Qua thực tế giảng dạy ở một số lớp 12, tôi nhận thấy nhiều em học sinh vẫn còn rất lúng túng trong việc giải các bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm. Các em thường sử dụng cách giải truyền thống là viết và tính theo phương trình hoá học, như vậy sẽ mất rất nhiều thời gian để giải quyết một bài toán. Vì vậy, với thời lượng trung bình 1,5 đến 1,8 phútcâu thì các em không thể hoàn thành được bài tập. Để giúp các em có thể giải nhanh được các bài tập phần này, tôi đưa ra phương pháp giải một số dạng bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm.
SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC CHUYÊN ĐỀ: MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM (DÀNH CHO HỌC SINH ÔN THPT QUỐC GIA) NGƯỜI THỰC HIỆN: ……… CHỨC VỤ: GIÁO VIÊN ĐƠN VỊ CÔNG TÁC: ………… ……… A PHẦN MỞ ĐẦU: I LÍ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ: Với hình thức thi trắc nghiệm khách quan đòi hỏi học sinh thời gian ngắn (trung bình 1,5 đến 1,8 phút / câu) phải làm xong tập Vì vậy, học sinh phải nắm kiến thức cách nhuần nhuyễn, vận dụng cách linh hoạt để thời gian ngắn tìm đáp án tốn Muốn làm điều giáo viên giảng dạy đóng vai trò quan trọng việc hướng dẫn học sinh nhận dạng, phân loại có cách giải phù hợp với toán Qua thực tế giảng dạy số lớp 12, nhận thấy nhiều em học sinh lúng túng việc giải tập nhôm hợp chất nhôm Các em thường sử dụng cách giải truyền thống viết tính theo phương trình hố học, nhiều thời gian để giải tốn Vì vậy, với thời lượng trung bình 1,5 đến 1,8 phút/câu em khơng thể hồn thành tập Để giúp em giải nhanh tập phần này, đưa phương pháp giải số dạng tập nhôm hợp chất nhôm II- ĐỐI TƯỢNG BỒI DƯỠNG: Học sinh lớp 12 sau học xong chương VI- kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm học sinh lớp 12 ôn thi THPT quốc gia III- DỰ KIẾN SỐ TIẾT BỒI DƯỠNG: 10 TIẾT B NỘI DUNG: I- HỆ THỐNG KIẾN THỨC SỬ DỤNG TRONG CHUYÊN ĐỀ: Một số tính chất nhơm hợp chất nhôm sử dụng tập Nhơm : - Vị trí bảng tuần hồn: số 13, chu kì 3, nhóm IIIA - Cấu hình electron: [Ne]3s23p1 - Tính chất hóa học: nhơm dễ nhường e nên có tính khử mạnh Al → Al3+ + 3e a Tác dụng với phi kim Tác dụng với halogen t0 � 2AlCl3 2Al + 3Cl2 �� Tác dụng với oxi 4Al + 3O t0 2Al2O3 Al bền khơng khí nhiệt độ thường có lớp màng oxit Al 2O3 mỏng bảo vệ b Tác dụng với axit Với axit thường (HCl, H2SO4 loãng) Al dễ dàng khử ion H+ dung dịch HCl H2SO4 → loãng H2 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 Với axit có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc): Al tác dụng mạnh với dung dịch HNO3 lỗng, HNO3 đặc, nóng H2SO4 đặc, nóng Al + 4HNO3(loãng) → Al(NO3)3+ NO + 2H2O t0 2Al + 6H2SO4 đặc �� � 2Al2(SO4)3 +3SO2+ 6H2O Nhôm bị thụ động hoá dung dịch HNO3 đặc, nguội H2SO4 đặc nguội c Tác dụng với oxit kim loại 2Al + Fe 2O3 t0 Al2O3 +2Fe Phản ứng Al với oxit kim loại yếu gọi phản ứng nhiệt nhôm d Tác dụng với nước - Phá bỏ lớp oxit bề mặt Al (hoặc tạo thành hỗn hống Al-Hg Al phản ứng với nước niệt độ thường) 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 - Nhôm không phản ứng với nước dù nhiệt độ cao bề mặt nhơm phủ kín lớp Al2O3 mỏng, bền mịn, khơng cho nước khí thấm qua e Tác dụng với dung dịch kiềm - Trước hết, lớp bảo vệ Al2O3 bị hoà tan dung dịch kiềm: Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (1) - Al khử nước: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 (2) - Lớp bảo vệ Al(OH)3 bị hoà tan dung dịch kiềm Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (3) Các phản ứng (2) (3) xảy xen kẽ khí nhơm bị hồ tan hết 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 NHÔM OXIT (Al2O3): Tính chất hố học: Là oxit lưỡng tính - Tác dụng với dung dịch axit Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O - Tác dụng với dung dịch kiềm Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O natri aluminat Al2O3 + 2OH → 2AlO2 + H2O NHƠM HIĐROXIT (Al(OH)3 ) Tính chất hố học: Là hiđroxit lưỡng tính - Tác dụng với dung dịch axit Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O - Tác dụng với dung dịch kiềm Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O Al(OH)3 + OH→ AlO2 + 2H2O Muối nhôm: a Muối (SO42-; NO3-; Cl- ) nhôm: Cơng thức tổng qt: AlxX3 - Tính chất hóa học muối nhơm phụ thuộc vào gốc axit X - Nếu AlxX3 muối tan có tính chất chung tác dụng với dung dịch kiềm: AlxX3 + 3NaOH→Al(OH)3 + 3NaX Al3+ + 3OH- →Al(OH)3 - Nếu sau phản ưng NaOH dư xảy phản ứng hòa tan kết tủa: Al(OH)3 + NaOH→NaAlO2 + 2H2O b Muối aluminat nhơm: AlO2Là muối axit yếu, tác dụng với axit mạnh NaAlO2 + H2O + CO2→Al(OH)3 + NaHCO3 NaAlO2 + HCl + H2O→Al(OH)3 + NaCl Nếu sau phản ưng HCl dư thì: Al(OH)3 + 6HCl→ 2AlCl3 + 3H2O NaAlO2 + 2H2O+ CO2→Al(OH)3 + NaHCO3 III- PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI Gồm dạng toán + Dạng 1: Bài toán phản ứng nhiệt nhơm + Dạng 2: Bài tốn muối nhơm tác dụng với dung dịch kiềm + Dạng 3: Muối aluminat tác dụng với dung dịch axit IV- PHƯƠNG PHÁP GIẢI TỪNG DẠNG 1, Dạng 1: Bài toán phản ứng nhiệt nhơm a, Cách xử lí t0 � yAl2O3 + 3M PTTQ: 2y Al + 3MxOy �� (Hỗn hợp X) ( hỗn hợp Y) - Định luật bảo toàn khối lượng: mX= mY - Nếu phản ứng xảy hoàn tồn tùy theo tính chất hỗn hợp Y tạo thành để biện luận Ví dụ: + Nếu hỗn hợp Y chứa kim loại → Al dư, MxOy phản ứng hết + Nếu hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí H2 → Al dư, MxOy phản ứng hết Chất rắn sau Y phản ứng với dung dịch kiềm chỉ chứa M + Nếu cho hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit thường mà có khí Y chỉ có M Y chứa M Al dư - Nếu phản ứng xảy khơng hồn tồn Y gồm: Al2O3, M, MxOy dư Al dư b Ví dụ minh họa: VD1: Nung nóng m gam hỗn hợp Al Fe2O3 (trong điều kiện khơng có khơng khí) đến phản ứng xảy hồn tồn , thu hỗn hợp rắn Y Chia Y thành hai phần nhau: - Phần 1: tác dụng với dung dịch H2SO4 lỗng (dư) sinh 3,08 lít khí H2 (ở đktc) - Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH (dư) sinh 0,84 lít khí H (ở đktc) Giá trị m là: A 22,75 gam B 21,40 gam C 29,40 gam D.29,43 gam Giải: nH2(1) = 0,1375 mol ; nH2(2) = 0,0375 mol - Hỗn hợp rắn Y tác dụng với NaOH giải phóng H → Al dư phản ứng xảy hồn toàn nên thành phần hỗn hợp rắn Y gồm: Al2O3, Fe Al dư - Gọi nFe = x mol ; nAl dư = y mol có 1/2 hỗn hợp Y - Bảo tồn e ta có : 2x+ 3y = 2nH2(1) = 0,1375 = 0,275 1,5y =nH2(2) = 0,0375 → x = 0,1 , y = 0,025 - Theo đlbt nguyên tố O Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = ½ nFe = 0,05 mol - Theo đlbt khối lượng: m = (0,05.102 + 0,1.56 + 0,025.27).2 = 22,75 gam → đáp án A VD2: Thực phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al oxit sắt FexOy (trong điều kiện khơng có khơng khí) thu 92,35 gam chất rắn Y Hòa tan Y dung dịch NaOH (dư) thấy có 8,4 lít khí H (ở đktc) lại phần khơng tan Z Hòa tan 1/2 lượng Z dung dịch H 2SO4 đặc, nóng (dư) thấy có 13,44 lít khí SO (ở đktc) Biết phản ứng xảy hoàn toàn Khối lượng Al 2O3 Y công thức oxit sắt là: A 40,8 gam Fe3O4 B 45,9 gam Fe2O3 C 40,8 gam Fe2O3 D 45,9 gam Fe3O4 Giải : nH2 = 0,375 mol ; nSO2 = 2.0,6 = 1,2 mol ( hòa tan hỗn hợp Z ) - Từ đề suy thành phần chất rắn Y gồm: Fe, Al 2O3, Al dư phần khơng tan Z Fe - Bảo tồn e ta có:1,5 nAl dư = nH2 = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol 3nFe = 2nSO2 = 2.1,2 → nFe = 0,8 mol m Al2O3 = 92,35 - 0,8.56 - 0,25.27 = 40,8 gam (1) → nAl2O3 = 0,4 mol - Theo đlbt nguyên tố O → nO(trong oxit sắt FexOy ) =3 nAl2O3 = 0,4.3 = 1,2 mol - Ta có:x/y = 0,8/1,2= 2/3 → công thức oxit sắt Fe2O3 (2) - Từ (1) ; (2) → đáp án C VD3: Trộn 5,4 gam bột Al với 17,4 gam bột Fe3O4 tiến hành phản ứng nhiệt nhơm (trong điều kiện khơng có khơng khí) Giả sử chỉ xảy phản ứng khử Fe 3O4 thành Fe Hòa tan hồn tồn chất rắn sau phản ứng dung dịch H2SO4 loãng (dư) thu 5,376 lít khí H2 (ở đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm số mol H2SO4 phản ứng là: A 75 % 0,54 mol B 80 % 0,52 mol C 75 % 0,52 mol D 80 % 0,54 mol Giải: nAl = 0,2 mol ; nFe3O4 = 0,075 mol ; nH2 = 0,24 mol - Phản ứng xảy khơng hồn tồn , gọi x số mol Al phản ứng: Phản ứng: Sau pư: 8Al + 3Fe3O4 x(mol) 3/8.x 0,2-x - Ta có phương trình: → 4Al2O3 0,5x(mol) 0,075-3/8.x 0,5x + 9Fe 9/8.x 9/8.x 9/8.x.2 + (0,2 - x).3 = 0,24.2 → x = 0,16 mol → Hphản ứng = 0,16/0,2.100 = 80% (1) Kết hợp bảo tồn điện tích bảo tồn e: n SO42-phản ứng = nFe + nAl + 3nAl 2O3 + 4.nFe3O4 = 0,36 + 0,12 + 0,48 + 0,12 = 1,08 mol → nH2SO4phản ứng =nSO42-phản ứng =1,08 mol (2) - Từ (1) ; (2) → đáp án D Dạng 2: Bài tốn muối nhơm tác dụng với dung dịch kiềm a, Phản ứng: Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 (1) (kết tủa trắng keo) Sau (1) OH- dư tiếp tục xảy phản ứng Al(OH)3 + OH-→AlO2- + 2H2O (2) b Thiết lập đồ thị: Đặt nAl3+=a; nOH-=x; nAl(OH)3 thu =y =sinh (1) - hòa tan (2) + TH1: x �a: sau (1) OH- hết chưa xảy phản ứng (2) � y=x/3 + TH2: 3a