CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Những dạng bài tập vô cơ thường gặp nhiều đó là các bài tập liên quan đến “ kim loại nhôm và hợp chất”. Đây cũng là một trong những dạng bài tập làm cho các em học sinh có học lực trung bình, khá cảm thấy khó hiểu và phức tạp. Thậm chí đối với các em học sinh giỏi nếu như kiến thức không chắc và sâu cũng phải mất khá nhiều thời gian mới giải quyết được bài toán. Các em học sinh lúng túng, không hiểu khi học lý thuyết và giải các bài tập về nhôm và hợp chất như viết phản ứng của Al, Al2O3, Al(OH)3 tác dụng với dung dịch kiềm hay bài toán muối Al3+ tác dụng với dung dịch kiềm sinh ra kết tủa, sau đó kết tủa có tan hay không, tan hết hay tan một phần; lại còn bài toán của muối AlO2 tác dụng với dung dịch axit H+,… Nguyên nhân phần lớn các em đều không hiểu sâu lý thuyết và bản chất của các bài toán nên dẫn đến khó hiểu. Do đó tôi lựa chọn chuyên đề “Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm” để giúp cho các em học sinh có thể hiểu sâu hơn kiến thức và giải được tốt các bài tập về nhôm và hợp chất, đặc biệt rút ngắn được thời gian khi giải bài tập.

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ CHUYÊN ĐỀ “BÀI TẬP NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

Hà Nội, tháng 12 năm 2018

Chuyên đề: Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm

LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ

Những dạng bài tập vô cơ thường gặp nhiều đó là các bài tập liên quan đến “ kimloại nhôm và hợp chất” Đây cũng là một trong những dạng bài tập làm cho các emhọc sinh có học lực trung bình, khá cảm thấy khó hiểu và phức tạp Thậm chí đốivới các em học sinh giỏi nếu như kiến thức không chắc và sâu cũng phải mất khánhiều thời gian mới giải quyết được bài toán Các em học sinh lúng túng, khônghiểu khi học lý thuyết và giải các bài tập về nhôm và hợp chất như viết phản ứngcủa Al, Al2O3, Al(OH)3 tác dụng với dung dịch kiềm hay bài toán muối Al3+ tácdụng với dung dịch kiềm sinh ra kết tủa, sau đó kết tủa có tan hay không, tan hếthay tan một phần; lại còn bài toán của muối AlO2 - tác dụng với dung dịch axit H+,

… Nguyên nhân phần lớn các em đều không hiểu sâu lý thuyết và bản chất của cácbài toán nên dẫn đến khó hiểu Do đó tôi lựa chọn chuyên đề “Bài tập nhôm và hợpchất của nhôm” để giúp cho các em học sinh có thể hiểu sâu hơn kiến thức và giảiđược tốt các bài tập về nhôm và hợp chất, đặc biệt rút ngắn được thời gian khi giảibài tập

Tôi hy vọng rằng với chuyên đề của mình sẽ giúp cho các em học sinh đạtđược kết quả cao trong các bài kiểm tra, kì thi quốc gia chung Rất mong nhận được

sự đóng góp của tất cả các bạn đọc để chuyên đề của tôi được hoàn thiện và có ýnghĩa hơn

Chuyên đề gồm có các phân chính:

- Tóm tắt lý thuyết chuyên đề “ Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

- Phân loại dạng bài tập của chuyên đề “ Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

- Các phương pháp giải bài tập của chuyên đề “ Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

- Dạng bài tập mới của chuyên đề “ Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

- Vận dụng vào giảng dạy chuyên đề “ Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

- Kiểm tra và đánh giá chuyên đề “ Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

NỘI DUNG

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

A Nhôm

1 Vị trí và cấu tạo

1.1 Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn

− Nhôm là nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử là 13, nhóm IIIA, chu kì 3

− Trong nhóm, nhôm đứng dưới nguyên tố phi kim B Trong chu kì, nhôm đứng sau nguyên tố kim loại Mg và trước nguyên tố phi kim Si

1.2 Cấu tạo của nhôm

nhôm là nguyên tố p

− Độ âm điện: 1,61

− Số oxi hóa: tỏng hợp chất, Al có số oxi hóa bền là +3

− Mạng tinh thể: lập phương tâm diện

2 Tính chất vật lý

− Màu trắng, bạc, khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng

− Là kim loại nhẹ (d = 2,7 g/cm3), nóng chảy ở 660°C

− Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt Độ dẫn nhiệt bằng 2/3 đồng Độ dẫn điện của nhôm gấp 3 lần sắt

3 Tính chất hóa học

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, chỉ sau kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ, nên dễ bị oxi hóa thành ion dương

Al → Al3+ + 3e

a) Tác dụng với phi kim

CHÚ Ý: Nhôm bị thụ động hóa bởi dung dịch HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội

Có nghĩa là Al bị HNO3 và H2SO4 đặc nguội làm thụ động, sẽ không tác dụng vớicác dung dịch HCl, H2SO4 loãng

c) Tác dụng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều oxit kim loại như Fe2O3, Cr2O3… gọi là phảnứng nhiệt nhôm

− Nhôm không phản ứng với nước dù ở nhiệt độ cao vì trên bề mặt của nhômđược phủ kín một lớp Al2O3 rất mỏng, bền và mịn, không cho nước và khíthấm qua.

e) Tác dụng với dung dịch kiềm

− Trước hết, lớp bảo vệ Al2O3 bị hòa tan trong dung dịch kiềm:

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (1)

− Tiếp đến, Al khử nước:

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2 (2)

− Lớp bảo vệ Al(OH)3 bị hòa tan trong dung dịch kiềm:

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (3)

Các phản ứng (2) và (3) xảy ra xen kẽ nhau cho đến khi nhôm bị hòa tan hết.2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2↑

B Hợp chất của nhôm

I Nhôm oxit

1 Tính chất vật lý: chất rắn, màu trắng, không tan trong nước và không tác dụng với nước, nóng chảy trên 2050°C

2 Tính chất hóa học: là oxit lưỡng tính

− Tác dụng với dung dịch axit:

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

− Tác dụng với dung dịch kiềm:

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

II Nhôm hiđroxit

1 Tính chất vật lý: chất rắng, màu trắng, kết tủa ở dạng keo

2 Tính chất hóa học

a) Là hiđroxxit lưỡng tính:

− Tác dụng với dung dịch axit:

− Tác dụng với dung dịch kiềm: Al(OH)3

b) Kém bền nhiệt

III Nhôm sunfat

− Muối nhôm sunfat tan trong nước và làm dung dịch nóng lên do bị hiđrat hóa

− Phèn chua là muối sunfat kép kali và nhôm ngậm nước:

K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O hay viết gọn KAl(SO4)2.12H2O được dùng trongngành thuộc da, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong công nghiệp nhuộmvải, chất làm trong nước đục,…

− Phèn nhôm: M2SO4.Al2(SO4)3.24H2O (M là Na+, Li+, NH4 +

)

− Giải thích việc dùng phèn làm trong nước đục:

Trong dung dịch Al2(SO4)3 phân li hoàn toàn:

Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO4

2-Sau đó ion Al3+ bị thủy phân:

− Đều là các chất rắn, không màu

− Đa số tan trong nước như NaAlO2, Ba(AlO2)2…

NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3↓ + NaCl

Nếu HCl dư thì sẽ hòa tan Al(OH)3:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

− Dung dịch muối aluminat AlO2 - có môi trường bazơ (pH > 7)

II PHÂN LOẠI DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Dung dịch muối Al3+ tác dụng với dung dịch kiềm (OH-)

Bài toán 1: Cho dung dịch muối Al3+ tác dụng với dung dịch kiềm (OH-) biết

VD: Cho 100 ml dung dịch NaOH 3,5M tác dụng với 100 ml dung dịch AlCl3 1M

Kết thúc phản ứng, thu được m gam kết tủa Tính m?

* Nếu n↓ < nAl 3+

→Có 2 trường hợp xảy ra:

- TH1: Chỉ tạo kết tủa và Al3+ còn dư, khi đó chỉ xảy ra phản ứng (1) và lượng OH

8

VD: Cho 23,475 gam hỗn hợp X gồm 2 kim loại K và Ba tác dụng với dung dịch

AlCl3 dư, thu được 9,75 gam kết tủa Tính phần trăm khối lượng của kim loại Ktrong X?

Bài giải

78 = 0,125 mol

Hướng dẫn HS cách suy luận: Khi cho kim loại K, Ba vào dung dịch muối

thì 2 kim loại phản ứng với nước trong dung dịch để tạo thành dung dịch bazơ Dobài cho lượng Al3+ dư nên OH- phản ứng chuyển hết vào kết tủa

Al3+ + 3OH- →Al(OH)3

0,375 0,125Đặt nK = x; nBa = y →x + 2y = 0,375 (1)

39x + 137y = 23,475 (2)Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có : x = 0,075; y = 0,15

- Nếu số mol OH- trong kết tủa bằng số mol OH- ban đầu thì kết tủa sinh ra không

bị hòa tan, nghĩa là OH- hết, Al3+ có thể còn dư

- Nếu số mol OH- trong kết tủa lớn hơn số mol OH- ban đầu thì kết tủa sinh ra bịhòa tan một phần

Al(OH)3 + OH- →AlO2 - + 2H2O (2)

Công thức: n↓còn lại = 4nAl 3+

- nOH

-VD: Cho 700 ml dung dịch NaOH 0,1M vào V ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M; sau

khi các phản ứng kết thúc thu được 1,56 gam kết tủa Tính V?

Dạng 2: Dung dịch muối AlO2 - tác dụng với dung dịch axit

Bài toán 1: Bài cho dung dịch muối AlO 2- tác dụng với dung dịch axit mạnh (HCl, H 2 SO 4 ) khi biết 2 = a; ( ) 3 = b Bài thường yêu cầu tính lượng H +

* Nếu a > b có 2 trường hợp xảy ra:

-TH1: Phản ứng chỉ tạo kết tủa và AlO2

còn dư, chỉ xảy ra phản ứng (1)→Lượng

VD: Cho từ từ V lít dung dịch HCl 0,5M vào 200 ml dung dịch NaAlO2 1M thu

được 11,7 g kết tủa Giá trị của V là

Bài toán 2: Nếu bài cho dung dịch muối AlO2

tác dụng với dung dịch axit mạnh

Các phương trình hóa học:

AlO2

+ H+ + H2O → Al(OH)3 (1)Al(OH)3 + 3H+ →Al3+ + H2O (2)

* Nếu a = b thì phản ứng chỉ tạo kết tủa và kết tủa không bị hòa tan, chỉ xảy ra phảnứng (1), H+ hết, AlO2 -

có thể dư

* Nếu b < a thì kết tủa sinh ra ở (1) bị hòa tan một phần ở (2)

Công thức tính lượng kết tủa còn lại: n↓còn lại =

HCl 2M vào dung dịch A, sau khi phản ứng kết thúc thu được 15,6 gam kết tủa Giátrị của m là

Hướng dẫn HS cách suy luận:- Ở bài toán này có thêm dung dịch KOH thì đầu tiên

sẽ xảy ra phản ứng H+ với OH-, sau đó khi OH- hết H+ sẽ phản ứng tiếp với ionAlO2 -

y ra phản ứng (3), kết tủa không bị hòa tan

= 0,2 + n OH− = 1 mol →n OH− = 0,8 mol →m = 44,8 gam

- TH2: Xảy ra phản ứng (3), kết tủa sinh ra ở (2) bị hòa tan một phần ở (3).

AlO2

+ CO2 + 2H2O → Al(OH)3 + HCO3

-VD1: Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Na2O và Al2O3 vào H2O thu được

200 ml dung dịch Y chỉ chứa chất tan duy nhất có nồng độ 0,5M Thổi khí CO2 (dư)vào Y thu được a gam kết tủa Giá trị của m và a lần lượt là

Dạng 3 Bài toán về phản ứng nhiệt nhôm

Trong số các dạng bài về kim loại Al và hợp chất thì “bài toán về phản ứngnhiệt nhôm” cũng là dạng bài khá quan trọng, gặp nhiều trong các đề thi tuyển sinhđại học và cao đẳng Trước hết, các bạn cần hiểu phản ứng nhiệt nhôm là “phản ứngcủa kim loại với một oxit kim loại”, phản ứng này tỏa nhiệt rất mạnh trong đó Al làchất khử Ví dụ một số phản ứng hay gặp là:

Tổng quát: 2yAl + 3FexOy t0→ yAl2O3 + 3xFe

1 Nếu phản ứng nhiệt nhôm xảy ra hoàn toàn thì có 3 trường hợp xảy ra:

* TH1: Al, FexOy đều hết →sản phẩm gồm Fe, Al2O3

* TH2: Al hết, FexOy dư →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 và FexOy dư

* TH3: Al dư, FexOy hết →sản phẩm gồm Fe, Al2O3 và Al dư

Để xác định sản phẩm tạo thành phải dựa vào các dữ kiện của bài toán:

- Nếu sản phẩm tạo thành tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí H2 thì xảy ratrường hợp 3, sản phẩm gồm Fe, Al2O3 và Al dư (trường hợp này hay gặp nhiềunhất)

- Nếu sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm không giải phóng H2 thì có thể xảy ra trường hợp 1 hoặc trường hợp 2

2 Nếu phản ứng nhiệt nhôm không hoàn toàn (H < 100%) thì sản phẩm gồm:

Fe, Al 2 O 3 , Al dư và Fe x O y dư.

Lưu ý: khi giải các bài toán về phản ứng nhiệt nhôm thường sử dụng định luật bảo

toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố

VD: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit sắt trong

khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu được dungdịch Y, chất không tan Z và 0,672 lít khí H2 (đktc) Sục khí CO2 dư vào Y, thu được7,8 gam kết tủa Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4, thu được dung dịch chứa 15,6gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO2 (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất của

A 6,48 B 5,04 C 6,96 D 6,29

Bài giải

Hướng dẫn HS cách suy luận: Bài toán trên khá hay tổng hợp được nhiều nội dung

kiến thức như phản ứng nhiệt nhôm, CO2 tác dụng với dung dịch muối AlO2

-, kimloại Fe tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng Để giải được bài toán này các bạn cầnphải nắm chắc lý thuyết, các quá trình chuyển hóa, phương trình hóa học

- Vì X tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng khí H2 nên X gồm Fe, Al2O3 và Aldư

- Khi cho chất rắn X tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được dung dịch Y gồm NaAlO2 và NaOH dư Chất rắn Z còn lại là Fe

- Cho Z tác dụng với axit H2SO4 giải phóng khí SO2 nên các bạn dự đoán axit

H2SO4 phải là axit đặc, nóng Bài lại cho cả khối lượng muối sunfat và thể tích khí

SO2 nên dự đoán tiếp muối sunfat phải gồm 2 loại muối là FeSO4 và Fe2(SO4)3

- Bài yêu cầu đi tìm m là khối lượng của 2 oxit sắt, suy luận phải đi tìm qua khốilượng của Fe và O trong oxit

nAl ban đầu

H 2

= 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 SO4

tạo muối:

2H2SO4 + 2e →SO4

+ SO2 + 2H2O0,11 0,11

→mFe = 15,6 – 0,11.96 = 5,04 gam

Vậy m = 5,04 + 0,12.16 = 6,96 gam

III CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Phương pháp giải các bài tập chủ yếu sử dụng định luật bảo toàn electron Ngoài ra

có thể sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điệntích, phương pháp đường chéo và tính toán theo phương trình phản ứng

VD1: ( Định luật bảo toàn khối lượng) Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm bai kim loại

Mg, Cu và Al ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm cácoxit có khối lượng 3,33 gam Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hếtvới Y là:

VD2: ( Định luật bảo toàn electron) Nung nóng 10 gam hỗn hợp Al và Fe3O4 trongđiều kiện không có không khí Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗnhợp chất rắng X Cho tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y,chất rắn Z và 3,36 lít khí H2 (đktc) Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y thu được 39gam kết tủa Giá trị của m là:

Bài giải

Hỗn hợp sau phản ứng nhiệt nhôm tác dụng với dung dịch NaOH nên Al dư, Fe3O4phản ứng hết

nAl ban đầu = ( ) 3 = 0,5 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

IV DẠNG BÀI TẬP MỚI

Sử dụng phương pháp dạy học thí nghiệm để học sinh dễ dàng quan sát hiện tượng

và giải thích các hiện tượng về nhôm

Ví dụ: Trong phòng thí nghiệm, Đạt đã lấy 600 ml dung dịch KOH 0,1M đổ lầnlượt vào ba bình: bình 1 đựng 300 ml dung dịch AlCl3 0,1M, bình 2 đựng 100 mldung dịch AlCl3 0,1M và bình 3 đựng 160 ml dung dịch AlCl3 0,1M thì thấy hiệntượng xảy ra ở các bình xảy ra hiện tượng khác nhau Đạt chưa rõ nguyên nhân tạisao lại có các hiện tượng đó Bằng kiến thức đã học trong bài “nhôm và hợp chấtcủa nhôm” em hãy giải thích hiện tượng trên giúp Đạt

17

V VẬN DỤNG VÀO GIẢNG DẠY

Kế hoạch dạy học

Chuyên đề: Bài tập Al 3+ tác dụng với dung dịch

kiềm I Mục tiêu dạy học

1 Về kiến thức

− Trình bày được quá trình tạo muối khi sục Al3+ vào dung dịch kiềm

− Giải thích hiện tượng tượng trong phòng thí nghiệm khi sục dung dịch muối

Al3+ vào dung dịch kiềm: ban đầu thấy có kết tủa dạng keo trắng, sau đó kết tủa tan dần trong kiềm dư

2 Kĩ năng

− Viết được chính xác phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra

− Giải thành thào bài toán dựa vào hệ số cân bằng của phương trình để tìm tỉ lệnOH− , dựa vào biện luận các trường hợp xảy ra,

nAl 3+

3 Thái độ

− Say mê, nghiêm túc trong học tập

− Tìm tòi, khám phá, giải thích các hiện tượng thiên nhiên, hiện tượng xung quanh

− Tuân thủ quy tắc phòng thí nghiệm

4 Về định hướng phát triển năng lực

− Phát triển năng lực tính toán hóa học và năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn

II CHUẨN BỊ

− GV chuẩn bị một số bài tập theo mức độ từ dễ đến khó; các chất hóa học vàdụng cụ hóa học cần thiết

III PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

− Kết hợp phương pháp dạy học sử dụng bài tập Hóa học và phương pháp giải quyết vấn đề

IV THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

Hoạt động 1 Xác định sản phẩm tạo Khi sục dung dịch muối Al3+ vào dung

+

đây:

− GV cho HS viết các PTHH của các Al3+ + 3OH- →Al(OH)3 (1)phản ứng xảy ra khi sục dung dịch muối Al(OH)3 + OH- →AlO2 -

+ 2H2O (2)

Đặt T = n

-OH

tỉ lệ chất tham gia để tạo thành chất sản nAl 3+

phẩm tương ứng - TH1: Nếu T ≤ 3 (OH- hết, Al3+

dư)→chỉ xảy ra phản ứng (1), nghĩa làchỉ tạo kết tủa và kết tủa không bị hòatan (trường hợp này ít gặp)

n↓ = nOH -

3

- TH2: Nếu T = 4 hoặc T > 4 (OH- dư)→Kết tủa bị hòa tan hết, xảy ra cả 2 phảnứng (trường hợp này ít gặp)

- TH3: Nếu 3 < T < 4 →Kết tủa sinh ra

ở phản ứng (1) và bị hòa tan một phần ởphản ứng (2) (trường hợp này hay gặp)

− GV chia lớp thành 2 nhóm bình tam giác, ban đầu trong bình xuất

hiện kết tủa dạng keo trắng

− HS quan sát GV thực hiện thí nghiệm

* Giải thích hiện tượng tạo kết tủa:

− GV:

Ion Al3+ trong dung dịch AlCl3 tác dụng+ Dùng pipet lấy chính xác 100 ml dung với ion OH- trong dung dịch KOH

dịch AlCl3 0,2M cho vào trong bình tam

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3↓keo trắng

giác Kết tủa keo trắng do sinh ra Al(OH)3.+ Tương tự dùng pipet lấy chính xác 100 − Khi tiếp tục nhỏ dung dịch KOH vào,

ml dung dịch KOH 1M, sau đó nhỏ từ từ kết tủa keo trắng tan ra tạo dung dịchđến hết vào bình tam giác chứa dung trong suất

dịch AlCl3

* Giải thích hiện tượng hòa tan kết tủa:

− HS: Quan sát hiện tượng, trao đổi với

Ion OH- sẽ hòa tan kết tủa mới tạocác thành viên trong nhóm và giải thích

Hoạt động 3: Vận dụng giải một số bài Câu 1 Trong phòng thí nghiệm, người ta

− GV hướng dẫn giải mẫu một số bài mol dung dịch KOH Tính khối lượng

kết tủa tạo ra sau phản ứng?

toán đơn giản cho HS

Câu 2 Trong phòng thí nghiệm, ngườ ta