Giải bài 26: Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

A –  KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

                         KIM LOẠI KIỀM THỔ                               

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

• Kim loại kiềm thổ thuộc  nhóm IIA của bảng tuần hoàn, gồm những nguyên tố Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.
• Cấu hình electron lớp ngoài:  ns².

II. Tính chất vật lý

• Kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc, có thể dát mỏng.
• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại kiềm thổ tương đối nhỏ , tuy cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối thấp.

III. Tính chất hoá học

Các kim loại kiềm thổ có năng lượng ion hóa tương đối nhỏ, vì vậy kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be đến Ba.

M  →  M²⁺  +  2e

 Số oxi hóa trong hợp chất: +2

1. Tác dụng với phi kim: Kim loại kiềm thổ khử phi kim thành ion âm.

• Ví dụ:  2Ca + O₂ → 2CaO

2. Tác dụng với axit

• Với HCl , H₂SO₄ loãng: khử ion H⁺ thành khí H₂
• Ví dụ: Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂↑
• Với HNO₃, H₂SO₄ đặc, nóng thì N⁺⁵→N^-3, S⁺⁶→S^-2
• Ví dụ:  4Mg + 10HNO₃ →4Mg(NO₃)₂+ NH₄NO₃+3H₂O

3. Tác dụng với H₂O (ở t⁰ thường)

Ca  + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

 MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI

I. Canxi hiđroxit – Ca(OH)₂ 

• Tính chất vật lí: Ca(OH)₂ còn gọi là vôi tôi, là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước.

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH^–

• Tính chất hóa học: tính chất của bazơ nên hấp thụ dễ dàng khí CO₂ tạo ra kết tủa nên dùng để nhận biết khí CO₂.

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ ¯ + H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ → Ca(HCO₃)₂

Chú ý: – Để xác định sản phẩm của phản ứng → Tính tỷ lệ T = n(OH^–)/ n(CO₂)

Nếu T ≤ 1 → tạo Ca(HCO₃)₂

Nếu T ≥ 2 → tạo CaCO₃

Nếu 1 < T < 2 → tạo Ca(HCO₃)₂ và CaCO₃

• Ứng dụng: Ca(OH)₂ dùng sản xuất amoniac, clorua vôi, vật liệu xây dựng…

II. Canxi cacbonat – CaCO₃ (đá vôi)

• Tính chất vật lý: CaCO₃ là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước,
• Tính chất hóa học: Tính chất của muối
• Phản ứng nhiệt phân: CaCO₃ → CaO + CO₂
• Ở nhiệt độ thường,  CaCO₃ tan trong nước khi có CO₂

CaCO₃+ CO₂ + H₂O ↔ Ca(HCO₃)₂

• Trạng thái tự nhiên, ứng dụng:  Trong tự nhiên, CaCO₃ tồn tại ở các dạng đá vôi: dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng…; đá hoa: dùng trong mĩ thuật; Đá phấn: dùng phụ gia trong kem đánh răng…

III. Canxi sunfat

• Trong tự nhiên, canxi sufat tồn tại muối ngậm nước CaSO₄.2H₂O gọi là thạch cao sống.

CaSO₄.2H₂O  →(đk: 160^oC)  CaSO₄.H₂O  +  H₂O

• Thạch cao khan là CaSO₄.
• Thạch cao dùng điều chỉnh tốc độ đông cứng của xi măng. Thạch cao nung dùng đúc tượng, đúc khuôn, bó bột khi gãy xương…

NƯỚC CỨNG

1. Khái niệm

• Nước cứng là nước có chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺.
• Tính cứng tạm thời là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂. Tính cứng tạm thời sẽ mất đi khi đun nóng

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃ + CO₂ + H₂O

• Tính cứng vĩnh cửu là tính cứng gây nên bởi các muối sufat, clorua của canxi và magie.
• Tính cứng toàn phần gồm tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.

2. Tác hại: nước cứng gây nhiều tác hại

• Trong giặt giũ : làm cho vải mau mục , tốn nhiều xà phòng.
• Trong nấu nướng : làm thức ăn lâu chín ,giảm mùi vị.
• Trong sản xuất : tạo lớp cặn trong nồi hơi , tốn nhiên liệu và thời gian, không an toàn.

 3. Cách làm mềm nước cứng

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ Ca²⁺ & Mg²⁺ trong nước cứng.

Phương pháp kết tủa

• Đun sôi nước để chuyển muối HCO₃^– thành CO₃^2-  sau đó loại bỏ kết tủa.

Ca(HCO₃)₂ →(t^o) CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O

• Dùng dung dịch Ca(OH)₂ vừa đủ sau đó lọc bỏ kết tủa.

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃ ↓+ H₂O

• Nước có tính cứng vĩnh cửu và tạm thời: dùng dd Na₂CO₃ hoặc Na₃PO₄

     CaCl₂+ Na₂CO₃ → CaCO₃↓+ 2NaCl

     MgSO₄ + Na₂CO₃ → MgCO₃↓+ Na₂SO₄

 Phương pháp trao đổi ion: cho nước cứng đi qua chất trao đổi ion (cationit) sau đó các ion Ca²⁺ & Mg²⁺ sẽ bị giữ lại và thay vào đó là ion Na⁺ hoặc H⁺ ta được nước mềm

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

Ta dùng dd muối chứa CO₃^2- sẽ tạo ra kết tủa. Sục khí CO₂ dư vào dd, kết tủa bị hoà tan chứng tỏ có mặt Ca²⁺hoặc Mg²⁺.

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃ 

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (tan)