Tính chất hóa học của kim loại kiềm - Tính chất vật lý, điều chế, ứng dụng

Tổng hợp khái niệm kim loại kiềm, tính chất vật lí, hóa học, điều chế và ứng dụng của kim loại kiềm trong đời sống giúp các em làm tốt các bài thi môn Hóa học.

Kim loại kiềm là gì?

Kim loại kiềm là tập hợp tất cả các nguyên tố là kim loại trong nhóm IA của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Kim loại kiềm gồm những nguyên tố hóa học sau: Liti (Li), Natri (Na), Kali (K), Rubiđi (Rb),  Xesi (Cs), Franxi (Fr)

Cấu hình electron nguyên tử của kim loại kiềm:

Li: [He] 2s¹

Na: [Ne] 3s¹

K: [Ar]4s¹

Rb: [Kr] 5s¹

Cs: [Xe] 6s¹

Tính chất vật lý của kim loại kiềm

Kim loại kiềm có mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng, ngoài ra trong tinh thể các nguyên tử và ion còn liên kết với nhau bằng liên kết kim loai yếu. Do vậy, tính chất vật lý đặc trưng của các kim loại kiềm thường có màu trắng bạc, có ánh kim, dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp.

Tính chất hóa học của kim loại kiềm

Do có năng lượng ion hoá nhỏ (tính oxi hoá yếu) nên các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh. Tính khử của nhóm kim loại này tăng dần theo chiều từ liti đến xesi.

M → M⁺ + e

Các kim loại kiềm có số oxi hoá là +1 trong các hợp chất.

1. Tác dụng với phi kim

Khi tác dụng với phi kim, các kim loại kiềm sẽ khử các nguyên tử phi kim thành ion âm.

Ví dụ:

2K + Cl₂ → 2KCl

Li + O₂ → Li₂O

Na + O₂ → Na₂O

2. Tác dụng với nước

Kim loại kiềm tác dụng với nước tạo thành Hidroxit tương ứng và giải phóng khí Hidro

K + H₂O → KOH + H₂

Na + H₂O → NaOH + H₂

3. Tác dụng với Axit

Kim loại kiềm có khả năng khử mạnh ion H⁺ trong dung dịch axit HCl và H₂SO₄ loãng tạo thành khí hidro theo phương trình phản ứng chung như sau:

2M + H₂O → 2MOH + H₂↑

Ví dụ:

2K + 2HCl → 2KCl + H₂↑

K + H₂SO₄ → K₂SO₄ + H₂↑

Chú ý: Tất cả các kim loại kiềm đều gây ra hiện tượng nổ khi tiếp xúc với axit. Do đó, người làm thí nghiệm cần cẩn thận để đảm bảo an toàn.

Phương pháp điều chế và ứng dụng của kim loại kiềm

Để điều chế kim loại kiềm, ta có các cách sau:

- Điều chế từ hợp chất: Ta tiến hành khử các ion của chúng theo phương trình tổng quát: M⁺ + e → M

- Phương pháp điện phân nóng chảy: Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong điều chế kim loại kiềm do ion của kim loại rất khó bị khử, đặc biệt là điện phân muối halogenua của kim loại kiềm nóng chảy.

>>> Tham khảo: Bảo quản kim loại kiềm bằng cách nào?

* Ứng dụng:

- Các kim loại kiềm được dùng để chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp (thường được dùng trong các thiết bị báo cháy)

- Một số các kim loại kiềm như natri hay kali cũng được sử dụng để làm chất trao đổi nhiệt trong một vài lò phản ứng hạt nhân.

- Kim loại xesi được ứng dụng trong chế tạo tế bào quang điện.

Các dạng bài tập thường gặp về kim loại kiềm

Dạng 1: Lý thuyết về kim loại kiềm

Ví dụ 1: Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng : (1) Chế tạo các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp ; (2) Kim loại Na và K dùng làm chất trao đổi nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân ; (3) Kim loại xesi dùng làm tế bào quang điện ; (4) Các kim loại Na, K dùng để điều chế các dung dịch bazơ ; (5) kim loại kiềm dùng để điều chế các kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện. Phát biểu đúng là :

A. 1, 2, 3, 5. 

B. 1, 2, 3, 4.

C. 1, 3, 4, 5.

D. 1, 2, 4, 5.

Lời giải:

Các ứng dụng quan trọng của kim loại kiềm là:

(1) Chế tạo các hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp.

(2) Kim loại Na và K dùng làm chất trao đổi nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân.

(3) Kim loại xesi dùng làm tế bào quang điện.

(5) kim loại kiềm dùng để điều chế các kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện.

Đáp án: A

Dạng 2: Bài tập về kim loại kiềm tác dụng với nước và dung dịch axit

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm hai kim loại A, B nằm kế tiếp nhau trong cùng nhóm IA. Lấy 6,2 gam X hoà tan hoàn toàn vào nước thu được 2,24 lít hiđro (đktc). A, B là :

A. Li, Na.

B. Na, K.

C. K, Rb.

D. Rb, Cs.

Đáp án: B

Dạng 3: Bài tập CO₂, SO₂ tác dụng với dung dịch kiềm

* Một số lưu ý cần nhớ:

Khi cho CO₂, SO₂ vào dung dịch (NaOH, KOH) ta cần xét giá trị T = n_OH^- / n_CO2

Nếu T ≥ 2 => Sản phẩm tạo thành muối trung hòa

Nếu T ≤ 1 => Sản phẩm tạo thành muối axit

Nếu 1 < T < 2 => Sản phẩm tạo ra 2 muối là CO^32- và HCO^3-

Ví dụ 3: Dẫn từ từ 5,6 lít CO₂ (đktc) vào 400 ml dung dịch chứa đồng thời các chất NaOH 0,3M; KOH 0,2M; Na₂CO₃ 0,1875M; K₂CO₃ 0,125M thu được dung dịch X. Thêm dung dịch CaCl₂ dư vào dung dịch X, số gam kết tủa thu được là:

Bài giải:

n_CO2 = 0,25 mol; n_NaOH = 0,12 mol; n_KOH = 0,08 mol; n_Na2CO3 = 0,075 mol; n_K2CO3 = 0,05 mol

=> n_CO3 = 0,125 mol ; n_OH = 0,2 mol

Vì n_OH^- < n_CO2 => C_O2 phản ứng với OH^- tạo HCO^3-

CO₂ + OH^- → HCO^3-

0,2 ← 0,2

CO₂ + CO^32- + H₂O → 2HCO^3-

0,05 → 0,05

=> nCO₃ = 0,125  – 0,05 = 0,075 mol

=> n_CaCO3 = n_CO3 = 0,075 => m_CaCO3 = 7,5g