Tính chất hóa học, tính chất vật lí của đơn chất, hợp chất nguyên tố nhóm IA? vị trí và cấu tạo? Hóa 12 bài 17 CTST

Vậy Tính chất hóa học, tính chất vật lí của đơn chất, hợp chất nguyên tố nhóm IA như nào? vị trí và cấu tạo của nguyên tố nhóm IA ra sao? được hayhochoi trình bày ngắn gọn, dễ hiểu trong bài viết này.

A. ĐƠN CHẤT NGUYÊN TỐ NHÓM IA

I. Ví trí, cấu tạo và trạng thái tự nhiên của nguyên tố nhóm IA

- Nhóm IA bao gồm các kim loại: lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), caesium (Cs) và francium (Fr). Những kim loại này còn được gọi là kim loại kiềm.

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns¹.

- Kim loại nhóm IA trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Ví dụ:

+ Sodium thường gặp dưới dạng NaCl (muối ăn trong nước biển, mỏ muối, khoáng vật halite), Na₂CO₃.10H₂O (soda), NaNO₃ (diêm tiêu).

+ Potassium thường gặp ở dạng khoáng vật: KCl.NaCl (sylvinite), KCl.MgCl₂.6H₂O (carnallite).

II. Tính chất vật lí của đơn chấn nguyên tố nhóm IA

- Kim loại nhóm IA có bán kính nguyên tử lớn, cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít nên khối lượng riêng nhỏ. Lithium là kim loại nhẹ nhất trong tất cả kim loại.

- Do các ion kim loại liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu nên kim loại nhóm IA có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp và độ cứng tương đối thấp.

III. Tính chất hóa học nguyên tố nhóm IA

Kim loại nhóm IA có tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ Li đến Cs.

M → M⁺ + e

Trong hợp chất, kim loại nhóm IA chỉ có số oxi hoá +1.

1. Tác dụng với oxygen

- Khi đốt nóng trong không khí, kim loại Li cháy với ngọn lửa màu đỏ tía; Na cháy với ngọn lửa màu vàng; K cháy với ngọn lửa màu tím nhạt.

Ví dụ: Sodium tác dụng với oxygen trong không khí, có thể tạo ra sodium oxide.

4Na + O₂ → 2Na₂O

- Phản ứng xảy ra mãnh liệt hơn trong bình chứa khí oxygen, mức độ phản ứng tăng dần từ Li đến K.

2. Tác dụng với halogen

- Kim loại nhóm IA phản ứng với chlorine ở điều kiện thường tạo thành muối chloride.

2M + Cl₂ → 2MCl

- Kim loại Li cần đun nhẹ, Na và K bốc cháy mạnh trong khí chlorine.

2K + Cl₂ → 2KCl

- Mức độ mãnh liệt của phản ứng tăng dẩn từ Li đến K.

3. Tác dụng với nước

- Khi tác dụng với nước, Li nổi trên mặt nước, Na nóng chảy thành hạt cầu và chạy trên mặt nước, K tự bùng cháy. Khả năng phản ứng của kim loại nhóm IA với nước tăng dần từ Li đến Cs.

- Thế điện cực chuẩn của kim loại nhóm IA rất nhỏ. Kim loại nhóm IA tác dụng mạnh với nước tạo thành dung dịch kiểm và giải phóng khí hydrogen:

2M_(s) + 2H₂O_(l) → 2MOH_(aq) + H_2(g)  ∆_rH°₉₈ < 0

Chú ý: Kim loại nhóm IA dễ tác dụng với nước, với oxygen trong không khí nên trong phòng thí nghiệm Na và K thường được bảo quản trong dầu hoả. Li, Rb và Cs thường được bảo quản trong các ống thuỷ tinh kín hoặc môi trường khí hiếm (như argon).

B. HỢP CHẤT NGUYÊN TỐ NHÓM IA

I. Tính tan của các hợp chất kim loại nhóm IA

Phần lớn các hợp chất của kim loại nhóm IA tan tốt trong nước, khi tan trong nước phân li thành ion.

Ví dụ: K₂CO₃ → 2K⁺ + CO₃^2- 

II. Nhận biết các ion Li⁺, Na⁺, K⁺

Có thể nhận biết ion kim loại kiềm bằng cách thử màu ngọn lửa.

- Muối của lithium cháy cho ngọn lửa màu đỏ tía.

- Muối của sodium cháy cho ngọn lửa màu vàng.

- Muối của potassium cháy cho ngọn lửa màu tím nhạt.

III. SODIUM CHLORIDE

- Sodium chloride là hợp chất phổ biến nhất của sodium trong tự nhiên, được khai thác từ nước biển, muối mỏ.

- Sodium chloride có vai trò quan trọng trong thực phẩm, nông nghiệp, công nghiệp, chăn nuôi, y tế và trong cuộc sống hằng ngày của con người.

IV. ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH SODIUM CHLORIDE

1. Điện phân dung dịch sodium chloride

Xét quá trình điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn với hiệu điện thế khoảng 3,5 V.

+ Ở cực âm (cathode) xảy ra quá trình khử: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

+ Ở cực dương (anode) xảy ra quá trình oxi hoá: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

2NaCl + 2H₂O  2NaOH + H₂ + Cl₂

Màng ngăn để ngăn cực âm với cực dương, do vậy không xảy ra phản ứng giữa Cl₂ và NaOH.

Dung dịch NaOH thu được có lẫn nhiều NaCl. Sau khi cô đặc dung dịch, NaCl tách ra được tái sử dụng, thu được dung dịch NaOH. Khí Cl₂ được làm khô, nén và hoá lỏng; khí H₂, được làm sạch và nén.

2. Các sản phẩm cơ bản của công nghiệp chlorine – kiềm

- Sodium hydroxide còn gọi là “xút” được sử dụng trong sản xuất dược phẩm, hoá chất, dệt và nhuộm màu; công nghiệp sản xuất giấy; sản xuất tơ nhân tạo, chất giặt tẩy; chế biến thực phẩm; dầu khí; xử lí nước,...

- Chlorinethường dùng trong khử trùng nước sinh hoạt, hồ bơi, tẩy trắng vải, sợi, bột giấy, điều chế nhựa PVC, chất dẻo, cao su, chất màu, sản xuất chất chống nấm mốc, diệt côn trùng, sản xuất dược phẩm, ...

- Hydrogen sử dụng như một nhiên liệu hay hoá chất để tổng hợp ammonia, methanol, hydrochloric acid,...

V. SODIUM HYDROGENCARBONATE, SODIUM CARBONATE

1. Sodium hydrogencarbonate

- Sodium hydrogencarbonate (hay sodium bicarbonate, NaHCO₃) còn được gọi là baking soda, là chất rắn màu trắng, bền ở nhiệt độ thường, bị phân huỷ khi đun nóng.

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

- NaHCO₃ có thể tác dụng được với dung dịch acid và dung dịch kiềm:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

- NaHCO₃ được sử dụng trong chế biến thực phẩm, trong sản xuất thuỷ tinh,... Trong y học, NaHCO₃ được sử dụng để làm giảm chứng đau dạ dày do dư acid, điều trị các triệu chứng viêm loét dạ dày hoặc tá tràng.

2. Sodium carbonate

- Sodium carbonate (Na₂CO₃) được gọi là soda, là chất rắn màu trắng, dễ tan trong nước.

Na₂CO₃, bị thuỷ phân trong dung dịch cho môi trường kiềm:

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2- 

CO₃^2- + H₂O  OH^- + HCO₄^-

- Một lượng lớn Na₂CO₃ được sử dụng trong công nghiệp thuỷ tinh. Ngoài ra, Na₂CO₃ còn được sử dụng trong xử lí nước, sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa, thuốc, phụ gia thực phẩm, ...

3. Phương pháp Solvay

Phương pháp Solvay (mang tên nhà hoá học Ernest Solvay) sử dụng nguồn nguyên liệu dễ tìm trong tự nhiên là muối ăn (NaCl), đá vôi (CaCO₃) và ammonia (NH₃).

Quá trình cụ thể:

(1) Hoà tan NaCl vào dung dịch NH₃ đặc đến bão hoà.

(2) Nung CaCO₃ rồi dẫn khí thoát ra vào dung dịch bão hoà của NaCl trong NH₃:

CaCO₃ CaO + CO₂

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O →NaHCO₃ + NH₄Cl

(3) Do NaHCO₃ ít tan hơn các muối khác nên kết tinh trước. Tách NaHCO₃ khỏi dung dịch, nung ở nhiệt độ cao, thu được soda:

2NaHCO₃Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

(4) Sản phẩm NH₄Cl được chế hoá với vôi tôi, thu khí NH₃:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O

Các khí CO₂, NH₃ được đưa vào sử dụng lại. NH₃ được tuần hoàn trong quá trình sản xuất, phương pháp này còn gọi là phương pháp tuần hoàn ammonia.