Lớp 12 · Hoá Học
Bài 24
Nguyên tố nhóm IA (Kim loại kiềm)
Đặc điểm chung, cấu hình electron và xu hướng biến đổi tính chất của kim loại kiềm; trạng thái tự nhiên, tính chất vật lí và tính chất hoá học; cách bảo quản; cùng các hợp chất quan trọng ($\text{NaCl}$, $\text{NaHCO}_3$, $\text{Na}_2\text{CO}_3$) và phương pháp Solvay sản xuất soda.
1
Vị trí, cấu hình electron và đặc điểm chung
▼
KIM LOẠI KIỀM LÀ GÌ?
Nhóm IA gồm: Li, Na, K, Rb, Cs và Fr (phóng xạ). Chúng được gọi là kim loại kiềm vì hydroxide của chúng ($\text{MOH}$) là những base mạnh (kiềm).
▸ Cấu hình electron:
⚛️
Nguyên tử kim loại kiềm có 1 electron hoá trị ở phân lớp s ngoài cùng, dạng tổng quát $n\text{s}^1$. Đây là chìa khoá để hiểu mọi tính chất của nhóm IA.
| Nguyên tử | Số hiệu Z | Cấu hình lớp ngoài cùng |
|---|---|---|
| Li | 3 | $2\text{s}^1$ |
| Na | 11 | $3\text{s}^1$ |
| K | 19 | $4\text{s}^1$ |
| Rb | 37 | $5\text{s}^1$ |
| Cs | 55 | $6\text{s}^1$ |
💡
Vì chỉ có 1 electron ngoài cùng và bán kính lớn, kim loại kiềm rất dễ nhường 1 electron để đạt cấu hình bền của khí hiếm: $\text{M} \rightarrow \text{M}^+ + 1e$.
2
Xu hướng biến đổi tính chất trong nhóm và số oxi hoá
▼
▸ Đi từ Li đến Cs:
| Đại lượng | Xu hướng (Li → Cs) | Giải thích |
|---|---|---|
| Bán kính nguyên tử | Tăng | Số lớp electron tăng dần |
| Tính kim loại | Tăng | Bán kính tăng → dễ nhường electron hơn |
| Tính khử | Tăng | Khả năng nhường electron tăng |
Số oxi hoá trong hợp chất
Kim loại nhóm IA chỉ có số oxi hoá +1
$\text{M} \rightarrow \text{M}^+ + 1e$
$\text{M} \rightarrow \text{M}^+ + 1e$
📌
Ghi nhớ: kim loại kiềm là những kim loại có tính khử mạnh nhất, và tính khử tăng dần từ Li đến Cs (do bán kính tăng, độ âm điện nhỏ, thế điện cực chuẩn rất âm).
3
Trạng thái tự nhiên
▼
🌍
Trong tự nhiên, kim loại nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất (chủ yếu là muối). Lí do: chúng có tính khử rất mạnh, dễ phản ứng với nước, oxygen,... nên không thể tồn tại ở dạng đơn chất.
▸ Một số hợp chất (quặng) phổ biến:
| Nguyên tố | Hợp chất (tên quặng) |
|---|---|
| Na | $\text{NaCl}$ (halite – muối mỏ), $\text{Na}_2\text{CO}_3 \cdot 10\text{H}_2\text{O}$ (soda), $\text{NaNO}_3$ (diêm tiêu Chile), $\text{Na}_3\text{AlF}_6$ (cryolite) |
| K | $\text{KCl}$ (sylvite), $\text{NaCl} \cdot \text{KCl}$ (sylvinite), $\text{KCl} \cdot \text{MgCl}_2 \cdot 6\text{H}_2\text{O}$ (carnallite) |
🌊
Nguồn sodium và potassium dồi dào: nước biển, mỏ muối và quặng sylvinite.
4
Tính chất vật lí
▼
| Kim loại | t°nc (°C) | t°s (°C) | d (g/cm$^3$) | Độ cứng (Mohs) |
|---|---|---|---|---|
| Li | 180,5 | 1341 | 0,534 | 0,6 |
| Na | 97,8 | 881 | 0,968 | 0,5 |
| K | 63,4 | 759 | 0,89 | 0,4 |
| Rb | 39,3 | 691 | 1,532 | 0,3 |
| Cs | 28,4 | 668 | 1,878 | 0,2 |
| Đặc điểm | Giải thích |
|---|---|
| Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp (giảm Li → Cs) | Liên kết kim loại yếu (chỉ 1 electron hoá trị tham gia) |
| Khối lượng riêng nhỏ (kim loại nhẹ) | Bán kính nguyên tử lớn; mạng lập phương tâm khối kém đặc khít |
| Độ cứng rất thấp (mềm, cắt được bằng dao) | Liên kết kim loại yếu |
💧
Lưu ý: Li, Na, K có khối lượng riêng nhỏ hơn nước ($d < 1$ g/cm$^3$) nên nổi trên mặt nước khi phản ứng.
5
Tính chất hoá học của kim loại kiềm
▼
ĐẶC ĐIỂM CHUNG
Kim loại kiềm là những kim loại hoạt động hoá học mạnh nhất, có tính khử rất mạnh (tăng dần từ Li đến Cs).
▸ a) Tác dụng với nước (mãnh liệt, giải phóng $\text{H}_2$):
Phương trình tổng quát
$2\text{M} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MOH} + \text{H}_2\uparrow$
| Kim loại | Hiện tượng |
|---|---|
| Li | Chuyển động chậm trên mặt nước |
| Na | Nóng chảy thành giọt tròn, chạy nhanh trên mặt nước |
| K | Bốc cháy với ngọn lửa màu tím, kèm tiếng nổ nhẹ (mãnh liệt nhất) |
⚠️
An toàn: chỉ lấy mẩu kim loại nhỏ khi cho tác dụng với nước để kiểm soát lượng nhiệt toả ra.
▸ b) Tác dụng với oxygen (tạo oxide hoặc peroxide):
$4\text{Li} + \text{O}_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2\text{Li}_2\text{O}$ (oxide)
$2\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Na}_2\text{O}_2$ (peroxide)
$\text{K} + \text{O}_2 \rightarrow \text{KO}_2$ (superoxide)
$2\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Na}_2\text{O}_2$ (peroxide)
$\text{K} + \text{O}_2 \rightarrow \text{KO}_2$ (superoxide)
▸ c) Tác dụng với chlorine (tạo muối chloride):
$2\text{M} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{MCl}$
Ví dụ: $2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl}$
Ví dụ: $2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl}$
▸ d) Tác dụng với acid (rất mãnh liệt, có thể gây nổ) và với alcohol (êm dịu hơn):
$2\text{Na} + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\uparrow$
$2\text{Na} + 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{ONa} + \text{H}_2\uparrow$
$2\text{Na} + 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{ONa} + \text{H}_2\uparrow$
🧪
Ứng dụng: sodium được dùng để loại nước khỏi một số dung môi hữu cơ như ether (vì Na phản ứng với nước nhưng không phản ứng với ether).
6
Bảo quản kim loại kiềm và nhận biết hợp chất
▼
▸ Bảo quản (do tính khử rất mạnh, cần cách li với không khí và độ ẩm):
| Phương pháp | Giải thích |
|---|---|
| Ngâm trong dầu hoả khan | Dầu hoả không phản ứng, ngăn tiếp xúc không khí và hơi ẩm (dùng cho Na, K) |
| Ống thuỷ tinh hàn kín | Cách li hoàn toàn với môi trường (dùng cho Rb, Cs) |
| Bình chứa khí hiếm | Khí hiếm trơ, không phản ứng |
🚫
KHÔNG dùng alcohol (như ethanol) để bảo quản kim loại kiềm, vì nhóm $\text{-OH}$ của alcohol phản ứng được với kim loại kiềm.
▸ Đặc điểm chung của hợp chất nhóm IA:
💧
Hầu hết hợp chất của kim loại kiềm đều dễ tan trong nước và tạo dung dịch chất điện li mạnh.
▸ Nhận biết bằng màu ngọn lửa:
$\text{Li}^+$
Đỏ tía
$\text{Na}^+$
Vàng
$\text{K}^+$
Tím nhạt
🎆
Ứng dụng: thử màu ngọn lửa dùng để nhận biết ion kim loại kiềm trong phân tích định tính và trong sản xuất pháo hoa. Mẹo nhớ: "Li đỏ – Na vàng – K tím".
7
Sodium chloride (NaCl) va dien phan dung dich
▼
🧂
Ứng dụng của NaCl: gia vị, bảo quản & chế biến thực phẩm (đời sống); nước muối sinh lí, súc miệng, rửa vết thương (y học); sản xuất $\text{Cl}_2$, $\text{NaOH}$, nước Javel, HCl, soda (công nghiệp).
▸ Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn (công nghiệp chlorine – kiềm):
Quá trình tại các điện cực
ANODE (+)
$2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2e$
→ khí $\text{Cl}_2$
→ khí $\text{Cl}_2$
CATHODE (−)
$2\text{H}_2\text{O} + 2e \rightarrow \text{H}_2 + 2\text{OH}^-$
→ khí $\text{H}_2$ và $\text{NaOH}$
→ khí $\text{H}_2$ và $\text{NaOH}$
Phương trình điện phân (có màng ngăn)
$2\text{NaCl} + 2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{đpdd, màng ngăn}} 2\text{NaOH} + \text{Cl}_2\uparrow + \text{H}_2\uparrow$
🧱
Vai trò màng ngăn: ngăn không cho $\text{Cl}_2$ tiếp xúc với $\text{OH}^-$, tránh phản ứng phụ tạo $\text{NaClO}$.
🧴
Nếu điện phân không có màng ngăn → thu được nước Javel (chứa $\text{NaClO}$): $\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{đpdd, không màng ngăn}} \text{NaClO} + \text{H}_2\uparrow$.
8
NaHCO3 va Na2CO3 - tinh chat va ung dung
▼
▸ Sodium hydrogencarbonate $\text{NaHCO}_3$:
🔥
Kém bền nhiệt — dễ bị phân huỷ khi đun nóng:
$2\text{NaHCO}_3 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
$2\text{NaHCO}_3 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
⚖️
Tính lưỡng tính (vừa là acid, vừa là base theo Brønsted):
• Với acid: $\text{NaHCO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
• Với base: $\text{NaHCO}_3 + \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$
• Với acid: $\text{NaHCO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
• Với base: $\text{NaHCO}_3 + \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$
🍰
Ứng dụng $\text{NaHCO}_3$: bột nở làm bánh (sinh $\text{CO}_2$ tạo lỗ xốp), bột chữa cháy, chất tạo bọt trong viên sủi, điều chỉnh pH nước.
▸ Sodium carbonate $\text{Na}_2\text{CO}_3$ (soda):
🧪
Dung dịch có môi trường kiềm (pH > 7) do ion $\text{CO}_3^{2-}$ thuỷ phân:
$\text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{OH}^-$
→ làm quỳ tím hoá xanh, phenolphthalein hoá hồng.
$\text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{OH}^-$
→ làm quỳ tím hoá xanh, phenolphthalein hoá hồng.
🏭
Ứng dụng $\text{Na}_2\text{CO}_3$: sản xuất thuỷ tinh, xà phòng, giấy; làm mềm nước (tách $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$); tẩy dầu mỡ.
$\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CaCl}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$
$\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CaCl}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$
9
Phuong phap Solvay san xuat soda
▼
🧱
Nguyên liệu: đá vôi ($\text{CaCO}_3$), muối ăn ($\text{NaCl}$), ammonia ($\text{NH}_3$) và nước ($\text{H}_2\text{O}$).
▸ Các phương trình hoá học chính:
Giai đoạn chuẩn bị
$\text{CaCO}_3 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{CaO} + \text{CO}_2\uparrow$
$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$
$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$
Giai đoạn 1 — Carbonate hoá (tạo $\text{NaHCO}_3$)
$\text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NaHCO}_3\downarrow + \text{NH}_4\text{Cl}$
Giai đoạn 2 — Nhiệt phân (tạo $\text{Na}_2\text{CO}_3$)
$2\text{NaHCO}_3 \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$
Giai đoạn tái chế $\text{NH}_3$
$\text{Ca(OH)}_2 + 2\text{NH}_4\text{Cl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + 2\text{NH}_3\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$
Sơ đồ quy trình Solvay: $\text{CO}_2$ (từ nhiệt phân $\text{NaHCO}_3$) và $\text{NH}_3$ (tái chế từ $\text{NH}_4\text{Cl}$) được quay vòng trở lại giai đoạn carbonate hoá.
♻️
Ưu điểm (công nghệ xanh): $\text{CO}_2$ và $\text{NH}_3$ được quay vòng tái sử dụng → tiết kiệm nguyên liệu, giảm phát thải, giảm ô nhiễm môi trường; nguyên liệu rẻ, dễ kiếm.
10
Phuong phap giai cac dang bai tap
▼
🧩 Dạng 1 — Xu hướng biến đổi tính chất trong nhóm
Nhớ "Tăng – Tăng – Giảm" từ Li → Cs: tăng bán kính, tính kim loại, tính khử, mức độ phản ứng; giảm t°nc, t°s, độ cứng.
VD: sắp xếp tính khử Li, Na, K tăng dần → Li < Na < K.
🧩 Dạng 2 — Viết phương trình phản ứng của kim loại kiềm
Với nước: $2\text{M} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MOH} + \text{H}_2\uparrow$. Với $\text{Cl}_2$: $2\text{M} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{MCl}$. Với acid: $2\text{M} + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{MCl} + \text{H}_2\uparrow$.
VD (K): $2\text{K} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{KOH} + \text{H}_2\uparrow$.
🧩 Dạng 3 — Điện phân dung dịch NaCl
Có màng ngăn → $2\text{NaCl} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{Cl}_2\uparrow + \text{H}_2\uparrow$. Anode: oxi hoá $\text{Cl}^-$; cathode: $\text{H}_2\text{O}$ bị khử thành $\text{H}_2$.
🧩 Dạng 4 — Ứng dụng & tính chất của $\text{NaHCO}_3$, $\text{Na}_2\text{CO}_3$
$\text{NaHCO}_3$: kém bền nhiệt (bột nở), lưỡng tính. $\text{Na}_2\text{CO}_3$: dung dịch kiềm (thuỷ phân $\text{CO}_3^{2-}$), làm mềm nước.
🧩 Dạng 5 — Phương pháp Solvay
Nhớ 3 phương trình chính (carbonate hoá, nhiệt phân, tái chế $\text{NH}_3$) và giải thích sự quay vòng của $\text{CO}_2$, $\text{NH}_3$.
🧩 Dạng 6 — Bài toán đơn giản theo phản ứng với nước
Đổi khối lượng → số mol kim loại; dùng tỉ lệ $2\text{M} : \text{H}_2 = 2 : 1$ để tính $n_{\text{H}_2}$, sau đó tính $V_{\text{H}_2}$ (đkc nhân 24,79) và khối lượng $\text{MOH}$ ($n_{\text{MOH}} = n_{\text{M}}$).
★
Tong ket & on tap
▼
| Nội dung | Ghi nhớ nhanh |
|---|---|
| Cấu hình & SOH | $n\text{s}^1$; chỉ có số oxi hoá +1; $\text{M} \rightarrow \text{M}^+ + 1e$ |
| Xu hướng Li → Cs | Tăng: bán kính, tính khử. Giảm: t°nc, t°s, độ cứng |
| Tính chất hoá học | Tính khử rất mạnh; tác dụng $\text{H}_2\text{O}$, $\text{O}_2$, $\text{Cl}_2$, acid |
| Bảo quản | Ngâm dầu hoả khan; KHÔNG dùng alcohol/nước |
| Màu ngọn lửa | Li đỏ – Na vàng – K tím |
| NaCl | Điện phân màng ngăn → $\text{NaOH} + \text{Cl}_2 + \text{H}_2$ |
| $\text{NaHCO}_3$ / $\text{Na}_2\text{CO}_3$ | $\text{NaHCO}_3$ kém bền nhiệt, lưỡng tính; $\text{Na}_2\text{CO}_3$ dd kiềm |
| Solvay | Đá vôi + muối + $\text{NH}_3$ → soda; quay vòng $\text{CO}_2$, $\text{NH}_3$ |
📚
Muốn ôn lại lý thuyết đầy đủ, xem thêm công thức, mẹo ghi nhớ và ví dụ chi tiết, hãy đọc bài lý thuyết Bài 24 trên Edus.vn nhé!
Đọc bài chi tiết →
1
—
Điểm: 0/28
⚗️
Cùng luyện Bài 24 – Nguyên tố nhóm IA!
28 câu: 22 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/28
💡 Gợi ý
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ