SKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCS

SKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCSSKKN Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCS

A ĐẶT VẤN ĐỀ:

I Lí do chọn đề tài:

Hiện nay tất cả các môn học đều được tập trung cao nhằm nâng cao chấtlượng đại trà cũng như chất lượng mũi nhọn của từng bộ môn và Hóa học cũngkhông nằm ngoài những môn đó

Là một giáo viên có tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi, tôi nhận thấy bộmôn Hóa học là một bộ khó đòi hỏi học sinh hứng thú, say mê, kiên trì, chămchỉ, có óc tư duy sáng tạo cao Hóa học có nhiều kiến thức thực tế, những kiếnthức chuyên sâu, khó, các dạng bài tập đa dạng Đặc biệt Hóa học 9 có nhiềudạng bài tập khó liên quan đến các kim loại Một trong những kim loại khó,phức tạp đó chính là nhôm Để góp phần nâng cao chất lượng học sinh khá giỏi

vì vậy tôi chọn đề tài “Nâng cao chất lượng học sinh giỏi qua bài tập về nhôm và hợp chất nhôm bậc THCS” giúp học sinh nhận biết các bài tập về nhôm,

định hướng cách giải bài tập, từ đó kích thích hứng thú học tập cũng như nângcao chất lượng học sinh khá giỏi

II Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

- Các tài liệu về thi tuyển học sinh giỏi, thi trường chuyên

III Mục tiêu nghiên cứu:

Một số năm trước bộ môn Hóa học không được tổ chức thi học sinh giỏicác cấp nên học sinh phần nào xem môn Hóa là môn phụ, kiến thức nhạt nhẽovới các em Chính vì vậy ngoài mục đích kích thích hứng thú, phát triển tư duycho các em nhằm nâng cao chất lượng học sinh khá giỏi, thì hiện nay các kiếnthức, các dạng bài tập về nhôm còn nằm rải rác, nhỏ lẻ trong các tài liệu Chonên bản thân tôi còn muốn xây dựng một tài liệu để tích lũy cho bản thân, choanh em đồng nghiệp phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

IV Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Hệ thống hóa các kiến thức liên quan về “ nhôm và hợp chất nhôm”trong các bài học THCS

- Nghiên cứu cách nhận biết bài tập cũng như cách giải chúng

- Nghiên cứu các đề thi học sinh giỏi, thi vào trường chuyên nhằm tìm

ra những bài tập tiêu biểu

V Phương pháp nghiên cứu:

Trong quá trình học tập, giảng dạy và nghiên cứu kiến thức này tôi cần tậptrung giải quyết mấy vấn đề sau:

Một là nghiên cứu kĩ lí thuyết trong sách giáo khoa và các tài liệu liênquan đến kim loại nhôm và hợp chất nhôm, đúc rút các kinh nghiệm qua các lầnthi học sinh giỏi

Hai là nghiên cứu khả năng tiếp thu của học sinh THCS qua các đề thi họcsinh giỏi các cấp để có những cách trình bày thật hợp lí và dễ hiểu phù hợp vớicác em

Ba là vận dụng phương pháp giải bài tập vào thực tiễn giảng dạy của mìnhhọc tập của học sinh, cũng như thu thập kiến thức phản hồi từ học sinh và đồngnghiệp, rút kinh nghiệm sửa chữa, bổ sung hoàn thiện hơn

Nếu đề tài được áp dụng cho học sinh tôi tin rằng các em sẽ nhận biết vàgiải tốt bài tập liên quan đến nhôm và hợp chất của nó, đồng thời bản thân rút rađược nhiều kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy của bản thân

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:

I Cơ sở lý luận:

Hoá học là một bộ môn khó với học sinh nên học sinh khi học tập bộ mônnày thường dễ chán nản Đối với học sinh khá giỏi việc giải các bài tập liên quanđến kim loại nhôm gặp rất nhiều khó khăn vì nhôm là một kim loại có tính chấthóa học phức tạp không như những kim loại khác Hợp chất của nó cũng vôcùng đa dạng, phong phú Trong khi đó chương trình sách giáo khoa chủ yếu đềcập đến lí thuyết của nhôm còn phần bài tập số lượng ít Hơn nữa các loại sáchtham khảo cũng thường phân những dạng chung Do đó học sinh thường rất lúngtúng, không tự tin khi gặp bài tập về nhôm Tuy đây là một nội dung nhỏ nhưngnếu học sinh chỉ dựa vào kiến thức sách giáo khoa thì khi gặp phải những bài tậpliên quan đến nhôm thì hầu như không làm được và dẫn đến kết quả hcọ sinhgiỏi thấp

II Cơ sở thực tiễn:

Sau nhiều năm tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi tôi nhận thấy học sinhthường gặp sai sót khi làm bài tập về kim loại nhôm và hợp chất nhôm Từ đókhi thấy bài tập liên quan đến nhôm là các em thiếu tự tin Để khắc phục tình

trạng thực tiễn này thì phải có phương pháp giúp học sinh tiếp cận với các kiếnthức, kĩ năng giúp các em đủ tự tin để giải quyết bài tập tốt.

III Nội dung nghiên cứu:

1 Cơ sở lí thuyết:

2Al N+ →2AlN(nhôm nitrua)

Các chất Al 2 S 3 ; Al 4 C 3 ; AlN khi tác dụng với H 2 O đều tạo Al(OH) 3↓ và khí ↑

- Axit loại 2: HNO 3 loãng, HNO 3 đặc nóng:

Al + 6HNO3 đặc nóng →Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

Khí màu nâu

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

Khí không màu hóa nâu trong không khí

Hay: 8Al + 30HNO3 loãng → 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O

10Al + 36HNO3 loãng → 10Al(NO3)3 + 3N2↑ + 18H2O

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

Trường hợp tạo 2 khí với tỉ lệ n N O 2 : n N 2 = 2 : 3thì viết phương trình phảnứng:

Al + HNO3→Al(NO3)3 + 2N2O↑ +3N2 + H2O

Cân bằng: 46Al + 168HNO3 → 46Al(NO3)3 + 6N2O↑ + 9N2 + 84H2O

* H 2 SO 4 đặc nóng: 2Al + 6H2SO4 đặc nóng →Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O Hay: 2Al + 4H2SO4 đặc nóng →Al2(SO4)3 + S + 4H2O

8Al + 15H2SO4→4Al2(SO4)3 + 3H2S↑ + 12H2O

c Phản ứng nhiệt nhôm:

Ở nhiệt độ cao Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit

Ví dụ: Phản ứng giữa bột nhôm và sắt oxit

e Tác dụng với dung dịch kiềm:

Nếu Al có một lớp Al2O3 trên bề mặt thì nó sẽ phản ứng với kiềm tạo ramuối tan: Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

Khi Al không có màng oxit bảo vệ thì Al sẽ phản ứng với nước tạo thànhAl(OH)3 và giải phóng khí H2 , Al(OH)3 lưỡng tính nên tiếp tục phản ứng vớikiềm: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2↑

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Cộng (1) và (2) ta có: 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2 NaAlO2 + 3H2↑

g Tác dụng với dd muối:

Kim loại nhôm phản ứng được với dung dịch muối của kim loại yếu hơn

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu

1.1.4 Sản xuất nhôm:

Trong công nghiệp nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nhômoxit nóng chảy

a Nguyên liệu:

Quặng boxit Al2O3.2H2O và thường lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2

b Phương pháp điện phân nhôm oxit nóng chảy:

Đpnc Al2O3 từ quặng boxit Al2O3 2H2O có xúc tác là quặng Criolit quặng boxit

Dạng axit HAlO2.H2O ( axit aluminic)

Dạng bazơ Al(OH)3 (nhôm hidroxit)

+ Khi cho từ từ dd bazơ mạnh ( NaOH, KOH, Ba(OH)2….) đến dư vào ddmuối Al3+ nhận thấy có kết tủa Al(OH)3↓ tăng dần đến cực đại sau đó kết tủa từ

từ tan dần: AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

+ Khi cho từ từ dd bazơ yếu đến dư vào dd muối Al3+ nhận thấy có kết tủaAl(OH)3↓ cực đại, kết tủa không tan:

AlO2−+ CO 2 + H 2 O → Al(OH) 3 ↓ + HCO3−

+ Nếu dd chứa đồng thời AlO2−, OH- tác dụng dung dịch axit thì phảnứng theo thứ tự: (1) H+ + OH- → H2O

(2) AlO2−+ H+ + H2O → Al(OH)3↓

(3) Al(OH)3 + 3H+ dư → Al3++ 3H2O

2 Phương pháp:

1 Đối với giáo viên:

Phải hệ thống hóa kiến thức trọng tâm cho học sinh một cách khoa học

Nắm vững các phương pháp giải bài tập và xây dựng hệ thống bài tậpphải thật sự đa dạng, nhưng vẫn đảm bảo trọng tâm của chương trình phù hợpvới đối tượng học sinh.

Tận dụng mọi thời gian để có thể hướng dẫn giải được lượng bài tập lànhiều nhất, có hiệu quả nhất cho học và học sinh dễ hiểu nhất

2 Đối với học sinh:

- Đào sâu, mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn

b Về kĩ năng:

- Phải tích cực rèn kỹ năng hệ thống hóa kiến thức

- Nhận biết được bài tập nhôm và hợp chất nhôm

- Rèn kỹ năng viết PTHH hoá học cho học sinh khả năng tính toán mộtcách khoa học

- Phát triển năng lực nhận thức rèn trí thông minh cho học sinh

3 Ví dụ minh hoạ về các bài tập về nhôm và hợp chất nhôm:

1 Dạng 1: Viết PTHH, nhận biết

Câu 1: Viết PTHH của các phản ứng thực hiện dãy chuyển đổi sau:

(1) 2Al + 3Cl2  2AlCl3

(2) AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl

(3) Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

(4) NaAlO2 + CO2 + 2H2O  NaHCO3 + Al(OH)3

- Lấy một ít mỗi dung dịch ra hai ống nghiệm riêng biệt

- Nhỏ từ từ ít giọt một từ dung dich (1) sang ống nghiệm đựng dung dịch(2) Nếu: Ta thấy xuất hiện kết tủa không tan thì dung dịch (1) là NaOH và dungdịch (2) là AlCl3 Vì khi nhỏ từ từ NaOH thì NaOH hết trong khi AlCl3 dư nênchỉ có phản ứng:

AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl

- Ta thấy xuất hiện kết tủa sau đó tan thì dung dịch (1) là AlCl3 và dungdịch (2) là NaOH Vì khi cho từ từ AlCl3 thì chứng tỏ AlCl3 hết trong khi NaOH

dư nên xảy ra hai PTHH sau:

AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

Câu 3:

Chỉ dùng nước làm thuốc thử hãy phân biệt 3 mẫu bột kim loại sau: Na, Al, Fe

Giải:

- Lấy một ít mỗi bột kim loại trên cho vào ống nghiệm

- Nhỏ nước vào ba ống nghiệm trên Nếu thấy lọ nào xuất hiện khí thì kim loại đó là Na

- Hai kim loại còn lại không có hiện tượng gì

- Cho dung dich thu được vào hai kim loại trên kim loại nào phản ứng với NaOH xuất hiện khí thoát ra là Al

- Kim loại còn lại không có hiện tượng gì là Fe

- PTHH:

Na + H2O  NaOH + H2↑

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2 NaAlO2 + 3H2↑

Câu 4: Viết PTHH để giải thích các hiện tượng xảy ra khi

a) Cho dung dịch NH 3 dư vào dung dịch AlCl 3

b) Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch AlCl 3

c) Cho từ từ dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 vào dung dịch NaOH và ngược lại

d) Sục từ từ đến dư khí CO 2 vào dung dịch NaAlO 2

e) Cho từ từ đến dư dung dịch HCl vào dung dịch NaAlO 2

AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl

Tiếp tục cho NaOH vào đến dư ta thấy kết tủa tan PTHH:

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

c) Khi cho từ từ Al2(SO4)3 vào dung dịch NaOH ta thấy kết tủa xuất hiệnsau đó tan dần do Al2(SO4)3 phản ứng hết trong khi NaOH dư Ngược lại khi choNaOH từ từ vào Al2(SO4)3 thì xuất hiện kết tủa, đến khi nào dư NaOH thì kết tủamới tan dần:

Al2(SO4)3 + 6NaOH  2Al(OH)3 + 3Na2SO4

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

d) Sục từ từ đến dư khí CO2 vào dung dịch NaAlO2 xuất hiện kết tủakhông tan

NaAlO2 + CO2 + 2H2O  NaHCO3 + Al(OH)3

e) Cho từ từ HCl vào dung dịch NaAlO2 Ban đầu thấy kết tủa xuất hiện,sau đó cho dư HCl thì kết tủa tan, PTHH:

NaAlO2 + HCl + H2O  NaCl + Al(OH)3

Al(OH)3 + 3HCl  AlCl3 + 3H2O

2 Dạng 2: Hỗn hợp kim loại trong đó có Al, Al 2 O 3

Câu 1: Cho một lượng hỗn hợp Mg – Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu

được 8,96 lít H 2 Mặt khác cho lượng hỗn hợp như trên tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được 6,72 lít H 2 Các thể tích khí đktc

Tính khối lượng mỗi kim loại có trong hỗn hợp?

Số mol H2 sinh ra do phần 1 là: n H2=228,96,4=0,4mol

Số mol H2 sinh ra do phần 2 là: n H 226,72,4 0,3mol

=> Số mol H2 do phản ứng (1) sinh ra là 0,1 mol => nMg = 0,1mol

Vậy khối lượng mỗi kim loại là:

mAl = 0,2.27 = 5,4g

mMg = 0,1.24 = 2,4g

Câu 2: Có một hỗn hợp A gồm Ba và Al

Cho m g A tác dụng với nước dư thu được 1,344l khí, dung dịch B và phần không tan C Cho 2m g A tác dụng với dung dịch Ba(OH) 2 dư thu được 20,832 lít khí (đktc)

a) Tính thành phần % về khối lượng từng kim loại trong A

b) Cho 50ml dung dịch HCl vào dung dịch B thu được 7,8 g kết tủa Xác đinh nồng độ mol của dung dịch HCl

Sau phản ứng có phần chất rắn không tan chứng tỏ Al dư

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

2x x 3x

Theo bài ra ta có số mol H2 là: n H 0 , 06mol

4 , 22

344 , 1

832 , 20

055 , 2

%

% 8 , 79 100 1 , 8 055 , 2

1 , 8

%

= +

=

= +

01 ,

=

Trường hợp 2: HCl phản ứng dư có hai PTHH xảy ra:

2H2O + Ba(AlO2)2 + 2HCl →BaCl2 + 2Al(OH)3

09 ,

=

Câu 3:

Hòa tan hết 9,96 g hỗn hợp gồm Al và Fe bằng 1,175 lít dung dịch HCl 1M ta thu được dung dịch A Thêm 800g dung dịch NaOH 6% vào dung dịch A Lọc lấy kết tủa rửa sạch, nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thì thu được 13,65g chất rắn Tính thành phần % của Al và Fe trong hỗn hợp ban đầu?

) (

) ( 2 3

NaCl

OH Fe

OH Al

3 2

O Fe

O Al

- Lưu ý: Qua phần tóm tắt ta thấy có thể HCl dư, NaOH dư nên Al(OH) 3 hòa tan một phần

Theo bài ra ta có:

nHCl= 1,175 mol, n NaOH 1 , 2mol

40 100

6

=

Nếu hỗn hợp trên toàn bộ là nhôm thì số mol là: 9,96 : 27 = 0,37

=>Số mol HCl tối đa phản ứng là: 0,37.3 = 1,106mol<1,175 mol

=>HCl dư sau khi phản ứng với hỗn hợp

Gọi số mol Al và Fe trong 9,96 g hỗn hợp lần lượt là x, y (x, y>0)

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 (8)

y y

2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O (9)

y y/2

Số mol HCl phản ứng (1) (2) (3) = số mol NaOH (3) (4) (5) = 1,175 mol

Chứng tỏ NaOH dư: 1,2 – 1,175 = 0,025 và xảy ra phản ứng (6)

• Trường hợp 1: NaOH phản ứng vừa đủ hoặc dư ở phản ứng (6)

Lúc này: nAl(OH)3 = x ≤ 0.025 mol Thì chất rắn sau khi nung chỉ có Fe2O3

=> y/2.160 = 13,65 => y = 0,17 mol

=> 27x + 0,17.56 = 9,96 => x = 0,016 < 0,025 ( thỏa mãn)

Vậy khối lượng Al trong hỗn hợp có thể là: 0,016.27 = 0,432g

Khối lượng Fe trong hỗn hợp có thể là: 9,96 – 0,432 = 9,528g

• Trường hợp 2: Al(OH)3 dư, NaOH hết

Lúc này: nAl(OH)3 còn lại là: x - 0,025

Ta có: 27x + 56y = 9,96 và 13 , 65

2 160 2

025 , 0

Giải ra ta được: x= 0,056 > 0,025 (thỏa mãn)

y=0,15mol

Vậy khối lượng Al trong hỗn hợp có thể là: 0,056.27 =1,512 g

Khối lượng Fe trong hỗn hợp có thể là: 9,96 – 1,512 = 8,448g

* Bài tập tham khảo:

Câu 4:

Chia 2,38 g hỗn hợp Zn và Al thành hai phần bằng nhau:

Phần 1 được hòa tan hoàn toàn và vừa đủ trong dung dịch KOH 2M ta được 0,896 lít H 2 (đktc) Tính thành phần % theo khối lượng các kim loại trong hỗn hợp và thể tích dung dịch KOH đã dùng?

Phần hai trộn thêm m g Na rồi cho vào H 2 O Tính giá trị tối thiểu của m

để hỗn hợp ba kim loại Zn, Al, Na tan hết trong nước Tính thể tích khí thoát ra

Phần 1 hòa tan hết vào dung dịch HCl thu được 1,792 lít H 2

Phần 2 cho tác dụng hết với NaOH dư thu được 13,44 lít H 2 và muối NaYO 2 trong đó phần khối lượng không tan có khối lượng bằng 4/9 khối lượng

Y đã tan.

Phần 3 được đốt cháy trong O 2 dư thu được 2,840 g oxit.

Xác định kim loại X, Y Tính khối lượng mỗi kim loại ban đầu

Biết thể tích các khí đo ở đktc

Câu 6:

Cho m g hỗn hợp X gồm Na 2 O và Al 2 O 3 lắc với nước cho phản ứng hoàn toàn thu được 300 ml dung dịch A chỉ chứa một chất tan duy nhất có nồng độ 0,5M Thổi khí CO 2 dư vào dung dịch A thu được a g kết tủa

a) Tính m và thành phần % các chất trong X

Số mol Al(OH)3 là: 0,78:78 = 0,01mol

Số mol Al2(SO4)3 là: m Al SO 0,01mol

342.100

71,1.2003

4

2 ( ) = =Trường hợp 1: Al2(SO4)3 dư Lúc này chỉ có một PTHH

Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4

0,005 0,03 0,01

 Nồng độ mol của NaOH là: C M 1 , 5M

2 , 0

3 , 0

=

Trường hợp 2: NaOH dư Lúc này có hai phương trình

Al2(SO4)3 + 6NaOH → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4

0,01 0,06 0,02

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

0,01 0,01

Số mol NaOH là: 0,07 mol

 Nồng độ mol của NaOH là: C M 0 , 35M

2 , 0

07 ,

=

Câu 2:

Cho một mẫu Na vào 200 ml dung dịch AlCl 3 thì được 2,8 lít khí (đktc) và một kết tủa A Nung A đến khối lượng không đổi thu được 2,55 g chất rắn Tính C M của dung dịch AlCl 3 ?

Giải:

Số mol H2 là: n H 0,125mol

4,22

8,2

Số mol Al(OH)3 là: 6,24:78 = 0,08 mol

Số mol AlCl3 là: 0,1.1= 0,1mol

Trường hợp 1: Nếu AlCl3 dư thì chỉ có PTHH:

3NaOH + AlCl3 → 3NaCl + Al(OH)3

0,24 0,08 0,08

 VNaOH = 0,24l

Trường hợp 2: NaOH dư

3NaOH + AlCl3 → 3NaCl + Al(OH)3

0,3 0,1 0,1

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

0,02 0,02