Bài giảng Chương XII: Nhôm và hợp chất

Chương XII: Nhôm và hợp chất Phần A. tóm tắt lý thuyết I. Nhôm Nhôm là kim loại hoạt động khá mạnh, tác dụng được với nhiều đơn chất và hợp chất. 1. Tác dụng với phi kim Khi đốt nóng, nhôm tác dụng với nhiều phi kim như oxi, lưu huỳnh, halogen. 4Al + 3O2 2Al2O3 2Al + 3S Al2S3 2Al + 3Cl2 2AlCl3 2. Tác dụng với axit a. Dung dịch axit HCl và H2SO4 loãng giải phóng hidro: 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3 H2 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 b. Dung dịch H2SO4 đặc, nóng: 2Al + 6H2SO4 (đặc) Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Chú ý: Al không tan trong dung dịch H2SO4 đặc nguội c. Dung dịch HNO3: Nhôm tác dụng với dung dịch HNO3 tạo thành Al(NO3)3, nước và các sản phẩm ứng với số oxi hoá thấp hơn của nitơ: NH4NO3 ; N2 ; N2O ; NO ; NO2. Sản phẩm tạo thành có thể là một hỗn hợp khí, khi đó ứng với mỗi khí, viết một phương trình phản ứng. Ví dụ sản phẩm gồm khí N2O và N2: 10Al + 36HNO3 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O 8Al + 30HNO3 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O Chú ý: Al không tan trong dung dịch HNO3 đặc nguội! 3. Tác dụng với nước 2Al + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2 Phản ứng này chỉ xảy ra trên bề mặt của thanh Al do Al(OH)3 tạo thành không tan đã ngăn cản phản ứng. Thực tế coi Al không tác dụng với nước! 4. Tác dụng với dung dịch kiềm 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 2Al + Ba(OH)2 + 2H2O Ba(AlO2)2 + 3H2 Bản chất của quá trình Al tan trong dung dịch bazơ kiềm là: 2Al + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2 Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O 5. Tác dụng với dung dịch muối 2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu Al + 3AgNO3 Al(NO3)3 + 3Ag 6. Tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm): a. Khái niệm Nhiệt nhôm là phương pháp điều chế kim loại bằng cách dùng Al kim để khử oxit kim loại thành kim loại ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí. 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (*) b. Phạm vi áp dụng Phản ứng nhiệt nhôm chỉ sử dụng khi khử các oxit của kim loại trung bình và yếu như: oxit sắt, (FeO, Fe2O3, Fe3O4) oxit đồng, oxit chì... Không sử dụng phương pháp này để khử các oxit kim loại mạnh như: ZnO, MgO... c. Liên hệ giữa khối lượng chất rắn trước phản ứng và khối lượng chất rắn sau phản ứng: Trong quá trình nhiệt nhôm, các chất trước phản ứng và sau phản ứng đều là các chất rắn (các kim loại và oxit kim loại). Như vậy: Khối lượng chất rắn trước phản ứng = Khối lượng chất rắn sau phản ứng d. Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm Giả sử tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp bột gồm Al = x mol và Fe2O3 = y mol theo phương trình (*). Trường hợp 1: Phản ứng diễn ra hoàn toàn ( H = 100%), khi đó có 2 khả năng: - Nếu Al dư: chất rắn A sau phản ứng gồm Al = x-2y, Al2O3 = y và Fe = 2y. Khi cho A tác dụng với dung dịch kiềm sẽ có khí hidro bay ra. - Nếu Al hết: chất rắn A sau phản ứng gồm Fe2O3 = y- 0,5x, Al2O3 = 0,5x và Fe= 2x. Khi cho A tác dụng với dung dịch kiềm không có khí hidro bay ra. Trường hợp 2: Phản ứng diễn ra không hoàn toàn (H < 100%), khi đó đặt số mol phản ứng theo một biến mới. Chất rắn sau phản ứng gồm 4 chất: Al, Fe2O3, Al2O3 và Fe. e. Bài toán chia chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm thành hai phần khác nhau. Xét quá trình nhiệt nhôm diễn ra theo phản ứng (*). Giả sử phản ứng diễn ra hoàn toàn, Al dư, chất rắn sau phản ứng được chia thành 2 phần có khối lượng khác nhau. - Gọi số mol các chất trong phần 1 là Al = a, Al2O3 = b và Fe = 2b. - Gọi số mol các chất trong phần 2 là Al = ka, Al2O3 = kb và Fe = 2kb. Chú ý: - Không gọi số mol cho các chất trước khi tham gia phản ứng nhiệt nhôm. - Tỉ lệ số mol của các chất sản phẩm = tỉ lệ các hệ số trong phương trình phản ứng. II. Nhôm oxit 1. Tính chất vật lý: Là chất rắn màu trắng, không tan trong nước. 2. Tính chất hoá học: (Tính chất lưỡng tính) Tác dụng với dung dịch axit: Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O Tác dụng với dung dịch bazơ muối aluminat: Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O Al2O3 + Ba(OH)2 Ba(AlO2)2 + H2O 3. Điều chế: - Cho Al tác dụng với oxi. - Nhiệt phân Al(OH)3 : 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O III. Nhôm hidroxit 1. Tính chất vật lý: Là chất kết tủa keo màu trắng, không tan trong nước. 2. Tính chất hoá học: (Tính chất lưỡng tính) Tác dụng với dung dịch axit: Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O Tác dụng với dung dịch bazơ muối aluminat: Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O 2Al(OH)3 + Ba(OH)2 Ba(AlO2)2 + 4H2O Chú ý: Al(OH)3 không tan được trong các dung dịch bazơ yếu như NH3, Na2CO3... 3. Điều chế a. Từ dung dịch muối Al3+ như AlCl3, Al(NO3)3, Al2(SO4)3: - Tác dụng với dung dịch bazơ yếu (dung dịch NH3, dung dịch Na2CO3...): AlCl3 + 3NH3 + 3H2O Al(OH)3 + 3NH4Cl Al(OH)3 tạo thành không tan khi cho NH3 dư. 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3CO2 - Tác dụng với dung dịch bazơ mạnh (dung dịch NaOH, Ba(OH)2...): AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl Al(OH)3 tạo thành tan dần khi cho kiềm dư: Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O Tổng quát: AlCl3 + 4NaOH NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O b. Từ dung dịch muối aluminat (NaAlO2 , Ba(AlO2)2...): - Tác dụng với dung dịch axit yếu (khí CO2, dung dịch NH4Cl, dung dịch AlCl3... ): NaAlO2 + CO 2 + 2H2O Al(OH)3 + NaHCO3 (Al(OH)3 tạo thành không tan khi sục khí CO2 dư). NaAlO2 + NH4Cl + H2O Al(OH)3 + NaCl + NH3 3NaAlO2 + AlCl3 + 3H2O 4Al(OH)3 + 3NaCl - Tác dụng với dung dịch axit mạnh (dung dịch HCl...): NaAlO2 + HCl + H2O Al(OH)3 + NaCl Al(OH)3 tạo thành tan dần khi cho axit dư: Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O Tổng quát: NaAlO2 + 4HCl AlCl3 + NaCl + 2H2O IV. Muối nhôm Hầu hết các muối nhôm đều tan trong nước và tạo ra dung dịch có môi trường axit yếu làm chuyển quỳ tím thành màu hồng: [Al(H2O)]3+ + H2O [Al(OH)]2+ + H3O+ Một số muối nhôm ít tan là: AlF3 , AlPO4 ... Muối nhôm sunfat có khả năng tạo phèn. Công thức của phèn chua là K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. V. Sản xuất nhôm Nguyên liệu để sản xuất nhôm là quặng boxit Al2O3.nH2O. Quặng boxit thường lẫn các tạp chất là Fe2O3 và SiO2. Người ta làm sạch nguyên liệu theo trình tự sau: Quặng boxit được nghiền nhỏ rồi được nấu trong dung dịch xút đặc ở khoảng 180oC. Loại bỏ được tạp chất không tan là Fe2O3, được dung dịch hỗn hợp hai muối là natri aluminat và natri silicat: Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O Sục CO2 vào dung dịch, Al(OH)3 tách ra: NaAlO2 + CO 2 + 2H2O Al(OH)3 + NaHCO3 Lọc và nung kết tủa Al(OH)3 ở nhiệt độ cao (> 900oC ta được Al2O3 khan. Điện phân nóng chảy Al2O3 với criolit (3NaF.AlF3 hay Na3AlF6) trong bình điện phân với hai điện cực bằng than chì, thu được nhôm: 2Al2O3 4Al + 3O2 Các phản ứng phụ xảy ra trên điện cực: khí oxi ở nhiệt độ cao đã đốt cháy dương cực là cacbon, sinh ra hỗn hợp khí là CO và CO2 theo các phương trình: C + O2 CO2 2C + O2 2CO Sự khử ion Al3+ trong Al2O3 là rất khó khăn, không thể khử được bằng những chất khử thông thường như C, CO, H2... Phần B: Bài tập có lời giải Đề bài 446. Nêu hiện tượng và viết các phương trình phản ứng trong các trường hợp sau: a. Nhỏ dần dần dung dịch KOH vào dung dịch Al2(SO4)3 b. Nhỏ dần dần dung dịch AlCl3 vào dung dịch NaOH c. Cho Na kim loại vào dung dịch AlCl3 447 Nhôm tan được dễ dàng trong dung dịch kiềm mạnh (ví dụ dung dịch NaOH) giải phóng hidro. Có thể nói nhôm là kim loại lưỡng tính hay không? Tại sao? Kiềm giữ vai trò gì trong phản ứng này? Viết các phương trình phản ứng xảy ra 448 (Trích đề thi ĐH và CĐ khối B - 2004) Cho hỗn hợp A gồm Al2O3, MgO, Fe3O4, CuO. Cho khí CO dư đi qua A nung nóng được chất rắn B. Hoà tan B vào dung dịch NaOH dư, được dung dịch C và chất rắn D. Cho dung dịch HCl dư vào dung dịch C. Hoà tan chất rắn D vào dung dịch HNO3 loãng (phản ứng tạo khí NO). Viết các phương trình phản ứng. 449 Cho hỗn hợp A gồm 4,6 gam Na và 8,1 gam Al. Tính số mol khí H2 thu được khi: a. Cho A vào một lượng H2O dư. b. Cho A vào một lượng dung dịch NaOH dư 450 Hoà tan hết m gam hỗn hợp gồm Al và Na bằng dung dịch NaOH dư, thu được 8,96 lít khí H2 (đktc) và dung dịch A. Sục khí CO2 vào A tới khi lượng kết tủa không thay đổi nữa thu được 15,6 gam kết tủa. Viết phương trình phản ứng và tính m. 451 Hỗn hợp bột A gồm Ba và Al. Cho m gam A vào một lượng nước dư thu được 0,25 mol khí H2 Cho m gam A vào dung dịch NaOH dư thu được 0,4 mol khí H2 Viết các phương trình phản ứng xảy ra và tính m. 452 Bình A chứa 300 mL dung dịch AlCl3 1M. Cho 500 mL dung dịch NaOH vào bình A thu được 15,6 gam kết tủa. Tính nồng độ mol/L của dung dịch NaOH đã dùng. 453 Hoà tan hết 0,81 gam bột nhôm vào 550 mL dung dịch HCl 0,2M thu được dung dịch A. Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5 M cần thêm vào dung dịch A để: a. Thu được lượng kết tủa lớn nhất. b. Thu được 0,78 gam kết tủa. 454. Cho 3,87 gam hỗn hợp A gồm Mg và Al vào 250 mL dung dịch X chứa axit HCl 1M và axit H2SO4 0,5M được dung dịch B và 4,368 lít khí H2 ở đktc. a. Hãy chứng minh rằng trong dung dịch B vẫn còn dư axit. b. Tính khối lượng của các kim loại trong hỗn hợp A. c. Tính thể tích dung dịch C gồm NaOH 0,2M và Ba(OH)2 0,1M cần để trung hoà hết lượng axit dư trong dung dịch B. 455. Cho 5,2 gam hỗn hợp A gồm Al, Fe, Cu tác dụng với 20 mL dung dịch NaOH 6M, thu được 2,688 lít khí ở đktc, sau đó thêm tiếp 400 mL dung dịch axit HCl 1M và đun nóng đến khi khí H2 ngừng thoát ra. Lọc tách hỗn hợp chất rắn B. Cho B tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch C và 0,672 lít khí NO (đo ở đktc). Cho C tác dụng với dung dịch NaOH dư tạo kết tủa D. Nung D ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được chất rắn E. Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. a. Tính khối lượng các kim loại trong A. b. Tính khối lượng chất rắn E. 456. Cho m gam hỗn hợp A gồm Al, Mg, Cu. Hoà tan m gam A trong dung dịch NaOH dư, thu được 3,36 lít khí H2 ở đktc và phần không tan B. Hoà tan hết B trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được 2,24 lít khí SO2 ở đktc và dung dịch C. Cho C phản ứng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa D. Nung kết tủa D tới khối lượng không đổi, thu được chất rắn E. Cho E phản ứng với một lượng khí H2 dư đun nóng thu được 5,44 gam chất rắn F. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tính khối lượng của các chất trong A và F. 457. Hoà tan hoàn toàn 2,16 gam kim loại M trong 500 mL dung dịch HNO3 0,6M thu được dung dịch A (không chứa muối NH4NO3) và 604,8 mL hỗn hợp khí N2 và N2O ở đktc. Tỉ khối hơi của hỗn hợp khí này so với H2 là 18,445. Mặt khác, hoà tan hoàn toàn 7,038 gam Na kim loại vào 400 mL dung dịch HCl x mol/L thu được khí H2 và dung dịch E. Trộn dung dịch A với dung dịch E thu được 2,34 gam kết tủa. a. Xác định kim loại M. b. Xác định nồng độ mol/L của dung dịch HCl đã dùng. 458. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với 84,15 gam hỗn hợp bột Al và Fe2O3. Chia hỗn hợp chất rắn thu được sau phản ứng thành 2 phần. Phần một có khối lượng 28,05 gam cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 0,175 mol H2. Phần hai cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,15 mol H2. a. Tính khối lượng các chất trong hỗn hợp đầu. b. Tính hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm. 459. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với Fe2O3 trong điều kiện không có không khí. Chia hỗn hợp sau phản ứng đã trộn đều thành 2 phần. Phần một có khối lượng 67 gam cho tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH thấy có 16,8 lít H2 bay ra. Hoà tan phần 2 bằng một lượng dư dung dịch HCl thấy có 84 lít H2 bay ra. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở đktc. a. Viết phương trình phản ứng xảy ra. b. Tính khối lượng Fe thu được trong quá trình nhiệt nhôm. 460. Hoà tan hoàn toàn một lượng oxit FexOy bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được 4,48 lít khí SO2 ở đktc, phần dung dịch chứa 240 gam một loại muối sắt duy nhất. a. Xác định công thức của oxit sắt. b. Trộn 5,4 gam bột Al và 23,2 gam bột oxit sắt ở trên rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm, giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử trực tiếp FexOy thành Fe. Hoà tan hết hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 20% ( d = 1,4 g/mL) thì thu được 5,376 lít khí H2 ở đktc. . Tính hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm. . Tính thể tích tối thiểu dung dịch H2SO4 20% đã dùng. 461 Một hỗn hợp A gồm bột Al và Fe3O4. Đun nóng hỗn hợp cho phản ứng hoàn toàn trong môi trường không có không khí thu được hỗn hợp B. Cho B phản ứng với dung dịch NaOH dư sinh ra 6,72 lít khí H2. Còn khi cho B tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 26,88 lít khí H2. a. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. b. Tính số gam từng chất trong hỗn hợp A và B. b. Tính thể tích dung dịch HNO3 10% (d = 1,2 g/mL) để hoà tan vừa hết hỗn hợp A (Biết khí duy nhất thoát ra là NO). Các khí đo ở đktc . 462. (Trích đề thi ĐH và CĐ khối B - 2002) Cho hỗn hợp A có khối lượng m gam gồm bột Al và sắt oxit FexOy. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, thu được hỗn hợp B. Nghiền nhỏ, trộn đều B rồi chia thành hai phần. Phần một có khối lượng 14,49 gam được hoà tan hết trong dung dịch HNO3 đun nóng, thu được dung dịch C và 3,696 lít khí NO duy nhất ở đktc. Cho phần hai tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH đun nóng thấy giải phóng 0,336 lít khí H2 ở đktc và còn lại 2,52 gam chất rắn. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. a. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. b. Xác định công thức của sắt oxit và tính m. 463. Hoà tan 13,9 gam một hỗn hợp A gồm Mg, Al, Cu bằng V mL dung dịch HNO3 5M (vừa đủ), giải phóng ra 20,16 lít khí NO2 duy nhất ở đktc và dung dịch B. Thêm dung dịch NaOH dư vào dung dịch B, lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao tới khối lượng không đổi thu được chất rắn D, dẫn luồng khí H2 dư đi qua D đun nóng thu được 14,40 gam chất rắn E. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. a. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. b. Tính % theo khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp A. c. Tính V. 464. Một hỗn hợp A gồm Ba và Al. Cho m gam A tác dụng với H2O dư, thu được 1,344 lít khí, dung dịch B và phần không tan C. Cho 2m gam A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 20,832 lít khí. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các khí đều đo ở đktc. a. Tính khối lượng của từng kim loại trong m gam A. b. Cho 50 mL dung dịch HCl vào dung dịch B. Sau khi phản ứng xong, thu được 0,78 gam kết tủa. Xác định nồng độ mol/L của dung dịch HCl. 465. Hỗn hợp bột E gồm 3 kim loại là K, Al, Fe được chia thành 3 phần bằng nhau: Phần 1: Cho tác dụng với H2O lấy dư tạo ra 4,48 lít khí. Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch KOH dư tạo ra 7,84 lít khí. Phần 3: Hoà tan hết trong 0,5 lít dung dịch H2SO4 1,2M tạo ra 10,08 lít khí và dung dịch A. a. Tính số gam mỗi kim loại trong hỗn hợp E. b. Cho dung dịch A tác dụng với 240 gam dung dịch NaOH 20% thu được kết tủa, lọc rửa kết tủa rồi nung trong không khí tới khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Tính m. lời giải 446. a. Ban đầu xuất hiện ngay kết tủa keo trắng Al(OH)3: AlCl3 + 3KOH Al(OH)3 + 3KCl Sau một thời gian, kết tủa Al(OH)3 tạo thành tan dần khi cho kiềm dư: Al(OH)3 + KOH KAlO2 + 2H2O b. Ban đầu xuất hiện kết tủa keo trắng Al(OH)3 và kết tủa tan ngay: AlCl3 + 4NaOH NaAlO2 + 3NaCl Sau một thời gian, lại xuất hiện kết tủa Al(OH)3 khi cho AlCl3 dư: 3NaAlO2 + AlCl3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3NaCl c. Natri tác dụng mạnh với nước tạo thành NaOH và giải phóng hidro: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Đồng thời xuất hiện kết tủa Al(OH)3 màu trắng: AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl Sau đó nếu cho dư Na sẽ tạo ra thêm NaOH để hoà tan kết tủa tạo ra: Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O 447. Nếu thanh nhôm được phủ lớp oxit bảo vệ thì ban đầu nó sẽ bị phá huỷ trong dung dịch NaOH: Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O Sau khi không còn lớp oxit bảo vệ, nhôm phản ứng trực tiếp với nước, phản ứng diễn ra trên bề mặt Al: 2Al + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2 Trong dung dịch NaOH, lớp Al(OH)3 tạo thành trên bề mặt nhôm lại bị hoà tan: Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O Sau đó thanh Al không còn lớp hidroxit bảo vệ lại tiếp tục phản ứng với nước và quá trình cứ thế lặp lại làm thanh Al tan dần . Như vậy không thể nói rằng nhôm là kim loại lưỡng tính vì nó không phản ứng trực tiếp với kiềm, chỉ hợp chất của nhôm mới thể hiện tính chất lưỡng tính. 448. Cho A + khí CO dư, nung nóng: CO khử Fe3O4, CuO thành kim loại: Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 CuO + CO Cu + CO2 Chất rắn B gồm: Al2O3, MgO, Fe, Cu. Cho B + dung dịch NaOH dư, Al2O3 tan hết theo phương trình: Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O Dung dịch C gồm NaAlO2 và NaOH. Chất rắn D gồm MgO, Fe, Cu. Cho C + dung dịch HCl dư: NaOH + HCl NaCl + H2O NaAlO2 + HCl + H2O Al(OH)3 + NaCl Cho D + dung dịch HNO3 loãng: MgO + 2HNO3 Mg(NO3)2 + H2O Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 449. Số mol Na = 0,2 mol; số mol nhôm = 0,3 mol. 1. Cho A tác dụng với nước dư: Na tan hết, Al tan một phần theo các phương trình sau: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 (1) (mol): 0,2 0,2 0,1 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (2) (mol): 0,2 0,2 0,2 0,3 Từ (1), (2) số mol hidro thu được là 0,4 mol. 2. Cho A tác dụng với dung dịch NaOH dư: Na và Al đều tan hết: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 (3) (mol): 0,2 0,2 0,1 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (4) (mol): 0,3 0,3 0,3 0,45 Từ (3), (4) số mol hidro thu được là 0,55 mol. 450. Gọi số mol mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu Na = x mol; Al = y mol. 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 (1) (mol): x x 0,5x 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (2) (mol): y y y 1,5y Từ (3), (4) 0,5x + 1,5y = 0,4 x + 3y = 0,8 (3) Dung dịch A gồm NaAlO2 = y mol; NaOH dư. Sục CO2 dư vào A: NaOH + CO2 NaHCO3 (4) NaAlO2 + CO2 + 2H2O Al(OH)3 + NaHCO3 (5) (mol): y y Số mol Al(OH)3 = 0,2 mol y = 0,2. (6) Kết hợp với (3) x = 0,2. Vậy: m = 23x + 27y = 23.0,2 + 27.0,2 = 10 (gam). 451. Gọi số mol mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu: Ba = x; Al = y. - Khi cho m gam A tác dụng với nước dư: Ba tan hết, Al tan một phần theo các phản ứng: Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2 (1) (mol): x x x 2Al + Ba(OH)2 + 2H2O Ba(AlO2)2 + 3H2 (2) (mol): x x x 1,5x Số mol H2 = 0,4 mol. Từ (1), (2) x + 1,5x = 0,25 x = 0,1 (3) - Khi cho m gam A tác dụng với dung dịch NaOH dư: Ba và Al đều tan hết: Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2 (4) (mol): x x x 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (5) (mol): y y y 1,5y Số mol H2 = 0,55 mol x + 1,5y = 0,4 (6) Từ (3), (6) y = 0,2 m = 137.x + 27y = 137.0,1 + 27.0,2 = 19,1 (gam) 452. Gọi nồng độ dung dịch NaOH đã dùng là C mol/L. Số mol kết tủa Al(OH)3 cần điều chế = = 0,2 (mol). - Trường hợp 1: Lượng NaOH vừa đủ để tạo ra 15,6 gam kết tủa. AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl (mol): 0,2 0,6 0,2 Vậy nồng độ dung dịch NaOH là: C = = 0,4 (M). - Trường hợp 2: Lượng NaOH đủ để chuyển hết 0,3 mol AlCl3 thành kết tủa Al(OH)3, sau đó còn dư để hoà tan được 0,1 mol kết tủa tạo thành. AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl (mol): 0,3 0,9 0,3 Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O (mol): 0,1 0,1 0,1 Vậy nồng độ dung dịch NaOH là: C = = 2 (M). 453. Số mol Al = = 0,03 (mol) ; số mol HCl = 0,55.0,2 = 0,11 (mol). 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 mol: 0,03 0,09 0,03 0,045 Dung dịch A thu được gồm: AlCl3 = 0,03 mol ; HCl = 0,11 - 0,09 = 0,02 (mol). a. Thu lượng kết tủa lớn nhất HCl + NaOH NaCl + H2O (mol): 0,02 0,02 AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl (mol): 0,03 0,09 0,03 Thể tích dung dịch NaOH cần dùng = = 0,22 (lít). b. Thu được 0,78 gam kết tủa Số mol Al(OH)3 cần điều chế = 0,01 mol. - Trường hợp 1 HCl + NaOH NaCl + H2O (mol): 0,02 0,02 AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl (mol): 0,01 0,03 0,01 Thể tích dung dịch NaOH cần dùng = = 0,06 (lít) - Trường hợp 2 HCl + NaOH NaCl + H2O (mol): 0,02 0,02 AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl (mol): 0,03 0,09 0,03 Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O (mol): 0,02 0,02 0,02 Thể tích dung dịch NaOH cần dùng = = 0,26 (lít) 454. 1. Các phản ứng điện li trong dung dịch X: HCl H+ + Cl- (1) (mol): 0,25 0,25 0,25 H2SO4 2H+ + SO (2) (mol): 0,125 0,25 0,125 Dung dịch X gồm: H+ = 0,5 mol; Cl- = 0,25 mol; SO= 0,125 mol. Các phản ứng khi cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch X: Mg + 2H+ Mg2+ + H2 (3) (mol): x 2x x x 2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2 (4) (mol): y 3y y 1,5y Số mol H2 tạo thành = = 0,195 (mol). Từ (3), (4) x + 1,5y = 0,195 hay 2x + 3y = 0,39 (mol) (5) Số mol H+ phản ứng = 2x + 3y = 0,39 (mol) số mol H+ dư = 0,5 - 0,39 = 0,11 (mol). Vậy Mg, Al phản ứng hết, axit còn dư. Khối lượng hỗn hợp A = 3,87 gam 24x + 27y = 3,87 (6) Từ (5), (6) x = 0,06 mol ; y = 0,09 mol. 2. Khối lượng của các kim loại trong hỗn hợp A: mMg = 0,06.24 = 1,44 (gam) ; mAl = 0,09.27 = 2,43 (gam). 3. Gọi thể tích dung dịch C cần dùng là V lít. Các phản ứng điện li trong dung dịch C: NaOH Na+ + OH- (7) (mol): 0,2V 0,2V Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH- (8) (mol): 0,1V 0,2V Từ (7), (8) Số mol OH- trong dung dịch = 0,4V (mol). Phản ứng trung hoà: H+ + OH- H2O (9) (mol): 0,11 0,11 Ta có: 0,4V = 0,11 V = 0,275 (lít). 455. Gọi số mol mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu: Al = x; Fe = y; Cu = z. Số mol khí hidro = = 0,12 (mol). Cho A + dung dịch NaOH: 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (1) (mol): 0,08 0,08 0,08 0,12 Số mol NaOH dư = 0,02.6 - 0,08 = 0,04 (mol). Như vậy Al tan hết x = 0,08 (2) Khi thêm tiếp 400 mL dung dịch axit HCl 1M và đun nóng, xảy ra các phản ứng sau: NaOH + HCl NaCl + H2O (3) (mol): 0,04 0,04 NaAlO2 + HCl + H2O Al(OH)3 + NaCl (4) (mol): 0,08 0,08 0,08 Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3NaCl (5) (mol): 0,08 0,24 0,08 Sau đó lượng axit HCl còn lại = 0,4 – (0,04 + 0,08 + 0,24) = 0,04 (mol) tiếp tục phản ứng với Fe. Do thu được hỗn hợp chất rắn B nên Fe còn dư, axit HCl hết: Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (6) (mol): 0,02 0,04 0,02 Chất rắn B gồm Fe = (y - 0,02) mol; Cu = z mol. Cho B + dung dịch HNO3 loãng: Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (7) (mol): y - 0,02 y - 0,02 y - 0,02 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (8) (mol): z z z Số mol khí NO = 0,03 mol. Từ (3), (4) y - 0,02 + z = 0,03 3y + 2z = 0,15 (9) Dung dịch C gồm: Fe(NO3)3 = y – 0,02; Cu(NO3)2 = z; HNO3 dư HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O (10) Fe(NO3)3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaNO3 (11) Cu(NO3)2 + 2NaOH Cu(OH)2 + 2NaNO3 (12) Kết tủa D gồm: Fe(OH)3 = (y – 0,02) mol; Cu(OH)2 = z mol. Nung D: 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O (13) Cu(OH)2 CuO + H2O (14) Chất rắn E gồm Fe2O3 = 0,5(y – 0,02) mol; CuO = z mol. Theo bài: mA = 5,2 gam 27x + 56y + 64z = 5,2 (15) Từ (2), (9) và (15) x = 0,08 ; y = 0,044 mol; z = 0,009 mol. 1. Khối lượng mỗi kim loại trong A: mAl = 2,16 gam; mFe = 2,464 gam; mCu = 0,576 gam 2. Khối lượng chất rắn E: mE = 160.0,5(0,044 – 0,02) + 80.0,009 = 2,64 (gam). 456. Gọi số mol mỗi kim loại: Al = x; Mg = y và Cu = z. Cho A + dung dịch NaOH dư, Al tan hết theo phương trình: 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (1) (mol): x x x 1,5x Số mol khí H2 = 0,15 mol. Từ (1) 1,5x = 0,15 x = 0,1 (mol). Phần không tan B gồm: Mg = y và Cu = z. Cho B + dung dịch H2SO4 đặc nóng: Mg + 2H2SO4 MgSO4 + SO2 + 2H2O (2) (mol): y y y Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O (3) (mol): z z z Số mol khí SO2 = 0,1 mol. Từ (2), (3) y + z = 0,1 (4) Dung dịch C gồm: MgSO4 = y; CuSO4 = z và H2SO4 dư. Cho C + dung dịch NaOH dư: H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O MgSO4 + 2NaOH Mg(OH)2 + Na 2SO4 (5) CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na 2SO4 (6) Kết tủa D gồm: Mg(OH)2 = y và Cu(OH)2 = z. Nung kết tủa D: Mg(OH)2 MgO + H2O (7) Cu(OH)2 CuO + H2O (8) Chất rắn E gồm: MgO = y và CuO = z. Cho E + khí H2 dư, đun nóng, CuO bị khử hết thành Cu: CuO + H2 Cu + H2O (9) (mol): z z Chất rắn F gồm: MgO = y và Cu = z. Ta có mF = 5,44 gam 40y + 64z = 5,44 (10) Từ (4), (10) y = 0,04 mol, z = 0,06 mol. Khối lượng các chất trong A: m (Al) = 2,7 gam; m (Mg) = 0,96 gam ; m (Cu) = 3,84 gam. Khối lượng các chất trong F: m (MgO) = 1,6 gam; m (Cu) = 3,84 gam. 457. Gọi hoá trị kim loại M là n và số mol ban đầu là x. Gọi số mol mỗi khí: N2 = a mol; N2O = b mol. Theo bài ra ta có: a + b = = 0,027 và = 18,445. Từ đó tìm được: a = 0,012 (mol) và b = 0,015 (mol). Cho A + dung dịch HNO3: 10M + 12nHNO3 10M(NO3)n + nN2 + 6nH2O (1) (mol): 0,144 0,012 8M + 10nHNO3 8M(NO3)n + nN2O + 5nH2O (2) (mol): 0,15 0,015 Ta có: M(+) = 2,16 M = 9n. Ta lập bảng sau: n 1 2 3 M 9 (loại) 18 (loại) 27 (nhận) Vậy M là Al. Dung dịch A gồm: Al(NO3)3 = 0,08 mol; HNO3 = 0,3. (0,144 + 0,15) = 0,006 (mol). Cho Na + 400 mL dung dịch HCl x mol/L: 2Na + 2HCl 2NaCl + H2 (3) (mol): 0,4x 0,4x 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 (4) (mol): (0,306 - 0,4x) (0,306 - 0,4x) Dung dịch E gồm: NaOH = 0,306 – 0,4x; NaCl = 0,306 mol. Khi trộn dung dịch A với dung dịch E, để thu được 0,03 mol kết tủa Al(OH)3, xảy ra hai trường hợp: - Trường hợp 1 HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O (5) (mol): 0,006 0,006 Al(NO3)3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaNO3 (6) (mol): 0,03 0,09 0,03 Từ (5), (6) 0,306 – 0,4x = 0,006 + 0,09 x = 0,525 (M) - Trường hợp 2 HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O (5) (mol): 0,006 0,006 Al(NO3)3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaNO3 (7) (mol): 0,08 0,24 0,08 Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O (8) (mol): 0,05 0,05 0,05 Từ (5), (7), (8) 0,306 – 0,4x = 0,006 + 0,24 + 0,05 x = 0,25 (M) Vậy nồng độ của dung dịch HCl đã dùng là 0,525M hoặc 0,25M. 458. Phản ứng nhiệt nhôm: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (1) Tổng khối lượng chất rắn sau phản ứng = khối lượng ban đầu = 60,15 gam. Phần 1 có khối lượng 20,05 gam phần 2 có khối lượng 40,1 gam, gấp đôi phần 1. - Gọi số mol các chất trong phần 1 là Al = a, Fe2O3 = b, Al2O3 = c và Fe = 2c. - Gọi số mol các chất trong phần 2 là Al = 2a, Fe2O3 = 2b, Al2O3 = 2c và Fe = 4c. Phần 1 + dung dịch HCl 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (2) (mol): a 1