$A$. CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ NHÔM
$I$. Kim loại nhôm.
- Bản chất phản ứng của kim loại nhôm với các chất ( phi kim ,dung dịch kiềm , axit, muối, phản ứng nhiệt nhôm..) là phản ứng oxi hóa khử.
- Phương pháp giải các bài tập dạng này là 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 điện tích , phương pháp đường chéo và tính toán theo phương trình phản ứng.
* CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Cho $2,13$ gam hỗn hợp $X$ gồm ba kim loại $Mg, Cu$ và $Al$ ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp $Y$ gồm các oxit có khối lượng $3,33$ gam. Thể tích dung dịch $HCl 2$M vừa đủ để phản ứng hết với $Y$ là :
A. $57$ ml B. $50$ ml C. $75$ ml D. $90$ ml
Giải :
Thay các kim loại $Cu, Mg, Al$ bằng $1$ kim loại $M$
Sơ đồ phản ứng :
$M$ $\overset{O_2}{\rightarrow}$ $M_2O_n$ $\overset{HCl}{\rightarrow}$ $MCl_n$
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
$m_M + m_{O_2} = m_{M_2O_n}$ => $m _{O_2} = 3,33 - 2,13 = 1,2$ gam => $nO^{2-} = n_O = 2n_{O_2} = 2.1,2/32 = 0,075$ mol.
$\left\{ \begin{array}{l} n.nM^{n+} = 2.nO^{2-}\\ n.nM^{n+} = 1.n_{Cl^-} \end{array} \right.$
=> $1.n_{Cl^-} = 2.nO^{2-} = 0,15$ mol => $n_{HCl} = n_{Cl^-} = 0,15$ mol.
( $n$ là hóa trị của $M$ cũng là giá trị điện tích của $M^{n+}$)
Vậy thể tích của $HCl$ cần dung là : $V_{HCl} = 0,15/ 2 = 0,075$ lít = $75$ ml.
=> Đáp án $C$.
Ví dụ $2$ : Cho $48,6$ gam $Al$ vào $450$ ml dung dịch gồm $KNO_3$ $1$M ,$KOH$ $3$M sau phản ứng hoàn toàn thể tích khí thoát ra ở đktc là :
A. $30,24$ lít B. $10,98$ lít C. $40,32$ lít D. $45,34$ lít
Giải :
Theo giả thiết ta có :
$n_{Al} = 46,68/27 = 1,8$ mol, $n_{NO_3^-} = n_{KNO_3} = 0,45$ mol , $n_{OH^-} = n_{KOH} = 1,35$ mol.
Phương trình phản ứng :
$8Al + 3NO_3^- + 5OH^- + 2H_2O$ $\rightarrow $ $8AlO_2^- + 3NH_3$ ($1$)
$1,2 0,45 0,75$ $0,45$
$2Al + 2OH^- + 2H_2O$ $\rightarrow $ $2AlO_2^- + 3H_2$ ($2$)
$0,6 0,6 0,9$
Theo giả thiết và phản ứng ($1$) ta thấy : Sau phản ứng ($1$) còn dư là $0,6$ mol và $OH^-$ dư là $0,6$ mol nên tiếp tục xảy ra phản ứng ($2$).
Theo ($1$) và ($2$) ta suy ra khí thụ được gồm $NH_3$ và $H_2$ . Thể tích của hỗn hợp khí là :
$V_{(NH_3,H_2)} = (0,45 + 0,9). 22,4 = 30,24$ lít.
=> Đáp án $A$.
Ví dụ $3$ : Cho $m$ gam hỗn hợp $Al, Al_2O_3, Al(OH)_3$ tác dụng với dung dịch $H_2SO_4 19,6$ % vừa đủ thu được dung dịch $X$ có nồng độ là $21,302$% và $3,36$ lít $H_2$ (đktc). Cô cạn dung dịch $X$ thu được $80,37$ gam muối khan. $m$ có giá trị là:
A. $25,09$ gam B. $28,98$ gam C. $18,78$ gam D. $24,18$ gam
Giải :
Theo giả thiết ta có :
$m_{ddAl_2(SO_4)_3} = 377,29$ gam.
$n_{Al_2(SO_4)_3} = 0,235$ mol => $n_{H_2S0_4} = 0,705$ mol => $m_{dd H_2SO_4} = 352,5$ gam.
$n_{H_2} = O,15$ mol => $M_{hh} = 0,3$ gam.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :
$m_{( Al, Al(OH)_3, Al_2O_3)}$ + $m_{ddH_2SO_4}$ = $m_{dd Al_2(SO_4)_3}$ + $m_{H_2}$
$m = 377,29 + 0,3 - 352,5 = 25,09$ gam.
=> Đáp án $A$.
Ví dụ $4$ : Nung nóng $10$ gam hỗn hợp $Al$ và $Fe_3O_4$ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn $X$. Cho tác dụng với dung dịch $NaOH$ (dư ) thu được dưng dịch $Y$, chất rắn $Z$ và $3,36$ lít khí $H_2$ (đktc ). Sục khí $CO_2$ (dư ) vào dung dịch $Y$ thu được $39$ gam kết tủa. Giá trị của $m$ là :
A. $48,3$ B. $45,6$ C. $36,7$ D. $57,0$
Giải :
Hỗn hợp sau phản ứng nhiệt nhôm tác dụng với dung dịch $NaOH$ nên $Al$ dư, $Fe_3O_4$ phản ứng hết.
$n_{Al}$ ban đầu = $n_{Al(OH)_3} = 0,5$ mol
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có :
$3.n_{Al}$ dư = $2.n_{H_2}$ => $n_{Al}$ dư = $0,1$ mol => $n_{Al}$ phản ứng với oxit sắt = $0,5 – 0,1 = 0,4$ mol.
$3.n_{Al}$ phản ứng với oxit sắt = $8.n_{Fe_3O_4} = 0,15$ mol.
Giá trị của $m$ là : $0,15.232 + 0,5.27 = 48,3$ gam .
=> Đáp án $A$.
$II$. Hợp chất của nhôm
$1$. Phản ứng của dung dịch chứa các ion $H^+$ , $M^{n+}$ với dung dịch chứa ion $OH^-$ (với $M$ là các kim loại từ $Mg^{2+}$ trở về cuối dãy điện hóa )
* PHƯƠNG PHÁP GIẢI
- Thứ tự phản ứng : phản ứng trung hòa xảy ra trước ,phản ứng kết tủa xảy ra sau:
$H^+ + OH^-$ $\rightarrow $ $H_2O$
$Mn^{2+} + n_{OH^-}$ $\rightarrow $ $M(OH)_n$
- Nếu $M(OH)_n$ có tính lưỡng tính và $OH^-$ còn dư thì sẽ có phản ứng hòa tan kết tủa:
$M(OH)_n + (4 – n)OH^-$ $\rightarrow $ $[M(OH)_4]^{(4 – n)–}$
( Với $M$ là $Al, Zn$ )
- Dựa vào giả thiết và các phương trình phản ứng ion rút gọn để tính toán suy ra kết quả cần tìm. Để tăng tốc độ tính toán ta nên sử dụng định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn nguyên tố , nhóm nguyên tố.
* CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Nhỏ từ từ $0,25$ lít dung dịch $NaOH 1,04$M vào dung dịch gồm $0,024$ mol $FeCl_3$ ; $0,016$ mol $Al_2(SO_4)_3$ và $0,04$ mol $H_2SO_4$ thu được $m$ gam kết tủa. Giá trị của $m$ là :
A. $2,568$ B. $4,128$ C. $1,560$ D. $5,064$
Giải :
$n_{NaOH} = 0,26$ mol ; $nAl^{3+} = 0,032$ mol; $n_{H^+} = 0,08$ mol ; $nFe^{3+} = 0,024$ mol.
Phương trình phản ứng :
$H^+ + OH^-$ $\rightarrow $ $H_2O$
$0,08 0,08$
$Fe^{3+} + 3OH^-$ $\rightarrow $ $Fe(OH)_3$
$0,024 3.0,024 0,024$
$Al^{3+} + 3OH^-$ $\rightarrow $ $Al(OH)_3$
$0,032 3.0,032 0,032$
$Al(OH)_3 + OH^-$ $\rightarrow $ $[ Al(OH)_4]^-$
$0,012 0,012$
Theo giả thiết và các phản ứng, ta thấy khối lượng kết tủa sau phản ứng là :
$m = 107.0,024 +( 0,032 – 0,012.78) = 4,128$ gam.
=> Đáp án $B$.
$2$. Phản ứng của dung dịch chứa các ion $OH^-$, $[M(OH)_4]^{(4-n)}$ với dung dịch chứa các ion $H^+$ ( $M$ là các $Al , Zn$)
* PHƯƠNG PHÁP GIẢI
- Thứ tự phản ứng : Phản ứng trung hòa xảy ra trước , phản ứng tạo kết tủa xảy ra sau :
$H^+ + OH^-$ $\rightarrow $ $H_2O$
$[M(OH)_4]^{(4-n)^-} + (4-n)H^+$ $\rightarrow $ $M(OH)_n + (4-n)H_20$
- Nếu $H^+$ còn dư thì sẽ xảy ra phản ứng hòa tan kết tủa :
$M(OH)_n + nH^+$ $\rightarrow $ $M^{n+} + nH_20$
- Dựa vào các gải thiết và các phương trình phản ứng ion rút gọn để tính toán suy ra kết quả cần tìm .
* CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : $100$ ml dung dịch $A$ chứa $NaOH$ $0,1$M và $[NaAl(OH)_4] a$M. Thêm từ từ $0,6$ lít $HCl 0,1$M vào dung dịch $A$ thu được kết tủa, lọc kết tủa , nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được $1,02$ gam chất rắn. Giá trị của $a$ là :
A. $0,15$ B. $0,2$ C. $0,275$ D. $0,25$
Giải :
$n_{OH^-} = n_{NaOH} = 0,01$ mol ; $n_{[Al(OH)_4]^-} = n_{Na[Al(OH)_4]} = 0,1a$ mol ; $n_{H^+} = 0,06$ mol
$n_{Al(OH)_3} = 2n_{Al_2O_3} = 0,02$ mol
Vì sau phản ứng thu được kết tủa chứng tỏ $HCl$ đã phản ứng hết
$OH^- + H^+$ $\rightarrow $ $H_2O$
$0,01 0,01$
$[Al(OH)_4]^- + H^+$ $\rightarrow $ $Al(OH)_3 + H_2O$
$0,02 0,02 0,02$
$[Al(OH)_4]^- + 4H^+$ $\rightarrow $ $Al^{3+} + 4H_2O$
$0,0075 0,03$
=> $\sum_{}^{}$$n_{[Al(OH)_4]^-}$ = $0,0275$ mol => $a = 0,0275/0,1 = 0,275$M
=> Đáp án $C$
$B$. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu $1$ : Cho $m$ gam hỗn hợp $X$ gồm $Al$ và $Cu$ vào dung dịch $HCl$ dư , sau khi hết thúc phản ứng sinh ra $3,36$ lít khí đktc . Nếu cho $m$ gam $X$ trên vào một lượng dư $HNO_3$ đặc nguội , sau khi kết thúc phản ứng thu được $6,72$ lít $NO_2$ duy nhất( Đktc). Giá trị của $m$ là
A. $11,5$ B. $10,5$ C. $12,3$ D. $15,6$
Câu $2$ : Hòa tan hỗn hợp gồm $Mg$ và $Al$ trong $V$ lít dung dịch $HNO_3 2$M vừa đủ thu được $1,68$ lít hỗn hợp khí $X$ ( đktc) gồm $N_2O$ và $N_2$ . Tỉ khối của $X$ so với $H_2$ là $17,2$. Giá trị của $V$ là :( biết pư không tạo $NH_4NO_3$)
A. $0,42$ B. $0,84$ C. $0,48$ D. $0,24$
Câu $3$ : Cho $3,024$ gam một kim loại $M$ tan hết trong dung dịch $HNO_3$ loãng thu được $940,8$ ml khí (đktc) $N_xO_y$ có tỉ khối so với $H_2$ là $22$. Khí $N_xO_y$ và kim loại $M$ là
A. $N_2O$ và $Fe$ B. $NO_2$ và $Al$ C. $N_2O$ và $Al$ D. $NO$ và $Mg$
Câu $4$ : Cho $a$ gam bột $Al$ vào dung dịch chứa $0,1$ mol $AgNO_3$ ;$0,15$ mol $Cu(NO_3)_2$ và $0,2$ mol $Fe(NO_3)_3$ thu được dung dịch $X$ và kết tủa $Y$. Hãy lựa chọn giá trị của $a$ để kết tủa $Y$ thu được chứa $3$ kim loại
A. $a$ $\geq$ $3,6$ B. $2,7 < a < 5,4$
C. $3,6 < a$ $\leq$ $9$ D. $5,4 < a$ $\leq$ $9$
Câu $5$ : Cho dung dịch $X$ chứa $AgNO_3$ và $Cu(NO_3)_2$ . Thêm $1$ lượng hỗn hợp gồm $0,03$ mol $Al$ ; $0,05$ mol $Fe$ vào $100$ ml dung dịch $X$ cho tới khi phản ứng kết thúc thu được $8,12$ gam chất rắn $Y$ gồm $3$ kim loại . Cho $Y$ vào dung dịch $HCl$ dư thu được $0,672$ lít khí (đktc). Tổng nồng độ của $2$ muối là :
A. $0,3$M B. $0,8$M C. $0,42$M D. $0,45$M
Câu $6$ : Chia hỗn hợp $X$ gồm $Na,Mg$ và $Al$ thành $2$ phần băng nhau. Phần $1$ hòa tan hoàn toan trong dung dịch $HNO_3$ thu được $2,24$ lít khí $N_2$ (đktc) . Phần $2$ cho tác dụng với $H_2SO_4$ loãng thu được $V$ lít $H_2$ (Đktc). Giá trị của $V$ là
A. $4,48$ B. $5,6$ C. $13,44$ D. $11,2$
Câu $7$ : Thêm từ từ dung dịch $HCl 0,1$M vào $200$ ml dung dịch $A$ chứa $KOH 0,05$M và $NaAlO_2 0,15$M thu được kết tủa . Lọc kết tủa , nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được $1,02$ gam chất rắn . Thể tích dung dịch $HCl$ đã dùng là
A. $0,3$ lít B. $0,6$ lít C. $0,7$ lít D. $0,3$ hoặc $0,7$
Câu $8$ : Cho $240$ ml dung dịch $Ba(OH)_2 1$M vào $200$ ml dung dịch hỗn hợp $AlCl_3 a$M và $Al_2(SO_4)_3 2a$M thu được $51,3$ gam kết tủa. Giá trị của $a$ là
A. $0,12$ B. $0,16$ C. $0,15$ D. $0,2$
Câu $9$ : Để hòa tan $m$ gam hỗn hợp $X$ gồm $Al_2O_3,FeO,CuO$ có cùng số mol cần $240$ gam dung dịch $HCl 18,25$%. Thêm một lượng bột nhôm cần thiết vào $m$ gam hỗn hợp để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm , sau phản ứng nhiệt nhôm thu được chất rắn $Y$ gồm $Al_2O_3,Fe$ và $Cu$. Xử lý hỗn hợp $Y$ bằng $V$ ml dung dịch hỗn hợp $NaOH 1$M và $Ba(OH)_2 0,5$M đun nóng sau phản ứng còn $20,928$ gam chất rắn không tan . Giá trị của $V$ là
A. $124$ ml B. $136$ ml C. $148$ ml D. $160$ ml
Câu $10$ : Cho $m$ gam bột nhôm tác dụng với dung dịch $X$ gồm $HCl 1$M và $H_2SO_4 0,5$M vừa đủ , thu được dung dịch $Y$ , khối lượng dung dịch $Y$ tăng ($m- 1,08$) gam so với khối lượng dung dịch $X$ . Cho $46,716$ gam hỗn hợp $Na$ và $Ba$ có tỉ lệ mol là $4 : 1$ vào dung dịch $Y$ thu được $p$ gam kết tủa . Giá trị của $p$ là
A. $64,38$ B. $66,71$ C. $68,28$ D. $59,72$
Đáp án : $1C 2A 3C 4D 5B 6D 7D 8C 9B 10A$