Bài tập nhôm và hợp chất của nhôm tác dụng với dung dịch kiềm

Ta có: n_OH- = n_NaOH = 0,3.1,2 = 0,36 (mol); n_Al3+ = n_AlCl3 = 0,1.1 = 0,1 mol

Tính tỉ lệ: k = n_OH-/n_Al3+ = 0,36 : 0,1 = 3,6

Ta thấy 3 < k < 4 nên kết tủa tan 1 phần → n_↓ = 4.n_Al3+ - n_OH- = 4.0,1 - 0,36 = 0,04 (mol)

→ m_Al(OH)3 = 0,04.78 = 3,12 (g)

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂   (1)

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O           (2)

Theo PTHH (1) ta có: n_Al = 2/3 . n_H2 = 2/3 . 0,6 = 0,4 (mol)

→ m_Al2O3 = 31,2 - m_Al = 31,2 - 0,4.27 = 20,4 (g)

Phần trăm về khối lượng của Al₂O₃ trong hỗn hợp ban đầu là:

%m_Al2O3 = \(\frac{{20,4}}{{31,2}}.100\% \) = 65,38%

Ta có: \({n_{{H_2}}} = \frac{{PV}}{{RT}} = \frac{{0,8.16,8}}{{0,082.273}} = 0,6\left( {mol} \right)\)

Các PTHH:

Al + NaOH + H₂O → NaAlO₂ + 3/2 H₂ (1)

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O      (2)

Theo PTHH (1) ta có: n_Al = 2/3.n_H2 = 2/3.0,6 = 0,4 mol → m_Al = 0,4.27 = 10,8 gam.

n_Ba(OH)2 = 0,3.1 = 0,3 (mol) ; n_NaOH = 0,3.1,5 = 0,45 (mol)

=> ∑n_OH- = 2n_Ba(OH)2 + n_NaOH = 0,3.2 + 0,45 = 1,05 (mol)

n_Ba2+ = 0,3 (mol)

n_AlCl3= 0,15.1 = 0,15 (mol); n_Al2(SO4)3 = 0,15.0,5 = 0,075 (mol)

=> ∑n_Al3+ = n_AlCl3 + 2n_Al2(SO4)3 = 0,15 + 0,075.2 = 0,3 (mol) ; n_so42- = 0,225 (mol)

Ta có: \(3 < \frac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{A{l^{3 + }}}}}} = \frac{{1,05}}{{0,3}} = 3,5 < 4\)=> tạo kết tủa Al(OH)₃ và AlO₂-

n_Al(OH)3 = 4n_Al3+ - n_OH- = 4.0,3 - 1,05 = 0,15 (mol)

Vây sau phản ứng thu được kết tủa Al(OH)₃: 0,15 mol và BaSO₄ :0,225 (mol)

=> m↓ = 0,15.78 + 0,225.233 = 64,125 (g)

Đặt n_Na = x và n_Ba = y (mol)

Na + H₂O → NaOH + 0,5 H₂

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂

Ta có hệ pt: \(\left\{ \begin{array}{l}{m_{hh}} = 23{\rm{x}} + 137y = 3,66\\{n_{{H_2}}} = 0,5{\rm{x}} + y = 0,04\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}x = 0,04\\y = 0,02\end{array} \right.\)

⟹ Dung dịch X chứa: Na⁺; Ba²⁺ (0,02 mol) và OH^- (0,08 mol)

\(\underbrace {A{l_2}{{(S{O_4})}_3}}_{0,01mol}\left\{ \begin{array}{l}A{l^{3 + }}:0,02\\S{O_4}^{2 - }:0,03\end{array} \right. + X\left\{ \begin{array}{l}N{a^ + }:0,04\\B{a^{2 + }}:0,02\\O{H^ - }:0,08\end{array} \right. \to Ket\,tua\)

PT ion:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄ ↓

0,02 → 0,02 →   0,02    (mol)

Al³⁺   +   3OH^- → Al(OH)₃ ↓

0,02 → 0,06_{dư 0,02} → 0,02   (mol)

Al(OH)₃ + OH­^­- → AlO₂^- + 2H₂O

0,02          0,02

Vậy kết tủa chỉ có 0,02 mol BaSO₄

⟹ m_{kết tủa} = 4,66 gam.

n_Ba = 26,03 : 137 = 0,19 (mol) ; n­_Al2(SO4)3 = 0,1.0,5 = 0,05 (mol) => n_Al3+ = 0,1 (mol) ; n_SO42- = 0,15 (mol)

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂↑

0,19            → 0,19     → 0,19 (mol)

=> n_Ba2+ = 0,19 (mol) và n_OH- = 2n_Ba(OH)2 = 0,38 (mol)

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

0,15← 0,15 → 0,15 (mol)

Ta thấy: \(3 < \frac{{{n_{OH}}^ - }}{{{n_{A{l^{3 + }}}}}} = \frac{{0,38}}{{0,1}} = 3,8 < 4\) => xảy ra phản ứng tạo Al(OH)₃ và AlO₂^-

Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃↓

Al³⁺ + 4OH^- → AlO₂^- + 2H₂O

áp dụng công thức nhanh ta có: n_OH- = 4n_Al3+ - n_Al(OH)3

=> n_Al(OH)3 = 4.0,1 - 0,38 = 0,02 (mol)

Kết tủa gồm: BaSO₄: 0,15 (mol) và Al(OH)₃: 0,02 (mol) => m _{kết tủa} = 0,15.233 + 0,02.78 = 36,51 (g)

∆ = m_Ba - m_H2 - m_{kết tủa} = 26,03 - 0,19.2 - 36,51 = -10,86 (g)

=> Khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm 10,86 (g)

1. Sai vì m kết tủa = 36,51 (g)
2. đúng
3. Sai
4. Sai vì m kết tủa = 36,51 (g)

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

2NaOH + 2Al + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

Đặt n_Na = x và n_Al = y

n_H2(TH1) = 0,2 mol và n_H2(TH2) = 0,5 mol

Vì n_H2(TH1) < n_H2(TH2) nên trường hợp 1 cho hỗn hợp vào nước thì Al chưa phản ứng hết

→ n_H2(TH1) = \(\dfrac{x}{2} + \dfrac{{3x}}{2} = 2x = 0,2\) → x = 0,1 mol

Khi cho hỗn hợp vào dung dịch NaOH dư nên \({n_{{H_2}}} = \dfrac{x}{2} + \dfrac{{3y}}{2} = 0,5 \to y = 0,3\) mol

→ m = 23x + 27y = 23.0,1 + 27.0,3 = 10,4 g

Phèn chua được sử dụng trong công nghiệp nhuộm vải vì sinh ra tác nhân Al(OH)₃ do Al³⁺ thủy phân sinh ra được sợi vải hấp thụ và giữ chặt trên bề mặt sẽ kết hợp với phẩm nhuộm tạo thành màu bền.

PTHH: Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)_3↓ + 3H⁺.

Người dân sử dụng phèn chua để làm trong nước vì khi tan trong nước, phèn chua bị thủy phân và tạo thành Al(OH)₃ ở dạng kết tủa keo lơ lửng trong nước. Những hạt kết tủa keo này sẽ kết dính với các hạt bụi bẩn, hạt đất nhỏ để trở thành hạt đất to hơn, nặng hơn và lắng xuống. Vì vậy mà nước trở nên trong hơn.

PTHH: Al³⁺ + 3H₂O → Al(OH)_3↓ + 3H⁺.

Bước 1: Tính số mol Al³⁺, SO₄^2-

Ta có: n_{KAl(SO4)2.12H2O} = 94,8/474 = 0,2 (mol)

⟹ n_Al³⁺ = n_{KAl(SO4)2.12H2O} = 0,2 (mol)

⟹ n_SO4^2- = 2.n_{KAl(SO4)2.12H2O} = 0,4 (mol)

Bước 2: Tính số mol Ba²⁺ và số mol OH^-

Ta có: n_Ba(OH)2 = 0,35.0,5 = 0,175 mol; n_NaOH = 0,35.1 = 0,35 mol

⟹ n_Ba²⁺ = n_Ba(OH)2 = 0,175 (mol)

⟹ n_OH^- = 2.n_Ba(OH)2 + n_NaOH = 0,7 (mol).

Bước 3: Xác định kết tủa thu được

Al³⁺ + 3OH^- ⟶ Al(OH)₃↓

Al(OH)₃ + OH^- ⟶ AlO₂^- + 2H₂O

Nhận thấy 3.n_Al³⁺ < n_OH^- < 4.n_Al³⁺

⟹ Kết tủa Al(OH)₃ bị hòa tan một phần.

⟹ n_Al(OH)3 = 4.n_Al³⁺ - n_OH^- = 4. 0,2 - 0,7 = 0,1 (mol)

Ba²⁺  +  SO₄^2- → BaSO₄↓

0,175      →           0,175     (mol)

Bước 4: Tính m

Kết tủa thu được gồm 0,175 mol BaSO₄ và 0,1 mol Al(OH)₃.

⟹ m = m_BaSO4 + m_Al(OH)3 = 48,575 (gam).

            BaO + H₂O → Ba(OH)₂

Mol      0,4       →          0,4

            Al₂O₃ + Ba(OH)₂ → Ba(AlO₂)₂ + H₂O

Mol      0,25  →    0,25    →     0,25

=> số mol Ba(OH)₂ dư = 0,4 – 0,25 = 0,15 mol

Vậy dung dịch E gồm: 0,3 mol  OH^- ; 0,5 mol AlO₂^2- và Ba²⁺

Các phản ứng có thể xảy ra:

            OH^- + H⁺ → H₂O

            H⁺ + AlO₂^- + H₂O → Al(OH)₃

            Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O

Tại n_HCl = 0,56k (mol) và 0,68k (mol) đều ở bên phải của đỉnh kết tủa (kết tủa max)

=> Lúc này, có sự hòa tan kết tủa bởi HCl nên ta sử dụng công thức:

n_H+ = n_OH- + 4n_AlO2- - 3n_Al(OH)3 => n_Al(OH)3 = 1/3.[4n_AlO2 - (n_H+ - n_OH)]

+ Tại n_HCl = 0,56k (mol) => n_Al(OH)3 = 3a (mol) = 1/3.[4n_AlO2 - (n_H+ - n_OH)]

=> 3a.3 = 4.0,5 – (0,56k – 0,3) (1)

+ Tại n_HCl = 0,68k (mol) => n_Al(OH)3 = 2a (mol) = 1/3.[4n_AlO2 - (n_H+ - n_OH)]

=> 2a.3 = 4.0,5 – (0,68k – 0,3) (2)

Giải hệ (1) và (2) => k = 2,5 (M)

Vì n_Al(OH)3 = 0,936: 78 = 0,012 mol < n_Al3+ = 0,019 mol

Lượng NaOH lớn nhất cần dùng khi có sự hòa tan kết tủa

n_OH- = 4n_Al3+ - n_Al(OH)3 = 4.0,019 - 0,012 = 0,064 mol

=> C_M = 0,064 : 0,2 = 0,32 M

 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

             0,1                                    0,15 mol

              Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

→ m_Al2O3 = 7,8 – 0,1.27 = 5,1 g → n_Al2O3 = 0,05 mol

→ n_{HCl phản ứng} = 0,05.6 + 0,1.3 = 0,6 < n_HCl  = 0,7 mol

Nên sau phản ứng dung dịch thu được có 0,2 mol AlCl₃ và 0,1 mol HCl

Y + NaOH → kết tủa Al(OH)₃ :  0,15 mol < n_AlCl3 = 0,2 mol

→ nên để kết tủa thu được là lớn nhất thì kết tủa Al(OH)₃ tạo tối đa rồi tan một phần

                   NaOH + HCl → NaCl + H₂O

                   3NaOH + AlCl₃  → 3NaCl + Al(OH)₃

                   NaOH + Al(OH)₃ → NaAlO₂ + 2H₂O

n_NaOH = n_HCl + 3n_AlCl3 + n_{Al(OH)3 hòa tan} = 0,1 + 3.0,2 + (0,2 – 0,15) = 0,75 mol → V = 0,75 : 1 = 0,75 lít

n_Al(OH)3 = 0,1 mol

PTHH : NaOH + HCl → NaCl + H₂O

              3NaOH + AlCl₃ → 3NaCl + Al(OH)₃

             NaOH + Al(OH)₃ → NaAlO₂ +2 H₂O                       

Để lượng NaOH phản ứng là lớn nhất thì kết tủa tạo thành tối đa rồi tan một phần

Ta có \({n_{NaOH}} = {n_{HCl}} + 3{n_{AlC{l_3}}} + {n_{Al{{(OH)}_3}\,hoa\,\tan }} = 0,2 + 3.0,2 + (0,2 - 0,1) = 0,9\,mol\)

=> V = 0,9 : 2 =0,45 lít

n_Al2(SO4)3 = 0,05 mol và n_HCl= 0,1 mol

Ta có PTHH : NaOH + HCl → NaCl + H₂O

                        6NaOH + Al₂(SO₄)₃ → 3Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃

                         NaOH + Al(OH)₃ → NaAlO₂ + 2H₂O

Theo đồ thị kết tủa lớn nhất khi n_Al(OH)3 = 2n_Al2(SO4)3 = 2.0,05 = 0,1 mol → a = 0,1 mol

Tại thời điểm kết tủa thu được lớn nhất thì n_NaOH = 6n_Al2(SO4)3 + n_HCl = 6.0,05 + 0,1 = 0,4 mol

→ b = 0,4 : 1 = 0,4 lít = 400 ml

Chất rắn không tan là Al còn dư

Gọi n_K = x mol => n_{Al phản ứng} = x

K → K⁺ + 1e                                       2H⁺ + 2e → H₂

x                    x                                                  4x → 2x

Al → Al³⁺ + 3e

x                   3x

=> 2x = 0,2 => x = 0,1 mol => m_{Al dư} = 8,6 - 39.0,1 - 27.0,1 = 2 gam

Ta có: n_OH- = n_NaOH = 0,3.1,2 = 0,36 (mol); n_Al3+ = n_AlCl3 = 0,1.1 = 0,1 mol

Tính tỉ lệ: k = n_OH-/n_Al3+ = 0,36 : 0,1 = 3,6

Ta thấy 3 < k < 4 nên kết tủa tan 1 phần → n_↓ = 4.n_Al3+ - n_OH- = 4.0,1 - 0,36 = 0,04 (mol)

→ m_Al(OH)3 = 0,04.78 = 3,12 (g)

Ta có: n_Al3+ = 0,2.1,5 = 0,3 mol; n_Al(OH)3 = 15,6 : 78 = 0,2 mol

Thứ tự phản ứng khi cho từ từ OH^- vào Al³⁺:

(1) Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃

(2) Al(OH)₃ + OH^- → AlO₂^- + 2H₂O

Lượng V lớn nhất khi có sự hòa tan một phần kết tủa.

Áp dụng công thức tính nhanh:

∑n_OH- = 4n_Al3+ - n_Al(OH)3 = 4.0,3 - 0,2 = 1 mol → V = n_NaOH : C_M = 1 : 0,5 = 2,0 (lít)

\({n_{AlC{l_3}}} = 0,03mol;{n_{NaOH}} = 0,1mol\)

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

0,03  →   0,09   →    0,03                    (mol)

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

0,01 ←    0,1 - 0,09 = 0,01 (mol)

⟹ n_{Al(OH)3 còn  lại} = 0,03 - 0,01 = 0,02 (mol)

⟹ m_{Al(OH)3 còn lại} = 78.0,02 = 1,56 (g)

KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O

3KOH + Al(NO₃)₃ → 3KNO₃ + Al(OH)₃

KOH + Al(OH)₃ → KAlO₂ + 2H₂O

Xét tại các thời điểm

+) có 0,56 mol KOH thì chỉ xảy ra 2 phản ứng đầu → n_KOH = n_HNO3 + 3n_Al(OH)3 = x + 3a = 0,56 mol

+)  có 1,04 mol KOH thì chỉ có 2 phản ứng đầu xảy ra → n_KOH = n_HNO3 + 3n_Al(OH)3 = x + 3(a + 0,8x ) =1,04

→ x = 0,2 mol và a = 0,12 mol

+) tại thời điểm b mol KOH thì xảy ra cả 3 phản ứng và thu được n_Al(OH)3 = a + 0,8x = 0,28 mol

→ n_KOH = n_HNO3 + 3n_Al(NO3)3 + n_{Al(OH)3 bị hòa tan} = x + 3y + (y – 0,28) =0,2 + 4y – 0,28 = 4y – 0,08 (mol) = b(1)

+) tại thời điểm (7x + 0,08) mol KOH hay 1,48 mol KOH thì n_Al(OH)3 = 0,12 mol và cả 3 phản ứng xảy ra

→ n_KOH = n_HNO3 + 3n_Al(NO3)3 + n_{Al(OH)3 bị hòa tan} = x + 3y + (y – 0,12) = 4y + 0,08 = 1,48 → y = 0,35 (2)

Từ (1) và (2) suy ra b = 1,32 mol

→ b : a = 1,32 : 0,12 = 11