Giải SGK Hóa 12 Bài 18 (Cánh diều): Nguyên tố nhóm IIA

Giải bài tập Hóa học 12 Bài 18: Nguyên tố nhóm IIA

Mở đầu trang 121 Hóa học 12: Nguyên tố nhóm IIA và một số hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn (Hình 18.1).

Hình 18.1. Một số ứng dụng của hợp chất của nguyên tố nhóm IIA

a) Nêu một số ứng dụng của đơn chất và hợp chất của nguyên tố nhóm IIA mà em biết.

b) Kim loại nhóm IIA có những tính chất vật lí và tính chất hoá học nào?

Lời giải:

a) Một số ứng dụng của đơn chất và hợp chất của nguyên tố nhóm IIA mà em biết:

– Mg: tham gia tạo hợp kim.

– Ba: làm chất cản quang trong y tế.

– Be: làm vật liệu sản xuất tên lửa, tàu vũ trụ.

– CaCO₃ (đá vôi): sản xuất vôi sống, xi măng.

– CaO (vôi sống): khử chua, tẩy uế, hút ẩm, vật liệu xây dựng, …

…

b) Kim loại nhóm IIA có những tính chất vật lí: nhẹ, khối lượng riêng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với kim loại nhóm IA nhưng tương đối thấp so với các kim loại khác.

Kim loại nhóm IIA có tính chất hóa học: Tính khử: M ⟶ M²⁺ + 2e. Tác dụng với các chất oxi hóa như phi kim (O₂, Cl₂, …), H₂O, acid, …

Câu hỏi 1 trang 123 Hóa học 12: Trong cùng chu kì, kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh hơn hay yếu hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA? Giải thích.

Lời giải:

Trong cùng chu kì, kim loại nhóm IIA có tính khử yếu hơn so với tính khử của kim loại nhóm IA.

Vì trong cùng một chu kì, từ nhóm IA sang nhóm IIA điện tích hạt nhân tăng, bán kính nguyên tử giảm làm lực hút electron lớp ngoài cùng tăng. Do đó khả năng nhường electron lớp ngoài cùng (để thể hiện tính khử) của kim loại nhóm IIA khó hơn so với kim loại nhóm IA.

Câu hỏi 2 trang 123 Hóa học 12: Dựa vào tính khử của kim loại và độ tan của các hydroxide, dự đoán:

a) Magnesium hay barium phản ứng với oxygen mạnh hơn.

b) Calcium hay barium phȧn ứng với nước mạnh hơn.

Lời giải:

a) Trong nhóm IIA, tính khử của kim loại tăng từ Be đến Ba. Do đó tính khử của Ba mạnh hơn Mg. Nên barium phản ứng với oxygen mạnh hơn magnesium.

b) Tính khử của Ca < Ba và độ tan trong nước của Ca(OH)₂ cũng thấp hơn Ba(OH)₂. Do đó barium phȧn ứng với nước mạnh hơn calcium.

Câu hỏi 3 trang 124 Hóa học 12: Vì sao magnesium phȧn ứng rất chậm với nước?

Một số bọt khí hydrogen xuất hiện khi cho magnesium vào nước ở điều kiện thường

Lời giải:

Magnesium phȧn ứng rất chậm với nước là vì độ tan trong nước của Mg(OH)₂ tạo thành là rất thấp (0,0012 g/100 g nước ở 20°C). Phần Mg(OH)₂ không tan này bám trên bề mặt Mg làm cản trở quá trình tiếp xúc của Mg với nước.

Vận dụng 1 trang 124 Hóa học 12: Tìm hiểu và cho biết, ngoài tham gia tạo hợp kim, các kim loại nhóm IIA còn có những ứng dụng nào khác.

Lời giải:

Ngoài tham gia tạo hợp kim, các kim loại nhóm IIA còn có những ứng dụng như:

– Be: được sử dụng trong các vũ khí hạt nhân.

– Mg: được dùng để sản xuất pháo hoa.

– Ca: được dùng để điều chế các kim loại khác như uranium, thorium.

– Sr: được dùng để sản xuất pháo hoa.

– Ba: được dùng làm chất cản quang trong y tế.

…

Luyện tập 1 trang 124 Hóa học 12: Magnesium là kim loại cơ bản trong hợp kim dùng để chế tạo khung và cánh của các thiết bị bay (Hình 18.3). Theo em, ứng dụng trên dựa vào tính chất vật lí nào của hợp kim magnesium?

Hình 18.3. Khung và cánh của máy bay trực thăng được chế tạo từ hợp kim của magnesium

Lời giải:

Magnesium là kim loại cơ bản trong hợp kim dùng để chế tạo khung và cánh của các thiết bị bay.

Ứng dụng này dựa trên tính chất nhẹ, cứng và bền của hợp kim magnesium.

Thí nghiệm 1 trang 125 Hóa học 12: So sánh độ tan của muối BaSO₄ và CaSO₄

Chuẩn bị:

– Hoá chất: Dung dịch BaCl₂, CaCl₂, cùng nồng độ 0,1 M; dung dịch CuSO₄ 5

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion $C{O}_3^{2-}$ trong dung dịch

Chuẩn bị:

– Hoá chất: Dung dịch Na₂CO₃ 1,0 M, HCl 1 M.

– Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giấy chỉ thị pH.

Tiến hành: Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch Na₂CO₃. Dùng giấy chỉ thị pH để kiểm tra môi trường dung dịch. Thêm tiếp 2 mL dung dịch HCl vào ống nghiệm, lắc đều, đưa que diêm đang cháy đến miệng ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra.

Lời giải:

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ca²⁺ trong dung dịch

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng. Sau đó kết tủa tan dần khi thêm dung dịch HCl đồng thời có sủi bọt khí không màu.

Phương trình hóa học:

CaCl₂(aq) + Na₂CO₃(aq) ⟶ CaCO₃(s) + 2NaCl(aq)

CaCO₃(s) + 2HCl(aq) ⟶ CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ba²⁺ trong dung dịch

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng.

Phương trình hóa học:

BaCl₂(aq) + H₂SO₄(aq) ⟶ BaSO₄(s) + 2HCl(aq)

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion $S{O}_4^{2-}$ trong dung dịch

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng. Khi thêm dung dịch HCl không có hiện tượng xảy ra.

Phương trình hóa học:

BaCl₂(aq) + ZnSO₄(aq) ⟶ BaSO₄(s) + ZnCl₂(aq)

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion $C{O}_3^{2-}$ trong dung dịch

Hiện tượng: Giấy chỉ thị pH chuyển màu xanh. Khi thêm dung dịch HCl thấy sủi bọt khí làm tắt que diêm đang cháy.

Phương trình hóa học:

Na₂CO₃(aq) + 2HCl(aq) ⟶ 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Vận dụng 2 trang 129 Hóa học 12: Tìm hiểu các triệu chứng của các bệnh về răng và xương có liên quan đến sự thiếu hụt calcium trong cơ thể. Đề xuất một số biện pháp để phòng tránh, hạn chế một số bệnh trên.

Lời giải:

– Các triệu chứng của các bệnh về răng và xương có liên quan đến sự thiếu hụt calcium trong cơ thể: răng bị ố vàng, chân răng yếu, lung lay, dễ gãy rụng; xương dễ gãy, loãng xương, …

– Một số biện pháp phòng tránh, hạn chế các bệnh về răng và xương có liên quan đến sự thiếu hụt calcium trong cơ thể:

+ Bổ sung thường xuyên trong khẩu phần ăn hàng ngày các thực phẩm giàu calcium như: sữa, ngũ cốc, các loại hạt, rau cải, hải sản, …

+ Tập thể dục thường xuyên.

+ Duy trì lối sống tích cực, hạn chế sự căng thẳng.

Bài tập

Bài 1 trang 130 Hóa học 12: Nêu các đặc điểm giống nhau và khác nhau về cấu tạo nguyên tử và tính chất giữa kim loại nhóm IIA với kim loại kiềm.

Lời giải:

– Giống nhau:

+ Bán kính nguyên tử lớn hơn so với các nguyên tố khác trong cùng chu kì, số electron lớp ngoài cùng ít.

+ Là kim loại nhẹ, khối lượng riêng nhỏ, nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp.

+ Có tính khử mạnh thể hiện qua các phản ứng tác dụng với các chất như phi kim (O₂, Cl₂, …), H₂O, …

– Khác nhau:

Bài 2 trang 130 Hóa học 12: Dựa vào giá trị thế điện cực chuẩn của kim loại (Bảng 10.1) và giá trị thế điện cực chuẩn của quá trình 2H₂O + 2e ⇌ H₂ + 2OH^– với $E_{2H_{2}O/2O{H}^{-}+H_2}$ = – 0,413 V ở pH = 7, hãy :

a) Sắp xếp Na, Mg, Cu theo dãy tăng dần tính khử của kim loại.

b) Giải thích vì sao Na và Mg tác dụng được với nước.

Lời giải:

a) Ta có: $E_{N{a}^{+}/Na}^0=-2,713V$ < $E_{M{g}^{2+}/Mg}^0=-2,356V$ < $E_{C{u}^{2+}/Cu}^0=0,34V$

Do đó tính khử của kim loại Na > Mg > Cu.

Sắp xếp theo dãy tăng dần tính khử của kim loại là: Cu, Mg, Na.

b) Ta có thế điện cực chuẩn của Na và Mg đều nhỏ hơn $E_{2H_{2}O/2O{H}^{-}+H_2}$ = – 0,413 V ở pH = 7. Do đó, Na và Mg đều tác dụng được với nước.

Bài 3 trang 130 Hóa học 12: Khi cho lượng soda phù hợp vào dung dịch có chứa cation Ca²⁺ và Mg²⁺ thì hai cation này sẽ bị tách ra khỏi dung dịch. Viết phương trình hoá học minh hoạ.

Lời giải:

Khi cho soda (Na₂CO₃) vào dung dịch Na₂CO₃ phân li tạo thành 2 ion: Na⁺ và $C{O}_3^{2-}$

Cation Ca²⁺ và Mg²⁺ bị tách ra khỏi dung dịch theo phương trình hóa học:

Ca²⁺(aq) + (aq) ⟶ CaCO₃(s)

Mg²⁺(aq) + (aq) ⟶ MgCO₃(s)

Bài 4 trang 130 Hóa học 12: Đề xuất phương án phân biệt các dung dịch không màu CaCl₂, BaCl₂, KCl, NaCl và Na₂CO₃.

Lời giải:

– Trích nhỏ mẫu thử rồi đánh số thứ tự.

– Cho quỳ tím vào từng mẫu thử.

+ Mẫu thử làm quỳ tím chuyển màu xanh là: Na₂CO₃

Na₂CO₃ ⟶ 2Na⁺ + $C{O}_3^{2-}$

$C{O}_3^{2-}$ + H₂O ⇌ + OH⁻

+ Các mẫu thử không làm quỳ tím chuyển màu là: CaCl₂, BaCl₂, KCl, NaCl

– Dùng que platinum sạch nhúng vào từng mẫu thử còn lại rồi đưa lên ngọn lửa đèn khí.

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu đỏ cam là: CaCl₂

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu lục là: BaCl₂

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu tím là: KCl

+ Mẫu thử cho ngọn lửa màu vàng là: NaCl

Lý thuyết Nguyên tố nhóm IIA

I. Trạng thái tự nhiên

– Nhóm IIA gồm các nguyên tố: Be, Mg, Ca, Sr, Ba và Ra.

– Trong vỏ Trái Đất, các nguyên tố nhóm IIA chủ yếu tồn tại ở dạng muối carbonate, sulfate và silicate tạo nên nhiều loại khoáng vật ít tan.

– Trong nước mặt, nước ngầm,… các nguyên tố nhóm IIA tồn tạo ở dạng cation M²⁺  phổ biến nhất là Mg²⁺ và Ca²⁺

– Trong cơ thể, Mg và Ca tồn tại ở cả dạng hợp chất ít tan và dạng cation Mg²⁺, Ca²⁺

II. Đơn chất

1. Tính chất vật lí

– Bán kính nguyên tử và một số tính chất vật lí của kim loại nhóm IIA được thể hiện qua bảng sau:

– Kim loại nhóm IIA thuộc nhóm kim loại nhẹ do có khối lượng riêng nhỏ. Chúng có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với kim loại nhóm IA, nhưng tương đối thấp so với các kim loại khác.

– Khác với kim loại kiềm, khối lượng riêng và nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IIA biến đổi không theo xu hướng rõ rệt.

2. Tính chất hóa học

a) Phản ứng với oxygen

Khi đốt nóng trong oxygen hoặc trong không khí, các kim loại nhóm IIA đều bốc cháy, tạo ra oxide theo phương trình hóa học tổng quát sau:

2M(s) + O₂(g) $\to$2MO(s)

Khi cháy, các kim loại nhóm IIA cho ngọn lửa có màu đặc trưng.

b) Phản ứng với nước

Be không tan trong nước, Mg phản ứng với nước rất chậm ở nhiệt độ thường, phản ứng mạnh hơn khi đun nóng. Ca, Sr, Ba phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường.

3. Ứng dụng

Ứng dụng cơ bản của một số kim loại nhóm IIA là tham gia tạo hợp kim.

III. Hợp chất của các nguyên tố nhóm IIA

1. Độ tan của một số loại hợp chất

2. Một số loại muối phổ biến

a) Muối carbonate

– Muối carbonate của các nguyên tố Mg, Ca, Sr, Ba phản ứng với dung dịch acid, với nước có carbon dioxide hòa tan.

Ví dụ: CaCO₃(s) + 2HCl(aq) $\to$CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(aq) $\overrightarrow{\leftarrow {}_{\text{vbox}to.5ex\text{vss}}}$ Ca(HCO₃)₂(aq)

– Các muối carbonate bị nhiệt phân, tạo thành oxide kim loại và khí carbon dioxide:

b) Muối nitrate

– Các muối nitrate của nguyên tố nhóm IIA bị nhiệt phân tạo oxide kim loại, khí nitrogen dioxide và oxygen.

– Độ bền nhiệt của các muối nitrate có xu hướng tăng từ Mg(NO₃)₂ đến Ba(NO₃)₂.

3. Kiểm tra sự có mặt của ion trong dung dịch

Để nhận biết sự có mặt của mỗi ion Ca²⁺, Mg²⁺, CO₃^2- hay SO₄^2- trong dung dịch, người ta quan sát hiện tượng xảy ra như kết tủa, sủi bọt khí khi cho các chất phù hợp vào dung dịch.

4. Ứng dụng và vai trò của một số hợp chất của calcium

a) Ứng dụng của một số hợp chất của calcium có trong tự nhiên

thạch cao, apatite, đá vôi, vôi sống, vôi tôi có thành phần chính là các hợp chất của calcium. Chúng là nguyên liệu, vật liệu phổ biến và có nhiều ứng dụng trong đời sống, sản xuất.

b) Vai trò của hợp chất calcium trong cơ thể người

Trong cơ thể người:

+ Một số hợp chất không tan của calcium cấu tạo nên xương và răng, giúp phát triển, ổn định xương và răng.

+ Một số hợp chất tan của calcium giúp ổn định chức năng truyền dẫn tín hiệu thần kinh đến tế bào, chức năng co giãn của cơ bắp.

IV. Nhận biết kim loại và ion kim loại nhóm IIA

Khi đốt đơn chất hay hợp chất của Ca, Sr, Ba trên ngọn lửa khí thì ngọn lửa có màu khác nhau

+ Ca và hợp chất của Ca: ngọn lửa có màu đỏ cam.

+ Ba và hợp chất của Ba: ngọn lửa có màu lục.

Sơ đồ tư duy nhóm IIA

Xem thêm các bài giải bài tập Hóa Học lớp 12 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 17. Nguyên tố nhóm IA

Bài 18. Nguyên tố nhóm IIA

Bài 19. Nước cứng và làm mềm nước cứng

Bài 20. Sơ lược về kim lại chuyển tiếp dãy thứ nhất

Bài 21. Sơ lược về phức chất

Bài 22. Sơ lược về sự hình thành phức chất của ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch