Câu hỏi mở đầu trang 116

Đề bài: Đơn chất nhóm IIA có đặc điểm gì nổi bật về tính chất vật lí và tính chất hoá học? Các hợp chất phổ biến của calcium có vai trò như thế nào với đời sống, sản xuất và cơ thể con người?

Lời giải:

• Tính chất vật lí: kim loại nhóm IIA là kim loại nhẹ, độ cứng thấp, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn kim loại nhóm IA nhưng vẫn tương đối thấp so với các kim loại khác.
• Tính chất hoá học: có tính khử mạnh (chỉ kém kim loại nhóm IA), số oxi hoá đặc trưng là +2.

Vai trò các hợp chất calcium:

• Đá vôi, xi măng, thạch cao: vật liệu xây dựng.
• Vôi sống, vôi tôi: khử chua đất, sát trùng, hút ẩm.
• Apatite: sản xuất phân lân.
• Calcium phosphate, hydroxyapatite: cấu tạo xương và răng của cơ thể người.

I. Đơn chất nhóm IIA

Hoạt động trang 117 – Bảng 25.1

Đề bài:

1. Nhận xét xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA.
2. Dựa vào bán kính nguyên tử, điện tích hạt nhân, dự đoán xu hướng biến đổi tính khử từ Be đến Ba.
3. Dự đoán số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử của nguyên tố nhóm IIA. Giải thích.

Lời giải:

1. Từ Be đến Ba, bán kính nguyên tử tăng dần (112 pm → 222 pm) do số lớp electron tăng.

2. Từ Be đến Ba, bán kính nguyên tử tăng, khoảng cách giữa hạt nhân và electron hoá trị tăng nên lực hút của hạt nhân với electron hoá trị giảm dần → càng dễ tách 2 electron hoá trị → tính khử tăng dần từ Be đến Ba.

3. Nguyên tử nguyên tố nhóm IIA có 2 electron hoá trị ở phân lớp $ns^2$ → dễ nhường 2 electron để tạo ion M²⁺ → số oxi hoá đặc trưng là +2.

Câu 1 trang 117

Đề bài: Tại sao trong tự nhiên các nguyên tố nhóm IIA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất?

Lời giải:

Vì kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh, dễ phản ứng với các chất trong tự nhiên (như oxygen, nước, carbon dioxide,…). Do đó chúng chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, không tồn tại ở dạng đơn chất.

Hoạt động trang 118 – Bảng 25.2

Đề bài:

1. So sánh nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IIA với kim loại nhóm IA trong cùng chu kì.
2. Trong nhóm IIA, kim loại nào là kim loại nhẹ?

Lời giải:

1. Nhiệt độ nóng chảy của kim loại nhóm IIA cao hơn kim loại nhóm IA trong cùng chu kì.

Ví dụ chu kì 3: Na (97,8 °C) < Mg (651 °C).

Nguyên nhân: kim loại nhóm IIA có 2 electron hoá trị nên liên kết kim loại mạnh hơn kim loại nhóm IA (chỉ có 1 electron hoá trị).

2. Kim loại có khối lượng riêng D < 5 g/cm³ được coi là kim loại nhẹ. Dựa vào Bảng 25.2, tất cả các kim loại nhóm IIA (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) đều có D < 5 g/cm³ → đều là kim loại nhẹ.

Hoạt động trang 119 – Độ tan của các hydroxide nhóm IIA

Đề bài:

1. Nêu xu hướng biến đổi độ tan của các hydroxide nhóm IIA.
2. Dự đoán xu hướng phản ứng với nước của kim loại nhóm IIA (từ Mg đến Ba) dựa vào độ tan của các hydroxide.

Lời giải:

1. Độ tan của các hydroxide nhóm IIA tăng dần từ $\text{Mg(OH)}_2$ đến $\text{Ba(OH)}_2$ ($1{,}25 \cdot 10^{-3}$ → 3,89 g/100 g nước).

2. Sản phẩm hydroxide càng dễ tan thì càng dễ tách khỏi bề mặt kim loại, tạo điều kiện cho kim loại tiếp tục phản ứng với nước → mức độ phản ứng với nước tăng dần từ Mg đến Ba.

II. Hợp chất của kim loại nhóm IIA

Hoạt động trang 119 – Độ tan các muối và hydroxide nhóm IIA

Đề bài: Nhận xét về khả năng hoà tan (dễ tan/ít tan/không tan) của các muối của kim loại nhóm IIA.

Lời giải:

Dựa vào Bảng 25.4:

• Muối carbonate ($\text{CO}_3^{2-}$): tất cả đều không tan ($\text{MgCO}_3$, $\text{CaCO}_3$, $\text{SrCO}_3$, $\text{BaCO}_3$).
• Muối sulfate ($\text{SO}_4^{2-}$): $\text{MgSO}_4$ dễ tan; $\text{CaSO}_4$, $\text{SrSO}_4$ ít tan; $\text{BaSO}_4$ không tan.
• Muối nitrate ($\text{NO}_3^-$): tất cả đều dễ tan.
• Hydroxide ($\text{OH}^-$): $\text{Mg(OH)}_2$ không tan; $\text{Ca(OH)}_2$ ít tan; $\text{Sr(OH)}_2$, $\text{Ba(OH)}_2$ dễ tan.

Thí nghiệm trang 120 – So sánh độ tan giữa calcium sulfate và barium sulfate

Đề bài: So sánh thời điểm xuất hiện kết tủa ở hai ống nghiệm và giải thích.

Lời giải:

• Hiện tượng: Ống nghiệm chứa $\text{BaCl}_2$ xuất hiện kết tủa nhanh và nhiều hơn so với ống chứa $\text{CaCl}_2$.
• PTHH:

$$\text{BaCl}_2 + \text{CuSO}_4 \longrightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + \text{CuCl}_2$$

$$\text{CaCl}_2 + \text{CuSO}_4 \longrightarrow \text{CaSO}_4\downarrow + \text{CuCl}_2$$

• Giải thích: $\text{BaSO}_4$ ít tan hơn $\text{CaSO}_4$ nên kết tủa xuất hiện nhanh và nhiều hơn.

Câu 2 trang 121

Đề bài: Đề xuất cách phân biệt ba dung dịch bão hoà: $\text{CaCl}_2$, $\text{SrCl}_2$, $\text{BaCl}_2$.

Lời giải:

Dựa vào màu ngọn lửa đặc trưng của mỗi ion:

• Nhúng dây platinum vào từng dung dịch rồi hơ đầu dây trên ngọn lửa đèn khí.
• Quan sát màu ngọn lửa:
  • $\text{CaCl}_2$: ngọn lửa màu đỏ cam.
  • $\text{SrCl}_2$: ngọn lửa màu đỏ son.
  • $\text{BaCl}_2$: ngọn lửa màu lục.

Hoạt động trang 121 – Muối carbonate tác dụng với acid

Đề bài:

1. Viết PTHH của phản ứng giữa $\text{CaCO}_3$ với dung dịch HCl, với dung dịch $\text{CH}_3\text{COOH}$.
2. Đề xuất cách làm sạch cặn đá vôi trong phích nước.

Lời giải:

1. PTHH:

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

$$\text{CaCO}_3 + 2\text{CH}_3\text{COOH} \longrightarrow (\text{CH}_3\text{COO})_2\text{Ca} + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$

2. Cách làm sạch cặn đá vôi: dùng giấm ăn (chứa $\text{CH}_3\text{COOH}$) hoặc chanh (chứa acid citric) đổ vào phích, ngâm một lúc rồi rửa sạch. Cặn $\text{CaCO}_3$ sẽ phản ứng với acid tạo muối tan, dễ rửa trôi.

Hoạt động trang 121 – Độ bền nhiệt của muối carbonate

Đề bài: Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, dự đoán xu hướng biến đổi độ bền nhiệt của các muối carbonate của kim loại nhóm IIA.

Lời giải:

Từ bảng số liệu: $\Delta_r H^o_{298}$ tăng dần từ $\text{MgCO}_3$ (100,7 kJ) đến $\text{BaCO}_3$ (271,5 kJ).

→ Phản ứng nhiệt phân thu nhiệt càng nhiều thì càng khó xảy ra → độ bền nhiệt tăng dần từ $\text{MgCO}_3$ đến $\text{BaCO}_3$.

Hoạt động trang 122 – Độ bền nhiệt của muối nitrate

Đề bài: Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, dự đoán xu hướng biến đổi độ bền nhiệt của muối nitrate của kim loại nhóm IIA.

Lời giải:

Từ bảng số liệu: $\Delta_r H^o_{298}$ tăng dần từ $\text{Mg(NO}_3)_2$ (255,2 kJ) đến $\text{Ba(NO}_3)_2$ (506,2 kJ).

→ Tương tự muối carbonate: độ bền nhiệt tăng dần từ $\text{Mg(NO}_3)_2$ đến $\text{Ba(NO}_3)_2$.

Thí nghiệm trang 122 – Nhận biết ion Ca²⁺, Ba²⁺, SO₄²⁻, CO₃²⁻

Đề bài:

Phần 1: Nhận biết Ca²⁺, Ba²⁺, SO₄²⁻:

1. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra trong mỗi ống nghiệm.
2. Ở ống nghiệm (1) và (2), ống nào tạo kết tủa nhanh hơn? Nhiều hơn?

Phần 2: Nhận biết ion CO₃²⁻:

1. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm.
2. Nêu các hiện tượng xảy ra và giải thích.

Lời giải:

Phần 1:

1. PTHH:

• Ống (1) – $\text{CaCl}_2$ + $\text{Na}_2\text{SO}_4$:

$$\text{CaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{CaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}$$

• Ống (2) – $\text{BaCl}_2$ + $\text{Na}_2\text{SO}_4$:

$$\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}$$

• Ống (3) – $\text{Na}_2\text{SO}_4$ + $\text{BaCl}_2$:

$$\text{Na}_2\text{SO}_4 + \text{BaCl}_2 \longrightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}$$

2. Ống (2) tạo kết tủa nhanh hơn và nhiều hơn ống (1), do $\text{BaSO}_4$ ít tan hơn $\text{CaSO}_4$.

Phần 2:

1. PTHH:

$$\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CaCl}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$$

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

2. Hiện tượng và giải thích:

• Khi cho $\text{CaCl}_2$ vào dung dịch $\text{Na}_2\text{CO}_3$: xuất hiện kết tủa trắng ($\text{CaCO}_3$).
• Khi thêm dung dịch HCl: kết tủa tan dần, có khí không màu thoát ra ($\text{CO}_2$).

Câu 3 trang 123

Đề bài: Tìm hiểu và trình bày vai trò của calcium trong cơ thể con người mà em biết.

Lời giải:

Calcium có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể:

• Là thành phần chính cấu tạo xương và răng (dưới dạng calcium phosphate, hydroxyapatite).
• Tham gia quá trình đông máu.
• Điều hoà co bóp cơ, dẫn truyền tín hiệu thần kinh.
• Hoạt hoá một số enzyme trong cơ thể.

III. Nước cứng

Câu 4 trang 124

Đề bài:

a) Khi đun nóng nước có tính cứng tạm thời, phần lớn các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được tách ra khỏi nước ở dạng kết tủa muối carbonate. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra.

b) Giải thích sự tạo thành cặn đá vôi trong phích nước, ấm đun nước.

Lời giải:

a) PTHH:

$$\text{Ca(HCO}_3)_2 \xrightarrow{t^o} \text{CaCO}_3\downarrow + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$

$$\text{Mg(HCO}_3)_2 \xrightarrow{t^o} \text{MgCO}_3\downarrow + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$

b) Giải thích: Trong nước sinh hoạt có hoà tan các muối $\text{Ca(HCO}_3)_2$ và $\text{Mg(HCO}_3)_2$ (nước cứng tạm thời). Khi đun nóng nhiều lần trong phích, ấm, các muối này bị nhiệt phân tạo kết tủa $\text{CaCO}_3$, $\text{MgCO}_3$ bám vào thành bình, lâu ngày tạo thành cặn đá vôi.

Câu 5 trang 124

Đề bài: Trình bày về tác hại của nước cứng với sản xuất và đời sống.

Lời giải:

• Trong sản xuất:
  • Nồi hơi bị đóng cặn → tốn nhiên liệu, giảm hiệu suất, không an toàn (nguy cơ nổ).
  • Đường ống dẫn nước bị đóng cặn → giảm lưu lượng nước hoặc tắc đường ống.
• Trong đời sống:
  • Giặt bằng xà phòng tạo muối ít tan bám vào quần áo → tốn xà phòng, xà phòng ít bọt, quần áo mau hỏng.
  • Nấu ăn: thực phẩm lâu chín, giảm mùi vị.

Hoạt động trang 124 – Phương pháp kết tủa

Đề bài:

1. Đề xuất hai cách (không dùng hoá chất và có dùng hoá chất) để làm mềm mẫu nước có tính cứng tạm thời chứa $\text{Ca(HCO}_3)_2$ và $\text{Mg(HCO}_3)_2$. Viết PTHH để minh hoạ.
2. Đề xuất hai hoá chất có thể dùng để làm mềm mẫu nước có tính cứng vĩnh cửu chứa $\text{CaCl}_2$ và $\text{MgSO}_4$. Giải thích.

Lời giải:

1. Làm mềm nước cứng tạm thời:

Cách 1 – Không dùng hoá chất: Đun sôi nước, các muối hydrogencarbonate bị nhiệt phân tạo kết tủa carbonate, sau đó lọc bỏ kết tủa.

$$\text{Ca(HCO}_3)_2 \xrightarrow{t^o} \text{CaCO}_3\downarrow + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$

$$\text{Mg(HCO}_3)_2 \xrightarrow{t^o} \text{MgCO}_3\downarrow + \text{CO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$

Cách 2 – Dùng hoá chất: Cho dung dịch $\text{Ca(OH)}_2$ (nước vôi trong) với lượng vừa đủ:

$$\text{Ca(HCO}_3)_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow 2\text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{H}_2\text{O}$$

$$\text{Mg(HCO}_3)_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{MgCO}_3\downarrow + 2\text{H}_2\text{O}$$

2. Làm mềm nước cứng vĩnh cửu ($\text{CaCl}_2$ và $\text{MgSO}_4$):

Không thể đun sôi vì các muối này bền với nhiệt. Cần dùng hoá chất tạo kết tủa với Ca²⁺ và Mg²⁺:

Hoá chất 1: $\text{Na}_2\text{CO}_3$ (soda) – tạo kết tủa carbonate:

$$\text{CaCl}_2 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$$

$$\text{MgSO}_4 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \longrightarrow \text{MgCO}_3\downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$$

Hoá chất 2: $\text{Na}_3\text{PO}_4$ – tạo kết tủa phosphate:

$$3\text{CaCl}_2 + 2\text{Na}_3\text{PO}_4 \longrightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2\downarrow + 6\text{NaCl}$$

$$3\text{MgSO}_4 + 2\text{Na}_3\text{PO}_4 \longrightarrow \text{Mg}_3(\text{PO}_4)_2\downarrow + 3\text{Na}_2\text{SO}_4$$

IV. Em có thể

Tác hại của nước cứng và hoá chất phù hợp để làm mềm nước cứng

Lời giải:

Tác hại của nước cứng với sản xuất:

• Đóng cặn nồi hơi, gây tốn nhiên liệu và mất an toàn.
• Tắc đường ống dẫn nước, giảm hiệu suất sản xuất.
• Làm giảm hiệu quả của xà phòng, chất tẩy rửa trong công nghiệp.

Hoá chất phù hợp để làm mềm nước cứng:

Ngoài ra có thể dùng phương pháp trao đổi ion (nhựa cationite) để loại bỏ ion Ca²⁺, Mg²⁺ khỏi nước.

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