Lý thuyết Hóa học 12 Bài 18: Nguyên tố nhóm IIA - Chân trời sáng tạo

---

Haylamdo biên soạn tóm tắt lý thuyết Hóa 12 Bài 18: Nguyên tố nhóm IIA sách Chân trời sáng tạo hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Hóa học 12.

Lý thuyết Hóa 12 Bài 18: Nguyên tố nhóm IIA - Chân trời sáng tạo

A. ĐƠN CHẤT

I. VỊ TRÍ CẤU TẠO VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

- Các nguyên tố nhóm IIA gồm, beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) và radium (Ra).

- Kim loại nhóm IIA là các nguyên tố hoạt động hoá học mạnh và không tìm thấy ở dạng đơn chất trong tự nhiên.

- Một số quặng của nguyên tố kim loại nhóm IIA:

+ Magnesium tồn tại trong quặng dolomite (CaCO₃. MgCO₃)

+ Calcium có trong đá vôi (CaCO₃), dolomite, thạch cao (CaSO₄).

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IIA không theo quy luật do cấu trúc mạng tinh thể của kim loại nhóm IIA khác nhau.

- Nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng và độ cứng của kim loại nhóm IIA cao hơn so với kim loại nhóm IA cùng chu kì. Kim loại nhóm IIA là những kim loại nhẹ (D < 5g/ cm³).

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ Be đến Ba.

$M\stackrel{}{\to }{M}^{2+}+2e$

- Từ Be đến Ba, điện tích hạt nhân tăng, bán kính nguyên tử tăng nhanh, vì vậy tính kim loại tăng. Trạng thái oxi hoá phổ biến trong các hợp chất của kim loại nhóm IIA là + 2.

1. Phản ứng với oxygen

- Khi đốt nóng, kim loại nhóm IIA cháy trong không khí tạo các oxide, phản ứng tỏa nhiều nhiệt: $2M+O_2\stackrel{}{\to }2MO$

- Mg cháy phát ra ánh sáng chói, giàu tia tử ngoại nên được ứng dụng làm pháo sáng.

$Mg\left(s\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)\to MgO\left(s\right){\Delta }_r{H}_{298}^0=-610\text{kJ/mol}$

- Có thể nhận biết đơn chất và các hợp chất của Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ bằng phương pháp thử màu ngọn lửa.

+ Đơn chất và hợp chất của Ca²⁺ cháy cho ngọn lửa màu đỏ cam.

+ Đơn chất và hợp chất của Sr²⁺ cháy cho ngọn lửa màu đỏ son.

+ Đơn chất và hợp chất của Ba²⁺ cháy cho ngọn lửa màu lục.

2. Phản ứng với nước

- Berrylium không tác dụng với nước và hơi nước do có màng oxide bền bảo vệ bề mặt. - Các kim loại Ca, Sr, Ba khử H₂O ở nhiệt độ thường.

- Magnesium phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường và phản ứng nhanh hơn khi đun nóng.

$Mg+2H_{2}O\stackrel{}{\to }Mg{\left(OH\right)}_2+H_2$

- Độ tan của các hydroxide trong nước tăng theo thứ tự:

$Be{\left(OH\right)}_2<Mg{\left(OH\right)}_2<Ca{\left(OH\right)}_2<Sr{\left(OH\right)}_2<Ba{\left(OH\right)}_2$

B. HỢP CHẤT

I. TÍNH CHẤT CỦA MUỐI CARBONATE, NITRATE

1. Tương tác của muối carbonate với dung dịch acid loãng, với nước khi có mặt CO₂

Muối carbonate tác dụng với dung dịch acid loãng, phản ứng với H₂O khi có mặt CO₂:

$CaC{O}_3+2HCl\stackrel{}{\to }CaC{l}_2+C{O}_2+H_{2}O$

$CaC{O}_3+C{O}_2+H_{2}O\stackrel{}{\to }Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2$

2. Sự phân hủy nhiệt của muối carbonate và muối nitrate

- Dưới tác dụng của nhiệt, muối carbonate của kim loại nhóm IIA bị phân huỷ tạo thành oxide.

$MC{O}_3\left(s\right)\stackrel{t°}{\to }MO\left(s\right)+C{O}_2\left(g\right){\Delta }_r{H}_{298}^0>0$

- Khi đun nóng, muối nitrate của kim loại nhóm IIA phân huỷ thành oxide.

$M{\left(N{O}_3\right)}_2\left(s\right)\stackrel{t°}{\to }MO\left(s\right)+2N{O}_2\left(g\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right){\Delta }_r{H}_{298}^0>0$

- Độ bền nhiệt của muối carbonate, muối nitrate của kim loại nhóm IIA có xu hướng tăng dần từ muối của Mg²⁺ đến muối của Ba²⁺.

II. TÍNH TAN CỦA CÁC MUỐI CARBONATE, SULFATE,NITRATE

- Các muối nitrate đều tan.

- Trừ BeCO₃, các muối carbonate khác không tan trong nước.

- Các muối BeSO₄, MgSO₄ tan; SrSO₄ và CaSO₄ ít tan; BaSO₄ không tan.

Chú ý: CaSO₄ có độ tan lớn hơn BaSO₄.

- Nhận biết các ion: $C{a}^{2+},B{a}^{2+},S{O}_4^{2-},C{O}_3^{2-}$ trong dung dịch:

III. ỨNG DỤNG

Một số ứng dụng của đơn chất và hợp chất kim loại nhóm IIA:

- Magnesium: Mg nhẹ hơn so với Al, vì vậy hợp kim của Mg được sử dụng trong chế tạo máy bay, ô tô,...

- Đá vôi: có thành phần chính là calcium carbonate, được dùng để sản xuất vôi, xi măng, làm vật liệu xây dựng....

- Vôi sống (calcium oxide) làm vật liệu xây dựng, tẩy uế, sát trùng.

- Nước vôi (calcium hydroxide) được dùng trong xử lí nước, giảm tính cứng của nước.

- Thạch cao có thành phần chính là calcium sulfate (CaSO₄.nH₂O), được sử dụng làm vách, trần thạch cao để tăng tính thẩm mĩ trong xây dựng. Trong lĩnh vực y tế, thạch cao thường được ứng dụng trong kĩ thuật bó bột định hình xương.

- Khoáng vật apatite chứa calcium, công thức Ca₅(PO₄)₃F, Ca₅(PO₄)₃OH và Ca₅(PO₄)₃Cl, được dùng chế tạo phân bón cho nông nghiệp, làm nguyên liệu sản xuất phân lân.

- Vai trò một số hợp chất của calcium trong cơ thể con người: Calcium là thành phần chính của xương và răng; ion calcium có trong muối phosphate phức tạp, hydroxyapatite, Ca₅(PO₄)₃OH. Ion Ca²⁺ trong cơ thể người có chức năng kích hoạt quá trình trao đổi chất, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của tim, đông máu, co cơ và truyền xung thần kinh.

IV. NƯỚC CỨNG VÀ CÁCH LÀM MỀM NƯỚC CỨNG

1. Phân loại nước cứng

- Nước cứng là loại nước có chứa ion Ca²⁺ và Mg²⁺ với hàm lượng vượt quá mức cho phép.

- Nước có tính cứng tạm thời là nước cứng chứa ion $HC{O}_3^{-}$, (muối Ca(HCO₃)₂; Mg(HCO₃)₂).

- Nước có tính cứng vĩnh cửu là nước cứng chứa các ion $S{O}_4^{2-},C{l}^{-}$(muối MgCl₂, CaCl₂, MgSO₄, CaSO₄).

- Nước có tính cứng toàn phần là loại nước cứng bao gồm cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.

2. Tác hại của nước cứng

- Trong đời sống hàng ngày: Nước cứng làm giảm khả năng tạo bọt của xà phòng, giảm tác dụng giặt rửa, làm các dụng cụ đun nấu dễ bị đóng cặn, tiêu hao năng lượng. Nếu sử dụng nước cứng để nấu ăn sẽ làm thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị.

- Trong bảo vệ sức khoẻ: Dùng nước cứng tắm gội hàng ngày sẽ gây khô da, khô tóc hay mẩn ngứa, gây hại sức khoẻ.

- Trong công nghiệp: Trong các nồi áp suất của tua bin hơi nước ở nhiều nhà máy, nước cứng tạo cặn là CaCO₃, cản trở quá trình dẫn nhiệt. Các mảng bám còn tăng nguy cơ tắc ống, tắc lỗ van an toàn gây nguy hiểm.

3. Phương pháp làm mềm nước cứng

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước cứng.

a) Phương pháp kết tủa

Bằng cách chuyển ion Ca²⁺ và ion Mg²⁺ thành dạng kết tủa, thường là CaCO₃, MgCO₃, Ca₃(PO₄)₂, Mg₃(PO₄)₂.

*Đối với nước có tính cứng tạm thời:

- Đun sôi nước, ion Ca²⁺ và Mg²⁺ sẽ tách ra dưới dạng kết tủa.

$Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2\stackrel{t°}{\to }CaC{O}_3\downarrow +C{O}_2\uparrow +H_{2}O$

$Mg{\left(HC{O}_3\right)}_2\stackrel{t°}{\to }MgC{O}_3\downarrow +C{O}_2\uparrow +H_{2}O$

- Dùng lượng vừa đủ dung dịch Ca(OH)₂ để phản ứng với muối Ca(HCO₃)₂; Mg(HCO₃)₂.

$Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2+Ca{\left(OH\right)}_2\stackrel{t°}{\to }2CaC{O}_3\downarrow +2H_{2}O$

- Cho phản ứng với dung dịch chứa ion $C{O}_3^{2-}$ hoặc $P{O}_4^{3-}$:

$Ca{\left(HC{O}_3\right)}_2+N{a}_{2}C{O}_3\stackrel{t°}{\to }CaC{O}_3\downarrow +2NaHC{O}_3$

*Đối với nước có tính cứng vĩnh cửu

Cách phổ biến là thêm ion $C{O}_3^{2-}$ hoặc $P{O}_4^{3-}$vào dung dịch:

$CaS{O}_4+N{a}_{2}C{O}_3\stackrel{}{\to }N{a}_{2}S{O}_4+CaC{O}_3\downarrow$

$3MgC{l}_2+2N{a}_{3}P{O}_4\stackrel{}{\to }6NaCl+M{g}_3{\left(P{O}_4\right)}_2\downarrow$

b) Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp này dựa trên việc trao đổi ion Ca²⁺ và Mg²⁺ bằng các ion như Na⁺ hay H⁺ trên vật liệu zeolite. Khi nước cứng đi qua vật liệu zeolite, các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ bị giữ lại, ion Na⁺ hay H⁺ trong zeolite đi vào dung dịch.