Tổng hợp các bài Toán Nhôm và Hợp Chất của Nhôm hay và khó

Xảy ra 2 phản ứng sau: Hướng dẫn HS cách suy luận: Bài toán trên có thêm dung dịch H2SO4, về bản chất bài toán vẫn là phản ứng của dung dịch kiềm với dung dịch muối Al3+, chỉ khác ở đây

DẠNG 1: DUNG DỊCH MUỐI Al 3+ TÁC DỤNG VỚI

DUNG DỊCH KIỀM (OH - )

Đây là dạng bài phổ biến và hay gặp nhất trong các kì thi đại học và cao đẳng, trong dạng bàinày tùy theo các dữ kiện đầu bài lại có những bài toán khác nhau Kinh nghiệm đối với dạng bài tậpnày nên viết các phương trình ở dạng ion rút gọn

Bài toán 1: Cho dung dịch muối Al 3+ tác dụng với dung dịch kiềm (OH - ) biết n Al 3+ = a; n OH - = b Bài thường yêu cầu tính lượng kết tủa.

- TH2: Nếu T = 4 hoặc T > 4 (OH- dư)→ Kết tủa bị hòa tan hết, xảy ra cả 2 phản ứng (trường hợp này

Phản ứng: 0,1 0,3 0,1

Sau phản ứng: 0 0,05 0,1

Vì OH- còn dư nên xảy ra tiếp phản ứng hòa tan kết tủa:

Al(OH)3 + OH- →AlO2- + 2H2O (2)Ban đầu: 0,1 0,05

Al(OH)3 + OH- →AlO2- + 2H2O (2)

Áp dụng công thức:

n↓còn lại = 4nAl3+ - nOH- = 4.0,1 – 0,35 = 0,05 mol

Vậy m = 0,05 78 = 3,9 gam

So sánh 2 cách giải trên ta thấy cách 2 giải nhanh hơn rất nhiều, giúp các em tiết kiệm thời gian

VD2: Cho 300 ml dung dịch NaOH 0,1M phản ứng với 100 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M Sau khi

phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được a gam kết tủa Giá trị của a là

(Trích đề tuyển sinh cao đẳng năm 2014)

VD3: Cho dung dịch chứa 16,8 gam NaOH vào dung dịch X chứa 8 gam Fe2(SO4)3 và 13,68 gam

Al2(SO4)3 thu được 500 ml dung dịch Y và m gam kết tủa Tính nồng độ mol các chất trong dung dịch

Y và tính m?

Bài giải

Ta có: nOH- = 0,42 mol; nFe (SO )2 4 3 = 0,02 mol; nAl (SO ) 2 4 3 = 0,04 mol.

Hướng dẫn HS cách suy luận: Bài toán này cho thêm dung dịch Fe2(SO4)3, thực ra bản chất vẫn

là bài toán của dung dịch kiềm OH- phản ứng với dung dịch muối Al3+ Chỉ khác có thêm phản ứng tạokết tủa Fe(OH)3

Số mol OH- dùng để phản ứng với ion Al3+ là: 0,42 – 3.0,02.2 = 0,3 mol Khi đó bài toán trở về dạng cơbản trong đó: nAl 3+ = 0,08 mol; nOH - = 0,3 mol

Xét tỉ lệ: 3 <

-3+

OH Al

Vậy: [NaAlO2] = 0,12M; [Na2SO4] = 0,36M

VD4: Nhỏ từ từ 0,25 lít dung dịch NaOH 1,04M vào dung dịch gồm 0,024 mol FeCl3; 0,016 mol

Al2(SO4)3 và 0,04 mol H2SO4 thu được m gam kết tủa Tính m?

Bài giải

Ta có: nOH- = 0,26 mol; nFe 3+ = 0,024mol; nAl3+ = 0,032 mol; nH+ =0,08 mol.

Hướng dẫn HS cách suy luận: Khi đọc bài toán trên nếu học sinh không hiểu bản chất của bài

toán thì sẽ thấy khó không biết cách giải thế nào, nhưng để ý một chút thì bản chất của bài toán vẫn làdung dịch muối Al3+ tác dụng với dung dịch kiềm, những chất khác cho vào chỉ để gây nhiễu thêm bàitoán Với bài này chúng ta có thể đưa về đúng dạng cơ bản bằng cách tính số mol của ion OH- còn lại

để phản ứng với ion Al3+ Sau đó lại xét tỉ lệ số mol để xét xem rơi vào trường hợp nào Cụ thể cáchgiải bài toán như sau:

Số mol OH- còn lại để phản ứng với ion Al3+ là:

0,26 - 3.0,024 - 0,08 = 0,108 mol

Xét tỉ lệ: 3 <

-3+

OH Al

n = 3n = 3nAl3+

* Nếu n↓ < nAl3+ →Có 2 trường hợp xảy ra:

- TH1: Chỉ tạo kết tủa và Al3+ còn dư, khi đó chỉ xảy ra phản ứng (1) và lượng OH- là min

-3

Al(OH) OH

n = 3n

- TH2: Kết tủa sinh ra ở (1) và bị hòa tan một phần ở (2)→Lượng OH- là max

n↓còn lại = 4nAl3+ - nOH- → nOH- = 4nAl3+ - n↓còn lại.Khi giải bài toán 2, luôn luôn cần chú ý xem bài yêu cầu tính lượng OH- là nhỏ nhất hay lớn nhất,kết tủa thu được có lớn nhất hay không

VD1: Cho 23,475 gam hỗn hợp X gồm 2 kim loại K và Ba tác dụng với dung dịch AlCl3 dư, thu được9,75 gam kết tủa Tính phần trăm khối lượng của kim loại K trong X?

Hướng dẫn HS cách suy luận: Khi cho kim loại K, Ba vào dung dịch muối thì 2 kim loại phản

ứng với nước trong dung dịch để tạo thành dung dịch bazơ Do bài cho lượng Al3+ dư nên OH- phảnứng chuyển hết vào kết tủa

Al3+ + 3OH- →Al(OH)3

0,375 0,125Đặt nK = x; nBa = y →x + 2y = 0,375 (1)

Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.

- TH2: Kết tủa sinh ra và bị hòa tan một phần Xảy ra 2 phản ứng sau:

Hướng dẫn HS cách suy luận: Vì bài toán yêu cầu tính lượng NaOH là max nên xảy ra trường hợp

kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần

VD4: Hòa tan hết 21 gam hỗn hợp X gồm Al và Al2O3 bằng dung dịch HCl vừa đủ thu được dung dịch A

và 13,44 lít H2 (đktc) Cho V lit dung dich NaOH 0,5M tác dụng với dung dich A Sau khi phản ứng kếtthúc, thu được 31,2 gam kết tủa Tính V?

1,2 0,4Vậy VddNaOH = 2,4 lít.

- TH2: Kết tủa sinh ra và bị hòa tan một phần Xảy ra 2 phản ứng sau:

Hướng dẫn HS cách suy luận: Bài toán trên có thêm dung dịch H2SO4, về bản chất bài toán vẫn

là phản ứng của dung dịch kiềm với dung dịch muối Al3+, chỉ khác ở đây đầu tiên xảy ra phản ứng của

OH- với H+, sau khi phản ứng hết với H+ sẽ xảy ra phản ứng tiếp với ion Al3+ để tạo kết tủa

Vì bài yêu cầu tính thể tích dung dịch NaOH là lớn nhất nên xảy ra trường hợp kết tủa sinh ra bị hòa tanmột phần

VD6: Thêm m gam kali vào 300 ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1M thu được dung dịch

X Cho từ từ dung dịch X vào 200 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M thu được khối lượng kết tủa Y lớn nhất

n 0,03 mol; nNaOH =0,03 mol.

Hướng dẫn HS cách suy luận: Khi cho kim loại K vào 2 dung dịch bazơ xảy ra phản ứng của K

với H2O (tính chất của kim loại kiềm) Dung dịch X thu được gồm 3 dung dịch Ba(OH)2, NaOH vàKOH Cho dung dịch X tác dụng với dung dịch Al2(SO4)3 bản chất là phản ứng của OH- với ion Al3+.a) Theo bài yêu cầu tính m để thu được kết tủa Y lớn nhất nghĩa là xảy ra trường hợp kết tủa sinh rakhông bị hòa tan, ion OH- phản ứng vừa đủ với ion Al3+

Các phản ứng:

2K + 2H2O → 2KOH + H2 ↑ (1)

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 (2)

0,04 0,12 0,04

→nOH - =0,12 = 0,03.2 + 0,03.1 + nKOH →nKOH = 0,03 mol

→nK = nKOH = 0,03 mol Vậy mK = 1,17 gam

b) Phần này đối với học sinh trung bình và khá hoặc những em kỹ năng làm bài không tốt dễ dẫn đến hay nhầm lẫn ở chỗ chỉ tính kết tủa Al(OH)3 Bài này còn một chất kết tủa nữa là BaSO4 sinh ra do phảnứng:

Ba2+ + SO42- →BaSO4 (3)

nđ 0,03 0,06

npư 0,03 0,03

Vậy a = 0,04.78 + 0,03.233 = 10,11 gam

Bài toán 3: Cho dung dịch muối Al 3+ tác dụng với dung dịch kiềm (OH - ) khi biết n OH -= a; n ↓ = b.

Phương pháp chung: Tính số mol OH- trong kết tủa

Hướng dẫn HS cách suy luận: Vì sau khi lọc kết tủa ở thí nghiệm 1, thêm tiếp dung dịch KOH

vào lại thu được kết tủa chứng tỏ rằng ở thí nghiệm 1 kết tủa không bị hòa tan, ion Al3+ còn dư

Thí nghiệm 1: nOH- = 0,18 mol; n↓ = 0,06 mol

Al3+ + 3OH- →Al(OH)3

0,06 0,06Thí nghiệm 2: Sau khi Al3+ còn dư ở thí nghiệm 1 tiếp tục phản ứng với lượng OH- thêm vào để tạo kếttủa

nOH- = 0,21 mol; n↓ = 0,03 mol

Số mol OH- trong kết tủa là:

Bài giải

Hướng dẫn HS cách suy luận: Đối với bài toán này cần phân biệt khác với bài toán ở ví dụ 2 là

tiến hành các phản ứng liên tiếp, không tách lấy kết tủa ra Bài toán coi như tiến hành 2 thí nghiệm liêntiếp, thí nghiệm 1 cho 150 ml dung dịch NaOH vào, thí nghiệm 2 thêm tiếp 100 ml dung dịch NaOHvào Để bài toán đơn giản hơn, các em có thể chuyển bài toán trên thành một bài toán mới tương đươngnhư sau:

“Cho 250ml dung dịch NaOH 2M vào 100 ml dung dịch AlCl 3 aM thu được 10,92 gam kết tủa” Bài

toán này dễ hơn nhiều

- Khi cho dung dịch E tác dụng với dung dịch muối Al3+ thu được kết tủa Al(OH)3

Số mol OH- trong kết tủa là:

MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Cho 400 ml dung dịch Al(NO3)3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M Kết thúc phảnứng, thu được 15,6 gam kết tủa Giá trị lớn nhất của V là

B 0,69 gam hoặc 3,45 gam.

C 0,69 gam hoặc 3,68 gam.

D 0,69 gam hoặc 2,76 gam.

Bài 4: Cho 200 ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M, lượng kết tủathu được là 15,6 gam Giá trị lớn nhất của V là

Bài 10: Cho 2,7 gam bột Al vào dung dịch chứa 0,135 mol Cu(NO3)2 tới khi phản ứng hoàn toàn thuđược dung dịch X và chất rắn Y Cho V lít dung dịch NaOH 2M vào X thu được 4,68 gam kết tủa Giátrị tối thiểu của V là

Bài 12: Tiến hành lần lượt 2 thí nghiệm sau:

- Thí nghiệm 1: Trộn 100 ml dung dịch Al2(SO4)3 x mol/l với 120 ml dung dịch NaOH y mol/l Lọc lấykết tủa và nung đến hoàn toàn được 2,04 gam chất rắn

- Thí nghiệm 2: Trộn 100 ml dung dịch Al2(SO4)3 x mol/l với 200 ml dung dịch NaOH y mol/l Lọc lấykết tủa và nung đến khối lượng không đổi cũng thu được 2,04 gam chất rắn Giá trị của x và y lần lượt là

DẠNG 2: DUNG DỊCH MUỐI AlO 2 - TÁC DỤNG

VỚI DUNG DỊCH AXIT

Bài toán 1: Nếu bài cho dung dịch muối AlO 2 - tác dụng với dung dịch axit mạnh (HCl, H 2 SO 4 ) khi biết -

* Nếu a = b thì phản ứng chỉ tạo kết tủa, chỉ xảy ra phản ứng (1) và lượng kết tủa là max

* Nếu a > b có 2 trường hợp xảy ra:

-TH1: Phản ứng chỉ tạo kết tủa và AlO2- còn dư, chỉ xảy ra phản ứng (1)→Lượng H+ dùng là min

- TH2: Phản ứng tạo kết tủa ở (1) và kết tủa bị hòa tan một phần ở (2), xảy ra cả 2 phản ứng (1) và (2)

→Lượng H+ dùng là max

Xây dựng công thức ta có: n↓còn lại = a - (b-a)/3 = (4a - b)/3 = (4 +

2

n - n AlO- H )/3

VD1: Cho từ từ V lít dung dịch HCl 0,5M vào 200 ml dung dịch NaAlO2 1M thu được 11,7 g kết tủa.Giá trị của V là

n →Có 2 trường hợp có thể xảy ra:

- TH1: Phản ứng chỉ tạo kết tủa và AlO2- còn dư

AlO2- + H+ + H2O → Al(OH)3

0,15 0,15Vậy V = 0,3 lít

- TH2: Kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần, xảy ra 2 phản ứng sau:

AlO2- + H+ + H2O → Al(OH)3 (1) 0,2 0,2 0,2

Al(OH)3 + 3H+ →Al3+ + H2O (2) 0,05 0,15

→∑nH + = 0,35 mol

Hoặc có thể áp dụng công thức nhẩm nhanh: n↓cònlại = ( +

2

4n - n AlO- H ) /3

Vì bài yêu cầu tính lượng axit là tối đa nên xảy ra trường hợp kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần.

Hoặc có thể áp dụng công thức nhẩm nhanh:

n = 0,01 mol; n↓ = 0,005 mol; nOH- = 0,01 mol.

Ở bài toán này có thêm dung dịch NaOH thì đầu tiên sẽ xảy ra phản ứng H+ với OH-, sau đó khi OH- hết

sẽ phản ứng tiếp với ion AlO2- để tạo kết tủa

H+ + OH- →H2O 0,01 0,01

- Vì n↓ <

-2

AlO

n →Có 2 trường hợp có thể xảy ra:

- TH1: Phản ứng chỉ tạo kết tủa và AlO2- còn dư

AlO2- + H+ + H2O → Al(OH)3

0,005 0,005Vậy V = (0,005 + 0,01)/0,2 = 0,075 lít = 75 ml

- TH2: Kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần

Ap dụng công thức nhẩm nhanh: n↓còn lại = (4

-2

AlO

n - nH+)/3 → nH+ = 0,025 mol

* Nếu b < a thì kết tủa sinh ra ở (1) bị hòa tan một phần ở (2)

Công thức tính lượng kết tủa còn lại: n↓còn lại = (4

Vì n↓ < n nên kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần H

Hướng dẫn HS cách suy luận:- Ở bài toán này có thêm dung dịch KOH thì đầu tiên sẽ xảy ra phản ứng

H+ với OH-, sau đó khi OH- hết H+ sẽ phản ứng tiếp với ion AlO2- để tạo kết tủa

Tiếp theo: AlO2- + H+ + H2O → Al(OH)3 (2)

Có thể: Al(OH)3 + 3H+ →Al3+ + H2O (3)

Bài toán có thể xảy ra 2 trường hợp sau:

- TH1: Không xảy ra phản ứng (3), kết tủa không bị hòa tan.

→n = n H ↓ +n OH = 0,2 + n OH= 1 mol →n OH= 0,8 mol →m = 44,8 gam.

- TH2: Xảy ra phản ứng (3), kết tủa sinh ra ở (2) bị hòa tan một phần ở (3).

Dung dịch A chứa AlO2- Vì n↓ < n nên kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần H

Áp dụng công thức tính nhanh: n↓cònlại = (4

Bài toán 3: Nếu bài cho khí CO 2 tác dụng với dung dịch muối AlO 2 - thì phản ứng chỉ tạo kết tủa và kết tủa không bị hòa tan.

AlO2- + CO2 + 2H2O → Al(OH)3 + HCO3

-VD1: Hoà tan hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp gồm Al và Al4C3 vào dung dịch KOH dư, thu được a mol hỗnhợp khí và dung dịch X Sục khí CO2 dư vào dung dịch X, kết tủa thu được là 46,8 gam Giá trị của a là

Cách 2: Bài toán trên các em có thể giải nhanh hơn bằng cách kết hợp với bảo toàn nguyên tố.

Đặt số mol của Al4C3 và Al lần lượt là x và y

Dung dịch Y chứa NaAlO2

MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Cho 200 ml dung dịch X gồm NaAlO2 0,1M và Ba(OH)2 0,1M tác dụng với V ml dung dịch HCl2M thu được 0,78 gam kết tủa Giá trị lớn nhất của V là

Bài 2: Cho 100 ml dung dịch X chứa NaOH 0,1M và NaAlO2 0,3M Thêm từ từ V lít dung dịch HCl0,1M vào dung dịch X cho đến khi kết tủa bị tan một phần Lọc kết tủa còn lại đem nung đến khốilượng không đổi thu được 1,02 gam Giá trị của V là

Bài 4: Trộn 200ml dung dịch NaOH 1M với 100ml dung dịch HCl xM thu được dung dịch A Cho dung

dịch A vào 200ml dung dịch AlCl3 0,5M thu được 1,56 gam kết tủa Giá trị của x là

Bài 5: Cho 21gam hỗn hợp 2 kim loại K và Al hoà tan hoàn toàn trong nước được dung dịch X Thêm từ

từ dung dịch HCl 1M vào X, lúc đầu không thấy kết tủa, đến khi kết tủa hoàn toàn thì cần 400ml dungdịch HCl Khối lượng của K trong hỗn hợp là

Bài 6: Cho hỗn hợp gồm 20,4 gam Al2O3 và a gam Al tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu đượcdung dịch X Dẫn khí CO2 vào dung dịch X thu được kết tủa Y Lọc kết tủa nung đến khối lượng khôngđổi thu được 30,6 gam chất rắn Giá trị của a là

Bài 7: Hoà tan hoàn toàn 9,9 gam hỗn hợp gồm K và Al vào nước dư, thu được dung dịch Y và 6,72 lít

khí H2 (đktc) Sục CO2 dư vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

Bài 10: Cho V lít dung dịch NaOH 2M vào dung dịch chứa 0,1 mol Al2(SO4)3 và 0,1 mol H2SO4 đến khi phảnứng hoàn toàn, thu được 7,8 gam kết tủa Giá trị lớn nhất của V để thu được lượng kết tủa trên là

DẠNG 3: BÀI TOÁN VỀ PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM Trong số các dạng bài về kim loại Al và hợp chất thì “bài toán về phản ứng nhiệt nhôm” cũng là

dạng bài khá quan trọng, gặp nhiều trong các đề thi tuyển sinh đại học và cao đẳng Trước hết, các bạncần hiểu phản ứng nhiệt nhôm là “phản ứng của kim loại với một oxit kim loại”, phản ứng này tỏa nhiệtrất mạnh trong đó Al là chất khử Ví dụ một số phản ứng hay gặp là:

1 Nếu phản ứng nhiệt nhôm xảy ra hoàn toàn thì có 3 trường hợp xảy ra:

* TH1: Al, FexOy đều hết →sản phẩm gồm Fe, Al2O3

* TH2: Al hết, FexOy dư →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 và FexOy dư

* TH3: Al dư, FexOy hết →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 và Al dư

Để xác định sản phẩm tạo thành phải dựa vào các dữ kiện của bài toán:

- Nếu sản phẩm tạo thành tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí H2 thì xảy ra trường hợp 3, sảnphẩm gồm Fe, Al2O3 và Al dư (trường hợp này hay gặp nhiều nhất)

- Nếu sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm không giải phóng H2 thì có thể xảy ra trường hợp 1 hoặctrường hợp 2

2 Nếu phản ứng nhiệt nhôm không hoàn toàn (H < 100%) thì sản phẩm gồm: Fe, Al 2 O 3 , Al dư và

Fe x O y dư.

Lưu ý: khi giải các bài toán về phản ứng nhiệt nhôm thường sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo

toàn nguyên tố

VD1: Khử hoàn toàn 34,8 gam một oxit của sắt bằng lượng nhôm vừa đủ, thu được 45,6 gam chất rắn.

Công thức của sắt oxit là

2Al + Fe2O3

0

t

¾¾® Al2O3 + 2Fe (1) 0,1 0,1

Vì chất rắn tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng khí H2 nên chất rắn X gồm Al2O3, Fe và Al dư.2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 (2)

0,1 0,15

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (3)

0,1 0,2

Vậy V = 0,3 lít = 300 ml

VD3: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit sắt trong khí trơ, thu được

hỗn hợp rắn X Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch Y, chất không tan Z và 0,672lít khí H2 (đktc) Sục khí CO2 dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4,thu được dung dịch chứa 15,6 gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO2 (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhấtcủa H2SO4) Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

(Đề tuyển sinh khối A năm 2014) Bài giải

Hướng dẫn HS cách suy luận: Bài toán trên khá hay tổng hợp được nhiều nội dung kiến thức như phản

ứng nhiệt nhôm, CO2 tác dụng với dung dịch muối AlO2-, kim loại Fe tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng

Để giải được bài toán này các bạn cần phải nắm chắc lý thuyết, các quá trình chuyển hóa, phương trìnhhóa học

- Vì X tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng khí H2 nên X gồm Fe, Al2O3 và Al dư

- Khi cho chất rắn X tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được dung dịch Y gồm NaAlO2 và NaOH

dư Chất rắn Z còn lại là Fe

- Cho Z tác dụng với axit H2SO4 giải phóng khí SO2 nên các bạn dự đoán axit H2SO4 phải là axit đặc,nóng Bài lại cho cả khối lượng muối sunfat và thể tích khí SO2 nên dự đoán tiếp muối sunfat phải gồm 2loại muối là FeSO4 và Fe2(SO4)3

- Bài yêu cầu đi tìm m là khối lượng của 2 oxit sắt, suy luận phải đi tìm qua khối lượng của Fe và Otrong oxit

Ta có: nAl dư = 2/3 nH2= 0,02 mol

nAl ban đầu = n↓ = 0,1 mol → nAl pư = 0,08 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố:

nO(trong oxit sắt) = nO(trong Al2O3) = 3/2.0,08 = 0,12 mol

Áp dụng công thức tính số mol SO42- tạo muối:

Vì phản ứng nhiệt nhôm không hoàn toàn nên chất rắn sau phản ứng gồm Al2O3, Fe, Fe3O4 dư và Al dư.

2Al + 3H2SO4 →Al2(SO4)3 + 3H2 (2)

- Phần 1 tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), sinh ra 3,08 lít khí H2 (ở đktc)

- Phần 2 tác dụng với dung dịch NaOH (dư), sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở đktc) Giá trị của m là

Bài 3: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong đk không có không khí Sau khi phản ứng xảy

ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y,chất rắn Z và 3,36 lít khí H2 (ở đktc) Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa Giátrị của m là

Bài 4: Nung hỗn hợp X gồm Al và FexOy đến khi phản ứng hoàn toàn thu được chất rắn B Cho B tácdụng với dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch C, chất rắn D và 0,672 lít khí H2 (đktc) Sục CO2 dưvào C thu được 7,8 gam kết tủa Cho D tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được 2,688 lít khí

SO2 (đktc)

a) Nếu cho 200ml dung dịch HCl 1M tác dụng với C đến khi phản ứng kết thúc thu được 6,24 gam

kết tủa thì số gam NaOH ban đầu tối thiểu là

Bài 6: Nung hỗn hợp bột gồm Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có oxi), thu được hỗn hợp chất rắn

X Chia X thành 2 phần bằng nhau:

- Cho phần 1 vào dung dịch HCl (dư) thu được 7,84 lít khí H2 (đktc)

- Cho phần 2 vào dung dịch NaOH (dư) thu được 3,36 lít khí H2 (đktc)

Biết rằng các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Phần trăm khối lượng của Fe trong X là

Bài 7: Hỗn hợp X gồm 3,92 gam Fe, 16 gam Fe2O3 và m gam Al Nung X ở nhiệt độ cao trong điềukiện không có không khí, thu được hỗn hợp chất rắn Y Chia Y thành hai phần bằng nhau Phần mộttác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), thu được 4a mol khí H2 Phần hai phản ứng với dung dịchNaOH dư, thu được a mol khí H2 Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

Bài 8: Nung hỗn hợp gồm 0,12 mol Al và 0,04 mol Fe3O4 một thời gian, thu được hỗn hợp rắn X Hoàtan hoàn toàn X trong dung dịch HCl dư, thu được 0,15 mol khí H2 và m gam muối Giá trị của m là

A 32,58 B 33,39 C 31,97 D 34,10.

(Đại học khối B năm 2014)

VD: Rót 100 ml dung dịch NaOH 3,5M vào 100 ml dung dịch AlCl3 1M thu được m gam kết tủa.Tính m?

Học sinh thường giải theo cách sau:

Ta có: nNaOH = 0,35 mol, n AlCl3= 0,1 mol

AlCl3 + 3 NaOH  Al(OH)3 + 3 NaClBan đầu: 0,1 0,35

Phản ứng: 0,1  0,3 0,1 0,3

Sau phản ứng: 0 0,05 0,1 0,3

Vì NaOH còn dư nên có tiếp phản ứng:

Al(OH)3 + NaOH  Na[Al(OH)4] Ban đầu: 0,1 0,05

- Phương pháp giải trên không mang lại hiệu quả cao cho dạng bài toán này

- Với cách giải trên, nếu học sinh không viết đúng PTHH, cân bằng không đúng có thể dẫn đến sai kết quả Nếu học sinh biết áp dụng giải bài toán này theo phương pháp giải nhanh thì đỡ mất nhiều thời gian hơn

so với cách giải trên:

* Cách giải nhanh bài toán (Vận dụng tỉ lệ T)

-= = 3,5  Tạo hỗn hợp Al(OH)3: x mol

Với thực trạng như vậy, để công tác giảng dạy đạt hiệu quả cao đáp ứng xu hướng đổi mới của giáo dụctrong thời đại đổi mới Để thuận lợi cho việc hướng dẫn học sinh, tôi đã tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu

về các phương pháp giải nhanh bài tập hoá học và thực tế tình hình học tập của học sinh trường THPT Chiêm

Thành Tấn Tôi mạnh dạn áp dụng đổi mới trong một số giờ dạy tự chọn, ôn thi tốt nghiệp, ôn thi Đại học vớichuyên đề: “Hướng dẫn học sinh giải nhanh một số dạng toán hóa học về Nhôm và hợp chất của Nhôm ,, ởcác lớp tôi giảng dạy, dựa vào các phương pháp từ các sách tham khảo và kinh nghiệm giảng dạy của bảnthân nhằm đáp ứng một phần nhỏ yêu cầu trong dạy và học Hóa học ở nhà trường hiện nay và đặc biệt trong

kì thi THPT Quốc Gia sắp tới

B MỘT SỐ DẠNG TOÁN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH VỀ NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Hay khi nung nóng kết tủa Al(OH)3 : 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O (5)

* Phương pháp giải nhanh :

+ Với dạng toán cho dung dịch chứa ion Al3+ khi cho tác dụng dung dịch kiềm, đề cho biết

lượng kết tủa, xác định lượng kiềm có 2 trường hợp ( học sinh chỉ cần nhớ 2 biểu thức dưới đây) :

* Một số chú ý khi giải bài tập:

+ Nếu dung dịch X chứa ion Al3+ và ion H+ thì khi cho dung dịch kiềm ( chứa ion OH- ) vào

X sẽ có 2 trường hợp sau:

Tùy thuộc vào đặc điểm đề bài cho mà các em cần nhận dạng đặc điểm bài toán và vận dụng các

cách giải bài tập cho hợp lí

a) Bài toán thuận:

Đặc điểm của bài toán: Cho biết số mol của Al3+ và OH-, yêu cầu tính lượng kết tủa

3

OH

Al

n T n

+

3

OH Al

n T n

-+

Trường hợp 1: n OH(nhỏ nhất ) cần lấy = 3 n↓ (*)Trường hợp 2: n OH(lớn nhất ) = 4n Al3 - n↓ (**)

Trường hợp 1: n OH(nhỏ nhất ) cần lấy = 3 n↓ + n H (***)

Trường hợp 2: n OH(lớn nhất ) = n + 4 H n Al3  - n↓ (****)

3

OH Al

n T n

+

-=

+

-= +) Nếu T ≤ 3: Chỉ xảy ra (1) và chỉ tạo Al(OH)3  (Al3+ dư nếu T < 3)

-= = 4,5 > 4  Tạo [Al(OH)4]- và OH- dư

0, 45 0,1» M+

CM(KOH) = 0,1 0,18

0, 45 0,1» M+

VD 2: Dung dịch A chứa 16,8g NaOH cho tác dụng với dung dịch chứa 8g Fe2(SO4)3 Thêm tiếp vào đó13,68g Al2(SO4)3 thu được 500ml dung dịch B và m gam kết tủa Tính CM các chất trong B và m?

Hướng dẫn giải:Theo đề: + nNaOH = 0,42 mol;

-= = 3,75  tạo hỗn hợp Al(OH)3 : x mol

và [Al(OH)4 ]-: y mol

Ta có hệ: x + y = 0,08 x = 0,02

3x + 4y = 0,3  y = 0,06

Vậy khối lượng kết tủa là: m = 1,56g

Dung dịch B gồm Na[Al(OH)4 ]: 0,06 mol

Na2SO4: (0,42 – 0,06)/2 = 0,18 mol

 CM (Na[Al(OH)4 ]) = 0,12M; CM (Na2SO4]) = 0,36M

b) Bài toán ngược:

Đặc điểm của bài toán: : Biết số mol của 1 tong 2 chất tham gia phản ứng và số mol kết tủa Yêu cầu

tính số mol của chất tham gia phản ứng còn lại

*Kiểu 1: Biết số mol Al(OH)3, số mol Al3+ Tính lượng OH-

Cách giải nhanh: So sánh số mol Al(OH)3 với số mol Al3+ , tùy trường hợp mà có thể có các trườnghợp sau:

 Nếu số mol Al(OH)3 = số mol Al3+: cả 2 chất phản ứng vừa đủ với nhau tạo Al(OH)3 Khi đó:

Số mol Al(OH)3 = 0,02 mol < số mol Al3+ nên có 2 trường hợp xảy ra

+TH1: Al3+ dư  Chỉ tạo Al(OH)3 nên số mol OH- = 3 0,02 = 0,06 mol

Số mol Al(OH)3 = 0,3 mol < số mol Al3+ nên có 2 trường hợp xảy ra

+TH1: Al3+ dư  Chỉ tạo Al(OH)3 nên số mol OH- = 3 0,3 = 0,9 mol

 V(dd NaOH) = 2,25 lít = Vmin

+TH2: Al3+ hết  tạo Al(OH)3: 0,3 mol

[Al(OH)4 ]-: 0,34 – 0,3 = 0,04 mol

 Số mol OH- = 3 0,3 + 4 0,04 = 1,06 mol

 V(dd NaOH) = 2,65 lít = Vmax

*Kiểu 2: Biết số mol OH-, số mol kết tủa Al(OH)3 Tính số mol Al3+

Cách làm: So sánh số mol OH- của bài cho với số mol OH- trong kết tủa

+Nếu số mol OH- của bài cho lớn hơn số mol OH- trong kết tủa thì đã có hiện tượng hoà tan kết tủa

Sản phẩm của bài có Al(OH)3 và [Al(OH)4 ]

-3 4

3 4

( ) [ ( ) ]

3 4

TN1: a mol Al3+ tác dụng với b mol OH- tạo x mol kết tủa

TN2: a mol Al3+ tác dụng với 3b mol OH- tạo x mol kết tủa hoặc 2x mol kết tủa

( ) ( 2) ( 2)

( ) ( 2) [ ( ) ]

3 4

Số mol OH- = 0,9 mol  Tạo Al(OH)3: 0,2 mol

[Al(OH)4 ]-: 0,075 mol

 å nAl3 + =0,2 + 0,075 = 0,275 mol

Số mol Al2(SO4)3 = 0,1375 mol = a

* Một số bài tập tự luyện:

Câu 1: (Trích đề thi ĐH KA năm 2009)

Cho 100 ml dung dịch Ba(OH)2 phản ứng với 200ml dung dịch Al(NO3)3 0,2 M thu được 2,34 g kết tủa.Nồng độ của dung dịch Ba(OH)2 ban đầu là:

A 0,45M hoặc 0,5M B 0,65M hoặc 0,4M

C 0,45M hoặc 0,65M D 0,3M hoặc 0,6M

Câu2: (Trích đề thi ĐH KA năm 2009)

Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5 M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M , thu được 15,6 gam kết tủa.Giá trị lớn nhất của V là

A 1,2 B 1,8 C 2,4 D 2,0

Câu3: ( Trích đề thi ĐH KB năm 2010)

Cho 150ml dung dịch KOH 1,2 M tác dụng với 100ml dung dịch AlCl3 nồng độ x mol/lít thu được dungdịch Y và 4,68 gam kết tủa, thêm tiếp 175 ml dung dịch KOH 1,2 M vào Y , thu được 2,34 gam kết tủa Giátrị của x là

A 1,2 B 0,8 C.0,9 D.1,0

Câu 4: Hòa tan 21 gam hỗn hợp gồm Al và Al2O3 bằng HCl được dung dịch A và 13,44 lít H2(ở đktc) Thêm

V lit dung dich NaOH 0,5M vào dung dich A thu đươc 31,2 gam kết tủa Giá tri của V là ?

Câu 7: Thêm m gam kali vào 300 ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1M thu được dung dịch

X Cho từ từ dung dịch X vào 200 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M thu được kết tủa Y Để thu được lượng kết

* Phương pháp giải nhanh :

+ Từ (1) để có lượng kết tủa tối đa thì

số mol ion [Al(OH)4]= số mol ion H+ = số mol Al(OH)3

+ Từ (2) nếu n = 4 H 

] ) ( [Al OH 4

* Một số chú ý khi giải bài tập:

+ ion [Al(OH)4] không phản ứng với ion OH

-+ Nếu dùng CO2 dư tác dụng với dung dịch chứa ion [Al(OH)4] thì chỉ tạo ra kết tủa Al(OH)3

tương tự phản ứng (1) mà không xảy ra phản ứng (2)

Ta có các phương trình phản ứng hoá học sau:

Al(OH)3 + OH -→ [Al(OH)4] (1)

H+ + OH- → H2O (2)

[Al(OH)4] + H+ → Al(OH)3 + H2O (3)

Từ (1), ta có: Số mol [Al(OH)4] = n↓ = 0,05 mol

nNaOH dư = n OH = 0,15 – 0,05 = 0,1 mol

Ta có các phương trình phản ứng hoá học sau:

Ví dụ4: Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp K2O, Al2O3 vào nước được dung dịch A chỉ chứa một chất tan duy nhất Cho từ từ 275ml dung dich HCl 2M vào dung dich A thấy tạo ra 11,7 gam kết tủa Giá tri của mlà

Dung dịch chứa một chất tan duy nhất là KAlO2 hay K[Al(OH)4] Vậy KOH phản ứng vừa đủ với Al2O3

Gọi x là số mol Al2O3 ban đầu, ta có:

A 0,5 lit B 0,6 lit C 0,7 lít D 0,8 lít

Hướng dẫn giải:

+ n↓ =

102

02,1

2

= 0,02 mol;

nNaOH = 0,1.0,1 = 0,01 mol; số mol AlO2- = 0,3 0,1 = 0,03 mol

Ta có các phương trình phản ứng hoá học sau:

07,0

= 0,7 lít Ta chọn đáp án C

* Một số bài tập tự luyện:

Câu 1:(Trích đề ĐH KA -2008)Cho V lít dung dịch NaOH 2M vào dung dịch chứa 0,1 mol Al2(SO4)3 và 0,1 mol

H2SO4 đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 7,8 gam kết tủa Giá trị lớn nhất của V để thu được lượng kết tủa trên là A.0,45 B 0,35 C 0,25 D 0,05

Câu 2: (Trích đề ĐH KA -2008)Hoà tan hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp gồm Al và Al4C3 vào dung dịch KOH (dư), thu được a mol hỗn hợp khí và dung dịch X Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch X, lượng kết tủa thu được là 46,8 gam Giá trị của a là

Câu 5: 100 ml ddA chứa NaOH 0,1M và NaAlO2 0,3M Thêm từ từ HCl 0,1M vào dung dịch A cho đến khikết tủa tan trở lại một phần,lọc kết tủa ,nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được 1,02g chấtrắn Thể tích dung dịch HCl đã dùng là:

3/.Dạng 3.BÀI TOÁN VỀ NHÔM TÁC DỤNG VỚI OXIT KIM LOẠI (PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM)

*

Định hướng phương pháp giải chung: Phản ứng nhiệt nhôm: Al + oxit kim loại oxit nhôm + kim loại

(Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y) +Thường gặp: 2Al + Fe2O3

Al2O3 + 2Fe 2yAl + 3FexOy Al2O3 + 3xFe

(6x – 4y)Al + 3xFe2O3 6FexOy + (3x – 2y)Al2O3

- Phương pháp chung để giải là dùng phương pháp bảo toàn electron hoặc bảo toàn nguyên tố hoặc bảo toàn khối lượng để giải

+ Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX = mhhY

+ Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nAl (X) =

nAl (Y) ; nFe (X) = nFe (Y) ; nO (X) = nO (Y)

* Chú ý : - Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của hỗn hợp Y tạo thành để biện luận

Ví dụ:

+ Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại → Al dư ; oxit kim loại hết

+ Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) giải phóng H2 → có Al dư

- Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng hỗn hợp Y chứa (Al2O3 + Fe) hoặc (Al2O3 + Fe + Al dư) hoặc (Al2O3 + Fe + oxit kim loại dư)

- Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al2O3, Fe, Al dư và Fe2O3 dư

* Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứngxảy ra hoàn toàn , thu được hỗn hợp rắn Y Chia Y thành hai phần bằng nhau:

Phần 1: tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư) sinh ra 3,08 lít khí H2 (ở đktc)

Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH (dư) sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở đktc) Giá trị của m là:

A.22,75gam B.21,40gam C.29,40gam D 29,43 gam

0,75 3y

2x

Giải hệ phương trình đại số ta được: x = 0,1; y = 0,025

- Theo ĐLBT nguyên tố đối với O và Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = 

2

Fe

n

= 0,05 mol

- Theo đlbt khối lượng: m = (0,05.102 + 0,1.56 + 0,025.27).2 = 22,75 gam → đáp án A

Ví dụ 2: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong điều kiện không có không khí Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung

dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H2 (ở đktc) Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa

Giá trị của m là: A 45,6 gam B 57,0 gam C 48,3 gam D 36,7 gam

Hướng dẫn: + nH2 = 0,15 mol ; nAl(OH)3 = 0,5 mol

Từ đề ta suy ra thành phần hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al2O3 (x mol) và Al dư (y mol)

Các phản ứng xảy ra là: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]

CO2 + Na[Al(OH)4] → Al(OH)3 + NaHCO3

- Theo đlbt nguyên tố đối với Al: 2x + y = 0,5 → x = 0,2 mol

- Theo đlbt nguyên tố đối với O: nO(Fe3O4) = nO(Al2O3)

→ nFe3O4 = (0,2:4) x 3 = 0,15mol

- Theo đlbt nguyên tố đối với Fe: nFe = 3nFe3O4 = 3.0,15 = 0,45 mol

- Theo đlbt khối lượng: m = 0,45.56 + 0,2.102 + 0,1.27 = 48,3 gam → đáp án C

Ví dụ 3: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và một oxit sắt FexOy (trong điều kiện không

có không khí) thu được 92,35 gam chất rắn Y Hòa tan Y trong dung dịch NaOH (dư) thấy có 8,4 lít khí

H2 (ở đktc) thoát ra và còn lại phần không tan Z Hòa tan 1/2 lượng Z bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư)thấy có 13,44 lít khí SO2 (ở đktc) thoát ra Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Khối lượng Al2O3 trong Y

và công thức oxit sắt lần lượt là:

A 40,8 gam và Fe3O4 B 45,9 gam và Fe2O3 C 40,8 gam và Fe 2 O 3 D 45,9 gam và Fe3O4

Hướng dẫn: + nH2 = 0,375 mol ; + nSO2(cả Z) = 2.0,6 = 1,2 mol

- Từ đề suy ra thành phần chất rắn Y gồm: Fe, Al2O3, Al dư và phần không tan Z là Fe

+ nH2 = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol

+ nSO2 = 1,2 mol → nFe =1, 2.2

3 =0,8 mol+ mAl2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1) → nAl2O3 = 0,4 mol

Theo đlbt nguyên tố đối với O → nO(FexOy) = 0,4.3 = 1,2 mol

Ta có: x

y =

Fe O

số mol H2SO4 đã phản ứng là: A 75 % và 0,54 mol B 80 % và 0,52 mol

C 75 % và 0,52 mol D 80 % và 0,54 mol

Hướng dẫn: nAl = 0,2 mol ; nFe3O4 = 0,075 mol ; nH2 = 0,24 mol

- Phản ứng xảy ra không hoàn toàn: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe

x → 8

3 x 0,5 x

9

8 x (mol)

H SO pu

n = = mol (2) - Từ (1) và (2) → đáp án D

Câu 1.Trộn hỗn hợp bột Al với bột Fe2O3 dư Khơi mào phản ứng của hỗn hợp ở nhiệt độ cao trong môi

trường không có không khí Sau khi kết thúc phản ứng cho những chất còn lại tác dụng với dung dịch HCl (dư) thu được 2,24 lít khí hidro (đktc).Số gam bột nhôm có trong hỗn hợp đầu là:

A 0,27 gam B 2,7 gam C 0,027 gam D 5,4 gam

Câu 2 Đốt nóng một hỗn hợp X gồm bột Fe2O3 và bột Al trong môi trường không có không khí Những

chất rắn còn lại sau phản ứng, nếu cho tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,3 mol H2; nếu cho tácdụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H2 Hỏi số mol Al trong X là bao nhiêu?

A 0,3 mol B 0,6 mol C 0,4 mol D 0,25 mol

Câu 3 Cho 8,1 gam bột Al trộn với 16 gam Fe2O3 thu được hỗn hợp A Nung nóng hỗn hợp A đến hoàn toàntrong điều kiện không có oxi thu được hỗn hợp B Cho B vào dung dịch HCl dư, thể tích H2 thoát ra (đktc) là:

A 6,72 lít B 7,84 lít C 4,48 lít D 5,6 lít

Câu 4.(Trích đề tuyển sinh ĐH-CĐ khối B-2011) Thực hiện các phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm m gam

Al và 4,56 gam Cr2O3 (trong điều kiện không có O2), sau khi phản ứng kết thúc, thu được hỗn hợp X Cho toàn bộ X vào một lượng dư dung dịch HCl (loãng, nóng), sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 2,016 lít H2 (đktc) Còn nếu cho toàn bộ X vào một lượng dư dung dịch NaOH (đặc, nóng), sau khi phản ứng kết thúc thì số mol NaOH đã phản ứng là: A 0,06 mol B 0,14 mol C 0,08 mol D 0,16 mol

Câu 5.(Trích đề tuyển sinh ĐH-CĐ khối B-2012) Nung nóng 46,6 gam hỗn hợp gồm Al và Cr2O3 (trong điều kiệnkhông có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Chia hỗn hợp thu được sau phản ứng thành hai phần bằng nhau Phần một phản ứng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH 1M (loãng) Để hòa tan hết phần hai cần vừa đủ dung dịch chứa a mol HCl Giá trị của a là: A 0,9 B 1,3 C 0,5 D 1,5

Câu 6.(Trích đề tuyển sinh ĐH-CĐ khối A-2012) Hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3 Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm X (không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp gồm: A Al, Fe, Fe3O4 và Al2O3 B Al2O3, Fe và Fe3O4 C Al2O3 và Fe D Al, Fe và Al2O3 Đáp án:

Trước hết: M (kim loại kiềm) + H2O  MOH + ½ H2

Sau đó: Al + MOH + H2O  MAlO2 + 3/2 H2

Từ số mol của M cũng là số mol của MOH và số mol của Al ta biện luận để biết Al tan hết hay chưa.+Nếu nM = nMOH ≥ nAl  Al tan hết

+Nếu nM = nMOH < nAl  Al chỉ tan một phần

+Nếu chưa biết số mol của M và của Al, lại không có dữ kiện nào để khẳng định Al ta hết hay chưathì phải xét hai trường hợp: dư MOH nên Al tan hết hoặc thiếu MOH nên Al chỉ tan một phần Đối với mỗitrường hợp ta lập hệ phương trình đại số để giải

Chú ý: Nếu bài cho hỗn hợp Al và Ca hoặc Ba thì quy về hỗn hợp kim loại kiềm và Al bằng cách: 1Ca

Û 2Na và 1Ba Û 2Na rồi xét các trường hợp như trên, để giải bài toán ngắn gọn hơn

Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Hoà tan hỗn hợp X gồm Na và Al vào nước dư thu được V lít khí Cũng hoà tan m gam hỗn hợp

X trên vào dung dịch NaOH dư thì thu được 7

4V lít khí Tính %(m) mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.

Hướng dẫn giải

Khi hoà tan hỗn hợp X vào dung dịch NaOH dư được thể tích khí lớn hơn khi hoà tan vào nước nênkhi hoà tan vào nước Al còn dư

Đặt V = 4 22,4 lít

Số mol của Na là x mol; của Al là y mol

Khi hoà tan vào nước: 2Na  H2 2Al  3H2

Hỗn hợp X gồm Na và Al Cho m gam X vào một lượng dư nước thì thoát ra V lít khí Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH (dư) thì được 1,75V lít khí Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong

X là (biết các thể tích khí đo trong cùng điều kiện)

5 48 , 4 27 48 , 4 23

% 100 48 , 4 23 )

( 27

x x

x

*Một số bài tập tự luyện:

Câu 1:(Trích đề thi ĐHKA 2011) Chia hỗn hợp X gồm K, Al và Fe thành hai phần bằng nhau.

- Cho phần 1 vào dung dịch KOH (dư) thu được 0,784 lít khí H2 (đktc)

- Cho phần 2 vào một lượng dư H2O, thu được 0,448 lít khí H2 (đktc) và m gam hỗn hợp kim loại Y Hòatan hoàn toàn Y vào dung dịch HCl (dư) thu được 0,56 lít khí H2 (đktc)

Khối lượng (tính theo gam) của K, Al, Fe trong mỗi phần hỗn hợp X lần lượt là:

A 0,39; 0,54; 1,40 B 0,78; 0,54; 1,12 C 0,39; 0,54; 0,56 D 0,78; 1,08; 0,56

Câu 2:(Trích đề thi ĐHKA 2013) Hỗn hợp X gồm Ba và Al Cho m gam X vào nước dư, sau khi các phản

ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 8,96 lít khí H2 (đktc) Mặt khác, hòa tan hoàn toàn m gam X bằng dung dịchNaOH, thu được 15,68 lít khí H2 (đktc) Giá trị của m là

Câu 3:(Trích đề thi ĐHKA 2013) Hỗn hợp X gồm Na, Ba, Na2O và BaO Hòa tan hoàn toàn 21,9 gam Xvào nước, thu được 1,12 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y, trong đó có 20,52 gam Ba(OH)2 Hấp thụ hoàn toàn6,72 lít khí CO2 (đktc) vào Y, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

Câu 4: Một hỗn hợp gồm Na, Al có tỷ lệ số mol là 1: 2 Cho hỗn hợp này vào nước Sau khi kết thúc phản

ứng thu được 8,96 lít H2(đktc) và chất rắn không tan Khối lượng chất rắn là:

Câu 5: Cho hỗn hợp X gồm 2 kim loại kiềm và 1 kim loại kiềm thổ tan hết vào nước dư thu được V lít H2

(đktc) và dd A Thêm 0,2 mol Al2(SO4)3 vào dd A thì được 0,3 mol Al(OH)3 Tính V?

C 10,08 lít hoặc 14,56 lít D.14,56 lít hoặc 10,80 lit

Câu 6:Cho m gam hỗn hợp X gồm Al và Na vào H2O thu được 500 ml dd Y chứa 2 chất tan có nồng độ đềubằng 0,5M Giá trị của m là:

Đáp án:

Câu 1 2 3 4 5 6

CHUYÊN ĐỀ PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM

II- GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1/ Cơ sơ lý thuyết của đề tài

+ 2yAl + 3FexOy t0 Al2O3 + 3xFe

+ (6x – 4y)Al + 3xFe2O3 t0 6FexOy + (3x – 2y)Al2O3

+ 2Al + Cr2O3 t0 Al2O3 + 2Cr

+ 3Al + 3CuO t0 Al2O3 + 3Cu

- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của hỗn hợp Y tạo thành để biện luận Ví dụ:

+ Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại → Al dư ; oxit kim loại hết

+ Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) giải phóng H2 → có Al dư

+ Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng hỗn hợp Y chứa (Al2O3 + Fe)hoặc (Al2O3 + Fe + Al dư) hoặc (Al2O3 + Fe + oxit kim loại dư)

- Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al2O3, Fe, Al dư và Fe2O3 dư

- Thường sử dụng:

+ Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX = mhhY

+ Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nAl (X) = nAl (Y) ;

nFe (X) = nFe (Y) ; nO (X) = nO (Y)

+ Địnhluật bảotoàn electron cho nhiều quá trình

1.2 Bài tập tổng quát

1.2.1 Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn: Thường do không biết số mol Al và Fe2O3 là bao nhiêu nên phải xét

đủ 3 trường hợp rồi tìm nghiệm hợp lí:

a) Trường hợp 1: Al và Fe2O3 dùng vừa đủ: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

a → 2a → 2a → a

=> Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: a mol; Al2O3: 2a mol

b) Trường hợp 2: Al dùng dư: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

=> Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: 2x mol; Al2O3: x mol; Fe2O3 dư: (b - x)mol; Al dư: (a - 2x)mol

Chú ý: Nếu đề yêu cầu tính hiệu suất phản ứng ta giải trường hợp phản ứng xảy ra không hoàn toàn

2 Các dạng bài toán trong phản ứng nhiệt nhôm

2.1 Dạng 1: Bài toán có hiệu suất phản ứng không hoàn toàn trong phản ứng nhiệt nhôm

* Phương pháp giải chung

Phản ứng: 2Al + Fe2O3 t0 Al2O3 + 2Fe

- Hiệu suất phản ứng H = %Alphản ứng hoặc = % Fe2O3 phản ứng

- hỗn hợp X sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe2O3 thường được cho vào

+ Tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) tạo khí H2

Fe + 2H+  Fe2+ + H2 (1)

2Al + 6H+  2Al3+ + 3H2 (2)

=> nH2 = nFe + 3

2nAldư + Nếuhỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 thì ta áp dụng bảo toàn electron

+ Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH thì Al và Al2O3 bị phản ứng

2Al dư + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H2

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4]

Ví Dụ 1: (ĐH-B-2010) Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhômtrong điều kiện không có không khí Hòa tan hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 loãng dư thuđược 10,752 lít H2(đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm? (giả sử Fe3O4 chỉ bị khử thành Fe)

Phân tích

- Với bài tính hiệu suất như bài này HS thường không biết tính hiệu suất theo Al hay Fe3O4 thực tế ở bài này

đã biết số mol của Al và Fe3O4 ta cần so sánh tỉ lệ mol các chất để xác định xem hiệu suất của phản ứng tínhtheo chất nào

- Vì là bài tính hiệu suất nên hỗn hợp A sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe3O4 cho vào dung dịch axit(HCl, H2SO4 loãng) tạo khí H2

Theo bài ra ta có nAl = 0,4 mol, n Fe3O4 = 0,15 mol

=> hiệu suất H = %Fe3O4 phản ứng

Phản ứng: 8Al + 3Fe3O4t0 4Al2O3 + 9Fe

Ban đầu (mol) 0,4 0,15

A 100% B 90,9% C 83,3% D 70%

Phân tích

-Tương tự với ví dụ 1 hỗn hợp rắn sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe3O4 khi cho vào dung dịch kiềmthì Al và Al2O3 tham gia phản ứng nhưng chỉ có Al là tạo ra khí H2 ta có thể tính được số mol Al dư từ đótính ra Al phản ứng và có thể tính ra được hiệu suất của phản ứng

Hướng dẫn giải:

Theo bài ra nAl = 0,24 mol, nFe2O3 = 0,11 mol

=> hiệu suất của phản ứng tính theo tính theo Fe2O3

Phản ứng: 2H+ + O2- (trong oxit)  H2O

2H+ -> H2

Dựa vào các định luật BTNT Oxi và hidro để tính số mol HCl

BTKL tính khối lượng muối gồm kim loại và Cl

-Hướng dẫn giải:

Sơ đồ phản ứng:

Al + Fe3O4 -> hỗn hợp X: Al2O3, Fe3O4, FeO, Fe, Al dư

Hỗn hợp X gồm các oxit và kim loại

BTNT oxi n O (trong X) = n O (Fe3O4) = 0,04 4 = 0,16 mol

-=> m Muối = 0,12 27 + 0,04 3 56 + 0,62 35.5 = 31,97 gam Đáp án: C 31,97 gam

Ví Dụ 4: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thuđược hỗn hợp A Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khửduy nhất) ở đktc Giá trị của V là

A 0,224 lít B 0,672 lít C 2,24 lít D 6,72 lít

Phân tích

- Phản ứng nhiệt nhôm chưa biết là hoàn toàn hay không hoàn toàn do đó hỗn hợp A không xác định đượcchính xác gồm những chất nào nên việc viết phương trình hóa học và cân bằng phương trình phức tạp Khihòa tan hoàn toàn hỗn hợp A trong axit HNO3 thì Al0 tạo thành Al+3, nguyên tử Fe và Cu được bảo toàn hóatrị

Hướng dẫn giải

Sơ đồ phản ứng:

Al + (Fe2O3, CuO) -> hỗn hợp A ¾¾¾® (Al+HNO3 3+, Fe3+, Cu2+) + NO + H2O

Theo sơ đồ phản ứng chỉ có Al và N trong HNO3 tham gia vào quá trình trao đổi electron, Fe3+

và Cu2+ điện tịch được bảo toàn trong cả quá trình phản ứng

2.2 Dạng 2: Bài toán nhiệt nhôm với hiệu suất H = 100%

* Phương pháp giải chung

- Bước 1: Cần xác định được Al dư hay oxit kim loại dư, trường hợp nếu cho khối lượng hỗn hợp cần xét các

- Bước 3: Tính toán theo yêu cầu của bài toán

Ví dụ 1: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy

ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn Y Chia Y thành hai phần bằng nhau: Phần 1: tác dụng với dung dịch

H2SO4 loãng dư sinh ra 3,08 lít khí H2 (ở đktc) Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH dư sinh ra 0,84 lít khí

- Gọi nFe = x mol ; nAl dư = y mol có trong 1/2 hỗn hợp Y

- Từ đề ta có hệ phương trình: 2Al + Fe2O3 t0 Al2O3 + 2Fe

- Theo đlbt nguyên tố đối với O và Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = 0,05 mol

- Theo đlbt khối lượng: m = (0,05 102 + 0,1 56 + 0,025 27) 2 = 22,75 gam

Đáp án A

Ví dụ 2: Lấy 26,8 g hh gồm Al và Fe2O3 thực hiện hoàn toàn phản ứng nhiệt nhôm, thu được chất rắn, chochất rắn này hòa tan hoàn toàn trong dd HCl dư thấy thoát ra 11,2 lít khí H2 (đo ở đktc) Hãy xác định thànhphần % các chất trong hỗn hợp ban đầu

=> 27x + 160y = 26,8

Sơ đồ pứ: Al + Fe2O3  hh(Al2O3, Fe, Al dư) ¾¾¾+HCl® Al3+, Fe2+ + H2

Bte ta có: 3x - 2y = 1=> x = 0,4 mol, y = 0,1 mol

- khối lượng: %Al = 40,3%

% Fe2O3 = 59,7% Đáp án: D

Nhận xét: - Với bài này không cần xét trường hợp Al và Fe2O3 vừa đủ

- Ta không nên gọi số mol Al phản ứng và Al dư bài toàn phức tạp hơn

Ví dụ 3: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong điều kiện không có không khí Sau khi phản ứngxảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y,chất rắn Z và 3,36 lít khí H2 (ở đktc) Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa Giá trị của

8Al + 3Fe3O4 -> 4Al2O3 + 9 Fe

2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O -> 2Na[Al(OH)4]

CO2 + Na[Al(OH)4] -> Al(OH)3 + NaHCO3

- nH2 = 0,15 mol, nAl(OH)3 = 0,5 mol

Theo bảo toàn nguyên tố Al ta có nAl bđ = n Al(OH)3 = 0,5 mol

nAl dư = 2

3nH2 = 0,1 mol => nAl pư (1) = 0,5 – 0,1 = 0,4mol

Theo Pt (1) nFe3O4 = 3

8 nAl = 0,15 mol

Vậy khối lượng m = 27 0,5 + 232 0,15 = 48,3 gam Đáp án: C

Ví dụ 4: ĐH Khối A-2008 Nung hỗn hợp gồm 15,2 gam Cr2O3 (Cr = 52) và m gam Al Sau phản ứng hoàntoàn, được 23,3 gam hỗn hợp rắn X Cho toàn bộ X phản ứng với axit HCl dư thoát ra V lít H2 (đktc) Giá trịcủa V là

Nhận xét: Ở bài này để giải nhanh ta có thể sử dụng bảo toàn electron để tính toán: BTe: 3nAl = 2nCr2O3 +

A 0,1233 B 0,2466 C 0,0022 ≤ x ≤ 0,2466 D 0,3699

Hướng dẫn giải:

Pư: 2Al + Fe2O3 -> Al2O3 + 2Fe (1)

Ta có: nFe = 0,01 mol, nFe2O3 = 0,1 mol, nAl = x mol

Vì D + NaOH tạo khí H2 => Al dư

Hỗn hợp rắn sau phản ứng gồm: nAl pư = 0,2 mol, nAl dư = (x – 0,2) mol,

Từ (I), (II) V = 6,272 lít x = 0,24666 mol Đáp án B

Ví dụ 6: Cho hỗn hợp A gồm Al và một oxit sắt Chia hỗn hợp A thành 2 phần bằng nhau

Phần 1: cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng thu được 6,72 (l) khí (đktc)

Phần 2: Phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn, thu được hỗn hợp B, cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thuđược 1,344 lít khí (đktc) sau đó cho tiếp dung dịch H2SO4 loãng, dư được 4,032 lít H2 (đktc) Công thức củaoxit sắt là:

A Fe2O3 B FeO C Fe3O4 D Không xác định được

-Phần rắn còn lại là Fe tác dụng với H2SO4

=> nFe = nH2 = 0,18 mol

=> FexOy: tỉ lệ: x : y = 0,18 : 0,24 = 3 : 4

Vậy công thức oxit sắt là Fe3O4 Đáp án: C

Ví dụ 7: Một hỗn hợp M gồm Fe3O4, CuO và Al có khối lượng 5,54 gam Sau khi thực hiện phản ứng nhiệtnhôm xong (hiệu suất 100%) thu được chất rắn A giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử oxit thành kim loại Nếuhòa tan A trong dung dịch HCl thì lượng H2 sinh ra tối đa là 1,344 lít khí (đktc) Nếu hòa tan A trong dungdịch NaOH dư thì sau phản ứng xong còn lại 2,96 gam chất rắn

Tính % khối lượng các chất trong A

Hướng dẫn giải:

Pư: 8Al + 3Fe3O4  4Al2O3 + 9Fe (1)

2Al + 3CuO  Al2O3 + 3Cu (2)

Trường hợp 1: Nếu hỗn hợp A không có Al => A + HCl

Fe -> H2

0,06 mol 0,06

=> Bảo toàn nguyên tố sắt ta có: nFe3O4 = 0,02 mol => mFe3O4 = 4,64 gam

Và mAl = 1,44 gam => mFe3O4 + mAl = 6,08 gam > mM = 5,54 gam vô lí

Vậy Al dư, Fe2O3 và CuO hết

Xét trường hợp 2: Al dư => Fe3O4 và CuO hết

Chất rắn gồm Fe, Cu: 56x + 64y = 2,96 (*3)

 Từ (*1, *2, *3) => x =0,02 mol, y = 0,03 mol, z = 0,02 mol

 %Al = 9,747%, %Fe = 30,325%

% Cu = 23,1%, %Al2O3 = 36,823%

Ví dụ 8: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và một oxit sắt FexOy (trong điều kiện không cókhông khí) thu được 92,35 gam chất rắn Y Hòa tan Y trong dung dịch NaOH (dư) thấy có 8,4 lít khí H2 (ởđktc) thoát ra và còn lại phần không tan Z Hòa tan 1/2 lượng Z bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thấy

có 13,44 lít khí SO2 (ở đktc) thoát ra Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Khối lượng Al2O3 trong Y và côngthức oxit sắt

sắt lần lượt là:

A 40,8 gam và Fe3O4 B 45,9 gam và Fe2O3

C 40,8 gam và Fe2O3 D 45,9 gam và Fe3O4

Hướng dẫn giải:

nH2 = 0,375 mol ; nSO2 (cả Z) = 2 0,6 = 1,2 mol

- Từ đề suy ra chất rắn Y gồm: Fe, Al2O3, Al dư và phần không tan Z là Fe

- nH2 = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol

- nSO2 = 1,2 mol → Bảo toàn electron => nFe = 0,8 mol

- Bảo toàn khối lượng => mAl2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1)

Pư: 2Al + Fe2O3 -> Al2O3 + 2Fe

Sau phản ứng: Fe, Al2O3, Al dư hoặc Fe2O3 dư

- Bước 1: Cần đặt tỉ lệ mol giữa 2 phần là k

P1= kP2 => nP1 = knP2; mP1 = kmP2

+Phần 2: Fe (x mol) , Al2O3 (x/2 mol), Al dư (y mol) hoặc Fe2O3 dư (z mol)

+ Phần 1: Fe (kx mol), Al2O3 (kx/2 mol), Al dư (ky mol) hoặc Fe2O3 dư (kz mol)

- Bước 2: Dựa vào các dữ kiện của bài toán để xác định được giá trị k đây là điểm mấu chốt để giải bài toán

Thường dựa vào sự chênh lệch về khối lượng của từng phần hoặc chênh lệch về số mol cua H2 hoặc NO của

2 phần để tính k

- Bước 3: tính toán các yêu cầu của bài toán

Ví dụ 1: Lấy 93,9 (g) hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al nung trong môi trường không có không khí Sau khi phảnứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y Chia Y làm hai phần không bằng nhau:

- Phần 1: Cho tác dụng với NaOH dư thu được 0,672 lít khí H2(đktc)

- Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 18,816 lít khí H2 (đktc)

Tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp X biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn

Hướng dẫn giải:

Pư: 8Al + 3Fe3O4  4Al2O3 + 9Fe

- Phần 1: Tác dụng với NaOH  H2 => Al dư

nH2 = 0,03mol => nAl dư = 0,02 mol

do phản ứng xảy ra hoàn toàn nên Fe3O4 hết và Al dư

- Gọi k là tỉ lệ số mol giữa nP2 : nP1

-Phần 2 tác dụng với NaOH  H2 => Al dư, nAl dư = 3/2 nH2 = 0,03 mol

Chất rắn còn lại là Fe (vì phản ứng hoàn toàn)=> nFe = 0,135 mol

- Giả sử nếu toàn bộ B ở phần 2 tác dụng với HNO3 như ở phần 1 tạo khí NO thì