Giáo án Bài 24. Nguyên tố nhóm IA

Tạo tình huống có vấn đề; HS nêu được lí do kim loại kiềm cần bảo quản đặc biệt và dự đoán hiện tượng khi cho Na vào nước.

GV chiếu mô phỏng 3D trên trang bài học: ba lọ Li, Na, K ngâm trong dầu hoả. GV đặt câu hỏi:

• Vì sao Li, Na, K phải ngâm trong dầu hoả thay vì để ngoài không khí?
• Nếu thả một mẩu Na vào chậu nước có phenolphthalein, em dự đoán điều gì xảy ra?
  HS ghi dự đoán cá nhân vào vở trong 2 phút rồi chia sẻ với bạn cùng bàn.

Kết luận dự kiến: kim loại kiềm hoạt động mạnh, phản ứng với hơi nước và oxygen trong không khí nên phải bảo quản kín trong dầu hoả (dầu khan, không chứa nước). Dự đoán: Na chuyển động trên mặt nước, sủi khí H₂, có thể nóng chảy thành giọt; dung dịch chuyển hồng do môi trường base (OH⁻). Đây là dự đoán làm cơ sở để tìm hiểu bài.

HS nêu được cấu hình electron lớp ngoài cùng, trạng thái tự nhiên và xu hướng biến đổi bán kính, năng lượng ion hoá, nhiệt độ nóng chảy của kim loại kiềm.

HS làm việc nhóm 4 với Phiếu học tập số 1 và mô hình nguyên tử trên NeoEdu. Nhiệm vụ: (1) xác định các nguyên tố nhóm IA; (2) viết cấu hình lớp ngoài cùng; (3) quan sát mô hình, so sánh bán kính từ Li đến Cs; (4) nêu xu hướng năng lượng ion hoá thứ nhất và nhiệt độ nóng chảy; (5) nêu tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên.

Kết quả trên Phiếu học tập số 1: nhóm IA trừ H gồm Li, Na, K, Rb, Cs, Fr; lớp ngoài cùng có cấu hình $ns^1$, dễ nhường 1 electron tạo $M^+$. Từ Li đến Cs: bán kính nhìn chung tăng; năng lượng ion hoá thứ nhất giảm nên tính khử tăng. Kim loại kiềm mềm, nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp và giảm dần từ Li xuống Cs; khối lượng riêng không biến đổi đơn điệu từng bước. Trong tự nhiên chúng tồn tại dưới dạng hợp chất; bảo quản kín, tránh không khí và ẩm.

HS giải thích được tính khử mạnh của kim loại kiềm và viết được phương trình phản ứng với nước, oxygen, chlorine; mô tả được hiện tượng Na tác dụng với nước.

Nhóm làm Phiếu học tập số 2. Nhiệm vụ: (1) xem mô phỏng 'Sodium tác dụng với nước' trên NeoEdu, ghi hiện tượng và dữ liệu mô phỏng; (2) viết phương trình $2M + 2H_2O \rightarrow 2MOH + H_2$ với M là Na; xác định chất khử, chất oxi hoá; (3) viết phương trình Li, Na, K với Cl₂; (4) viết phương trình Li với O₂ và Na với O₂ dư; nêu vì sao sản phẩm phụ thuộc kim loại và điều kiện; (5) trả lời: vì sao không dùng nước để dập cháy Na?

Dữ liệu mô phỏng (giả định, không phải quan trắc thực tế): 0,01 mol kim loại vào nước — Li sủi bọt nhẹ; Na nóng chảy thành giọt chạy trên mặt nước; K bốc cháy ngọn lửa tím nhạt; Na và K cho khoảng 124 mL H₂ ở điều kiện mô hình và dung dịch hoá hồng (môi trường base). Phương trình: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$; Na⁰ nhường electron (chất khử), H⁺ của nước bị khử (chất oxi hoá). Với Cl₂: $2Li + Cl_2 \rightarrow 2LiCl$; $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$; $2K + Cl_2 \rightarrow 2KCl$. Với O₂: $4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$; trong O₂ dư: $2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2$, $K + O_2 \rightarrow KO_2$. Không dùng nước dập cháy kim loại vì phản ứng tạo H₂ dễ cháy và toả nhiệt.

HS trình bày được màu ngọn lửa đặc trưng của Li⁺, Na⁺, K⁺ và nêu được cách nhận biết định tính bằng thử màu ngọn lửa.

HS xem mô phỏng 'Màu ngọn lửa của ion kim loại' trên NeoEdu (đèn khí, dây platinum, dung dịch LiCl, NaCl, KCl). Nhiệm vụ: quan sát và ghi màu ngọn lửa của từng mẫu; trả lời vì sao màu là bức xạ của hạt bị kích thích; nêu lưu ý khi cho thử nghiệm với hỗn hợp.

Mẫu LiCl: đỏ tía; NaCl: vàng; KCl: tím nhạt khi kích thích trong điều kiện thích hợp. Mẫu trắng/dụng cụ sạch không có màu đặc trưng mạnh. Màu ngọn lửa là bức xạ khi hạt bị kích thích trở về mức năng lượng thấp, không phải màu của dung dịch ion. Vết Na có thể làm màu vàng lấn át màu K⁺ nên không kết luận hỗn hợp chỉ từ một màu; đây là nhận biết định tính, không định lượng.

HS nêu được tính chất, ứng dụng của NaCl, NaHCO₃, Na₂CO₃; viết được phương trình nhiệt phân NaHCO₃; mô tả được các bước và phương trình tổng của quá trình Solvay.

Hoạt động mảnh ghép theo nhóm 4. Vòng 1 (nhóm chuyên gia): mỗi HS tìm hiểu một nhóm chất: NaOH và NaCl; NaHCO₃ (xem mô phỏng nhiệt phân trên NeoEdu, viết phương trình); Na₂CO₃ và ứng dụng; các bước Solvay (1) đến (5) trong Phiếu học tập số 3. Vòng 2 (nhóm mảnh ghép): mỗi HS trình bày phần mình và ghép lại sơ đồ 5 bước Solvay; nêu phương trình tổng $2NaCl + CaCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CaCl_2$ và giải thích vì sao NH₃ không có trong phương trình tổng.

NaOH là base mạnh, ăn mòn; NaCl dùng làm gia vị, nguyên liệu sản xuất NaOH, Cl₂; NaHCO₃ là bột nở thực phẩm, thành phần một số thuốc kháng acid; Na₂CO₃ dùng sản xuất thuỷ tinh, xà phòng. Nhiệt phân: $2NaHCO_3 \xrightarrow{t^\circ} Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$. Solvay: (1) $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$; (2) $NaCl + NH_3 + CO_2 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl$; (3) $2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$; (4) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$; (5) $2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \rightarrow 2NH_3 + CaCl_2 + 2H_2O$. Nhân (2) với 2, cộng và khử chất trung gian được $2NaCl + CaCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CaCl_2$. NH₃ được tái sinh từ NH₄Cl nên triệt tiêu trong phương trình tổng; thực tế vẫn có hao hụt và cần cấp năng lượng.

HS vận dụng kiến thức về kim loại kiềm, màu ngọn lửa, hợp chất sodium và tính toán theo phương trình để trả lời các câu hỏi cơ bản.

HS làm việc cặp đôi với 8 câu trong bài tập luyện tập (đề và đáp án ghi trong phần sản phẩm). Các câu 1, 2, 4, 5, 7 là trắc nghiệm/đúng sai/ghép; câu 3 và 6 là tính toán; câu 8 yêu cầu viết phương trình tổng Solvay và giải thích.

Đáp án: (1) A. Na⁺ — Na có 1 electron lớp ngoài cùng, dễ mất tạo Na⁺. (2) D. Vàng — Na cho màu vàng; vết Na có thể che màu khác. (3) $n_{H_2} = 0{,}05$ mol — từ $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$ với 0,10 mol Na. (4) a) Đúng; b) Sai (không dùng nước dập cháy Na); c) Đúng; d) Đúng (NH₃ được thu hồi và tái sinh). (5) NaOH – xút ăn mòn; Na₂CO₃ – soda; NaHCO₃ – sodium hydrogencarbonate. (6) $n_{NaHCO_3} = 16{,}8/84 = 0{,}20$ mol; $n_{CO_2} = 0{,}10$ mol (vì 2 mol NaHCO₃ cho 1 mol CO₂). (7) A, B, C — không dùng Fr phóng xạ và không tự cắt Na/K. (8) $2NaCl + CaCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CaCl_2$ (1 điểm); NH₃ tham gia tạo bicarbonate rồi tái sinh từ ammonium bằng vôi (1 điểm); NH₃ triệt tiêu khi cộng các bước nên không xuất hiện trong phương trình tổng (1 điểm).

HS vận dụng kiến thức về NaHCO₃ và kim loại kiềm để giải thích hiện tượng trong đời sống và đề xuất biện pháp an toàn.

Tình huống 1: Vì sao khi làm bánh có bột nở (NaHCO₃), bánh nở xốp khi nướng? Viết phương trình và tính khối lượng NaHCO₃ cần để tạo 0,10 mol CO₂ (theo $2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$). Tình huống 2: Một bạn định bảo quản Na bằng ethanol để tiện dùng. Em hãy nhận xét và đề xuất cách an toàn hơn. Tình huống 3: Có đám cháy nhỏ do kim loại Na; em nên xử lí thế nào? Sản phẩm thực hiện: mỗi nhóm viết câu trả lời ngắn (khoảng 5 dòng) hoặc ghi video 1 phút trình bày.

Tình huống 1: NaHCO₃ bị nhiệt phân tạo CO₂ làm bánh xốp; $m_{NaHCO_3} = 0{,}20 \times 84 = 16{,}8$ g. Tình huống 2: Không nên dùng ethanol vì có thể phản ứng với kim loại kiềm giải phóng H₂; nên bảo quản trong dầu khan, kín, tránh ẩm. Tình huống 3: Không dùng nước; báo GV hoặc người có chuyên môn xử lí theo quy định an toàn của phòng thí nghiệm. Kết luận: kim loại kiềm có tính khử mạnh nên cần bảo quản và xử lí chuyên biệt.