Kim loại kiềm thổ: là một dãy các nguyên tố trong nhóm nguyên tố 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố. Đó là berili, magiê, canxi, stronti, bari và radi. Các kim loại kiềm thổ được đặt tên theo các ôxít của chúng, các đất kiềm, có tên gọi cũ là berilia, magiêsia, vôi sống, strontia và baryta
I. Vị trí cấu tạo
– Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn; trong một chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm.
– Kim loại kiềm thổ gồm: Beri [Be]; Magie [Mg]; Canxi [Ca]; Stronti [ Sr]; Bari [Ba]; Rađi [Ra] [Rađi là nguyên tố phóng xạ không bền].
– Cấu hình electron lớp ngoài cùng là: ns2 [với n là thứ tự lớp]
II. Tính chất vật lí
– Màu sắc: có màu trắng bạc hoặc xám nhạt, có thể rát mỏng.
– Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tuy có cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối thấp
– Khối lượng riêng tương đối nhỏ, nhẹ hơn nhôm trừ Bari
– Độ cứng cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối mềm
III. Tính chất hoá học của kim loại kiềm thổ
– Có tính khử mạnh, yếu hơn so với kim loại kiềm tăng từ Be → Ba.
M – 2e → M2+
1. Tác dụng với phi kim
– Khi đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy tạo oxit, phản ứng phát ra nhiều nhiệt.
2Mg + O2 → 2MgO
– Trong không khí ẩm Ca, Sr, Ba tạo nên lớp cacbonat [phản ứng với không khí như oxi] cho nên cần cất giữ các kim loại này trong bình rất kín hoặc dầu hỏa khan.
– Khi đun nóng tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, siliC.
Ca + Cl2 → CaCl2
2Mg + Si → Mg2Si
– Do có ái lực lớn hơn oxi, khi đun nóng khử được nhiều oxit bền [B2O3, CO2, SiO2, TiO2, Al2O3, Cr2O3,].
2Be + TiO2 → 2BeO + Ti
2Mg + CO2 → 2MgO + C
2. Tác dụng với axit
a] HCl, H2SO4 [loãng] : Kim loại kiềm khử ion H+ thành H2
Mg + 2H+ → Mg2+ + H2↑
b] HNO3, H2SO4 đặc : Khử N+5, S+6 thành các hợp chất có mức oxi hoá thấp hơn.
4Ca + 10HNO3 [loãng] → 4Ca[NO3]2 + NH4NO3 + 3H2O
Mg + 4HNO3 đặc → Mg[NO3]2 + 2NO2↑ + 2H2O
4Mg + 5H2SO4 đặc → 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O
3. Kim loại kiềm thổ tác dụng với nước
– Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ:
Ca + 2H2O → Ca[OH]2 + H2↑
– Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành MgO.
Mg + H2O → MgO + H2↑
– Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat:
Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be[OH]4] + H2↑
Be + 2NaOH[nóng chảy] → Na2BeO2 + H2↑
Xem thêm:
Tổng hợp từ điển hóa học phổ thông
Kim loại kiềm thổ là những nguyên tố vô cùng quan trọng trong đời sống bên cạnh các kim loại kiềm. Để hiểu rõ hơn về cấu tạo, tính chất vật lý, tính chất hóa học cũng như những ứng dụng của kim loại kiềm thổ, các em hãy tham khảo bài viết dưới đây của chúng tôi
Kim loại kiềm thổ là gì?
Kim loại kiềm thổ là những kim loại thuộc nhóm IIA, gồm có nguyên tố Beri [Be], Magie [Mg], Canxi [Ca], Stronti [Sr], Bari [Ba] và Radi [Ra]. Trong đó, Radi là nguyên tố phóng xạ được phát hiện có trong quặng Urani.
Vị trí của kim loại kiềm thổ
Trong bảng tuần hoàn hoá học, kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA và luôn đứng sau các kim loại kiềm trong cùng 1 chu kỳ.
Cấu tạo của kim loại kiềm thổ
Các kim loại kiềm thổ đều có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2.
| Nguyên tố | Be | Mg | Ca | Sr | Ba |
| Cấu hình electron | [He] 2s2 | [Ne] 3s2 | [Ar] 4s2 | [Kr] 5s2 | [Xe] 6s2 |
| Bán kính nguyên tử [nm] | 0,089 | 0,136 | 0,174 | 0,191 | 0,220 |
| Độ âm điện | 1,57 | 1,31 | 1,00 | 0,95 | 0,89 |
Trong các hợp chất chứa Beri, liên kết giữa Be và các nguyên tố khác là liên kết cộng hóa trị. Các nguyên tố kim loại kiềm thổ còn lại là Ca, Sr, Ba và Ra chỉ tạo nên hợp chất ion.
Tính chất vật lý
Kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc hoặc xám bạc, có thể được dát mỏng, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Ngoài ra, kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp và giảm dần theo chiều từ Beri đến Bari.
Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của kim loại kiềm thổ cao hơn so với kim loại kiềm, nhưng vẫn tương đối thấp so với các hợp chất khác.
| Nguyên tố | Nhiệt độ nóng chảy [oC] | Nhiệt độ sôi [oC] | Khối lượng riêng | Mạng tinh thể |
| Be | 1280oC | 2770oC | 1,85 g/cm3 | Lục phương |
| Mg | 650oC | 1110oC | 1,74 g/cm3 | Lục phương |
| Ca | 838oC | 1440oC | 1,55 g/cm3 | Lập phương tâm diện |
| Sr | 768oC | 1380oC | 2,6 g/cm3 | Lập phương tâm diện |
| Ba | 714oC | 1640oC | 3,5 g/cm3 | Lập phương tâm khối |
Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ
Kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nên tính chất đặc trưng của những kim loại này là dễ nhường e. Tính khử tăng dần từ Be đến Ba.
M → M2+ + 2e
Kim loại kiềm thổ tác dụng với nước
Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ
Ca + 2H2O → Ca[OH]2 + H2
Mg không tan trong nước lạnh, tan trong nước nóng tạo thành MgO.
Mg + H2O → MgO + H2
Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat:
Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be[OH]4] + H2
Be + 2NaOHnóng chảy → Na2BeO2 + H2
Tác dụng với phi kim
Khi bị đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy và tạo ra oxit.
Các kim loại kiềm thổ đều có phản ứng mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, silic trong điều kiện nhiệt độ cao.
Khi được đun nóng, kim loại kiềm thổ có thể khử nhiều oxit bền như: B2O3, CO2, SiO2, TiO2, Al2O3, Cr2O3.:
Tác dụng với axit
Khi kim loại kiềm tác dụng với HCl hay H2SO4 loãng, ion H+ có trong axit sẽ bị khử thành H2.
Mg + 2H+ → Mg2+ + H2
Kim loại kiềm tác dụng với HNO3 hay H2SO4 đặc sẽ khử N+5, S+6 thành các hợp chất với số oxi hóa thấp hơn.
4Ca + 10HNO3 loãng → 4Ca[NO3]2 + NH4NO3 + 3H2O
4Mg + 5H2SO4 đặc → 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Phương pháp điều chế
Trong tự nhiên, kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại dạng ion M2+ trong các hợp chất. Phương pháp thường được sử dụng để điều chế những kim loại này là điện phân nóng chảy muối của chúng.
Trong thực tế, kim loại kiềm thổ có nhiều ứng dụng như:
- Beri được dùng làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, không bị ăn mòn, bền và chắc.
- Canxi thường được dùng làm chất khử để tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép và làm khô 1 số hợp chất hữu cơ.
- Magie được ứng dụng trong việc tạo ra hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền dùng để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô… Bột Magie trộn với chất oxi hóa dùng để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm dùng trong pháo sáng, máy ảnh. Bên cạnh đó, Magie còn được dùng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ.
Câu 1. [Trang 118 SGK]
Xếp các kim loại kiềm thổ theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, thì
A. bán kính nguyên tử giảm dần.
B. năng lượng ion hóa giảm dần.
C. tính khử giảm dần.
D. khả năng tác dụng với nước giảm dần.
Đáp án B
Xếp các kim loại kiềm thổ theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, thì năng lượng ion hóa giảm dần.
Câu 2. [Trang 119 SGK]
Cho dung dịch Ca[OH]2 vào dung dịch Ca[HCO3]2 sẽ
A. có kết tủa trắng.
B. có bọt khí thoát ra.
C. có kết tảu trắng và bọt khí.
D. không có hiện tượng gì.
Đáp án A
Cho dung dịch Ca[OH]2 vào dung dịch Ca[HCO3]2 sẽ có kết tủa trắng.
Câu 3. [Trang 119 SGK]
Cho 2,84 gam hỗn hợp CaCO3 và MgCO3 tác dụng hết với dung dịch HCl thấy bay ra 672 ml khí CO2 [đktc]. Phần trăm khối lượng của 2 muối [CaCO3, MgCO3] trong hỗn hợp là
A. 35,2% và 64,8%.
B. 70,4% và 29,6%.
C. 85,49% và 14,51%.
D. 17,6% và 82,4%.
Đáp án B
nCO2 = 0,672 / 22,4 = 0,03 [mol]
Gọi số mol của CaCO3 và MgCO3 trong hỗn hợp ban đầu lần lượt x và y [mol]
=> 100x + 84y = 2,84
PTHH
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
MgCO3 + 2HCl → MgCl2 + CO2 + H2O
Từ 2 phương trình hóa học => nCO2 = x + y = 0,03 => x = 0,02; y = 0,01
Phần trăm theo khối lượng trong hỗn hợp đầu là:
%CaCO3 = [0,02.100 / 2,84].100% =70,4%
%MgCO3 = 100% – 70,4% = 29,6%
Câu 4. [Trang 119 SGK]
Cho 2 gam một kim loại thuộc nhóm IIA tác dụng hết với dung dịch HCl tạo ra 5,55 gam muối clorua. Kim loại đó là kim loại nào sau đây?
A. Be;
B. Mg;
C. Ca;
D. Ba.
Đáp án C.
Gọi kim loại cần tìm là M.
PTHH: M + 2HCl → MCl2 + H2
nCl– trong muối = [5,55−2] / 35,5 = 0,1 [mol] => M = 2 / 0,05 = 40 [g/mol]
Kim loạ là Ca.
Câu 5. [Trang 119 SGK]
Cho 2,8 gam CaO tác dụng với một lượng nước lấy dư thu được dung dịch A. Sục 1,68 lít CO2 [đktc] vào dung dịch A.
a] Tính khối lượng kết tủa thu được.
b] Khi đun nóng dung dịch A thì khối lượng kết tủa thu được tối đa là bao nhiêu?
Lời giải
a] Ta có: nCaO = 0,05 [mol]; nCO2 = = 0,075 [mol]
CaO + H2O → Ca[OH]2
[mol] 0,05 0,05
Xét tỉ lệ 1 < nCO2 : nCa[OH]2 < 2 =>dung dịch A gồm hai muối.
CO2 + Ca[OH]2 → CaCO3 ↓ + H2O
[mol] 0,05 0,05 0,05
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca[HCO3]2
[mol]0,025 [0,75 – 0,05] 0,025
mCaCO3 = 100.[0,05-0,025] = 100.0,025 = 2,5 [gam]
b] Khi đun nóng dung dịch
Ca[HCO3]2 →[to] CaCO3 + CO2 + H2O
[mol] 0,025 0,025
Khối lượng kết tủa tối đa thu được là: [0,025 + 0,025] .100 = 5 [gam].
Câu 6. [Trang 119 SGK]
Khi lấy 14,25 gam muối clorua của một kim loại chỉ có hóa trị II và một khối lượng muối nitrat của kim loại đó có số mol bằng số mol muối clorua thì thấy khác nhau 7,95 gam. Xác định tên kim loại.
Gọi kim loại cần tìm là M có số mol là x.
=> [M + 124].x – [M + 71].x = 7,95 => x = 0,15
Khối lượng mol muối clorua là:
MMCl2 = 14,25 / 0,15 = 95 [g/mol] => MM = 95 – 71 = 24 [g/mol]
Kim loại M là Mg.
Câu 7. [Trang 119 SGK]
Hòa tan 8,2 gam hỗn hợp bột CaCO3 và MgCO3 trong nước cần 2,016 lít CO2 [đktc].
Xác định khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp.
Ta có: nCO2 = 2,016 / 22,4 = 0,09 [mol]
Gọi số mol của CaCO3 và MgCO3 trong hỗn hợp là x, y.
=>100x + 84y = 8,2 [g]
PTHH:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca[HCO3]2
MgCO3 + CO2 + H2O → Mg[HCO3]2
Từ hai phương trình phản ứng => x + y = 0,09 => x = 0,04; y 0,05
=>mCaCO3 = 0,04.100 = 4 [gam]
mMgCO3 = 84.0,05 = 4,2 [gam].
Câu 8. [Trang 119 SGK]
Trong một cốc nước có chứa 0,01 mol Na+, 0,02 mol Ca2+, 0,01 mol Mg2+, 0,05 mol HCO3–, 0,02 mol Cl–. Nước trong cốc thuộc loại nào?
A. Nước cứng có tính cứng tạm thời.
B. Nước cứng có tính cứng vĩnh cửu.
C. Nước cứng có tính cứng toàn phần.
D. Nước mềm.
Đáp án C
Nước trong cố thuộc loại nước cứng có tính cứng toàn phần do có hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ lớn, ngoài ra còn có ion HCO3– nên nước có tính cứng tạm thời, ion Cl– nước có tính cứng vĩnh cửu.
Câu 9. [Trang 119 SGK]
Viết phương trình hóa học của phản ứng để giải thích việc dùng Na3PO4 làm mềm nước cứng có tính cứng toàn phần.
Lời giải
Dùng Na3PO4 làm kết tủa bất cứ muối nào của magie và canxi.
Các PTHH:
3Ca[HCO3]2 + 2Na3PO4 → Ca3[PO4]2 ↓ + 6NaHCO3
3Mg[HCO3]2 + 2Na3PO4 → Mg3[PO4]2 ↓ + 6NaHCO3
3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3[PO4]2 ↓ + 6NaCl
3CaSO4 +2Na3PO4 → Ca3[PO4]2 ↓ + 3Na2SO4.