A ĐẶT VẤN ĐỀ I Lí do chọn đề tài Hiện nay tất cả các môn học đều được tập trung cao nhằm nâng cao chất lượng đại trà cũng như chất lượng mũi nhọn của từng bộ môn và Hóa học cũng không nằm ngoài những[.]
Trang 1A ĐẶT VẤN ĐỀ:
I Lí do chọn đề tài:
Hiện nay tất cả các môn học đều được tập trung cao nhằm nâng cao chấtlượng đại trà cũng như chất lượng mũi nhọn của từng bộ môn và Hóa học cũngkhông nằm ngoài những môn đó
Là một giáo viên có tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi, tôi nhận thấy bộmôn Hóa học là một bộ khó đòi hỏi học sinh hứng thú, say mê, kiên trì, chămchỉ, có óc tư duy sáng tạo cao Hóa học có nhiều kiến thức thực tế, những kiếnthức chuyên sâu, khó, các dạng bài tập đa dạng Đặc biệt Hóa học 9 có nhiềudạng bài tập khó liên quan đến các kim loại Một trong những kim loại khó,phức tạp đó chính là nhôm Để góp phần nâng cao chất lượng học sinh khá giỏi
vì vậy tôi chọn đề tài “Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCS” giúp học sinh nhận biết các bài tập về nhôm,
định hướng cách giải bài tập, từ đó kích thích hứng thú học tập cũng như nângcao chất lượng học sinh khá giỏi
II Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
- Các tài liệu về thi tuyển học sinh giỏi, thi trường chuyên
III Mục tiêu nghiên cứu:
Một số năm trước bộ môn Hóa học không được tổ chức thi học sinh giỏicác cấp nên học sinh phần nào xem môn Hóa là môn phụ, kiến thức nhạt nhẽovới các em Chính vì vậy ngoài mục đích kích thích hứng thú, phát triển tư duycho các em nhằm nâng cao chất lượng học sinh khá giỏi, thì hiện nay các kiếnthức, các dạng bài tập về nhôm còn nằm rải rác, nhỏ lẻ trong các tài liệu Chonên bản thân tôi còn muốn xây dựng một tài liệu để tích lũy cho bản thân, choanh em đồng nghiệp phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi
IV Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Hệ thống hóa các kiến thức liên quan về “ nhôm và hợp chất nhôm”trong các bài học THCS
- Nghiên cứu cách nhận biết bài tập cũng như cách giải chúng
Trang 2- Nghiên cứu các đề thi học sinh giỏi, thi vào trường chuyên nhằm tìm
ra những bài tập tiêu biểu
V Phương pháp nghiên cứu:
Trong quá trình học tập, giảng dạy và nghiên cứu kiến thức này tôi cầntập trung giải quyết mấy vấn đề sau:
Một là nghiên cứu kĩ lí thuyết trong sách giáo khoa và các tài liệu liênquan đến kim loại nhôm và hợp chất nhôm, đúc rút các kinh nghiệm qua các lầnthi học sinh giỏi
Hai là nghiên cứu khả năng tiếp thu của học sinh THCS qua các đề thi họcsinh giỏi các cấp để có những cách trình bày thật hợp lí và dễ hiểu phù hợp vớicác em
Ba là vận dụng phương pháp giải bài tập vào thực tiễn giảng dạy của mìnhhọc tập của học sinh, cũng như thu thập kiến thức phản hồi từ học sinh và đồngnghiệp, rút kinh nghiệm sửa chữa, bổ sung hoàn thiện hơn
Nếu đề tài được áp dụng cho học sinh tôi tin rằng các em sẽ nhận biết vàgiải tốt bài tập liên quan đến nhôm và hợp chất của nó, đồng thời bản thân rút rađược nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy của bản thân
B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:
I Cơ sở lý luận:
Hoá học là một bộ môn khó với học sinh nên học sinh khi học tập bộ mônnày thường dễ chán nản Đối với học sinh khá giỏi việc giải các bài tập liên quanđến kim loại nhôm gặp rất nhiều khó khăn vì nhôm là một kim loại có tính chấthóa học phức tạp không như những kim loại khác Hợp chất của nó cũng vôcùng đa dạng, phong phú Trong khi đó chương trình sách giáo khoa chủ yếu đềcập đến lí thuyết của nhôm còn phần bài tập số lượng ít Hơn nữa các loại sáchtham khảo cũng thường phân những dạng chung Do đó học sinh thường rất lúngtúng, không tự tin khi gặp bài tập về nhôm Tuy đây là một nội dung nhỏ nhưngnếu học sinh chỉ dựa vào kiến thức sách giáo khoa thì khi gặp phải những bài tậpliên quan đến nhôm thì hầu như không làm được và dẫn đến kết quả hcọ sinhgiỏi thấp
II Cơ sở thực tiễn:
Sau nhiều năm tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi tôi nhận thấy học sinhthường gặp sai sót khi làm bài tập về kim loại nhôm và hợp chất nhôm Từ đókhi thấy bài tập liên quan đến nhôm là các em thiếu tự tin Để khắc phục tình
Trang 3trạng thực tiễn này thì phải có phương pháp giúp học sinh tiếp cận với các kiếnthức, kĩ năng giúp các em đủ tự tin để giải quyết bài tập tốt.
III Nội dung nghiên cứu:
1 Cơ sở lí thuyết:
2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2
- Axit loại 2: HNO 3 loãng, HNO 3 đặc nóng:
Al + 6HNO3 đặc nóng Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Khí màu nâu
Al + 4HNO loãng Al(NO ) + NO + 2HO
Trang 4Khí không màu hóa nâu trong không khí
Hay: 8Al + 30HNO3 loãng 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
10Al + 36HNO3 loãng 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O
8Al + 30HNO3 loãng 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
Trường hợp tạo 2 khí với tỉ lệ thì viết phương trình phảnứng:
Al + HNO3 Al(NO3)3 + 2N2O +3N2 + H2O
Cân bằng: 46Al + 168HNO3 46Al(NO3)3 + 6N2O + 9N2 + 84H2O
* H 2 SO 4 đặc nóng: 2Al + 6H2SO4 đặc nóng Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Hay: 2Al + 4H2SO4 đặc nóng Al2(SO4)3 + S + 4H2O
8Al + 15H2SO4 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O
c Phản ứng nhiệt nhôm:
Ở nhiệt độ cao Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit
Ví dụ: Phản ứng giữa bột nhôm và sắt oxit
e Tác dụng với dung dịch kiềm:
Nếu Al có một lớp Al2O3 trên bề mặt thì nó sẽ phản ứng với kiềm tạo ramuối tan: Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O
Khi Al không có màng oxit bảo vệ thì Al sẽ phản ứng với nước tạo thànhAl(OH)3 và giải phóng khí H2 , Al(OH)3 lưỡng tính nên tiếp tục phản ứng vớikiềm: 2Al + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
Cộng (1) và (2) ta có: 2Al + 2NaOH + 2H2O 2 NaAlO2 + 3H2
g Tác dụng với dd muối:
Kim loại nhôm phản ứng được với dung dịch muối của kim loại yếu hơn
Trang 52Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu
1.1.4 Sản xuất nhôm:
Trong công nghiệp nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nhômoxit nóng chảy
a Nguyên liệu:
Quặng boxit Al2O3.2H2O và thường lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2
b Phương pháp điện phân nhôm oxit nóng chảy:
Đpnc Al2O3 từ quặng boxit Al2O3 2H2O có xúc tác là quặng Criolit quặng boxit
dd chứa NaAlO2 và Na2SiO3 Al(OH)3 Al2O3Al
Dạng axit HAlO2.H2O ( axit aluminic)
Dạng bazơ Al(OH)3 (nhôm hidroxit)
Trang 6+ Khi cho từ từ dd bazơ mạnh ( NaOH, KOH, Ba(OH)2….) đến dư vào ddmuối Al3+ nhận thấy có kết tủa Al(OH)3 tăng dần đến cực đại sau đó kết tủa từ
từ tan dần: AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
+ Khi cho từ từ dd bazơ yếu đến dư vào dd muối Al3+ nhận thấy có kết tủaAl(OH)3 cực đại, kết tủa không tan:
1 Đối với giáo viên:
Phải hệ thống hóa kiến thức trọng tâm cho học sinh một cách khoa học Nắm vững các phương pháp giải bài tập và xây dựng hệ thống bài tậpphải thật sự đa dạng, nhưng vẫn đảm bảo trọng tâm của chương trình phù hợpvới đối tượng học sinh
Trang 7Tận dụng mọi thời gian để có thể hướng dẫn giải được lượng bài tập lànhiều nhất, có hiệu quả nhất cho học và học sinh dễ hiểu nhất.
2 Đối với học sinh:
- Đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn
b Về kĩ năng:
- Phải tích cực rèn kỹ năng hệ thống hóa kiến thức
- Nhận biết được bài tập nhôm và hợp chất nhôm
- Rèn kỹ năng viết PTHH hoá học cho học sinh khả năng tính toán mộtcách khoa học
- Phát triển năng lực nhận thức rèn trí thông minh cho học sinh
3 Ví dụ minh hoạ về các bài tập về nhôm và hợp chất nhôm:
1 Dạng 1: Viết PTHH, nhận biết
Câu 1: Viết PTHH của các phản ứng thực hiện dãy chuyển đổi sau:
(1) 2Al + 3Cl2 2AlCl3
(2) AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl
(3) Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
(4) NaAlO2 + CO2 + 2H2O NaHCO3 + Al(OH)3
Trang 8- Lấy một ít mỗi dung dịch ra hai ống nghiệm riêng biệt
- Nhỏ từ từ ít giọt một từ dung dich (1) sang ống nghiệm đựng dung dịch(2) Nếu: Ta thấy xuất hiện kết tủa không tan thì dung dịch (1) là NaOH và dungdịch (2) là AlCl3 Vì khi nhỏ từ từ NaOH thì NaOH hết trong khi AlCl3 dư nênchỉ có phản ứng:
AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl
- Ta thấy xuất hiện kết tủa sau đó tan thì dung dịch (1) là AlCl3 và dungdịch (2) là NaOH Vì khi cho từ từ AlCl3 thì chứng tỏ AlCl3 hết trong khi NaOH
dư nên xảy ra hai PTHH sau:
AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
Câu 3:
Chỉ dùng nước làm thuốc thử hãy phân biệt 3 mẫu bột kim loại sau: Na, Al, Fe
Giải:
- Lấy một ít mỗi bột kim loại trên cho vào ống nghiệm
- Nhỏ nước vào ba ống nghiệm trên Nếu thấy lọ nào xuất hiện khí thì kim loại đó là Na
- Hai kim loại còn lại không có hiện tượng gì
- Cho dung dich thu được vào hai kim loại trên kim loại nào phản ứng với NaOH xuất hiện khí thoát ra là Al
- Kim loại còn lại không có hiện tượng gì là Fe
- PTHH:
Na + H2O NaOH + H2
2Al + 2NaOH + 2H2O 2 NaAlO2 + 3H2
Câu 4: Viết PTHH để giải thích các hiện tượng xảy ra khi
a) Cho dung dịch NH 3 dư vào dung dịch AlCl 3
Trang 9b) Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch AlCl 3
c) Cho từ từ dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 vào dung dịch NaOH và ngược lại
d) Sục từ từ đến dư khí CO 2 vào dung dịch NaAlO 2
e) Cho từ từ đến dư dung dịch HCl vào dung dịch NaAlO 2
AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl
Tiếp tục cho NaOH vào đến dư ta thấy kết tủa tan PTHH:
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
c) Khi cho từ từ Al2(SO4)3 vào dung dịch NaOH ta thấy kết tủa xuất hiệnsau đó tan dần do Al2(SO4)3 phản ứng hết trong khi NaOH dư Ngược lại khi choNaOH từ từ vào Al2(SO4)3 thì xuất hiện kết tủa, đến khi nào dư NaOH thì kết tủamới tan dần:
Al2(SO4)3 + 6NaOH 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
d) Sục từ từ đến dư khí CO2 vào dung dịch NaAlO2 xuất hiện kết tủakhông tan
NaAlO2 + CO2 + 2H2O NaHCO3 + Al(OH)3
e) Cho từ từ HCl vào dung dịch NaAlO2 Ban đầu thấy kết tủa xuất hiện,sau đó cho dư HCl thì kết tủa tan, PTHH:
NaAlO2 + HCl + H2O NaCl + Al(OH)3
Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O
2 Dạng 2: Hỗn hợp kim loại trong đó có Al, Al 2 O 3
Câu 1: Cho một lượng hỗn hợp Mg – Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu
được 8,96 lít H 2 Mặt khác cho lượng hỗn hợp như trên tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được 6,72 lít H 2 Các thể tích khí đktc
Tính khối lượng mỗi kim loại có trong hỗn hợp?
Giải:
Số mol H2 sinh ra do phần 1 là:
Trang 10Số mol H2 sinh ra do phần 2 là:
=> Số mol H2 do phản ứng (1) sinh ra là 0,1 mol => nMg = 0,1mol
Vậy khối lượng mỗi kim loại là:
mAl = 0,2.27 = 5,4g
mMg = 0,1.24 = 2,4g
Câu 2: Có một hỗn hợp A gồm Ba và Al
Cho m g A tác dụng với nước dư thu được 1,344l khí, dung dịch B và phần không tan C Cho 2m g A tác dụng với dung dịch Ba(OH) 2 dư thu được 20,832 lít khí (đktc)
a) Tính thành phần % về khối lượng từng kim loại trong A
b) Cho 50ml dung dịch HCl vào dung dịch B thu được 7,8 g kết tủa Xác đinh nồng độ mol của dung dịch HCl
Sau phản ứng có phần chất rắn không tan chứng tỏ Al dư
2Al + Ba(OH)2 + 2H2O Ba(AlO2)2 + 3H2
Trang 11Phần hai: Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2
Vậy thành phần % theo khối lượng các kim loại trong A là:
b) Dung dịch B có: Ba(AlO2)2 : 0,015 mol
Trường hợp 1: HCl phản ứng hết
Thì kết tủa thu được là Al(OH)3 và
2H2O + Ba(AlO2)2 + 2HCl BaCl2 + 2Al(OH)3
0,01 0,01
=>Nồng độ mol của dung dịch HCl là:
Trường hợp 2: HCl phản ứng dư có hai PTHH xảy ra:
2H2O + Ba(AlO2)2 + 2HCl BaCl2 + 2Al(OH)3
Giải:
* GV hướng dẫn học sinh làm bài:
Trang 12Nếu hỗn hợp trên toàn bộ là nhôm thì số mol là: 9,96 : 27 = 0,37
=>Số mol HCl tối đa phản ứng là: 0,37.3 = 1,106mol<1,175 mol
=>HCl dư sau khi phản ứng với hỗn hợp
Gọi số mol Al và Fe trong 9,96 g hỗn hợp lần lượt là x, y (x, y>0)
Số mol HCl phản ứng (1) (2) (3) = số mol NaOH (3) (4) (5) = 1,175 mol
Chứng tỏ NaOH dư: 1,2 – 1,175 = 0,025 và xảy ra phản ứng (6)
Trường hợp 1: NaOH phản ứng vừa đủ hoặc dư ở phản ứng (6)
Trang 13Lúc này: nAl(OH)3 = x 0.025 mol Thì chất rắn sau khi nung chỉ có Fe2O3
=> y/2.160 = 13,65 => y = 0,17 mol
=> 27x + 0,17.56 = 9,96 => x = 0,016 < 0,025 ( thỏa mãn)
Vậy khối lượng Al trong hỗn hợp có thể là: 0,016.27 = 0,432g
Khối lượng Fe trong hỗn hợp có thể là: 9,96 – 0,432 = 9,528g
Trường hợp 2: Al(OH)3 dư, NaOH hết
Lúc này: nAl(OH)3 còn lại là: x - 0,025
Ta có: 27x + 56y = 9,96 và
Giải ra ta được: x= 0,056 > 0,025 (thỏa mãn)
y=0,15mol
Vậy khối lượng Al trong hỗn hợp có thể là: 0,056.27 =1,512 g
Khối lượng Fe trong hỗn hợp có thể là: 9,96 – 1,512 = 8,448g
* Bài tập tham khảo:
Câu 4:
Chia 2,38 g hỗn hợp Zn và Al thành hai phần bằng nhau:
Phần 1 được hòa tan hoàn toàn và vừa đủ trong dung dịch KOH 2M ta được 0,896 lít H 2 (đktc) Tính thành phần % theo khối lượng các kim loại trong hỗn hợp và thể tích dung dịch KOH đã dùng?
Phần hai trộn thêm m g Na rồi cho vào H 2 O Tính giá trị tối thiểu của m
để hỗn hợp ba kim loại Zn, Al, Na tan hết trong nước Tính thể tích khí thoát ra
Phần 1 hòa tan hết vào dung dịch HCl thu được 1,792 lít H 2
Phần 2 cho tác dụng hết với NaOH dư thu được 13,44 lít H 2 và muối NaYO 2 trong đó phần khối lượng không tan có khối lượng bằng 4/9 khối lượng Y
đã tan.
Phần 3 được đốt cháy trong O 2 dư thu được 2,840 g oxit.
Xác định kim loại X, Y Tính khối lượng mỗi kim loại ban đầu
Biết thể tích các khí đo ở đktc
Câu 6:
Trang 14Cho m g hỗn hợp X gồm Na 2 O và Al 2 O 3 lắc với nước cho phản ứng hoàn toàn thu được 300 ml dung dịch A chỉ chứa một chất tan duy nhất có nồng độ 0,5M Thổi khí CO 2 dư vào dung dịch A thu được a g kết tủa
a) Tính m và thành phần % các chất trong X
Trường hợp 1: Al2(SO4)3 dư Lúc này chỉ có một PTHH
Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
0,005 0,03 0,01
Nồng độ mol của NaOH là:
Trường hợp 2: NaOH dư Lúc này có hai phương trình
Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
0,01 0,06 0,02
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
0,01 0,01
Số mol NaOH là: 0,07 mol
Nồng độ mol của NaOH là:
Trang 15Số mol Al(OH)3 là: 6,24:78 = 0,08 mol
Số mol AlCl3 là: 0,1.1= 0,1mol
Trường hợp 1: Nếu AlCl3 dư thì chỉ có PTHH:
3NaOH + AlCl3 → 3NaCl + Al(OH)3
0,24 0,08 0,08
VNaOH = 0,24l
Trường hợp 2: NaOH dư
3NaOH + AlCl3 → 3NaCl + Al(OH)3
Trang 16Trường hợp 1: HCl phản ứng hết, NaAlO2 dư
HCl + NaAlO2 + H2O Al(OH)3 + NaCl
0,075 0,075
V = 0,075l
Trường hợp 2: HCl dư, NaAlO2 phản ứng hết
HCl + NaAlO2 + H2O Al(OH)3 + NaCl
Trang 17a) Tách kết tủa và đem nung đến khối lượng không đổi thu được bao nhieu g chất rắn?
b) Tính C% các chất trong dung dịch
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
mdd = mNa + mdd muối – mH2 – mFe(OH)3 – mAl(OH)3
= 9,2 + 200 – 0,2.2 – 0,04.107 – 0,04.78 = 201,4 g
C% Na2SO4 =
C% NaAlO2
Câu 2:
Hòa tan 19,5 g FeCl 3 và 27,36 g Al 2 (SO 4 ) 3 vào 200 g dung dịch H 2 SO 4
9,8% thu được dung dịch A Sau đó hòa tan hết 77,6 g NaOH nguyên chất vào
Trang 18dung dịch A thấy xuất hiện kết tủa B và dung dịch C Lọc rửa lấy kết tủa B đem nung đến khối lượng không đổi
a)Tính khối lượng chất rắn sau khi nung
b)Thêm nước vào dung dịch C để thu được 400 g dung dịch Tính C% các chất có trong dung dịch
Hãy xác định C M của dung dịch X
Giải:
Trang 19Gọi CM của dung dịch X là a
3NaOH + AlCl3 Al(OH)3 + 3NaCl
0,3a 0,1a 0,1a
NaOH + Al(OH)3 NaAlO2 + 2H2O
(Đề thi HSG tỉnh năm 2015)
Giải:
Theo bài ra ta có:
dung dịch X có: n Al(NO 3 ) 3 =0,5.0,2 = 0,1 mol, nH2SO4 = 0,2.1 = 0,2 mol
Dung dịch Y có: nKOH = 0,55mol, nBa(OH)2 = 0,1mol
=>nH+ = 0,4 mol; nOH- = 0,75 mol; nAl3+=0,1 mol;
n =0,2mol; nBa2+ = 0,1mol
Trộn X và Y ta có các PT sau: