Tiêu đề CHUYÊN ĐỀ 6. KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ - NHÔM.doc ✅

Trang 1 Chuyên đề 6. KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ - NHÔM A. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. KIM LOẠI KIỀM 1. Vị trí và cấu tạo a) Vị trí các kim loại kiềm trong bảng tuần hoàn Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố: liti (Li), natri (Na), kali (K), rubidi (RD), xesi (Cs) và franxi (Fr). b) Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm • Cấu hình electron: Kim loại kiềm là những nguyên tố s. Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử chỉ có một electron, ở phân lớp ns 1 (n là số thứ tự của chu kì). So với những electron khác trong nguyên tử thì electron ns 1 ở xa hạt nhân hơn, do đó dễ tách ra khỏi nguyên tử. Tính chất đặc trưng của kim loại kiềm là tính khử mạnh: 1eMM • Năng lượng ion hóa : Kim loại kiềm có năng lượng ion hóa I 1 nhỏ nhất so với các kim loại khác. Theo chiều từ Li đến Cs năng lượng ion hóa giảm. Riêng Frlà nguyên tố phóng xạ. • Số oxi hóa: Năng lượng ion hóa thứ nhất nhỏ hơn nhiều so với năng lượng ion hóa thứ hai nên các kim loại kiềm chỉ có số oxi hóa +1. • Thế điện cực chuẩn: Thế điện cực chuẩn của kim loại kiềm có giá trị rất ấm. Nguyên tố Li Na K Pb Cs 0 M/M(V)E -3,05 -2,71 -2,93 -2,98 -2,92 • Cấu trúc mạng tinh thể : Tất cả các kim loại kiềm đều có mạng tinh thể lập phương tâm khối.
Trang 2 Ô mạng cơ sở - Số nguyên tử trong một ô mạng cơ sở là: N = 8. 1 8 +1= 2 (nguyên tử) - AB = 22223 2(2)34 4ntnt a aaaACaaarr - Thể tích chiếm chỗ của các nguyên tử trong ô mạng cơ sở (coi nguyên tử có dạng hình cầu): 3 3 34833 2. 3348NT aa Vr    - Thể tích của ô nạng cơ sở: V IT = a 3 .  Độ đặc khít (hay phần trăm thể tích của nguyên tử chiếm trong mạng tinh thể) 33,143 100%100%100%68% 88 N TT V V   - Khối lượng riêng: D 3NT3233.2gam/cm 6,022.10a. XX TTA mNMM VaN M x : Khối lượng mol nguyên tử kim loại X (gam/mol). a: Độ dài cạnh của ô mạng cơ sở (cm). N A = 6,022.10 23 là số Avogađro. 2. Tính chất vật lí - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp hơn nhiều so với các kim loại khác (đều nhỏ hơn 200°C). Tính chất này là do liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm kém bền vững. - Khối lượng riêng cũng nhỏ hơn nhiều so với các kim loại khác là do nguyên tử của các kim loại kiềm có bán kính lớn và do cấu trúc mạng tinh thể của chúng kém đặc khít.
Trang 3 - Tính cứng: Các kim loại kiềm đều mềm, có thể cắt chúng bằng dao. Tính chất này là do liên kết kim loại trong mạng tinh thể yếu. 3. Tính chất hóa học Các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh, tính khử tăng từ Li đến Cs. MM1e a) Tác dụng với phi kim Hầu hết các kim loại kiềm đều khử được các phi kim. Thí dụ: Kim loại Na cháy trong môi trường khí oxi khô tạo ra natri peoxit Na 2 O 2 . t 2222NaONaO   22NaO là một sản phẩm thương mại vì khi tác dụng với nước sẽ tạo thành hiđropeoxit (còn gọi là nước oxi già) 22222NaO2HO2NaOHHO Nước oxi già là chất oxi hoá mạnh. Dung dịch nước oxi già pha loãng dùng làm thuốc sát trùng. Khi đun nóng nó bị phân huỷ tạo ra oxi. t 22222HO2HOO   Do đó: 22222NaO2HO4NaOHOot Kali, rubidi, xesi cháy tạo supeoxit MO 2 t 22KOKO   KO 2 được dùng chủ yếu làm nguồn cung cấp O 2 trong các máy hô hấp nhân tạo dùng khi cấp cứu. “Mặt nạ oxi” được chế tạo để khí CO 2 và hơi nước của người đeo mặt nạ thở ra phản ứng với KO 2 giải phóng O 2 ). 222324KO2HO4CO4KHCO3O Liti tạo Li 2 O có lẫn một ít Li 2 O 2 Các kim loại kiềm cũng phản ứng mạnh với halogen. Chúng bốc cháy khi gặp khí clo ẩm ở nhiệt độ thường. Với brom lỏng thì K, Rb, Cs gây nổ mạnh, còn Li và Na chỉ phản ứng bề mặt. Với iot, các kim loại kiềm chỉ tác dụng mạnh khi đun nóng. Trong tất cả các trường hợp tương tác với halogen, sản phẩm đều là muối halogenua. t 22NaCl2NaCl  
Trang 4 t 22NaBr2NaBr   Các kim loại kiềm tác dụng trực tiếp với kim loại kiềm tạo muối sunfua M 2 S. 22otMSMS Với phân tử nitơ, chỉ có Li phản ứng trực tiếp ở nhiệt độ thường tạo ra Li 3 N. Các kim loại còn lại cũng phản ứng tạo ra M 3 N khi cho hơi kim loại tác dụng với “nitơ hoạt động” trong trường phóng điện êm. b) Tác dụng với axit Do thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa - khử 20 2H/HE = 0,00V, thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa - khử của kim loại kiềm có giá trị từ -3,05V đến -2,94V. Vì vậy các kim loại kiềm đều dễ dàng khử được ion H + của dung dịch axit (HCl, H 2 SO 4 loãng) thành khí H 2 (phản ứng gây nổ nguy hiểm): 2222MHMH Với axit có tính oxi hoá mạnh H 2 SO 4 đặc, HNO 3 thì có thể sinh ra nhiều sản phẩm khử của S +6 và N +5 . Thí dụ: 16Na + 11 H 2 SO 4 đặc  8Na 2 SO 4 + SO 2  + S  + H 2 S  + 10H 2 O Na + 2HNO 3 đặc  NaNO 3 + NO 2  + H 2 O 29Na + 36HNO 3 loãng  29NaNO 3 + N 2  + NO  + N 2 O  + NH 4 NO 3 + 16H 2 O c) Tác dụng với nước Do thế điện cực chuẩn 0 M/ME của kim loại kiềm nhỏ hơn nhiều so với thế điện cực chuẩn 22 0 HO/HE = -0,41V của nước ở pH = 7 nên kim loại kiềm khử được nước dễ dàng, giải phóng H 2 . 222M2HO2MOHH d) Tác dụng với dung dịch muối Trước hết kim loại kiềm phản ứng với nước tạo ra dung dịch kiềm, sau đó dung dịch kiềm tham gia phản ứng trao đổi với muối. Ví dụ: K + dung dịch CuSO 4 22 4224 2K2HO2KOHH CuSO2KOHCu(OH)KSO  