Phân dạng và giải nhanh một số dạng toán kim loại kiềm , kim loại kiềm thổ , nhôm và hợp chất trong chương trình lớp 12 ban cơ bản

LỜI CẢM ƠN Sau trình thực đề tài, em học hỏi nhiều điều bổ ích tích lũy nhiều kiến thức quý báu lĩnh vực mà em nghiên cứu Bằng lòng trân trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn: - Thầy Lê Văn Khỏe tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực đề tài Thầy dành nhiều thời gian góp ý cung cấp cho tơi tài liệu bổ ích giúp tơi hoàn thành tốt luận văn - Ban chủ nhiệm khoa Khoa học tự nhiên thầy cô thuộc Bộ mơn Hố học trường Đại học Hồng Đức giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành khóa học - Tơi xin cảm ơn tất người thân gia đình, thầy, giáo tổ Hóa em học sinh Trường THPT Triệu Sơn bạn lớp K19 Đại học sư phạm Hóa học động viên, giúp đỡ tơi q trình học tập thực đề tài nghiên cứu Thanh Hóa, tháng năm 2020 Nguyễn Thị Thúy i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN………………………………………………………… …….i MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ đề tài Khách thể đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIM LOẠI NHÓM IA 1.1 Vị trí kim loại kiềm bảng hệ thống tuần hoàn 1.2 Cấu tạo tính chất 1.3 Tính chất vật lý 1.4 Tính chất hóa học 1.4.1.Tác dụng với nước 1.4.2 Tác dụng với axit 1.4.3 Tác dụng với phi kim 1.4.4 Tác dụng với kim loại khác 1.4.5 Tác dụng với NH3 1.5 Ứng dụng 1.6 Điều chế KIM LOẠI NHÓM IIA 2.1 Vị trí kim loại nhóm IIA bảng hệ thống tuần hoàn 2.2 Cấu tạo tính chất 2.3 Tính chất vật lí 2.4 Tính chất hóa học 10 2.4.1 Tác dụng với nước: 10 2.4.2 Tác dụng với axit: 10 ii 2.4.3 Tác dụng với phi kim: 11 2.5 Ứng dụng 11 2.6 Điều chế 12 NHÔM VÀ HỢP CHẤT 12 3.1 NHÔM 12 3.1.1 Vị trí nhơm bảng hệ thống tuần hồn 12 3.1.2 Tính chất vật lý 12 3.1.3 Tính chất hóa học 13 3.1.3.1 Tác dụng với phi kim 13 3.1.3.2 Tác dụng với oxit kim loại 13 3.1.3.3 Tác dụng với nước 13 3.1.3.4 Tác dụng với axit 14 3.1.3.5 Tác dụng với dung dịch kiềm 14 3.1.4 Ứng dụng 15 3.1.5 Trạng thái tự nhiên sản xuất 16 3.2 NHÔM OXIT Al2O3 17 2.2.1 Tính chất vật lí 17 3.2.2 Tính chất hóa học 17 3.2.3 Ứng dụng 17 3.2.4 Điều chế 18 3.3 NHÔM HIĐROXIT Al(OH)3 18 3.3.1 Tính chất 18 3.3.2 Điều chế 18 3.4 NHÔM SUNFAT VÀ PHÈN CHUA 19 CƠ SỞ PHÂN LOẠI BÀI TẬP 19 4.1 Dựa vào nội dung học tập toán 19 4.2 Dựa vào nội dung tập hóa học 19 4.3 Dựa vào tính chất hoạt động học sinh 20 4.4 Dựa vào chức tập 20 4.5 Dựa vào khối lượng kiến thức 20 iii 4.6 Dựa vào cách kiểm tra 20 4.7 Dựa vào phương pháp giải tập 20 4.8 Dựa vào kiểu hay dạng tâp 20 4.9 Dựa vào mục đích sử dụng 20 CHƯƠNG II: NỘI DUNG 21 Phân dạng toán kim loại kiềm, kiềm thổ 21 II Phân dạng tốn nhơm hợp chất nhôm 50 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 iv MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong hệ thống phương pháp dạy học Hóa học trường THPT tập hóa học xem trog phương pháp quan để nâng cao chất lượng môn Đây phương pháp tích cực học sinh THPT Khi dạy hóa học trường THPT nhiệm vụ trí dục quan trọng mơn hình thành cho học sinh khái niệm Ngoài việc giáo dục hình thành phát triển cho học sinh kĩ năng, kĩ xảo học tập môn làm thí nghiệm, giải tập Hóa học quan trọng nhằm nâng cao chất lượng môn hình thành học sinh giới quan khoa học Hiện chương trình Hóa học trường THPT tập Hóa học phong phú đa dạng nội dung hình thức Việc giải tập học sinh thường gặp khó khăn Muốn giải tập Hóa học bước phân loại tập việc làm quan trọng từ tìm phương pháp cho dạng Việc phân loại tập Hóa học giúp học sinh nắm bắt loại tập tìm hướng giải nhanh nhất, tốt cho dạng tập Khi phân loại tập cách có hệ thống có phương pháp hợp lý để giải chúng hiệu giai tập học sinh nâng lên rõ rệt từ nâng cao hiệu chất lượng dạy học môn Điều khơng có ý nghĩa giáo viên Hóa học THPT mà cịn có vai trị lớn học sinh Hiện có nhiều sách tham khảo phân dạng chưa thật rõ ràng cụ thể Mặt khác, phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, Nhôm phần quan trọng đề thi trung học phổ thông quốc gia Nên việc nắm bắt giải nhanh cần thiết Trên quan điểm với mong muốn xây dựng hệ thống tập hóa học có chất lượng tốt, góp phần nâng cao chất lượng dạy học hóa học phổ thơng, phù hợp với việc đổi phương pháp dạy học, chọn để tài " Phân dạng giải nhanh số dạng tốn kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhơm hợp chất chương trình lớp 12 ban bản" Mục đích nghiên cứu - Tuyển chọn xây dựng hệ thống dạng tập phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm hợp chất - Phân loại phương pháp giải tập Hóa học phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm hợp chất dùng dạy học trường THPT - Nghiên cứu cách sử dụng dạng tập hóa học phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm hợp chất Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu lí luận tập hóa học - Phân loại phương pháp giải tập hóa học phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm hợp chất dùng dạy học trường THPT - Nghiên cứu cách sử dụng tập hóa học phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm hợp chất dạy học Khách thể đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học hóa học trường Trung học phổ thơng - Đối tượng nghiên cứu: Các dạng tập hóa học phần kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm hợp chất Giả thuyết khoa học Việc phân loại dạng tập Hóa học phù hợp đạt hiệu cao tiền đề cho việc phát triển lực trí tuệ học sinh giáo viên sử dụng linh hoạt hợp lý hệ thống dạng tập Hóa học theo mức độ trình độ tư học sinh Phạm vi nghiên cứu - Phân loại phương pháp giải dạng tập Hóa học phần kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm hợp chất dùng dạy học trường THPT Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp quan sát - Phương pháp tìm hiểu đối tượng học sinh - Phương pháp nghiên cứu tổng hợp - Phương pháp hệ thống hóa kiến thức phân loại xây dựng hệ thống tập CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIM LOẠI NHÓM IA 1.1 Vị trí kim loại kiềm bảng hệ thống tuần hồn - Kim loại kiềm ngun tố hóa học thuộc phân nhóm nhóm I bảng hệ thống tuần hồn Nhóm kim loại kiềm có ngun tố: líti (Li), natri (Na), kali (K), rubidi (Rb),xesi (Cs), franxi (Fr) - nguyên tố phóng xạ tự nhiên - Chúng gọi kim loại kiềm hiđroxit chúng chất kiềm mạnh - Các nguyên tố nguyên tố đứng đầu chu kì (trừ chu kì 1) 1.2 Cấu tạo tính chất Ngun tố Cấu hình electron Năng lượng ion hóa (kJ/mol) Li Na K Rb Cs [He] 2s1 [Ne] 3s1 [Ar] 4s1 [Kr] 5s1 [Xe] s1 520 500 420 400 380 Bán kính nguyên tử (nm) 0,123 0,157 0,203 0,216 0,235 Nhiệt độ nóng chảy (°C) 180 98 64 39 29 Nhiệt độ sôi (°C) 1330 892 760 688 690 Khối lượng riêng (g/cm3) 0,53 0,97 0,86 1,53 1,90 Độ cứng (lấy kim cương = 10) 0,6 0,4 0,5 0,3 0,2 Lập Lập Lập Lập Lập phương phương phương phương phương Kiểu mạng tinh thể tâm khối tâm khối tâm khối tâm khối tâm khối Nhận xét: - Cấu hình electron chung: ns1 - Năng lượng ion hóa: Các nguyên tử kim lọai kiềm có lượng ion hóa I1 nhỏ so vớicác kim loại khác chu kì - Năng lượng ion hóa I2 lớn lượng ion hóa I1 nhiều lần (6 đến 14 lần), lượng ion hóa I1 giảm dần từ Li đến Cs - Liên kết kim loại kim loại kiềm liên kết yếu - Cấu tạo mạng tinh thể: Lập phương tâm khối (rỗng nhẹ + mềm) 1.3 Tính chất vật lý • Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp: Do mạng tinh thể kim loại kiềm có kiểu lập phương tâm khối liên kết kim loại bền Hai đại lượng có giá trị giảm dần từ Li đến Cs, giải thích từ Li tới Cs, bán kính nguyên tử tăng, dẫn đến liên kết kim loại yếu dần Liên kết kim loại yếu dẫn đến tính mềm kim loại kiềm • Khối lượng riêng nhỏ: Tăng dần từ Li đến Cs, kim loại kiềm có mạng tinh thể rỗng nguyên tử có bán kính lớn so với kim loại khác chu kì • Độ cứng thấp: lực liên kết nguyên tử kim loại yếu Có thể cắt kim loại kiềm dao cách dễ dàng • Độ dẫn điện: Các kim loại kiềm có độ dẫn điện cao nhiều so với bạc khối lượng riêng tương đối bé làm giảm số hạt mang điện tích • Độ tan: Tất kim lọai kiềm hịa tan lẫn dễ tan thủy ngân tạo nên hỗn hống Ngồi chúng cịn tan đuợc amoniac lỏng độ tan chúng cao • Chú ý: Các kim loại tự hợp chất dễ bay chúng đưa vào lửa không màu làm lửa trở nên có màu đặc trưng: - Li cho màu đỏ tía - Na màu vàng - K màu tím - Rb màu tím hồng - Cs màu xanh lam Giải thích: Khi bị đốt, electron nguyên tử ion kim loại kiềm bị kích thích nhảy lên mức lượng cao Khi electron trở trạng thái ban đầu, chúng hoàn trả lại lượng hấp thụ dạng xạ vùng khả kiến Vì ta thấy màu lửa 1.4 Tính chất hóa học - Năng lượng cần dùng để phá vỡ mạng tinh thể lập phương tâm khối kim loại kiềm (năng lượng nguyên tử hóa) tương đối nhỏ - Kim loại kiềm nguyên tố nhóm s (electron hóa trị làm đầy phân lớp s) có bán kính ngun tử tương đối lớn Năng lượng cần dùng để tách electron hóa trị (năng lượng ion hóa) tương đối nhỏ - Từ đặc điểm trên, dễ dàng suy kim loại kiềm chất khử mạnh số kim loại M → M+ + e 1.4.1.Tác dụng với nước 2M + 2H O → 2MOH + H  Ví dụ: 2Na + 2H 2O → 2NaOH + H  • Để bảo quản kim loại kiềm người ta ngâm kim loại kiềm dầu hỏa • Kim loại kiềm phản ứng với dung dịch muối: Với cation kim loại muối tan nước kim loại kiềm tác dụng với nước trước mà khơng tn theo quy luật bình thường kim loại hoạt động mạnh đẩy kim loại hoạt động yếu khỏi muối chúng Ví dụ: K+ dung dịch CuCl2: 2K + 2H 2O → 2KOH + H 2KOH + CuCl2 → Cu(OH) −2 + 2KCl Na+ dung dịch NH4NO3: 2Na + 2H 2O → 2NaOH + H  NaOH + NH 4Cl → NH3  + NaCl + H 2O 1.4.2 Tác dụng với axit Kim loại kiềm khử dễ dàng ion dương dung dịch axit: Al(OH)3 + KOH → KAlO2 + 2H2O 4x (2) 4x 2Al + 2KOH + 2H2O → 2KAlO2 + 3H2 y y (3) 1,5y KAlO2 + CO2 + 2H2O → Al(OH)3 + KHCO3 (4) 0,6 0,6 → x + y = 0,3 4x + y = 0,6 Giải hệ phương trình: x = 0,1; y = 0,2 Vậy a = 3x + 1,5y = 0,6 Đáp án B Cách 2: Bài tốn em giải nhanh cách kết hợp với bảo toàn nguyên tố Đặt số mol Al4C3 Al x y → x + y = 0,3 (1) Áp dụng định luật bảo toàn với nguyên tố Al: 4x + y = 0,6 (2) Từ (1) (2): x = 0,1; y = 0,2 Vậy a = nAl 4C3 + 1,5nAl = 3.01 + 1.5.0,2 = 0,6 Ví dụ 8: Hồ tan hồn tồn m gam hỗn hợp X gồm Na2O Al2O3 vào H2O thu 200 ml dung dịch Y chứa chất tan có nồng độ 0,5M Thổi khí CO2 (dư) vào Y thu a gam kết tủa Giá trị m a A 8,3 7,2 B 11,3 7,8 C 13,3 3,9 D 8,2 7,8 Bài giải Hướng dẫn HS cách suy luận: Khi cho hỗn hợp oxit vào H2O Na2O tan nước tạo thành dung dịch kiềm, sau Al2O3 tan dung dịch kiềm Vì sau phản ứng hoàn toàn thu chất tan nên Al2O3 tác dụng vừa đủ với dung dịch kiềm Dung dịch Y chứa NaAlO2 78 Na2O + H2O → 2NaOH 0,05 (1) 0,1 Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O 0,05 0,1 (2) 0,1 NaAlO2 + CO2 + 2H2O → Al(OH)3 + NaHCO3 (3) 0,1 0,1 Vậy m = 0,05.62 + 0,05.102 = 8,2 gam a = 7,8 gam Đáp án D Chú ý: Hiện để giải nhanh tập trắc nghiệm người ta hay sử dụng phương pháp đồ thị Phương pháp: Số mol Al(OH)3 a Số mol H+ b x y a + Số mol H+ phản ứng có trường hợp: - Xuất kết tủa: x = b => 𝑛𝐻 + = 𝑛↓ - Xuất kết tủa, sau kết tủa tan phần: y = 4a – 3b → n H = 𝑛𝐴𝑙3+ - 3n↓ + VD(VD1): Hướng dẫn: Ta có: nAlO2- = 0,2 mol; n↓ = 0,15 mol Vì n↓ < nAlO2- →Có trường hợp xảy ra: Áp dụng công thức nhẩm nhanh: n H = 𝑛𝐴𝑙3+ - 3n↓ + → nH+ = 0,35 mol Vậy V = 0,7 lít 79 4a VD(VD3): Hướng dẫn: Ta có: nAlO2- = 0,01 mol; n↓ = 0,005 mol; nOH- = 0,01 mol - Vì n↓ < nAlO2- →Có trường hợp xảy ra: - TH1: Phản ứng tạo kết tủa AlO2- dư Áp dụng công thức nhẩm nhanh: 𝑛𝐻 + = 𝑛↓ →𝑛𝐻 + = 0,005 mol V = (0,005 + 0,01)/0,2 = 0,075 lít = 75 ml - TH2: Kết tủa sinh bị hòa tan phần Áp dụng công thức nhẩm nhanh: n H = 𝑛𝐴𝑙3+ - 3n↓ + → nH+ = 0,025 mol →∑ n H + = 0,025 + 0,01 = 0,035mol Vậy V = 0,175 lít = 175 ml VD(VD6): Hướng dẫn: Ta có: n↓ = 0,15 mol; nH+ = 0,275.2 = 0,55 mol Áp dụng cơng thức tính nhanh: n H = 𝑛𝐴𝑙3+ - 3n↓ + → n H = nAlO2- - 3n↓ = nAlO2- - 3.0,15 = 0,55→ nAlO2- = 0,25 + Vậy m = 0,125.102 + 0,125 94 = 24,5 gam Đáp án D 80 MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Cho 200 ml dung dịch X gồm NaAlO2 0,1M Ba(OH)2 0,1M tác dụng với V ml dung dịch HCl 2M thu 0,78 gam kết tủa Giá trị lớn V A 55 B 45 C 35 D 25 Bài 2: Cho 100 ml dung dịch X chứa NaOH 0,1M NaAlO2 0,3M Thêm từ từ V lít dung dịch HCl 0,1M vào dung dịch X kết tủa bị tan phần Lọc kết tủa lại đem nung đến khối lượng không đổi thu 1,02 gam Giá trị V A 0,5 lít B 0,6 lít C 0,7 lít D 0,8 lít Bài 3: Cho lít dung dịch HCl tác dụng với 500ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 1M NaAlO2 1,5M thu 31,2 gam kết tủa Nồng độ mol dung dịch HCl A 0,9M 2,3M B 0,9M C 2,3M D 0,9 1,8M Bài 4: Trộn 200ml dung dịch NaOH 1M với 100ml dung dịch HCl xM thu dung dịch A Cho dung dịch A vào 200ml dung dịch AlCl3 0,5M thu 1,56 gam kết tủa Giá trị x A 0,6M B 1M C 1,4M D 2,8M Bài 5: Cho 21gam hỗn hợp kim loại K Al hoà tan hoàn toàn nước dung dịch X Thêm từ từ dung dịch HCl 1M vào X, lúc đầu không thấy kết tủa, đến kết tủa hồn tồn cần 400ml dung dịch HCl Khối lượng K hỗn hợp A 15,6 B 5,4 C 7,8 D 10,8 Bài 6: Cho hỗn hợp gồm 20,4 gam Al2O3 a gam Al tác dụng với dung dịch KOH dư thu dung dịch X Dẫn khí CO2 vào dung dịch X thu kết tủa Y Lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thu 30,6 gam chất rắn Giá trị a A 2,7 B 5,4 C 10,7 81 D 8,1 Bài 7: Hoà tan hoàn toàn 9,9 gam hỗn hợp gồm K Al vào nước dư, thu dung dịch Y 6,72 lít khí H2 (đktc) Sục CO2 dư vào dung dịch Y thu m gam kết tủa Giá trị m A 7,8 B 11,7 C 15,6 D 19,5 Bài 8: Cho dung dịch A chứa 0,05 mol NaAlO2 0,1 mol NaOH tác dụng với dung dịch HCl 2M Thể tích dung dịch HCl 2M lớn cần cho vào dung dịch A để thu 1,56 gam kết tủa A 0,06 lít B 0,18 lít C 0,12 lít D 0,08 lít Bài 9: Hỗn hợp A gồm Al Al2O3 có tỉ lệ khối lượng tương ứng 1,8:10,2 Cho A tan hết dung dịch NaOH vừa đủ thu dung dịch B 0,672 lít khí (ở đktc) Cho B tác dụng với V lít dung dịch HCl 0,55M thu kết tủa D, nung D nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu 3,57 gam chất rắn Giá trị lớn V A 0,2 B 0,55 C 0,35 D 0,25 Bài 10: Cho V lít dung dịch NaOH 2M vào dung dịch chứa 0,1 mol Al2(SO4)3 0,1 mol H2SO4 đến phản ứng hoàn toàn, thu 7,8 gam kết tủa Giá trị lớn V để thu lượng kết tủa A 0,05 B 0,45 C 0,25 D 0,35 Bài 11: Cho 7,65 gam hỗn hợp Al Mg tan hoàn toàn 500 ml dung dịch gồm HCl 1,04M H2SO4 0,28M, thu dung dịch X khí H2 Cho 850 ml dung dịch NaOH 1M vào X, sau phản ứng xảy hoàn toàn thu 16,5 gam kết tủa gồm chất Mặt khác, cho từ từ dung dịch hỗn hợp KOH 0,8M Ba(OH) 0,1M vào X đến thu lượng kết tủa lớn nhất, lọc lấy kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi, thu m gam chất rắn Giá trị m gần với giá trị sau đây? A 27,4 B 46,3 C 38,6 D 32,3 ( trích đề thi ĐH 2016) Bài 12: Hỗn hợp X gồm Al2O3, Ba, K (trong oxi chiếm 20% khối lượng X) Hịa tan hồn tồn m gam X vào nước dư, thu dung dịch Y 0,022 mol khí H2 Cho từ từ đến hết dung dịch gồm 0,018 mol H2SO4 0,038 mol 82 HCl vào Y, thu dung dịch Z (chỉ chứa muối clorua muối sunfat trung hòa) 2,958 gam kết tủa Giá trị m A 3,912 B 3,600 C 3,090 D 4,422 ( trích đề thi THPT 2018) Bài 13: Hịa tan hồn tồn hỗn hợp Al Al2O3 200 ml dung dịch HCl nồng độ a mol/l, thu dung dịch X Cho từ từ dung dịch NaOH 1M vào X, lượng kết tủa Al(OH)3 (m gam) phụ thuộc vào thể tích dung dịch NaOH (V ml) biểu diễn đò thị bên Giá trị a A 0,5 B 1,5 C 1,0 D 2,0 ( trích đề thi THPT 2017) 83 Dạng 4: Bài tốn phản ứng nhiệt nhôm Một số ý phương pháp giải Trước hết, bạn cần hiểu phản ứng nhiệt nhôm “phản ứng kim loại với oxit kim loại”, phản ứng tỏa nhiệt mạnh Al chất khử Ví dụ số phản ứng hay gặp là: t → 2Fe + Al2O3 Fe2O3 + 2Al ⎯⎯ t → 4Al2O3 + 9Fe 8Al + 3Fe3O4 ⎯⎯ t → 4Al2O3 + 9Mn 3Mn3O4 + 8Al ⎯⎯ t → Al2O3 + 2Cr Cr2O3 + 2A l ⎯⎯ Trong phản ứng nhiệt nhơm phản ứng kim loại Al với oxit sắt gặp nhiều Do đó, sáng kiến này, tơi trình bày tốn liên quan đến phản ứng Al với oxit sắt t → yAl2O3 + 3xFe Tổng quát: 2yAl + 3FexOy ⎯⎯ Nếu phản ứng nhiệt nhôm xảy hồn tồn có trường hợp xảy ra: * TH1: Al, FexOy hết →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 * TH2: Al hết, FexOy dư →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 FexOy dư * TH3: Al dư, FexOy hết →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 Al dư Để xác định sản phẩm tạo thành phải dựa vào kiện toán: - Nếu sản phẩm tạo thành tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí H2 xảy trường hợp 3, sản phẩm gồm Fe, Al2O3 Al dư (trường hợp hay gặp nhiều nhất) - Nếu sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm khơng giải phóng H2 xảy trường hợp trường hợp 2 Nếu phản ứng nhiệt nhơm khơng hồn tồn (H < 100%) sản phẩm gồm: Fe, Al2O3, Al dư FexOy dư Phương pháp giải chung - Phương pháp giải tốn phản ứng nhiệt nhơm thường sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố - Cần ý số vấn đề sau: 84 + Hiệu suất phản ứng áp dụng cho phản ứng xảy chưa hoàn toàn tức sau phản ứng chất tham gia dư: Dấu hiệu để nhận pư xảy không hồn tồn tốn khơng có câu “ phản ứng xảy hồn tồn’’, có câu “ phản ứng thời gian” + Hiệu suất phản ứng tính theo lượng chất ( số mol, khối lượng, thể tích) tham gia lượng chất sản phẩm Công thức chung sau: Lượng thực tế H= Lượng lý thuyết 100% + Nên nhớ < H< Nếu đề cho biết lượng chất tham gia phản ứng lượng lý thuyết, đề cho biết lượng chất sản phẩm lượng thực tế + Nếu đề cho biết lượng chất chất tham gia phản ứng hiệu suất tính theo chất hết trước ta giả sử hiệu suất phản ứng 100% Ví dụ 1: Khử hoàn toàn 34,8 gam oxit sắt lượng nhôm vừa đủ, thu 45,6 gam chất rắn Công thức sắt oxit A Fe2O3 B FeO C Fe3O4 D Fe3O4 Fe2O3 Bài giải t → yAl2O3 + 3xFe 2yAl + 3FexOy ⎯⎯ Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có: mAl = 10,08 gam →nAl = 0,4 mol →nO(trong FexOy) = nO(trong Al2O3) = 3/2.0,4 = 0,6 mol →nFe = (34,8 – 0,6.16)/56 = 0,45 mol → x : y = 0,45 : 0,6 = : Vậy công thức oxit sắt Fe3O4 Đáp án C Ví dụ 2: Nung nóng hỗn hợp gồm Al 16 gam Fe2O3 (trong điều kiện khơng có khơng khí) đến phản ứng xảy hoàn toàn, thu hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh 3,36 lít H2 (ở đktc) Giá trị V A 300 B 100 C 200 85 D 150 Bài giải Các phản ứng xảy ra: t → Al2O3 + 2Fe 2Al + Fe2O3 ⎯⎯ 0,1 (1) 0,1 Vì chất rắn tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng khí H2 nên chất rắn X gồm Al2O3, Fe Al dư 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 0,1 (2) 0,15 Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O 0,1 (3) 0,2 Vậy V = 0,3 lít = 300 ml Ví dụ 3: Thực phản ứng nhiệt nhơm hỗn hợp gồm Al m gam hai oxit sắt khí trơ, thu hỗn hợp rắn X Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu dung dịch Y, chất khơng tan Z 0,672 lít khí H2 (đktc) Sục khí CO2 dư vào Y, thu 7,8 gam kết tủa Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4, thu dung dịch chứa 15,6 gam muối sunfat 2,464 lít khí SO2 (ở đktc, sản phẩm khử H2SO4) Biết phản ứng xảy hoàn toàn Giá trị m A 6,48 B 5,04 C 6,96 D 6,29 (Đề tuyển sinh khối A năm 2014) Bài giải Hướng dẫn HS cách suy luận: Bài toán hay tổng hợp nhiều nội dung kiến thức phản ứng nhiệt nhôm, CO2 tác dụng với dung dịch muối AlO2-, kim loại Fe tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng Để giải toán bạn cần phải nắm lý thuyết, q trình chuyển hóa, phương trình hóa học - Vì X tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng khí H2 nên X gồm Fe, Al2O3 Al dư - Khi cho chất rắn X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu dung dịch 86 Y gồm NaAlO2 NaOH dư Chất rắn Z lại Fe - Cho Z tác dụng với axit H2SO4 giải phóng khí SO2 nên bạn dự đốn axit H2SO4 phải axit đặc, nóng Bài lại cho khối lượng muối sunfat thể tích khí SO2 nên dự đoán tiếp muối sunfat phải gồm loại muối FeSO4 Fe2(SO4)3 - Bài yêu cầu tìm m khối lượng oxit sắt, suy luận phải tìm qua khối lượng Fe O 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: 2H2SO4 + 2e →SO42- + SO2 + 2H2O 0,11 0,11 →mFe = 15,6 – 0,11.96 = 5,04 gam Vậy m = 5,04 + 0,12.16 = 6,96 gam Ví dụ 4: Trộn 10,8 gam bột Al với 34,8 gam bột Fe3O4 tiến hành phản ứng nhiệt nhơm điều kiện khơng có khơng khí Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng dung dịch H2SO4 lỗng (dư), thu 10,752 lít khí H2 (đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhơm A 80% B 90% C 70% D 60% Bài giải t → 4Al2O3 + 9Fe 8Al + 3Fe3O4 ⎯⎯ x 0,375x (1) 1,125x Vì phản ứng nhiệt nhơm khơng hồn tồn nên chất rắn sau phản ứng gồm Al2O3, Fe, Fe3O4 dư Al dư 2Al + 3H2SO4 →Al2(SO4)3 + 3H2 0,4-x 1,5(0,4-x) 87 (2) Fe + H2SO4 →FeSO4 + H2 1,125x (3) 1,125x →1,5(0,4-x) + 1,125x = 0,48 → x = 0,32 Vậy H = 0,32/0,4.100% = 80% Lưu ý: Khi tính hiệu suất cần phải xét tỉ lệ mol xem tính hiệu suất theo chất MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Nung nóng m gam hỗn hợp Al Fe2O3 (trong môi trường khơng có khơng khí) đến phản ứng xảy hoàn toàn, thu hỗn hợp rắn Y Chia Y thành hai phần nhau: - Phần tác dụng với dung dịch H2SO4 lỗng (dư), sinh 3,08 lít khí H2 (ở đktc) - Phần tác dụng với dung dịch NaOH (dư), sinh 0,84 lít khí H2 (ở đktc) Giá trị m A 22,75 B 21,40 C 29,40 D 29,43 Bài 2: Nung hỗn hợp bột gồm 15,2 gam Cr2O3 m gam Al nhiệt độ cao Sau phản ứng hoàn toàn, thu 23,3 gam hỗn hợp rắn X Cho toàn hỗn hợp X phản ứng với axit HCl (dư) thoát V lít khí H2 (ở đktc) Giá trị V A 7,84 B 4,48 C 3,36 D 10,08 Bài 3: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al Fe3O4 đk khơng có khơng khí Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu dung dịch Y, chất rắn Z 3,36 lít khí H2 (ở đktc) Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y, thu 39 gam kết tủa Giá trị m A 48,3 B 45,6 C 36,7 D 57,0 Bài 4: Nung hỗn hợp X gồm Al FexOy đến phản ứng hoàn toàn thu chất rắn B Cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu dung dịch C, chất rắn D 0,672 lít khí H2 (đktc) Sục CO2 dư vào C thu 7,8 gam 88 kết tủa Cho D tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu 2,688 lít khí SO2 (đktc) a) Nếu cho 200ml dung dịch HCl 1M tác dụng với C đến phản ứng kết thúc thu 6,24 gam kết tủa số gam NaOH ban đầu tối thiểu A 5,6 B 8,8 C 4,0 D 9,6 b) Công thức sắt oxit A FeO B Fe2O3 C Fe3O4 D Fe3O2 Bài 5: Cho 44,56 gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3 Fe3O4 tác dụng vừa đủ với Al nhiệt độ cao (khơng có khơng khí) thu 57,52 gam chất rắn Nếu cho lượng A tác dụng hoàn toàn với CO dư (nung nóng) thu x gam chất rắn Dẫn khí vào dung dịch nước vơi dư thu y gam kết tủa Biết phản ứng khử sắt oxit tạo thành kim loại a) Giá trị x A 21,52 B 33,04 C 32,48 D 34,16 B 36 C 54 D 82 b) Giá trị y A 72 Bài 6: Nung hỗn hợp bột gồm Al Fe2O3 (trong điều kiện oxi), thu hỗn hợp chất rắn X Chia X thành phần nhau: - Cho phần vào dung dịch HCl (dư) thu 7,84 lít khí H2 (đktc) - Cho phần vào dung dịch NaOH (dư) thu 3,36 lít khí H2 (đktc) Biết phản ứng xảy hoàn toàn Phần trăm khối lượng Fe X A 33,61% B 42,32% C 66,39% D 46,47% Bài 7: Hỗn hợp X gồm 3,92 gam Fe, 16 gam Fe2O3 m gam Al Nung X nhiệt độ cao điều kiện khơng có khơng khí, thu hỗn hợp chất rắn Y Chia Y thành hai phần Phần tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), thu 4a mol khí H2 Phần hai phản ứng với dung dịch NaOH dư, thu a mol khí H2 Biết phản ứng xảy hoàn 89 toàn Giá trị m A 3,51 B 4,05 C 5,40 D 7,02 Bài 8: Nung hỗn hợp gồm 0,12 mol Al 0,04 mol Fe3O4 thời gian, thu hỗn hợp rắn X Hoà tan hoàn toàn X dung dịch HCl dư, thu 0,15 mol khí H2 m gam muối Giá trị m A 32,58 B 33,39 C 31,97 D 34,10 (Đại học khối B năm 2014) Bài 9: Thực phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al m gam hai oxit sắt khí trơ, thu hỗn hợp chất rắn X Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu dung dịch Y, chất khơng tan Z 0,672 lít khí H2 (đktc) Sục khí CO2 dư vào Y, thu 8,58 gam kết tủa Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4 (đặc, nóng), thu dung dịch chứa 20,76 gam muối sunfat 3,472 lít khí SO2 (đktc) Biết SO2 sản phẩm khử S+6, phản ứng xảy hoàn toàn Giá trị m A 7,28 B 8,04 C 6,96 D 6,80 ( Trích đề thi THPT - 2018) Câu 10: Cho 7,65 gam hỗn hợp Al Mg tan hoàn toàn 500 ml dung dịch gồm HCl 1,04M H SO 0,28M, thu dung dịch X khí H Cho 850 ml dung dịch NaOH 1M vào X, sau phản ứng xảy hoàn toàn thu 16,5 gam kết tủa gồm chất Mặt khác, cho từ từ dung dịch hỗn hợp KOH 0,8M Ba(OH) 0,1M vào X đến thu lượng kết tủa lớn nhất, lọc lấy kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi, thu m gam chất rắn Giá trị m gần với giá trị sau đây? A 27,4 B 46,3 C 38,6 D 32,3 ( Trích đề thi ĐH - 2016) 90 KẾT LUẬN Khóa luận thực kết sau: - Tóm tắt sở lí thuyết cách đọng cấu tạo, tính chất vật lí, tính chất hóa học ứng dụng kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm hợp chất - Các sở phân loại dạng tâp kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm hợp chất - Phân dạng tập kim loại kiềm, kiềm thổ, nhơm hợp chất - Các phương pháp giải nhanh tập kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm hợp chất - Một số kinh nghiệm phương pháp giảng dạy tập phần loại kiềm, kiềm thổ, nhôm hợp chất phần - Tuyển chọn xây dựng hệ thống số dạng tập hóa học kim loại kiềm, kiềm thổ, nhơm số hợp chất (có hướng dẫn giải đáp số cho bài) Các tập phần hướng dẫn giải, đáp số xếp theo dạng: - Kim loại kiềm, kiềm thổ: + Phân dạng tập lý thuyết: 34 câu + Phân dạng tập tính tốn: dạng, 12 ví dụ 51 câu vận dụng - Nhôm hợp chất nhôm: + Phân dạng tập lý thuyết: 15 câu + Phân dạng tập tính tốn: dạng, 41 ví dụ 49 câu vận dụng 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Hóa học 12, NXB Giáo dục, 2007 Hồng Nhâm, Hóa học vô cơ, NXB Giáo dục, 2003 Trần Ngọc Huy, Phương pháp giải tập hóa học trung học phổ thông,NXB Giáo dục, 2009 Phạm Ngọc Bằng, Vũ Khắc Ngọc…, 16 phương pháp kĩ thuật giải nhanh tập trắc nghiệm mơn hóa học, NXB Đại Học Sư Phạm, 2010 PGS TS Nguyễn Xuân Trường, Ôn luyện kiến thức luyện giải nhanh tập trắc nghiệm hóa học THPT Nguyễn Khoa Thị Phượng (2008), Phương pháp giải nhanh tốn hóa học trọng tâm, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Thanh Khuyến (2006), Phương pháp giải tốn hóa học vô cơ, Nhà xuất Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Lê Xuân Trọng (chủ biên), Hóa học 12 NXB Giáo dục Việt Nam, 2011 Đề thi tuyển sinh đại học năm 2014 đến năm 2019 10 Đề thi minh họa năm 2014 đến năm 2020 92