CHUYÊN đề 6 KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ NHÔM

Chuyên đề KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ - NHÔM A LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I KIM LOẠI KIỀM Vị trí cấu tạo a) Vị trí kim loại kiềm bảng tuần hồn Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA bảng tuần hoàn, gồm nguyên tố: liti (Li), natri (Na), kali (K), rubidi (RD), xesi (Cs) franxi (Fr) b) Cấu tạo tính chất kim loại kiềm • Cấu hình electron: Kim loại kiềm nguyên tố s Lớp electron ngồi ngun tử có electron, phân lớp ns1 (n số thứ tự chu kì) So với electron khác nguyên tử electron ns1 xa hạt nhân hơn, dễ tách khỏi ngun tử Tính chất đặc trưng kim loại kiềm tính khử mạnh: M � M   1e • Năng lượng ion hóa : Kim loại kiềm có lượng ion hóa I1 nhỏ so với kim loại khác Theo chiều từ Li đến Cs lượng ion hóa giảm Riêng Frlà ngun tố phóng xạ • Số oxi hóa: Năng lượng ion hóa thứ nhỏ nhiều so với lượng ion hóa thứ hai nên kim loại kiềm có số oxi hóa +1 • Thế điện cực chuẩn: Thế điện cực chuẩn kim loại kiềm có giá trị ấm Nguyên tố Li Na K Pb Cs EM0  /M (V) -3,05 -2,71 -2,93 -2,98 -2,92 • Cấu trúc mạng tinh thể : Tất kim loại kiềm có mạng tinh thể lập phương tâm khối Trang Ô mạng sở - Số nguyên tử ô mạng sở là: N = +1= (nguyên tử) - AB = a  a  a � AC  (a 2)2  a  a  4rnt � rnt  a - Thể tích chiếm chỗ ngun tử mạng sở (coi ngun tử có dạng hình cầu): VNT �a � a 3   r   � � � 3 � �4 � - Thể tích ô nạng sở: VIT = a3 � Độ đặc khít (hay phần trăm thể tích nguyên tử chiếm mạng tinh thể) VN  3,14 �3 � 100%  � 100%  � 100%  68% VTT 8 m N M 2M NT X X - Khối lượng riêng: D  V  a3 N  6, 022.1023 a  gam/ cm  TT A Mx: Khối lượng mol nguyên tử kim loại X (gam/mol) a: Độ dài cạnh ô mạng sở (cm) NA = 6,022.1023 số Avogađro Tính chất vật lí - Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi thấp nhiều so với kim loại khác (đều nhỏ 200°C) Tính chất liên kết kim loại mạng tinh thể kim loại kiềm bền vững - Khối lượng riêng nhỏ nhiều so với kim loại khác nguyên tử kim loại kiềm có bán kính lớn cấu trúc mạng tinh thể chúng đặc khít Trang - Tính cứng: Các kim loại kiềm mềm, cắt chúng dao Tính chất liên kết kim loại mạng tinh thể yếu Tính chất hóa học Các kim loại kiềm có tính khử mạnh, tính khử tăng từ Li đến Cs M � M   1e a) Tác dụng với phi kim Hầu hết kim loại kiềm khử phi kim Thí dụ: Kim loại Na cháy mơi trường khí oxi khơ tạo natri peoxit Na2O2 t� 2Na  O � Na O2 Na O sản phẩm thương mại tác dụng với nước tạo thành hiđropeoxit (còn gọi nước oxi già) Na O2  2H O � 2NaOH  H O Nước oxi già chất oxi hố mạnh Dung dịch nước oxi già pha lỗng dùng làm thuốc sát trùng Khi đun nóng bị phân huỷ tạo oxi t� 2H O � 2H O  O � Do đó: o t 2Na O  2H O �� � 4NaOH  O � Kali, rubidi, xesi cháy tạo supeoxit MO2 t� K  O � KO KO2 dùng chủ yếu làm nguồn cung cấp O2 máy hô hấp nhân tạo dùng cấp cứu “Mặt nạ oxi” chế tạo để khí CO2 nước người đeo mặt nạ thở phản ứng với KO2 giải phóng O2) 4KO2  2H 2O  4CO � 4KHCO3  3O � Liti tạo Li2O có lẫn Li2O2 Các kim loại kiềm phản ứng mạnh với halogen Chúng bốc cháy gặp khí clo ẩm nhiệt độ thường Với brom lỏng K, Rb, Cs gây nổ mạnh, Li Na phản ứng bề mặt Với iot, kim loại kiềm tác dụng mạnh đun nóng Trong tất trường hợp tương tác với halogen, sản phẩm muối halogenua t� 2Na  Cl2 � 2NaCl Trang t� 2Na  Br2 � 2NaBr Các kim loại kiềm tác dụng trực tiếp với kim loại kiềm tạo muối sunfua M2S o t M  S �� � M 2S Với phân tử nitơ, có Li phản ứng trực tiếp nhiệt độ thường tạo Li3N Các kim loại lại phản ứng tạo M3N cho kim loại tác dụng với “nitơ hoạt động” trường phóng điện êm b) Tác dụng với axit Do điện cực chuẩn cặp oxi hóa - khử E 2H  /H = 0,00V, điện cực chuẩn cặp oxi hóa - khử kim loại kiềm có giá trị từ -3,05V đến -2,94V Vì kim loại kiềm dễ dàng khử ion H+ dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) thành khí H2 (phản ứng gây nổ nguy hiểm): M  H  � 2M   H � Với axit có tính oxi hố mạnh H2SO4 đặc, HNO3 sinh nhiều sản phẩm khử S+6 N+5 Thí dụ: 16Na + 11 H2SO4 đặc � 8Na2SO4 + SO2 � + S � + H2S � + 10H2O Na + 2HNO3 đặc � NaNO3 + NO2 � + H2O 29Na + 36HNO3 loãng � 29NaNO3 + N2 � + NO � + N2O � + NH4NO3 + 16H2O c) Tác dụng với nước Do điện cực chuẩn E M  /M kim loại kiềm nhỏ nhiều so với điện cực chuẩn E 0H2O/H = -0,41V nước pH = nên kim loại kiềm khử nước dễ dàng, giải phóng H2 2M  2H 2O � 2MOH  H � d) Tác dụng với dung dịch muối Trước hết kim loại kiềm phản ứng với nước tạo dung dịch kiềm, sau dung dịch kiềm tham gia phản ứng trao đổi với muối Ví dụ: K + dung dịch CuSO4 2K  2H 2O � 2KOH  H � CuSO  2KOH � Cu(OH) �K 2SO Trang 2K  CuSO  2H 2O � Cu(OH) � K 2SO  H � Điều chế kim loại kiềm Nguyên tắc chung để điều chế kim loại kiềm dùng dòng điện để khử ion kim loại kiềm, tách kim loại khỏi hợp chất chúng phương pháp điện phân hiđroxit muối clorua nóng chảy � pnc 2MCl � 2M  Cl � � pnc 4MOH ��� � 4M+O2 � H O Ứng dụng Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng: - Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng thiết bị báo cháy - Các kim loại kali natri dùng làm chất trao đổi nhiệt vài lò phản ứng hạt nhân - Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện - Kim loại kiềm dùng để điều chế số kim loại phương pháp nhiệt luyện - Kim loại kiềm dùng nhiều tổng hợp hữu II MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM Oxit - peoxit - supeoxit a) Oxit M2O Là oxit bazơ mạnh, tác dụng dễ dàng với nước, oxit axit, axit: Li O  H O � 2LiOH Na O  CO � Na CO3 K O  2HCl � 2KCl  H O b) Peoxit (M2O2) - supeoxit (MO2) Thể tính oxi hóa mạnh Chúng tác dụng mạnh với H2O với axit M O  2H O � 2MOH  H O M O  H 2SO4 � 2M 2SO  H O Riêng với Na2O2 tác dụng mạnh với nước phát nhiều nhiệt tạo hiđrat Na O 8H O sau phân huỷ tạo O2 Na O  2H 2O � 4NaOH  O � Trang Còn nhiệt độ thấp hay dung dịch lỗng phân huỷ tạo H2O2 Na O  2H 2O � 2NaOH  H O2 Trong phân tích, dùng Na2O2 để phá quặng sunfua cách nấu nóng chảy quặng với hỗn hợp gồm Na2O2 Na2CO3 chén bạc: to 2FeS2  15Na 2O � Fe O3  4Na 2SO4  11Na O Hoặc chuyển Cr(OH)3 thành cromat: 2Cr(OH)3  3Na O2 � 2Na 2CrO  2NaOH  2H 2O Phản ứng Na2O2 với CO tạo Na2CO3 với CO2 tạo với dung dịch CO2 tạo H2O Na O  CO � Na CO3 2Na 2O  2CO � 2Na 2CO  O � Na O  H 2O  CO2 � Na CO3  H 2O Với supeoxit tạo H2O2 O2 2MO  2H 2O � 2MOH  H O  O � 2MO  H 2SO � M 2SO  H 2O  O � Hiđroxit MOH a) Lí tính MOH chất rắn màu trắng nóng chảy nhiệt độ tương đối thấp, hút ẩm mạnh MOH bền nhiệt, đun nóng nhiệt độ cao nóng chảy bay mà khơng bị phân hủy, ngoại trừ LiOH bị phân hủy thành Li2O gần 600°C: t� 2LiOH � Li O  H 2O Hiđroxit kim loại kiềm tan mạnh nước, giải phóng nhiều nhiệt b) Hóa tính Dung dịch MOH có tính bazơ mạnh nhất, thể tính chất đặc trưng ion OH- MOH → M+ + OH• Phản ứng đặc trưng với chất thị: Dung dịch MOH làm quỳ tím hóa xanh, dung dịch phenolphtalein (khơng màu) thành màu hồng (đỏ) • Phản ứng với oxit axit axit tạo muối nước: 1:2 CO  2NaOH � Na 2CO  H 2O 1:2 CO  NaOH �� � NaHCO3 Trang HCl  NaOH � NaCl  H 2O Chú ý: Khi tác dụng với oxit axit axit trung bình, yếu tùy theo tỉ lệ mol chất tham gia phản ứng mà muối tạo thành muối axit, muối trung hịa hai • Tác dụng với muối axit NaOH  NaHCO3 � Na 2CO3  H 2O • Tác dụng với muối bazơ dễ bay NaOH  NH Cl � NaCl  NH � H 2O • Tác dụng với muối bazơ khó tan: 2NaOH  MgCl � Mg(OH) �2NaCl • Tác dụng với kim loại Be, Zn, Pb, Al, Sn oxit, hiđroxit chúng Zn  2NaOH  2H 2O � Na  Zn(OH)   H � ZnO  2NaOH  H O � Na  Zn(OH)4  Zn(OH)  2NaOH � Na  Zn(OH)  • Tác dụng với số phi kim halogen, S, Si, Cl2  2NaOH � NaCl  NaClO  H O o t 3Cl  6NaOH �� �SNaCl  NaClO3  3H O o t 3S  6NaOH �� � 2Na 2S  Na 2SO  3H 2O Si  2NaOH  H 2O � Na 2SiO  2H � c) Điều chế • Khi cần lượng nhỏ hiđroxit tinh khiết người ta cho kim loại kiềm phản ứng với nước: 2Na  2H O � 2NaOH  H � • Điện phân dung dịch muối clorua có màng ngăn: 2NaCl  2H O đpdd 2NaOH  H �Cl2 � có vách ngăn • Thực phản ứng trao đổi muối kim loại kiềm hiđroxit kim loại kiềm thổ: Na CO3  Ca(OH)2 � 2NaOH  CaCO3 � Muối kim loại kiềm M+ Trang • Các muối của kim loại kiềm khơng màu, trừ trường hợp anion có màu (KMnO4 có màu tím màu ion MnO 4 ) • Nói chung muối kim loại kiềm dễ tan nước (trừ KClO4 0oC hòa tan 0,75 gam KClO4/100g H2O) số muối Li tương đối khó tan NaHCO3 chất tan có độ tan nhỏ nhiều so với chất khác nên kết tủa dung dịch bão hịa chất dễ tan (có độ tan lớn hơn) • Trong kỹ thuật, KCl điều chế từ khoảng chất sinvinit (NaCl.KCl) cách hòa tan sinvinit dung dịch bão hòa muối ăn NaCl đun nóng (độ tan KCl tăng nhanh NaCl nhiệt độ tăng) Ở nhiệt độ cao độ tan KCl lớn độ tan NaCl nên có KCl tan Để nguội độ tan KCl lại nhỏ độ tan NaCl nên có KCl kết tủa tách • Khi đun nóng dụng dịch MHCO3 giải phóng CO2 dung dịch trở nên kiềm mạnh: 2MHCO3 � M 2CO3  CO � H 2O Muối hiđrocacbonat tạo cho CO2 tác dụng với muối cacbonat: CO32  CO2  H O � 2HCO3 • Các muối cacbonat kim loại kiềm tan, dung dịch có tính kiềm mạnh thủy phân: � � M CO3  H O �� � MHCO3  MOH • Các muối hidrocacbonat kim loại kiềm có tính lưỡng tính ion HCO 3 HCO3  OH  � CO32  H 2O HCO3  H  � CO � H 2O • Cả MHCO3 M2CO3 bị axit mạnh phân hủy giải phóng CO2: HCO3  H  � CO � H 2O CO32  2H  � CO � H 2O • NaHCO3 điều chế cách cho khí CO2 tác dụng với dung dịch NaOH: CO  NaOH � NaHCO3 Hoặc cho khí CO2 lội qua dung dịch Na CO3 bão hòa: Na CO3  CO  H 2O � 2NaHCO3 NaHCO3 dùng y khoa chữa bệnh dày ruột thừa axit, dễ tiêu, chữa chứng nôn mửa, giải độc axit Trong công nghiệp thực phẩm NaHCO3 bột nở, gây xốp cho loại bánh Trang • Na2CO3 tinh khiết điều chế cách nhiệt phân NaHCO3: t� 2NaHCO3 � Na CO3  CO � H O Trong công nghiệp người ta điều chế Na2CO3 phương pháp Sonvay (Bỉ, 1838 1922) theo phản ứng: �� � NaHCO3  NH 4Cl NaCl  NH HCO3 � � � Do NaHCO3 tan nên cân chuyển dịch sang phải Trong thực tế người ta cho khí NH CO qua dung dịch NaCl bão hòa: � �� � NaHCO3  NH Cl NaCl  CO2  NH3  H 2O �� � Lọc tách NaHCO3 nung nóng: o t 2NaHCO3 �� � Na 2CO3  CO � H 2O Khí CO2 thu tiếp tục làm nguyên liệu điều chế, sản phẩm phụ NH 4Cl lại cho phản ứng với vôi để tái sinh NH3, thực chu trình khép kín: o t 2NH 4Cl  Ca(OH) �� � 2NH �CaCl  2H 2O III KIM LOẠI KIỀM THỔ Vị trí cấu tạo a) Vị trí kim loại kiềm thổ bảng tuần hoàn Các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, gồm: Beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) b) Cấu tạo tính chất kim loại kiềm thổ • Cấu hình electron: Kim loại kiềm thổ nguyên tố s Lớp nguyên tử có 2e phân lớp ns2 So với electron khác nguyên tử hai electron ns2 xa hạt nhân cả, chúng dễ tách khỏi ngun tử Do tính chất đặc trưng kim loại kiềm thổ tính khử mạnh M � M   2e • Năng lượng ion hóa: Kim loại kiềm thổ có lượng ion hóa nhỏ so với kim loại khác, lớn kim loại kiềm tương ứng Theo chiều từ Be đến Ba bán kính nguyên tử tăng dần lượng ion hóa giảm dần • Số oxi hóa: Kim loại kiềm thổ ln có số oxi hóa +2 hợp chất • Thế điện cực chuẩn: Các cặp oxi hoá - khử M 2 / M kim loại kiềm thổ điện cực chuẩn âm Trang Nguyên tố Be Mg Ca Sr Ba EM0 2 / M (V) -1,85 -2,37 -2,87 -2,89 -2,90 Mạng tinh thể Lục phương Lập phương tâm diện Lập phương tâm khối Lưu ý: Mạng tinh thể lập phương tâm diện Ô mạng sở - Số nguyên tử ô mạng sở: N = 1 + = (nguyên tử) - AC  AB  BC  a  4rnt � rnt  a - Thể tích chiếm chỗ nguyên tử ô mạng sở (coi ngun tử có dạng hình cầu): VNT 16 �a � a 2   r   � � � 3 � �4 � - Thể tích mạng sở: VTT  a � Độ đặc khít (hay phần trăm thể tích nguyên tử chiếm mạng tinh thể) VNT  3,14 �2 100%  100%  100%  74% VTT 6 - Khối lượng riêng: D mNT N M X 4M X   gam/ cm3 23 VTT a N A 6, 022.10 a   Mx: Khối lượng mol nguyên tử kim loại X (gam/mol) a: Độ dài cạnh ô mạng sở (cm) Trang 10 BaCl  Na CO3 � BaCO3 �2NaCl 0,15 � 29,55  0,15 197 � n Na 2CO3  0,15mol • Phần 2: Ba 2  CO32 � BaCO3 � 0,15 � 0,15 Ba 2  HCO3  OH  � BaCO3 � H O � x � n BaCO3  0,15  x  x 49, 25  0, 25 � x  0,1mol 197 � m  m Na 2CO3  m NaHCO3  2(106.0,15  84.0,1)  48,6gam b) n H  n HC1  0, 7mol  Phản ứng xảy theo thứ tự: CO32  H  � HCO3 0,3 → 0,3 � 0,3 � n HCO3  0,  0,3  0,5mol; n H   0,  0,3  0, 4mol HCO3  H  � CO � H O 0, � 0, � 0, � VCO2  0, 4.22,  8,96 lít 12 a) Để đơn giản ta cho mol muối cacbonat phản ứng với axit A  CO3  n  nH 2SO4 � A  SO  n  nCO2 � nH O � n � m ddH 2SO4  � � n 98n.100  1000n(gam) 9,8 � mdd muối sunfat  (2A  60n)  1000n  44n  (2A  1016n) gam � C% A2  SO4  n  2A  96n 11,54  � A  12n � n  A  24(Mg) 2A  1016n 100 Trang 85  Công thức muối cabonat: MgCO3 b) n MgCO  0, 42  0, 005mol; n K 2CO3  0, 01.1  0, 01mol 84 n KOH  0, 011.1  0, 011mol t MgCO3 �� � MgO  CO � 0,005 0,005 Khí X CO2 CO  2OH  � CO32  H O 0,005 � 0,01 � 0,005 � n OH  0, 011  0, 01  0, 001mol � n CO2  0, 01  0, 005  0, 015mol Thành phần giới hạn dung dịch Y : OH  :103 M;CO32 :1,5.102 M K  : 0, 031M Dung dịch có mơi trường kiềm nên bỏ qua phân li nước �� � HCO3  OH  K b1  (1) CO32  H O �� � KW 1014  10,33  103,67 K a 10 14 �� � H CO3  OH  K b2  K W  10 (2) HCO3  H O ��  107,65 � K al 106,35 Do K b1  K b2 nên coi (1) cân chủ yếu dung dịch �� � HCO3  OH  CO32  H O �� � C :1,5.102 [] :  1,5.102  x  x K b1  103,67 103  10 3  x Theo định luật tác dụng khối lượng ta có: x  103  x  2 1,5 � 10  x  103,67 � x  1, 284.103 M 3 3 3 OH  � Vậy: � � � 10  1, 284.10  2, 284.10 M � pH  14  pOH  14  lg 2, 284.10 3  11,36 3 2 � HCO3 � CO 32  � � � 1, 284.10 M; � � � 1,371.10 M ; Trang 86  H 2CO3   107,65 � 1, 284.103  5, 62.10 8,65 M 3 2, 284.10 13  NH  CO3 �t�� 2NH  CO  H 2O � a 2a � a t Cu  OH  CuCO3 �� � 2CuO  CO  H O � b 2b t 3CuO  2NH �� � 3Cu  N  3H O 2b � b � 2b Vì Z tác dụng với HCl sinh muối nên NH3 dư, CuO hết � � � n NH3  � 2a  b � mol � Z gồm CO , N , H 2O (hơi) NH3 � � Z + HCl: Chỉ có phản ứng NH  HCl � NH 4Cl 7, 49 0,14 �  0,14 53,5 � 2a  b  0,14(*) Chất rắn Y Cu Cu  2H 2SO � CuSO  SO �2H 2O 2b � � n SO2  2b  3,36  0,15mol � b  0, 075mol 22, 2b Thay b vào (*) ta được: a  0,12mol � m  m NH4 )2CO3  m Cu  OH  CuCO3  96.0,12  222.0, 075  28,17gam 14 • X  BaCl2 : Ba 2  CO32 � BaCO3 � 0,06 � 0,06 Trang 87 • X  CaCl2 t 2HCO3 �� � CO � H O  CO32 x/2 0,25 x Ca 2+ CO32- + � CaCO3 ¯ (0, 25x  0, 06) � (0, 25x  0,06)  0, 07 � x  0, 04 mol HCO3  OH  � CO32   H O 0,12 � 0,12 � 0,12 � �n HCO  0,12  0, 04  0,16mol � a  0, 08mol /1 � m  40.0,12  4,8gam 2M  2H O � 2MOH  H � 15 � a a � 0,5a Ca  2H O � Ca(OH)  H � b � b � � n H2  0,5a  b  0,35 � a  b  0, � A  b 40b  Ma 9,1   13 ab 0, � X chứa chất có M  13 � Chỉ Li  M   � Chất lại Na  M  23 MOH  HCl � MCl  H O � a a Ca(OH)  2HCl � CaCl2  2H 2O � b b � m  9,1  71.0,35  33,95gam 16 n s  n BaSO  0, 02mol C � C 4  4e x � 4x N 5  1e � N 4 0,9 � 0,9 P � P 5  5e Trang 88 � 5y y S � S6  6e 0,02 � 0,12 � 4x  5y  0,78mol C � C 4  4e O  4e � 2O2 x � a � 4a 4x P � P 5  5e � y 5y S � S4  4e 0,02 � 0,08 � 4x  5y  0, 08  4a � 0, 78  0, 08  4a � a  0, 215 mol � VO2  4,816 lít 17 2n Mg  0, 77mol  3n NO  8n N O  0, 65mol + Có muối NH4NO3 tạo thành n NH NO3  0, 77  0, 65  0, 015mol � n HNO3 bị khử  0,15  2.0, 025  0, 015  0, 215mol  m Mg  NO3   m NH4 NO3  148.0,385  80.0, 015  58,18gam � m muối 18 M � M 2  2e x � 2x N 5  1e � N 4 0,1 � 0,1 Al � Al3  3e y � 3y � 2x  3y  0,1  1 Mặt khác: Mx  27y  1, 74  2 Từ (1) (2) ta rút ra: Trang 89 x 0,84  0, 05 � M  34,8(*) M  18 M  2HCl � MCl  H � 2,1 M � n H2  2,1 M � 2,1  0, 05 � M  42 M  ** Từ (*) (**) � 34,8  M  42 � M  40(Ca) 19 100ml dung dịch X  NaHSO dư: HCO3  HSO 4 � CO �SO 42  H O � 0,1 0,1 Ba 2  HSO4 � BaSO � H  � 0,05 0,05 Theo định luật bảo tồn điện tích: n Na   2n Ba 2  n HCO  n Cl � n Na   n HCO  n Cl  2n Ba 2  0,1  0,12  2.0, 05  0,12mol Cô cạn 100ml dung dịch X: 2HCO3 �t� � CO32  CO2 � H 2O � 0,1 0,05 � mchất rắn  m Na   m Ba 2  mCO32  m Cl  23.0,12  137.0, 05  60.0, 05  35,5.0,12  16,87gam � Cô cạn 300ml dung dịch X thu 16,87,3  50, 61 gam 20 a) Vì phân tác dụng với dung dịch NaOH có khí nên Al còn, Fe2O3 hết t Al  Fe O3 �� � Al 2O3  2Fe Chất rắn sau phản ứng chứa: Al 2O3 , Fe Al dư Đặt: Trang 90 Ald� : x(mol) � � � Phần 2: Phần 1: �Fe: y(mol) � Al 2O3 : 0,5y(mol) � Ald � : kx(mol) � � Fe : ky(mol) � � Al 2O3 : 0,5ky(mol) � • Phần + dung dịch NaOH dư: Fe không phản ứng Al O3  2NaOH  3H O � 2Na � Al  OH  � � � 2Al  2NaOH  6H O � 2Na � Al  OH  � � � 3H � x  � n H  1,5x  0, � x  0,8 mol 1,5x Phần không tan Fe %m Fe  56y 44,8  � y  0, mol 0,8 100 27 �  107y • Phần + dung dịch HCl Al2 O3  6HCl � 2AlCl3  3H O Al  3HCl � AlCl3  H � 0,8k � 0, 4k Fe  2HCl � FeCl  H � 0,4k � � n H  0,8k  0,4k 26,88 � k  1,5 22, - Khối lượng phần  56.0,  102.0,  27 0,8  50gam - Khối lượng phần  1,5.50  75 gam b) Số mol Fe sinh  (1  k)y  2,5.0,  1mol � n Fe O  n Fe  0,5mol � m Fe2O3  160.0,5  80gam Theo định luật bảo toàn khối lượng: mAl ban đầu  (50  75)  80  45gam 21 Trang 91 Gọi a, b, c số mol MgO, Al2O3 MO Khi nung nóng hỗn hợp A H2 khử MO = 80% MO  H �t� � M  H 2O 0,8c � 0,8c � 0,8c Chất rắn lại sau phản ứng: a mol MgO, b mol Al2O3, 0,2 mol MO (dư) 0,8c mol M Khi dùng H2SO4 hấp thụ H2O hấp thụ 90% lượng nước tạo thành Ta có: 0,9.0,8c  0, 72c mol Lượng nước bị hấp thụ: 15,948  15,3  0, 648 gam � 0, 72c  0, 648 � c  0, 05mol 18 Chất rắn lại: amolMgO, bmolAl2O3 , 0, 01molMO (dư) 0,8.0, 05  0, 04molM Khi hoà tan chất rắn lại ống sứ: MgO  2HCl � MgCl  H O a � a Al2 O3  6HCl � 2AlCl3  3H O b � 2b MO  2HCl � MCl  H 2O 0,01 � 0,01 Kim loại M không tan HCl: m M  2,56 gam � M  2,56  64(Cu) 0, 04 b) Lấy 1/10 dung dịch B có: 0,1amolMg 2 , 0, 2bmolAl3 0, 001molCu 2 Vì NaOH dư nên: Al3  4OH  �  Al(OH)  Mg 2  2OH  � Mg(OH) �  0,1a � 0,1 a Cu 2  2OH  � Cu(OH) � 0,01 � 0,01 Nung kết tủa: Trang 92 Mg(OH) �t� � MgO  H 2O � 0,1a 0,1a Cu(OH) �t� � CuO  H 2O � 0,01 0,01 � mChất rắn  40.0,1a  80.0, 001  0, 28 � a  0, 05mol Thành phần hỗn hợp A: %m MgO  0, 05.40.100%  12,34% 16, %m CuO  0, 05.80.100%  24, 69% 16, %m Al2O3  100%  (12,34%  24, 69%)  62,97% 22 a) Gọi x, y số mol Al Al2O3 Theo đề ra, ta có: %O  � %n Al  48y 30, 77  �y x 27x  102y 100 x.100% x.100%   66, 67% xy x  0,5x � %n Al2O2  100%  66, 67%  33,33% b) Trong 156 gam X chứa (mol) Al (mol) Al2O3 n OH   n KOH  n NaOH  5(mol) Al O3  2OH   3H O �  Al(OH)  1� �  2Al  2OH   6H O �  Al(OH)   3H  � � � � VH2  3.22,  67, lít ; n OH (cịn )    1(mol) Gọi V1, V2 thể tích dung dịch HCl 1,2M + H2SO4 0,4M) vào dung dịch thu sau phản ứng để dung dịch bắt đầu có kết tủa có kết tủa cực đại • Để bắt đầu có kết tủa : Chỉ có phản ứng trung hồ OH- dư OH   H  � H O Trang 93 �1 � n H  n HCl  2n H 2SO4  1, 2V1  2.0, 4V1  � V1  0,5 (lít) • Để có kết tủa cực đại : [Al(OH)4] kết tủa hết OH   H  � H O �  Al(OH)4    H  � Al(OH) � H O � 4 � n H  n HCl  2n H 2SO4  1, 2V2  2.0, 4V2  � V2  2,5 (lít) 23 4, 48 a) n NO  22,  0, 2(mol); n CuO  80  0,1(mol) • Y  HNO3 : CuO  2HNO3 � Cu  NO3   H O 0,1 � 0,2 � 0,1 Al2 O3  6HNO3 � 2Al  NO3   3H 2O x � 6x � 2x Al  4HNO3 � Al  NO3   NO �2H 2O y � 4y � y � y Fe  4HNO3 � Fe  NO3   NO �2H 2O z � 4z � z � z � n NO  y  z  0,  1 Mặt khác: m X  102x  27y  56z  18,64   • A + NaOH nung kết tủa t Cu 2  2OH  � Cu(OH) �� � CuO 0,1 � 0,2 � 0,1 � 0,1 t 2Fe3  6OH  � 2Fe(OH)3 �� � Fe 2O3 Trang 94 z � 3z � z � 0,5z Al3  3OH  � Al(OH)3 (2x  y) � 3(2x  y) � (2x  y) Al(OH)3  OH  �  Al(OH)   (2x  y) � (2x  y) HNO3  NaOH � NaNO3  H O m CR  mCuO  m Fe3O2  80z  80.0,1  19, � z  0,14  3 �x  0, 09(mol) � Từ (1), (2) (3) � �y  0, 06(mol) � z  0,14(mol) � m Y  18, 64   26, 64(gam) %m CuO  8.100%  30, 03% 26, 64 %m Al2 O3  %m Al  0, 09.102.100%  34, 46% 26.64, 0, 06.27.100%  6, 08% 26, 64 %m Fe  100%  (30, 03  34, 46  6, 08)%  29, 43% b) n NaOH  0,8.0,  1, 6(mol) � 0,  3z  4(2x  y)  n HNO3 (dư)  1, � n HNO3 (dư)  0, 02(mol) � n HNO3 (ban đầu)  0, 02  6x  4y  4z  0,  1,56(mol) � VddHNO3  1,56  1, 04 (lít) 1,5 c) Để lượng kết tủa lớn khơng có phản ứng hồ tan Al(OH)3 nNaOH (cần dùng)  1,  (2x  y)  1,36(mol) �a  1,36  1, 6(M) 0,8 Khi đó: mkết tủa  m Al(OH)  mCu(OH)  m Fe(OH ) 3  0, 24.78  0,1.98  0,14.107  43,5(gam) d) Thời gian điện phân t  51.60  28  3088 (s) Trang 95 Số electron mà catot phóng = số electron mà anot nhận vào  Ở catot (-): It  0,32(mol) F Ở catot (+): Fe3 ;Cu 2 ; Al3 ;H  ; H O NO3 ; H O Fe3  1e � Fe 2 2H O � O2  4H   4e Cu 2  2e � Cu 0,08 � 0,32 2H   2e � H Fe 2  2e � Fe 2  0,14  0,  0,34(mol)  0,32(mol) Ta thấy: 1.n 3Fe  2n Cu � Cu 2 chưa điện phân hết nCu 2 (điện phân)  0,32  0,14  0, 09(mol) � m catôt (tăng)  64.0, 09  5, 76(gam) � VO2 anôt  0, 08.22,  1, 792 e) Mg + dung dịch A: Phản ứng xảy theo thứ tự: 3Mg  8HNO3 � 3Mg  NO3   2NO  4H O 0, 0075 � 0, 02 Mg  2Fe3 � Mg   2Fe 2 0,07 � 0,14 � 0,14 Mg  Cu 2 � Mg 2  Cu 0,1 � 0,1 Mg  Fe 2 � Mg 2  Fe 0,14 � 0,14 3Mg  2Al3 � 3Mg 2  2Al 0,36 � 0, 24 � n Mg  0, 6775(mol) � m Mg  16, 26(gam) 24 Na O  H 2O � 2NaOH x � 2x Trang 96 Al2 O3  2NaOH  3H O � 2Na  Al(OH)  y � 2y � 2y � n NaOH  2(x  y) mol NaOH  HCl � NaCl  H 2O 0,1 � 0,1 � 2(x  y)  0,1 � x  y  0, 05  1 Na  Al(OH)   HCl � Al(OH)3 � NaCl  H 2O Nếu Na  Al(OH)4  hết, HCl Al(OH)3  3HCl � AlCl3  3H 2O Số mol HCl dùng để phản ứng với Na[Al(OH)4] với Al(OH)3 thu a gam kết tủa x1 = 0,2 x2 = 0,6 mol Ta có: � x  x   x  x1  � x0  x  3x1 0,  3.0,   0,3mol 4 � 2y  0,3 � y  0,15 mol Kết hợp  1 � x  0, 2mol � m  62.0,  102.0,15  27, 7gam 25 n Al3  (0, 4x  0,8y)mol; n so2  1, 2ymol SO 24  Ba 2 � BaSO � 0,144 � 0,144 � 1, 2y  0,144 � y  0,12 mol Al3  3OH  � Al(OH)3 Al(OH)3  OH  �  Al(OH)   Trang 97 n OH   n NaOH  0, 612(mol); n Al(OH)3  8, 424  0,108(mol) 78 � n OH kết tủa  0,324  0, 612 � n OH Al(OH) 4  0, 612  0,324  0, 288mol � n Al3  0, 4x  0,8.0,12  0,108  (0, 288 : 4) � x  0, 21 � x : y  : 8Al  3Fe3O �t� � 9Fe  4Al 2O3 26 Ban đầu: a b Phản ứng: 8x 3x 9x 4x  a  8x   b  3x  Còn: Hỗn hợp thu tối đa gồm: Al, Fe3O4 , Fe Al2O3 � 27a  232b  80,  1 • Phần 1: Al2 O3  2NaOH � 2NaAlO2  H O Al  NaOH  H O � NaAlO  H 2 1 � n NaOH  (a  8x)  � 8x  0,1 � a  0, 4 Kết hợp (1) � b  0,3 mol • Phần + HNO3: Vì sản phẩm thu muối Al3 Fe3 nên ta coi 3/4 hỗn hợp ban đầu phản ứng với HNO3 Al � Al3  3e 0,3 � 0,9 N 5  1e � N 4 c �c Fe3O4 � 3Fe3  4O 2  1e 0,225 � 0,225 � c  0,9  0, 225  1,125mol � V  25, lít 27 2yAl  3Fe x O y �t� � yAl2 O3  3xFe Y phản ứng với dung dịch NaOH sinh khí H2 � Al còn, FexOy hết Trang 98 Al  NaOH  3H O � Na  Al(OH)   H � � 0,02 � 0,02 0,03 Al2 O3  2NaOH  3H O � 2Na  Al(OH)  � a 2a Na  Al(OH)   CO � Al(OH)3 � NaHCO � 2a 2a t 2Al(OH)3 �� � Al 2O3  3H 2O (2a  0, 02) � (a  0, 01) � n Al2O3  a  0, 01  � n Fe  5,1 � a  0, 04mol 102 9, 66  27.0, 02  102.0, 04  0, 09mol 56 2yAl  3Fe x O y �t� � yAl O3  3xFe 0,12 � 0,04 y � � 0,12x y 0,12x x 0,09 0,12  0, 09 �    Fe3O4  � m Fe3O4  232 �  6,96gam y y 0,12 4 -Hết - Trang 99 ... CÁC HỢP CHẤT KIM LOẠI KIỀM, KIM LOẠI KIỀM THỔ Phương pháp: Cần nắm vững số vấn đề sau đây: (1) Hiđroxit kim loại kiềm bazơ mạnh, mạnh hiđroxit kim loại thổ chu kì Hiđrxit kim loại kiềm LiOH CsOH... Muối kim loại kiềm thổ a) Tính tan: • Hầu hết muối halogenua, muối nitrat kim loại kiềm thổ tan • Các muối cacbonat, photphat kim loại kiềm thổ khơng tan • Các muối sunfat kim loại kiềm thổ không... tử Do tính chất đặc trưng kim loại kiềm thổ tính khử mạnh M � M   2e • Năng lượng ion hóa: Kim loại kiềm thổ có lượng ion hóa nhỏ so với kim loại khác, lớn kim loại kiềm tương ứng Theo chiều