Kim loại kiềm thổ là gì? Tính chất và các dạng bài tập về kim loại kiềm thổ

Trong hóa học, chúng ta thường bắt gặp nhiều loại kim loại khác nhau, trong số đó có kim loại kiềm thổ. Vậy chính xác kim loại kiềm thổ là gì? Công thức chung của oxit kim loại kiềm thổ?… Trong bài viết dưới đây, hãy cùng Gockhampha.edu.vn.com.vn tìm hiểu về kim loại kiềm thổ qua bài viết dưới đây nhé!

Bạn đang đọc: Kim loại kiềm thổ là gì? Tính chất và các dạng bài tập về kim loại kiềm thổ

Kim loại kiềm thổ là gì?

Định nghĩa: Kim loại kiềm thổ là một dãy các nguyên tố trong nhóm nguyên tố 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học với các nguyên tố thường gặp như canxi, magie, stronti, radi, berili hay bari. Chúng thường được đặt tên theo các oxit của mình.

Sở dĩ được gọi là kiềm thổ vì các thuộc tính tự nhiên trung gian của chúng giữa các chất kiềm và các loại đất hiếm.

Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn:

• Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA trong bảng tuần hoàn hóa học
• Trong một chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm.
• Kim loại kiềm thổ bao gồm: Beri (Be); Magie (Mg); Canxi (Ca); Stronti ( Sr); Bari (Ba) hay Rađi (Ra) (Trong đó Rađi là nguyên tố phóng xạ không bền).

Cấu tạo: Chúng có cấu tạo mạng tinh thể. Các đại lượng vật lý của nhóm IIA biến đổi không theo quy luật và một số tính chất hóa học thể hiện khác nhau.

• Be, Mg: lục phương
• Ca: lập phương tâm diện
• Ba: lập phương tâm khối
• Sr: lập phương tâm diện

Tính chất vật lý

• Kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc hoặc xám nhạt.
• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp.
• Độ cứng có cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn thấp.
• Khối lượng riêng tương đối nhỏ, là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ Ba)

Trừ Be và Mg, nhìn chung các kim loại kiềm thổ tự do và hợp chất dễ bay hơi, cháy khi đưa vào ngọn lửa không màu, và làm cho ngọn lửa có màu đặc trưng.

Bảng so sánh:

Nguyên tố	Điểm nóng chảy	Điểm bốc hơi	Khối lượng riêng	Độ cứng	Độ dẫn điện	Bán kính nguyên tử
Beryllium	1551,15	~2750	1848	5,5	31,3 · 10(6)	0,113
Magnesium	923	1380	1738	2,5	22,6 · 10(6)	0,160
Calcium	1115	1757	1550	1,75	29,8 · 10(6)	0,197
Strontium	1050	1655	2630	1,5	7,62 · 10(6)	0,215
Barium	1000	1913	3620	1,25	3 · 10(6)	0,217
Radium	973	2010	5500	?	?	?

Tính chất hóa học

Đặc điểm hóa học chung là kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh, yếu hơn so với kim loại kiềm.

Tác dụng với phi kim

Khi đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy tạo oxit, phản ứng phát ra nhiều nhiệt.

Ví dụ:

2Mg + O₂→ 2MgO ΔH = −610KJ/mol

• Trong không khí ẩm Ca, Sr, Ba tạo nên lớp cacbonat (phản ứng với không khí như oxi) cho nên cần cất giữ các kim loại này trong bình rất kín hoặc dầu hỏa khan.
• Khi đun nóng, tất cả các kim loại kiềm thổ tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, silic.

Ví dụ:

• Ca + Cl² → CaCl²
• 2Mg + Si → Mg₂Si

Do có áp lực lớn hơn oxi, khi đun nóng các kim loại kiềm thổ khử được nhiều oxit bền (CO₂,SiO₂,Al₂O3,Cr₂O3,…).

Ví dụ: 2Mg + CO₂ → 2MgO + C

Tác dụng với axit

Tác dụng với HCl,H₂SO₄(l): Kim loại kiềm khử ion H⁺ thành H₂

• Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H₂

Tác dụng với HNO₃,H₂SO₄ đặc: Khử N⁵⁺,S⁶⁺ thành các hợp chất mức oxi hoá thấp hơn.

• 4Ca + 10HNO₃(l) → 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O
• Mg + 4HNO₃(d) → Mg(NO₃)₂ + 2NO2 + 2H₂O

Tác dụng với nước

Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ:

• Ca + 2H₂O → Ca(OH)2 + H₂

Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành MgO.

• Mg + H₂O → MgO + H₂

Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat:

• Be + 2NaOH+2H₂O → Na₂[Be(OH)₄] + H₂
• Be + 2NaOH(nc) → Na₂BeO₂ + H₂

Điều chế kim loại kiềm thổ

Thường là khó để tìm thấy kim loại kiềm thổ trong tự nhiên vì chúng chỉ tồn tại dạng ion M²⁺ trong các hợp chất. Vì thế, để điều chế chúng, phương pháp cơ bản là điện phân muối nóng chảy:

• CaCl₂ → dpncCa + Cl₂
• MgCl₂ → dpncMg + Cl₂

Bên cạnh đó, ta có thể:

Dùng than cốc khử MgO; CaO từ đôlomit bằng febositic (hợp chất Si và Fe) ở nhiệt độ cao và trong chân không.

• MgO + C→ Mg+CO
• CaO + 2MgO + Si → 2Mg + CaO.SiO₂

Dùng nhôm hay magie khử muối của Ca, Sr, Ba trong chân không ở 1100°C → 1200°C

• 2Al + 4CaO → CaO.Al₂O₃ + 3Ca
• 2Al + 4SrO → SrO.Al₂O₃ + 3Sr
• 2Al + 4BaO → BaO.Al₂O₃ + 3Ba

Tìm hiểu thêm: Chuyên đề phản ứng cracking: Cơ chế, lý thuyết và Bài tập

Ứng dụng của kim loại kiềm thổ

• Kim loại Be: Được dùng làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, bền, chắc, không bị ăn mòn.
• Kim loại Ca: Được dùng làm chất khử để tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép, làm khô 1 số hợp chất hữu cơ.
• Kim loại Mg: Có nhiều ứng dụng hơn cả, cụ thể là tạo hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô,… Bên cạnh đó, Mg còn được dùng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ. Bột Mg trộn với chất oxi hóa dùng để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm dùng trong pháo sáng, máy ảnh.

Một số dạng bài tập về kim loại kiềm thổ

Bài 1: Cho Mg vào 0,12 mol FeCl₃, sau phản ứng hết thu được 3,36g chất rắn. Tìm số gam của Mg.

Lời giải:

• Phương trình 1: Mg + 2Fe⁽³⁺⁾ -> Mg⁽²⁺⁾ + 2Fe⁽²⁺⁾

• Phương trình 2: Mg + 2Fe⁽²⁺⁾ -> Mg⁽²⁺⁾ + Fe

Mà: 3,36

=> Dung dịch muối còn sau phản ứng

=> nFe sinh ra sau phản ứng = 3,36 : 56 = 0,06mol

• Theo phương trình 2:

nFe = nMg = 0,06mol

• Theo phương trình 1:

nMg = 1/2nFeCl₃ = 0,06mol

=> nMg = 0,06 + 0,06 = 0,12mol

=> mMg = 0,12 x 25 = 2,88g

Bài 2: Cho kim loại M với hóa trị không đổi. Đốt chảy hoàn toàn 7,2g M trong hỗn hợp khí Cl₂ và O₂, thu được 2,3g chất rắn sau phản ứng. Thể tích khí đã phản ứng là 5,6l (đktc). Kim loại M là gì?

Lời giải:

• Số mol tham gia phản ứng là: 5,6 : 22,4 = 0,25mol và ta có: mO₂ + mCl₂ = 15,8g

Gọi số mol của O₂ và Cl₂ lần lượt là x và y, ta có hệ phương trình:

• x + y = 0,25 và 32x + 71y = 15,8

=> x = 0,2 ; y = 0,05

Gọi hóa trị của M trong hợp chất là a. Dùng định luật bảo toàn e, ta có:

• a x nM = 2 x nCl₂ + 4 x nO₂

=> a x (7,2 : M) = 0,2 x 2 + 0,05 x 4

=> M = 12a

Vậy M là Mg.

Bài 3: Cho 2,9g hỗn hợp kim loại A. Cho toàn bộ A và oxit của nó vào H₂O thu được 500ml dung dịch chứa chất tan nồng độ 0,04M và 0,224l H₂ ở điều kiện tiêu chuẩn. Tìm hỗn hợp A.

Lời giải:

• Ta có: (A, A2On) + H₂O -> M(OH)n + H₂

(0,01n + 0,01) -> 0,02  0,01mol

• Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta có: nH₂O = (0,01n + 0,01)mol
• Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: 2,9 + 18(0,01n + 0,01) = 0,02(A + 17n) + 2 x 0,01
• Vì thế: 0,02A + 0,16n = 3,06

=> A = 137 và n = 2

Vậy kim loại A là Ba

>>>>>Xem thêm: Phương trình hóa học là gì? Cách lập và cân bằng phương trình

Bài viết trên đây của Gockhampha.edu.vn.com.vn đã tổng hợp kiến thức về chủ đề kim loại kiềm thổ là gì cũng như những nội dung liên quan. Hy vọng qua bài viết này các bạn đã có thêm nhiều kiến thức bổ ích cho môn học của mình. Chúc bạn luôn học tốt!