Bài 25: Lí thuyết và giải bài tập về kim loại kiềm và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. KIM LOẠI KIỀM

1.1. Vị trí trong Bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử.

Kim loại kiềm thuộc nhóm IA. Gồm các nguyên tố: liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), Xêsi (Cs) và Franxi (Fr).
Cấu hình electron nguyên tử: Li: [He]2s¹ Na: [Ne]3s¹ K: [Ar]4s¹ Rb: [Kr]5s¹ Cs: [Xe]6s¹

1.2. Tính chất vật lí của kim loại kiềm

Màu trắng bạc và có ánh kim, dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp.
Nguyên nhân: Kim loại kiềm có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng. Mặt khác, trong tinh thể các nguyên tử và ion liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu.

1.3. Tính chất hóa học của kim loại kiềm

a. Tác dụng với phi kim (O₂, Cl₂...)

Thí nghiệm Natri với oxi

\(Na + {O_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}N{a_2}{O_2}\) ( Natrai peoxit)

\(Na + {O_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}N{a_2}O\) (Natri oxit)

Thí nghiệm: \(Na+ Cl_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}NaCl\)

b. Tác dụng với axit

2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂

c. Tác dụng với nước

2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

1.4. Ứng dụng, trạng thái thiên nhiên và điều chế

a. Ứng dụng

Dùng chế tạo hợp kim có nhiệt độ ngoài cùng thấp.
Hợp kim Li – Al siêu nhẹ, được dùng trong kĩ thuật hàng không.
Cs được dùng làm tế bào quang điện.

b. Trạng thái tự nhiên

Tồn tại ở dạng hợp chất: NaCl (nước biển), một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat có ở trong đất.

c. Điều chế

Khử ion của kim loại kiềm trong hợp chất bằng cách điện phân nóng chảy hợp chất của chúng.

2. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM

2.1. Natri hidroxit (NaOH)

a. Tính chất vật lí

Chất rắn, không màu, dễ nóng chảy (t_nc = 322⁰C), hút ẩm mạnh (dễ chảy rữa), tan nhiều trong nước.
Khi tan trong nước, NaOH phân li hoàn toàn thành ion: NaOH → Na⁺ + OH^-

b. Tính chất hóa học

Tác dụng với axit: HCl + NaOH → NaCl + H₂O
Tác dụng với oxit axit:

NaOH + CO₂ → NaHCO₃(tỉ lệ số mol NaOH : CO₂ là 1:1)

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃(tỉ lệ số mol NaOH : CO2 là 2:1)

Tác dụng với dung dịch muối: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂\(\downarrow\) + Na₂SO₄

c. Ứng dụng

Nấu xà phòng, chế phẩm nhuộm, tơ nhân tạo, tinh chế quặng nhôm trong công nghiệp luyện nhôm và dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ.

2.2. Natri hidrocacbonat

a. Tính chất vật lí

Chất rắn, màu trắng, ít tan trong nước.

b. Tính chất hóa học

Phản ứng phân hủy: \(2NaHCO_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Na_{2}CO_{3}+CO_{2}\uparrow+H_{2}O\)
NaHCO₃ là hợp chất lưỡng tính:
- \(NaHCO_{3}+HCl\rightarrow NaCl + CO_{2}\uparrow+H_{2}O\)
- \(NaHCO_{3}+NaOH \rightarrow Na_{2}CO_{3}+H_{2}O\)

c. Ứng dụng

Dùng trong công nghiệp dược phẩm (chế thuốc đau dạ dày,…) và công nghiệp thực phẩm (làm bột nở,…)

2.3. Natri cacnonat (Na₂CO₃)

a. Tính chất vật lí

Chất rắn màu trắng, tan nhiều trong nước.
Ở nhiệt độ thường tồn tại dưới dạng muối ngậm nước Na₂CO₃.10H₂O, ở nhiệt độ cao muối này mất dần nước trở thành Na₂CO₃ khan, nóng chảy ở 850⁰C

b. Tính chất hóa học

Phản ứng với axit: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂\(\uparrow\)+ H₂O
Phản ứng với kiềm: Na₂CO₃ + Ba(OH)₂ → BaCO_{3\(\downarrow\)}+ 2NaOH
Phản ứng với muối: Na₂CO₃ + CaCl₂ → CaCO₃\(\downarrow\) + 2NaCl

c. Ứng dụng

Là hoá chất quan trọng trong công nghiệp thuỷ tinh, bột giặt, phẩm nhuộm, giấy, sợi,…

2.4. Kali nitrat

a. Tính chất vật lí

Là những tinh thể không màu, bền trong không khí, tan nhiều trong nước.

b. Tính chất hóa học

Bị phân huỷ ở nhiệt độ cao: \(2KNO_{3}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2KNO_{2}+O_{2}\)

C. Ứng dụng

Dùng làm phân bón (phân đạm, phân kali) và chế tạo thuốc nổ. Thuốc nổ thông thường (thuốc súng) là hỗn hợp 68%KNO₃, 15%S và 17%C (than)
Phản ứng cháy của thuốc súng: \(2KNO_{3}+3C+S\overset{t^{0}}{\rightarrow}N_{2}+3CO_{2}+K_{2}S\)

II. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. (Trang 111 SGK)

Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại kiềm là

A. ns¹.

B. ns².

C. ns²np¹.

D. (n-1)d^xns^y.

Bài làm:

Đáp án A

Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại kiềm là ns¹.

Câu 2. (Trang 111 SGK)

Cation M⁺ có cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 2s²2p⁶. M⁺là cation nào sau đây ?

A .Ag⁺.

B. Cu⁺.

C. Na⁺.

D. K⁺.

Bài làm:

Đáp án C

Nguyên tử Na có cấu hình: [Ne]3s¹ vì vậy ion Na⁺ sẽ có cấu hình của Ne (1s²2s²2p⁶).

Câu 3. (Trang 111 SGK)

Nồng độ phần trăm của dung dịch tạo thành khi hòa tan 39 gam kali loại vào 362 gam nước là kết quả nào sau đây

A.15,47%.

B. 13,97%.

B.14%.

D. 14,04%.

Bài làm:

Đáp án C

Ta có n_K = \[\frac{39}{39}\] = 1 (mol)

PTHH: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

=>n_KOH = n_K = 1 (mol) ; n_H2= \[\frac{{{n}_{k}}}{2}\]= 0,05 (mol)

BTKL ta được: m_{dung dịch} = 39 + 362 – 0,5.2 = 400 (gam)

=>Nồng độ phần trăm của dung dịch sau phản ứng C%_KOH= (\[\frac{1,56}{400}\]) . 100% = 14%.

Câu 4. (Trang 111 SGK)

Trong các muối sau, muối nào dễ bị nhiệt phân ?

A. LiCl.

B.NaNO₃

C.KHCO₃.

D. KBr.

Bài làm:

Đáp án C

Trong các muối trên, muối dễ bị nhiệt phân là KHCO₃

Câu 5. (Trang 111 SGK)

Điện phân muối clorua của một kim loại kiềm nóng chảy, thu được 0,896 lít khí (đktc) ở anot và 3,12 gam kim loại ở catot. Hãy xác định công thức phân tử của muối kim loại kiềm đó.

Bài làm:

Ta có: n_khí = \[\frac{8,96}{22,4}\] =0,04 (mol)

PTHH: 2MCl →(đk: đpnc) 2M + Cl₂

Từ phương trình phản ứng => n_M = 2 n_Cl2 = 0,08 (mol)

=>M = \[\frac{3,12}{0,08}\] = 39 (g/mol). Kim loại M là K.

CTPT của muối kim loại kiềm là: KCl.

Câu 6. (Trang 111 SGK)

Cho 100 gam CaCO₃ tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl thu được một lượng khí CO₂. Sục lượng khí CO₂ thu được vào dung dịch chứa 60 gam NaOH. Tính khối lượng muối tạo thành.

Bài làm:

Ta có: n_CaCO3 = \[\frac{100}{100}\] = 1 (mol) ; n_NaOH = \[\frac{60}{40}\] = 1,5 (mol)

PTHH: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ ↑ + H₂O

Theo phương trình hóa học =>n_CO2 = n_CaCO3 = 1 (mol)

Vì 1 < n_NaOH : n_CO2 = 1,5 < 2 =>Tạo thành 2 muối

Gọi số mol của NaHCO₃ và Na₂CO₃ lần lượt là x, y (mol)

CO₂ + NaOH → NaHCO₃

x x x (mol)

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

y 2y y (mol)

Ta có hệ phương trình: x + 2y = 1,5 và x + y =1 => x = y = 0,5.

=>m_NaHCO3= 84.0,5 = 42 (gam); m_Na2CO3 = 106.0,5 = 53 (gam)

Khối lượng muối thu được: 42 + 53 = 95 (gam).

Câu 7. (Trang 111 SGK)

Nung 100 gam hỗn hợp gồm Na₂CO₃ và NaHCO₃ cho đến khi khối lượng của hỗn hợp không đổi, được 69 gam chất rắn. Xác định thành phần phần trăm khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu.

Bài làm:

Gọi số mol của NaHCO₃ là x (mol)

PTHH: 2NaHCO₃ →(t^o) Na₂CO₃ + CO₂ ↑ + H₂O ↑

x \[\frac{x}{2}\]

=>Khối lượng muối bị giảm: 84x – 53x = 31x = 100 – 69 = 31 (g)

=>x = 1 mol

=> %NaHCO₃ = (\[\frac{84}{100}\]) . 100% = 84%

%Na₂CO₃ = 100% - 84% = 16%.

Câu 8. (Trang 111 SGK)

Cho 3,1 gam hỗn hợp gồm hai kim loại kiềm ở hai chu kì liên tiếp nhau trong bảng tuần hoàn tác dụng hết với nước thu được 1,12 lít H₂ ở đktc và dung dịch kiềm.

a) Xác định tên hai kim loại đó và tính thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại.

b) Tính thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng để trung hòa dung dịch kiềm và khối lượng hỗn hợp muối clorua thu được.

Bài làm:

a) Gọi công thức chung của 2 kim loại kiềm là M

Ta có n_H2 = \[\frac{1,12}{22,4}\] = 0,05 (mol)

PTHH: 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂

Từ PTHH => n_M = 0,1 mol

=>Khối lượng mol trung bình là = \[\frac{3,1}{0,1}\] = 31 (g/mol)

Vậy 2 kim loại đó là Na và K

Gọi x, y lần lượt là số mol kim loại Na, K ta có:

23x + 39y = 3,1 và x + y = 0,1

=> x = y = 0,05 (mol)