Bài 25. Nguyên tố nhóm IIA trang 116, 117, 118 Hóa 12 Kết nối tri thức

Câu hỏi trang 116

Trả lời câu hỏi Mở đầu trang 116 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

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 hoá học? Các hợp chất phổ biến của calcium có vai trò như thế nào với đời sống, sản xuất và cơ thể con người?

Phương pháp giải:

- Nêu tính chất vật lí và tính chất hóa học của kim loại nhóm IIA.

- Ứng dụng của các hợp chất của calcium.

Lời giải chi tiết:

- Kim loại nhóm IIA:

+ Tính chất vật lí: Nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng và độ cứng của kim loại nhóm IIA cao hơn so với kim loại nhóm IA cùng chu kì. Kim loại nhóm IIA là những kim loại nhẹ (D < 5 g/cm³).

+ Tính chất hóa học: Kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ Be đến Ba.

\({\rm{M}} \to {{\rm{M}}^{2 + }} + 2{\mathop{\rm e}\nolimits} \)

- Ứng dụng của các hợp chất của calcium:

HĐ

Trả lời câu hỏi Hoạt động trang 117 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Một số đại lượng đặc trưng của các nguyên tố nhóm IIA được trình bày trong Bảng 25.1.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận xét xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA.

2. Dựa vào bán kính nguyên tử, điện tích hạt nhân, dự đoán xu hướng biến đổi tính khử từ Be đến Ba.

3. Dự đoán số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA. Giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào các thông tin được đưa ra trong Bảng 25.1

Lời giải chi tiết:

1. Bán kính nguyên tử tăng dần từ Be đến Ba.

2. Xét các nguyên tố nhóm IIA, khi đi theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử tăng dần từ Be đến Ba, do đó khả năng cho các electron ở lớp ngoài cùng tăng, dẫn đến tính kim loại (tính khử) tăng từ Be đến Ba.

3. Kim loại nhóm IIA có 2 electron lớp ngoài cùng nên khi tham gia liên kết hóa học nguyên tử của các nguyên tố nhóm IIA nhường electron để có cấu hình bền của khí hiếm. Do đó điện tích duy nhất của các kim loại nhóm IIA là 2+, nên trong hợp chất số oxi hóa của chúng là +2.

CH

Trả lời câu hỏi trang 117 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Tại sao trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IIA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất?

Phương pháp giải:

Kim loại nhóm IIA có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ.

Lời giải chi tiết:

Vì kim loại nhóm IIA có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ nên các kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hay nói cách khác là kim loại nhóm IIA hoạt động hóa học mạnh, chúng dễ dàng kết hợp với những chất khác để tạo thành hợp chất. Do đó trong tự nhiên kim loại nhóm lA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

Câu hỏi trang 118

Trả lời câu hỏi Hoạt động trang 118 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Một số thông số vật lí của kim loại nhóm IIA được trình bày trong Bảng 25.2.

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?

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

1. Kim loại nhóm IIA có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với kim loại nhóm IA trong cùng chu kì.

2. Tất cả các kim loại nhóm IIA đều có khối lượng riêng nhỏ hơn 5g/cm³ nên các kim loại nhóm IIA là kim loại nhẹ.

HĐ1

Trả lời câu hỏi Hoạt động 1 trang 120 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Độ tan (g/100 g nước) của các muối sulfate, carbonate và nitrate của kim loại nhóm IIA ở 20 °C(1) cho trong bảng sau:

Thực hiện yêu cầu sau:

Nhận xét về khả năng hoà tan (dễ tan/ít tan/không tan) của các muối của kim loại nhóm IIA.

Phương pháp giải:

Độ tan của chất: S (g/100g ở H₂O ở nhiệt độ thường).

• Chất tan: S > 1,0.

• Chất ít tan: 0,01< S <1,0.

• Chất không tan: S ≤ 0,01.

Lời giải chi tiết:

- Muối carbonate của kim loại nhóm IIA không tan.

- Muối sulfate của Mg tan, muối sulfate của Ca và Sr ít tan, muối sulfate của Ba không tan.

- Muối nitrate của kim loại nhóm IIA đều tan.

HĐ2

Trả lời câu hỏi Hoạt động 2 trang 120 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Thí nghiệm: So sánh độ tan giữa calcium sulfate và barium sulfate

- Chuẩn bị:

+ Hoá chất: các dung dịch CaCl₂ 1 M, BaCl₂ 1 M, CuSO₄ 1M.

+ Dụng cụ: ống nghiệm, giá ống nghiệm.

- Tiến hành:

+ Đặt 2 ống nghiệm vào giá. Thêm khoảng 2 mL dung dịch CaCl₂ vào ống nghiệm (1), 2 mL dung dịch BaCl₂ vào ống nghiệm (2).

+ Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch CuSO₄ vào mỗi ống nghiệm cho đến khi xuất hiện kết tủa.

- Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện yêu cầu sau:

So sánh thời điểm xuất hiện kết tủa ở hai ống nghiệm và giải thích.

Phương pháp giải:

CaSO₄ ít tan; BaSO₄ không tan.

Lời giải chi tiết:

- Hiện tượng: Ống nghiệm (1) chứa kết tủa CaSO₄ xuất hiện kết tủa chậm hơn so với ống nghiệm (2) chứa kết tủa BaSO₄.

- Giải thích: Vì CaSO₄ ít tan, BaSO₄ không tan nên kết tủa CaSO₄ xuất hiện kết tủa chậm hơn so với kết tủa BaSO₄.

CH

Trả lời câu hỏi trang 121 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Đề xuất cách phân biệt ba dung dịch bão hoà: CaCl₂, SrCl₂, BaCl₂.

Phương pháp giải:

Khi đốt nóng các kim loại nhóm IIA hoặc hợp chất của chúng trong ngọn lửa không màu làm ngọn lửa có màu đặc trưng: Ca²⁺ màu đỏ cam, Sr²⁺ màu đỏ son, Ba²⁺ màu lục.

Lời giải chi tiết:

- Trích các dung dịch trên làm mẫu thử và đánh số thứ tự.

- Nhúng đầu dây inox sạch vào một mẫu thử, rồi đưa vào ngọn lửa không màu của đèn khí. Lặp lại tương tự với mẫu thử còn lại:

+ Mẫu thử nào cháy cho ngọn lửa đỏ cam chứa dung dịch CaCl₂.

+ Mẫu thử nào cháy cho ngọn lửa đỏ son chứa dung dịch SrCl₂.

+ Mẫu thử nào cháy cho ngọn lửa màu lục chứa dung dịch BaCl₂.

HĐ1

Trả lời câu hỏi Hoạt động 1 trang 121 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Muối carbonate của kim loại nhóm IIA là muối của acid yếu, tác dụng được với nhiều acid vô cơ và hữu cơ, giải phóng khí carbon dioxide.

1. Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa CaCO₃ với dung dịch HCl, với dung dịch CH₃COOH.

2. Đề xuất cách làm sạch cặn đá vôi trong phích nước.

Phương pháp giải:

Kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ Be đến Ba.

\({\rm{M}} \to {{\rm{M}}^{2 + }} + 2{\mathop{\rm e}\nolimits} \)

Lời giải chi tiết:

1. Phương trình hóa học:

\({\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + 2{\rm{HCl}} \to {\rm{CaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow  + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

\({\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + 2{\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}{\rm{COOH}} \to {({\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{3}}}{\rm{COO}})_2}{\rm{Ca}} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow  + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

2. Để làm sạch cặn đá vôi trong phích nước, ta sử dụng giấm ăn. Trong giấm ăn có chứa acetic acid, hòa tan được cặn đá vôi (CaCO₃) trong phích.

HĐ2

Trả lời câu hỏi Hoạt động 2 trang 121 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Các muối carbonate của kim loại nhóm IIA đều bị phân huỷ bởi nhiệt:

Biến thiên enthalpy chuẩn của quá trình trên được cho trong bảng sau

Thực hiện các yêu cầu sau:

Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, dự đoán xu hướng biến đổi độ bền nhiệt của các muối carbonate của kim loại nhóm IIA.

Phương pháp giải:

Biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị âm. Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt.

Biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị dương. Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt.

Lời giải chi tiết:

Độ bền nhiệt của muối carbonate càng lớn, biến thiên enthalpy của phản ứng nhiệt phân muối carbonate càng lớn.

=> Độ bền nhiệt của muối carbonate của kim loại nhóm IIA có xu hướng tăng dần từ muối của MgCO₃ đến muối của BaCO₃.

HĐ1

Trả lời câu hỏi Hoạt động 1 trang 122 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt phân các muối nitrate của kim loại nhóm IIA:

Cho trong bảng sau:

Thực hiện yêu cầu sau:

Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, dự đoán xu hướng biến đổi độ bền nhiệt của muối nitrate của kim loại nhóm IIA.

Phương pháp giải:

Biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị âm. Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt.

Biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị dương. Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt.

Lời giải chi tiết:

Độ bền nhiệt của muối nitrate càng lớn, biến thiên enthalpy của phản ứng nhiệt phân muối nitrate càng lớn.

=> Độ bền nhiệt của muối nitrate của kim loại nhóm IIA có xu hướng tăng dần từ muối của Mg(NO₃)₂ đến muối của Ba(NO₃)₂.

HĐ2

Trả lời câu hỏi Hoạt động 2 trang 122 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Nhận biết từng ion riêng rẽ Ca²⁺, Ba²⁺, \({\rm{SO}}_4^{2 - }\)

- Cho vào ống nghiệm (1) khoảng 1 mL dung dịch CaCl₂ 1 M, ống nghiệm (2) khoảng 1 mL dung dịch BaCl₂ 1 M, ông nghiệm (3) khoảng 1 mL Na₂SO₄ 1 M.

- Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch Na₂SO₄ 1 M vào mỗi ống nghiệm (1) và ống nghiệm (2); nhỏ vài giọt dung dịch BaCl₂ 1 M vào ống nghiệm (3).

Chú ý: BaCl₂ độc, cần tuân thủ quy tắc an toàn trong phòng thí nghiệm.

Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong mỗi ống nghiệm.

2. Ở ống nghiệm (1) và (2), ống nào tạo kết tủa nhanh hơn? Nhiều hơn?

Phương pháp giải:

Kiểm tra sự có mặt của ion Ca²⁺, Ba²⁺, \({\rm{SO}}_4^{2 - }\), \({\rm{CO}}_3^{2 - }\)trong dung dịch thông qua phản ứng trao đổi để tạo thành kết tủa CaSO₄, BaSO₄ và CaCO₃.

Lời giải chi tiết:

1. Ống nghiệm (1): \({\rm{CaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}} + {\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_4} \to {\rm{CaS}}{{\rm{O}}_4} \downarrow  + 2{\rm{NaCl}}\)

Ống nghiệm (2): \({\rm{BaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}} + {{\mathop{\rm Na}\nolimits} _2}S{O_4} \to {\rm{BaS}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} \downarrow  + 2{\rm{NaCl}}\)

Ống nghiệm (3): \({{\mathop{\rm Na}\nolimits} _2}S{O_4} + {\rm{BaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}} \to 2{\rm{NaCl}} + {\rm{BaS}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}} \downarrow \)

2. Ống nghiệm (2) tạo kết tủa BaSO₄ nhanh hơn và nhiều ống nghiệm (1) tạo kết tủa CaSO₄.

HĐ3

Trả lời câu hỏi Hoạt động 3 trang 122 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Nhận biết ion \({\rm{CO}}_3^{2 - }\)

- Cho khoảng 1 mL dung dịch Na₂CO₃ 1 M vào ống nghiệm, thêm tiếp khoảng 1 mL dung dịch CaCl₂ 1 M, lắc đều.

- Thêm tiếp 2 mL dung dịch HCl 2 M vào ống nghiệm, lắc đều.

Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm.

2. Nêu các hiện tượng xảy ra và giải thích.

Phương pháp giải:

Kiểm tra sự có mặt của ion Ca²⁺, Ba²⁺, \({\rm{SO}}_4^{2 - }\), \({\rm{CO}}_3^{2 - }\)trong dung dịch thông qua phản ứng trao đổi để tạo thành kết tủa CaSO₄, BaSO₄ và CaCO₃.

Lời giải chi tiết:

1. Phương trình hóa học:

\({\rm{CaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}} + {\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \to {\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \downarrow  + 2{\rm{NaCl}}\)

\({\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + 2{\rm{HCl}} \to {\rm{CaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow  + {{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

2. Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng CaCO₃, sau đó kết tủa tan và xuất hiện bọt khí CO₂ không màu.

Giải thích: Muối calcium carbonate là muối của acid yếu, tác dụng được với nhiều acid mạnh, giải phóng khí carbon dioxide.

Câu hỏi trang 123

Trả lời câu hỏi trang 123 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Tìm hiểu và trình bày vai trò của calcium trong cơ thể con người mà em biết.

Phương pháp giải:

Dựa vào SGK trang 123

Lời giải chi tiết:

Calcium giúp xương chắc khỏe, phòng ngừa những bệnh loãng xương, giảm tình trạng đau nhức và khó khăn trong vận động, làm nhanh lành các vết nứt gãy trên xương. 

Câu hỏi 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 124 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

a) Khi đun nóng nước có tính cứng tạm thời, phần lớn các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được tách ra khỏi nước ở dạng kết tủa muối carbonate. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra.

b) Giải thích sự tạo thành cặn đá vôi trong phích nước, ấm đun nước.

Phương pháp giải:

Muối hydrogencarbnate bị nhiệt phân hủy tạo muối carbonate, khí carbon dioxide và nước.

Lời giải chi tiết:

a) Phương trình hóa học:

b) Trong nước chứa các muối hydrogencarbonate của kim loại Ca, muối này dễ bị phân hủy bởi nhiệt và tạo thành các lớp cặn đá vôi chứa CaCO₃ trong phích nước nóng, ấm đun nước.

Câu hỏi 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 124 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

Trình bày về tác hại của nước cứng với sản xuất và đời sống.

Phương pháp giải:

Dựa vào thông tin mục 2 trang 124, sách giáo khoa.

Lời giải chi tiết:

Một số tác hại của nước cứng.

- Nồi hơi dễ bị đóng cặn gây tốn nhiên liệu và không an toàn.

- Đường ống dẫn nước dễ bị đóng cặn làm giảm lưu lượng nước hoặc tắc đường ống.

- Giặt bằng xà phòng sẽ tạo ra muối ít tan bám vào quần áo, xà phòng tạo ít bọt, tốn xà phòng, quần áo mau hỏng.

- Nấu ăn bằng nước cứng làm cho thực phẩm lâu chín, giảm mùi vị.

HĐ

Trả lời câu hỏi Hoạt động trang 124 SGK Hóa 12 Kết nối tri thức

1. Đề xuất hai cách (không dùng hoá chất và có dùng hoá chất) để làm mềm mẫu nước có tính cứng tạm thời chứa Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂. Viết phương trình hoá học để minh họa.

2. Đề xuất hai hoá chất có thể dùng để làm mềm mẫu nước có tính cứng vĩnh cửu chứa CaCl₂ và MgSO₄. Giải thích.

Phương pháp giải:

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là làm giảm nồng độ các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước cứng. Có hai phương pháp làm mềm nước cứng phổ biến: chuyển các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ vào hợp chất không tan (phương pháp kết tủa) và thay thế những cation này bằng các cation khác (phương pháp trao đổi ion).

Lời giải chi tiết:

1.  Cách 1: Đun nóng nước có tính cứng tạm thời để làm mềm nước

Cách 2: Sử dụng dung dịch Na₂CO₃

\({\rm{Ca(HC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}} + {\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_3} \to {\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \downarrow  + {\rm{ }}2{\rm{NaHC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}\)

\({\rm{Mg(HC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}} + {\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_3} \to {\rm{MgC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \downarrow  + {\rm{ }}2{\rm{NaHC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}\)

2. Để làm mềm nước cứng vĩnh cửu chứa CaCl₂ và MgSO₄ ta có thể sử dụng Na₂CO₃ hoặc Na₃PO₄. Ca²⁺ và Mg²⁺ phản ứng tạo kết tủa với \({\rm{CO}}_3^{2 - }\)và \({\rm{PO}}_4^{3 - }\), làm giảm nồng độ các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước cứng.

\({\rm{C}}{{\rm{a}}^{2 + }} + {\rm{CO}}_3^ -  \to {\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \downarrow \);

\({\rm{3C}}{{\rm{a}}^{2 + }} + 2{\rm{PO}}_4^{3 - } \to {\rm{C}}{{\rm{a}}_3}{{\rm{(P}}{{\rm{O}}_4})_2} \downarrow \)

\({\rm{M}}{{\rm{g}}^{2 + }} + {\rm{CO}}_3^ -  \to {\rm{MgC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \downarrow \);

\({\rm{3M}}{{\rm{g}}^{2 + }} + 2{\rm{PO}}_4^{3 - } \to {\rm{M}}{{\rm{g}}_3}{{\rm{(P}}{{\rm{O}}_4})_2} \downarrow \)

Lý thuyết