Giải bài tập Hóa 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm
§27. NHÔM- HỢP chất của nhôm A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT VỊ TRÍ, CẤU TẠO VÀ TÍNH CHAT VẬT LÍ Nhôm (Al) là nguyên tô" thuộc phân nhóm chính nhóm III, chu kì 3, ô sô" 13, có 3 electron lớp ngoài cùng (3s?3p'). Nhôm là kim loại nhẹ, rât dẻo, dễ dát móng, dẫn điện, dẫn nhiệt tô"t, nóng chảy ở 660°C. TÍNH CHẤT HÓA HỌC Nhôm là kim loại có tính khử khá mạnh, nó bị oxi hóa dễ dàng thành Aí’+. Tác dụng với phi kim: Trong không khí, AI lác dụng với oxi tạo màng râì mỏng, bền, bảo vệ cho lớp nhôm bôn trong không bị oxi hóa. Đốt bột nhôm, nó cháy sáng trong không khí, tỏa nhiều nhiệt: 4A1 + 3O2 —> 2A12O3 + Q. Với Cl2, Br2 ở nhiệt độ thường : 2A1 + 3C12 —> 2A1C1,. ở nhiệt độ cao, tác dụng được với N2, c. Tác dụng với axit Với HC1. H2SO4 loãng, giải phóng H2. 2A1 + 6HC1 -> 2A1C1, + 3H2T Với H2SO4 đặc nóng, HNO.,. AI + 4HN0., loãng -> Alt NO,), + Not + 2H2O. AI + 6HNO,dặc nóng -> Al(NO.,b + 3NO2Í + 3H2O. 2A1 + 6H2SO4đặc nóng -> A12(SO4)3 + 3SO2T + 6H2O. Đặc biệt AI bị thụ động hóa dối với HNO_, đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội. Do AI có tính khử mạnh vì vậy khi tương tác với HNO., loãng nó +5 có thể khử N của dung dịch HNO, loãng xuống sô" oxi hóa thâ"p như N (N2O); N (N2) và đặc biệt là N (NH4NO3). 8 AI + 30HNO., -> 8 Alt NO,)3 + 3NH4NO3+ 9H2O. Tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm): Ớ nhiệt độ cao AI khử được nhiều ion kim loại trong oxil (Fe2O3, CuO, Cr2O3) thành kim loại tự do. 2A1 + Fc2O3 > A12O, + 2Fe + Q. Tác dụng với nước: Vật bằng nhôm có lớp A12O3 rất mỏng bảo vệ, không cho nước và khí thẩm qua. Nếu phá bỏ lớp bảo vệ, AI khử được nước ở nhiệt độ thường: 2AI + 6H2O -> 2A1(OH)3 + 3H2T (1) Phản ứng (1) xảy ra giữa AI nguyên chất với nước. Tuy nhiên Al(0H),4 là chất kết tủa dạng keo màu trắng, bao kín bề mặt kim loại Al, ngăn cách không cho AI tiếp xúc với nước để phản ứng (1) không tiếp diễn đưực nữa. Các dụng cụ AI không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường và cả ở nhiệt độ cao vì cọ lớp A12O, là châ"t rắn không tan trong nước bảo vộ. => Trong bài tập ta bỏ qua phản ứng (1) nhưng trên mặt lí thuyết ta vẫn phải tính đến phản ứng này. rác dụng với dung dịch kiêm 2A1 + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2t Hoặc 2A1 + 2NaOH + 2H2O -> 2NaA102 + 3H2t Vậy AI dỗ bị oxi hóa, tuy nhiên nó bền trong không khí vì có lớp bảo vệ là AFO3, bền trong nước vì có lớp bảo vệ là Al(OH)í. SẢN XUẤT NHÔM Nguyên tắc: Khử AÙ!' trong hợp chát nhôm tự do: Alì++ 3c —> AI Diều chế: Trong công nghiệp AI được điều chế từ quặng boxit. Thành phần chính của quặng boxit là Al2Os có lẫn tạp chất là Fc2Ợ? và SiO2. Sau khi loại bỏ tạp chất và bằng phương pháp hóa học thích hợp thu được A12O3 gần như nguyên chất. Điện phân nóng chảy oxit tạo thành trong criolit (NasAlFf,). 2A12O3 _!!£££_» 4A1 + 3O2T . Chú ý: Mục đích của việc sử dụng criolit (Na.iAlFfi) trong quá trình điều chế Al: Giam nhiệt độ nóng chảy của AI2O3, tiết kiệm năng lượng. Tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn AI2O3 nóng chảy. Ngăn cản AI nóng chảy không bị oxi hóa trong không khí (do chât lỏng trôn có tỉ khối nhỏ hơn AI nóng chảy, nổi lên trôn ngăn cản sự oxi hóa Al). Không dùng phương pháp điện phân nóng chảy AICI3 đổ điều chế AI vì hợp chất AICI3 dỗ bị thăng hoa. NHÔM OXIT AI2O3 Chat rắn màu trắng, không tan và không tác dụng với nước. Nóng chảy ơ nhiệt độ rất cao (2()50l’C). A12O3 là hợp chất rất bồn vừng, không thể dùng H2, c, co ở bất kì nhiệt độ nào để khử Al2Oí thành Al. AI2O3 là hợp chất lưỡng tính, nhưng khó tan trong axit và dung dịch kiềm. Dỗ phản ứng với kiềm nóng chảy. AI2O3 + 6HC1 -> 2A1CỈ3 + 3H2O Al2Ơ3+2NaOH +3H2O->2Na[Al(OH)4] (AI2O3 +2NaOH -> 2NaAĨO2 + H2O) NHÔM HIĐROXIT A1(OH)3 AltOHb là chàt kêt tủa kco. màu trắng, được tạo ra do phản ứng trao đổi (vừa đủ) giữa muối nhôm vơi dung dịch bazơ: Al3++ 3OH" -> AKOHU Al(OH)-< là hợp chát kém bồn. nung nóng được nhôm oxit khan: 2A1(OH)3 1 > A12O3 + 3H2O. A1(OH)3 là hợp chất lương tính. Dạng bazơ: Al(OH);.dạng axit: HA1O2.H2O. 2AKOH), + 3HC1 -> AICI3 + 3H2O. HA1O2.H2O +NaOH^Na[Al(OH)4](HAlO2.H2O+NaOH->NaAlO2+2H2O). VL MƯỐÌ NHÔM Muối kép kali và nhôm sunfat ngậm nước (phèn chua) K2SQ4.A12(SO4)3.24H4O. Hay còn được viết gọn: K.AI(SO4)2.12H2G. Cơ chế làm trong nước đục cửu phèn nhâm: Khi hòa tan phèn nhôm vào nước, ion Al3+ bị thủy phân tạo ra kết tủa keo Al(OH)3ị. Trong quá trình sa lắng Al(OH)3ị sẽ hút và kéo theo những bụi dơ lắng xuống làm cho nước đục hóa trong. Ta có : Al3+ + 3H2O Al(OH), + 3H+. Muối nhôm clorua A1C13 có nhiều ứng dụng Chú ý: Các muối tan chứa ion Al3+ dễ bị thủy phân, tạo môi trường axit: A13+ + 3HOH A1(OH)3 + 3H+. Các muối tan chứa ion A1O-, bị axit phân hủy (kể cả H2CO3) Na|Al(OH)4) + HC1 -> Al(OH)3ị + NaCl + H2O Hoặc NaA102 + HC1 + H2O-> Al(OH)3ị+NaCl Na[Al(OH)4J + co2 dư-> Al(OH)3ị + NaHCO3. Hoặc NaA102 + co2,+ 2H3O-> AI(OH)3ị + NaHCOj KIẾN THỨC BỔ SUNG b) Đồ thị c) Ghi nhớ Nếu đề thi cho nAlo; ; nAI(OH)i và nA1(OH)i < nA|0 thì ta có hai trường hợp. Trường hợp 1: A1O2 dư => H+ thiếu => chưa xảy ra phản ứng (2) Trường hợp 2: A1OỊ thiếu => H+ dư => đã xẳy ra phản ứng (2) Đề thi sẽ ycu cầu tìm thể lích hoặc nồng độ mol/1 của ion H+, ta có hai giá trị thể tích hoặc hai giá trị nồng độ ứng với hai trường hựp. Tương tác giữa AI với HNO3 +5 Do AI có tính khử tương đôi mạnh nôn khi tương tác với N (HNO3), ngoài hai sản phẩm khử thông dụng là N (NO) với HNO3 loãng và N (NO2) với HNO3 +1 ° '3 đặc còn có một sô" sản phẩm khác như: N (N2O); N (N2) và đặc biệt N - mAI(NO,), + mNH4NO, (NH4NO3). Trong trường hợp đặc biệt này đề bài thương dề cập đến khối lượng muối thu được sau phản ứng => m. Chú ý: AI bị thụ động hóa đối với HNOi đặc nguội và H2SO4 đặc nguội 9 +5 , +1 Tương tự Al, hai kim loại Zn và Mg cũng có thể khử đưựcN xuống N, 0 -3 hoặc N và đặc biệt N . B. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1. Hòa tan hoàn toàn m gam bột Al vào 200 ml dung dịch HCI IM, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch X và 2,016 lít H:(đktc). Tính m. Cho dung dịch X túc dụng với 100 ml dung dịch NaOH, khuấy đều thu được 3,12 gam kết tủa. Tính 'nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH đã dùng. Hòa tan hoàn toàn a gam bột Al vào dung dịch HNOi, sau khi phán ứng xay ra hoàn toàn thu được 1,344 lít NO (dktc) và dung dịclĩ Y chứa 32,22 gam muối. Tính a. Giải SốmolHCl 0,2.1 =0,2 mol. 2A1 + 6HC1 -> 2A1C13 + 3H2t 0,06 <-0,18 <- 0,06 <- 0,09 = 22,4 Khôi lượng bột AI đã dùng m = 0,06.27 = 1,62 (g). Dung dịch X gồm A1C13 0,06 mol; HCldư 0,2 - 0,18 = 0,02 mol. Số mol A1(OH)3 44 = 0,04 mol. ' 78 Theo chương trình giáo khoa cơ bản Trườn}’ hợp 1: A1C13 dư=> NaOH thiếu Phản ững trung hòa ưu tiên xảy ra trước HCldư + NaOH -> NaCl + H2O 0,02 _> 0,02 A1C13 + 3NaOH -> Al(OH)3ị + 3NaCl 0,12 <- 0,04 Nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH : CM = = 1,4 (M). Trường hợp 2‘. A1C13 thiếu => NaOH dư HCldư + NaOH -> NaCl + H2O 0,02 -> 0,02 A1C13 + 3NaOH -> Al(OH)3ị + 3NaCl 0,06 -> 0,18 -> 0,06 A1(OH)3 + NaOHdư -> NaAlO2 + H2O (0,06-0,04) = 0,02 -» 0,02 Nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH: CMNaii|i = ^2+OJh+OJh- _ 2,2 (M) Theo chương trình giáo khoa nâng cao Trường hợp 1: A1C13 dư => NaOH thiếu Phản ứng trung hòa ưu tiên xẳy ra trước HCldir + NaOH -> NaCl + H2O 0,02 -> 0,02 A1C13 + 3NaOH —> Al(OH).,ị + 3NaCl 0,12 <- 0,04 Nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH : CMn = °’02 + 4 (M) Trường hợp 2‘. A1C13 thiếu => NaOH dư HCldư + NaOH -> NaCl + H2O 0,02 -> 0,02 AlClj + 3NaOH -+ Al(OH)3ị + 3NaCl 0,06 -> 0,18 -> 0,06 A1(OH)3 + NaOHdư -> Na( A1(OH)4] (0,06-0,04) = 0,02 -> 0,02 0,02 + 0,18 + 0,02 „ „ ,x „ Nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH: c,, = ——— = 2,2 (M). ơ ' o • ***Na()ll Q 1 Đặt số mol AI tham gia hai phản ứng lần lượt là X mol và y mol. AI + 4HNO3 -> A1(NO3)3 + not + 2H2O Ta có: 8A1 + 30HNO3 y 1,344 x=- 22,4 X -» X 8A1(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O 3y y -> 8 213(x + y) + 80.^ =32,22 8 |x=0,06 í y=0,08 Khôi lượng bột AI : m = (0,06 + 0,08).27 = 3,78 (g). Ví dụ 2. Hỗn hợp X gồm Na và Al được trộn theo tí lệ moi 2:1. Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X vào nước dư thu được 2,24 lít H: (đktc) và dung dịch Y. Tính m. Cho dung dịch Y tác dụng với V ml dung dịch HCl 2M, khuấy đều thu được 2,34 gam kết tủa. Tính V. Giải • Theo chương trình giáo khoa cơ han Đặt số mol Na trong hỗn hựp X là 2x mol: AI là X mol. 2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2T 2x -> 2x —> X 2A1 + 2NaOH + 2H2O -> 2NaAO2 + 3H2t X —> X ' —> X —> l,5x 2,24 Theo bài la có: X + l,5x = ^4— => X = 0,04 22,4 Khối lượng hỗn hrtp X : m = 2.0,04.23 + 0,04.27 = 2,92 (g) Dung dịch Y gồm NaAlO2 0,04 mol ; NaOHJư 0,08 - 0,04 = 0,04 mol. Số mol A1(OH)3 : = 0,03 mol. ' 78 « Trường hợp T. NaAlOi dư => HCỈ thiếu Phản ứng trung hòa ưu tiên xảy ra trước. NaOH + HC1-> NaCl + H2O 0,04 -> 0,Ọ4 NaA102 + HC1 + H2O-+• Al(OH)3ị + NaCỈ 0,03 -> 0,03 Thể tích dung dịch HC1 đã dùng : VHCI = = 35 (ml). Trường hợp 2: NaA102 thiếu => HC1 dư NaOH + HCl -> NaCl + H2O 0,04 -> 0,04 NaA102 + HC1 +H2O -> Al(OH)3ị + NaCl 0,04 ->0,04 -> 0,04 AKOHb + 3HCldư-> A1C13 + 3H2O (0,04-0,03) = 0,01 -> 0,03 u w ' 0,04 + 0,04 + 0,03 Thê tích dung dịch HC1: VHC| = y = 55 (ml). • Theo chương trình giáo khoa nâng cao Đặt số mol Na trong hỗn hợp X là 2x mol; AI là X mol. 2N.a + 2H2O —> 2NaOH + H2T 2x —» 2x —> X 2A1 +2NaOH + 6H2O-> 2Na| A1(OH)4| + 3H?t X —> X -> X —> l,5x 2.24 Theo bài ta có: X + l,5x = —- => X = 0,04 22,4 Khối lượng hỗn hợp X : m = 2.0,04.23 + 0,04.27 = 2,92 (g) Dung dịch Y gồm Na[Al(OH)4] 0,04 mol ; NaOHdư 0,04 mol. Số mol A1(OH)3: = 0,03 mol. ■ 78 • Trường hợp T. Na[Al(OH)4] dư => HC1 thiếu Phản ứng trung hòa ưu tiên xảy ra trước. NaOH + HC1-> NaCl + H2O 0,04 -> 0,04 Na[Al(OH)4] + HC1 -> Al(OH)3ị + NaCl + H2O 0,03 <- 0,03 Thể tích dung dịch HC1: VHCI = Q’04 + 0,0- _ 33 m| • Trường hợp 2: Na[Al(OH)4] thiếu => HC1 dư NaOH + HC1 —> NaCl + H2O 0,04 -> 0,04 Na[Al(OH)4] + HC1 -> Al(OH)3ị + NaCl + H2O 0,04 -> 0,04—» 0,04 A1(OH)3 + 3HCldư (0,04- 0,03) = 0,01 -> 0,03 Thể tích dung dịch HC1: VHC1 - -> A1C13 + 3H2O 0,04 + 0,04 + 0,03 2 = 55 ml. B 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 1. BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA Viết phương trình hoá học ciiu các pliừn ứng thực hiện dãy chuyến dối suu : AI ---l)- > AICI, —-2-1- > A1(OH)3 (3) > NaAIOj 141 > AI(OH)3 (5) > AI2O3 (6) > AI Cú 2 lọ không ghi nhũn dựng dung dịch AICli vù dull!’ ‘hch NuOH. Không dùng thêm chất nào kliác, lùm thế nào dể nhận biết mồi chất '! Phát hiểu nào dưới dây là dũng 'ỉ A. Nhôm lù một kim loại lưiỉng lính. II. AI(OH), lù một huiơ lưàng tính, c. AIịO.i lù o.xit trung tinh. I). AI(Otì).t là mộlhidroxit lưỡng tinh. Trong những chut sau, chất nào không có tính chut lưỡng tính '! A. Al(OH).,. II. Al;ỏ<. c. ZnSOj. I). NuHCO.,. Cho một lượng hỗn họp Mg - AI lúc dụng với dung dịch HCI dư thu dược 8,96 lít tì2. Mặt khúc cho lượng hồn hợp trên túc dụng với dung dịch NuOH dư till thu dược 6,72 lít tì2. Cúc thế tích khi đều do ở dklc. Tinh khối lượng cữu mỗi kim loụi có trong lượng hồn hợp dù dùng. Cho ItX) gam dung dịch AICI.Ỉ IM túc dụng với 200 ml dung dịch NuOH. Kết tủa lạo thành dược lùm khô vù nung dến kliối lượng không dồi cún Itdng 2,55 gum. Tính nồng độ mol của dung dịch NuOtì hun dầu. Có 4 mẫu hột kim loại lù Nu, AI, Cu, Te. Clù dùng nước lùm thuốc thừ tlù số kim loại có thể phún biệt dược lù hao nhiêu 'ỉ A. /. II. 2. c. 3. I). 4. Diện phún A1:O.< nóng chùy với dòng diện cường dộ 9.65A trong thời giun 3000 giây, thu dược 2,16 gum AI. Hiệu suất của quá trình diện phân lù A. 60%. II. 70%. c. 80%. I). 9(1%. Hướng dẫn giải Chuỗi phương trình: (1) 2A1 + 3CI2 -———» 2A1C13 A1CỊ, + 3NH3 + 3H2O -> A1(OH)3I + 3NH4CI A1(OH)3 + NaOH -> NaAlO2 + 2H2O NaAlO2 + co2 + 2H2O -> Al(OH)3ị + NaHCO3 2A1(OH)3 —^—» A12O3 + 3H2O 2A12O3 - đpilc > 4A1 + 3O2T Lâ'y mỗi ống nghiệm một ít hóa chất. Thực hiện thí nghiệm ta có hai trường hợp sau: Nhỏ vài giọt của ống nghiệm 1 vào ống nghiệm 2 và lắc kĩ ống nghiệm 2. Nếu thây kết tủa và kết tủa tan mất => Ông nghiệm 1 đựng A1C13 và ống nghiệm 2 đựng NaOH. Trong trường hợp này NaOH dư nên kết tủa tan hết. AICI3 + 3NaOH -> Al(OH)3ị + 3NaCl A1(OH)3 + NaOH -> NaA102 + 2H2O Nhỏ vài giọt của ông nghiệm 1 vào ống nghiệm 2 và lắc kĩ ống nghiệm 2. Nêu thây kết tủa và kết tủa không tan =>Ông nghiệm 1 đựng NaOH và ống nghiệm 2 đựng A1C13. Trong trường hợp này NaOH thiếu nên kết tủa không tan. A1C13 + 3NaOH-> Al(OH)3ị + 3NaCl Chọn D. 4. Chọn c. Đặt số mol Mg và AI lần lượt là X mol và y mol Mg + 2HC1-> MgCL + H2t ■ (1) X —> X 2A1 + 6HC1 -> 2A1C13 + 3H2Í (2) y -> l,5y Từ(l) và (2)=> x+ l,5y=ặ^Ệ (*) 22,4 2A1 + 2NaOH + 2H2O -> 2NaA102 + 3H2t (3) y -> l,5y Từ(3)=> l,5y= (**) 22,4 _ fx=o,l Giải hệ (*) và (**) ta đưực < * }y=0,2 Khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp : mMg= 0,1.24 = 2,4 (g); mAi= 0,2.27= 5,4 (g) Nung kết tủa : 2A1(OH)3 A12O3 + 3H2O. 2,55 0,05 <- 0,025 = 4^- 102 Ta có: nAI(0H) = 0,05 (mol) < nA1Ch = 1.0,1 =0,1 (mol). Có hai trường hợp: Trường hợp 1: A1C13 dư => NaOH thiêu A1C13 + 3NaOH-> Al(OH)3ị + 3NaCl 0,15 <- 0,05 Nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH : CMfwn| = = 0,75 (M). 0,2 • Trường hợp 2: AICI3 thiếu => NaOH dư A1C13 + 3NaOH —> Al(OH)3ị + 3NaCl 0,1 -> 0,3 -> 0,1 A1(OH)3 + NaOHdư -> NaAlO2 + 2H2O (0,1-0,05) = 0,05 -> 0,05 Nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH: CM 0,3 + 0,05 0,2 1,75 (M). Chọn D. Cho bốn mẫu thử tác dụng với nước dư ở nhiệt độ thường Mầu tan trong nước, sủi bọt khí và tạo dung dịch trong suôi là Na 2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2T Mẫu tan trong nước, sủi bọt khí và tạo dung dịch vẩn đục là Ca vì Ca(OH)2 ít tan. Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2T Cho dung dịch NaOH vừa tạo thành vào hai mẫu kim loại còn lại Mẩu tan và sủi bọt khí là Al. Mầu còn lại là Fe. 2A1 + 2NaOH + 2H2O -> 2NaAO2 + 3H2t Chọn c. 2A12O3 đpnc > 4A1 + 3O2T Khôi lượng AI thu được theo lí thuyết: 96500 n ■It = _Ị 27 96500 3 9,65.3000 = 2,7 (g). Hiệu suất của quá trình điện phân: Hr/( = m'h-‘ .10091 = ^-^-.100% I.ih 2,7 80%