Giải Hóa học 12 trang 123
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 123–124
Tóm tắt lý thuyết
Bài này thuộc chủ đề kim loại nhóm IIA và hợp chất của chúng. Các ý chính:
- Màu ngọn lửa đặc trưng của ion nhóm IIA: Ca²⁺ đỏ cam, Sr²⁺ đỏ son, Ba²⁺ màu lục.
- Muối carbonate nhóm IIA là muối của acid yếu, tác dụng với nhiều acid (vô cơ và hữu cơ) giải phóng khí CO₂.
- Muối carbonate tan dần trong nước có hòa tan CO₂ tạo muối hydrogencarbonate.
- Muối carbonate và muối nitrate của nhóm IIA đều bị nhiệt phân; độ bền nhiệt tăng dần từ Mg đến Ba (vì ΔᵣH° càng lớn thì càng khó phân hủy).
- Nhận biết các ion Ca²⁺, Ba²⁺, SO₄²⁻, CO₃²⁻ dựa vào phản ứng tạo kết tủa và phản ứng với acid.
Bài 1: Câu hỏi mục "Đề xuất cách phân biệt ba dung dịch bão hòa CaCl₂, SrCl₂, BaCl₂"
Đề: Đề xuất cách phân biệt ba dung dịch bão hòa: CaCl₂, SrCl₂, BaCl₂.
Lời giải:
Dùng phương pháp thử màu ngọn lửa, vì mỗi ion kim loại nhóm IIA cho màu đặc trưng riêng.
- Lấy mỗi dung dịch một ít, dùng dây platinum (hoặc đũa thủy tinh) nhúng vào rồi đưa lên ngọn lửa không màu của đèn khí.
- Quan sát màu ngọn lửa:
- Ngọn lửa màu đỏ cam → dung dịch chứa Ca²⁺ → CaCl₂.
- Ngọn lửa màu đỏ son → dung dịch chứa Sr²⁺ → SrCl₂.
- Ngọn lửa màu lục → dung dịch chứa Ba²⁺ → BaCl₂.
Giải thích: Khi bị kích thích nhiệt, electron của ion kim loại nhảy lên mức năng lượng cao rồi trở về, phát ra ánh sáng có bước sóng đặc trưng nên cho màu ngọn lửa khác nhau.
Bài 2: Phản ứng của muối carbonate với acid
Câu 1: Viết phương trình hóa học của phản ứng giữa CaCO₃ với dung dịch HCl, với dung dịch CH₃COOH
Với HCl:
$$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O$$
Với CH₃COOH:
$$CaCO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + CO_2\uparrow + H_2O$$
Giải thích: CaCO₃ là muối của acid yếu (H₂CO₃), nên bị acid mạnh hơn (HCl) hoặc acid hữu cơ (CH₃COOH) đẩy ra, giải phóng khí CO₂.
Câu 2: Đề xuất cách làm sạch cặn đá vôi trong phích nước
Lời giải:
Cặn đá vôi chủ yếu là CaCO₃. Ta dùng dung dịch acid yếu, an toàn cho sức khỏe như giấm ăn (dung dịch CH₃COOH loãng).
- Cho giấm ăn (có thể pha loãng) vào phích, để một thời gian rồi lắc nhẹ.
- Phản ứng:
$$CaCO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + CO_2\uparrow + H_2O$$
- Cặn CaCO₃ tan dần, sau đó tráng lại nhiều lần bằng nước sạch.
Giải thích: Không nên dùng acid mạnh như HCl đậm đặc vì có thể ăn mòn ruột phích và độc hại. Giấm ăn rẻ, an toàn, vẫn hòa tan được CaCO₃.
Bài 3: Dự đoán xu hướng độ bền nhiệt của muối carbonate nhóm IIA
Đề: Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt phân, dự đoán xu hướng biến đổi độ bền nhiệt của các muối carbonate kim loại nhóm IIA.
Bảng số liệu:
| Muối | MgCO₃ | CaCO₃ | SrCO₃ | BaCO₃ |
|---|---|---|---|---|
| ΔᵣH°₂₉₈ (kJ) | 100,7 | 179,2 | 234,6 | 271,5 |
Lời giải:
Phản ứng nhiệt phân: $MCO_3(s) \xrightarrow{t^o} MO(s) + CO_2(g)$, đều là phản ứng thu nhiệt (ΔᵣH° > 0).
Giá trị ΔᵣH° tăng dần theo thứ tự:
$$MgCO_3 < CaCO_3 < SrCO_3 < BaCO_3$$
ΔᵣH° càng lớn nghĩa là cần cung cấp càng nhiều năng lượng để phân hủy muối, tức muối càng khó bị nhiệt phân, càng bền nhiệt.
Kết luận: Độ bền nhiệt của muối carbonate tăng dần từ Mg đến Ba:
$$MgCO_3 < CaCO_3 < SrCO_3 < BaCO_3$$
Bài 4: Dự đoán xu hướng độ bền nhiệt của muối nitrate nhóm IIA
Đề: Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt phân, dự đoán xu hướng biến đổi độ bền nhiệt của muối nitrate kim loại nhóm IIA.
Phản ứng: $M(NO_3)_2(s) \xrightarrow{t^o} MO(s) + 2NO_2(g) + \dfrac{1}{2}O_2(g)$
Bảng số liệu:
| Muối | Mg(NO₃)₂ | Ca(NO₃)₂ | Sr(NO₃)₂ | Ba(NO₃)₂ |
|---|---|---|---|---|
| ΔᵣH°₂₉₈ (kJ) | 255,2 | 369,5 | 452,4 | 506,2 |
Lời giải:
ΔᵣH° đều dương (phản ứng thu nhiệt) và tăng dần:
$$Mg(NO_3)_2 < Ca(NO_3)_2 < Sr(NO_3)_2 < Ba(NO_3)_2$$
ΔᵣH° càng lớn thì muối càng khó phân hủy, càng bền nhiệt.
Kết luận: Độ bền nhiệt của muối nitrate tăng dần từ Mg đến Ba:
$$Mg(NO_3)_2 < Ca(NO_3)_2 < Sr(NO_3)_2 < Ba(NO_3)_2$$
Nhận xét chung: Cả muối carbonate và nitrate của nhóm IIA đều có độ bền nhiệt tăng dần khi đi từ trên xuống dưới trong nhóm (Mg → Ba).
Bài 5: Thí nghiệm nhận biết các ion Ca²⁺, Ba²⁺, SO₄²⁻
Câu 1: Viết phương trình hóa học các phản ứng xảy ra trong mỗi ống nghiệm
Nhỏ Na₂SO₄ vào ống (1) chứa CaCl₂:
$$CaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4\downarrow + 2NaCl$$
Nhỏ Na₂SO₄ vào ống (2) chứa BaCl₂:
$$BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$$
Nhỏ BaCl₂ vào ống (3) chứa Na₂SO₄:
$$BaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$$
Câu 2: Ở ống (1) và (2), ống nào tạo kết tủa nhanh hơn? Nhiều hơn?
Lời giải:
Ống (2) chứa BaCl₂ tạo kết tủa nhanh hơn và nhiều hơn ống (1) chứa CaCl₂.
Giải thích: BaSO₄ có độ tan rất nhỏ (kết tủa trắng, gần như không tan), trong khi CaSO₄ ít tan nhưng độ tan lớn hơn nhiều so với BaSO₄. Vì vậy với cùng điều kiện, BaSO₄ kết tủa nhanh và nhiều hơn, còn CaSO₄ tạo kết tủa chậm hơn, lượng ít hơn (thậm chí dung dịch hơi đục).
Bài 6: Thí nghiệm nhận biết ion CO₃²⁻
Câu 1: Viết phương trình hóa học các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm
Cho CaCl₂ vào Na₂CO₃:
$$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$$
Thêm HCl vào ống nghiệm (HCl tác dụng với kết tủa CaCO₃):
$$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O$$
(Nếu còn Na₂CO₃ dư cũng phản ứng: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$)
Câu 2: Nêu các hiện tượng xảy ra và giải thích
Lời giải:
- Khi thêm CaCl₂ vào dung dịch Na₂CO₃: xuất hiện kết tủa trắng (CaCO₃).
Giải thích: ion Ca²⁺ kết hợp với CO₃²⁻ tạo CaCO₃ không tan, màu trắng.
- Khi thêm tiếp HCl vào: kết tủa trắng tan dần, đồng thời có khí không màu thoát ra (sủi bọt khí).
Giải thích: CaCO₃ là muối của acid yếu, bị HCl (acid mạnh) hòa tan, giải phóng khí CO₂ nên thấy sủi bọt và kết tủa biến mất.
Kết luận: Dấu hiệu nhận biết ion CO₃²⁻ là tạo kết tủa trắng với ion Ca²⁺ (hoặc Ba²⁺), và kết tủa này tan trong dung dịch acid mạnh kèm theo sủi bọt khí CO₂.