Bài 26: Lí thuyết và giải bài tập về kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. KIM LOẠI KIỀM THỔ

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

• Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm các nguyên tố: Be,  Mg,  Ca,   Sr,  Ba,  Ra
• Cấu tạo : cấu hình e lớp ngoài cùng ns² (n là thứ tự của chu kỳ) KL kiềm thổ có 2e lớp ngoài cùng 

1.2. Tính chất vật lí của kim loại kiềm thổ

• Có màu trắng bạc, có thể dát mỏng , nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ.

1.3. Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ

• KL kiềm thổ có năng lượng ion hoá tương đối nhỏ. Vì vậy KLK thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be → Ba . Ta có:  M → M²⁺   + 2e 
• Trong  hợp  chất  KLK  thổ có số oxi  hoá  =  +2

a. Tác dụng với phi kim

Thí nghiệm Đốt cháy Magie: \(2\mathop {Mg}\limits^0 + \mathop {{O_2}}\limits^0 \to 2\mathop {Mg}\limits^{ + 2} \mathop O\limits^{ - 2}\)

b. Tác dụng với dung dịch Axit

Thí nghiệm: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 2\mathop {HCl}\limits^{ + 1} \to \mathop {Mg}\limits^{ + 2} C{l_2} + \mathop {{H_2}}\limits^0 \uparrow\)

c. Tác dụng với axit HNO₃, H₂SO₄ đặc

KLK thổ có thể khử \(\mathop N\limits^{ + 5}\) trong HNO₃ loãng xuống \(\mathop N\limits^{ - 3} ,\mathop S\limits^{ + 6}\)  trong H₂SO₄ đặc xuống \(\mathop S\limits^{ -2}\)

• Thí nghiệm Magie trong axit sunfuric: \(\mathop {Mg}\limits^0 + 5{H_2}S{O_4} \to 4\mathop {Mg}\limits^{ + 2} S{O_4} + {H_2}\mathop S\limits^{ - 2} + 4{H_2}O\)

d. Tác dụng với nước

Thí nghiệm Canxi tác dụng với nước:  Ca  +2 H₂O  →  Ca(OH)₂  +H_{2\(\uparrow\)}

2. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI

2.1. Canxi hidroxit

• Ca(OH)₂ là bazơ mạnh, dễ dàng hấp thụ khí CO₂. Phương trình: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
• Ứng dụng: Sản xuất amoniac (NH₃), Clorua vôi (CaOCl₂)...

2.2. Canxi cacbonat (CaCO₃)

• Dễ bị nhiệt phân huỷ: CaCO_3­  \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaO  + CO₂  

• CaCO_3­ tan dần trong nước có hoà tan CO₂: CaCO_3­ +  CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂
• Ứng dụng: Dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, ...

2.3. Canxi sunfat

• Là chất rắn màu trắng, tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO₄.2H₂O gọi là thạch cao sống.
• Khi đun nóng đến 160⁰C thạch cao sống biến thành thạch cao nung. 

     CaSO₄.2H₂O \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) CaSO₄.H₂O + H₂O

• Ứng dụng: Dùng để nặn tượng, đúc khuôn, bó bột khi gãy xương, ...

3. NƯỚC CỨNG

3.1. Khái niệm

• Nước cứng là nước có chứa ion Ca²⁺, Mg²⁺
• Nước cứng tạm thời: Là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ 
  • ​\(Ca{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CaC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\)
  • \(Mg{\left( {HC{O_3}} \right)_2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}MgC{O_3} + {\rm{ }}C{O_2} + {H_2}O\)
• _​Nước cứng vĩnh cửu: Là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, cloruacủa canxi và magie(CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄) 

3.2. Tác hại của nước cứng

• Trong đời sống : dùng nước cứng để tắm giặt không sạch, làm quần áo chóng hỏng
• Trong sản xuất : Tạo cặn, lãng phí nhiên liệu tắc đường ống nước 

3.3. Cách làm mềm nước cứng

• Phương pháp kết tủa:
  • Đun nóng
  • Dùng NaOH
  • Dùng Na₂CO₃Hoặc Na₃PO₄
• Phương pháp trao đổi ion

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

Dùng dd muối chứa CO₃^2- sẽ tạo kết tủa CaCO₃ , MgCO₃ . Sục khí CO₂ dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ có mặt của Ca²⁺, Mg²⁺

 II.GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

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.

Bài làm:

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.

Bài làm:

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%.

Bài làm:

Đáp án B

n_CO2 = \[\frac{0,672}{22,4}\] = 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 => n_CO2 = x + y = 0,03    => x = 0,02; y = 0,01

Phần trăm theo khối lượng trong hỗn hợp đầu là:

%CaCO₃ = (\[\frac{0,02.100}{2,84}\]).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.

Bài làm:

Đáp án C.

Gọi kim loại cần tìm là M.

PTHH:  M + 2HCl → MCl₂ + H₂

n_Cl^- _{trong muối} = \[\frac{(5,55-2)}{35,5}\]= 0,1 (mol) => M = \[\frac{2}{0,05}\] = 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?

Bài làm:

a) Ta có: n_CaO =  0,05 (mol); n_CO2 =  = 0,075 (mol)

              CaO + H₂O → Ca(OH)₂

     (mol) 0,05                  0,05

Xét tỉ lệ 1 < n_CO2 : n_Ca(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

m_CaCO3 = 100.(0,05-0,025) = 100.0,025 = 2,5 (gam)

b) Khi đun nóng dung dịch

              Ca(HCO₃)₂  →(t^o)  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.

Bài làm:

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:

M_MCl2 = \[\frac{14,25}{0,15}\]= 95 (g/mol) => M_M = 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.

Bài làm:

Ta có: n_CO2 = \[\frac{2,016}{22,4}\] = 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

=>m_CaCO3 = 0,04.100 = 4 (gam)

    m_MgCO3 = 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.

Bài làm:

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.

Bài làm:

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.

Bài viết gợi ý: