Giải Hóa học 12 trang 121

Đây là phần bài học về kim loại nhóm IIA (kim loại kiềm thổ) và hợp chất của chúng, sách Hóa học 12 (bộ Kết nối tri thức). Mình tóm tắt lý thuyết rồi giải lần lượt các yêu cầu nhé.

Tóm tắt lý thuyết

Tác dụng với nước (Bảng 25.3):

• Be: không tác dụng với nước.
• Mg: phản ứng chậm ở nhiệt độ thường, nhanh hơn khi đun nóng:

$$Mg + 2H_2O \longrightarrow Mg(OH)_2 + H_2$$

• Ca, Sr, Ba: tác dụng mạnh ngay ở nhiệt độ thường:

$$Ca + 2H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2 + H_2$$

Độ tan hydroxide nhóm IIA ở 20 °C (g/100 g nước):

Ý quan trọng: sản phẩm (hydroxide) càng dễ tan thì càng dễ rời khỏi bề mặt kim loại, tạo điều kiện cho kim loại tiếp tục phản ứng với nước.

Ứng dụng: Be chế tạo hợp kim bền cơ học, không bị ăn mòn, khó nóng chảy; Mg chế tạo hợp kim làm vật liệu ô tô, máy bay, chi tiết máy...

Bài 1: Xu hướng biến đổi độ tan của hydroxide nhóm IIA

Đề: Nêu xu hướng biến đổi độ tan của các hydroxide nhóm IIA.

Lời giải:

Dựa vào bảng độ tan, ta sắp xếp theo chiều từ Mg đến Ba:

$$1,25\cdot10^{-3} < 0,173 < 1,77 < 3,89$$

Nhận xét: Đi từ Mg(OH)₂ đến Ba(OH)₂, tức là từ trên xuống dưới trong nhóm IIA, độ tan của hydroxide tăng dần.

Giải thích ngắn: bán kính ion kim loại tăng dần (Mg²⁺ → Ba²⁺) làm năng lượng mạng tinh thể của hydroxide giảm, nên các hydroxide ngày càng dễ tan trong nước.

Bài 2: Dự đoán xu hướng phản ứng với nước của kim loại từ Mg đến Ba

Đề: Dự đoán xu hướng phản ứng với nước của kim loại nhóm IIA (từ Mg đến Ba) dựa vào độ tan của các hydroxide.

Lời giải:

Theo nội dung bài học, hydroxide tạo thành càng dễ tan thì càng dễ tách ra khỏi bề mặt kim loại, để lộ bề mặt kim loại mới cho nước tiếp tục phản ứng.

Vì độ tan tăng dần Mg(OH)₂ < Ca(OH)₂ < Sr(OH)₂ < Ba(OH)₂ nên:

Khả năng phản ứng với nước của kim loại tăng dần từ Mg đến Ba.

Điều này phù hợp với thực tế ở Bảng 25.3: Mg phản ứng chậm, còn Ca, Sr, Ba phản ứng mạnh ngay ở nhiệt độ thường.

Bài 3: Nhận xét khả năng hòa tan các muối nhóm IIA

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

Dữ liệu độ tan (g/100 g nước, 20 °C) và phân loại (Bảng 25.4 với T: dễ tan, I: ít tan, K: không tan):

Nhận xét:

• Muối carbonate (CO₃²⁻): tất cả đều không tan.
• Muối nitrate (NO₃⁻): tất cả đều dễ tan.
• Muối sulfate (SO₄²⁻): độ tan giảm dần từ Mg đến Ba — MgSO₄ dễ tan, CaSO₄ và SrSO₄ ít tan, BaSO₄ không tan.
• Hydroxide (OH⁻): độ tan tăng dần từ Mg đến Ba — Mg(OH)₂ không tan, Ca(OH)₂ ít tan, Sr(OH)₂ và Ba(OH)₂ dễ tan (đúng như Bài 1).

Nhớ nhanh: nitrate luôn tan, carbonate luôn không tan; còn sulfate và hydroxide biến đổi ngược chiều nhau khi đi từ Mg đến Ba.

Bài 4: Thí nghiệm so sánh độ tan của calcium sulfate và barium sulfate

Đề: Thêm CaCl₂ vào ống (1) và BaCl₂ vào ống (2), nhỏ từ từ CuSO₄ vào cả hai ống cho đến khi xuất hiện kết tủa. So sánh thời điểm xuất hiện kết tủa ở hai ống nghiệm và giải thích.

Phương trình phản ứng:

Ống (1):

$$CaCl_2 + CuSO_4 \longrightarrow CaSO_4\downarrow + CuCl_2$$

Ống (2):

$$BaCl_2 + CuSO_4 \longrightarrow BaSO_4\downarrow + CuCl_2$$

Hiện tượng và so sánh:

• Ống (2) chứa BaCl₂ xuất hiện kết tủa trắng (BaSO₄) sớm hơn, chỉ cần nhỏ một lượng nhỏ CuSO₄.
• Ống (1) chứa CaCl₂ xuất hiện kết tủa (CaSO₄) muộn hơn, phải nhỏ nhiều CuSO₄ hơn.

Giải thích:

Theo Bảng 25.4 và số liệu độ tan:

$$\text{Độ tan } BaSO_4\ (0,0028) < CaSO_4\ (0,20)$$

BaSO₄ gần như không tan, còn CaSO₄ chỉ ít tan. Vì BaSO₄ có độ tan rất nhỏ nên chỉ cần một lượng nhỏ ion SO₄²⁻ đã đủ vượt giới hạn tan và tạo kết tủa ngay. CaSO₄ dễ tan hơn nên cần lượng ion SO₄²⁻ lớn hơn mới đạt được trạng thái kết tủa, do đó kết tủa xuất hiện chậm hơn.

Kết luận: thời điểm xuất hiện kết tủa ở ống chứa BaCl₂ sớm hơn ống chứa CaCl₂, chứng tỏ BaSO₄ khó tan hơn CaSO₄.