCI 2M cần dùng dế trung hoù dung dịch kiềm và khôi lượng hồn họp muối clorua Iliu dược.
Hưóng dẫn giải
Chọn A.
Chọn c. Cấu hình electron của Na (Z = 11) : ls22s22p63s'.
Câu hình electron của Na+ (Na -> Na+ + le): ls22s22p6.
Chọn c. 2K + 2H2O -> 2KOH + H,f 39
= 1	->	1	-> 0,5
39
mcl=mKOH= 1.56 = 56 (g)
mdungdịch = mK + mHiO - mHi = 39 + 362 - 2.0,5 = 400 (g).
Nồng độ phần trăm của dung dịch KOH : C%KOH =	.100% = 14 (%)
6.
Chọn c. NaNC>3 và KHCO3 cùng bị nhiệi phân, tuy nhiên KHCO3 dễ bị nhiệt phân hơn (KHCO3 bị nhiệt phân ở nhiệt độ tháp hơn)
2KHCO3 ——K2CO3 + co2t + H2O.
Đặt công thức của muối clorua kim loại kiềm là MCI, khối lượng mol nguyên tử của M là M.
2MC1 đpne > 2M + Cl2t
0,896
-> 2M
0,08
+	^12 I
<- 0,04 =
22,4
Ta có: 0,08.M = 3,12 => M = 39 g/mol.
Vậy kim loại kiềm là K.
CaCCb + 2HC1 —> CaCl2 + co2t + H2O. 100
100
60
Sô" mol NaOH : n = -777 = 1,5 ( mol) 40
Ta có: 1 < k =
OH
‘co,
L5
1
= 1,5 Tạo hai muối.
Đặt số mol của co2 tham gia hai phản ứng lần lượt là X mol và y mol. co2 + 2NaOH -> Na2COj + H2O X —> 2x -» X co2 + NaOH -> NaHCO,
X = y = 0,5
Ta có:
y -> y -> y x + y = l 2x + y = 1,5
Khối lượng muối tạo thành: mN;1,COi = 0,5.106 = 53 (g); mNilHCOi = 0,5.84 = 42 (g).
Đặt số mol NaHCC>3 trong hỗn hợp là X mol.
2NaHCO3 —Na2CO3 + co2t + H2O.
X	-»	0,5x	—> 0,5x -» 0,5x
Trong quá trình nhiệt phân co2 và H2O bị bay đi, tổng khối lượng co2 và
H2O bay đi chính bằng độ giảm khối lượng châì rắn : 100 - 69 = 31 (g)
=>	0,5x.44 + 0,5xT8 = 31=> X = 1
Thành phần trăm khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp
NaHCO,
100
1.84.100 = 84 (%); %rnNa cOj = 100 - 84 = 16(%)
a) Đặt kí hiệu của kim loại kiềm thứ 1 là A, khối lượng mol là A (x mol); kim loại kiềm thứ 2 là B, khối lượng mol là B (y mol)
=> Kí hiệu chung là M, khối lượng mol nguyên tử trung bình là M (a mol)
2M + 2H?0 -> 2M0H + H:t
0,1	<-	0,1	<-0,05 =4^-
22,4.
x + y = o,l 23x + 39y
= 31
=> X = y = 0,05
Ta CÓ: 0,1.M = 3,1 => A = 23 (Na) < M = 31 < B = 39 (K) Vậy hai kim loại cần tìm là Na, K.
Ta có:
X + y = a Ax + By X + y
Thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp _	0,05.23.100
%mNa = 	-f—	 = 37,1%; %mK = 100 - 37,1 = 62,9%
3,1
MOH + HC1 -> MCI + H2O 0,1 -> 0,1 -> 0,1
Thể tích dung dịch HC1 2M đã dùng V =	= 50 ml = 0,05(1)
Khôi lượng muối clorua thu được :
m = 0,l.(M +35,5) = 0,1.(31 + 35,5) = 6,65 (g)