Tiêu đề Bài 25. Nguyên tố nhóm IIA - GV.pdf ✅

Trong nhóm IIA, magnesium và calcium là hai nguyên tố phổ biến nhất, đồng thời có vai trò quan trọng với sự sinh trưởng, phát triển của động vật và thực vật. Magnesium có trong chất diệp lục, calcium có trong vỏ và mai các loài giáp xác, trong xương và răng của người và động vật,... Ngoài ra, đơn chất và hợp chất nhóm IIA có nhiều ứng dụng phổ biến trong đời sống, sản xuất. Vậy, đơn chất nhóm IIA có đặc điểm gì nổi bật về tính chất vật lí và tính chất hóa học? Các hợp chất phổ biến của calcium có vai trò như thế nào với đời sống, sản xuất và cơ thể con người? 1. Đặc điểm chung: Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên ốt nhóm IIA được trình bày trong Bảng 25.1. Bảng 25.1. Một số đại lượng đặc trưng các nguyên tố nhóm IIA Nguyên tử Số hiệu nguyên tử Tên gọi Cấu hình electron Bán kính nguyên tử (pm) Thế điện cực chuẩn, V Be 4 Beryllium [He]2s2 112 -1,99 Mg 12 Magnesium [Ne]3s2 160 -2,356 Ca 20 Calcium [Ar]4s2 197 -2,84 Sr 38 Strontium [Kr]5s2 215 -2,89 Ba 56 Barium [Xe]6s2 222 -2,92 Kim loại nhóm IIA là những nguyên tố s, đứng ngay sau nguyên tố kim loại kiềm ở mỗi chu kì. Kim loại nhóm IIA có thể điện cực chuẩn o 2 M /M E + nhỏ nên dễ tách electron hoá trị ra khỏi nguyên tử, thể hiện tính khử mạnh: M → M2+ + 2e Trong hợp chất, nguyên tử nhóm IIA thể hiện số oxi hoá đặc trưng là +2. 2. Trạng thái tự nhiên: Trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IIA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Magnesium và calcium là hai nguyên tố phổ biển trên vỏ Trái Đất, có trong nhiều khoáng vật như MgCO3.CaCO3 (dolomite), CaCO (calcite), Ca3(PO4)3 (phosphorite),... 3. Tính chất vật lí: Một số thông số vật lí của kim loại nhóm IIA được trình bày trong Bảng 25.2. Bảng 25.2. Một số thông số vật lí của kim loại nhóm IIA Kim loại Nhiệt độ nóng chảy ( ̊C) Nhiệt độ sôi ( ̊C) Khối lượng riêng (g/cm3 )
Be 1287 2467 1,85 Mg 651 1100 1,74 Ca 842 1484 1,55 Sr 757 1366 2,64 Ba 727 1845 3,51 Kim loại nhóm IIA có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IIA, nhưng tương đối thấp so với nhiệt độ nóng chảy của các kim loại khác. Kim loại nhóm IIA đều là kim loại nhẹ, có khối lượng riêng tương đối nhỏ. 4. Tính chất hoá học: Kim loại nhóm IIA là các kim loại có tính khử mạnh, chỉ kém kim loại nhóm IA. + Tác dụng với oxygen Ở điều kiện thường, trong không khí beryllium bền do có lớp màng oxide bảo vệ, magesium bị oxi hoá chậm, các kim loại khác bị oxi hoá nhanh tạo thành oxide, bề mặt kim loại chuyển dần sang màu xám. Khi đốt nóng trong không khí, beryllium phản ứng chậm với oxygen, các kim loại khác phản ứng mạnh với oxygen cho màu ngọn lửa đặc trưng (calcium cho màu đỏ cam, strontium cho màu đỏ son, barium cho màu lục). + Tác dụng với nước: Bảng 25.3. Khả năng và mức độ tác dụng với nước của kim loại nhóm IIA Kim loại Đặc điểm Be Không tác dụng với nước. Mg Phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường, nhanh hơn khi đun nóng: Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 Ca, Sr, Ba Tác dụng mạnh với nước ở ngay nhiệt độ thường. Ví dụ: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 Trong phản ứng của kim loại nhóm IIA với nước, sản phẩm tạo thành càng dễ tan thì càng dễ giải phóng khỏi bề mặt kim loại, tạo điều kiện để kim loại tiếp tục phản ứng với nước. 5. Ứng dụng: Các kim loại nhóm IIA và hợp kim của chúng có nhiều ứng dụng trong thực tế: Be dùng để chế tạo hợp kim có độ bền cơ học, không bị ăn mòn, khó nóng chảy,.., Mg dùng để chế tạo hợp kim làm vật liệu sản xuất ô ôt, máy bay, chi tiết máy, ... Ví dụ 1. Kim loại nào sau đây là kim loại kiềm thổ? A. Na. B. Be. C. Al. D. Fe. Ví dụ 2. Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IIA được trình bày trong Bảng 25.1. Bảng 25.1. Một số đại lượng đặc trưng các nguyên tố nhóm IIA Nguyên tử Số hiệu nguyên tử Tên gọi Cấu hình electron Bán kính nguyên tử (pm) Thế điện cực chuẩn, V Be 4 Beryllium [He]2s2 112 -1,99 Mg 12 Magnesium [Ne]3s2 160 -2,356 Ca 20 Calcium [Ar]4s2 197 -2,84 Sr 38 Strontium [Kr]5s2 215 -2,89 Ba 56 Barium [Xe]6s2 222 -2,92
Thực hiện các yêu cầu sau: 1. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử nguyên tố nhóm IIA. 2. Nhận xét xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA. 3. Dựa vào bán kính nguyên tử, điện tích hạt nhân, đoán xu hướng biến đổi tính khử từ Be đến Ba. 4. Dự đoán số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA. Giải thích. Đáp án: 1. Cấu hình lớp ngoài cùng là ns2 . 2. Xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA: Theo chiều từ trên xuống dưới (chiều tăng dần của điện tích hạt nhân) bán kính nguyên tử tăng dần. 3. Dự đoán xu hướng biến đổi tính khử từ Be đến Ba: tính khử tăng dần. 4. Dự đoán số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA trong hợp chất là +2. Do nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA có 2 electron ở lớp ngoài cùng, dễ nhường 2 electron này để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm. Ví dụ 3. Tại sao trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IIA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất? Đáp án: Kim loại nhóm IIA có thế điện cực chuẩn o 2 M /M E + nhỏ nên dễ tách electron hoá trị ra khỏi nguyên tử, thể hiện tính khử mạnh. Do đó, trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IIA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Ví dụ 4. Một số thông số vật lí của kim loại nhóm IIA được trình bày trong Bảng 25.2. Bảng 25.2. Một số thông số vật lí của kim loại nhóm IIA Kim loại Nhiệt độ nóng chảy ( ̊C) Nhiệt độ sôi ( ̊C) Khối lượng riêng (g/cm3 ) Be 1287 2467 1,85 Mg 651 1100 1,74 Ca 842 1484 1,55 Sr 757 1366 2,64 Ba 727 1845 3,51 Thực hiện các yêu cầu sau: 1. So sánh nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IIA với kim loại nhóm IA trong cùng chu kì. 2. Trong nhóm IIA, kim loại nào là kim loại nhẹ? Đáp án: 1. Trong cùng một chu kì, kim loại nhóm IIA có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IA. 2. Kim loại nhóm IIA đều là kim loại nhẹ do các kim loại nhóm IIA đều có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 g/cm3 . Ví dụ 5. Khoáng vật nào sau đây không chứa nguyên tố calcium? A. Calcite. B. Phosphorite. C. Dolomite. D. Sylvintite. Ví dụ 6. Nêu các đặc điểm giống nhau và khác nhau về cấu tạo nguyên tử và tính chất giữa kim loại nhóm IIA với các kim loại kiềm. Đáp án: Kim loại kiềm Kim loại nhóm IIA Đặc điểm giống Cấu tạo nguyên tử - Bán kính nguyên tử lớn hơn so với các nguyên tố khác trong cùng chu kì, số electron lớp ngoài cùng ít. Tính chất - Là kim loại nhẹ, khối lượng riêng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp. - Có tính khử mạnh thể hiện qua các phản ứng tác dụng với các chất như phi kim (O2, Cl2, ...), H2O, ...
Đặc điểm khác Cấu tạo nguyên tử - Có 1e lớp ngoài cùng - Có cùng kiểu mạng tinh thể lập phương tâm khối. - Có 2e lớp ngoài cùng - Có 3 kiểu mạng tinh thể: lập phương tâm khối, lập phương tâm diện và lục phương. Tính chất - Khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo chiều tăng của điện tích hạt nhân. - Tính khử rất mạnh M ⟶ M+ + 1e - Theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy biến đổi không theo xu hướng nhất định. - Tính khử mạnh M ⟶ M2+ + 2e Ví dụ 7. Trong cùng chu kì, kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hơn hay yếu hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA? Giải thích. Đáp án: Trong cùng một chu kì, kim loại nhóm IIA có tính khử yếu hơn tính khử của kim loại nhóm IA. Vì theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử giảm dần khiến tính khử của kim loại nhóm IA mạnh hơn tính khử của kim loại nhóm IIA. Ví dụ 8. Dựa vào tính khử của kim loại và độ tan của các hydroxide, dự đoán: a) Magnesium hay barium phản ứng với oxygen mạnh hơn? b) Calcium hay barium phản ứng với nước mạnh hơn? Đáp án: Theo chiều tăng điện tích hạt nhân, bán kính của nguyên tử có xu hướng tăng dần từ Br đến Ba. Nên tính khử tăng dần từ Be đến Ba. a) Mg có tính khử yếu hơn Ba nên Ba phản ứng với oxygen mạnh hơn. b) Ba có tính khử mạnh hơn Ca nên phản ứng với nước mạnh hơn. Ví dụ 9. Thực hiện thí nghiệm đốt cháy kim loại nhóm IIA (R) trong khí oxygen: Cho mỗi mẩu kim loại Mg, Ca và Ba vào các muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đưa nhanh vào các bình tam giác chịu nhiệt chứa khí oxygen. a. Các kim loại bốc cháy với mức độ tăng dần: Mg, Ca và Ba. b. Các kim loại đều cháy mạnh tạo ngọn lửa màu vàng. c. Các phản ứng trên xảy ra theo phương trình hoá học: 2M + O2 → 2MO. d. Lấy các chất rắn thu được sau khi đốt, cho vào mỗi cốc nước và khuấy lên, thấy các chất rắn đều tan hoàn toàn trong nước. Đáp án: a. Đúng. b. Sai, các kim loại cho màu khác nhau. c. Đúng. d. Sai. MgO tan kém trong nước ở nhiệt độ thường. Ví dụ 10. Kim loại kiềm thổ nào không tác dụng với nước ngay cả khi đun nóng? A. Mg. B. Be. C. Ca. D. Sr. Ví dụ 11. Vì sao magnesium phȧn ứng rất chậm với nước? Một số bọt khí hydrogen xuất hiện khi cho magnesium vào nước ở điều kiện thường Đáp án: Magnesium phȧn ứng rất chậm với nước là vì độ tan trong nước của Mg(OH)2 tạo thành là rất thấp