[Cánh diều] Trắc nghiệm Hóa học 12 bài 17: Nguyên tố nhóm IA

Phản ứng của kim loại kiềm với nước là phản ứng oxi hóa - khử, trong đó kim loại kiềm đóng vai trò là chất khử, nhường electron cho nước. Năng lượng ion hóa thứ nhất của kim loại kiềm rất nhỏ, nghĩa là chúng dễ dàng nhường electron để trở thành ion dương. Điều này làm cho chúng có tính khử mạnh và phản ứng mạnh với nước. Năng lượng mạng lưới tinh thể thấp không liên quan trực tiếp đến phản ứng với nước. Năng lượng hydrat hóa của ion kim loại kiềm có vai trò trong độ tan của bazơ, nhưng không phải là nguyên nhân chính gây ra phản ứng mạnh với nước của kim loại. Kim loại không có khả năng tạo liên kết hiđro. Kết luận Năng lượng ion hóa thứ nhất của kim loại kiềm nhỏ.

Sự khác biệt chính nằm ở cấu hình electron lớp ngoài cùng. Kim loại nhóm IA có 1 electron hóa trị ($ns^1$), dễ dàng nhường để đạt cấu hình bền. Kim loại nhóm IIA có 2 electron hóa trị ($ns^2$), có xu hướng nhường cả 2 electron để đạt cấu hình khí hiếm bền vững. Do đó, kim loại kiềm thổ có tính bazơ, tính khử mạnh hơn so với kim loại kiềm ở cùng chu kỳ về mặt số electron nhường. Tuy nhiên, xét về độ hoạt động hóa học nói chung, kim loại kiềm hoạt động mạnh hơn do chỉ cần nhường 1 electron và có năng lượng ion hóa thứ nhất thấp hơn. Phản ứng với nước của kim loại kiềm mạnh hơn kim loại kiềm thổ (trừ Ba, Sr có thể tương đương). Nhiệt độ nóng chảy của kim loại kiềm thường thấp hơn kim loại kiềm thổ. Kết luận Kim loại kiềm thổ có xu hướng nhường 2 electron, còn kim loại kiềm nhường 1 electron.

Trong một nhóm A, bán kính nguyên tử tăng dần từ trên xuống dưới do số lớp electron tăng. Trong nhóm IA, Cs (Cesi) nằm ở chu kỳ lớn nhất nên có bán kính nguyên tử lớn nhất. Kết luận Cs.

Tính khử của kim loại kiềm tăng dần từ Li đến Cs. Điều này là do năng lượng ion hóa thứ nhất giảm dần theo chiều từ trên xuống dưới. Năng lượng ion hóa thứ nhất nhỏ nhất cho thấy kim loại dễ nhường electron nhất, tức là có tính khử mạnh nhất. Ngược lại, năng lượng ion hóa thứ nhất lớn nhất (ở Li) cho thấy kim loại khó nhường electron nhất, tức là có tính khử yếu nhất. Kết luận Li.

Phản ứng 1, 2 và 3 đều thể hiện tính bazơ của NaOH: phản ứng trung hòa với axit mạnh ($H_2SO_4$, $HCl$) và phản ứng với oxit axit ($CO_2$). Phản ứng 4 là phản ứng giữa bazơ mạnh NaOH với muối của một axit yếu hơn (NH4Cl). Phản ứng này tạo ra khí amoniac ($NH_3$), chứng tỏ NaOH là một bazơ, nhưng nó cũng có thể được coi là phản ứng trao đổi ion. Tuy nhiên, câu hỏi yêu cầu phản ứng KHÔNG phải là chứng minh tính bazơ. Tất cả các phản ứng trên đều ít nhiều chứng minh tính bazơ. Xem xét kỹ hơn, phản ứng 4 là phản ứng giữa bazơ mạnh và muối amoni tạo ra khí amoniac, đây là một phản ứng đặc trưng để nhận biết ion $NH_4^+$. Phản ứng này cũng chứng minh NaOH là một bazơ. Có thể câu hỏi muốn hỏi về phản ứng đặc trưng nhất hoặc có một đáp án sai rõ ràng hơn. Tuy nhiên, trong bối cảnh các lựa chọn, tất cả đều liên quan đến tính bazơ của NaOH. Xem lại các phản ứng: 1, 2 là trung hòa axit. 3 là phản ứng với oxit axit. 4 là phản ứng với muối amoni. Phản ứng 4 là phản ứng trao đổi ion giữa bazơ và muối, tạo ra bazơ mới (NH3) và muối mới. Trong các lựa chọn, có thể câu hỏi ám chỉ phản ứng không phải là trung hòa axit hoặc oxit axit. Tuy nhiên, phản ứng với $NH_4Cl$ là phản ứng điển hình của bazơ. Có lẽ có một nhầm lẫn trong câu hỏi hoặc các lựa chọn. Giả định rằng câu hỏi muốn tìm phản ứng mà NaOH đóng vai trò khác ngoài vai trò bazơ thông thường. Trong phản ứng 4, NaOH đóng vai trò là chất phản ứng với muối amoni. Nếu xét các phản ứng trung hòa axit (1, 2) và phản ứng với oxit axit (3) là những biểu hiện trực tiếp của tính bazơ, thì phản ứng 4, dù vẫn chứng minh tính bazơ, có thể được xem là ít trực tiếp hơn hoặc có thể được diễn giải theo hướng khác (nhận biết ion). Tuy nhiên, theo kiến thức hóa học phổ thông, cả 4 phản ứng đều chứng minh tính bazơ. Nếu phải chọn một đáp án, ta cần xem xét khía cạnh nào của tính bazơ đang được nhấn mạnh. Nếu câu hỏi ám chỉ phản ứng với axit hoặc oxit axit, thì 4 là đáp án. Tuy nhiên, không có cơ sở rõ ràng để loại trừ. Giả sử câu hỏi có ý là phản ứng không phải là trung hòa axit. Trong trường hợp đó, cả 3 và 4 đều không phải là trung hòa axit trực tiếp. Tuy nhiên, phản ứng với $CO_2$ vẫn là phản ứng với một oxit axit. Phản ứng với $NH_4Cl$ là phản ứng điển hình của bazơ. Có thể có lỗi trong câu hỏi. Tuy nhiên, nếu xét theo cách mà nhiều sách giáo khoa trình bày, phản ứng với $NH_4Cl$ là một trong những cách chứng minh tính bazơ. Hãy xem xét lại các lựa chọn. Nếu câu hỏi là phản ứng nào chứng minh tính oxi hóa/khử của NaOH?, thì không có. Nếu câu hỏi là phản ứng nào không phải là phản ứng axit-bazơ?, thì cả 4 đều là phản ứng axit-bazơ. Giả sử câu hỏi muốn tìm phản ứng mà NaOH không trực tiếp tác dụng với một axit hay oxit axit. Trong trường hợp này, phản ứng 4 là phản ứng với một muối. Phản ứng này tạo ra $NH_3$ (một bazơ yếu) và $H_2O$. Trong phản ứng này, NaOH đóng vai trò là bazơ. Tuy nhiên, nếu so sánh với các phản ứng trung hòa (1, 2) và phản ứng với oxit axit (3), phản ứng 4 có thể được xem là một loại phản ứng khác. Trong nhiều bài tập, phản ứng với $NH_4Cl$ được dùng để nhận biết ion $NH_4^+$, và chứng minh tính bazơ của $NaOH$. Nếu không có sự nhầm lẫn, thì tất cả đều chứng minh tính bazơ. Tuy nhiên, nếu buộc phải chọn, ta cần tìm điểm khác biệt. Phản ứng 4 là phản ứng giữa hai chất điện ly, và nó tạo ra một khí. Các phản ứng 1, 2, 3 là phản ứng của bazơ với axit hoặc oxit axit. Có thể câu hỏi muốn phân loại. Nếu câu hỏi là phản ứng nào không phải là trung hòa trực tiếp?, thì 3 và 4 là các ứng viên. Nếu câu hỏi là phản ứng nào không phải là phản ứng trao đổi ion?, thì 1, 2, 3 có thể coi là phản ứng trung hòa, còn 4 là trao đổi ion tạo khí. Tuy nhiên, trung hòa cũng là một dạng trao đổi ion. Trong trường hợp này, phản ứng 4 là phản ứng đặc trưng để nhận biết ion amoni. Lets assume the question implies which reaction doesnt directly involve NaOH acting as an acid-base neutralizer with an acid or acidic oxide. In that case, reaction 4 stands out. Kết luận NaOH + NH4Cl -> NaCl + NH3 + H2O.

Khi đốt nóng kim loại Natri trong không khí khô, sản phẩm chính thu được là Natri peoxit ($Na_2O_2$). Natri peoxit có tính oxi hóa mạnh và có thể phản ứng tiếp với các chất khác. Natri oxit ($Na_2O$) hình thành khi Natri cháy trong điều kiện thiếu oxi hoặc khi Natri phản ứng với lượng nhỏ oxi. Natri trioxit và Natri hiđrua không phải là sản phẩm chính trong điều kiện này. Kết luận $Na_2O_2$ (Natri peoxit).

Trong các kim loại kiềm, chỉ có liti (Li) phản ứng trực tiếp với nitơ ($N_2$) ở nhiệt độ cao để tạo thành liti nitrua ($Li_3N$). Các kim loại kiềm khác không phản ứng trực tiếp với nitơ. Kết luận $Li_3N$.

Kim loại kiềm có một electron lớp ngoài cùng, dễ dàng cho đi để tạo thành ion dương. Trong mạng tinh thể kim loại kiềm, mỗi nguyên tử chỉ đóng góp 1 electron tự do để tạo liên kết kim loại với các nguyên tử lân cận. Số lượng electron tự do ít và khoảng cách giữa các ion dương lớn dẫn đến lực hút giữa các ion dương và electron tự do yếu. Do đó, liên kết kim loại yếu, làm cho kim loại kiềm có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng tương đối thấp. Bán kính lớn, năng lượng ion hóa nhỏ và cấu hình electron lớp ngoài cùng chỉ có 1 electron là nguyên nhân dẫn đến liên kết kim loại yếu, chứ không phải là nguyên nhân trực tiếp. Kết luận Liên kết kim loại yếu.

Nhôm hiđroxit ($Al(OH)_3$) là một hiđroxit lưỡng tính, vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ mạnh. Khi cho dung dịch $NaOH$ vào dung dịch $AlCl_3$, ban đầu xảy ra phản ứng tạo kết tủa nhôm hiđroxit: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$. Nếu tiếp tục cho dư $NaOH$, kết tủa $Al(OH)_3$ sẽ tan do phản ứng tạo phức chất tan: $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$. Do đó, sản phẩm là kết tủa $Al(OH)_3$ rồi kết tủa tan. Kết luận Tạo kết tủa $Al(OH)_3$ rồi kết tủa tan.

Các hiđroxit kim loại kiềm (MOH) đều là bazơ mạnh. Oxit kim loại kiềm (M2O) chỉ tác dụng với nước tạo bazơ. Muối cacbonat của kim loại kiềm (M2CO3) là bazơ yếu. Riêng natri hiđrocacbonat ($NaHCO_3$) vừa có thể phản ứng với axit mạnh (như HCl) để tạo khí $CO_2$ và nước, vừa có thể phản ứng với bazơ mạnh (như NaOH) để tạo $Na_2CO_3$ và nước. Do đó, $NaHCO_3$ có tính lưỡng tính. Kết luận $NaHCO_3$.

Muối cacbonat của kim loại kiềm là muối của bazơ mạnh (NaOH) và axit yếu ($H_2CO_3$). Do đó, dung dịch $Na_2CO_3$ có môi trường bazơ do phản ứng thủy phân của ion cacbonat ($CO_3^{2-}$) với nước: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$. Ngoài ra, có thể xem phản ứng tổng quát là: $Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH$. Lựa chọn 1 sai vì $H_2CO_3$ là axit yếu và không thể phản ứng với $NaOH$ để tạo ra các sản phẩm như vậy trong dung dịch nước. Lựa chọn 2 là đúng một phần của quá trình thủy phân nhưng chưa đầy đủ. Lựa chọn 3 sai vì không có sự thay đổi về ion trong nước. Kết luận $Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH$.

Phương pháp công nghiệp chủ yếu để sản xuất $NaOH$ là điện phân dung dịch nước muối sinh lý (dung dịch $NaCl$ bão hòa) trong các loại bình điện phân khác nhau (màng ngăn, catot thủy ngân, hoặc khí clo). Phản ứng xảy ra là: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{dpdd} 2NaOH + Cl_2 + H_2$. Cho kim loại Na tác dụng với nước hoặc cho $Na_2O$ tác dụng với nước là các phản ứng trong phòng thí nghiệm hoặc không hiệu quả về kinh tế ở quy mô công nghiệp. Điện phân nóng chảy $NaOH$ tạo ra kim loại Na và hỗn hợp khí, không phải sản xuất $NaOH$. Kết luận Điện phân dung dịch $NaCl$ bão hòa.

Các nguyên tố nhóm IA có electron cuối cùng điền vào phân lớp s, với số electron lớp ngoài cùng là 1. Cấu hình electron lớp ngoài cùng là $ns^1$. Kết luận $ns^1$.

Khi đun nóng, Natri hiđrocacbonat ($NaHCO_3$) bị phân hủy theo phương trình: $2NaHCO_3 \xrightarrow{t^o} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow$. Khí $CO_2$ sinh ra làm cho bột bánh nở ra, tạo thành cấu trúc xốp. Mặc dù $NaHCO_3$ là bazơ yếu (2) và phản ứng với axit tạo $CO_2$ (4), nhưng tính chất làm xốp bánh chủ yếu dựa vào sự phân hủy nhiệt tạo khí $CO_2$. Tính tan tốt trong nước (3) không trực tiếp giải thích khả năng làm xốp. Kết luận Khi đun nóng, $NaHCO_3$ bị phân hủy tạo khí $CO_2$.

Tính khử mạnh của kim loại kiềm thể hiện qua khả năng nhường electron để tạo ion dương. Phản ứng với nước, kim loại kiềm (ví dụ Na) nhường electron cho phân tử nước, giải phóng khí hydro và tạo bazơ mạnh. Phản ứng này cho thấy Na có tính khử mạnh. Phản ứng 1 là phản ứng oxi hóa - khử, Na bị oxi hóa. Phản ứng 3 là phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử (nếu coi là oxit phản ứng với nước) hoặc phản ứng trung hòa axit-bazơ, không thể hiện rõ tính khử của kim loại. Phản ứng 4 là phản ứng điện phân, Na+ nhận electron để thành Na, thể hiện tính oxi hóa của ion. Kết luận $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$.