Tổng hợp bài tập Kim loại kiềm - kiềm thổ - nhôm hay và khó (phần 2)

Bước 1: Tính số mol N₂O, H₂

Tính được: \({n_{{N_2}O}} = 0,12\;mol\) và \({n_{{H_2}}} = 0,16\;mol\)

Bước 2: Tính số mol các chất trong hỗn hợp Y

- Dung dịch Y chứa Mg²⁺, Al³⁺ (x mol), NH₄⁺ (y mol), Na⁺ (z mol) và SO₄^2- (1,08 mol)

- Theo đề bài:

và \(\xrightarrow{{BTDT}}3x + y + z = 1,2\;(2)\)

\(\xrightarrow{{BT:\;H}}{n_{{H_2}O}} = 0,92 - 2y\;\xrightarrow{{BTKL}} - 27x + 18y + 62z = 4,48\;(3)\)

- Từ (1), (2), (3) suy ra: x = 0,32 ; y = 0,04 ; z = 0,2

\(\xrightarrow{{BT:\;N}}{n_{Mg{{(N{O_3})}_2}}} = 0,04\;mol \Rightarrow {n_{Mg}} = 0,44\;mol\)

Bước 3: Tính %m_Al trong X

Ta có:

m_O(X) = 29,05.24,78% = 7,2 gam => n_O(X) = 0,45 mol

BTNT "O": n_Al2O3 = n_O(X) : 3 = 0,15 mol

Đặt n_Na = x và n_Ba = y (mol)

m_X = 23x + 137y + 0,15.102 = 29,05

BTe: n_Na + 2n_Ba = 2n_H2 => x + 2y = 2.0,2

Giải hệ thu được x = 0,3 và y = 0,05

Vậy dung dịch Y chứa: Na⁺ (0,3 mol), Ba²⁺ (0,05 mol), AlO₂^- (0,3 mol) và OH^-

BTĐT tính được n_{OH- dư} = n_Na+ + 2n_Ba2+ - n_AlO2- = 0,1 mol

Cho từ từ hỗn hợp HCl (8a mol) và H₂SO₄ (a mol) vào dd Y:

(1) H⁺ + OH^- → H₂O

(2) H⁺ + AlO₂^- + H₂O → Al(OH)₃

(3) 3H⁺ + Al(OH)₃ → Al³⁺ + 3H₂O

(4) Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄

n_H+ = n_HCl + 2n_H2SO4 = 10a (mol); n_SO42- = a mol

Các điểm cực đại của kết tủa:

- Điểm Al(OH)₃ đạt cực đại: n_H+ = n_OH- + n_AlO2- => 10a = 0,1 + 0,3 = 0,4 => a = 0,04

=> m₁= m_Al(OH)3 + m_BaSO4 = 0,3.78 + 0,04.233 = 32,72 gam

- Điểm BaSO₄ đạt cực đại: n_BaSO4 = n_SO42- = n_Ba2+ => a = 0,05 mol => n_H+ = 0,5 mol

(1) H⁺ + OH^- → H₂O

     0,1 ← 0,1

(2) H⁺ + AlO₂^- + H₂O → Al(OH)₃

     0,3 ← 0,3 →                      0,3

(3) 3H⁺    +   Al(OH)₃ → Al³⁺ + 3H₂O

0,5-0,1-0,3 → 0,1/3

=> m₂ = m_Al(OH)3 + m_BaSO4 = (0,3-0,1/3).78 + 0,05.233 = 32,45 gam

m₁ > m₂ => m₁ = m _{kết tủa max}

Vậy 

\(\left\{ \matrix{
Al{(OH)_3}:0,3 \hfill \cr
BaS{O_4}:0,04 \hfill \cr} \right.\buildrel {Nung} \over
\longrightarrow \left\{ \matrix{
A{l_2}{O_3}:0,15 \hfill \cr
BaS{O_4}:0,04 \hfill \cr} \right.\)

=> m _{chất rắn} = 0,15.102 + 0,04.233 = 24,62 gam

Đặt số mol H₂SO₄ = u (mol) ; số mol Al₂(SO₄)₃ = v (mol)

→ hỗn hợp ban đầu chứa: \({n_{{H^ + }}} = 2u\,\,mol;{n_{A{l^{3 + }}}} = 2v\,\,mol;{n_{SO_4^{2 - }}} = u + 3v\,\,mol\)

Tại \({n_{Ba{{(OH)}_2}}}\) = 0,02 (mol) → H₂SO₄ trung hòa hết

→ \({n_{{H_2}S{O_4}}}\) = \({n_{Ba{{(OH)}_2}}}\) = 0,02 (mol) = u

Tại \({n_{Ba{{(OH)}_2}}}\) = 0,08 (mol) thì Al(OH)₃ bị hòa tan hoàn toàn, kết tủa thu được chỉ chứa BaSO₄

→ \({n_{O{H^ - }}} = {n_{{H^ + }}} + 4{n_{A{l^{3 + }}}}\)

→ 2.0,08 = 2.0,02 + 4.2v

→ v = 0,015 (mol)

→ \({n_{Al{{(OH)}_3}\,\,\max }} = {n_{A{l^{3 + }}}}\) = 2v = 0,03 (mol)

→ \({n_{BaS{O_4}}} = {n_{SO_4^{2 - }}}\) = u + 3v = 0,02 +3.0,015 = 0,065 (mol)

\(a = {m_{BaS{O_4}\,\,\max }} + {m_{Al{{(OH)}_3}\,\,m{\text{ax}}}} = 233(u + 3v) + 78.2v\) = 0,065.233 + 0,03.78 = 17,485 (g)

Do trên đồ thị không tạo kết tủa ngay => dung dịch thu được có chứa OH-

=> Dung dịch X gồm: AlO₂^-, Ba²⁺, OH^-

- Tại n_HCl = 0,1 mol: OH^- bị trung hòa vừa hết

=> n_OH- = n_HCl = 0,1 mol

- Tại n_HCl = 0,3 mol: Kết tủa chưa đạt cực đại

n_H+ = n_OH- + n_Al(OH)3 => 0,3 = 0,1 + n_Al(OH)3 => n_Al(OH)3 = 0,2 mol

- Tại n_HCl = 0,7 mol: Kết tủa bị hòa tan một phần

n_H+ = n_OH- + n_AlO2- + 3(n_AlO2- - n_Al(OH)3) => n_H+ = n_OH- + 4n_AlO2- - 3n_Al(OH)3

=> 0,7 = 0,1 + 4.n_AlO2- - 3.0,2 => n_AlO2- = 0,3 mol

BTĐT cho dung dịch X: n_Ba2+ = (n_AlO2- + n_OH-)/2 = (0,3 + 0,1)/2 = 0,2 mol

BTNT “Al”: n_Al = n_AlO2- = 0,3 mol

BTNT “Ba”: n_BaO = n_Ba2+ = 0,2 mol

=> m = m_Al + m_BaO = 0,3.27 + 0,2.153 = 38,7 gam

BTNT Cl => n_MCl = n_AgCl – n_HCl = 0,52 – 0,5 = 0,02 (mol)

Khi nung chỉ có MHCO₃ bị nhiệt phân theo phương trình:

2MHCO₃ \(\xrightarrow{{{t}^{0}}}\)M₂CO₃  + CO₂ ↑+ H₂O

y                                      →0,5y →0,5y   (mol)

=> Khối lượng rắn giảm chính là khối lượng H₂O và CO₂

=> 0,5y.44 + 0,5y.18 = (15,97- 14,42)

=> y = 0,05 (mol)

BTNT C ta có: n­_M2CO3 + n_MHCO3 = n_CO2

=> n_M2CO3 = n_CO2 - n_MHCO3  = 0,15 – 0,05 = 0,1 (mol)

m_X = 0,1(2M + 60) + 0,05 (M + 61) + 0,02 (M + 35,5) = 15,97

=> 0,27M = 6,21

=> M = 23 (Na)

Dd Y gồm: OH^- dư (0,2 mol) và AlO₂^- (x mol)

Khi n_H+ = 0,8 mol: n_H+ = n_{OH- dư} + 4n_AlO2- - 3n_Al(OH)3 

=> 0,8 = 0,2 + 4x – 3.0,2 => x = 0,3 mol

Quy dổi hỗn hợp đầu thành: Ba, Al, O

n_{OH- pư} = n_AlO2-= 0,3 mol => n_{OH- bđ} = 0,5 mol => n_Ba = n_Ba(OH)2 = 0,25 mol

 BT e: 2n_Ba + 3n_Al = 2n_O + 2n_H2 => 0,25.2 + 0,3.3 = 2n_O + 0,25.2

=> n_O = 0,45 mol

m = m_Ba + m_Al + m_O = 0,25.137 + 0,3.27 + 0,45.16 = 49,55 gam

Quy đổi X thành Na : x mol, Ba: y mol và O : z mol

→ 23x + 137y + 16z = 21,9

Cho X vào nước : Na → Na⁺¹ + 1e

                             Ba → Ba⁺² + 2e

                              O + 2e → O^-2

                             2H⁺¹ + 2e → H₂

Bảo toàn e có x + 2y -2z = 0,05.2

n_NaOH = x = 0,14 nên y = 0,12 mol và z = 0,14 mol → dd Y có 0,14 mol NaOH và 0,12 mol Ba(OH)₂

n_Al2(SO4)3 = 0,05 mol

Vì: ${{n}_{SO_{4}^{2-}}}>{{n}_{B{{a}^{2+}}}}=>{{n}_{BaS{{O}_{4}}}}={{n}_{B{{a}^{+}}}}=0,12\,mol$

                        Al³⁺ + 3OH^-  → Al(OH)₃

Ban đầu          0,1      0,38

Sau phản ứng: 0        0,08         0,1 mol

                        Al(OH)₃   +  OH^-   → AlO₂^-   + 2H₂O

Ban đầu            0,1             0,08

Sau phản ứng   0,02                

=> kết tủa có 0,12 mol BaSO₄ và 0,02 mol Al(OH)₃

=> m = 0,12.233 + 0,02.78 = 29,52 (gam)

n_Al = 0,3 (kmol)

=> n_khí = x (kmol) $ \to \left\{ \begin{array}{l}{n_{C{O_2}}} = 0,6{\rm{x}}\\{n_{CO}} = 0,2{\rm{x}}\\{n_{{O_2}du}} = 0,2{\rm{x}}\end{array} \right.$

C + O₂ $\xrightarrow{{{t}^{o}}}$ CO₂

      0,6x  ←  0,6x

2C + O₂ $\xrightarrow{{{t}^{o}}}$ 2CO

        0,1x  ←  0,2x

=> n_{O2 dư} = n_{O2 sinh ra ở anot} – n_{O2 pứ}

=> 0,225 – (0,6x + 0,1x) = 0,2x => x = 0,25 (kmol)

=> $V=\frac{n.R.T}{p}=\frac{0,25.0,082.(819+273)}{1}=22,4\,{{m}^{3}}$

- Theo đề bài ta có : ${{n}_{O\,(trong\,X)}}=\frac{0,25157.19,08}{16}=0,3\,mol$

- Khi cho dung dịch tác dụng với NaOH dư ta được: \({{n}_{M{{g}^{2+}}}}={{n}_{Mg{{\left( OH \right)}_{2}}}}=0,34\text{ }mol\)

- Xét dung dịch Y có

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{3.{n_{A{l^{3 + }}}} + {n_{NH_4^ + }} = 2.{n_{SO_4^{2 - }}} - {n_{N{a^ + }}} - 2.{n_{M{g^{2 + }}}} = 0,64}\\{27.{n_{A{l^{3 + }}}} + 18.{n_{NH_4^ + }} = {m_Y} - 96.{n_{SO_4^{2 - }}} - 23.{n_{N{a^ + }}} - 24.{n_{M{g^{2 + }}}} = 6,12}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{n_{A{l^{3 + }}}} = 0,2{\mkern 1mu} mol}\\{{n_{NH_4^ + }} = 0,04{\mkern 1mu} mol}\end{array}} \right.$- Quy đổi hỗn hợp rắn X thành Mg, Al, O và C → bảo toàn C

${{n}_{MgC{{O}_{3}}}}={{n}_{C}}=\frac{{{m}_{X}}-24.{{n}_{Mg}}-27.{{n}_{Al}}-16.{{n}_{O}}}{12}=0,06\,mol$

- Quay lại hỗn hợp rắn X với Al, Al₂O₃, Mg và MgCO₃ có :

${{n}_{Mg}}={{n}_{M{{g}^{2+}}}}-{{n}_{MgC{{O}_{3}}}}=0,28\,mol$

Bảo toàn O :

${{n}_{A{{l}_{2}}{{O}_{3}}}}=\frac{{{n}_{O(trong\,X)}}-3.{{n}_{MgC{{O}_{3}}}}}{3}=0,04\,mol=>{{n}_{Al}}={{n}_{A{{l}^{3+}}}}-2.{{n}_{A{{l}_{2}}{{O}_{3}}}}=0,12\,mol$

- Xét hỗn hợp khí Z ta có : n_N2O = a và n_H2 = b và n_CO2 = 0,06 mol

\(\to {{M}_{Z}}~=30=\frac{44a+2b+0,06.44}{a+b+0,06}\)  (1)

Bảo toàn e cho phản ứng với HNO₃ có : \(8{{n}_{{{N}_{2}}O}}~+2{{n}_{{{H}_{2}}}}+8{{n}_{NH_{4}^{+}}}=3{{n}_{Al}}+2{{n}_{Mg}}\)

=> 8a + 2b + 8.0,04 = 3.0,12 + 2.0,28  (2)

→ a = 0,06 và b = 0,06 mol

Bảo toàn N: $2.{{n}_{{{N}_{2}}O}}+{{n}_{NH_{4}^{+}}}={{n}_{HN{{O}_{3}}}}$ => 2.0,06 + 0,04 = x  

=> x = 0,16

(1) đúng vì MgCO₃ :0,06 mol

(2) đúng

(3) đúng

(4) sai vì m_Al = 0,12.27 = 3,24

GĐ 1: Kết tủa tăng mạnh nhất do vừa tạo thành BaSO₄ và Al(OH)₃

GĐ 2: Kết tủa BaSO₄ đạt cực đại nên lượng kết tủa tăng chậm đi

GĐ 3: Al(OH)₃ bắt đầu bị hòa tan nên lượng kết tủa giảm

n_Al2(SO4)3 = x

n_AlCl3 = y

+ Tại n_Ba(OH)2 = 0,45 mol thì BaSO₄ đạt cực đại

n_SO42- = n_Ba(OH)2 => 3x = 0,45 => x = 0,15

+ Tại n_Ba(OH)2 = 0,75 mol thì Al(OH)₃ vừa bị hòa tan hết

n_OH- = 4n_Al3+ => 0,75.2 = 4.(2.0,15 + y) => y = 0,075 mol

a = m_{BaSO4 max} = 0,45.233 = 104,85 gam

b = m_{BaSO4 max} + m_{Al(OH)3 max} = 104,85 + 78(2.0,15 + 0,075) = 134,1 gam

=> a + b = 104,85 + 134,1 = 238,95 gam

Khi cho dd OH^-  vào hỗn hợp gồm H⁺ và muối Al³⁺

Sẽ xảy ra các phản ứng hóa học theo thứ tự sau:

OH^- + H⁺ → H₂O                              (1)

OH^- + 3Al³⁺ → Al(OH)₃↓                   (2)

OH^- + Al(OH)₃↓ → AlO₂^- + 2H₂O  (3)

Khi phản ứng (1) kết thúc , bắt đầu xảy ra (2) thì xuất hiện kết tủa => đồ thị bắt đầu đi lên

Khi đồ thị đi lên từ từ đến điểm cực đại => xảy ra phản ứng (1) và (2)

Ta có công thức nhanh: n_OH- = 3n_↓ + n_H+

Khi đồ thị bắt đầu đi xuống => phản ứng (3) xảy ra, kết tủa bắt đầu bị hòa tan dần dần đến hết

=> Ta có công thức tính nhanh: n_OH- = 4n_Al3+ - n_↓ + n_H+

Từ đây ta có các phương trình sau:

\(\begin{array}{l}\left\{ \begin{array}{l}0,5 = 3x + a\\0,8{\rm{ }} = {\rm{ }}3\left( {x{\rm{ }} + {\rm{ }}0,5a} \right){\rm{ }} + {\rm{ }}a\\y{\rm{ }} = {\rm{ }}4b{\rm{ }} - {\rm{ }}\left( {x{\rm{ }} + {\rm{ }}0,5a} \right){\rm{ }} + {\rm{ }}a\\7a{\rm{ }} + {\rm{ }}0,1{\rm{ }} = {\rm{ }}4b{\rm{ }} - {\rm{ }}x{\rm{ }} + {\rm{ }}a\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}a{\rm{ }} + {\rm{ }}3x{\rm{ }} = {\rm{ }}0,5\\2,5a{\rm{ }} + {\rm{ }}3x{\rm{ }} = {\rm{ }}0,8\\0,5a{\rm{ }} + {\rm{ }}4b{\rm{ }} - {\rm{ }}x{\rm{ }} = {\rm{ }}y\\6a{\rm{ }} - {\rm{ }}4b{\rm{ }} + {\rm{ }}x{\rm{ }} = {\rm{ }} - {\rm{ }}0,1\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}a{\rm{ }} = {\rm{ }}0,2\\x{\rm{ }} = {\rm{ }}0,1\\b{\rm{ }} = {\rm{ }}0,35\\y{\rm{ }} = {\rm{ }}1,4\end{array} \right.\\\Rightarrow \frac{y}{x} = \frac{{1,4}}{{0,1}} = 14\end{array}\)

2Na  +  2H₂O → 2NaOH + H₂

2NaOH + Al₂O₃ → 2 NaAlO₂ +  H₂O

Y dư NaOH

Thì HCl + NaOH → NaCl + H₂O

       HCl + NaAlO₂ +H₂O → NaCl + Al(OH)₃

       3HCl + Al(OH)₃ → AlCl₃ + 3H₂O

Y có n_NaOH = 0,3 mol và n_NaAlO2 = a mol

Khi thêm 700 ml dung dịch HCl vào thì n_↓  = 0,7 - 0,3 =  0,4 mol

Khi thêm 1500 ml dung dịch HCl vào thì n↓= a – (1,5 – 0,3 –a ): 3

→ a –  (1,5 – a – 0,3) : 3 = 0,4 (mol) → a = 0,6 mol

→ bảo toàn Na có n_Na = a + 0,3 = 0,9 mol → n_H2 = 0,45 mol → x =0,45 . 22,4 = 10,08

Gọi số mol của HCl là a (mol) và số mol của Al₂(SO₄)₃ là b (mol)

=> \({{n}_{{{H}^{+}}}}=a\text{ (mol)};\text{ }{{n}_{A{{l}^{3+}}}}=2b\,(mol);\text{ }{{n}_{SO_{4}^{2-}}}=3b\text{ (mol)}\)

Khi cho Ba(OH)₂ từ từ vào dung dịch hỗn hợp, trong khi Ba²⁺ tạo kết tủa ngay khi xuất phát thì OH^- lại phải trung hòa H⁺ trước rồi mới tạo kết tủa sau. Do đó Ba²⁺ sẽ đến đích trước OH^-

=> BaSO₄ đạt max khi kết thúc giai đoạn thứ 2 và n_{BaSO4 max} = 3b (mol). Lúc này Al(OH)₃ mới tạo được một lượng là:

\({{n}_{Al{{(OH)}_{3}}}}=\frac{1}{3}{{n}_{O{{H}^{-}}}}=\frac{6b-a}{3}(mol)\)

=> n_Ba(OH)2 = 3b = 0,27

=> b = 0,09 (mol)

Kết tủa max bao gồm : \({{m}_{max}}~={{m}_{BaSO}}_{_{4}max}~+\text{ }{{m}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}_{max}\)

Kết tủa không thay đổi (đường đồ thị nằm ngang) chính là khi chỉ có kết tủa BaSO₄, còn kết tủa Al(OH)₃ bị hòa tan hoàn toàn.

=> m_max – m_min = m_{Al(OH)3 max} = 2b.78 = 2.0,09.78 = 14,04 (gam)

Coi trong mỗi phần có 0,2 mol Al

- Rắn Y + NaOH → 0,06 mol H₂

BT: e => n_{Al dư \(=\frac{2}{3}.{{n}_{{{H}_{2}}}}=\frac{2}{3}.0,06=0,04\text{ (mol)}\)}

BTNT: Al => n_Al2O3 = ½.( n_{Al bđ} – n_Al dư) = ½.(0,2 – 0,04) = 0,08 (mol)

BTKL: m = m_{Fe, Cu} + m_O = 18,08 + 0,08.3.16 = 21,92 (g)

=> 80a + 232b = 21,92 (1)

- Rắn Y + HNO₃

Sau tất cả quá trình ta có: Al → Al⁺³ ; Fe^+8/3 → Fe⁺³, N⁺⁵ → N⁺²; N⁺⁵→ N^-3

BT e ta có: \(3{{n}_{Al}}~+{{n}_{F{{e}_{3}}{{O}_{4}}}}~=3{{n}_{NO}}+8{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}\)

\(=>{{n}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}=\frac{0,2.3+b-0,18.3}{8}=\frac{b+0,06}{8}\)

m_muối \(={{m}_{Al{{\left( N{{O}_{3}} \right)}_{3}}}}+{{m}_{Cu{{\left( N{{O}_{3}} \right)}_{2}}}}+{{m}_{Fe{{\left( N{{O}_{3}} \right)}_{3}}}}~+{{m}_{N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}}}\)

=> \(213.0,2+188a+242.3b+80.\frac{b+0,06}{8}=106,16\text{ }\left( 2 \right)\)

Từ (1) và (2) => a = 0,1 và b = 0,06

=> m_Fe3O4 = 232.2b = 232.2.0,1= 27,84 (g) (Vì hỗn hợp ban đầu nên phải nhân đôi số liệu)

Bước 1: Xác định n_Ba, n_Na

- n_CO2 = a thì kết tủa đạt max

⟹ n_Ba = n_BaCO3 = a

- n_CO2 = 4a thì kết tủa bắt đầu hòa tan

⟹ n_BaCO3 + n_NaHCO3 = 4a

⟹ n_NaHCO3 = 3a ⟹ n_Na = 3a

Bước 2: Tính a

- Đặt n_O = b

⟹ 137a + 23.3a + 16b = 27,6

- Bảo toàn e ⟹ 2a + 3a = 2b + 2a

⟹ a = 0,12 ; b = 0,18