CHƯƠNG 11 KIM LOẠI KIỀM KIỀM THỔ NHÔM

Phản ứng trực tiếp của kim loại với nước Các kim loại kiềm đều có khả năng tác dụng vói nước tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí H2.. Trong nhóm các kim loại kiềm thổ, từ Be đến Ba, khả

CHƯƠNG 11: KIM LOẠI KIỀM - KIỀM THỔ - NHÔM

A PHẢN ỨNG CỦA KIM LOẠI VỚI NƯỚC

1 Phản ứng trực tiếp của kim loại với nước

Các kim loại kiềm đều có khả năng tác dụng vói nước tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí H2

Trong nhóm các kim loại kiềm thổ, từ Be đến Ba, khả năng tác dụng với nước tăng dần

+ Be không tác dụng với nước dù ở nhiệt độ cao

+ Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ thường tạo ra Mg(OH)2, tác dụng nhanh với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO: Mg H O 2 MgO H 2

+ Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở ngay nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazo:

chúng phản ứng hết với axit (phản ứng gây nổ nguy hiểm), nếu axit hết mà M còn dư thì chúng tiếp tục

phản ứng với nước tạo kiềm.

Khi cho M vào dung dịch muối thì trước tiên chúng phản ứng với nước sinh ra môi trường kiềm, đồng thời có thể xảy ra phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch kiềm với muối (nếu tạo ra chất kết tủa, chất khí hoặc chất điện li yếu) Ví dụ khi cho kim loại Na vào dung dịch Cu(NO3) thì thứ tự các phản ứng xảy ra như sau:

Trong các bài tập định lượng, chúng ta coi như Mg không có khả năng tác dụng với nước

2 Al, Zn, Be, Sn và Pb có khả năng tác dụng với nước trong môi trường bazơ mạnh.

Lưu ý: Khi cho hỗn hợp kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ và Al/Zn vào nước thì những kim loại

kiềm hoặc kiềm thổ tan hết, Al/Zn có thể tan hết hoặc tan một phần nhưng nếu cho ngay hỗn hợp vào dung dịch kiềm dư thì hỗn hợp này tan hết Thông thường khi phản ứng với nước dựa vào tính được

2

Hn

số mol kim loại kiềm hoặc kiềm thổ, dựa vào dữ kiện còn lại về phản ứng với dung dịch kiềm tính được

Vì hai bình điện phân mắc nối tiếp nên số mol electron trao đổi ở hai bình điện phân là như nhau

Ở hai bình đều không thấy khí ở catot thoát ra nên ở catot của hai bình chưa có sự điện phân nước

Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có:

-Có: nCl nNaCl 0,3 n etrao dæi

Do đó khi thu được ở anot chỉ có Cl2

(F- không tham gia quá trình điện phân mà có H2O điện phân thay thế)

Khí thu được ở catot chỉ có thể là H2 (do có sự điện phân nước)

Gọi anion trong muối halogen chưa biết là X-

X- có thể trực tiếp tham gia quá trình điện phân hoặc có H2O điện phân thay thế netraodoi  It 0,4

2 2 2 2

A1 VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 1: Hỗn hợp A gồm K, Al, Ag Người ta tiến hành các thí nghiệm sau đây với hỗn hợp A:

1 Cho A vào một lượng nước dư, kết thúc phản ứng còn lại l0g chất rắn B

2 Thêm vào A 50% lượng Al trong A được chất rắn A1 Cho A1 vào một lượng nước dư, kết thúc phản ứng thu được 11,35g chất rắn không tan B1

3 Thêm vào A 75% lượng Al trong A thu được chất rắn A2 Cho A2 vào một lượng nước dư, kết thúc phản ứng thu được 14,05g chất rắn không tan B2

Tính khối lượng K, Al và Ag trong A

(2) A1 (A + 50% Al trong A) H O du 2 11,35g B1 (Ag và Al dư vì nếu B1 chỉ có Ag, có nghĩa là lượng

nhôm trong A1 tan hết trong dung dịch KOH Mà lượng nhôm trong A ít hơn lượng nhôm trong A1 nên nhôm trong A cũng sẽ tan hết trong dung dịch KOH Khi đó cả B và B1 đều chỉ chứa kim loại Ag với khối lượng như nhau Mà thực tế nên điều này vô lí Do đó B1 chắc chắn có Ag và Al dư)

1

(3) A2 (A + 50% Al trong A + 25% Al trong A) 14,05g BH O du 2 2 (11,35g B1 +25% Al trong A

vì    và B1 đã chứa Al dư nên 25% Al trong A được thêm vào A1 để được A2 cũng sẽ dư

Giả sử trong B có Al dư, khi đó  

a) Trong dung dịch sau phản ứng chỉ chứa một anion

b) Trong dung dịch sau phản ứng chứa 2 anion

2MOH Al O 2MAlO H O(**)

Từ các phản ứng (*) và (**) nhận thấy tỉ lệ nguyên tử luôn có:

n







k = 1 thì A tan hoàn toàn, dd thu được chỉ chứa 1 anion AlO2

k > 1 thì A tan hoàn toàn, dd thu được chứa 2 anion là AlO2 và OH

-k < 1 thì còn một phần chất rắn -không tan là Al hoặc Al2O3

a) Dung dịch sau phản ứng chỉ chứa 1 anion là AlO2

b) Tính tổng khối lượng muối sau phản ứng trung hòa.

Phần 2 hòa tan trong dung dịch NaOH dư giải phóng 6,72 lít H2

Phần 3 hòa tan trong dung dịch HCl dư giải phóng 8,96 lít H2

Các thể tích khí đều đo ở đktc Tính khối lượng từng kim loại trong A

NaOH d­

NaAlOFe

NaClAlClFeClHCl d­

Trong mỗi phần, gọi nNaa,nAl b,nFec

+ Phần 1:

Na H O 2 NaOH1H2

2Mol a a 1a

2

Al NaOH H O  2 NaAlO23H2

2Mol a a 3a

2(Vì Al dư nên số mol các chất phản ứng tính theo số mol của NaOH)

a2

Al NaOH H O  2 NaAlO23H2

2Mol b 3

b2(Vì NaOH dư, Al tan hết nên số mol H2 sinh ra từ phản ứng hòa tan Al tính theo số mol Al)

2

3b2

Fe 2HCl FeCl2H2

Mol c c

STUSY TIP

Có thể khẳng định được chất rắn sau phản ứng ở phần 1 gồm Al dư vì:

+ Khi hòa tan phần 2 trong dung dịch NaOH dư thì chắc chắn cả Na và Al đều tan hết, các phản ứng đều giải phóng H2

+ Khi hòa tan phần 1 vào nước dư, đầu tiên Na tan hết tạo dung dịch NaOH, nếu Al tan hết thì tổng lượng

H2 sinh ra ở phần 1 và phần 2 phải bằng nhau Mà      nên điều này vô lí Do đó phần 1

Nhận xét

Cách trình bày viết lần lượt các phản ứng xảy ra đối với từng phần như trên giúp các bạn dễ hiểu, tuy nhiên khi đã luyện tập qua nhiều bài tập thuần thục, các bạn hoàn toàn có thể không cần viết các phương trình phản ứng mà có thể nhẩn ngay ra hệ phương trình (*) như trên

+ Khi hòa tan Na vào H2O hay HCl dư thì số mol H2 thu được đều như nhau và nH2 1nNa

2+ Khi hòa tan Al vào dung dịch NaOH hay HCl dư thì số mol H2 thu được đều như nhau và 

A2 BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG

Câu 1: Hỗn hợp X gồm Na, K, Ba Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X vào nước thu được dung dịch Y và

2,688 lít (đktc) khí H2 Để trung hòa hoàn toàn hết dung dịch Y cần dùng V ml dung dịch HCl 1M Giá trị của V là:

Câu 2: Hoà tan hoàn toàn 17,88 gam hỗn hợp X gồm 2 kim loại kiềm A, B và kim loại kiềm thổ M vào

nước thu được dung dịch C và 0,24 mol H2 Dung dịch D gồm a mol H2SO4 và 4a mol HCl Trung hoà 1/2C bằng dung dịch D thu được m gam muối Giá trị của m là:

Câu 3: Hòa tan m gam hỗn hợp X gồm Ba và Al vào nước dư, thu được 1,344 lít khí (đktc) Mặt khác khi

cho 2m gam X tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 20,832 lít khí (đktc) Biết rằng các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp X ban đầu là:

Câu 4: Cho 14,8 gam hỗn hợp gồm A1 2O3 và Na vào nước dư thu được dung dịch chỉ chứa một chất tan duy nhất và thoát ra V lít khí H2 (đktc) Tính V

Câu 5: Thêm m gam K vào 200ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1M thu được dung dịch X

Cho từ từ dung dịch X vào 200ml dung dịch Al 2 (SO4)3 0,1M thu được kết tủa Y Để thu được kết tủa Y lớn nhất thì giá trị của m là:

Dùng cho Câu 6,7,8: Cho 27,4 gam Ba vào 500 gam dung dịch X gồm (NH4)2SO4 1,32% và CuSO4 2%

và đun nóng thu được V lít khí A (đktc), dung dịch B và m gam kết tủa C

Câu 6: Giá trị của V là:

Câu 10: 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 dịch NaOH, thu được 15,68 lít khí H2 (đktc) Giá trị của m là:

Dùng cho Câu 11,12: Hoà tan 2,15 gam hỗn hợp gồm 1 kim loại kiềm A và 1 kim loại kiềm thổ B vào

H2O thu được dung dịch C và 0,448 lít H2 (đktc) Để trung hoà 1/2 dung dịch C cần V lít dung dịch HCl

0,1M và thu được m gam muối

Câu 11: Giá trị của V và m lần lượt là:

A 0,2 và 3,570 B 0,2 và 1,785 C 0,4 và 3,570 D 0,4 và 1,785.

Câu 12: Thêm H2SO4 dư vào 1/2 dung dịch C thu được l,165g kết tủa A và B lần lượt là:

Câu 13: Cho 20,1 gam hỗn hợp A chứa Al, Mg, Al2O3 tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 6,72 lít

H2 (đktc) Mặt khác, nếu hoà tan hết 20,1 gam A vào V lít dung dịch HCl 1M thu được 15,68 lít H2 (đktc)

và dung dịch B Cần phải dùng hết 300ml dung dịch KOH 1M mới trung hoà hết lượng axit còn dư trong

B Khối lượng (gam) của Al2O3 trong A và giá trị của V lần lượt là:

A 5,4 và 1,7 B 9,6 và 2,0 C 10,2 và 1,7 D 5,1 và 2,0

Câu 14: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm 3 kim loại kiềm vào nước thu được 4,48 lít khí H2 (đktc) Nếu cũng cho lượng X như trên tác dụng với O2 dư thì thu được 3 oxit và thấy khối lượng chất rắn tăng m gam Giá trị của m là:

Câu 15: Cho 46,95 gam hỗn hợp A gồm K và Ba tác dụng với dung dịch A1Cl 3 dư thu được 19,50 gam kết tủa Phần trăm khối lượng của K trong A là:

Câu 16: Chia 23,2 gam hỗn hợp X gồm Na, K và Al thành 2 phần bằng nhau Phần 1 cho tác dụng với

dung dịch NaOH dư thu được 8,96 lít khí H2 (đktc) Phần 2 cho tác dụng với dung dịch HCl dư rồi cô cạn dung dịch thì thu được m gam chất rắn Giá trị của m là:

Câu 17: Cho 8,50 gam hỗn hợp Na và K tác dụng hết với nước thu được 3,36 lít khí H 2 (đktc) và dung dịch X Cho X tác dụng vừa đủ với dung dịch Fe2(SO4)3 thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:

Dùng cho Câu 18,19: Chia 23,0 gam hỗn hợp X gồm Na, K và Li thành 2 phần bằng nhau Phần 1 cho

tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, vừa đủ thu được 1,12 lít khí N2 (đktc) và dung dịch chứa m gam muối (không chứa NH4NO3) Phần 2 hoà tan hoàn toàn trong nước thu được V lít H2 (đktc)

Câu 18: Giá trị của m là:

Câu 19: Giá trị của V là:

Câu 20: Hoà tan 13,1 gam hỗn hợp X gồm Li, Na, K vào nước thu được V lít khí H 2 (đktc) và dung dịch

Y Trung hoà Y bằng dung dịch HCl thu được dung dịch chứa 30,85 gam muối Giá trị của V là:

Câu 22: Hoà tan 13,8 gam hỗn hợp X gồm Li, Na, K vào nước thu được V lít khí H 2 (đktc) và dung dịch

Y Sục CO2 dư vào dung dịch Y thu được 50,4 gam muối Giá trị của V là:

Dùng cho Câu 23, 24: Hoà tan hoàn toàn 13,200 gam hỗn hợp Na và K vào nước thu được dung dịch X

và 4,48 lít khí H2 (đktc) Cho 5,200 gam hỗn hợp gồm Mg và Fe tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ thu được dung dịch Y chứa m gam muối và 3,36 lít khí H2 (đktc) Cho X tác dụng với Y đến khi phản ứng hoàn toàn thu được x gam kết tủa

Câu 23: Giá trị của m là:

Câu 26: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm Na2O và A12O3 vào nưóc, thu được dung dịch X Thêm

từ từ dung dịch HCl 1M vào X, khi hết 100ml thì bắt đầu xuất hiện kết tủa; khi hết 300ml hoặc 700ml thì đều thu được a gam kết tủa Giá trị của a và m lần lượt là:

A 23,4 và 35,9 B 15,6 và 27,7 C 23,4 và 56,3 D 15,6 và 55,4

Câu 27: Cho hỗn hợp Na, K và Ba tác dụng hết với nước, thu được dung dịch X và 6,72 lít khí H 2 (đktc) Nếu cho X tác dụng hết với dung dịch Al(NO3)3 thì số gam kết tủa lớn nhất thu được là:

Câu 28: Cho m gam hỗn hợp A gồm K và Al tác dụng với nưóc dư, thu được 4,48 lít khí H 2 (đktc) Nếu cho m gam A tác dụng với dung dịch NaOH dư, thì thu được 7,84 lít H2 (đktc) Phần trăm khối lượng của

K trong A là:

Câu 29: Cho 18,6 gam hỗn hợp A gồm K và Al tác dụng hết với dung dịch NaOH thì thu được 15,68 lít

khí H2 (đktc) Nếu cho 18,6 gam A tác dụng hết với dung dịch HCl thì số gam muối thu được là:

Câu 30: Cho 10,5 gam hỗn hợp bột gồm Al và một kim loại kiềm M vào nước Sau phản ứng được dung

dịch X chứa 2 chất tan và 5,6 lít khí (đktc) Cho từ từ dung dịch HC1 vào dung dịch X để lượng kết tủa thu được là lớn nhất Lọc kết tủa, sấy khô, cân được 7,8 gam Kim loại M là

Khi cho m gam X tác dụng với dung dịch Ba (OH)2 dư thu được 20,83210,416 lít H2 (đktc)

+ Cho vào Ba(OH) 2 dư: nH2  a 3b 0,465

+ Khi cho vào dd NaOH dư:





2

H

a 0,13

Theo 4 đáp án thì B là Ba hoặc Ca

Thử đáp án với B lần lượt là Ba và Ca, ta được đáp án đúng là C

Áp dụng định luật bảo toàn mol electron ta có:

Vì khối lượng hai phần bằng nhau nên thể tích khí H2 thu được ở hai trường hợp bằng nhau

Khối lượng mỗi phần là 11,6 gam

Nhận xét: Ở bài này, giả thiết cho thừa dữ kiện về tổng khối lượng hai kim loại Đề bài sẽ hay hơn khi

thay một trong hai kim loại kiềm trong hỗn hợp bằng kim loại Ba, khi đó kết tủa tạo thành gồm Fe(OH)3

và BaSO4 Để tính   ta vẫn có cách làm như trên, tuy nhiên để tính được thì ta cần biết nBa ,

khi đó ta cần lập và giải hệ 2 phương trình bậc nhất 2 ẩn là nBa và nNa (hoặc nK ) theo giả thiết về khối lượng và

tủa thu được là như nhau.

Do đó khi nHCl =0,3 thì lượng kết tủa chưa đạt được tối đa, HCl phản ứng hết và NaA1O2 dư; khi

thì sau khi kết tủa đạt tối đa, HC1 còn dư tiếp tục hòa tan một phần kết tủa

Vì dung dịch X chứa hai chất tan nên hai chất tan đó là MOH và MA1O2.

Khi đó cả M và Al đều tan hết

B PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM

Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng dùng Al để khử oxit của kim loại đứng sau Al thành kim loại ở nhiệt độ cao Phương trình tổng quát:

Ví dụ: Al,t 0 CO,t 0 CO,t 0 CO,t 0

Chú ý: Khử Fe2O3 bằng Al ta không thu được hỗn hợp các chất gồm FeO, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 như khi khử bằng CO hay H2, dù phản ứng xảy ra hoàn toàn hay không hoàn toàn Khi phản ứng xảy ra không hoàn toàn hoặc Fe2O3 dư thì trong hỗn hợp thu được cũng sẽ chỉ có Fe và Fe2O3, không thể có FeO hay

Fe3O4

+ Ta có bảng tổng kết sau (M khác Zn):

Hiệu suất phản ứng Al MxOy

Chất rắn sau phản ứng

Hiện tượng khi cho hỗn hợp sau phản ứng vào dung

 Tính khối lượng hỗn hợp ban đầu hoặc phần trăm khối lượng mỗi chất

 Xác định công thức oxit kim loại thực hiện phản ứng nhiệt nhôm

 Tính thể tích hoặc nồng độ dung dịch axit tham gia hòa tan hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng nhiệt nhôm

 Chia hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng không bằng nhau, yêu cầu tính khối lượng Al hoặc oxit kim loại trong hỗn hợp ban đầu

Phương pháp - chú ý:

 Sau phản ứng, hỗn hợp có chứa kim loại M, A12O3, có thể có Al, MxOy Đề bài thường cho giả thiết hòa tan hỗn hợp sau phản ứng này vào dung dịch chứa OH- hoặc H+ Cần đọc kĩ các hiện tượng để phân tích thành phần các chất trong hỗn hợp thu được sau phản ứng

 Nếu sau phản ứng, chia khối lượng hỗn hợp thu được thành 2 phần không bằng nhau, thì ta cần tìm mối liên hệ là số lần gấp nhau của hai phần Với những bài tập đơn giản, thông qua số liệu tính được trực tiếp số lần gấp nhau Tuy nhiên, có những bài tập phức tạp hơn, chúng ta cần đặt ẩn

k là số lần gấp nhau giữa hai phần, thành lập các phương trình để quy về phương trình ẩn k và giải

Một số phương pháp thường dùng:

_ Định luật BTKL: mchất rắn trưóc phản ứng = mchất rắn sau phản ứng

_ Định luật BTNT, điển hình áp dụng cho nguyên tố Al, M và O

Chú ý: Sau phản ứng nhiệt nhôm nếu cho hỗn hợp thu được phản ứng với chất oxi hóa mạnh (HNO 3,

H2SO4 đặc, nóng, ) thì cần xác định đúng sự thay đổi số oxi hóa của các chất trước và sau quá trình phản ứng, sau đó vận dụng định luật bảo toàn mol electron để tính toán theo yêu cầu của đề bài Đặc biệt, khi trộn m gam Al với một hỗn hợp các oxit kim loại cao nhất được hỗn hợp A Nung A trong môi trường chân không để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm sau một thời gian thu được hỗn hợp B Nếu cho B hoặc m gam Al lần lượt tác dụng hoàn toàn với cùng một chất oxi hóa mạnh như Cl2, O2, HNO3, H2SO4 đặc nóng,

thu được số mol electron mà chúng nhường đi luôn bằng nhau

Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm:  ph¶n øng (tính theo chất hết trước)

Bài 1: Hỗn hợp A gồm Al, Fe2O3 Cho 26,8 gam hỗn hợp A nung trong môi trường không có không khí

để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm, kết thúc phản ứng được hỗn hợp B Hòa tan B trong dung dịch HCl dư thấy thoát ra 11,2 lít H2 (đktc) Tính khối lượng Al và Fe2O3 trong hỗn hợp A

Al hoÆcFe O d­



Theo giả thiết đề bài: Hòa tan B trong dung dịch HCl dư thấy thoát ra 11,2 lít H2, lượng H2 này sinh ra từ phản ứng giữa Fe và HCl và có thể sinh ra từ cả phản ứng giữa Al và HCl

Do đó ta cần xác định trong B có Al hay không

Giả sử trong B không có Al dư Khi cho B vào dung dịch HCl dư thì: