18:50:2122/03/2019
Để giúp các em hiểu rõ tính lưỡng tính của nhôm [Al vừa phản ứng được với bazo vừa phản ứng được với axit], và dễ dàng giải các dạng bài tập về Nhôm cùng các hỗn hợp và hợp chất của nhôm như Nhôm Oxit, Nhôm Hidroxit sẽ là nội dung của bài viết này.
I. Kiến thức cần nhớ về Nhôm Al
* Tính chất hóa học của Nhôm Al
♦ Nhôm tác dụng với Phi kim
♦ Nhôm tác dụng với nước
♦ Nhôm tác dụng với oxit của kim loại kém hoạt động hơn
♦ Nhôm tác dụng với dung dịch axit
♦ Nhôm tác dụng với dung dịch bazơ
♦ Nhôm tác dụng với dung dịch muối
- Về chi tiết các phản ứng hoá học của Nhôm với các chất và dung dịch ở trên, nếu các em chưa nhớ có thể xem lại bài học về nhôm: Tính chất hóa học của Nhôm Al và các hợp chất.
- Bài viết này chỉ tóm lược lại một số tính chất hoá học của nhôm và hợp chất:
1. Nhôm Oxit Al2O3 và Nhôm Hidroxit Al[OH]3 là những chất lưỡng tính
a] Tác dụng với axit
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
PT ion: Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + H2O
Al[OH]3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
PT ion: Al[OH]3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O
- Ở trên chúng ta viết phương trình phản ứng dạng phân tử và phương trình dạng ion, nếu các em chưa hiểu rõ cách viết phương trình ion thu gon ở trên, có thể xem lại nội dung này ở bài học: Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện ly
b] Tác dụng với bazơ
Al2O3 + 2OH- + 3H2O → 2[Al[OH]4]-
hoặc: Al2O3 + 2OH- → 2AlO2- + H2O
Al[OH]3 + OH- → [Al[OH]4]-
hoặc: Al[OH]3 + OH- → AlO2- + 2H2O
2. Phản ứng của Nhôm với dung dịch kiềm
- Về nguyên tắc, Al dễ dàng đẩy Hidro ra khỏi nước, nhưng trong thực tế có màng Oxit bảo vệ nên vật bằng nhôm không tác dụng với nước khi nguội và đun nóng [ở nhiệt độ nhất định].
- Tuy nhiên những vật bằng nhôm này bị hoà tan trong dung dịch kiềm như NaOH, Ca[OH]2,... điều này xảy ra vì có các phản ứng sau:
- Đầu tiên, màng oxit bị phá huỷ trong dung dịch kiềm:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[AL[OH]4] [1]
hoặc: Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
- Tiếp đến kim loại nhôm khử nước:
2Al + 6H2O → 2Al[OH]3↓ + 3H2↑ [2]
- Màng Al[OH]3 bị phá huỷ trong dung dịch bazơ
Al[OH]3 + NaOH → Na[Al[OH]4] [3]
hoặc: Al[OH]3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
- Các phản ứng [2] và [3] xảy ra luân phiên cho tới khi Al bị tan hết, vì vậy có thể viết gộp lại:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al[OH]4] + 3H2↑ [*]
hoặc: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2NaAlO2 + 3H2↑
3. Muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm
- Hiện tượng quan sát được khi nhỏ từ từ dung dịch bazo vào dung dịch Al3+ : ban đầu xuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến cực đại sau tan dần đến hết tạo dung dịch trong suốt.
Al3+ + 3OH- → Al[OH]3↓
Nếu OH- dư: Al[OH]3↓ + OH- → [Al[OH]4]- tan
- Tuy nhiên Al[OH]3 có tính axit rất yếu nên dễ bị axit mạnh đẩy ra khỏi muối
[Al[OH]4]- + H+ → Al[OH]3↓ + H2O
Khi H+ dư: Al[OH]3↓ + H+ → Al3+ + H2O
- Hiện tượng quan sát được khi nhỏ từ từ dung dịch H+ đến dư và dung dịch AlO2- là ban đầu thấy xuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến cực đại và sau tan dần đến hết tạo dung dịch trong suốt.
- Al[OH]3 có tính axit yếu hơn cả axit H2CO3 nên khi sục khí CO2 vào dung dịch NaAlO2 thì xảy ra phản ứng:
NaAlO2 + CO2 + H2O → Al[OH]3↓ + NaHCO3
- Hiện tượng quan sát được khi sục khí CO2 vào đến dư vào dung dịch AlO2- thấy có xuất hiện kết tủa keo trắng.
II. Một số lưu ý khi giải bài tập về Nhôm, hỗn hợp nhôm và các hợp chất của nhôm.
- Với các bài toán hóa học về nhôm, hợp chất của nhôm cũng như các bài toán hỗn hợp. Ngoài việc sử dụng các phương pháp như bào toàn khối lượng [số mol từng nguyên tố trước và sau không đổi] , bảo toàn electron, tăng - giảm khối lượng,...
- Khi giải các bài tập về các oxit lưỡng tính như: Al2O3, ZnO, Cr2O3,... hay các hiđroxit lưỡng tính như: Al[OH]3, Zn[OH]2, Pb[OH]2, Cr[OH]3, ... các muối axit [của axit yếu]: NaHCO3, Na2HPO4,... các muối amoni của axit yếu như: [NH4]2CO3, CH3COONH4,... cần lưu ý:
- Một chất lưỡng tính thì tác dụng được với đồng thời cả axit và bazơ [ngược lại chưa chắc đúng].
* Ví dụ: Al[OH]3 là chất lưỡng tính nên
Al[OH]3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
Al[OH]3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
- Na2CO3 vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ nhưng Na2CO3 không phải là chất lưỡng tính:
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O
Na2CO3 + Ba[OH]2 → BaCO3↓ trắng + 2NaOH
- Tính chất của muối NaAlO2 [Natri aluminat] và Na2ZnO2 [Natri zincat]
- Các muối NaAlO2 và Na2ZnO2 là các muối của axit yếu Al[OH]3 và Zn[OH]2. Do đó dung dịch các muối này có môi trường bazơ mạnh. Khi thêm axit mạnh vào dung dịch các muối này sẽ xuất hiện kết tủa do axit mạnh đẩy axit yếu là Al[OH]3 và Zn[OH]2 ra khỏi muối và tạo thành kết tủa.
* Ví dụ: NaAlO2 + HCl + H2O → NaCl + Al[OH]3↓
Nếu dư HCl thì: Al[OH]3↓ + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
* Ví dụ 2: NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al[OH]3
* Các phản ứng của Zn[OH]2, Na2ZnO2 hoàn toàn tương tự như của Al[OH]3 và NaAlO2
- Lưu ý: Các kim loại, oxit kim loại kiềm và kiềm thổ [trừ Be và Mg] tác dụng với H2O tạo ra các dung dịch bazơ kiềm. Do đó cần lưu ý, khi cho kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc oxit của chúng [ví dụ Na] vào dung dịch chứa Al3+, Zn2+ ,... thì:
2Na + 2H2O → 2Na+ + 2OH- + H2
Sau đó: Al3+ + 3OH- → Al[OH]3↓ và Al[OH]3 + OH- → AlO2- + 2H2O
1] Những lưu ý khi giải bài tập về phản ứng nhiệt nhôm:
+ Nếu hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm → H2 thì Al còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng < 100%
+ Nếu hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm không có khí thoát ra chứng tỏ không dư Al.
+ Khối lượng hỗn hợp trước và sau phản ứng không đổi [bảo toàn khối lượng].
+ Vận dụng bảo toàn electron.
2] Những lưu ý khi giải bài tập về nhôm khi phản ứng với dd bazo kiềm
* Cơ chế phản ứng:
+ Trước tiên, Al tham gia phản ứng với nước:
2Al + 6H2O → 2Al[OH]3↓ + 3H2↑
+ Al[OH]3 sinh ra là hiđroxit lưỡng tính tan được trong dung dịch kiềm:
Al[OH]3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
+ Quá trình này lặp đi lặp lại đến hết.
* Đặc biệt chú ý: Nếu cho hỗn hợp Na, K, Ba, Ca và Al [hoặc Zn] vào nước dư, xảy ra các phản ứng:
2M + 2H2O → 2MOH + H2↑
MOH + H2O + Al → MAlO2 + 3⁄2H2↑
+ Trong quá trình giải toán có 2 trường hợp xảy ra:
◊ Trường hợp 1: Cả kim loại kiềm và Al đều phản ứng hết nếu số mol kim loại kiềm ≥ số mol Al.
◊ Trường hợp 2: Kim loại kiềm phản ứng hết, Al dư nếu số mol kim loại kiềm < số mol Al.
III. Một số dạng bài tập về Nhôm và Phương pháp giải
1] Dạng 1: Muối Al3+ tác dụng với dung dịch OH-
Al3+ + 3OH- → Al[OH]3↓ [4]
Khi OH- dư: Al[OH]3 + OH- → [Al[OH]4]- tan
⇒ Al3+ + 4OH- → [Al[OH]4]- tan [5]
a] Bài toán 1: Cho biết số mol của Al3+ và OH- yêu cầu tính lượng kết tủa.
* Phương pháp giải:
+] Cách giải 1: Tính toán dựa theo phương trình phản ứng
- Viết PTPƯ: Al3+ + OH- → Al[OH]3↓
- Tính toán số mol theo PTPƯ xem Al3+ dư hay OH- dư, nếu OH- dư ta có PTPƯ hoà tan 1 phần hoặc hết Al[OH]3 như sau:
Al[OH]3 + OH- → [Al[OH]4]- tan
- Dựa theo PTPƯ, tính toán số mol Al[OH]3 bị hoà tan theo số mol OH- dư.
+] Cách giải 2: Lập tỉ lệ số mol để biết cơ chế phản ứng
- Đặt:
• Xét các trường hợp sau:
◊ Nếu k ≤ 3: Chỉ xảy ra phản ứng [4], chỉ tạo Al[OH]3↓ [Al3+ dư nếu k