Bài 26. Ôn tập chương 7
Tổng hợp và ôn tập kiến thức về kim loại kiềm và kiềm thổ.
Tổng hợp kiến thức Chương 7
1. Bảng tổng hợp Kim loại kiềm và Kiềm thổ
a) So sánh nhóm IA và IIA
| Đặc điểm | Nhóm IA (Kim loại kiềm) | Nhóm IIA (Kim loại kiềm thổ) |
|---|---|---|
| Nguyên tố | Li, Na, K, Rb, Cs, Fr | Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra |
| Cấu hình e⁻ | ns¹ | ns² |
| Số oxi hóa | +1 | +2 |
| Tính khử | Rất mạnh | Mạnh |
| Khối lượng riêng | 0.53-1.87 g/cm³ | 1.74-3.59 g/cm³ |
| Độ cứng | Rất mềm | Trung bình |
| Nhiệt độ nóng chảy | 28-181°C | 650-1287°C |
| Phản ứng với H₂O | Rất mạnh (Li, Na, K) | Ca, Sr, Ba mạnh; Mg chậm |
| Phản ứng với O₂ | Li→Li₂O, Na→Na₂O₂, K→KO₂ | Tất cả → MO |
b) Tính chất hóa học
| Phản ứng | Nhóm IA | Nhóm IIA |
|---|---|---|
| Với H₂O | 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂ | M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂ |
| Với O₂ | 4Li + O₂ → 2Li₂O 2Na + O₂ → Na₂O₂ K + O₂ → KO₂ | 2M + O₂ → 2MO |
| Với Cl₂ | 2M + Cl₂ → 2MCl | M + Cl₂ → MCl₂ |
| Với acid | 2M + 2HCl → 2MCl + H₂ | M + 2HCl → MCl₂ + H₂ |
c) Hợp chất quan trọng
| Hợp chất | Tên gọi | Ứng dụng |
|---|---|---|
| NaOH | Xút, natri hydroxide | Sản xuất xà phòng, giấy, lọc quặng nhôm |
| Na₂CO₃ | Soda, natri carbonate | Sản xuất thủy tinh, xà phòng, làm mềm nước |
| NaCl | Muối ăn | Gia vị, nguyên liệu hóa chất |
| NaHCO₃ | Baking soda | Bột nở, chữa ợ nóng |
| Ca(OH)₂ | Vôi tôi | Vữa xây, khử chua đất |
| CaCO₃ | Đá vôi | Sản xuất vôi, xi măng, thủy tinh |
| CaO | Vôi sống | Sản xuất vôi tôi, xi măng |
| MgSO₄ | Muối Epsom | Phân bón, y học |
d) Điều chế và bảo quản
| Nội dung | Nhóm IA | Nhóm IIA |
|---|---|---|
| Điều chế | Điện phân nóng chảy MCl 2NaCl → 2Na + Cl₂ | Điện phân nóng chảy MCl₂ MgCl₂ → Mg + Cl₂ |
| Bảo quản | Ngâm trong dầu hỏa | Nơi khô ráo (Mg, Ca) |
| Trong tự nhiên | NaCl (nước biển, muối mỏ) NaNO₃ (muối Chile) | CaCO₃ (đá vôi) MgCl₂ (nước biển) |
2. Phương pháp giải các dạng bài tập
a) Dạng 1: Bài toán phản ứng với nước
Phương pháp:
- Nhóm IA: 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂
- Nhóm IIA: M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂
- Tính mol kim loại, H₂, hydroxide
- Tính nồng độ dung dịch (chú ý thể tích thay đổi)
Công thức nhanh:
Nhóm IA: n(H₂) = n(M) / 2, n(MOH) = n(M)
Nhóm IIA: n(H₂) = n(M), n(M(OH)₂) = n(M)
b) Dạng 2: Bài toán hợp chất
Phương pháp:
- Phân biệt các hợp chất: NaOH, Na₂CO₃, NaHCO₃, Ca(OH)₂, CaCO₃
- Viết phương trình phản ứng
- Tính khối lượng, thể tích khí, kết tủa
- Chú ý phản ứng đặc biệt (CO₂ dư, nước cứng)
Lưu ý:
- Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ (ít CO₂)
- Ca(OH)₂ + 2CO₂ → Ca(HCO₃)₂ (CO₂ dư, kết tủa tan)
- Na₂CO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O
- NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O
c) Dạng 3: Bài toán tổng hợp
Kết hợp nhiều kiến thức:
- Phản ứng kim loại → Hợp chất
- Nước cứng → Làm mềm
- Sản xuất → Ứng dụng
- Tính toán thực tế
Phương pháp:
- Bước 1: Phân tích đề bài, xác định kiến thức
- Bước 2: Viết phương trình liên quan
- Bước 3: Tính toán từng bước
- Bước 4: Kiểm tra kết quả, đơn vị
3. Sơ đồ tư duy chương 7
a) Sơ đồ tổng quan
KIM LOẠI KIỀM VÀ KIỀM THỔ
|
|-- Nhóm IA (Kim loại kiềm)
| |-- Nguyên tố: Li, Na, K, Rb, Cs
| |-- Cấu hình: ns¹
| |-- Tính khử: Rất mạnh
| |-- Phản ứng:
| | |-- Với H₂O: 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂
| | |-- Với O₂: Li→Li₂O, Na→Na₂O₂, K→KO₂
| |-- Hợp chất: NaOH, Na₂CO₃, NaCl, NaHCO₃
| |-- Ứng dụng: Pin Li-ion, xà phòng, thủy tinh
|
|-- Nhóm IIA (Kim loại kiềm thổ)
|-- Nguyên tố: Be, Mg, Ca, Sr, Ba
|-- Cấu hình: ns²
|-- Tính khử: Mạnh
|-- Phản ứng:
| |-- Với H₂O: M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂
| |-- Với O₂: 2M + O₂ → 2MO
|-- Hợp chất: Ca(OH)₂, CaCO₃, CaO, MgSO₄
|-- Ứng dụng: Xi măng, vôi, hợp kim nhẹ
|-- Nước cứng: Ca²⁺, Mg²⁺ → Làm mềmb) Mối quan hệ giữa các hợp chất
1. Chu trình Na:
Na → NaOH → Na₂CO₃ → NaHCO₃
| ↑ ↑ |
| | | |
+------+---------+---------+
(điện phân, phản ứng)2. Chu trình Ca:
CaCO₃ → CaO → Ca(OH)₂
↑ (t°) (H₂O)
| |
+---------------+
(CO₂)c) Ứng dụng thực tế
1. Công nghiệp:
- NaOH: Sản xuất xà phòng, giấy, lọc quặng nhôm
- Na₂CO₃: Sản xuất thủy tinh, xà phòng
- CaO, Ca(OH)₂: Xi măng, vữa xây
- Mg: Hợp kim nhẹ (máy bay, ô tô)
2. Đời sống:
- NaCl: Gia vị, bảo quản thực phẩm
- NaHCO₃: Bột nở, chữa ợ nóng
- Ca(OH)₂: Khử chua đất trồng
- MgSO₄: Phân bón
3. Công nghệ cao:
- Pin Li-ion: Điện thoại, laptop, xe điện
- Hợp kim Al-Mg: Máy bay, tên lửa
- Pháo sáng Mg: Cứu hộ, quân sự
d) Lưu ý quan trọng
1. Phản ứng với nước:
- Nhóm IA: Tất cả phản ứng mạnh (Li < Na < K < Rb < Cs)
- Nhóm IIA: Be không phản ứng, Mg chậm, Ca/Sr/Ba mạnh
2. Phản ứng với O₂:
- Nhóm IA: Li→oxit, Na→peroxide, K/Rb/Cs→superoxide
- Nhóm IIA: Tất cả tạo oxit MO
3. Điều chế:
- Cả hai nhóm: Điện phân nóng chảy muối chloride
- Không dùng điện phân dung dịch (kim loại không thoát ra)
4. Bảo quản:
- Nhóm IA: Ngâm trong dầu hỏa (rất hoạt động)
- Nhóm IIA: Nơi khô ráo (ít hoạt động hơn)
5. Hợp chất:
- Hydroxide: MOH (nhóm IA), M(OH)₂ (nhóm IIA) - base mạnh
- Carbonate: M₂CO₃ (nhóm IA), MCO₃ (nhóm IIA)
- Chloride: MCl (nhóm IA), MCl₂ (nhóm IIA)
6. Nước cứng:
- Tạm thời: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂ → Đun sôi hoặc Ca(OH)₂
- Vĩnh cửu: CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂ → Na₂CO₃ hoặc Na₃PO₄
7. Môi trường:
- Sản xuất NaOH, Na₂CO₃: Ít ô nhiễm
- Sản xuất xi măng: Thải nhiều CO₂ (8% toàn cầu)
- Pin Li-ion: Cần tái chế (Li, Co hạn chế)
- Giải pháp: Xi măng xanh, tái chế pin
Các dạng bài tập
Dạng 1: Dạng 1: Bài toán tổng hợp kim loại kiềm và kiềm thổ
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Xác định kim loại (nhóm IA hay IIA)
- Viết phương trình phản ứng
- Tính mol, khối lượng, thể tích
- Áp dụng bảo toàn khối lượng
Ví dụ:
a) Khối lượng mỗi kim loại:
Phương trình:
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂
Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂
Gọi: n(Na) = x mol, n(Ca) = y mol
Hệ phương trình:
23x + 40y = 6.3 (khối lượng)
x/2 + y = 0.1 (mol H₂ = 2.24/22.4 = 0.1)
Giải:
Từ phương trình 2: x = 0.2 - 2y
Thay vào phương trình 1:
23(0.2 - 2y) + 40y = 6.3
4.6 - 46y + 40y = 6.3
-6y = 1.7
y = -0.283 (vô lí)
Sửa lại: x/2 + y = 0.1
→ x + 2y = 0.2
23x + 40y = 6.3
Từ PT1: x = 0.2 - 2y
23(0.2 - 2y) + 40y = 6.3
4.6 - 46y + 40y = 6.3
-6y = 1.7
y = -0.283 (sai)
Kiểm tra lại đề:
Giả sử: x/2 + y = 0.1 đúng
Thử x = 0.1, y = 0.05:
m = 23×0.1 + 40×0.05 = 2.3 + 2 = 4.3g ≠ 6.3g
Giải đúng:
23x + 40y = 6.3
0.5x + y = 0.1
Nhân PT2 với 23: 11.5x + 23y = 2.3
Trừ: 23x + 40y - 11.5x - 23y = 6.3 - 2.3
11.5x + 17y = 4
Từ PT2: y = 0.1 - 0.5x
23x + 40(0.1 - 0.5x) = 6.3
23x + 4 - 20x = 6.3
3x = 2.3
x = 0.077 mol (sai lẻ)
Đặt lại: x = 0.1 mol, y = 0.05 mol
Kiểm tra: 23×0.1 + 40×0.05 = 4.3g (không bằng 6.3g)
Thử: x = 0.2, y = 0.05
m = 23×0.2 + 40×0.05 = 4.6 + 2 = 6.6g (gần)
n(H₂) = 0.2/2 + 0.05 = 0.15 mol (không bằng 0.1)
Giải chính xác:
Đặt x = 0.1, y = 0.05 (thử nghiệm)
m = 2.3 + 2 = 4.3g, n(H₂) = 0.05 + 0.05 = 0.1 mol ✓
Nhưng 4.3 ≠ 6.3
Kết luận: Đề có vấn đề. Giả sử đúng:
m(Na) = 2.3g, m(Ca) = 2g (tổng 4.3g)
b) Khối lượng hydroxide:
n(NaOH) = n(Na) = 0.1 mol
m(NaOH) = 0.1 × 40 = 4g
n(Ca(OH)₂) = n(Ca) = 0.05 mol
m(Ca(OH)₂) = 0.05 × 74 = 3.7g
Tổng: 4 + 3.7 = 7.7g
c) Nồng độ %:
m(dd) = m(kim loại) + m(H₂O) - m(H₂)
m(H₂O) = 100g
m(H₂) = 0.1 × 2 = 0.2g
m(dd) = 4.3 + 100 - 0.2 = 104.1g
C%(NaOH) = (4 / 104.1) × 100% = 3.84%
C%(Ca(OH)₂) = (3.7 / 104.1) × 100% = 3.55%
Đáp án: a) Na: 2.3g, Ca: 2g; b) 7.7g; c) 3.84% NaOH, 3.55% Ca(OH)₂
Dạng 2: Dạng 2: Bài toán phân biệt và nhận biết
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Dùng thuốc thử đặc trưng
- Quan sát hiện tượng
- Viết phương trình minh họa
Ví dụ:
Phương pháp nhận biết:
Bước 1: Thử tan trong nước
- Tan nhiều: NaOH, Na₂CO₃, NaHCO₃
- Tan ít: Ca(OH)₂ (nước vôi trong)
→ Nhận biết được Ca(OH)₂
Bước 2: Sục CO₂ vào 3 dung dịch còn lại
Với NaOH:
2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O
Hiện tượng: Không có kết tủa
Với Na₂CO₃:
Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃
Hiện tượng: Không có kết tủa
Với NaHCO₃:
Không phản ứng
Hiện tượng: Không có kết tủa
Nhận xét: Cả 3 đều không có kết tủa → Cần thêm bước
Bước 3: Dùng Ca(OH)₂ đã nhận biết
Cho Ca(OH)₂ vào 3 dung dịch:
Với NaOH:
Không phản ứng
Hiện tượng: Không có kết tủa
Với Na₂CO₃:
Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2NaOH
Hiện tượng: Kết tủa trắng
Với NaHCO₃:
2NaHCO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + Na₂CO₃ + H₂O
Hiện tượng: Kết tủa trắng
Phân biệt Na₂CO₃ và NaHCO₃:
Sục CO₂ dư vào kết tủa:
CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (tan)
Cả 2 đều tan → Cần cách khác
Cách khác: Đun nóng
2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O (t°)
Na₂CO₃: Không phân hủy
Kết luận:
- Ca(OH)₂: Tan ít trong nước
- NaOH: Không tạo kết tủa với Ca(OH)₂
- Na₂CO₃: Tạo kết tủa với Ca(OH)₂, không phân hủy khi đun
- NaHCO₃: Tạo kết tủa với Ca(OH)₂, phân hủy khi đun
Đáp án: Đã trình bày phương pháp nhận biết
Dạng 3: Dạng 3: Bài toán thực tế - Sản xuất xà phòng
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Phân tích quy trình sản xuất xà phòng
- Tính khối lượng nguyên liệu
- Đánh giá hiệu quả kinh tế
- So sánh xà phòng và chất tẩy rửa
Ví dụ:
a) Phương trình xà phòng hóa:
(C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₇H₃₅COONa + C₃H₅(OH)₃
(Tristearin) + (Xút) → (Xà phòng) + (Glycerol)
b) Khối lượng NaOH:
Khối lượng mol:
M(mỡ) = 3×(17×12 + 35 + 12 + 16×2) + 3×12 + 5 + 3×16
M(mỡ) = 3×284 + 44 = 852 + 44 = 896 g/mol (xấp xỉ)
Tính chính xác:
M(C₁₇H₃₅COO) = 17×12 + 35 + 12 + 16×2 = 204 + 35 + 12 + 32 = 283
M(mỡ) = 3×283 + (3×12 + 5 + 3×16) = 849 + 44 + 5 = 890 g/mol (gần 890)
Số mol mỡ:
n(mỡ) = 1,000,000 / 890 = 1124 mol
Số mol NaOH (lý thuyết):
n(NaOH) = 3 × 1124 = 3372 mol
m(NaOH) lý thuyết = 3372 × 40 = 134,880g = 135 kg
Hiệu suất 90%:
m(NaOH) thực tế = 135 / 90% = 150 kg
c) Khối lượng xà phòng:
Khối lượng mol xà phòng:
M(C₁₇H₃₅COONa) = 17×12 + 35 + 12 + 16×2 + 23 = 283 + 23 = 306 g/mol
Số mol xà phòng (hiệu suất 90%):
n(xà phòng) = 3 × 1124 × 90% = 3035 mol
m(xà phòng) = 3035 × 306 = 928,710g = 929 kg
d) Đánh giá và so sánh:
1. Quy trình sản xuất xà phòng:
Bước 1: Xà phòng hóa
Mỡ + NaOH → Xà phòng + Glycerol (80-100°C, 2-3 giờ)
Bước 2: Tách muối
Thêm NaCl → Xà phòng nổi lên (do ít tan trong nước muối)
Bước 3: Rửa và tạo hình
Rửa tạp chất → Ép khuôn → Đóng gói
2. Ưu điểm xà phòng:
- ✓ Nguyên liệu tự nhiên (mỡ động vật, dầu thực vật)
- ✓ Phân hủy sinh học 100%
- ✓ An toàn cho da
- ✓ Không gây ô nhiễm môi trường
- ✓ Giá rẻ (20,000-50,000đ/kg)
3. Nhược điểm xà phòng:
- ⚠️ Không tẩy được trong nước cứng (tạo cặn)
- ⚠️ Không tẩy được trong nước biển (muối)
- ⚠️ Hiệu quả thấp với vết bẩn dầu mỡ nặng
- ⚠️ Làm khô da (pH 9-10)
4. So sánh với chất tẩy rửa tổng hợp:
| Đặc điểm | Xà phòng | Chất tẩy rửa tổng hợp |
|---|---|---|
| Nguyên liệu | Mỡ động vật, dầu thực vật | Dầu mỏ (alkylbenzen sulfonate) |
| Công thức | RCOONa | R-C₆H₄-SO₃Na |
| Tẩy trong nước cứng | Không (tạo cặn) | Có |
| Tẩy trong nước biển | Không | Có |
| Phân hủy sinh học | 100% | 60-90% |
| An toàn cho da | Cao | Trung bình |
| Giá | Rẻ | Trung bình |
| Ứng dụng | Rửa tay, tắm | Giặt quần áo, rửa chén |
5. Cơ chế tẩy rửa:
Cấu trúc phân tử xà phòng:
- Đầu ưa nước (COO⁻Na⁺): Phân cực
- Đuôi kỵ nước (C₁₇H₃₅-): Không phân cực
Quá trình tẩy rửa:
- Đuôi kỵ nước hòa tan vào vết bẩn dầu mỡ
- Đầu ưa nước hướng ra ngoài nước
- Tạo micelle (cấu trúc cầu) bao quanh vết bẩn
- Vết bẩn bị tách ra khỏi vải, tan vào nước
6. Tác động môi trường:
Xà phòng:
- Phân hủy sinh học 100% trong 1-2 tuần
- Không gây ô nhiễm nước
- An toàn cho sinh vật thủy sinh
Chất tẩy rửa tổng hợp:
- Phân hủy chậm (1-3 tháng)
- Gây bọt trên sông, hồ
- Ảnh hưởng sinh vật thủy sinh (nếu nồng độ cao)
- Giải pháp: Dùng chất phân hủy sinh học cao (LAS)
7. Xu hướng phát triển:
a) Xà phòng hữu cơ:
- Nguyên liệu hữu cơ 100%
- Không hóa chất tổng hợp
- Giá: Gấp 2-3 lần xà phòng thường
- Thị trường: Tăng 15%/năm
b) Chất tẩy rửa sinh học:
- Enzyme tẩy vết bẩn protein, tinh bột
- Phân hủy sinh học 95%
- Hiệu quả cao ở nhiệt độ thấp (30-40°C)
- Tiết kiệm năng lượng
c) Chất tẩy rửa nano:
- Hạt nano TiO₂, Ag: Diệt khuẩn
- Tẩy sạch hơn, nhanh hơn
- Giá: Gấp 5-10 lần
8. Thị trường:
- Xà phòng toàn cầu: 20 tỷ USD/năm
- Chất tẩy rửa tổng hợp: 150 tỷ USD/năm
- Việt Nam: 2 tỷ USD/năm (cả hai loại)
- Tăng trưởng: 5-7%/năm
Kết luận:
Sản xuất 1 tấn xà phòng cần 150 kg NaOH, thu được 929 kg xà phòng. Xà phòng có ưu điểm phân hủy sinh học 100%, an toàn, giá rẻ, nhưng không tẩy được trong nước cứng. Chất tẩy rửa tổng hợp tẩy tốt hơn nhưng ít thân thiện môi trường. Xu hướng tương lai là chất tẩy rửa sinh học, kết hợp ưu điểm của cả hai.
Đáp án: b) 150 kg NaOH; c) 929 kg xà phòng; d) Đã phân tích chi tiết