Nhôm và hợp chất - Bài tập

Ths. Nguyn Tin An 0988126957 Chuyờn : Nhụm v Hp cht
Nhôm và hợp chất
Phần A. tóm tắt lý thuyết
I. nhôm
Nhôm là kim loại hoạt động khá mạnh, tác dụng đợc với nhiều đơn chất và hợp chất.
1. Tác dụng với phi kim
Khi đốt nóng, nhôm tác dụng với nhiều phi kim nh oxi, lu huỳnh, halogen.
4Al + 3O
2


0
t
2Al
2
O
3
2Al + 3S

0
t
Al
2
S
3
2Al + 3Cl
2


0
t

2AlCl
3
2. Tác dụng với axit
a. Dung dịch axit HCl và H
2
SO
4
loãng giải phóng hidro:
2Al + 6HCl

2AlCl
3
+ 3 H
2

2Al + 3H
2
SO
4


Al
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2

b. Dung dịch H
2
SO
4
đặc, nóng:
2Al + 6H
2
SO
4
(đặc)

0
t
Al
2
(SO
4
)
3
+ 3SO
2
+ 6H
2
O
Chú ý: Al không tan trong dung dịch H
2
SO
4
đặc nguội!
c. Dung dịch HNO

3
:
Nhôm tác dụng với dung dịch HNO
3
tạo thành Al(NO
3
)
3
, nớc và các sản phẩm ứng với số oxi hoá thấp hơn của nitơ:
NH
4
NO
3
; N
2
; N
2
O ; NO ; NO
2
.
Sản phẩm tạo thành có thể là một hỗn hợp khí, khi đó ứng với mỗi khí, viết một ph ơng trình phản ứng. Ví dụ sản phẩm
gồm khí N
2
O và N
2
:
10Al + 36HNO
3

10Al(NO

3
)
3
+ 3N
2

+ 18H
2
O
8Al + 30HNO
3

8Al(NO
3
)
3
+ 3N
2
O

+ 15H
2
O
Chú ý: Al không tan trong dung dịch HNO
3
đặc nguội!
3. Tác dụng với nớc
2Al + 6H
2
O

2Al(OH)
3
+ 3H
2

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 nớc!
4. Tác dụng với dung dịch kiềm
2Al + 2NaOH + 2H
2
O

2NaAlO
2
+ 3H
2

2Al + Ba(OH)
2
+ 2H
2
O

Ba(AlO
2
)
2

+ 3H
2

Bản chất của quá trình Al tan trong dung dịch bazơ kiềm là:
2Al + 6H
2
O

2Al(OH)
3
+ 3H
2

Al(OH)
3
+ NaOH

NaAlO
2
+ 2H
2
O
5. Tác dụng với dung dịch muối
2Al + 3CuSO
4


Al
2
(SO

4
)
3
+ 3Cu
Al + 3AgNO
3


Al(NO
3
)
3
+ 3Ag
6. Tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm):
a. Khái niệm
Nhiệt nhôm là phơng 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 + Fe
2
O
3


0
t
Al
2
O
3
+ 2Fe (*)

b. Phạm vi áp dụng
Phản ứng nhiệt nhôm chỉ sử dụng khi khử các oxit của kim loại trung bình và yếu nh: oxit sắt, (FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
) oxit
đồng, oxit chì...
Không sử dụng phơng pháp này để khử các oxit kim loại mạnh nh: ZnO, MgO...
c. Liên hệ giữa khối lợng chất rắn trớc phản ứng và khối lợng chất rắn sau phản ứng:
Trong quá trình nhiệt nhôm, các chất trớc phản ứng và sau phản ứng đều là các chất rắn (các kim loại và oxit kim loại).
Nh vậy:
Khối lợng chất rắn trớc phản ứng = Khối lợng 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 Fe
2
O
3
= y mol theo phơng trình (*).
Trờng hợp 1: Phản ứng diễn ra hoàn toàn ( H = 100%), khi đó có 2 khả năng:
- Nếu Al d: chất rắn A sau phản ứng gồm Al = x-2y, Al
2
O
3
= y và Fe = 2y. Khi cho A tác dụng với dung dịch kiềm sẽ
có khí hidro bay ra.
Ths. Nguyn Tin An 0988126957 Chuyờn : Nhụm v Hp cht

- Nếu Al hết: chất rắn A sau phản ứng gồm Fe
2
O
3
= y- 0,5x, Al
2
O
3
= 0,5x và Fe= 2x. Khi cho A tác dụng với dung dịch
kiềm không có khí hidro bay ra.
Trờng 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, Fe
2
O
3
, Al
2
O
3
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 d, chất rắn sau phản ứng đ-
ợc chia thành 2 phần có khối lợng khác nhau.
- Gọi số mol các chất trong phần 1 là Al = a, Al
2
O
3
= b và Fe = 2b.
- Gọi số mol các chất trong phần 2 là Al = ka, Al
2

O
3
= kb và Fe = 2kb.
Chú ý:
- Không gọi số mol cho các chất trớc khi tham gia phản ứng nhiệt nhôm.
- Tỉ lệ số mol của các chất sản phẩm = tỉ lệ các hệ số trong phơng trình phản ứng.
II. nhôm oxit
1. Tính chất vật lý: Là chất rắn màu trắng, không tan trong nớc.
2. Tính chất hoá học: (Tính chất lỡng tính)
Tác dụng với dung dịch axit:
Al
2
O
3
+ 3H
2
SO
4


Al
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
Tác dụng với dung dịch bazơ

muối aluminat:
Al
2
O
3
+ 2NaOH

2NaAlO
2
+ H
2
O
Al
2
O
3
+ Ba(OH)
2


Ba(AlO
2
)
2
+ H
2
O
3. Điều chế:
- Cho Al tác dụng với oxi.

- Nhiệt phân Al(OH)
3
: 2Al(OH)
3


0
t
Al
2
O
3
+ 3H
2
O
III. nhôm hidroxit
1. Tính chất vật lý: Là chất kết tủa keo màu trắng, không tan trong nớc.
2. Tính chất hoá học: (Tính chất lỡng tính)
Tác dụng với dung dịch axit:
Al(OH)
3
+ 3HCl

AlCl
3
+ 3H
2
O
Tác dụng với dung dịch bazơ

muối aluminat:
Al(OH)
3
+ NaOH

NaAlO
2
+ 2H
2
O
2Al(OH)
3
+ Ba(OH)
2


Ba(AlO
2
)
2
+ 4H
2
O
Chú ý: Al(OH)
3
không tan đợc trong các dung dịch bazơ yếu nh NH
3
, Na
2
CO

3
...
3. Điều chế
a. Từ dung dịch muối Al
3+
nh AlCl
3
, Al(NO
3
)
3
, Al
2
(SO
4
)
3
:
- Tác dụng với dung dịch bazơ yếu (dung dịch NH
3
, dung dịch Na
2
CO
3
...):
AlCl
3
+ 3NH
3
+ 3H

2
O

Al(OH)
3

+ 3NH
4
Cl
Al(OH)
3
tạo thành không tan khi cho NH
3
d.
2AlCl
3
+ 3Na
2
CO
3
+ 3H
2
O

2Al(OH)
3

+ 6NaCl + 3CO
2
- Tác dụng với dung dịch bazơ mạnh (dung dịch NaOH, Ba(OH)

2
...):
AlCl
3
+ 3NaOH

Al(OH)
3

+ 3NaCl
Al(OH)
3
tạo thành tan dần khi cho kiềm d:
Al(OH)
3
+ NaOH

NaAlO
2
+ 2H
2
O
Tổng quát:
AlCl
3
+ 4NaOH

NaAlO
2
+ 3NaCl + 2H

2
O
b. Từ dung dịch muối aluminat (NaAlO
2
, Ba(AlO
2
)
2
...):
- Tác dụng với dung dịch axit yếu (khí CO
2
, dung dịch NH
4
Cl, dung dịch AlCl
3
...

):
NaAlO
2
+ CO
2
+ 2H
2
O

Al(OH)
3

+ NaHCO

3
(Al(OH)
3
tạo thành không tan khi sục khí CO
2
d).
NaAlO
2
+ NH
4
Cl

+ H
2
O

Al(OH)
3

+ NaCl + NH
3
3NaAlO
2
+ AlCl
3
+ 3H
2
O

4Al(OH)

3

+ 3NaCl
- Tác dụng với dung dịch axit mạnh (dung dịch HCl...):
NaAlO
2
+ HCl + H
2
O

Al(OH)
3

+ NaCl
Al(OH)
3
tạo thành tan dần khi cho axit d:
Al(OH)
3
+ 3HCl

AlCl
3
+ 3H
2
O
Tổng quát:
NaAlO
2
+ 4HCl

AlCl
3
+ NaCl + 2H
2
O
IV. muối nhôm
Hầu hết các muối nhôm đều tan trong nớc và tạo ra dung dịch có môi trờng axit yếu làm chuyển quỳ tím thành màu
hồng:
[Al(H
2
O)]
3+
+ H
2
O [Al(OH)]
2+
+ H
3
O
+
Ths. Nguyn Tin An 0988126957 Chuyờn : Nhụm v Hp cht
Một số muối nhôm ít tan là: AlF
3
, AlPO
4
...
Muối nhôm sunfat có khả năng tạo phèn. Công thức của phèn chua là K
2
SO

4
.Al
2
(SO
4
)
3
.24H
2
O.
V. Sản xuất nhôm
Nguyên liệu để sản xuất nhôm là quặng boxit Al
2
O
3
.nH
2
O. Quặng boxit thờng lẫn các tạp chất là Fe
2
O
3
và SiO
2
. Ngời
ta làm sạch nguyên liệu theo trình tự sau:
Quặng boxit đợc nghiền nhỏ rồi đợc nấu trong dung dịch xút đặc ở khoảng 180
o
C. Loại bỏ đợc tạp chất không tan là
Fe
2

O
3
, đợc dung dịch hỗn hợp hai muối là natri aluminat và natri silicat:
Al
2
O
3
+ 2NaOH

2NaAlO
2
+ H
2
O
SiO
2
+ 2NaOH

Na
2
SiO
3
+ H
2
O
Sục CO
2
vào dung dịch, Al(OH)
3
tách ra:

NaAlO
2
+ CO
2
+ 2H
2
O

Al(OH)
3

+ NaHCO
3
Lọc và nung kết tủa Al(OH)
3
ở nhiệt độ cao (> 900
o
C ta đợc Al
2
O
3
khan.
Điện phân nóng chảy Al
2
O
3
với criolit (3NaF.AlF
3
hay Na
3

AlF
6
) trong bình điện phân với hai điện cực bằng than chì,
thu đợc nhôm:
2Al
2
O
3


dpnc
4Al + 3O
2
Các phản ứng phụ xảy ra trên điện cực: khí oxi ở nhiệt độ cao đã đốt cháy dơng cực là cacbon, sinh ra hỗn hợp khí là
CO và CO
2
theo các phơng trình:
C + O
2


CO
2
2C + O
2


2CO
Sự khử ion Al
3+

trong Al
2
O
3
là rất khó khăn, không thể khử đợc bằng những chất khử thông thờng nh C, CO, H
2
...
Ths. Nguyn Tin An 0988126957 Chuyờn : Nhụm v Hp cht
Phần B: Bài tập
Cõu 1. Nêu hiện tợng và viết các phơng trình phản ứng trong các trờng hợp sau:
a. Nhỏ dần dần dung dịch KOH vào dung dịch Al
2
(SO
4
)
3
.
b. Nhỏ dần dần dung dịch AlCl
3
vào dung dịch NaOH.
c. Cho Na kim loại vào dung dịch AlCl
3
.
Cõu 2. Nhôm tan đợc dễ dàng trong dung dịch kiềm mạnh (ví dụ dung dịch NaOH) giải phóng hidro. Có thể nói
nhôm là kim loại lỡng tính hay không? Tại sao? Kiềm giữ vai trò gì trong phản ứng này? Viết các phơng trình phản
ứng xảy ra.
Cõu 3. (Trích đề thi ĐH và CĐ khối B - 2004)
Cho hỗn hợp A gồm Al
2
O

3
, MgO, Fe
3
O
4
, CuO. Cho khí CO d đi qua A nung nóng đợc chất rắn B. Hoà tan B
vào dung dịch NaOH d, đợc dung dịch C và chất rắn D. Cho dung dịch HCl d vào dung dịch C. Hoà tan chất rắn D vào
dung dịch HNO
3
loãng (phản ứng tạo khí NO). Viết các phơng trình phản ứng.
Cõu 4. Cho hỗn hợp A gồm 4,6 gam Na và 8,1 gam Al. Tính số mol khí H
2
thu đợc khi:
1. Cho A vào một lợng H
2
O d.
2. Cho A vào một lợng dung dịch NaOH d.
Cõu 5. Hoà tan hết m gam hỗn hợp gồm Al và Na bằng dung dịch NaOH d, thu đợc 8,96 lít khí H
2
(đktc) và dung
dịch A. Sục khí CO
2
vào A tới khi lợng kết tủa không thay đổi nữa thu đợc 15,6 gam kết tủa.
Viết phơng trình phản ứng và tính m.
Cõu 6. Hỗn hợp bột A gồm Ba và Al.
Cho m gam A vào một lợng nớc d thu đợc 0,25 mol khí H
2
.
Cho m gam A vào dung dịch NaOH d thu đợc 0,4 mol khí H
2

.
Viết các phơng trình phản ứng xảy ra và tính m.
Cõu 7. Bình A chứa 300 mL dung dịch AlCl
3
1M.
Cho 500 mL dung dịch NaOH vào bình A thu đợc 15,6 gam kết tủa. Tính nồng độ mol/L của dung dịch NaOH đã
dùng.
Cõu 8. Hoà tan hết 0,81 gam bột nhôm vào 550 mL dung dịch HCl 0,2M thu đợc dung dịch A. Tính thể tích dung
dịch NaOH 0,5 M cần thêm vào dung dịch A để:
a. Thu đợc lợng kết tủa lớn nhất.
b. Thu đợc 0,78 gam kết tủa.
Cõu 9. Cho 3,87 gam hỗn hợp A gồm Mg và Al vào 250 mL dung dịch X chứa axit HCl 1M và axit H
2
SO
4
0,5M đợc
dung dịch B và 4,368 lít khí H
2
ở đktc.
1. Hãy chứng minh rằng trong dung dịch B vẫn còn d axit.
2. Tính khối lợng của các kim loại trong hỗn hợp A.
3. Tính thể tích dung dịch C gồm NaOH 0,2M và Ba(OH)
2
0,1M cần để trung hoà hết lợng axit d trong dung
dịch B.
Cõu 10. Cho 5,2 gam hỗn hợp A gồm Al, Fe, Cu tác dụng với 20 mL dung dịch NaOH 6M, thu đợc 2,688 lít khí ở
đktc, sau đó thêm tiếp 400 mL dung dịch axit HCl 1M và đun nóng đến khi khí H
2
ngừng thoát ra. Lọc tách hỗn hợp
chất rắn B.

Cho B tác dụng hết với dung dịch HNO
3
loãng thu đợc dung dịch C và 0,672 lít khí NO (đo ở đktc).
Cho C tác dụng với dung dịch NaOH d tạo kết tủa D. Nung D ở nhiệt độ cao đến khối lợng không đổi thu đợc chất rắn
E. Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn.
1. Tính khối lợng các kim loại trong A.
2. Tính khối lợng chất rắn E.
Cõu 11. Cho m gam hỗn hợp A gồm Al, Mg, Cu. Hoà tan m gam A trong dung dịch NaOH d, thu đợc 3,36 lít khí H
2
ở đktc và phần không tan B. Hoà tan hết B trong dung dịch H
2
SO
4
đặc nóng thu đợc 2,24 lít khí SO
2
ở đktc và dung
dịch C. Cho C phản ứng với dung dịch NaOH d thu đợc kết tủa D. Nung kết tủa D tới khối lợng không đổi, thu đợc
chất rắn E. Cho E phản ứng với một lợng khí H
2
d đun nóng thu đợc 5,44 gam chất rắn F. Biết các phản ứng xảy ra
hoàn toàn.
Tính khối lợng của các chất trong A và F.
Cõu 12. Hoà tan hoàn toàn 2,16 gam kim loại M trong 500 mL dung dịch HNO
3
0,6M thu đợc dung dịch A (không
chứa muối NH
4
NO
3
) và 604,8 mL hỗn hợp khí N

2
và N
2
O ở đktc. Tỉ khối hơi của hỗn hợp khí này so với H
2
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 đ ợc khí H
2
và dung dịch
E.
Trộn dung dịch A với dung dịch E thu đợc 2,34 gam kết tủa.
1. Xác định kim loại M.
2. Xác định nồng độ mol/L của dung dịch HCl đã dùng.
Cõu 13. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với 84,15 gam hỗn hợp bột Al và Fe
2
O
3
. Chia hỗn hợp chất rắn thu đợc sau
phản ứng thành 2 phần.
Phần một có khối lợng 28,05 gam cho tác dụng với dung dịch HCl d thu đợc 0,175 mol H
2
.
Phần hai cho tác dụng với dung dịch NaOH d thu đợc 0,15 mol H
2
.
1. Tính khối lợng các chất trong hỗn hợp đầu.
Ths. Nguyn Tin An 0988126957 Chuyờn : Nhụm v Hp cht
2. Tính hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm.
Cõu 14. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với Fe
2

O
3
trong điều kiện không có không khí. Chia hỗn hợp sau phản ứng
đã trộn đều thành 2 phần.
Phần một có khối lợng 67 gam cho tác dụng với lợng d dung dịch NaOH thấy có 16,8 lít H
2
bay ra.
Hoà tan phần 2 bằng một lợng d dung dịch HCl thấy có 84 lít H
2
bay ra.
Các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở đktc.
1. Viết phơng trình phản ứng xảy ra.
2. Tính khối lợng Fe thu đợc trong quá trình nhiệt nhôm.
Cõu 15. Hoà tan hoàn toàn một lợng oxit Fe
x
O
y
bằng dung dịch H
2
SO
4
đặc nóng thu đợc 4,48 lít khí SO
2
ở đktc, phần
dung dịch chứa 240 gam một loại muối sắt duy nhất.
1. Xác định công thức của oxit sắt.
2. 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 Fe
x
O

y
thành Fe. Hoà tan hết hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch H
2
SO
4
20% ( d = 1,4 g/mL)
thì thu đợc 5,376 lít khí H
2
ở đktc.
a. Tính hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm.
b. Tính thể tích tối thiểu dung dịch H
2
SO
4
20% đã dùng.
Cõu 16. Một hỗn hợp A gồm bột Al và Fe
3
O
4
. Đun nóng hỗn hợp cho phản ứng hoàn toàn trong môi trờng không
có không khí thu đợc hỗn hợp B. Cho B phản ứng với dung dịch NaOH d sinh ra 6,72 lít khí H
2
. Còn khi cho B tác
dụng với dung dịch HCl d thu đợc 26,88 lít khí H
2
.
1. Viết các phơng trình phản ứng xảy ra.
2. Tính số gam từng chất trong hỗn hợp A và B.
3. Tính thể tích dung dịch HNO
3

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 .
Cõu 17. (Trích đề thi ĐH và CĐ khối B - 2002)
Cho hỗn hợp A có khối lợng m gam gồm bột Al và sắt oxit Fe
x
O
y
. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện
không có không khí, thu đợc hỗn hợp B. Nghiền nhỏ, trộn đều B rồi chia thành hai phần. Phần một có khối l ợng 14,49
gam đợc hoà tan hết trong dung dịch HNO
3
đun nóng, thu đợc dung dịch C và 3,696 lít khí NO duy nhất ở đktc. Cho
phần hai tác dụng với lợng d dung dịch NaOH đun nóng thấy giải phóng 0,336 lít khí H
2
ở đktc và còn lại 2,52 gam
chất rắn. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
1. Viết các phơng trình phản ứng xảy ra.
2. Xác định công thức của sắt oxit và tính m.
Cõu 18. Hoà tan 13,9 gam một hỗn hợp A gồm Mg, Al, Cu bằng V mL dung dịch HNO
3
5M (vừa đủ), giải phóng ra
20,16 lít khí NO
2
duy nhất ở đktc và dung dịch B. Thêm dung dịch NaOH d vào dung dịch B, lấy kết tủa nung ở nhiệt
độ cao tới khối lợng không đổi thu đợc chất rắn D, dẫn luồng khí H
2
d đi qua D đun nóng thu đợc 14,40 gam chất rắn
E.
Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
1. Viết các phơng trình phản ứng xảy ra.

2. Tính % theo khối lợng của mỗi kim loại trong hỗn hợp A.
3. Tính V.
Cõu 19. Một hỗn hợp A gồm Ba và Al.
Cho m gam A tác dụng với H
2
O d, thu đợc 1,344 lít khí, dung dịch B và phần không tan C.
Cho 2m gam A tác dụng với dung dịch Ba(OH)
2
d thu đợc 20,832 lít khí.
Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các khí đều đo ở đktc.
1. Tính khối lợng của từng kim loại trong m gam A.
2. Cho 50 mL dung dịch HCl vào dung dịch B. Sau khi phản ứng xong, thu đợc 0,78 gam kết tủa. Xác định nồng độ
mol/L của dung dịch HCl.
Cõu 20. Hỗn hợp bột E gồm 3 kim loại là K, Al, Fe đợc chia thành 3 phần bằng nhau:
Phần 1: Cho tác dụng với H
2
O lấy d tạo ra 4,48 lít khí.
Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch KOH d tạo ra 7,84 lít khí.
Phần 3: Hoà tan hết trong 0,5 lít dung dịch H
2
SO
4
1,2M tạo ra 10,08 lít khí và dung dịch A.
1. Tính số gam mỗi kim loại trong hỗn hợp E.
2. Cho dung dịch A tác dụng với 240 gam dung dịch NaOH 20% thu đợc kết tủa, lọc rửa kết tủa rồi nung trong không khí
tới khối lợng không đổi thu đợc m gam chất rắn. Tính m.
Cõu 21. Hoàn thành các phơng trình phản ứng theo sơ đồ sau:
Al Al
2
O

3


Ba(AlO
2
)
2








AlCl
3
KAlO
2
Al(OH)
3

Cõu 22. Hãy giải thích vì sao:
1. Xô nhôm bị phá huỷ khi đựng vôi tôi.
2. Khi hoà tan Al bằng dung dịch HCl, nếu thêm một vài giọt muối CuSO
4
vào thì quá trình hoà tan xảy ra nhanh hơn,
khí thoát ra mạnh hơn.
Cõu 23. 1. Hãy cho biết sự giống và khác nhau khi cho từ từ đến d: