Giải SGK Hoá học 12 Cánh Diều Bài 18. Nguyên tố nhóm IIA có đáp án

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.

- CaCO$_{3}$ (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 ⟶ M$^{2+}$ + 2e. Tác dụng với các chất oxi hóa như phi kim (O$_{2}$, Cl$_{2}$, …), H$_{2}$O, acid, …

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.

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.

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.

…

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.

Hiện tượng:

- Ống nghiệm (1) xuất hiện kết tủa trắng. Ống nghiệm (2) xuất hiện vẩn đục trắng.

- Thời điểm xuất hiện kết tủa ở ống nghiệm (1): ngay sau khi cho dung dịch CuSO$_{4}$ vào. Thời điểm xuất hiện kết tủa ở ống nghiệm (2): sau khi cho dung dịch CuSO$_{4}$ vào một lúc.

Phương trình hóa học:

BaCl$_{2}$(aq) + CuSO$_{4}$(aq) ⟶ CuCl$_{2}$(aq) + BaSO$_{4}$(s)

CaCl$_{2}$(aq) + CuSO$_{4}$(aq) ⟶ CuCl$_{2}$(aq) + CaSO$_{4}$(s)

Giải thích: Vì BaSO$_{4}$ không tan trong nước còn CaSO$_{4}$ ít tan trong nước.

a) K$_{2}$CO$_{3}$ + Ca(OH)$_{2}$ ⟶ 2KOH + CaCO$_{3}$

b) H$_{2}$SO$_{4}$ + 2NaOH ⟶ Na$_{2}$SO$_{4}$ + 2H$_{2}$O

c) 2HNO$_{3}$ + Mg(OH)$_{2}$ ⟶ Mg(NO$_{3}$)$_{2}$ + 2H$_{2}$O

d) Na$_{2}$SO$_{4}$ + Ba(OH)$_{2}$ ⟶ 2NaOH + BaSO$_{4}$

Mà CaCO$_{3}$ và BaSO$_{4}$ là chất không tan trong nước.

Vậy phản ứng a và d tạo ra chất không tan.

Khoáng vật calcite có thành phần chủ yếu là CaCO$_{3}$.

Khoáng vật dolomite có thành phần chủ yếu là MgCO$_{3}$.CaCO$_{3}$.

Mà CaCO$_{3}$ và MgCO$_{3}$ đều không tan trong nước.

Do đó, các khoáng vật calcite, dolomite,... hầu như không tan trong nước.

Dựa vào bảng 18.3:

Ta thấy, MgCO$_{3}$ không tan trong nước còn Mg(NO$_{3}$)$_{2}$ tan tốt trong nước.

Do đó có thể dùng nước để phân biệt MgCO$_{3}$(s) và Mg(NO$_{3}$)$_{2}$(s).

Dung dịch soda (Na$_{2}$CO$_{3}$) chứa ion Na$^{+}$

Phương trình hoá học của các phản ứng tạo chất không tan khi cho dung dịch soda vào mẫu nước giếng có chứa các ion Ca$^{2+}$, Na$^{+}$, Mg$^{2+}$, Cl$^{-}$ là:

Ca$^{2+}$(aq) + (aq) ⟶ CaCO$_{3}$(s)

Mg$^{2+}$(aq) + (aq) ⟶ MgCO$_{3}$(s)

Các rạn san hô và núi đá vôi có thành phần chính là CaCO$_{3}$.

Mà CaCO$_{3}$ phản ứng được với nước có carbon dioxide hòa tan theo phương trình hóa học:

CaCO$_{3}$(s) + H$_{2}$O(l) + CO$_{2}$(aq) ⇌ Ca(HCO$_{3}$)$_{2}$(aq)

Khi tăng nồng độ của carbon dioxide trong nước biển thì cân bằng hóa học trên sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ của carbon dioxide, tức là chiều của phản ứng thuận. Nên lượng CaCO$_{3}$(s) bị giảm đi.

Do đó, khi có sự gia tăng nồng độ của carbon dioxide trong nước biển thì các rạn san hô và núi đá vôi có thể bị phá huỷ, xói mòn.

Dựa vào Bảng 18.4: Giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng phân huỷ muối carbonate của một số nguyên tố nhóm IIA và xu hướng biến đổi nhiệt độ phân huỷ

Ta thấy, quá trình phân huỷ 1 mol muối carbonate của nguyên tố barium cần nhiều năng lượng nhất do biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng phân huỷ BaCO$_{3}$ lớn nhất.

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ca$^{2+}$ 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:

CaCl$_{2}$(aq) + Na$_{2}$CO$_{3}$(aq) ⟶ CaCO$_{3}$(s) + 2NaCl(aq)

CaCO$_{3}$(s) + 2HCl(aq) ⟶ CaCl$_{2}$(aq) + H$_{2}$O(l) + CO$_{2}$(g)

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion Ba$^{2+}$ trong dung dịch

Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng.

Phương trình hóa học:

BaCl$_{2}$(aq) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) ⟶ BaSO$_{4}$(s) + 2HCl(aq)

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion 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:

BaCl$_{2}$(aq) + ZnSO$_{4}$(aq) ⟶ BaSO$_{4}$(s) + ZnCl$_{2}$(aq)

Thí nghiệm kiểm tra sự có mặt của ion 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:

Na$_{2}$CO$_{3}$(aq) + 2HCl(aq) ⟶ 2NaCl(aq) + H$_{2}$O(l) + CO$_{2}$(g)

- 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.

- 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 (O$_{2}$, Cl$_{2}$, …), H$_{2}$O, …

- Khác nhau:

Khi cho soda (Na$_{2}$CO$_{3}$) vào dung dịch Na$_{2}$CO$_{3}$ phân li tạo thành 2 ion: Na$^{+}$ vàCation Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$ bị tách ra khỏi dung dịch theo phương trình hóa học:

Ca$^{2+}$(aq) + (aq) ⟶ CaCO$_{3}$(s)

Mg$^{2+}$(aq) + (aq) ⟶ MgCO$_{3}$(s)