Tiêu đề Bài 24. Nguyên tố nhóm IA - GV.pdf ✅

Các nguyên tố nhóm IA (nhóm kim loại kiềm) và hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng như: sản xuất pin Lithium, nước Javel, phân kali, tế bào quan điện, đồng hồ nguyên tử. Vậy các đơn chất nhóm IA có đặc điểm nổi bật gì về tính chất vật lý và tính chất hoá học, các hợp chất quan trọng của các nguyên tố nhóm IA như xút, soda được sản xuất trong công nghiệp như thế nào? Pin Lithium Baking soda Thuốc nổ Pháo bông Đồng hồ Chất phóng xạ nguyên tử Hình 24.1. Một số ứng dụng của nguyên tố nhóm IA 1. Đặc điểm chung: Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IA được trình bày trong bảng 24.1. Bảng 24.1. Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IA Nguyên tử Số hiệu nguyên tử Tên gọi Cấu hình electron Bán kính nguyên tử (pm)(1) Thế điện cực chuẩn (V)(2) Li 3 Lithium [He]2s1 152 -3,040 Na 11 Sodium [Ne]3s1 186 -2,713 K 19 Potassium [Ar]4s1 227 -2,924 Rb 37 Rubidium [Kr]5s1 248 -2,924 Cs 55 Caesium [Xe]6s1 265 -2,923 Nguyên tố nhóm IA là các nguyên tố s, chỉ có 1 electron hoá trị ở phân lớp ns1 và đứng đầu mỗi chu kỳ tương ứng. Kim loại nhóm IA có thế điện cực chuẩn o M /M E + rất nhỏ nên dễ tách electron hoá trị ra khỏi nguyên tử. Vì vậy, trong các phản ứng hoá học, chúng dễ nhường 1 electron, thể hiện tính khử mạnh: M → M+ + 1e Trong hợp chất, các nguyên tố kim loại nhóm IA chỉ thể hiện số oxi hoá +1. 2. Trạng thái tự nhiên: Trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất (chủ yếu là dạng muối). Sodium và potassium là hai nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất, có nhiều trong nước biển, muối mỏ, quặng halite (NaCl), quặng sylvinite (NaCl, KCl). 3. Tính chất vật lí: Một số thông số vật của các kim loại nhóm IA được trình bày trong bảng 24.2.
Bảng 24.2. Một số thông số vật lí của các kim loại nhóm IA(1) Kim loại Nhiệt độ nóng chảy (0C) Nhiệt độ sôi ( 0C) Khối lượng riêng (g/cm3 ) Độ cứng (2) Li 180,5 1341 0,534 0,6 Na 97,8 881 0,968 0,5 K 63,4 759 0,89 0,4 Rb 39,3 691 1,532 0,3 Cs 28,4 668 1,878 0,2 a) Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Trong nhóm IA, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại có xu hướng giảm dần từ Li đến Cs. Các kim loại nhóm IA đều dễ nóng chảy và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với các kim loại nhóm khác. b) Khối lượng riêng: Các kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ (đều là các kim laoij nhẹ) do có bán kính nguyên tử lớn và cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít. c) Độ cứng: Do có liên kết kim loại yếu nên các kim loại nhóm IA có độ cứng thấp (đều mềm, có thể cắt bằng dao, kéo). 4. Tính chất hoá học : Kim loại kiềm là những kim loại hoạt động hoá học mạnh, có tính khử mạnh và tính khử tăng dần từ Li đến Cs. Các kim loại kiềm đều có thế điện cực chuẩn rất âm, do đó chúng đều phản ứng với nước ở điều kiện thường với mức độ tăng dần từ Li đến Cs. Các kim loại kiềm phản ứng mạnh với oxygen, chlorine và nhiều chất oxi hoá khác. 5. Bảo quản: Các kim loại nhóm IA được bảo quản trong dầu hoả, trong chân không hoặc trong khí hiếm. Ví dụ: Na, K thường được bảo quản bằng cách ngâm trong dầu hoả khan, Rb, Cs thường được bảo quản trong các ống thuỷ tinh hàn kín. Ví dụ 1. Cho dãy các kim loại: Mg, K, Fe, Na, Al và Cs. Có bao nhiêu kim loại được gọi là kim loại kiềm? A. 1. B. 2. C. 3. D. 4. Ví dụ 2. Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IA được trình bày trong bảng 24.1. Bảng 24.1. Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IA Nguyên tử Số hiệu nguyên tử Tên gọi Cấu hình electron Bán kính nguyên tử (pm) Thế điện cực chuẩn (V) Li 3 Lithium [He]2s1 152 -3,040 Na 11 Sodium [Ne]3s1 186 -2,713 K 19 Potassium [Ar]4s1 227 -2,924 Rb 37 Rubidium [Kr]5s1 248 -2,924 Cs 55 Caesium [Xe]6s1 265 -2,923
Thực hiện các yêu cầu sau: 1. Cấu hình electron chung của các nguyên tố nhóm IA. 2. Nhận xét về xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử của các nguyên tố nhóm IA. 3. Cho biết: Xu hướng biến đổi tính khử từ Li – Cs, số oxi hoá đặc trưng của các nguyên tử kim loại nhóm IA. Đáp án: 1. Cấu hình electron chung của các nguyên tố nhóm IA là ns1 . 2. Trong nhóm IA, theo chiều từ trên xuống dưới (chiều tăng dần của điện tích hạt nhân) bán kính nguyên tử tăng dần. 3. Dựa vào thế điện cực chuẩn xác định được từ Li đến Cs tính khử của kim loại tăng dần; Do nguyên tố nhóm IA là những nguyên tố s, chỉ có 1 electron hoá trị ở phân lớp ns1 nên số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử kim loại nhóm IA trong hợp chất là +1. Ví dụ 3. Cation M+ có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s2 3p6 . Kim loại M là A. Rb (Z = 37). B. Na (Z = 11). C. Li (Z = 3). D. K (Z = 19). Ví dụ 4. Tại sao các nguyên tố kim loại nhóm IA không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên? Đáp án: Kim loại nhóm IA có thế điện cực chuẩn rất nhỏ nên dễ tách electron hoá trị ra khỏi nguyên tử. Do đó, nguyên tố kim loại nhóm IA không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên. Ví dụ 5. Một số thông số vật của các kim loại nhóm IA được trình bày trong bảng 24.2. Bảng 24.2. Một số thông số vật lí của các kim loại nhóm IA(1) Kim loại Nhiệt độ nóng chảy (oC) Nhiệt độ sôi ( oC) Khối lượng riêng (g/cm3 ) Độ cứng Li 180,5 1341 0,534 0,6 Na 97,8 881 0,968 0,5 K 63,4 759 0,89 0,4 Rb 39,3 691 1,532 0,3 Cs 28,4 668 1,878 0,2 Thực hiện các yêu cầu sau: 1. Cho biết mạng tinh thể của các nguyên tố kim loại nhóm IA. 2. Nhận xét về xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại nhóm IA. 3. Dựa vào Bảng 24.2, hãy nhận xét về khối lượng riêng và độ cứng của các kim loại nhóm IA. Đáp án: 1. Các kim loại kiềm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối. 2. Trong nhóm IA, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại có xu hướng giảm dần từ Li đến Cs. Các kim loại nhóm IA đều dễ nóng chảy và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với các kim loại nhóm khác. 3. Các kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ (đều là kim loại nhẹ) do có bán kính nguyên tử lớn và cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít. Do có liên kết kim loại yếu nên các kim loại nhóm IA có độ cứng thắp (đều mềm, có thể cắt bằng dao, kéo). Ví dụ 6. Dựa vào cấu hình electron nguyên tử và giá trị thế điện cực chuẩn, dự đoán tính chất hoá học đặc trưng của kim loại nhóm IA. Đáp án: Kim loại nhóm IA có 1 electron ở lớp ngoài cùng; có thế điện cực chuẩn rất nhỏ nên kim loại nhóm IA có tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ Li đến Cs. Ví dụ 7. Lithium, sodium, potassium tác dụng với nước, chlorine, oxygen Ba thí nghiệm về phản ứng của lithium, sodium, potassium với nước, chlorine, oxygen đã được thực hiện và quan sát thấy các hiện tượng như được mô tả dứoi đây: Hoá chất: kim loại lithium, sodium, potassium, nước. Dụng cụ: 3 bình tam giác đựng khí oxygen, 3 bình tam giác đựng khí chlorine, 3 chậu thuỷ tinh, muôi sắt,
dao, kẹp sắt. Thí nghiệm 1: Tác dụng với nước Tiến hành: Cho mỗi mẩu kim loiaj vào một chậu thuỷ tinh chứa nước, hiện tượng xảy ra được ghi lại ở Bảng 24.3. Bảng 24.3. Hiện tượng phản ứng của Li, Na, K với nước Kim loại Hiện tượng Li Mẩu kim loại chuyển động chậm trên mặt nước Na Mẩu kim loại trở thành khối cầu, chạy nhạnh trên mặt nước K Mẩu kim loại cháy, kèm theo tiếng nổ nhẹ Thực hiện các yêu cầu sau: 1. So sánh mức độ phản ứng của Li, Na, K với nước. 2. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra. Nêu cách nhận biết môi trường của các dung dịch sau phản ứng. Thí nghiệm 2: Tác dụng với chlorine Tiến hành: Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy, rồi đưa nhanh vào bình đựng khí chlorine. Hiện tượng xảy ra như sau: Các kim loại bốc cháy với mức độ tăng dần từ Li đến K Thực hiện các yêu cầu sau: Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra Thí nghiệm 3: Tác dụng với oxygen Tiến hành: Cho mỗi mẩu kim loại Li, Na, K vào một muôi sắt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn đến khi nóng chảy, rồi đưa nhanh vào bình đựng khí oxygen. Hiện tượng xảy ra như sau: Các kim loại bốc cháy với mức độ tăng dần từ Li đến K Thực hiện các yêu cầu sau: Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra. Đáp án: Thí nghiệm 1: 1. Các kim loại kiềm phản ứng mạnh với nước, mức độ phản ứng tăng dần theo chiều: Li, Na, K. 2. Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra: 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 2K + 2H2O → 2KOH + H2 Để nhận biết môi trường của các dung dịch sau phản ứng có thể dùng các chất chỉ thị như quỳ tím, phenolphthalein. Thí nghiệm 2: Các phương trình hoá học của phản ứng xảy ra: 2Li + Cl2 o ⎯⎯→t 2LiCl 2Na + Cl2 o ⎯⎯→t 2NaCl 2K + Cl2 o ⎯⎯→t 2KCl Thí nghiệm 3: Các phương trình hoá học của phản ứng xảy ra: 4Li + O2 o ⎯⎯→t 2Li2O 4Na + O2 o ⎯⎯→t 2Na2O 4K + O2 o ⎯⎯→t 2K2O Ví dụ 8. Trong phòng thí nghiệm: