Bài 26. Kim loại kiềm thổ và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

Bài 26. KIM LOẠI KIỀM THỔ VÀ HỢP CHẤT
QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ
1. KIM LOẠI KIỀM THỔ

2. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI

3. NƯỚC CỨNG



I. VỊ TRÍ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN, CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

A. KIM LOẠI KIỀM THỔ
B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI
1. Canxi hidroxit

2. Canxi cacbonat

3. Canxi sunfat

C. NƯỚC CỨNG
1. Khái niệm

2. Tác hại

3. Cách làm mềm nước cứng

4. Nhận biết ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch


A. KIM LOẠI KIỀM THỔ
I – VỊ TRÍ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN, CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
- Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) và Ra (Ra).
- Cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2 (n là số thứ tự của lớp).
Be: [He]2s2; Mg: [Ne]2s2; Ca: [Ar]2s2;
Sr: [Kr]2s2; Ba: [Xe]2s2
Ca
Sr
II – TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Màu trắng bạc, có thể dát mỏng.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại kiềm thổ tuy có cao hơn các kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối thấp.
- Khối lượng riêng nhỏ, nhẹ hơn nhôm (trừ Ba). Độ cứng cao hơn các kim loại kiềm nhưng vẫn tương đối mềm.
III – TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
- Các nguyên tử kim loại kiềm thổ có năng lượng ion hoá tương đối nhỏ, vì vậy kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh. Tính khử tăng dần từ Be đến Ba.

M - 2e → M2+

- Trong các hợp chất các kim loại kiềm thổ có số oxi hoá +2.
1. Tác dụng với phi kim


2. Tác dụng với axit
Với HCl, H2SO4 loãng




b) Với HNO3, H2SO4 đặc


3. Tác dụng với nước: Ở nhiệt độ thường Be không khử được nước, Mg khử chậm. Các kim loại còn lại khử mạnh nước giải phóng khí H2.

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑


B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXI
1. Canxi hiđroxit
 Ca(OH)2 còn gọi là vôi tôi, là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước. Nước vôi là dung dịch Ca(OH)2.
 Hấp thụ dễ dàng khí CO2:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O  nhận biết khí CO2
 Ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp: sản xuất NH3, CaOCl2, vật liệu xây dựng,…
2. Canxi cacbonat
Chất rắn màu trắng, không tan trong nước, bị phân huỷ ở nhiệt độ cao.



 Bị hoà tan trong nước có hoà tan khí CO2
3. Canxi sunfat
 Trong tự nhiên, CaSO4 tồn tại dưới dạng muối ngậm nước CaSO4.2H2O gọi là thạch cao sống.
 Thạch cao nung:
 Thạch cao khan là CaSO4
C. NƯỚC CỨNG
1. Khái niệm:
- Nước chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ được gọi là nước cứng.
- Nước chứa ít hoặc không chứa các ion Mg2+ và Ca2+ được gọi là nước mềm.
 Phân loại:
a) Tính cứng tạm thời: Gây nên bởi các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2.
Khi đun sôi nước, các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 bị phân huỷ → tính cứng bị mất.
b) Tính cứng vĩnh cửu: Gây nên bởi các muối sunfat, clorua của canxi và magie. Khi đun sôi, các muối này không bị phân huỷ.
c) Tính cứng toàn phần: Gồm cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cữu.
2. Tác hại
- Đun sôi nước cứng lâu ngày trong nồi hơi, nồi sẽ bị phủ một lớp cặn. Lớp cặn dày 1mm làm tốn thêm 5% nhiên liệu, thậm chí có thể gây nổ.
- Các ống dẫn nước cứng lâu ngày có thể bị đóng cặn, làm giảm lưu lượng của nước.
- Quần áo giặ bằng nước cứng thì xà phòng không ra bọt, tốn xà phòng và làm áo quần mau chóng hư hỏng do những kết tủa khó tan bám vào quần áo.
- Pha trà bằng nước cứng sẽ làm giảm hương vị của trà. Nấu ăn bằng nước cứng sẽ làm thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị.
3. Cách làm mềm nước cứng
Nguyên tắc: Làm giảm nồng độ các ion Ca2+, Mg2+ trong nước cứng.
a) Phương pháp kết tủa
 Tính cứng tạm thời:
- Đun sôi nước, các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 bị phân huỷ tạo ra muối cacbonat không tan. Lọc bỏ kết tủa → nước mềm.
- Dùng Ca(OH)2, Na2CO3 (hoặc Na3PO4).
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2CO3→ CaCO3↓ + 2NaHCO3
 Tính cứng vĩnh cửu: Dùng Na2CO3 (hoặc Na3PO4).
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4
b) Phương pháp trao đổi ion
- Dùng các vật liệu polime có khả năng trao đổi ion, gọi chung là nhựa cationit. Khi đi qua cột có chứa chất trao đổi ion, các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước cứng đi vào các lỗ trống trong cấu trúc polime, thế chỗ cho các ion Na+ hoặc H+ của cationit đã đi vào dung dịch.
- Các zeolit là các vật liệu trao đổi ion vô cơ cũng được dùng để làm mềm nước.
4. Nhận biết ion Ca2+, Mg2+ trong dung dịch
Thuốc thử: dung dịch muối và khí CO2.
Hiện tượng: Có kết tủa, sau đó kết tủa bị hoà tan trở lại.
Phương trình phản ứng:

Mg2+ + → MgCO3↓


Ca2+ + → CaCO3↓