Tóm tắt lý thuyết Hóa 12, Kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm

MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT CẦN NẮM VỮNG

I. KIM LOẠI KIỀM (IA)
 
Có 1 electron ở lớp ngoài cùng.


 
Năng lượng ion hoá: Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hoá li nhỏ nhất so với các kim loại khác.
 
Trong nhóm kim loại kiềm, năng lượng ion hoá I1 giảm dần từ Li đến Cs.
 
Số oxi hóa: Trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm chỉ có số oxi hoá +III. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cùa các kim loại kiềm thấp hơn nhiều so với các kim loại khác. Tính chất này là do lực liên kết kim loại trong mạng tinh thể kim loại kiềm kém bền vững.
 
1. Tác dụng với phi kim
 
2Na + O₂ => Na₂O₂ (r)
 
Natri tác dụng với oxi trong không khí khô ờ nhiệt độ phòng, tạo ra Na₂O:

4Na + O₂ => 2Na₂O (r)
 
2. Tác dụng với axit

Kim loại kiềm đều có thể khử dễ dàng ion H⁺ của dung dịch axit (HCl, H₂SO₄ loãng) thành khí H₂ (phản ứng gây nổ nguy hiểm):
 
2Li + 2HCl => 2LiCl + H₂↑ 
 
3. Tác dụng với nước
 
2Na + 2H₂O => 2NaOH (dd) + H₂↑ 

2M + H₂O =>  2MOH (dd) + H₂↑ 

Do vậy, các kim loại kiềm được bảo quản bằng cách ngâm chìm trong dầu hoả.
 
+ Ứng dụng và điều chế 

1. Ứng dụng của kim loại kiềm
 
Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy,...
Các kim loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài loại lò phản ứng hạt nhân.
Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện.
Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bàng phương pháp nhiệt luyện.
Kim loại kiềm được dùng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ.
 
2. Điều chế kim loại kiềm
 
Phương pháp điều chế kim loại kiềm là điện phân nóng chảy hợp chất halogenua của kim loại kiềm.
 
Để hạ nhiệt độ nóng chảy của NaCl ở 800°c xuống nhiệt độ thấp hơn, người ta dùng hỗn hợp gồm 2 phần NaCl và 3 phần CaCl₂ theo khối lượng. Hỗn hợp này có nhiệt độ nóng chảy dưới 600°c.
 
+ Một số hợp chất quan trọng,của kim loại kiềm
 
1. Natri hiđroxit, NaOH

a. Tính chất

Natri hiđroxit là chất rắn, không màu, dễ hút ẩm, dễ nóng chảy (322°C), tan nhiều trong nước.

b. Ứng dụng

Natri hiđroxit có nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ, luyện nhôm, xà phòng, giấy, dệt,...

c. Điều chế

Trong công nghiệp, người ta điều chế NaOH bàng cách điện phân dung dịch NaCl bão hoà. (có vách ngăn):

                           Điện phân
2NaCl + 2H₂O ----------> H₂↑  + Cl₂↑  + 2NaOH
                        có vách ngăn
 
2. Natri hiđrocacbonat, NaHCO3
 
Tính chất
                       t^o
2NaHCO₃ --------> Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑ 
 
Muối NaHCO₃ có tính lưỡng tính, là tính chất của ion HCO₃^-; tuy nhiên, tính bazơ chiếm ưu thế.
 
3. Natri cacbonat, Na₂CO₃
 
Natri cacbonat dễ tan trong nước, nóng chảy ở 850°c.
 
Na₂CO₃ là muối của axit yếu, tác dụng được với nhiều axit:
 
Na₂CO₃ + 2HCl => 2NaCl + H₂O + CO₂↑
 
II. KIM LOẠI KIỀM THỔ (IIA)
 
Có 2 electron ở lớp ngoài cùng



1. Tác dụng với phi kim
 
Khi đốt nóng, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy trong không khí tạo ra oxit.
                   t^o
2Mg + O₂  => 2MgO
                t^o
Ca + Cl₂  => CaCl₂ 
 
2. Tác dụng với axit

Ca +2HCl => CaCl₂ + H₂↑
 
3. Tác dụng với nước
 
Ca, Sr, Ba tác dụng với H₂O ở nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazơ. Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ thường tạo ra Mg(OH)₂, tác dụng nhanh với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO. Be không tác dụng với H₂O dù ở nhiệt độ cao.
 
Ca + 2H₂O  => Ca(OH)₂ + H₂↑
Mg + H₂O => MgO + H₂↑
 

Nguyên tố	Be	Mg	Ca	Sr	Ba
Cấu hình electron	[He]2s2	[Ne]3s2	[Ar]4s2	[Kr]5s2	[Xe]6s2
Mạng tinh thể	Lục phương		Lập phương tâm diện		Lập phương tâm khối

 
Các kim loại kiềm thổ đều có tính khử mạnh, nhưng yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của các kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba.
 
III. NHÔM
 

 
Có 3 electron ở lớp ngoài cùng.

Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Độ dẫn nhiệt bằng 2/3 đồng nhưng lại nhẹ hơn đồng 3 lần. Độ dẫn điện của nhôm hơn sắt 3 lần.
 
1. Tác dụng với phi kim
 
Nhôm tác dụng trực tiếp và mạnh với nhiều phi kim như O2, Cl₂, S,...
                     t^o
4Al + 3O₂  => 2Al₂O₃
 
Nhôm bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng oxit Al₂O₃ rất mỏng, mịn và bền chắc bảo vệ.
 
Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với khí clo:

2Al + 3Cl₂ => 2AlCl₃
 
2. Tác dụng với axit
 
2Al + 6HCl  => 2AlCl₃ + 3H₂↑
2 Al + 6H⁺ =>  2Al³⁺ + 3H₂↑
4Al + 4HNO_3loãng  => Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O
2Al + 6H₂SO_4đặc => Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O
 
Nhôm không tác dụng với H₂SO₄ và HNO₃ đặc, nguội. Những axit này đã oxi hoá bề mặt kim loại tạo thành một màng oxit có tính trơ, làm cho nhôm thụ động. Nhôm bị thụ động sẽ không tác dụng với các dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng.
 
3. Tác dụng với oxit kim loại
 
Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều oxit kim loại như Fe₂O₃, Cr₂O,... thành kim loại tự do:
2Al + Fe₂O₃ => Al₂O₃ + 2Fe
 
4. Tác dụng với nước
 
2Al + 6H₂O => 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑
 
Phản ứng trên nhanh chóng dừng lại vì lớp Al(OH)₃ không tan trong nước đã ngăn cản không cho nhôm tiếp xúc với nước.
 
5. Tác dụng vói dung dịch kiềm
 
2Al + 2NaOH + 6H₂O   =>  2Na[Al(OH)₄](dd) + 3H₂↑
 
+ Ứng dụng và sản xuất

1. Ứng dụng
 
Nhôm và hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ, bền đối với không khí và nước, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô, tên lừa, tàu vũ trụ.
 
Nhôm và hợp kim nhôm có màu trắng bạc, đẹp, được dùng làm khung cửa và trang trí nội thất.
 
Nhôm có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốtj được dùng làm dây cáp dẫn điện thay thế cho đồng là kim loại đắt tiền. Nhôm được dùng chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nấu trong gia đình.
 
Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp tecmit (hỗn hợp bột Al và Fe₂O₃), được dùng để hàn gắn đường ray,...
 
2. Sản xuất
 
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng boxit bàng phương pháp điện phân.
 
+ Một số hợp chất quan trọng của nhôm

1. Nhôm oxit

a) Tính chất vật lý và trạng thái tự nhiên
 
Nhôm oxit là chất rắn màu trắng, không tác dụng với nước và không tan trong nước. Nóng chảy ở 2050^oC

Trong tự nhiên, nhôm oxit tồn tại cả dạng ngậm nước và dạng khan.

Dạng ngậm nước như boxit Al₂O₃. 2H₂O là nguyên liệu quan trọng để sản xuất nhôm.

Dạng khan như emeri, có độ cứng cao, dùng làm đá mài. Corinđon là ngọc thạch rất cứng, cấu tạo tinh thể trong suốt, không màu. Corinđon thường có màu là do lẫn một số tạp chất oxit kim loại. Nếu tạp chất là Cr2O3, ngọc có màu đỏ tên là rubi, nếu tạp chất là TiO₂ và Fe₃O₄, ngọc có màu xanh tên là saphia.

Rubi và saphia nhân tạo được chế tạo bằng cách nung nóng hỗn hợp nhôm oxit với Cr₂O₃ hoặc TiO₂ và Fe₃O₄
 
b. Tính chất hoá học

Tính lưỡng tính

Al₂O₃ + 6HCl => 2AlCl₃ + 3H₂O
Al₂O₃ + 2NaOH +3H₂O => 2Na[Al(OH)₄]
 
2. Nhôm hiđroxit 

Tính chất hóa học
 
Nhôm hiđroxit (Al(OH)₃) là hợp chất không bền đối với nhiệt, khi đun nóng bị phân huỷ thành nhôm oxit:
                t^o
2Al(OH)₃ =>  Al₂O₃ + 3H₂O
 
Tính lưỡng tính
 
Al(OH)₃ + 3HCl => AlCl₃ + 3H₂O
Al(OH)₃ + NaOH  => Na[Al(OH)₄]
 
3. Nhôm sunfat
 
Công thức hoá học phèn chua: K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O = KAl(SO₄)₂.12H₂O. Nếu thay ion K⁺ bằng Li⁺ Na⁺ hay NH₄⁺ ta được các muối kép khác có tên chung là phèn nhôm (không gọi phèn chua).
 
4. Cách nhận biết ion Al³⁺ trong dung dịch
 
Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch thí nghiệm, nếu thấy có kết tủa keo xuất hiện rồi tan trong NaOH dư thì chứng tỏ có ion Al³⁺
Al³⁺ +3OH => Al(OH)₃↓
Al(OH)₃ + OH^- (d-) =>  AlO₂ + 2H₂O