Tính chất vật lý, tính chất hóa học của kim loại kiềm, hợp chất của kim loại kiềm và ứng dụng - Hóa 12 bài 25

Bài viết này sẽ giúp các em biết tính chất vật lý của kim loại kiềm, tính chất hóa học của kim loại kiềm, các hợp chất quan trọng của kim loại kiềm, điều chế và ứng dụng. Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm như: natri hidroxit NaOH; natri hidrocacbonat NaHCO₃; Natri cacbonat Na₂CO₃; Kali nitrat KNO₃.

A. Tính chất vật lý, tính chất hóa học của Kim loại kiềm, Điều chế và ứng dụng của kim loại kiềm.

I. Vị trí của kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử của kim loại kiềm

- Kim loại kiềm là những kim loại thuộc nhóm IA của bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố:

 Liti (Li), Natri (Na), Kali (K), Rubidi (Rb), Xesi (Cs) và Franxi (Fr).

- Cấu hình electron nguyên tử:

 Li: [He] 2s¹ ; Na: [Ne] 3s¹ ; K: [Ar]4s¹ ; Rb: [Kr] 5s¹ ; Cs: [Xe] 6s¹

⇒ Đây là những nguyên tố s, có 1e lớp ngoài cùng (ns¹) nên những nguyên tử này dễ dàng nhường đi 1e để có được cấu hình bền khi tham gia phản ứng hóa học.

⇒ Kim loại kiềm có tính khử mạnh.

II. Tính chất vật lí của kim loại kiềm

- Các kim loại kiềm có màu trắng bạc và có ánh kim, dẫn điện tốt.

- Kim loại kiềm có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp (giảm từ Li đến Fr)

- Kim loại kiềm có khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp (do kim loại kiềm có mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng, ngoài ra trong tinh thể các nguyên tử và ion liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu).

III. Tính chất hóa học của kim loại kiềm

Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hóa nhỏ nên có tính khử rất mạnh. Tính khử tăng dần từ liti đến xesi.

 M → M⁺ + e

Trong hợp chất, các kim loại kiềm có số oxi hóa +1.

Tính chất hóa học của kim loại kiềm:

1. Tác dụng với phi kim (O₂, Cl₂,...)
2. Tác dụng với axit (HCl, H₂SO₄ loãng,...)
3. Tác dụng với nước

1. Kim loại kiềm tác dụng với phi kim

- Kim loại kiềm khử dễ dàng các nguyên tử phi kim thành ion âm:

• Kim loại kiềm tác dụng với oxi

- Natri cháy trong khí oxi khô tạo ra natri peoxit (Na₂O₂), trong không khí khô ở nhiệt độ thường tạo ra natri oxit (Na₂O).

* Ví dụ: 4Na + O₂ → 2Na₂O

• Kim loại kiềm tác dụng với clo

 2K + Cl₂ → 2KCl

2. Kim loại kiềm tác dụng với axit

- Kim loại kiềm khử mạnh ion H⁺ trong dung dịch axit HCl và H₂SO₄ loãng thành khí hiđro:

* Ví dụ: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂↑

Tổng quát: 2M + 2H⁺ → 2M⁺ + H₂↑

- Tất cả các kim loại kiềm đều nổ khi tiếp xúc với axit.

3. Kim loại kiềm tác dụng với nước

- Kim loại kiềm khử nước dễ dàng ở nhiệt độ thường, giải phóng khí hiđro.

*Ví dụ: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑

Tổng quát: 2M + H₂O → 2MOH +  H₂↑

- Vì các kim loại kiềm dễ tác dụng với nước, với oxi trong không khí nên để bảo quản, người ta ngâm chìm các kim loại kiềm trong dầu hỏa.

Ngoài ra, kim loại kiềm có thể tác dụng với dung dịch muối:

* Ví dụ: Khi cho Na tác dụng với dd muối CuSO₄ sẽ có bọt khí và kết tủa Cu(OH)₂ màu xanh.

  2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

  2NaOH + CuSO₄ → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓_{(xanh lam)}

> Lưu ý: Khi cho kim loại kiềm vào dung dịch muối, đầu tiên kim loại kiềm sẽ tác dụng với nước sau đó bazo sinh ra có thể tác dụng với muối.

IV. Ứng dụng, trạng thái tự nhiên và điều chế

1. Ứng dụng của kim loại kiềm

- Dùng chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy,...

- Các kim loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài loại lò phản ứng hạt nhân.

- Hợp kim liti - nhôm siêu nhẹ, được dùng trong kĩ thuật hàng không.

- Kim loại xesi được dùng làm tế bào quang điện.

2. Trạng thái tự nhiên của kim loại kiềm

Các kim loại kiềm không có ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Trong nước biển có chứa một lượng tương đối lớn muối NaCl. Đất cũng chứa một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat.

3. Điều chế kim loại kiềm

- Muốn điều chế kim loại kiềm từ các hợp chất, cần phải khử các ion của chúng.

 M⁺ + e → M

- Vì ion kim loại kiềm rất khó bị khử nên phải dùng dòng điện (phương pháp điện phân). Quan trọng nhất là điện phân muối halogenua của kim loại kiềm nóng chảy.

 2NaCl  2Na + Cl₂

B. Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

I. Natri hiđroxit NaOH

1. Tính chất vật lý của natri hidroxit

- Natri hiđroxit (NaOH) hay xút ăn da là chất rắn, không màu, dễ nóng chảy (t_nc = 322^oC), hút ẩm mạnh (dễ chảy rữa), tan nhiều trong nước và tỏa ra một lượng nhiệt lớn nên cần phải cẩn thận khi hòa tan NaOH trong nước.

- Khi tan trong nước, NaOH phân li hoàn toàn thành ion

2. Tính chất hóa học của natri hidroxit

- Mang đầy đủ tính chất của bazo điển hình (tác dụng với axit, oxit axit, một số dung dịch muối).

3. Điều chế natri hidroxit

- Điện phân dung dịch NaCl (có màng ngăn)

 2NaCl + 2H₂O  2NaOH + Cl₂ + H₂

4. Ứng dụng của natri hidroxit

- Natri hiđroxit là hóa chất quan trọng, đứng hàng thứ hai sau axit sunfuric.

- Natri hiđroxit được dùng để 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,...

II. Natri hiđrocacbonat NaHCO₃

1. Tính chất vật lý của natri hidrocacbonat

- Natri hiđrocacbonat (NaHCO₃) là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước, dễ bị nhiệt phân hủy tạo ra Na₂CO₃ và khí CO₂.

2. Tính chất hóa học của natri hidrocacbonat

NaHCO₃ có tính lưỡng tính (vừa tác dụng được với dung dịch axit, vừa tác dụng được với dung dịch bazơ).

• Natri hidrocacbonat bị phân hủy bởi nhiệt:

 2NaHCO₃     Na₂CO₃ +  H₂O + CO₂

• Natri hidrocacbonat tác dụng với cả dung dịch axit và dung dịch bazo

 NaHCO₃  + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

 NaHCO₃  + NaOH →  Na₂CO₃ + H₂O

2. Ứng dụng của natri hidrocacbonat

- Natri hidrocacbonat NaHCO₃ được dùng trong công nghiệp dược phẩm (chế thuốc đau dạ dày,...) và công nghiệp thực phẩm (làm bột nở,...), chế tạo nước giải khát,...

III. Natri cacbonat Na₂CO₃

1. Tính chất vật lý của natri cacbonat

- Natri cacbonat (Na₂CO₃) là chất rắn màu trắng, tan nhiều trong nước. Ở nhiệt độ thường, natri cacbonat tồn tại ở dạng muối ngậm nước Na₂CO₃.10H₂O, ở nhiệt độ cao muối này mất dần nước kết tinh trở thành natri cacbonat khan, nóng chảy ở 850^oC.

2. Tính chất hóa học của natri cacbonat

- Natri cacbonat Na₂CO₃ là muối của axit yếu (axit cacbonic) và có những tính chất chung của muối.

 Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂­

 Na₂CO₃ + CaCl₂ → 2NaCl + CaCO₃

- Muối cacbonat của kim loại kiềm trong dung dịch nước cho môi trường kiềm.

3. Ứng dụng của natri cacbonat

- Natri cacbonat Na₂CO₃ là hóa chất quan trọng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặt, phẩm nhuộm, giấy, sợi, chất tẩy rửa,...