BÀI 17. NGUYÊN TỐ NHÓM IA

MỞ ĐẦU

Pháo hoa thường được sử dụng trong các dịp lễ, Tết. Để tạo màu cho pháo hoa, người ta dùng một số muối hay oxide kim loại, trong đó có hợp chất kim loại nhóm IA như lithium carbonate tạo màu đỏ, sodium nitrate tạo màu vàng,…

Kim loại nhóm IA và hợp chất của chúng có những tính chất và ứng dụng nào?

Giải rút gọn:

- Tính chất: bán kính nguyên tử lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít nên khối lượng riêng nhỏ; nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và độ cứng tương đối thấp. Chúng có tính khử mạnh nhất trong mỗi chu kì. 

- Trong tự nhiên, chúng tồn tại dưới dạng hợp chất: phần lớn dễ tan trong nước, có thể nhận biết chúng bằng màu ngọn lửa. 

- Ứng dụng: sản xuất pin lithium, nước Javel, phân kali, tế bào quang điện, đồng hồ nguyên tử,…

A. ĐƠN CHẤT

1. VỊ TRÍ, CẤU TẠO VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Thảo luận 1: Dựa vào cấu hình electron và bán kính nguyên tử (Bảng 17.1), hãy giải thích trong các hợp chất, kim loại nhóm IA đều thể thể hiện số oxi hoá +1.

Giải rút gọn:

Vì chúng có 1 electron lớp ngoài cùng nên dễ nhường 1 electron đó.

Thảo luận 2: Giải thích tại sao trong tự nhiên kim loại nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

Giải rút gọn:

Vì đây là những kim loại hoạt động rất mạnh, ở ngoài môi trường không khí, các kim loại này dễ dàng tác dụng với xung quanh tạo thành hợp chất.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Thảo luận 3: Dựa vàng Bảng 17.2, nêu xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại nhóm IA từ Li đến Cs.

Giải rút gọn:

Giảm dần từ Li đến Cs.

Luyện tập: Vì sao kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ và độ cứng thấp?

Giải rút gọn:

- Khối lượng riêng nhỏ vì nguyên tử của chúng có bán kính lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít.

- Độ cứng thấp vì các ion kim loại liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu.

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Thảo luận 4: Dựa vào cấu hình electron nguyên tử và giá trị thế điện cực chuẩn, dự đoán tính chất hoá học đặc trưng của kim loại nhóm IA.

Giải rút gọn:

Tính chất hoá học đặc trưng là tính khử mạnh.

Thảo luận 5: Khi cắt mẩu sodium ở trong không khí, bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi. Giải thích. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra khi cắt kim loại lithium, potassium trong không khí.

Giải rút gọn:

- Vì sodium đã bị oxi hoá bởi O₂ và H₂O tạo thành các hỗn hợp chất rắn mới như Na₂O, NaOH, Na₂CO₃, NaHCO₃.

- Dự đoán hiện tượng: bề mặt vừa cắt có ánh kim lập tức mờ đi.

Luyện tập: Viết phương trình hoá học của các phản ứng sau (viết tên sản phẩm):

a) Li + O₂ →

b) Na + Cl₂ →

c) K + Br₂ →

Giải rút gọn:

a) 4Li + O₂ → 2Li₂O (lithium oxide)

b) 2Na + Cl₂ → 2NaCl (sodium chloride)

c) 2K + Br₂ → 2KBr (potassium bromide)

Thảo luận 6: Tại sao để bảo quản kim loại Na, K người ta ngâm chúng trong dầu hoả? Li có dùng cách này được không? Giải thích.

Giải rút gọn:

- Vì Na, K có tính khử mạnh, phản ứng mạnh với nước ở điều kiện thường.

- Không thể vì Li gặp dầu hoả sẽ nổi lên và bốc cháy.

Thảo luận 7: Kim loại nhóm IA hoạt động hoá học mạnh. Tại sao?

Giải rút gọn:

Vì các kim loại này đều có 1 electron lớp ngoài cùng nên chúng có xu hướng mất đi một electron để biến thành ion dương M⁺.

B. HỢP CHẤT

1. TÍNH TAN CỦA CÁC HỢP CHẤT KIM LOẠI NHÓM IA

Thảo luận 8: Kim loại nhóm IA phản ứng dễ dàng với oxygen và nước, mức độ mãnh liệt của phản ứng tăng dần từ Li đến K. Giải thích.

Giải rút gọn:

Vì tính oxi hoá của các kim loại tăng dần từ Li đến K.

Thảo luận 9: Quan sát thí nghiệm thử màu ngọn lửa, nêu hiện tượng quan sát được. Rút ra kết luận.

Giải rút gọn:

- Muối của Li cháy cho ngọn lửa màu đỏ tía.

- Muối của Na cháy cho ngọn lửa màu vàng.

- Muối của K cháy cho ngọn lửa màu tím nhạt.

Kết luận: có thể nhận biết ion kim loại nhóm IA bằng màu ngọn lửa.

Luyện tập: Dung dịch của mỗi chất sau đều không màu: NaCl, Na₂SO₄, KCl, LiNO₃. Hãy đề xuất cách phân biệt các dung dịch trên.

Giải rút gọn:

- Bước 1: đốt cháy các muối trên ta thấy Na⁺ màu vàng; K⁺ màu tím nhạt và Li⁺ màu đỏ tía.

- Bước 2: dùng dung dịch BaCl₂ để phân biệt NaCl và Na₂SO₄. Khi đó trong ống nghiệm chứa Na₂SO₄ có kết tủa trắng, ống còn lại không có hiện tượng.

 PTHH: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl

3. SODIUM CHLORIDE

4. ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH SODIUM CHLORIDE

Thảo luận 10: Sử dụng sơ đồ tư duy, trình bày các sản phẩm cơ bản của công nghiệp chlorine – kiềm và những ứng dụng quan trọng của chúng.

Giải rút gọn:

Thảo luận 11: Giải thích tại sao NaHCO₃ được dùng làm bột nở.

Giải rút gọn:

Vì khi gặp nhiệt độ cao, NaHCO₃ dễ bị nhiệt phân làm sinh ra chất khí và hơi làm tăng thể tích và tạo độ xốp cho bánh.

Vận dụng: NaHCO₃ dùng để tạo bọt và tăng pH trong các loại thuốc sủi bọt. Hãy tìm hiểu và giải thích.

Giải rút gọn:

- NaHCO₃ tiếp xúc với dung dịch acid tạo CO₂, giúp hấp thụ thuốc nhanh và hiệu quả hơn. PTHH: NaHCO₃ + H⁺ → Na⁺ + CO₂ + H₂O.

- NaHCO₃ khi tan trong nước tạo thành NaOH, làm tăng pH của dung dịch, giúp làm dịu acid trong dạ dày, giảm cảm giác khó chịu hoặc đau do acid.

Thảo luận 12: Vì sao phương pháp Solvay được gọi là phương pháp tuần hoàn ammonia. Nêu những ưu điểm của phương pháp.

Giải rút gọn:

- Vì ammonia được tái sử dụng liên tục, không tiêu hao hoặc thoát ra môi trường.

- Ưu điểm:

+ Nguyên liệu rẻ, sẵn có, điều kiện thực hiện không quá khó, dễ thực hiện.

+ Quá trình sản xuất tái sử dụng khí NH₃, CO₂; bảo đảm các khí này không thoát ra môi trường, giữ môi trường sạch.

+ Chất lượng sản phẩm cao, thỏa mãn nhiều nhu cầu

Luyện tập: Hãy vẽ sơ đồ tổng hợp Na₂CO₃ theo phương pháp Solvay.

Giải rút gọn:

BÀI TẬP

Bài 1: Phương pháp điều chế NaOH trong công nghiệp là

A. cho kim loại Na tác dụng với nước.

B. cho Na₂O tác dụng với nước.

C. điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn.

D. điện phân dung dịch NaCl bão hoà, không có màng ngăn.

Giải rút gọn:

Chọn đáp án C vì đó là phương pháp người ta hay dùng để điều chế NaOH trong công nghiệp. PTHH: 2NaCl + 2H₂O 2NaOH + H₂ + Cl₂

Bài 2: Viết phương trình hoá học của phản ứng khi cho potassium tác dụng với chlorine. Sản phẩm của phản ứng có tan tốt trong nước không? Tìm hiểu một số ứng dụng của nó.

Giải rút gọn:

- PTHH: 2K + Cl₂ → 2KCl

- KCl tan tốt trong nước. Ứng dụng:

+ Làm phân bón: cung cấp K cho cây trồng.

+ Muối KCl là chất ổn định giúp bề mặt thực phẩm đồng nhất, phân tán đồng đều.

+ Trong y dược, KCl dùng để bào chế thuốc và thuốc tiêm.

+ Là thành phần trong bình chữa cháy, đặc biệt là bình chữa cháy khô.

+ Công nghiệp dầu khí, công nghiệp cao su, mạ điện,…

Bài 3: Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm sau:

a) Cho một mẩu kim loại sodium vào cốc nước.

b) Sục khí CO₂ vào dung dịch KOH.

c) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn Na₂CO₃.

d) Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm có chứa sẵn KHCO₃.

e) Cho một lượng NaHCO₃ rắn vào ống nghiệm rồi đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn.

Giải rút gọn:

a) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

b) CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O

CO₂ + KOH → KHCO₃

c) Na₂CO₃ +HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

d) KHCO₃ + HCl → KCl + CO₂ + H₂O

e) 2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O