Home / Chương 6 – Bài 25 – Kim loại kiềm và hợp chất của nó

Chương 6 – Bài 25 – Kim loại kiềm và hợp chất của nó

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

A. KIM LOẠI KIỀM

1. Cấu hình electron

Cấu hình electron nguyên tử của kim loại kiềm có dạng [Khí hiếm]ns1.

Nguyên tố \[{}_3Li\] \[{}_{11}Na\] \[{}_{19}K\] \[{}_{37}Rb\] \[{}_{55}Cs\]
Cấu hình e \[\left[ {He} \right]2{s^1}\] \[\left[ {Ne} \right]3{s^1}\] \[\left[ {Ar} \right]4{s^1}\] \[\left[ {Kr} \right]5{s^1}\] \[\left[ {Xe} \right]6{s^1}\]

Nguyên tử kim loại kiềm dễ mất một electron ở lớp ngoài cùng tạo thành ion có điện tích 1+.

\[M – 1e \to {M^ + }\]

Vì vậy cấu hình electron của ion kim loại kiềm là cấu hình electron của khí hiếm đứng sát trước nó.

2. Vị trí trong bảng tuần hoàn

Kim loại kiềm thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn (đứng đầu các chu kì 2 đến 7).

Dựa vào cấu hình electron nguyên tử, xác định vị trí của kim loại kiềm:

Số thứ tự nguyên tố = Số hiệu nguyên tử

Chu kì = Số lớp electron

Nhóm IA (vì có 1 electron ở lớp ngoài cùng)

3. Tính chất vật lí

Các kim loại kiềm có màu trắng bạc và có ánh kim, dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp.

Trong các kim loại kiềm thì Li có độ cứng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao nhất, khối lượng riêng nhỏ nhất; còn Cs có độ cứng và nhiệt độ nóng chảy thấp nhất, khối lượng riêng lớn nhất 

Chú ý: Trong hợp chất kim loại kiềm chỉ có số oxi hóa +1. 

4. Tính chất hóa học

Kim loại kiềm có tính khử rất mạnh và tính khử tăng dần từ Li đến Cs: \[M \to {M^ + } + 1e\]

Các phản ứng của kim loại kiềm xảy ra rất dễ dàng ở điều kiện thường và mạnh liệt.

Tác dụng với oxi:

\[2Na + {O_2} \to N{a_2}O\] (xảy ra trong oxi khô)

\[4Na + {O_2} \to 2N{a_2}O\] (xảy ra trong không khí khô)

Tác dụng với clo: \[2K + C{l_2} \to 2KCl\]

Tác dụng với axit: \[2Na + 2HCl \to 2NaCl + {H_2}\]

Tác dụng với \[{H_2}O\]: \[2Na + {H_2}O \to 2NaOH + {H_2}\]

Chú ý: Kim loại kiềm phản ứng dễ dàng với oxi và nước vì vậy để bảo quản kim loại kiềm người ta phải ngâm chìm trong dầu hỏa

5. Ứng dụng

Hợp kim Na – K được dùng làm chất trao đổi nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân.

Hợp kim Li – Al siêu nhẹ, được dùng trong kĩ thuật hàng không.

Kim loại Cs được dùng làm tế bào quang điện

6. Trạng thái tự nhiên

Do khả năng phản ứng mạnh nên trong tự nhiên, kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Như muối NaCl hoặc các
muối silicat, aluminat.

7. Điều chế

Kim loại kiềm được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối halogenua của chúng.

Ví dụ: \[2NaCl\xrightarrow{{dpnc}}2Na + C{l_2}\]

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM

1. Natri hiđroxit (NaOH)

a. Tính chất vật lí

NaOH (còn gọi là xút ăn da) là chất rắn, không màu, dễ nóng chảy, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt mạnh.

b. Tính chất hóa học

NaOH là một bazơ mạnh (kiềm), trong dung dịch: \[NaOH \to N{a^ + } + O{H^ – }\]

NaOH tác dụng với oxit axit như \[C{O_2},S{O_2}…\]:

\[C{O_2} + 2O{H^ – } \to CO_3^{2 – } + {H_2}O\]

\[C{O_2} + O{H^ – } \to HCO_3^ – \]

Tác dụng với axit \[HCl,\,\,{H_2}S{O_4},\,\,HN{O_3}…\]

\[{H_ + } + O{H^ – } \to {H_2}O\]

Tác dụng với muối như \[CuS{O_4},\,\,F{e_2}{\left( {S{O_4}} \right)_3}…\]

\[C{u^{2 + }} + 2O{H^ – } \to Cu{\left( {OH} \right)_2}\]

\[F{e^{3 + }} + 3O{H^ – } \to Fe{\left( {OH} \right)_3}\]

Tác dụng với các chất lưỡng tính như \[A{l_2}{O_3},\,\,Al{\left( {OH} \right)_3}…\]

\[A{l_2}{O_3} + 2O{H^ – } \to 2AlO_2^ – + {H_2}O\]

\[Al{\left( {OH} \right)_3} + O{H^ – } \to AlO_2^ – + 2{H_2}O\]

c. Ứng dụng

NaOH là hóa chất quan trọng, đứng hàng thứ hai sau axit sunfuric. NaOH được dùng để nấu xà phòng, chế phẩm nhuộm, tơ nhân tạo, tinh chế quặng nhôm và dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ

2. Natri hidrocacbonat (NaHCO3)

a. Tính chất vật lí

NaHCO3 là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước.

b. Tính chất hóa học

NaHCO3 dễ bị nhiệt phân hủy: \[2NaHC{O_3}\xrightarrow{{{t^0}}}N{a_2}C{O_3} + C{O_2} + {H_2}O\]

\[2HCO_3^ – \xrightarrow{{{t^0}}}CO_3^{2 – } + C{O_2} + {H_2}O\]

NaHCO3, có tính lưỡng tính (do ion \[HCO_3^ – \] ) vì vậy NaHCO3 vừa tác dụng được với dung dịch axit, vừa tác dụng được với dung dịch kiềm.

\[NaHC{O_3} + HCl \to NaCl + {H_2}O + C{O_2}\]

\[HCO_3^ – + 2{H^ + } \to C{O_2} + {H_2}O\]

\[NaHC{O_3} + NaOH \to N{a_2}C{O_3} + {H_2}O\]

\[HCO_3^ – + O{H^ – } \to CO_3^{2 – } + {H_2}O\]

Chú ý: Các muối hiđrocacbonat khác có các phản ứng tương tự NaHCO3

c. Ứng dụng

NaHCO3 được dùng trong công nghiệp dược phẩm (như chế thuốc giảm đau dạ dày, …) và trong công nghiệp thực phẩm (như làm bột nở, …).

3. Natri cacbonat (Na2CO3)

a. Tính chất vật lí

Na2CO3 là chất rắn, màu trắng, tan nhiều trong nước. Ở nhiệt độ thường tồn tại dạng muối ngậm nước \[N{a_2}C{O_3}.10{H_2}O\]

b. Tính chất hóa học

Na2CO3 là muối của axit yếu nên có tính chất chung của muối.

Tác dụng với axit:

\[N{a_2}C{O_3} + HCl \to NaHC{O_3} + NaCl\]

\[CO_3^{2 – } + {H^ + } \to HCO_3^ – \]

\[N{a_2}C{O_3} + 2HCl \to 2NaCl + {H_2}O + C{O_2}\]

\[CO_3^{2 – } + 2{H^ + } \to {H_2}O + C{O_2}\]

Tham gia phản ứng trao đổi ion:

\[N{a_2}C{O_3} + BaC{l_2} \to BaC{O_3} \downarrow + 2NaCl\]

\[CO_3^{2 – } + B{a^{2 + }} \to BaC{O_3} \downarrow \]

Chú ý: Các muối cacbonat khác có các phản ứng tương tự Na2CO3

c. Ứng dụng

Na2CO3 là hóa chất quan trọng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặt, phấm nhuộm, giấy, sợi,…

4. Kali nitrat (KNO3)

a. Tính chất vật lí

KNO3 là tinh thể không màu, tan nhiều trong nước, bền trong không khí.

b. Tính chất hóa học

Khi đun nóng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy thì KNO3 bị phân hủy: \[2KN{O_3}\xrightarrow{{{t^0}}}2KN{O_2} + {O_2}\]

Chú ý: Muối NaNO3 cũng có tính chất hóa học tương tự KNO3. Trong dung dịch KNO3 là muối trơ, nó không tham gia các phản ứng trao đổi ion hay phản ứng axit – bazơ.

c. Ứng dụng

KNO3 được dùng làm phân bón phân đạm, phân kali và được dùng để chế tạo thuốc nổ (thuốc súng là hỗn hợp gồm 68% KNO3 15% S và 17% C).

Phản ứng cháy của thuốc súng xảy ra theo phương trình: Phản ứng cháy của thuốc súng xảy ra theo phương trình:

\[2KN{O_3} + 3C + S\xrightarrow{{{t^0}}}{N_2} + 3C{O_2} + {K_2}S\]

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Lí thuyết trọng tâm

Kiểu hỏi 1: Xác định vị trí cấu hình e

Câu 1: Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử K (Z = 19) là

A. \[2{s^2}\] B. \[3{s^1}\] C. \[4{s^1}\] D. \[5{s^1}\]

Câu 2: Nguyên tử Na (Z = 11), cấu hình electron lớp ngoài cùng của ion \[N{a^ + }\] 

A. \[2{s^2}2{p^6}\] B. \[3{s^2}3{p^6}\] C. \[3{s^1}\] D. \[2{s^1}\]

Câu 3: Ion kim loại M+ ccó cấu hình electron lớp ngoài cùng là \[2{s^2}2{p^6}\]. Kim loại M là

A. \[Na\] B. \[Li\] C. \[K\] D. \[Cs\]

Kiểu hỏi 2: Hỏi tính chất

Câu 1. Kim loại kiềm có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là

A. \[Li\] B. \[K\] C. \[Na\] D. \[Cs\]

Câu 2. Kim loại có tính khử mạnh nhất là:

A. \[K\] B. \[Li\] C. \[Cs\] D. \[Na\]

Câu 3. Trong phòng thí nghiệm kim loại Na được bảo quản bằng cách ngâm chìm trong

A. Nước B. Rượu C. Dầu hỏa D. Giấm ăn

Câu 4. Cho mẫu nhỏ Na vào CuSO4, sau phản ứng hoàn toàn thu được kết tủa là

A. \[Cu\] B. \[Cu{\left( {OH} \right)_2}\] C. \[CuO\] D. \[N{a_2}S{O_4}\]

Câu 5. Cho các chất: Na, Na2SO4, NaCl, NaHCO3. Số chất tác dụng được với dung dịch NaOH là

A. \[4\] B. \[2\] C. \[1\] D. \[3\]

Câu 6. Phát biểu nào sau đây sai?

A. NaHCO3 được dùng chế thuốc giảm đau dạ dày.
B. NaHCO3 ít tan trong nước.
C. NaHCO3 dễ bị nhiệt phân hủy.
D. NaHCO3 không tác dụng với dung dịch NaOH.

Kiểu hỏi 3: Điều chế và ứng dụng

Câu 1: Trong công nghiệp, kim loại Na được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy

A. \[NaCl\] B. \[N{a_2}C{O_3}\] C. \[N{a_2}S{O_4}\] D. \[NaN{O_3}\]

Câu 2: Trong công nghiệp, NaOH không được dùng để

A. nấu xà phòng.           B. sản xuất muối ăn.          C. tinh chế quặng nhôm.          D. chế phẩm nhuộm.

BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 1

Câu 1: Kim loại nào sau đây là kim loại kiềm?

A. Ba.  B. Al.  C. Na  D. Cu.

Câu 2: Kim loại nào sau đây tan hết trong nước dư ở nhiệt độ thường?

A. Mg B. Fe C. Al D. Na

Câu 3: Số e lớp ngoài cùng của nguyên tử K (Z=19) là

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

Câu 4: Kim loại kiềm mềm nhất là

A. Na.

B. K. C. Li. D. Cs

Câu 5: Kim loại kiềm có khối lượng riêng nhỏ nhất là

A. Na.

B. Li. C. K. D. Cs

Câu 6: Trong các hợp chất, kim loại kiềm có số oxi hóa là

A. +2.

B. +1. C. -1. D. +3

Câu 7: Trong hợp chất Na2O2 số oxi hóa của nguyên tố Na là

A. +1 B. +3 C. +2 D. +4

Câu 8: Trong công nghiệp, kim loại Na được điều chế bằng phương pháp

A. thủy luyện B. nhiệt luyện C. điện phân dung dịch D. điện phân nóng chảy

Câu 9: Các kim loại kiềm có

A. độ cứng thấp B. nhiệt độ nóng chảy cao C. khối lượng riêng lớn D. tính khử yếu

Câu 10: Cho Na vào nước thu được sản phẩm là khí H2

A. Na2O.  B. Na2O2 C. NaOH.  D. NaH.

Câu 11: Phát biểu nào sau đây sai?

A. Xesi được dùng làm tế bào quang điện.
B. Hợp kim Li – Al được dùng trong kĩ thuật hàng không.
C. Hợp kim Li – Na dùng làm chất trao đổi nhiệt trọng là phản ứng hạt nhân.
D. Kim loại Na được dùng để sản xuất muối ăn trong công nghiệp.

Câu 12: Chất nào sau đây được gọi là xút ăn da?

A. Na2CO3  B. NaOH.  C. KOH.  D. NaCl.

Câu 13: Trong nước biển chứa nhiều chất nào sau đây?

A. NaOH.  B. NaCl.  C. Na2CO3 D. Na2SO4

Câu 14: Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Na2CO3 được dùng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặt, giấy, sợi.
B. Thuốc súng là hỗn hợp gồm KCl, S, C.
C. Nhiệt phân KNO3 thu được sản phẩm gồm K2O, NO2, O2 .
D. Nhiệt phân NaHCO3 thu được sản phẩm gồm Na2O, CO2, H2O.

Câu15: Điện phân nóng chảy NaCl ở catot xảy ra quá trình

A. khử ion Na+ B. oxi hóa ion Na+. C. khử ion Cl D. oxi hóa ion Cl.

Câu 16: Cho các chất: Na, Na2SO4 ,Na2CO3 ,NaHCO3 . Số chất tác dụng được với dung dịch HCl là

A. 1.  B. 2.  C.4.  D. 3.

Câu 17: Phát biểu nào sau đây đúng?

A. NaHCO3 có tính lưỡng tính.
B. Na không tác dụng với dung dịch NaCl.
C. NaHCO3 không tác dụng với dung dịch NaOH.
D. Na2CO3 không tác dụng với dung dịch BaCl2

Câu 18: Cho các chất: NaOH, Na, K, KHCO3. Số chất tác dụng với dung dịch HCl tạo ra chất khí là

A. 1.  B.4.  C. 2.  D. 3.

Câu 19: Cho các chất: KCl, Al, NaHCO3, CO2, Al(OH)3. Số chất tác dụng được với dung dịch NaOH là

A. B. 4.  C. 2.  D. 1.

Câu 20: Cho các chất: HCl, KOH, BaCl2, NaHSO4, FeS. Số chất tác dụng được với dung dịch Na2CO3

A. 3.  B. 4.  C. 2.  D. 1

Dạng 2: Bài toán xác định kim loại

Phương pháp giải

Bước 1: Viết phương trình phản ứng xảy ra rồi tính theo phương trình hóa học.

Ngoài ra có thể dùng phương pháp bảo toàn nguyên tố hoặc bảo toàn electron để tính nhanh số mol.

Bước 2: Tính nguyên tử khối hoặc phân tử khối trung bình.

Nếu bài toán một kim loại thì tính nguyên tử khối theo công thức \[M = \frac{m}{n}\]  từ đó suy ra tên kim loại. 

Nếu bài toán hỗn hợp thì tìm phân tử khối trung bình \[\overline M = \frac{{{m_{hh}}}}{{{n_{hh}}}}\] từ đó kết hợp điều  kiện của bài toán để tìm kim loại.

CÁC BÀI TẬP MINH HỌA:

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 9,2 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm vào 400 ml dung dịch HCl 0,5M thu được dung dịch Y chứa bốn chất tan có nồng độ mol bằng nhau Hai kim loại trong X là

A. Li và Na B. Li và Rb C. Li và K D. Na và K

Ví dụ 2: Cho 1,9 gam hỗn hợp gồm muối cacbonat và hiđrocacbonat của một kim loại kiềm tác dụng với axit HCl dư thu được 0,448 lít khí ở đktc. Kim loại kiềm là

A. K B. Li C. Na D. Rb

BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 2:

Câu 1: Cho 0,39 gam một kim loại kiềm X vào nước, thu được 0,112 lít khí H2 (ở đktc). Kim loại kiềm X là

A. Na.  B. C. Li.  D. Cs

Câu 2: Hòa tan hết 1,4 gam kim loại kiềm X vào 200 gam H2O thu được dung dịch có khối lượng là 201,2 gam. Kim loại kiềm X là

A. Rb.  B. Na  C. K.  D. Li.

Câu 3: Hòa tan hết 1,15 gam kim loại X vào dung dịch dịch HCl, thu được 0,56 lít khí (ở đktc). Kim loại X là

A. Na.  B. Ba.  C. K.  D. Ca.

Câu 4: Cho 0,3 gam hỗn hợp gồm hai kim loại kiềm ở hai chu kì kế tiếp nhau vào nước, thu được 0,112 lít khí H2 (ở đktc). Hai kim loại kiềm là:

A. Li, Na.  B. Na, K.  C. Li, K.  C. K, Cs.

Câu 5: Hòa tan hết 0,3 gam hỗn hợp gồm hai kim loại kiềm ở hai chu kì kế tiếp nhau vào dung dịch dịch HCl dư, thu được 0,224 lít khí (ở đktc). Hai kim loại kiềm là:

A. Li, Na.  B. Na, K.  C. K, Cs.  D. Li, K.

Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 4,6 gam kim loại kiềm X trong khí clo dư, thu được 11,7 gam muối. Kim loại kiềm X là

A. Na.  B. Li.  C. K.  D. Cs.

Câu 7: Cho 5,3 gam muối M2CO3 tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 1,12 lít khí ở đktc. Muối M2CO3

A. Na2CO3 B. Li2CO3 C. K2CO3 D. Cs2CO3

Câu 8: Hoà tan hoàn toàn 6,645 gam hỗn hợp muối clorua của hai kim loại kiềm thuộc hai chu kì kế tiếp nhau vào nước được dung dịch X. Cho toàn bộ dụng dịch X tác dụng hoàn toàn với dung dịch AgNO3 (dư), thu được 18,655 gam kết tủa. Hai kim loại kiềm trên là

A. Rb và Cs.  B. Na và K.  C. Li và Na.  D. K và Rb.

Câu 9: Hoà tan hoàn toàn 1,1 gam hỗn hợp gồm kim loại kiềm X và kim loại kiềm thổ Y ( \[{M_X} < {M_Y}\] ) trong dung dịch HCl dư, thu được 1,12 lít khí H2 (đktc). Kim loại X là

A. Li.  B. Na.  C. Rb.  D. K.

Câu 10: Hòa tan hết 0,897 gam kim loại X vào 4,459 ml H2O tạo ra dung dịch kiềm có nồng độ 29,34%. Biết khối lượng riêng của H2O là 1 gam/ml. Kim loại X là

A. Na.  B. Ba.  C. K.  D. Ca

Dạng 3: Bài toán liên quan đến dung dịch kiềm

Bài toán 1: Dung dịch kiềm tác dụng với axit

Phương pháp giải

Phản ứng trung hòa: \[{H^ + } + O{H^ – } \to {H_2}O\] luôn có \[{n_{{H^ + }}} = {n_{O{H^ – }}}\]

Ngoài ra có thể giải bài toán bằng cách dùng sơ đồ và các phương pháp bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích, bảo toàn electron.

Chú ý: Bài toán hòa tan hoàn toàn kim loại kiềm M với nước thu được dung dịch bazơ, sau đó trung hòa dung dịch bazơ bằng axit HCl / H2SO4 loãng:

\[2M + 2{H_2}O \to 2{M^ + } + 2O{H^ – } + {H_2}\]

Luôn có \[{n_M} = {n_{O{H^ – }}} = 2{n_{{H_2}}}\]