Phương pháp giải một số dạng bài tập về kim loại kiềm thổ

Dạng 1: Lý thuyết về kim loại kiềm thổ

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Mô tả nào dưới đây không phù hợp các nguyên tố nhóm IIA (kim loại kiềm thổ) ?

A. Cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns². 

B. Tinh thể có cấu trúc lục phương.

C. Gồm các nguyên tố Be, Mg, Ca, Sr, Ba.             

D. Mức oxi hoá đặc trưng trong các hợp chất là +2.

Hướng dẫn giải chi tiết:

B sai, do trong nhóm IIA, Mg, Be có cấu trúc lục phương; Ca, có cấu trúc lập phương tâm diện, Ba có cấu trúc lập phương tâm khối

Đáp án B

Ví dụ 2: Kim loại kiềm thổ có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng biến đổi không theo một quy luật nhất định như kim loại kiềm là do

A. kiểu mạng tinh thể khác nhau.

B. bán kính nguyên tử khác nhau.

C. lực liên kết kim loại yếu.

D. bán kính ion khá lớn.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Kim loại kiềm thổ có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng biến đổi không theo một quy luật nhất định như kim loại kiềm là do chúng có kiểu mạng tinh thể khác nhau.

Đáp án A.

Ví dụ 3: Cho các chất sau : NaCl, Ca(OH)₂, Na₂CO₃, HCl, NaHSO₄. Số chất có thể làm mềm nước cứng tạm thời là :

A. 1. 

B.  2.   

C. 3.  

D. 4.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Chất có thể làm mềm nước ứng tạm thời là Ca(OH)₂; Na₂CO₃

Đáp án B

Dạng 2: Bài toán kim loại kiềm thổ tác dụng với phi kim, nước

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho V lít hỗn hợp khí Cl₂ và O₂ (đktc) tác dụng vừa đủ với hỗn hợp chứa 2,7 gam Al và 3,6 gam Mg, thu được 22,1 gam sản phẩm rắn X. Giá trị của V là :

A. 1,12 lít.

B. 3,36 lít.

C. 5,6 lít.

D. 4,48 lít.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có sơ đồ phản ứng như sau:

\(\left\{ \begin{array}{l}Al:2,7g\\Mg:3,6g\end{array} \right. + \mathop {\left\{ \begin{array}{l}C{l_2}\\{O_2}\end{array} \right.}\limits_V  \Rightarrow \mathop X\limits_{22,1g} \)

Áp dụng đinh luật bảo toàn khối lượng vào hệ trên ta có:

m O₂ + m Cl₂ = m X – m KL

=> m O₂ + m Cl₂ = 22,1 – 2,7 – 3,6 = 15,8 gam

Gọi số mol O₂, Cl₂ lần lượt là x, y mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron

=> 3 . nAl + 2 . nMg = 4 . n O₂ + 2. n Cl₂

=> 3 . 0,1 + 2 . 0,15 = 4x + 2y

=> 4x + 2y = 0,6 (I)

Tổng khối lượng của hỗn hợp khí bằng 16,5 gam

=> 32x + 71y = 16,5 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,05; y = 0,2

=> Số mol hỗn hợp khí là: 0,05 + 0,2 = 0,25 (mol)

=> V hỗn hợp khí = 0,25 . 22,4 = 5,6 lít

Đáp án C

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hoá trị không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí Cl₂ và O₂. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (ở đktc). Kim loại M là :

A. Mg.

B. Ca. 

C. Be. 

D. Cu.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Số mol hỗn hợp khí tham gia phản ứng là: 5,6 : 22,4 = 0,25 mol

Ta có:

KL + O₂, Cl₂ sinh ra hỗn hợp chất rắn

=> m O₂ + m Cl₂ = 23 – 7,2 = 15,8

Gọi số mol O₂, Cl₂ lần lượt là x, y mol

=> Ta có hệ phương trình:

x + y = 0,25

32x + 71y = 15,8

=> x = 0,2 ; y = 0,05

Gọi hóa trị của M trong hợp chất là x

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

x . n M = 2. n Cl₂ + 4. n O₂

=> x . (7,2 :M) = 0,2 .2 + 0,05 . 4

=> M = 12n

=> M là Mg

Đáp án A.

Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 2,9 gam hỗn hợp gồm kim loại M và oxit của nó vào nước, thu được 500 ml dung dịch chứa một chất tan có nồng độ 0,04M và 0,224 lít khí H₂ (đktc). Kim loại M là

A. Ca.

B. K.

C. Na.

D. Ba.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có sơ đồ phản ứng :

          (M, M₂O_n)  +   H₂O        →   M(OH)_n  + H₂    (1)

mol:                      (0,01n + 0,01)     0,02           0,01

 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với H ta suy ra

n H₂O = (0,01n + 0,01) mol

Mặt khác, áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

2,9  +  18(0,01n + 0,01) = 0,02(M + 17n) + 2.0,01

0,02M + 0,16n = 3,06 => \(\left\{ \begin{array}{l}M = 137\\n = 2\end{array} \right.\)

Vậy kim loại M là Ba.

Đáp án D.

Dạng 3: Kim loại kiềm thổ tác dụng với dung dịch axit

Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn một lượng kim loại R hóa trị n bằng dung dịch H₂SO₄ loãng rồi cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được một lượng muối khan có khối lượng gấp 5 lần khối lượng kim loại R ban đầu đem hoà tan. Kim loại R đó là :

A. Al.

B. Ba.

C. Zn.

D. Mg.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Giả sử số mol R tham gia phản ứng là 1 mol

1 mol R tác dụng với H₂SO₄ tạo ra 0,5 mol R₂(SO₄)_n

Ta có phương trình:

0,5 . (2R + 96n) = 5R => R = 12n

Vậy n = 2, R = 24 => R là Mg

Đáp án D

Ví dụ 2: Để hoà tan hoàn toàn 6,4 gam hỗn hợp gồm kim loại R (chỉ có hoá trị II) và oxit của nó cần vừa đủ 400 ml dung dịch HCl 1M. Kim loại R là :

A. Ba.

B. Ca.

C. Be.

D. Mg.

Hướng dẫn giải chi tiết:

\(\mathop {\left\{ \begin{array}{l}R\\RO\end{array} \right.}\limits_{0,2}  + 2\mathop {\mathop {\mathop {HCl}\limits_{} }\limits_{} }\limits_{0,4}  \to RC{l_2} + {H_2}O + {H_2}\)

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp (R, RO) là: 6,4 : 0,2 = 32 gam/mol

=> R < 32 < R + 16 => 16 < R < 32

=> R là Mg

Đáp án D

Dạng 4: Kim loại kiềm thổ tác dụng với dung dịch muối

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho a mol kim loại Mg vào dung dịch hỗn hợp chứa b mol CuSO₄ và c mol FeSO₄. Kết thúc phản ứng dung dịch thu được chứa 2 muối. Xác định điều kiện phù hợp cho kết quả trên.

A. a  b.

B. b  a < b +c. 

C. b  a  b +c.

D.  b < a < 0,5(b + c).

Hướng dẫn giải chi tiết:

Thứ tự phản ứng khi cho Mg vào dung dịch trên là:

Mg   +   Cu²⁺    →   Mg²⁺    +    Cu                (1)

Mg   +   Fe²⁺  →      Mg²⁺    +    Fe                 (2)

=> Theo đề bài, sau phản ứng thu được 2 dung dịch chứa 2 muối

=> 2 muối là Mg²⁺ và Fe²⁺

Trong dung dịch có muối Fe²⁺ nên số mol e mà Mg nhường nhỏ hơn số mol electron mà Cu²⁺ và Fe²⁺ nhận

=> 2 n Mg < 2 n Cu²⁺ + 2 n Fe²⁺

=> a < b + c

Dung dịch sau phản ứng chứa Mg²⁺ và Fe²⁺ nên (1) đã xảy ra hoàn toàn, (2) có thể xảy ra hoặc chưa xảy ra, nên số mol electron mà Mg nhường lớn hơn hoặc bằng số mol electron mà Cu²⁺ nhận, suy ra : \(2{n_{Mg}} \ge 2{n_{C{u^{2 + }}}} \Rightarrow a \ge b\)  (**)

Vậy b  a < b +c.

Đáp án B.

Ví dụ 2: Cho m gam Mg vào dung dịch chứa 0,12 mol FeCl₃. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 gam chất rắn. Giá trị của m là :

A. 2,88.

B. 2,16.

C. 4,32.

D. 5,04.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ta có phương trình

Mg + 2Fe³⁺ → Mg²⁺ + 2Fe²⁺ (1)

Mg + Fe²⁺ → Mg²⁺ + Fe (2)

3,36 < 0,12 . 56 = 6,72

=> Sau phản ứng dung dịch muối chưa phản ứng hết

n Fe sinh ra sau phản ứng = 3,36 : 56 = 0,06 (mol)

(2) n Fe = n Mg = 0,06 (mol)

(1) n Mg = ½ n FeCl₃ = 0,06 (mol)

=> n Mg = 0,06 + 0,06 = 0,12 (mol)

=> m Mg = 0,12 . 24 = 2,88 gam.

Đáp án A.