CHUYÊN đề “PHƯƠNG PHÁP GIẢI một số DẠNG bài tập CHUYÊN đề NHÔM và hợp CHẤT của NHÔM” THEO đổi mới

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 hỏ

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 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 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 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

* 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 +

Tổng quát:

Al +HNO3 loãng→ Al(NO3)3 + sản phẩm khử (NO, N2O, N2, NH4NO3) + H2O

VD: Al + 4HNO3 (loãng) →Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

8Al + 30HNO3 (loãng) →8Al(NO3)3 + 3NH4NO3+ 9H2O

VD: 2Al +6H2SO4 đ→t0 Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

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

chở 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

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 tạo thành 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 thích như sau:

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

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (1)

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

- Tiếp theo, kim loại nhôm sẽ khử nước:

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 HỢP CHẤT CỦA NHÔM: Al 2 O 3 và Al(OH) 3

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

→Al2O3 + 3H2O 1.2.3 Nhôm sunfat

- Muối nhôm sunfat khan tan trong nước vàlàm dung dịch nóng lên do bị hiđrat hoá

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

- 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 rồi tan 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 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 chưa thì phải xét hai trường hợp: dư MOH nên Al tan hết hoặc thiếu MOH nên Al chỉ 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

Thường gặp nH2(TN1) < nH2(TN2) Lúc đó ta có thể kết luận ở TN1 kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ hết còn nhôm vẫn dư và ở TN2 hỗn hợp kim loại đều hết

A NaOH và Ba(OH)2 B NaOH, Ba(OH)2, NaAlO2, Ba(AlO2)2

C NaOH và NaAlO2 D NaAlO2 và Ba(AlO2)2

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

GIẢI

Phương trình hoá học 2K+ 2H2O→ 2KOH + H2

a a/2

Vì sau phản ứng còn 5,4 gam chất rắn⇒Al dư

2KOH +2Al + 2H2O→ 2KAlO2 + 3H2

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 gam chất rắn không tan Giá trị của m là

→ NaOH hết , chất rắn không tan là Al dư x mol , n H2(2) = 3/2 x(mol)

n H2 = 0,4 mol Tổng số mol H2 : ½ x + 3/2 x = 2x

→ 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 kim loại 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 tan vào 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)

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 (ở đktc)

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

nH2(TN1) < nH2(TN2) → ở thí nghiệm 1 Ba hết, Al dư còn thí nghiệm 2 thì cả Ba và Al đều hết

- Thí nghiệm 1: nBa = nH2/4 =0,01 mol

- Thí nghiệm 2: nH2(TN2)=nCa + 1,5nAl → nAl=0,06 mol

→ m = 0,01.137 + 0,06.27 = 2,99 gam → đáp án A

BÀI TẬP TỰ LUYỆN DẠNG 1 Câu 1 Cho m g hỗn hợp Ba và Al vào H2O dư thu 0,4 mol H2, cũng m g hỗn hợp trên cho vào dd NaOH dư thu 3,1 mol H2 giá trị của m là

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)

A 39,78% B 77,31% C 49,87% D 29,87%

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 m gam 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 ứng đều xảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở đktc) m có giá trị là

A.10,95g B 18g C 16g D 12,8g

Câu 6: Cho a gam hỗn hợp các kim loại K và Al vào nước dư, thu được 0,6 mol H2 Mặt 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 V là:

Câu 8: Cho b gam hỗn hợp các kim loại Ba và Al vào nước dư, thu được 0,4 mol H2 Mặt khác, cũng b gam trên khi cho tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu được 3,1 mol H2 Giá trị của b là

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

DẠNG 2: DUNG DỊCH MUỐI Al 3+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM (OH - )

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 chất tính 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 tủa tan dần

n =n + = − 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

Vì NaOH còn dư nên có tiếp phản ứng:

Al(OH)3 + NaOH
Na[Al(OH)4]

n Al

CM(KOH) = 0,1 0,18

0, 45 0,1 ≈ M+

c Mức độ vận dụng

Ví dụ 4: Dung dịch A chứa 12g NaOH cho tác dụng với dung dịch chứa 13,68g Al2(SO4)3

thu được 500ml dung dịch B và m gam kết tủa Tính CM các chất trong B và m?

Vậy khối lượng kết tủa là: m = 1,56g

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

*Nếu nAl(OH)3 < nAl3 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)

=

TH2: Có hiện tượng hòa tan kết tủa, Al3+ tan hết → xảy ra cả hai phản ứng (1) và (2) Khi

Ví dụ 1 (B – 2013) : Thể tích dung dịch NaOH 0,25M cần cho vào 15 ml dung dịch

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

Al Cl =0,2 mol, n↓Al(OH) 3= 0,1 (mol)

→ nAl(OH)3 < nAl3 → có 2 trường hợp xảy ra

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 → CMNaOH = 3,5 (M)

C2:

TH1: Al3+ dư:

→ nOH− = 3n↓ = 0,3 → CM

NaOH = 1,5 (M) TH2: Al3+ hết, ↓ tan 1 phần:

Al SO =0,12 mol, n↓Al(OH)3= 0,02 (mol)

→ nAl(OH)3 < nAl3 → có 2 trường hợp xảy ra

*TH1: Al3+ dư→ tính OH- theo kết tủa:

n↓Al(OH)3= 0,2 mol

→ nAl(OH)3 < nAl3 Với trường hợp này lẽ ra phải xét hai trường hợp nhưng vì đề chỉ hỏi giá trị lớn nhất của thể tích dung dịch kiềm nên chỉ cần tính theo trường hợp kết tủa đạt max sau đó kết tủa tan một phần

 = 4 nAl3 - nAl(OH)3 = 4 0,3 - 0,2 = 1 mol

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 tan kết 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 hòa tan kết tủa

Ta có: nAl3 = n↓Al(OH)3 = 1

3nOH−

* Nếu trong bài có nhiều lần thêm OH- liên tiếp thì bỏ qua các giai đoạn trung gian, ta chỉ tính 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

Ví dụ 1: Cho 250 ml NaOH 2M vào 250 ml dd AlCl3 x M; sau phản ứng thu được 7,8 (g) kết tủa Tính x?

+

−

=

→ x = 0,6 (M)

C2: Viết phương trình:

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 ↓ 0,25x → 0,75x → 0,25x

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

→ 0,75x + 0,25x – 0,1 = 0,5

→ x = 0,6 (M)

Ví dụ 2 (A – 2012): Cho 500ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào V ml dung dịch Al2(SO4)3

0,1M; sau khi các phản ứng kết thúc thu được 12,045 gam kết tủa Giá trị của V là

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

Nếu dư muối nhôm thì ko tính được V

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

Khi đó, ta kết luận:

TN1: Al3+ còn dư và OH- hết

3 ( )

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

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 7,8 gam Tính x

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

-nOH−= 3n↓Al(OH)3=0,3 mol

→ 2.0,001V = 0,3

→ V = 150 ml

- Nếu dùng 3V ml NaOH 2M thì Al3+ và OH- đều hết và có hiện tượng hoà tan kết tủa

nOH−= 3.0,15.2 =0,9 mol Tạo Al(OH)3: 0,1 mol

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

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)

n n

Al(OH) 3 max

45o(

• Nửa phải đồ thị: Dư OH−, xảy ra đồng thời (1) và (2), 3

3

n = 4.n + - n − Gọi số mol Al(OH)3 và AlO2− lần lượt là x và y

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