Bài 25: Lí Thuyết Và Giải Bài Tập Về Kim Loại Kiềm Và Hợp Chất Quan ...

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 (tnc = 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 → BaCO3\(\downarrow\)+ 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)dxnsy.

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 nK = \[\frac{39}{39}\] = 1 (mol)

PTHH:  2K + 2H2O  →  2KOH + H2

=>nKOH = nK = 1 (mol)   ;   nH2 = \[\frac{{{n}_{k}}}{2}\]=  0,05 (mol)

BTKL ta được: mdung 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: nkhí = \[\frac{8,96}{22,4}\] =0,04 (mol)                        

PTHH:  2MCl  →(đk: đpnc)  2M + Cl2

Từ phương trình phản ứng => nM = 2 nCl2 = 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: nCaCO3 = \[\frac{100}{100}\] = 1 (mol)  ; nNaOH = \[\frac{60}{40}\] = 1,5 (mol)

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

Theo phương trình hóa học =>nCO2 = nCaCO3 = 1 (mol)

Vì 1 < nNaOH : nCO2 = 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.

=>mNaHCO3 = 84.0,5 = 42 (gam); mNa2CO3 = 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  →(to)  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 nH2 = \[\frac{1,12}{22,4}\] = 0,05 (mol)

PTHH:  2M + 2H2O → 2MOH + H2

Từ PTHH => nM = 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)

Phần trăm khối lượng mỗi kim loại

% Na = (\[\frac{23.0,05}{3,1}\]) . 100% = 37,1%;

% K = 100% - 37,1% = 62,9%.

b) H+ + OH- → H2O 

nHCl = nH+  = nMOH = 0,1 mol =>Vdung dịch HCl = \[\frac{0,1}{2}\]= 0,05 (lít)

mhh muối = mKL + mCl- =  (31 + 35,5).0,1 = 6,65 (gam)

Bài viết gợi ý:

1. Bài 24: Hướng dẫn thực hành về tính chất, điều chế và sự ăn mòn kim loại

2. Bài 23: Luyện tập về điều chế và sự ăn mòn của kim loại

3. Bài 22: Luyện tập về tính chất của kim loại

4. Bài 21: Lí thuyết và giải bài tập về điều chế kim loại

5. Bài 20: Lí thuyết và giải bài tập về sự ăn mòn kim loại

6. Bài 19: Lí thuyết và giải bài tập về hợp kim

7. Bài 18: Lí thuyết và giải bài tập về tính chất và dãy điện hóa kim loại