chuyên đề : Phương pháp giải một số dạng bài tập chuyên đề nhôm và hợp chất của nhôm

Trong những năm gần đây đề thi THPT Quốc gia có khá nhiều đổi mới, đó là: Tăng số lượng các câu dễ phù hợp với đối tượng tốt nghiệp Tăng sự phân hóa, độ khó của những câu hỏi trong khung điểm 9 – 10 Sử dụng những câu hỏi và bài tập đặc trưng cho bộ môn Hóa học: câu hỏi về phản ứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng, nhiều trường hợp câu hỏi sử dụng hình ảnh, thí nghiệm; bài tập sử dụng đồ thị….Với câu hỏi sử dụng hình ảnh thí nghiệm; phản ứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng, nhiều trường hợp ; bài tập sử dụng đồ thị tôi thấy học sinh khá lúng túng vì các em ít được thực hành; chưa được luyện bài tập nhiều và thường hay xét thiếu các khả năng có thể xảy ra. Trong Hóa học nhôm và hợp chất của nhôm là chuyên đề có nhiều dạng bài liên quan đến phản ứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng, liên quan đến đồ thị khi giải bài tậpVì những lí do trình bày ở trên tôi xin viết chuyên đề “Phương pháp giải một số dạng bài tập chuyên đề nhôm và hợp chất của nhôm ” nhằm giúp các em khắc phục các khó khăn và tự tin khi xử lí dạng bài này. Hi vọng chuyên đề này là một tài liệu tham khảo hữu ích và bổ ích cho các em học sinh và đồng nghiệp

Tác giả ………….

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây đề thi THPT Quốc gia có khá nhiều đổi mới, đó là:

 Tăng số lượng các câu dễ phù hợp với đối tượng tốt nghiệp

 Tăng sự phân hóa, độ khó của những câu hỏi trong khung điểm 9 – 10

 Sử dụng những câu hỏi và bài tập đặc trưng cho bộ môn Hóa học: câu hỏi về phảnứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng, nhiều trường hợp câu hỏi sử dụng hình ảnh, thínghiệm; bài tập sử dụng đồ thị…

Với câu hỏi sử dụng hình ảnh thí nghiệm; phản ứng hóa học xảy ra theo nhiềuhướng, nhiều trường hợp ; bài tập sử dụng đồ thị tôi thấy học sinh khá lúng túng vì các em

ít được thực hành; chưa được luyện bài tập nhiều và thường hay xét thiếu các khả năng cóthể xảy ra Trong Hóa học nhôm và hợp chất của nhôm là chuyên đề có nhiều dạng bài liênquan đến phản ứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng, liên quan đến đồ thị khi giải bài tập

Vì những lí do trình bày ở trên tôi xin viết chuyên đề “Phương pháp giải một số dạng bài tập chuyên đề nhôm và hợp chất của nhôm ” nhằm giúp các em khắc phục cáckhó khăn và tự tin khi xử lí dạng bài này Hi vọng chuyên đề này là một tài liệu thamkhảo hữu ích và bổ ích cho các em học sinh và đồng nghiệp

* Cấu hình electron nguyên tử: 1s22s22p63s23p1 hay [Ne]3s23p1

→ Nguyên tử Al dễ nhường cả 3 electron hoá trị nên trong hợp chất có số +3

* Với axit có tính oxi hóa ở ion H + như HCl, H 2 SO 4 loãng, …

→

Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

- Khi cho kim loại Al tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thì Al khử N+5 xuống số oxi hóathấp hơn Đặc biệt với dung dịch HNO3 rất loãng Al có thể khử N+5 xuống số oxi hóa thấpnhất là -3 (trong NH4NO3)

→

Al2(SO4)3 + sản phẩm khử (SO2, S, H2S) + H2O

VD: 2Al +6H2SO4 đ

0 t

→

Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

Chú ý: Nhôm bị thụ động bới dung dịch HNO3, H2SO4 đặc, nguội, nghĩa là Al khôngtan trong 2 dung dịch axit trên và sau khi tiếp xúc với 2 axit này thì kim loại Al còn khôngtan được trong axit HCl, H2SO4 loãng Do đó có thể dùng thùng nhôm để đựng và chuyênchở các axit trên

c Tác dụng với oxit kim loại

* Ở t 0 cao, Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit thành nguyên tử kim loại.

2yAl + 3MxOy

0 t

→

3xM + yAl2O3 (M thường là kim loại đứng sau Al)VD: 2Al + Fe2O3

0 t

→

2Fe + Al2O3 2Al + Cr2O3

0 t

→

2Cr + Al2O3Phản ứng trên gọi là phản ứng nhiệt nhôm Ứng dụng phản ứng này người ta có thể điều chế được một số các kim loại như Fe, Cr, Mn,…

d Tác dụng với nước

Do bề mặt của kim loại Al luôn có một lớp màng Al2O3 rất mỏng và bền bảo vệ nên

để kim loại Al tác dụng được với nước cần phải phá bỏ lớp oxit trên bề mặt Al hoặc tạothành hỗn hống Al-Hg thì Al sẽ phản ứng với nước ở nhiệt độ thường

Chú ý: Thực tế, Al không phản ứng với nước dù ở nhiệt độ cao là vì trên bề mặt của

Al được phủ kín một lớp Al 2 O 3 rất mỏng, bền và mịn, không cho nước và khí thấm qua

e Tác dụng với dung dịch kiềm

Trong thực tế, những vật bằng nhôm bị hoà tan trong dung dịch kiềm như NaOH,Ca(OH)2, Ví dụ kim loại Al tan trong dung dịch NaOH, hiện tượng này được giải thíchnhư sau:

- Trước hết, xảy ra phản ứng phá bỏ lớp màng Al2O3 bảo vệ (do Al2O3 là oxit lưỡng tính):

Hoặc Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]

- Tiếp theo, kim loại nhôm sẽ khử nước:

Các phản ứng (2) và (3) xảy ra luân phiên nhau cho đến khi nhôm bị tan hết Để thuận tiệntrong quá trình tính toán làm bài người ta cộng gộp 2 phương trình (2) và (3):

2Al + 2NaOH + 2H2O→ 2NaAlO2 + 3H2↑

Hoặc: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Tương tự nếu hòa tan kim loại Al trong dung dịch Ba(OH)2 ta có phương trình:

2Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2↑

1.1.3 Ứng dụng - trạng thái thiên nhiên và sản xuất nhôm

a Ứng dụng

- Dùng làm vật liệu chế tạo ô tô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ

- Dùng trong xây dựng nhà cửa, trang trí nội thất

- Dùng làm dây dẫn điện, dùng làm dụng cụ nhà bếp

- Hỗn hợp tecmit (Al + FexOy) để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm dùng hàn đường ray

xe lửa

b.Trạng thái thiên nhiên

Đất sét (Al2O3.2SiO2.2H2O), mica (K2O.Al2O3.6SiO2), boxit (Al2O3.2H2O), criolit(3NaF.AlF3),

*Điện phân nhôm oxit nóng chảy

Chuẩn bị chất điện li nóng chảy: Hoà tan Al2O3 trong criolit nóng chảy nhằm hạ nhiệt

độ nóng chảy của hỗn hợp xuống 9000 C và dẫn điện tốt, khối lượng riêng nhỏ

Quá trình điện phân

 Khí oxi ở nhiệt độ cao đã đốt cháy cực dương là cacbon, sinh ra hỗn hợp khí CO và

CO 2 Do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần dần cực dương.

1.2.1 Nhôm oxit (Al 2 O 3 )

* Là một oxit lưỡng tính (vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với dung dịch bazơ).

- Tác dụng với dung dịch axit →Muối + H2O

1.2.2 Nhôm hiđroxit (Al(OH) 3 )

* Là 1 hiđroxit lưỡng tính (vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với dung dịch bazơ).

- Tác dụng với dung dịch axit→Muối + H2O

- Al(OH)3 thể tính bazơ trội hơn tính axit Do có tính axit rất yếu (yếu hơn cả axit H2CO3)nên:

NaAlO2 + CO2 + 2H2O → Al(OH)3↓ + NaHCO3

* Bị nhiệt phân: 2Al(OH)3

0 t

- Phèn chua: K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O hay KAl(SO4)2.12H2O được dùng trong ngànhthuộc da, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong công nghiệp nhuộm vải, chất làm trongnước,

- Phèn nhôm: M2SO4.Al2(SO4)3.24H2O (M+ là Na+; Li+, NH4+)

1.2.4 Cách nhận biết ion Al 3+ trong dung dịch

Cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch thí nghiệm, nếu thấy kết tủa keo xuất hiện rồitan trong NaOH dư có ion Al3+

Al3+ + 3OH− Al(OH)3↓

Al(OH)3 + OH− (dư) AlO2 − + 2H2O

2 Các dạng bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm

DẠNG 1: BÀI TẬP CHO HỖN HỢP GỒM Al VÀ KIM LOẠI KIỀM (Na, K) HOẶC KIM LOẠI KIỀM THỔ (Ca, Ba) TÁC DỤNG VỚI NƯỚC

Thứ tự phản ứng như sau:

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 hếthay 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 chưa thì phải xét hai trường hợp: dư MOH nên Al tan hết hoặc thiếu MOH nên Alchỉ tan một phần Đối với mỗi trường hợp ta lập hệ phương trình đại số để giải

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

2Na và 1Ba ⇔

2Na rồi xét các trường hợp như trên

* Nếu bài toán cho dưới hai dạng thí nghiệm:

Thí nghiệm 1: cho hỗn hợp vào nước dư

Thí nghiệm 2: cho hỗn hợp vào dung dịch kiềm dư

→

→

→

Ví dụ 1: Cho hỗn hợp kim loại Na, Ba, Al vào H2O dư , phản ứng xảy ra hoàn toàn thu

được dung dịch X và chất rắn Y Dung dịch X chứa :

Giải

- Sau phản ứng còn chất rắn Y nên Al dư

- Dung dịch có muối NaAlO2, Ba(AlO2)2

Ví dụ 2 Cho hỗn hợp kim loại K và Al vào nước, thu dung dịch A, 4,48 lít khí (đktc) và 5,4

g chất rắn, khối lượng của K và Al tương ứng là

A 3,9 gam và 2,7 gam B 3,9 gam và 8,1 gam

C 7,8 gam và 5,4 gam D 15,6 gam và 5,4 gam

b Mức độ nhận hiểu

Ví dụ 3 (A - 2008): Cho hỗn hợp gồm Na và Al có tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 2 vào nước

(dư) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 8,96 lít khí H2 (ở đktc) và m gamchất rắn không tan Giá trị của m là

→ 2x = 0,4 → x = 0,2 mol

→ Vậy Al dư : 0,2.27 = 5,4 gam

→ Chọn B

c Mức độ vận dụng

Ví dụ 4: 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 7V/4 lít khí Tính %(m) mỗi kimloại trong hỗn hợp ban đầu

Giải Cách 1: Học sinh tính toán bình thường bằng các suy luận của bản thân

Khi hoà tan hỗn hợp X vào dung dịch NaOH dư được thể tích khí lớn hơn khi hoà tanvào nước nên khi 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: Na + H2O → NaOH + ½ H2 (1)

x x x/2

=4 mol

 %(m) Na = 29,87%; %(m)Al = 70,13%

Ví dụ 5 : Thực hiện hai thí nghiệm sau:

• Thí nghiệm 1: Cho m gam hỗn hợp Ba và Al vào nước dư, thu được 0,896 lít khí (ởđktc)

• Thí nghiệm 2: Cũng cho m gam hỗn hợp trên cho vào dung dịch NaOH dư thu được2,24 lít khí (ở đktc) Các phản ứng xảy ra hoàn toàn

A 67,7 gam B 94,7 gam C 191 gam D 185 gam

Câu 2: Cho m gam hỗn hợp gồm Ba, Na, Al trong đó nNa: nAl = 1: 6 hoà tan vào nước dư

thu được 1,792 lít khí (đktc), dung dịch A và 5,4g chất rắn không tan Giá trị của m là:

Câu 3(B – 2007): Hỗn hợp X gồm Na và Al Cho m gam X vào một lượng nước dư thì

thoát ra V lít khí Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH dư thì thu dung dịch 1,75V

lít khí Thành phần % theo khối lượng của Na trong X là (biết các thể tích khí đo trong cùng

đk nhiệt độ và áp suất)

Câu 4(ĐH – A – 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 mgam X bằng dung dịch NaOH, thu được 15,68 lít khí H2 (đktc) Giá trị của m là

Câu 5: Hỗn hợp X gồm K và Al Cho m g X tác dụng với nước dư được 5,6 lít khí Mặt

khác, cho m g X tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 8,96 lít khí (Các phản ứngđều xảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở đktc) m có giá trị là

khác, cũng a gam trên khi cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được 0,9 mol H2.Giá trị của a là

A 21,2 gam B 32,5 gam C 25,2 gam D 31,7 gam

Câu 7: Cho 13,2g hỗn hợp kim loại gồm K và Al hoà tan vào nước, sau phản ứng người ta

chỉ thu được dung dịch chứa một loại muối duy nhất và V lít khí H2 (ở đktc) Giá trị của Vlà:

khác, cũng b gam trên khi cho tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu được 3,1 mol H2 Giátrị của b là

A 78,2 gam B 81,5 gam C 108 gam D 67,7 gam

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 ↓ (1)Khi OH- dư : Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- (2)

- Bài tập dạng này liên quan đến 3 loại chất là Al3+ , OH- , Al(OH)3 Biết lượng của 2 chấttính lượng còn lại

Bài toán 1: Biết lượng Al 3+ và OH - , tính lượng kết tủa

Khi cho từ từ OH- vào dung dịch chứa Al3+ thì thấy xuất hiện kết tủa Al(OH)3 sau đó kết tủatan dần

thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất.

TH2: Nếu 3 < T < 4: lượng kết tủa đạt tới giá trị lớn nhất (hay max), sau đó kết tủa tan một

phần để lại lượng kết tủa như bài cho nên xảy ra cả 2 phản ứng khi đó Al3+ hết, OH- hết

kết tủa Giá trị của m la

gam kết tủa Giá trị của m la

Vì NaOH còn dư nên có tiếp phản ứng:

Al(OH)3 + NaOH  Na[Al(OH)4]

 m↓= 0,05 78 = 3,9 g

hoặc T = 3,5 nên

3 ( )3 [ ( ) ] 2

4

n Al

được dung dịch X Tính nồng độ mol/l các chất trong dung dịch X?

Vậy khối lượng kết tủa là: m = 1,56g

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

thì có 2 trường hợp xảy ra:

TH1: Chưa có hiện tượng hòa tan kết tủa, Al3+ dư → chỉ xảy ra một phản ứng (1)

Al2(SO4)3 0,5M để thu được lượng kết tủa lớn nhất là

NaOH

= 1,5 (M)TH2: Al3+ hết, OH- dư làm tan 1 phần kết tủa:

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 ↓

0,2 →

0,6 →

0,2 Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- ( 0,2 – 0,1) →

0,1

→ = 0,7 → CM

Ví dụ 4(A – 2007): Cho 200 ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH0,5M, lượng kết tủa thu được là 15,6 gam Giá trị lớn nhất của V là

Bài toán 3: Biết lượng OH - và lượng kết tủa Al(OH) 3 tính lượng Al 3+

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

Al

+

−

= +

* Nếu số mol OH- của bài cho bằng số mol OH- trong kết tủa thì không có hiện tượng hòatan kết tủa

nOH

−

* Nếu trong bài có nhiều lần thêm OH- liên tiếp thì bỏ qua các giai đoạn trung gian, ta chỉtính tổng số mol OH- qua các lần thêm vào rồi so sánh với lượng OH- trong kết tủa thu được

ở lần cuối cùng của bài

kết tủa Tính x?

→ có hiện tượng hòa tan 1 phần kết tủa

Al

+

−

= +

= 0,15 (M) → x = 0,6 (M)

C2: Viết phương trình:

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 ↓ 0,25x →

0,75x →

0,25xAl(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- ( 0,25x – 0,1) →

Có 2 TH xảy ra : muối nhôm dư hoặc muối nhôm hết

Nếu dư muối nhôm thì ko tính được V

vậy 233

0,3 1000

V

+ 78

0,8 ( 0,1) 1000

V −

=12,045

Giải ra V= 150 ml

tiếp 0,9 mol NaOH vào thấy số mol kết tủa là 0,5 mol Thêm tiếp 1,2 mol NaOH nữa thấykết tủa vẫn là 1,5 mol Tính x?

Al

+

−

= +

= 0,8 (M)

Bài toán 4: Nếu cho cùng một lượng Al3+ tác dụng với lượng OH- khácnhau mà lượng kếttủa không thay đổi hoặc thay đổi không tương ứng với sự thay đổi OH-, chẳng hạn như: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

Giải

Vì lượng OH- ở 2 thí nghiệm khác nhau mà lượng kết tủa không thay đổi nên:

TN1: Al3+ dư, OH- hết

nOH- = nNaOH = 0,9 mol  Tạo Al(OH)3: 0,2 mol



( )3

n OH n Al OH n

Ví dụ 2: Khi cho V ml hay 3V ml dung dịch NaOH 2M tác dụng với 400ml dung dịch

AlCl3 nồng độ x mol/l ta đều cùng thu được một lượng chất kết tủa có khối lượng là 7,8gam Tính x

Vì lượng OH- ở 2 thí nghiệm khác nhau mà lượng kết tủa không thay đổi nên:

- Nếu dùng V ml NaOH 2M thì Al3+ dư, OH- hết, lượng kết tủa sẽ tính theo OH

3.2.5 Giải toán bằng phương pháp đồ thị

Đồ thị (Al(OH)3 - NaOH) (hai nửa không đối xứng)

(dư AlCl 3 ) (dư NaOH) (dư NaOH)

Sản phẩm: Al(OH)3 Al(OH)3; Al(OH)3 ; NaAlO2 ; NaOHdư

AlCl3 dư ; NaAlO2 NaAlO2

n Al(OH) 3 = 4n AlCl 3 - nNaOH

Hình *: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của số mol Al(OH)3 thu được vào số mol NaOHphản ứng với dung dịch muối chứa a mol AlCl3.

Biểu thức tinh nhanh số mol Al(OH) 3

• Nửa trái đồ thị: Dư Al3+, chỉ xảy ra phản ứng (1),

3

OH Al(OH)

nn

Al(OH) Al OH

Gọi số mol Al(OH)3 và AlO2 − lần lượt là x và y

Ta có: x + y = số mol Al3+ (*)

3x + 4y = số mol OH− (**)

Giải hệ phương trình: Nhân (*) với 4, trừ (**) ⇒ x =

3 3

Giá trị của x trong đồ thị trên là

A 2,4 B 3,2 C 3,0 D 3,6.

Giải: Tính nhanh Số mol Al(OH)3 max = số mol AlCl3 = 0,8 mol

- Nửa trái đồ thị (I):

3

NaOH Al(OH)

n n

3

=

⇒ số mol Al(OH)3 = 0,6 : 3 = 0,2 mol

- Nửa phải đồ thị (II) 3 3

AlCl NaOH Al(OH)

⇒ x = 3a

Nửa phải đồ thị (II):

3 3

Giải: Gọi số mol kết tủa Al(OH)3 là a Số mol Al(OH)3 max = 0,42 : 3 = 0,14 mol

- Nửa trái đồ thị (I):

3

OH Al(OH)

nn

- Nửa phải đồ thị (II)

3 3

Ví dụ 4: Cho từ từ dung dịch KOH vào dung dịch hỗn hợp (AlCl3, Al2(SO4)3) Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau:

Biểu thức liên hệ giữa x và y trong sơ đồ trên là;

A (2x - 3y) = 1,44 B (2x + 3y) = 1,08

C (2x + 3y) = 1,44 D (2x - 3y) = 1,08

Giải: Số mol Al(OH)3 max = 0,36 : 3 = 0,12 mol

- Nửa trái đồ thị (I):

3

OH Al(OH)

nn

- Nửa phải đồ thị (II)

3 3

Ví dụ 5: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch hỗn hợp gồm a mol HCl và b

mol AlCl3, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau:

Tỉ lệ a : b là

A 4 : 3 B 2 : 3 C 1 : 1 D 2 : 1.

- (I), số mol HCl: a = 0,8 mol

-(II), số mol Al(OH)3 = 0,4 mol

- Nửa phải đồ thị (III), số mol NaOH(III) = 2,8 - 0,8 = 2,0 mol

Áp dụng:

3 3

độ x mol/l, sau khi phản ứng hoàn toàn thấy trong cốc có 0,1 mol chất kết tủa Thêm tiếp100ml dung dịch NaOH 2M vào cốc, sau khi phản ứng hoàn toàn thấy trong cốc có 0,14mol chất kết tủa Tính x

của dung dịch KOH đã dùng là:

A