Giải Hóa học 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

139 lượt xem

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Hóa học lớp 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Nhôm và hợp chất của nhôm lớp 12.

Bài giảng Hóa học 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

Giải bài tập Hóa học 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

Câu hỏi và bài tập (trang 128,129 SGK Hóa Học 12)

Bài 1 trang 128 SGK Hóa Học 12: Viết phương trình hóa học của mỗi phản ứng thực hiện dãy chuyển đổi sau

$\begin{matrix} A l \overset{(1)}{\to} A l C l_{3} \overset{(2)}{\to} A l (O H)_{3} \overset{(3)}{\to} N a A l O_{2} \overset{(4)}{\to} A l (O H)_{3} \\ \overset{(5)}{\to} A l_{2} O_{3} \overset{(6)}{\to} A l \end{matrix}$

Lời giải:

(1) 2Al + 3Cl₂ $\overset{t^{0}}{\to}$ 2AlCl₃

(2) AlCl₃ + 3NaOH đủ → Al(OH)₃↓ + 3NaCl

(3) Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

(4) NaAlO₂ + CO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaHCO₃

(5) 2Al(OH)₃ $\overset{t^{0}}{\to}$ Al₂O₃ + 3H₂O

(6) 2Al₂O₃ $\overset{đ p n c}{\to}$ 4Al + 3O₂↑

Bài 2 trang 128 SGK Hóa Học 12: Có 2 lọ không ghi nhãn đựng dung dịch AlCl₃ và dung dịch NaOH. Không dùng thêm chất nào khác, làm thế nào để nhận biết mỗi chất?

Phương pháp giải:

Dựa vào thí nghiệm cho từ từ AlCl₃ vào dung dịch NaOH và ngược lại

=> hiện tượng quan sát được khác nhau

=> nhận biết được mỗi chất

Lời giải:

Lấy mỗi chất 1 ít cho ra các ống nghiệm khác nhau và đánh số thứ tự tương ứng.

- Lấy dung dịch ở lọ thứ nhất nhỏ dần dần vào lọ thứ hai nếu ban đầu không có kết tủa, sau một thời gian thấy có kết tủa, kết tủa tăng dần thì lọ thứ nhất đựng dung dịch AlCl₃ còn lọ thứ hai đựng dung dịch NaOH. Ngược lại, nếu thấy mới đầu kết tủa, sau đó kết tủa tan dần thì lọ thứ nhất đựng dung dịch NaOH, lọ thứ hai đựng dung dịch AlCl₃.

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl

Al(OH)₃↓ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

Bài 3 trang 128 SGK Hóa Học 12: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Nhôm là 1 kim loại lưỡng tính.

B. Al(OH)₃ là một bazơ lưỡng tính.

C. Al₂O₃ là một oxit trung tính.

D. Al(OH)₃ là một hiđroxit lưỡng tính.

Lời giải:

A. Sai vì Al tác dụng với cả dung dịch axit và dung dịch bazơ nhưng không được gọi là kim loại lưỡng tính

B. Sai vì không có khái niệm bazơ lưỡng tính

C. Sai vì Al₂O₃là một oxit lưỡng tính

D. Đúng

Bài 4 trang 128 SGK Hóa Học 12: Trong những chất sau, chất nào không có tính lưỡng tính?

A. Al(OH)₃; B. Al₂O₃;

C. ZnSO₄; D. NaHCO₃.

Lời giải:

Al(OH)₃; Al₂O₃; NaHCO₃đều là chất lưỡng tính vì chúng đều tác dụng với dung dịch axit và dung dịch bazơ.

Đáp án C.

Bài 5 trang 129 SGK Hóa Học 12: Cho một lượng hỗn hợp Mg – Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 8,96 lít H₂. Mặt khác, cho lượng hỗn hợp như trên tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được 6,72 lít H₂. Các thể tích khí đều đo ở đktc.

Tính khối lượng của mỗi kim loại có trong lượng hỗn hợp đã dùng.

Phương pháp giải:

Viết PTHH xảy ra, tính toán theo PTHH

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ ↑ (1)

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ ↑ (2)

Cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch NaOH dư chỉ có Al phản ứng

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

Lời giải:

Cách 1:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ ↑ (1)

0,2 0,3 (mol)

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ ↑ (2)

0,1 0,1 (mol)

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

0,2 0,3 (mol)

nH_{2 ở (1) và (2)}= 8,96 : 22,4 = 0,4 (mol); nH_{2 ở (3)} = 6,72 : 22,4 = 0,3 (mol)

nH_{2 ở (1)}=nH_{2 ở (3)} = 0,3 (mol)

=> nH_{2 ở (2)}= 0,4 - 0,3 = 0,1 (mol)

=> mMg = 24.0,1 = 2,4 (gam); mAl = 27.0,2 = 5,4 (gam).

Cách 2:

Gọi x và y lần lượt là số mol Mg và Al trong hỗn hợp

PTHH:

Mg + 2HCl $\to$ MgCl₂ + H₂

x x (mol)

2Al + 6HCl $\to$ 2AlCl₃ + 3H₂

y $\frac{3}{2} y$ (mol)

2Al + 2NaOH + 2H₂O $\to$ 2NaAlO₂ + 3H₂

y $\frac{3}{2} y$ (mol)

Số mol H₂

$n_{H_{2} (1, 2)} = \frac{8, 96}{22, 4} = 0, 4 m o l$

$n_{H_{2} (3)} = \frac{6, 72}{22, 4} = 0, 3 m o l$

Theo bài ra ta có hệ phương trình: ${\begin{cases} x + \frac{3}{2} y = 0, 4 \\ \frac{3}{2} y = 0, 3 \end{cases} \to {\begin{cases} x = 0, 1 \\ y = 0, 2 \end{cases}$

$\to$ m_Mg = 24.0,1 = 2,4 gam

$\to$ m_Al = 27.0,2 = 5,4 gam

Bài 6 trang 129 SGK Hóa Học 12: Cho 100 ml dung dịch AlCl₃ 1M tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành được làm khô và nung đến khối lượng không đổi cân nặng 2,55 gam. Tính nồng độ mol của dung dịch NaOH ban đầu.

Phương pháp giải:

Đổi số mol của AlCl₃ ; Al₂O₃

Viết PTHH xảy ra

TH₁: NaOH thiếu.

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl

2Al(OH)₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 3H₂O

TH₂: NaOH dư, lượng kết tủa sinh ra đã bị hòa tan 1 phần

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

2Al(OH)₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 3H₂O

Đặt số mol vào mỗi phương trình và tính toán theo phương trình => kết quả.

Lời giải:

nAlCl₃ = 0,1.1 = 0,1 (mol); nAl₂O₃ = $\frac{2, 55}{102}$ = 0,025 (mol)

Có hai trường hợp:

TH₁:NaOH thiếu.

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl (1)

0,05.3 0,05 (mol)

2Al(OH)₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 3H₂O (2)

0,05 0,025 (mol)

=>C_M_(NaOH) = $\frac{0, 15}{0, 2}$ = 0,75 (M).

b) NaOH dư , nên hòa tan một phần lượng kết tủa

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl (1)

0,1 0,3 0,1 (mol)

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O (2)

0,05 0,05 (mol)

2Al(OH)₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 3H₂O (3)

0,05 0,025 (mol)

=> nNaOH = 0,3 + 0,05 = 0,35 (mol); C_M_(NaOH) = $\frac{0, 35}{0, 2}$ = 1,75 (M).

Bài 7 trang 129 SGK Hóa Học 12: Có 4 mẫu kim loại là Na, Al, Ca, Fe. Chỉ dùng nước làm thuốc thử thì số kim loại có thể phân biệt được tối đa là bao nhiêu?

A. 1. B. 2.

C. 3. D. 4.

Lời giải:

Chỉ dùng nước, có thể nhận biết được cả 4 kim loại.

Cho 4 kim loại vào nước:

-Kim loại phản ứng mạnh, giải phóng chất khí, dung dịch thu được trong suốt là Na.

2Na + 2H2O→ 2NaOH + H2↑

-Kim loại phản ứng mạnh, giải phóng chất khí, dung dịch thu được vẩn đục là Ca vì tạo ra Ca(OH)2 ít tan.

Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2

- Dùng dung dịch NaOH thu được cho tác dụng với 2 kim loại còn lại. Kim loại nào tan được và giải phóng ra khí là Al, kim loại không phản ứng là Fe.

Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2H2↑

Đáp án D

Bài 8 trang 129 SGK Hóa Học 12: Điện phân Al₂O₃nóng chảy với dòng điện cường độ 9,56A trong khoảng thời gian 3000 giây, thu được 2,16 gam Al. Hiệu suất của quá trình điện phân là.

A. 60%. B. 70%.

C. 80%. D. 90%.

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật Faraday

$m = \frac{A I t}{n F}$

Với m- khối lượng nhôm thu được ở điện cực

A- Nguyên tử khối của nhôm = 27 g/mol

I - Cường độ dòng điện

t - Thời gian điện phân

n - số electron của nhôm nhường

F - Hằng số Faraday (F = 96500).

Lời giải:

Theo định luật Faraday khối lượng nhôm thu được là:

$m_{A l} = \frac{A I t}{n F} = \frac{27.9, 65.3000}{96500.3} = 2, 7 (g)$

Hiệu suất phản ứng là:

Đáp án C

Lý thuyết Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

A. NHÔM

I. VÍ TRÍ VÀ CẤU TẠO

- Al: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

^=>Số hiệu nguyên tử 13, thuộc nhóm IIIA, chu kì 3.

- Trong hợp chất, Al có số OXH bền là +3

- Nhôm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Nhôm là kim loại nhẹ, màu trắng bạc.

- Nhôm rất dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tác dụng với phi kim

- Với oxi: Ở t^othường tạo lớp màng oxit bảo vệ. Nếu đốt bột nhôm thì sẽ phản ứng mạnh.

4Al + 3O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2Al₂O₃

- Với phi kim khác:

+ Với Cl₂, Br₂ phản ứng ngay ở t^o thường tạo thành AlCl₃, AlBr₃ phản ứng bốc cháy.

Ví dụ:

+ Khi đun nóng, phản ứng được với I₂, S. Khi đun nóng mạnh, phản ứng được với N₂, C

Giải Hóa học 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm (ảnh 2)

2. Tác dụng với axit

- Al + dung dịch axit (HCl, H₂SO₄) → muối + H₂

2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂

- Al + dung dịch axit (có tính OXH mạnh) → muối + sản phẩm khử + H2O

4Al + 4HNO₃ loãng $\overset{t^{o}}{\to}$ Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

2Al + 6H₂SO₄ đặc $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

- Al không tác dụng với H₂SO₄, HNO₃ đặc nguội.

3. Tác dụng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều oxit kim loại như Fe₂O₃, Cr₂O₃,... thành kim loại tự do.

2Al + Fe₂O₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 2Fe

4. Tác dụng với dung dịch kiềm

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na $[A l {(O H)}_{4}]$ (dd) + 3H₂

IV. ỨNG DỤNG VÀ SẢN XUẤT

1. Ứng dụng

- Người ta dùng nhôm để chế tạo vỏ máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ do đặc tính nhẹ, bền với không khí và nước

- Làm dây dẫn điện cao áp, đồ nội thất, làm vật trao đổi nhiệt

- Chế tạo hỗn hợp tecmit (Al và Fe₂O₃) được dùng để hàn gắn đường ray.

2. Sản xuất

Điện phân nóng chảy Al₂O₃

2Al₂O₃ $\overset{đpnc}{\to}$ 4Al + 3O₂

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM

I. NHÔM OXIT

Tính chất vật lí : là chất rắn màu trắng, không tan trong nước nóng chảy ở 2050 độ C

Tính chất hóa học : Al₂O₃là oxit lưỡng tính, tác dụng được với dung dịch axit và dung dịch kiềm:

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na $(A l {(O H)}_{4})$

Ứng dụng :

- Tinh thể Al₂O₃ (corinđon) được dùng làm đồ trang sức, chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác, như chân kính đồng hồ, thiết bị phát tia lade,...

- Bột Al₂O₃ có độ cứng cao được dùng làm vật liệu mài.

- Boxit Al₂O₃.2H₂O là nguyên liệu sản xuất nhôm kim loại.

II. NHÔM HIDROXIT

Tính chất vật lí: Là chất kết tủa keo, màu trắng, không tan trong nước, dễ bị nhiệt phân hủy

Tính chất hóa học :

- Dễ bị nhiệt phân thành nhôm oxit :

2Al(OH)₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 3H₂O

- Là hợp chất lưỡng tính, tan trong axit và bazo

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Al(OH)₃ + NaOH → Na $[A l {(O H)}_{4}]$

Điều chế: Cho muối nhôm phản ứng với dung dịch NH₃ hoặc muối Na₂CO₃ :

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 6NaCl + 3CO₂↑

III. NHÔM SUNFAT

- Al₂(SO₄)₃: là chất bột màu trắng, bị phân hủy nhiệt trên 770^oC

- Phèn chua: K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O hoặc : KAl(SO₄)₂.12H₂O tồn tại ở dạng tinh thể có vị hơi chua và chát.

Sơ đồ tư duy: Nhôm và hợp chất của nhôm

Phương pháp giải một số dạng bài tập về kim loại nhôm và hợp chất của nhôm

Dạng 1: Lý thuyết về kim loại nhôm

Ví dụ 1: Nhôm thể hiện tính chất nào sau đây ?

1) Nhôm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện.

2) Là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng.

3) Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, tốt hơn các kim loại Fe và Cu.

4) Nhôm là kim loại nhẹ, nóng chảy ở nhiệt độ 660^oC.

5) Nhôm là nguyên tố s.

A. 1, 2, 4, 5.

B. 1, 2, 4.

C. 1, 3, 4, 5.

D. 1, 2, 3, 4.

Hướng dẫn giải chi tiết:

(3) Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, tốt hơn các kim loại Fe và Cu.

=> Sai do tính dẫn điện của Cu tốt hơn Al

Đáp án B.

Ví dụ 2: Tính chất nào sau đây của nhôm là đúng ?

A. Nhôm tác dụng với các axit ở tất cả mọi điều kiện.

B. Nhôm tan được trong dung dịch NH₃.

C. Nhôm bị thụ động hóa với HNO₃đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội.

D. Nhôm là kim loại lưỡng tính.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Lưu ý: nhôm bị thụ động với HNO₃ đặc nguội, và H₂SO₄ đặc nguội.

Đáp án C

Ví dụ 3: Tính chất nào sau đây của nhôm là đúng ?

A. Nhôm tác dụng với các axit ở tất cả mọi điều kiện.

B. Nhôm tan được trong dung dịch NH₃.

C. Nhôm bị thụ động hóa với HNO₃đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội.

D. Nhôm là kim loại lưỡng tính.

Dạng 2: Nhôm và hợp chất của nhôm tác dụng với dung dịch kiềm

*Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho từ từ 350 ml dung dịch NaOH 1M vào 100 ml dung dịch AlCl₃ x mol/l, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,9 gam kết tủa.Giá trị của x là

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_NaOH = V_NaOH×C_M = 0,35×1 = 0,35 (mol) ;

n_AlCl3 = 0,1x (mol)

n_Al(OH)3 = 3,9 : 78 = 0,05 (mol)

Ta thấy: n_Al(OH)3 < 3nNaOH → xảy ra trường hợp tạo kết tủa cực đại, sau đó kết tủa tan 1 phần.

Khi cho từ từ dd NaOH vào dd AlCl₃ xảy ra phản ứng theo thứ tự sau:

3NaOH + AlCl₃ → Al(OH)₃↓ + 3NaCl (1)

0,3x ← 0,1x → 0,1x (mol)

NaOH + Al(OH)₃↓ → NaAlO₂ + 2H₂O (2)

(0,1x – 0,05) ← (0,1x – 0,05) (mol)

Theo PTHH (1): n_{Al(OH)3 cực đại} = n_AlCl3 = 0,1x (mol)

→ n_{Al(OH)3 bị hòa tan} = n_{Al(OH)3 cực đại} – n_{Al(OH)3 còn lại} = 0,1x – 0,05 (mol)

Ta có: ∑ n_NaOH(1)+(2) = 0,3x + (0,1x – 0,05)

→ 0,4x - 0,05 = 0,35

→ 0,4x = 0,4 → x = 1 (M)

* Ta cũng có thể áp dụng công thức tính nhanh

4 * nAlCl₃ - nNaOH = n Al(OH)₃

4 * 0,1x - nNaOH = n Al(OH)₃

=> 4* 0,1 x = 0,05 + 0,35 => x = 1M

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm Al và Al₂O₃. Hòa tan hoàn toàn 1,83 gam X trong 50 ml dung dịch NaOH 1M (vừa đủ), thu được V lít H₂ (đktc). Giá trị của V là

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_NaOH = 0,05 mol

Đặt n_Al = x và n_Al2O3 = y (mol)

+) m_{hh X} = 27x + 102y = 1,83 (1)

+) Hỗn hợp X tác dụng với NaOH:

Al + NaOH + H₂O → NaAlO₂ + 1,5 H₂

x → x → 1,5x

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

y → 2y

→ n_NaOH = x + 2y = 0,05 (2)

Giải hệ (1) (2) được x = 0,03 và y = 0,01

⟹ V_H2 = 22,4.1,5x = 1,008 lít

Dạng 3: Bài tập về phản ứng nhiệt nhôm

* Một số ví dụ cụ thể:

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Fe₃O₄ và Al có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 thực hiện phản ứng nhiệt nhôm X (không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp gồm

Hướng dẫn giải chi tiết:

3Fe₃O₄ + 8Al $\overset{t^{0}}{\to}$ 9Fe + 4Al₂O₃

Ban đầu: 1 3

Ta thấy: 1/3 < 3/8 nên Fe₃O₄ phản ứng hết, Al còn dư.

Vậy sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp gồm Fe, Al₂O₃ và Al dư.

Ví dụ 2: Khi cho 20,7 gam hỗn hợp X gồm Fe₂O₃, Cr₂O₃ và Al₂O₃ tác dụng với dung dịch NaOH đặc dư, sau phản ứng thu được chất rắn có khối lượng 8 gam. Để khử hoàn toàn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhôm phải dùng 10,8 gam Al. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Al₂O₃ trong hỗn hợp X là

Hướng dẫn giải chi tiết:

Cr₂O₃ và Al₂O₃ tan trong dung dịch NaOH đặc dư → chất rắn còn lại là Fe₂O₃ có khối lượng 8 gam

→ $n_{F e_{2} O_{3}}$ = 0,05 mol

Gọi n_Cr2O3 = 2x mol

Khử 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhôm (lượng các chất lấy gấp đôi ban đầu)

2Al + Cr₂O₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 2Cr

4x ← 2x

2Al + Fe₂O₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ Al₂O₃ + 2Fe

0,2 ← 0,1

→ n_{Al cần dùng} = 4x + 0,2 = 0,4 → x = 0,05

$\to m_{A l_{2} O_{3}} = 20, 7 - 8 - 0, 05.152 = 5, 1 g a m$

$\to % m_{A l_{2} O_{3}} = \frac{5, 1}{20, 7} .100 % = 24, 64 %$

Giải SGK, SBT, Chuyên đề Hóa Học Lớp 12