Nhóm 2

Hóa học A-Level · Chủ đề 10

Xem Slides Luyện tập

10.1

Các kim loại nhóm 2

Chương trình

mô tả, và viết phương trình cho, các phản ứng của các đơn chất với oxi, nước và dung dịch axit hydrocloric và axit sunfuric loãng
mô tả, và viết phương trình cho, các phản ứng của oxit, hiđroxit và cacbonat với nước và dung dịch axit hydrocloric và axit sunfuric loãng
mô tả, và viết phương trình cho, phản ứng nhiệt phân của nitrat và cacbonat, bao gồm cả xu hướng về độ bền nhiệt
mô tả, và đưa ra dự đoán từ, các xu hướng về tính chất vật lý và hóa học của các đơn chất tham gia phản ứng ở 10.1.1 và các hợp chất tham gia phản ứng ở 10.1.2, 10.1.3 và 10.1.5
nêu sự biến thiên trong độ tan của các hiđroxit và sunfat

Nguồn: Chương trình Cambridge International

Cliffs đá vôi ven biển chứa canxi cacbonat — Đá vôi là canxi cacbonat — một hợp chất của kim loại canxi thuộc nhóm 2.

Nhóm 2 bao gồm các kim loại magnesium, calcium, strontium và barium. Tất cả đều có hai electron lớp ngoài, chúng mất đi để tạo thành ion $2+$. Di chuyển xuống nhóm, bán kính nguyên tử tăng lên và các electron lớp ngoài dễ bị mất hơn, nên các kim loại trở nên phản ứng mạnh hơn — độ phản ứng của chúng tăng dần từ trên xuống dưới.

Nguyên tử nhóm 2 tăng dần kích thước từ magnesi xuống barium, bên cạnh mũi tên hướng xuống có nhãn 'độ hoạt tính tăng' — Độ phản ứng tăng xuống nhóm 2: các nguyên tử lớn hơn giữ hai electron lớp ngoài kém chặt chẽ hơn, nên chúng dễ bị mất đi hơn

Phản ứng của các nguyên tố

Với oxy, chúng cháy để tạo oxit:

$$2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$$

Một strip magnesi được giữ bằng kìm cháy sáng rực ánh sáng trắng chói lóa, giải phóng khói trắng của magnesi oxit — Magiê cháy trong không khí với ngọn lửa trắng rực rỡ, tạo oxit magiê màu trắng

Với nước, chúng tạo hydroxit và hiđro. Phản ứng diễn ra nhanh hơn khi đi xuống nhóm:

$$\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$$

Magiê phản ứng chậm với nước lạnh nhưng phản ứng nhanh với hơi nước, tạo $\text{MgO}$ và $\text{H}_2$.

Với axit clohydric hoặc axít sunfuric loãng, chúng tạo muối và hiđro:

$$\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2$$

Với axít sunfuric, phản ứng chậm lại khi đi xuống nhóm, vì các sunfat tạo thành (như $\text{BaSO}_4$) không tan và bao phủ bề mặt kim loại.

Phản ứng của các hợp chất

Các oxit và hydroxit có tính bazơ. Chúng phản ứng với nước và các axit loãng:

$$\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \qquad \text{Mg(OH)}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$

Các cacbonat phản ứng với axit loãng để tạo muối, nước và cacbon đioxit:

$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$

Phân hủy nhiệt

Phân hủy nhiệt có nghĩa là phá vỡ một hợp chất bằng cách gia nhiệt.

các cacbonat phân tách thành oxit và cacbon đioxit:

$$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$$

các nitrat phân tách thành oxit, khí nitơ đioxit màu nâu và oxy:

$$2\text{Ca(NO}_3)_2 \rightarrow 2\text{CaO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$

Độ bền nhiệt của cả cacbonat và nitrat tăng xuống dưới nhóm. Một ion kim loại lớn hơn kéo ít hơn đối với ion cacbonat hoặc nitrat, vì vậy hợp chất khó bị phá vỡ hơn — cần nhiệt độ cao hơn. Vì vậy, magiê cacbonat phân hủy dễ dàng nhất, và barium cacbonat là khó phân hủy nhất.

Một ion magiê nhỏ làm biến dạng mạnh ion cacbonat nằm cạnh một ion barium lớn gần như không làm biến dạng nó — Độ bền nhiệt tăng xuống nhóm: cation nhỏ phân cực (làm biến dạng) ion cacbonat nhiều hơn, làm yếu liên kết nên nó dễ phân hủy hơn

Xu hướng độ tan

Hợp chất	Xu hướng độ tan xuống nhóm
hydroxit	tăng (Mg(OH)$_2$ hầu như không tan; Ba(OH)$_2$ tan)
sunfat	giảm (MgSO$_4$ tan; BaSO$_4$ không tan)

Hai đường logarit cắt nhau: độ tan hydroxide tăng từ Mg đến Ba và độ tan sunfat giảm — Xuống nhóm 2, hydroxit trở nên tan hơn trong khi sunfat trở nên tan ít hơn (chú ý thang logarit)

Từ những xu hướng này, bạn có thể dự đoán tính chất của nguyên tố tiếp theo xuống dưới, radium, và các hợp chất của nó.

Ví dụ minh họa. $\text{MgCO}_3$ phân hủy ở khoảng $540\ °\text{C}$ và $\text{BaCO}_3$ ở khoảng $1360\ °\text{C}$. Giải thích xu hướng và dự đoán vị trí của $\text{CaCO}_3$. Khi đi xuống Nhóm 2, cation trở nên lớn hơn, nên điện tích phân bố trên diện tích bề mặt lớn hơn và khả năng phân cực của nó giảm. Một cation có khả năng phân cực kém hơn sẽ làm biến dạng ion cacbonat ít hơn, do đó liên kết $\text{C-O}$ bị yếu đi ít hơn và cần nhiều nhiệt hơn để phá vỡ nó. Vì vậy, độ bền nhiệt tăng dần xuống nhóm, và $\text{CaCO}_3$, nằm giữa Mg và Ba, phân hủy ở nhiệt độ trung gian khoảng $900\ °\text{C}$. Hãy lập luận toàn bộ chuỗi logic: kích thước cation, sau đó là khả năng phân cực, rồi đến sự biến dạng của anion; câu nói "nó phản ứng mạnh hơn" không giải thích được điều gì ở đây.

Khám phá

Thang phản ứng Nhóm 2

Di chuyển xuống Nhóm 2 và xem tại sao các phản ứng trở nên mãnh liệt hơn.

Khám phá

Phòng thí nghiệm xu hướng Nhóm 2

So sánh xu hướng độ bền nhiệt và độ tan xuống Nhóm 2.

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
group/ɡruːp/	hệ (phân loại)
reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/	độ hoạt động hóa học
sulfate/ˈsʌlfeɪt/	Muối sunfat
oxide/ˈɒksaɪd/	oxit
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/	hydroxit
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/	carbonat
thermal decomposition/ˈθɜːml ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/	phân hủy nhiệt
nitrate/ˈnaɪtreɪt/	nitrat
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/	độ bền nhiệt
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/	độ tan

10.1

Mẹo làm bài thi

Tính phản ứng tăng dần xuống Nhóm 2: năng lượng ion hóa giảm khi nguyên tử lớn lên, nên electron dễ bị mất hơn.
Phản ứng với nước trở nên mạnh mẽ hơn xuống nhóm; Mg phản ứng chậm với nước lạnh nhưng nhanh với hơi nước (→ MgO).
Hiđroxit trở nên tan tốt hơn xuống nhóm; sunfat trở nên ít tan hơn ($\text{BaSO}_4$ không tan — cơ sở cho xét nghiệm sunfat).
Viết phương trình với $+2$ ion đúng và nêu các quan sát (sủi bọt, tan).