GIA SƯ SV · HÓA HỌC 12

Bài 24. Nguyên tố nhóm IA và các hợp chất quan trọng – Hóa học 12

Sơ đồ kiến thức Gia Sư SV. Chạm hình để xem lớn.

Mục tiêu: Phân tích cấu hình ns¹, sự thay đổi tính chất từ Li đến Cs, phản ứng với nước và ứng dụng của NaCl, NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃.

Cần biết trước: Cấu hình electron, liên kết ion, phương trình oxi hóa – khử, phản ứng acid–base.

1. Nhận diện kim loại kiềm theo cấu hình electron

Nhóm IA (không tính hydrogen) gồm Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Mỗi nguyên tử có một electron lớp ngoài cùng, thường viết ns¹. Vì dễ nhường một electron, kim loại kiềm thường tạo ion M⁺ và có số oxi hóa +1 trong hợp chất thông dụng. Từ Li xuống Cs, bán kính nguyên tử nhìn chung tăng và thế ion hóa thứ nhất giảm; mức độ phản ứng với nước thường tăng mạnh. Không dùng quy tắc này để khẳng định mọi tính chất vật lí đều biến đổi tuyến tính.

Các kim loại kiềm tương đối mềm, khối lượng riêng nhỏ, nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp. Chúng dẫn điện do liên kết kim loại nhưng không được bảo quản trong nước hoặc ethanol. Trong phòng thí nghiệm chúng được cách li với nước và không khí bằng cách bảo quản thích hợp theo quy trình an toàn.

2. Tính khử và phản ứng đặc trưng

Kim loại kiềm nhường electron: $M \to M^{+} + e^{-}$ . Với nước, phương trình tổng quát là:

$2 M + 2 H_{2} O \to 2 M O H + H_{2} ↑$

Ví dụ $2 N a + 2 H_{2} O \to 2 N a O H + H_{2}$ . Dung dịch sau phản ứng có môi trường base. Khi phản ứng với oxygen, sản phẩm phụ thuộc kim loại và điều kiện (oxide, peroxide hoặc superoxide); không tự khái quát “mọi kim loại kiềm đều tạo M₂O”.

Tự kiểm tra: Vì sao tuyệt đối không tự thả Na vào nước tại nhà?

Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, sinh hydrogen dễ cháy và dung dịch NaOH ăn mòn; chỉ quan sát mô phỏng hoặc thí nghiệm được giáo viên tổ chức với biện pháp bảo hộ.

3. Những hợp chất quan trọng của sodium

NaCl: nguyên liệu của công nghiệp chlorine – kiềm, chế biến thực phẩm và nhiều quá trình hóa học. Điện phân dung dịch NaCl bão hòa có màng ngăn tạo NaOH, Cl₂ và H₂: $2 N a C l + 2 H_{2} O \to 2 N a O H + H_{2} + C l_{2}$ . Cl₂ độc; không tự điện phân dung dịch muối ăn ở nhà.
NaOH: base mạnh, hút ẩm, ăn mòn; dùng trong sản xuất giấy, xà phòng và xử lí hóa chất theo công nghệ phù hợp. $N a O H + H C l \to N a C l + H_{2} O$ .
NaHCO₃ (sodium hydrogencarbonate): phản ứng với acid giải phóng CO₂, dùng trong bột nở: $N a H C O_{3} + H C l \to N a C l + C O_{2} + H_{2} O$ ; khi nung: $2 N a H C O_{3} \overset{t^{\circ}}{\to} N a_{2} C O_{3} + C O_{2} + H_{2} O$ .
Na₂CO₃ (soda): dùng trong sản xuất thủy tinh, hóa chất và xử lí nước cứng: $N a_{2} C O_{3} + C a C l_{2} \to C a C O_{3} ↓ + 2 N a C l$ .

4. Ý tưởng quy trình Solvay

Nước muối được bão hòa NH₃, sau đó đưa CO₂ vào để tạo NaHCO₃ ít tan hơn trong điều kiện thích hợp: $N a C l + N H_{3} + C O_{2} + H_{2} O \to N a H C O_{3} ↓ + N H_{4} C l$ . Nung NaHCO₃ thu Na₂CO₃; NH₃ được tái sử dụng trong quy trình. Cần tách phản ứng điều chế công nghiệp khỏi phản ứng điện phân dung dịch NaCl vì sản phẩm hai quá trình khác nhau.

Ví dụ có lời giải: Phân hủy sodium hydrogencarbonate

Đề: Nung hoàn toàn 16,8 g NaHCO₃; tính khối lượng Na₂CO₃ tạo thành. Cho $M_{N a H C O_{3}} = 84$ , $M_{N a_{2} C O_{3}} = 106$ g/mol.

Giải: $n_{N a H C O_{3}} = 16, 8 / 84 = 0, 20$ mol. Theo phương trình, $n_{N a_{2} C O_{3}} = 0, 10$ mol, nên $m = 0, 10 \times 106 = 10, 6$ g.

Ví dụ vận dụng: Chọn thuốc thử làm mềm nước

Cho dung dịch chứa CaCl₂ tác dụng với lượng đủ Na₂CO₃; tạo CaCO₃ ít tan. Phản ứng ion rút gọn: $C a^{2 +} + C O_{3}^{2 -} \to C a C O_{3} ↓$ . Đây là cơ sở hóa học; ngoài thực tế cần kiểm soát pH, lọc cặn và mục đích sử dụng nước.

Lỗi cần tránh

Coi hydrogen là kim loại kiềm; 2. viết Na phản ứng với nước thành Na₂O; 3. nhầm soda (Na₂CO₃) và baking soda (NaHCO₃); 4. dùng ethanol để bảo quản Na; 5. bỏ hệ số 2 trong phản ứng tạo H₂.

Sơ đồ quy trình Solvay – Gia Sư SV.

Biên soạn và minh họa: Gia Sư SV.