Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Kim loại kiềm thổ

No description
by

LanAnh Nguyen

on 23 November 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Kim loại kiềm thổ

I/ Kim loại kiềm thổ là gì?
V/ Một số hợp chất quan trọng của các kim loại kiềm thổ:
VI/ Nước cứng và cách làm mềm nước:
III/ Tính chất hóa học
IV/ Trạng thái tự nhiên- ứng dụng - Điều chế:
- Các kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng ion 2+
II/ Tính chất vật lí
KIM LOẠI KIỀM THỔ
(alkaline earth metal)
- 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 (không phải lúc nào cũng được xem xét do chu kỳ bán rã ngắn của nó).
Nguyên tố Beri (Be)
Nguyên tố Magie (Mg)
Nguyên tố Canxi (Ca)
Nguyên tố Stronti (Sr)
Nguyên tố Bari (Ba)
Nguyên tố Radi (Ra)
Đặc điểm chung:
Nhận xét:
1. Cấu hình electron:
- đều có 2 electron lớp ngoài cùng (ns2)
=> Dễ mất 2 electron hóa trị để trở thành ion dương có cấu hình electron của khí hiếm bền vững
M(k) → M2+(k) + 2e

[He] 2s
2
[Ne] 3s
[Ar] 4s
[Kr] 5s
[Xe] 6s
[Rn] 7s
2
2
2
2
2

- Năng lượng ion hóa thứ hai lớn hơn năng lượng ion hóa thứ nhất khoảng 2 lần .
- Năng lượng ion hóa thứ ba lớn hơn năng lượng ion hóa thứ hai tới ~ 5 lần
=> Trong hợp chất, các kim loại kiềm thổ thể hiện số oxi hóa +2 và hầu như tất cả là ion (trừ Be có 1 số hợp chất cộng hóa trị).

2. Số oxi hóa:
3. Thế điện cực:
Có giá trị rất âm (kém âm hơn so với kim loại kiềm) và giảm đều theo chiều từ Be→Mg→Ca→Sr→Ba→Ra.
=> Là những chất khử mạnh trong dung dịch, tính khử tăng theo chiều từ trên xuống dưới

- Từ Be→Mg→Ca→Sr→Ba→Ra: bán kính nguyên tử tăng đều đặn và năng lượng ion hóa giảm đều đặn.
=> Tính kim loại tăng đều đặn theo chiều từ trên xuống dưới
- so với kim loại kiềm ở cùng chu kì, kim loại kiềm thổ kém hoạt động hơn vì có điện tích hạt nhân lớn hơn và bán kính nguyên tử bé hơn.
- Các kim loại thổ có màu trắng bạc hoặc xám nhạt. Tuy nhiên trong không khí, Be và Mg vẫn giữ được ảnh kim còn các kim loại khác mất ánh kim nhanh chóng.
Nhận xét:
1.Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi:
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại kiềm thổ cao hơn so với các kim loại kiềm.
- Tuy nhiên, sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi trong nhóm diễn ra không đều đặn vì các kim loại kiềm thổ kết tinh theo những mạng tinh thể khác nhau.
2. Tỉ khối:
- Tỉ khối của các kim loại kiểm thổ lớn hơn khá nhiều so với các kim loại kiềm; do trong tinh thể có nhiều electron hóa trị nên thực hiện liên kết kim loại mạnh hơn.
- Tuy nhiên, nếu so với các kim loại khác thì chúng vẫn là các kim loại nhẹ.
3. Độ cứng:
- Trong số các kim loại kiềm thổ thì rắn nhất là beri, có thể rạch được thủy tinh ( độ cứng 6 – 7), sau đó là magie ( độ cứng 2,5), còn các kim loại khác thì mềm hơn.
- Ở nhiệt độ thường, beri khá dòn, còn khi nung đỏ thì có thể dát mỏng được. Magiê có thể rèn và dát mỏng.
4. Độ dẫn điện riêng:
- Độ dẫn điện riêng của kim loại kiềm thổ tương đương với độ dẫn điện riêng của kim loại kiềm. Điều đó có thể giải thích là vùng s và vùng p trong kim loại kiềm thổ đã che phủ nhau tạo thành vùng chưa có đủ electron làm cho kim loại dẫn điện tốt.
1. Tác dụng với hidro:
+ Khi đun nóng,các kim loại Ca, Sr, Ba tác dụng dễ dàng với H2 tạo thành hiđrua ion MH2. Ví dụ như Ca kết hợp với H2 ở 150oC:
M(r) + H2 (k) → MH2 (r)
Ca(r) + H2(k) → CaH2(r)
2. Tác dụng với oxi:
- Khi được đốt nóng ở trong không khí, tất cả các kim loại kiềm thổ cháy tạo nên oxit MO (M là kim loại kiềm thổ) và phản ứng phát ra nhiều nhiệt:
2M(r) + O2 (k) → 2(M2+O2-) (r)
2Mg +O2 → 2MgO ∆Ho= -610kJ/mol
+ Riêng Mg, khi cháy còn phát ra ánh sáng chói và giàu tia tử ngoại nên được dùng để làm pháo sáng và dùng trong nhiếp ảnh.
2Mg +O2 → 2MgO ∆Ho= -610kJ/mol
+ Trừ BeO, tất cả các oxit của kim loại kiềm thổ đều tác dụng với nước cho dung dịch bazơ:
MO(r) + H2O(l) → M(OH)2 (aq)

3. Tác dụng với các phi kim khác:
+ Khi đun nóng, tất cả các kim loại kiềm thổ tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, silic:
M(r) + X2 (k) → MX2 (r)
+ Tất cả các muối halogenua đều là hợp chất ion trừ BeCl2 là hợp chất có liên kết cộng hóa trị. Phân tử BeCl2 có cấu trúc thẳng và không tuân theo quy tắc bát tử.
+ Kim loại kiềm thổ cháy trong không khí thì ngoài tạo ra oxit MO còn có nitrua M3N2 được tạo nên. Những nitrua đó được phát hiện dễ dàng nhờ tác dụng của chúng với hơi nước trong không khí giải phóng khí NH3.
3M(r) + N2(k) → M3N2(r)
M3N2 + 6H2O → M(OH)2 + 2NH3↑
4. Tác dụng với axit và H2O
5. Tác dụng với amoniac lỏng:
+Cũng như các kim loại kiềm, các kim loại Ca, Sr và Ba có thể tan trong amoniac lỏng cho dung dịch màu xanh thẫm.
- Các kim loại kiềm thổ có khuynh hướng nhường hai electron để chuyển thành ion dương có cấu hình của khí hiếm. Vì vậy, hầu hết các hợp chất của các kim loại kiềm thổ đều là hợp chất ion (trừ một vài hợp chất của Beri)
- Be có một số tính chất giống nhôm.
- Mg có mộtài tính chất khác với các
nguyên tố Ca, Sr, Ba.
+ Các hiđrua ion của kim loại kiềm thổ bền hơn hiđrua ion của kim loại kiềm. Ở áp suất lớn của khí H2 (200atm) và khi có mặt MgI2, Mg có thế kết hợp với H2 ở nhiệt độ 570oC tạo thành MgH2. Đó là chất bột màu xám và bền trong không khí.
+ Khi tiếp xúc với nước các hiđrua này tạo thành dung dịch M(OH)2 và giải phóng khí H2:
CaH2(r) +2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + 2H2(k)↑
+ Vì thế điện cực của các kim loại kiềm thổ có giá trị âm nên chúng có thể khử dễ dàng H+ trong các dung dịch axit loãng, giải phóng H2:
M(r) + 2H+ (aq) → M2+(aq) + H2↑
- Những phức chất này cũng như dung dịch của kim loại kiềm thổ trong amoniac lỏng khi có mặt chất xúc tác biến thành amiđua:
Ca(NH3)6 → Ca(NH2)2 + 4NH3↑ + H2↑
hoặc:
Ca + 2NH3 → Ca(NH2)2 + H2↑
+ Khi đung nóng ở áp suất thấp, các amiđua biến thành imiđua:
Ca(NH2)2 → CaNH +NH3↑
+ Amiđua và imiđua của kim loại kiềm thổ cũng như của các kim loại kiềm là những hợp chất ion, chỉ bền ở dạng tinh thể và tương tác mạnh với nước tạo thành hiđroxit và amoniac.

+ Có thế điện cực tương đương với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ về nguyên tắc tương tác dễ dàng với nước giải phóng H2 và càng dễ dàng phản ứng vói các dung dịch axit. Nhưng thực tế Be không tương tác với nước vì có lớp oxit bền bảo vệ. Mg không tan trong nước lạnh nhưng tan chậm trong nước nóng:
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑
+ Riêng Be còn có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc trong kiềm nóng chảy tạo thành muối berilat và giải phóng H2:
Be + 2NaOH(dd) + 2H2O → Na2[Be(OH)4] +H2↑
Be + 2NaOH(nc) → Na2BeO2 + H2↑
+ Đặc tính riêng này của Be cho thấy nó giống nhiều với Al.
Trạng thái tự nhiên:
-Beri thường gặp trong quặng berin [3BeSiO3.Al2(SiO3)3]
- Ở dạng nguyên chất, berin không có màu trong tinh thể, nếu lẫn tạp chất Cr3+ thì có màu lục sáng long lanh (ngọc bích), nễu lẫn Fe2+ và Fe3+ thì có màu xanh da trời (ngọc lam)
Ứng dụng
-Beri bền chắc như thép, có nhiệt độ nóng chảy cao lại nhẹ chỉ bằng 1/4 sắt => được dùng để chế tạo hợp kim.
Ứng dụng:
Trạng thái tự nhiên:
Ứng dụng
Trạng thái tự nhiên
Ứng dụng
Trạng thái tự nhiên
Ứng dụng
Trạng thái tự nhiên
Ứng dụng
Trạng thái tự nhiên
-đứng hàng thứ 8 trong vỏ Trái Đất.
- tồn tại chủ yếu dưới dạng cacbonat như :
+quặng magiezit (MgCO3),
+quặng dolomit (MgCO3.CaCO3), quặng ami-ăng nhưng ít,
-ion Mg2+ trong nước biển
- Vì magie rất nhẹ nên phổ biến dùng chế tạo hợp kim với nhôm, mangan,... dùng trong kĩ thuật hàng không và xây dựng.
• Sự nhiệt phân: Các muối nitrat, cacbonat, hidroxit của các kim loại kiềm thổ đều bị nhiệt phân tạo thành oxit.

• Tính tan:
- Hầu hết muối halogenua, muối nitrat: tan
- Muối cacbonat, photphat: không tan
- Muối sunfat (trừ BeSO4, Mg SO4): không tan

1, Một số tính chất chung:
- đứng hàng thứ chín trong vỏ Trái Đất.
- Nguồn canxi chủ yếu là dưới dạng cacbonat tồn tại trong đá vôi, đá hoa (còn gọi là cẩm thạch), đá phấn.

-Canxi kim loại được dùng làm chất khử để điều chế một vài kim loại như urani, thori,…
- có trong các quặng cacbonat và sunfat SrCO3, SrSO4
- Cũng như canxi, stronti được sử dụng rất hạn chế.
- Do có ái lực mạnh với oxi và nito nên Sr cũng như Ca, được dùng làm chất khử các vết O2 và N2 còn sót lại trong các ống chân không.

- Bari có trong các quặng cacbonat và sunfat BaCO3, BaSO4.

- Cũng như canxi, bari được sử dụng rất hạn chế. - Do có ái lực mạnh với oxi và nito nên Ba, cũng như Ca, được dùng làm chất khử các vết O2 và N2 còn sót lại trong các ống chân không.
- Khi đốt, các muối của Ca
tạo ra ngọn lửa màu rực rỡ nên dùng làm pháo hoa và pháo hiệu trong quân sự.
Muối canxi màu đỏ.

- Khi đốt, các muối của Sr tạo ra ngọn lửa màu rực rỡ nên dùng làm pháo hoa và pháo hiệu trong quân sự.
Muối stronti cho màu đỏ thắm.

- Khi đốt, các muối của Ba tạo ra ngọn lửa màu rực rỡ nên dùng làm pháo hoa và pháo hiệu trong quân sự.
Muối bari cho màu lục nhạt.

- là nguyên tố phóng xạ có trong quặng urani.
-là nguyên tố phóng xạ có trong quặng urani.
Điều chế:
a. Điện phân các muối halogenua nóng chảy:
- Phương pháp chủ yếu điều chế các kim loại kiềm thổ là điện phân muối halogenua nóng chảy.
MX2(nóng chảy) ----(dòng điện)----> M + X2

(M là kim loại kiềm thổ, X là halogen)
b. Phương pháp nhiệt:
- Theo giản đồ Ellingham thì ở nhiệt độ cao, cacbon có thể khử được magie oxit.

MgO(r) + C(r) (dưới dạng bột) → (~2000℃) Mg+CO

- Đây cũng là một phương pháp quan trọng điều chế magie trong công nghiệp hiện nay.

2. Các oxit của các kim loại kiềm thổ MO:
• Có nhiệt độ nóng chảy cao
=> Được dùng làm vật liệu chịu nhiệt
(VD: MgO được dùng làm gạch chịu lửa vì có nhiệt độ nóng chảy đặc biệt cao lại kém hoạt động)

• Là oxit bazơ, tác dụng với nước tạo thành hidroxit và phản ứng tạo ra nhiều nhiệt (Ca, Sr, Ba)

3. Hidroxit của các kim loại kiềm thổ M(OH)2:
• Mg(OH)2 là bazo yếu: là thành phần quan trọng của thuốc đánh răng, trung hòa các axit có thể làm hỏng răng.
• Huyền phù Mg(OH)2 trong nước (thường được gọi là sữa magie) dùng để điều trị chứng dư axit trong tiêu hóa

• Ca(OH)2 được gọi là vôi tôi, chất màu trắng, ít tan trong nước, hấp thụ dễ dàng khí CO2
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Ca(OH)2 là bazo rẻ tiền nên được dùng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất NaOH, NH3, CaOCl2,...

• Hidroxit của kim loại kiềm thổ không bền đối với nhiệt là độ bền tăng từ Be(OH)2 → Ba(OH)2
4. Muối cacbonat của các kim loại kiềm thổ, MCO3:
-Các muối cacbonat của các kim loại kiểm thổ đều bị nhiệt phân và độ bền tăng lên từ BeCO3 → BaCO3.
- Các muối cacbonat của Ca, Sr, Ba tan trong nước có chứa CO2 do tạo thành muối hidrocacbonat tương đối dễ tan.
CaCO3(r) + CO2(k) + H2O(l) → Ca(HCO3)2 (aq)
- Khác với hidrocacbonat của các kim loại kiềm, các hidrocacbonat kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại trong dung dịch vì khi đun nóng sẽ xảy ra phản ứng nghịch, chúng bị mất khí CO2 và biến thành muối cacbonat không tan.

5. Muối nitrat của các kim loại kiềm thổ, M(NO3)2:
- Các muối nitrat kim loại kiềm thổ đều dễ tan trong nước trừ Ba(NO3)2 ít tan (tích số tan T = 4,5.10^-3).
- Khi đun nóng ở nhiệt độ cao, các muối nitrat kim loại kiềm thổ đều bị nhiệt phân tạo thành oxit kim loại kiềm thổ và oxit của nitơ.
VD: 2Mg(NO3)2(r) → (tᵒ) 2MgO(r) + 4NO2 (k) +O2(k)

6. Muối sunfat của các kim loại kiềm thổ, MSO4:
- Trừ BeSO4 và MgSO4 tan nhiều trong nước còn các sunfat khác rất ít tan.
- Trong các muối MSO4 thì trên thực tế CaSO4 là quan trọng nhất. Trong thiên nhiên canxi sunfat tồn tại dưới dạng thạch cao sống (CaSO4.2H2O) và dạng thạch cao khan (CaSO4).

- Khi nung thạch cao sống thì nó mất một phần nước và biến thành thạch cao nung.
2CaSO4.2H2O(r) →(150ᵒC) 2CaSO4.H2O(r) + H2O (k)

- Thạch cao nung là một chất bột màu trắng, khi nhào với nước có khả năng đông cứng nhanh và khi đông cứng thể tích có hơi tăng lên. Lợi dụng tính chất này, người ta dùng đồ khuôn đúc lại các mẫu có nhiều chi tiết tinh vi, dùng nặn tượng, sử dụng trong các công trình xây dựng, dùng trong y học (bó bột…).

- Nung lên 200ᵒC thạch cao mất nước hoàn toàn, không tan trong nước. Đến 960ᵒC canxi sunfat bị phân hủy.
2CaSO4(r) →(960ᵒC) 2CaO(r) + 2SO2(k) + O2 (k)

1. Nước cứng là gì?
- Nước thiên nhiên thường chứa nhiều muối tan của các kim loại như canxi, magie, sắt,…

- Nước chứa ít ion Ca2+, Mg2+ được gọi là nước mềm.

- Nước chứa nhiều nhiều ion Ca2+, Mg2+ được gọi là nước cứng.

2. Phân loại:
- Độ cứng của nước dùng để chỉ nồng độ các ion Ca2+, Mg2+. Dựa vào anion gốc axít ta chia độ cứng của nước cứng thành 3 loại:

- Độ cứng tạm thời dùng để chỉ lượng muối hidrocacbonat của canxi và magie, Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Sở dĩ gọi như vậy vì khi đun sôi nước thì các muối hidrocacbonat biến đổi thành các muối cabonat không tan lắng xuống thành cặn và độ cứng sẽ mất đi.

- Độ cứng vĩnh cửu dùng để chỉ lượng muối không kết tủa khi đun sôi, thường là muối sunfat, clorua của canxi và magie.

- Độ cứng toàn phần của nước là tổng của độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu.
3. Tác hại của nước cứng:
- Khi đun nước lâu ngày trong nồi hơi, nồi sẽ bị phủ một lớp cặn. Một lớp cặn dày 1mm làm tốn them 5% nhiên liệu. Hơn nữa nồi dễ bị rỉ, trở nên kém bền, thậm chí còn có thể gây nổ.

- Các ống nước lâu ngày bị đóng cặn làm giảm lưu lượng của nước, có khi gây tắc ống.

- Khi giặt quần áo, nước cứng tạo với xà phòng những kết tủa khó tan, làm bẩn quần áo, chóng hỏng, ít ra bọt, tốn xà phòng.
4. Cách làm mềm nước:


- Đun sôi nước trước khi dùng:
VD: Ca(HCO3)2 →(t°) CaCO3 + H2O + CO2


+ Dùng Ca(OH)2 (hay NaOH) để khử độ cứng tạm thời.
+ Dùng dung dịch Ca(OH)2 vừa đủ để trung hòa muối hidrocacbonat của magie và canxi đã được xác định trước.
VD:
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→(t°) 2CaCO3+2H2O)
+Dùng Na2CO3 (hay Na3PO4) để khử độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu.
Ví dụ: Ca(HCO3)2+Na2CO3 →CaCO3 (r)+2NaHCO3
CaSO4+Na2CO3 →CaCO3 (r)+Na2SO4
+Trên thực tế người ta dùng đồng thời một số hóa chất như Ca(OH)2 lẫn Na2CO3 cho vào nước cứng, khuấy đều rồi để lắng trong những bể chứa.
b. Phương pháp hóa học:
a. Phương pháp nhiệt khử độ cứng tạm thời:
c. Phương pháp trao đổi ion:
- Phương pháp này dựa trên khả năng có thể trao đổi ion của một số chất cao phân tử thiên nhiên và nhân tạo.

VD: người ta dùng zeolit là một natri silicat. Khi dội nước cứng qua các hạt zeolit, một số ion Na+ rời khỏi mạng tinh thể silicat đi vào trong nước nhường cho các ion Ca2+, Mg2+ có trong nước cứng vào thế chỗ. Kết quả là các ion Ca2+, Mg2+ bị giữ lại trong mạng tinh thể silicat.

- Ngày nay, phương pháp trao đổi ion được dùng rộng rãi để làm mềm nước.

Cảm ơn cô và các bạn đã lắng nghe!
Full transcript