Chương 6. Kim Loại Kiềm, Kiềm Thổ và Nhôm [ Thi THPT quốc gia ]

*. Hiđroxit của kim loại kiềm

- Hiđroxit của các kim loại kiềm đều có dạng MOH. Đây đều là những bazơ mạnh tan tốt trong nước. Chúng làm cho quỳ tím chuyển sang màu xanh, phenolphtalein chuyển sang màu hồng. Chúng tác dụng với oxit axit tùy tỷ lệ cho ra muối axit hoặc muối trung hòa. Chúng tác dụng mạnh với axit, với dung dịch muối, với một số khí và các chất lưỡng tính...

- Hiđroxit của kim loại kiềm là hóa chất quan trọng trong các phòng thí nghiệm, và trong công nghiệp. Để điều chế chúng thường thì người ta điện phân dung dịch muối clorua bão hòa có màng ngăn.

*. Hiđroxit của kim loại kiềm thổ

Các kim loại kiềm thổ tạo thành các hiđroxit có công thức chung là M(OH)2 trong đó chỉ có Ca(OH)2, Ba(OH)2 và Sr(OH)2 tan trong nước; Mg(OH)2 kết tủa màu trắng còn Be(OH)2 có tính lưỡng tính. Ca(OH)2 hay gặp hơn cả ở dạng dung dịch chúng ta gọi là nước vôi trong, ở dạng bột gọi là vôi bột còn dạng nhão gọi là sữa vôi hay vôi tôi.

- Các hiđroxit tan có đầy đủ tính chất của một bazơ kiềm như đổi màu chỉ thị, tác dụng với axit, tác dụng với dung dịch muối và quan trọng nhất là phản ứng với oxit axit (hay gặp nhất là CO2). Mg(OH)2 không tan trong nước nhưng bị axit mạnh hòa tan và ở nhiệt độ cao phân hủy tạo thành MgO và nước. Ca(OH)2 được điều chế nhờ phản ứng tôi vôi. Ca(OH)2 có nhiều ứng dụng trong xây dựng, nông nghiệp, ...

*. Lý thuyết về kim loại kiềm

- Kim loại nhóm kiềm hay kim loại nhóm IA gồm Li, Na, K, Rb, Cs và Fr. Trong các kim loại này chúng ta thường gặp là Na và K.

- Các kim loại kiềm đều có cấu trúc lập phương tâm khối nên rất nhẹ, chúng dễ nóng chảy và mềm. Li là kim loại nhẹ nhất, Cs do có bán kính nguyên tử lớn nên dùng làm tế bào quang điện, Fr là nguyên tố phóng xạ.

- Kim loại kiềm là những kim loại có tính khử mạnh nhất (so với các kim loại thuộc cùng chu kì). Kim loại kiềm tác dụng được với nước (tạo thành kiềm và giải phóng khí H2); tác dụng được với nhiều phi kim; với các dung dịch axit (phản ứng với axit trước, nước sau); các dung dịch muối (kim loại kiềm phản ứng với nước trước rồi bazơ sinh ra mới tham gia vào các phản ứng khác nếu có)...

- Kim loại kiềm chỉ có thể điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối clorua hoặc hiđroxit của chúng.

*. Lý thuyết về kim loại kiềm thổ

- Kim loại kiềm thổ hay kim loại nhóm IIA gồm Be, Mg, Ca, Sr, Ba và Ra trong đó Radi là nguyên tố phóng xạ. Chúng ta thường gặp Mg, Ca và Ba. Đây đều là những kim loại có tính khử mạnh (nhưng yếu hơn kim loại kiềm cùng chu kì). Be và Mg có cấu trúc lục phương; Ca và Sr có cấu trúc lập phương tâm diện còn Ba có cấu trúc lập phương tâm khối.

- Các kim loại kiềm thổ tương đối nhẹ, tương đối dễ nóng chảy và tương đối mềm (so với các kim loại nói chung thì kim loại kiềm thổ nhẹ hơn, mềm hơn, dễ nóng chảy hơn nhưng nếu so với kim loại kiềm thì kim loại kiềm thổ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn, cứng hơn và nặng hơn).Trong ba kim loại thường gặp thì Ca và Ba có tính chất hóa học tương đối giống nhau (có phản ứng với nước) còn Mg thì khác hơn (không có phản ứng với nước). Cũng như kim loại kiềm các kim loại kiềm thổ chỉ có thể điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy

*. Nhôm tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh

- Nhôm tác dụng mạnh với axit sulfuric đặc nóng, axit nitric loãng hoặc đặc nóng:

Al + 4HNO3 loãng → Al(NO3)3 + NO + 2H2O

Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Chú ý với axit nitric loãng Al có khả năng phản ứng tạo thành muối amoni nitrat.

- Al thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội nên có thể dùng thùng Al để chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.

*. Nhôm tác dụng với dung dịch kiềm

Al tham gia phản ứng dễ dàng với các dung dịch kiềm:

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2

2Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2

- Cơ chế:

+ Trước tiên, Al tham gia phản ứng với nước:

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

+ Al(OH)3 sinh ra là hiđroxit lưỡng tính tan được trong dung dịch kiềm:

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Quá trình này lặp đi lặp lại đến hết.

Chú ý: Nếu cho hỗn hợp Na, K, Ba, Ca và Al (hoặc Zn) vào nước dư, xảy ra các phản ứng:

2M + 2H2O → 2MOH + H2

MOH + H2O + Al → MAlO2 + 3/2H2

Trong quá trình giải toán có 2 trường hợp xảy ra:

- Trường hợp 1. Cả kim loại kiềm và Al đều phản ứng hết nếu số mol kim loại kiềm ≥ số mol Al.

- Trường hợp 2. Kim loại kiềm phản ứng hết, Al dư nếu số mol kim loại kiềm < số mol Al.

Các bạn cũng nhớ thêm rằng mặc dù Al tác dụng được với cả axit và kiềm nhưng nhôm hoàn toàn không phải là một chất lưỡng tính mà trong các phản ứng đó nhôm chỉ đóng vai trò là chất khử.