BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI KIỀM, KIỀM THỔ VÀ NHÔM

 

1. Bài tập về kim loại kiềm và các hợp chất của kim loại kiềm

 

Dạng 1: Kim loại kiềm tác dụng với nước hoặc dung dịch axit

 

+ Kim loại kiềm tác dụng với nước hoặc với dung dịch axit là phản ứng oxi hóa - khử, trong đó kim lọi kiềm thể hiện tính khử mạnh:

M + 2H⁺ → M⁺ + H₂↑

+ Khi kim loại kiềm tác dụng với dung dịch axit thì do tính oxi hóa của axit lớn hơn của nước nên khi cho kim loại kiềm dư (cho từng lượng nhỏ) vào dung dịch axit thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưu tiên:

2M    +    2H⁺    →     2M⁺    +    H₂  (1)

2M    +    2H₂O    →     2M⁺   +   2OH-    +    H₂  (2)

+ Phương pháp giải bài tập dạng này chủ yếu là tính toán theo phương trình phản ứng. Đối với hỗn hợp các kim loại kiềm thì nên sử dụng phương pháp trung bình, phương pháp đường chéo. Khi gặp bài tập hỗn hợp kim loại kiềm phản ứng với các chất oxi hóa khác nhau thì nên sử dụng phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn khối lượng.

 

Ví dụ 1:Cho 3,9 gam kali vào 101,8 gam nước thu được dung dịch KOH có nồng độ % là bao nhiêu ?

1. 5,31%.                    B. 5,20%.                   C. 5,30%.                    D. 5,50%.

 

Hướng dẫn giải

      Theo giả thiết ta có : số mol K = 0,1 mol

      Phương trình phản ứng :

            2K    +    2H₂O                 →    2KOH    +    H₂         (1)

mol:      0,1                                             0,05

      Theo (1) và áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

m_{dd sau pư} = khối lượng K + khối lượng H₂O – khối lượng H₂ = 105,6 gam

            Nồng độ phần trăm của dung dịch KOH là : (0,1.56)/105,6 = 5,3%

            => Đáp án C.

Dạng 2:  Pha chế dung dịch kiềm

 

      Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương pháp đường chéo hoặc tính toán đại số thông thường.

 

Ví dụ 2: Từ 20 gam dung dịch NaOH 40% và nước cất pha chế dung dịch NaOH 16%. Khối lượng nước (gam) cần dùng là :

A.27.                          B. 25,5.                       C. 54.                          D. 30.

Hướng dẫn giải

Dạng 3: Dung dịch kiềm phản ứng với oxit axit

1.       Khi cho CO₂  hoặc SO₂ vào kiềm

Thứ tự phản ứng xảy ra như sau: CO₂ + OH^- → HCO₃^- (1)

Nếu vẫn còn OH- dư thì xảy ra phản ứng: HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O (2)

          Đặt k= số mol OH^-/ số mol CO₂ (hoặc k= số mol OH^-/ số mol SO₂)

o   k ≥ 2 : chỉ tạo muối CO₃^2-

o   k ≤ 1 : chỉ tạo muối HCO₃^-

o   1 < k < 2 : tạo cả muối HCO₃^-  và CO₃^2-

Có những bài toán không thể tính k. Khi đó phải dựa vào những dữ kiện phụ để tìm ra khả năng tạo muối.

VD: Hấp thụ CO₂ vào NaOH _dư => chỉ tạo muối Na₂CO₃. Hấp thụ CO₂ vào NaOH.Sau đó thêm BaCl₂  vào thấy kết tủa. Thêm tiếp Ba(OH)_{2 dư} vào thấy xuất hiện thêm kết tủa nữa 

=> Tạo cả 2 muối Na₂CO₃ và NaHCO₃

=> Trong trường hợp không có các dữ kiện trên thì chia trường hợp để giải.

2.       Biết lượng kết tủa CaCO₃, lượng Ca²⁺ tính thể tích CO₂

         + Nếu cho CO₂ phản ứng với lượng Ca(OH)₂ dư thì chỉ tạo muối CO₃^2- khi đó số mol CO₂ = số mol CaCO₃.

          + Nếu  số mol CaCO₃ < số mol Ca(OH)₂ thì có 2 trường hợp

        (1) Ca(OH)₂ dư nên  số mol CO₂ = số mol CaCO₃ và khi đó tính được V khí nhỏ nhất

        (2) Ca(OH)₂ tạo hết kết tủa sau đó kết tủa tan một phần:

Thứ tự phản ứng:  CO₂ + OH^- → HCO₃^- (1)

                            HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O (2)

                           CO₃^2- + CO₂  + H₂O → 2HCO₃^- + H₂O (3)

thì số mol CO₂ = 2.sô mol OH^- - số mol CaCO₃và khi đó tính được V khí lớn nhất.

3.       Biết lượng CO₂, lượng hỗn hợp NaOH và Ca (OH)₂ tính lượng kết tủa.

         Cần xác định được số mol Ca²⁺, số mol CO₃^2-

         + Nếu số mol Ca²⁺ < số mol CO₃^2-   thì số mol kết tủa = số mol Ca(OH)₂

         + Nếu số mol Ca²⁺ > số mol CO₃^2-  thì số mol kết tủa = số mol CO₃^2-

4.       Cần chú ý các thuật ngữ: Phản ứng hoàn toàn, lượng kiềm dư,  thể tích CO₂ lớn nhất, lượng CO₂ nhỏ nhất, đun kĩ dung dịch thu thêm một lượng kết tủa nữa để xác định đúng trường hợp phản ứng

1. Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương pháp đường chéo hoặc tính toán theo phương trình  ion rút gọn và phương pháp nguyên tử khối trung bình.

 

Ví dụ 3:Nung 13,4 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại hóa trị II, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 6,8 gam chất rắn và khí X. Lượng khí X sinh ra cho hấp thụ vào 75ml dung dịch NaOH 1M. Khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là 

            A. 4,2 gam.                 B. 6,5 gam.                   C. 6,3 gam.                D. 5,8 gam.

 

Hướng dẫn giải

      Nung muối cacbonat thu được khí X là CO₂.

                      $\overline{M}$CO₃  $\stackrel{t^o}{\to }$  $\overline{M}$O   +   CO₂  (1)

      Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : khối lượng muối X = khối lượng chất rắn + khối lượng CO₂

=> khối lượng CO₂ = 13,4 – 6,8 = 6,6 gam => số mol CO₂ = 0,15 mol

            Số mol NaOH = 0,075.1 = 0,075 mol

Ta có số mol CO₂ : số mol NaOH < 1 => muối tạo ra là NaHCO₃

              CO₂      +      NaOH      →     NaHCO₃           (2)

mol:     0,075   →     0,075        →      0,075

Theo (2) ta thấy số mol của NaHCO₃ là 0,075 mol nên suy ra khối lượng của NaHCO₃ = 0,075.84 = 6,3 gam.

=> Đáp án C.

Dạng 4:  Dung dịch NaOH, KOH phản ứng với dung dịch H₃PO₄ hoặc P₂O₅

1.       Tính tỉ lệ số mol  OH^- / số mol axit để từ đó xác định sản phẩm sinh ra trong phản ứng.  

Phương trình  phản ứng là một trong các trường hợp sau:

+ Nếu số mol NaOH^- ≤ số mol H₃PO₄  thì xảy ra

NaOH   +   H₃PO₄  →   NaH₂PO₄    +    2H₂O   (1)

+ Nếu số mol NaOH^- = 1/2 số mol H₃PO₄  thì xảy ra

2NaOH   +   H₃PO₄ →   Na₂HPO₄    +   2H₂O     (2)

+ Nếu số mol NaOH^- ≥ 1/3 số mol H₃PO₄  thì xảy ra

3NaOH   +   H₃PO₄ →   Na₃PO₄    +   3H₂O      (3)

2.       Nêú cho từ từ dung dịch OH^- vào H₃PO₄ thì thứ tự phản ứng xảy ra:

NaOH   +   H₃PO₄    →   NaH₂PO₄    +    H₂O   (1)

Ta xét tương quan số mol NaOH với H₃PO_{4 ,} nếu NaOH còn dư thì xảy ra phản ứng 2:

 NaOH   +   NaH₂PO₄ →   Na₂HPO₄    +   H₂O     (2)

Ta xét tương quan số mol NaOH với NaH₂PO_{4 ,} nếu NaOH còn dư thì xảy ra phản ứng 3:

NaOH   +   Na₂HPO₄ →  Na₃PO₄    +   H₂O      (3)

3.       Đối với P₂O₅ thì P₂O₅   +   3H₂O →  2H₃PO₄  sau đó làm như hướng dẫn trên.

      Trên đây chỉ là các bước cơ bản để giải bài tập dạng này, ngoài ra để tính toán nhanh ta cần áp dụng linh hoạt định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, phương pháp đường chéo, phương pháp sử dụng phương trình ion rút gọn…

 

Ví dụ 4:Cho 200 ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 200 ml dung dịch H₃PO₄ 0,5M, muối thu được có khối lượng là :

            A. 14,2 gam.               B. 15,8 gam.                 C.16,4 gam.               D.11,9 gam.

 

Hướng dẫn giải

      Ta có : số mol NaOH = 0,2.1 = 0,2 mol

                  số mol H₃PO₄ = 0,2.05 = 0,1 mol

Vì số mol số mol NaOH : số mol H₃PO₄ = 2:1 nên sản phẩm là Na₂HPO₄.

      Phương trình phản ứng :

2NaOH   +   H₃PO₄    →   Na₂HPO₄    +    2H₂O                   (1)

mol:         0,2    →  0,1       →       0,1

      Khối lượng muối thu được = 142.0,1 = 14,2 gam

=> Đáp án A.

 

Dạng 6:  Dung dịch muối CO₃^2- và HCO₃^- phản ứng từ từ với dung dịch axit hoặc ngược lại

      

1.       Cho từ từ dung dịch chứa ion H⁺ (HCl, H₂SO₄, HNO₃) vào dung dịch chứa các ion CO₃^2- và HCO₃^- thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưu tiên :

CO₃^2-  +   H^{+    →} HCO₃^-(1)

     HCO₃^- + H^{+ →} CO₂ + H₂O (2)

Hiện tượng phản ứng: lúc đầu không có khí, sau đó có khí không màu thoát ra.

Bài toán thuộc dạng lượng dư - lượng hết. => Phương pháp giải : Viết phương trình dạng ion rút gọn, xác định chính xác chất phản ứng hết , chất còn dư, tính theo lượng chất phản ứng hết.

2.       Cho từ từ dung dịch chứa các ion CO₃^2- và HCO₃^- vào dung dịch chứa ion H⁺ (HCl, H₂SO₄, HNO₃) thì phản ứng xảy ra đồng thời theo đúng tỉ lệ mol của các ion CO₃^2- và HCO₃^- có trong dung dịch.

Phản ứng (1) và (2) xảy ra đồng thời.

● Lưu ý : Trong dạng bài tập này thì lượng H⁺ mà đề bài cho thường không đủ để chuyển hết các ion CO₃^2- và HCO₃^- thành CO₂ nên cho từ từ dung dịch chứa ion H⁺ (HCl, H₂SO₄, HNO₃)vào dung dịch chứa các ion CO₃^2- và HCO₃^-  và làm ngược lại thì sẽ thu được lượng CO_2­ khác nhau.

3. Khi đổ nhanh dung dịch chứa ion H⁺ vào dung dịch chứa các ion CO₃^2- và HCO₃^- hoặc làm ngược lạimà H⁺ bị thiếu thì ta chỉ tìm được khoảng thể tích khí CO₂ giải phóng chứ không tính được chính xác thể tích CO₂.

      - Tìm khoảng thể tích CO₂ bằng cách xét 2 trường hợp :

            + Trường hợp 1: H⁺ phản ứng với CO₃^2- trước, với HCO₃^- sau, suy ra V_CO2 = V₁  

            + Trường hợp 2: H⁺ phản ứng với HCO₃^- trước, với CO₃^2- sau, suy ra V_CO2 = V₂ 

      Từ hai trường hợp trên ta suy ra : V₁ ≤ V_CO2 ≤ V₂   .

4.       Trong trường hợp axit dư thì: CO₃^2-  +   2H^{+    →}   CO₂    + H₂O      (1)

                                                             HCO₃^- +    H^{+       →} CO₂ + H₂O     (2)

 

Ví dụ 5Thêm từ từ đến hết dung dịch chứa 0,2 mol KHCO₃ và 0,1 mol K₂CO₃ vào dung dịch chứa 0,3 mol HCl. Thể tích khí CO₂ (đktc) thu được là :

1. 4,48 lít.                   B. 5,04 lít.                   C. 3,36 lít.                   D. 6,72 lít.

 

Hướng dẫn giải

      Để phản ứng hết với các muối KHCO₃ và K₂CO₃ thì lượng HCl cần dùng là :

0,02 + 0,1.2= 0,4 mol  > 0,3 mol => HCl thiếu, lượng CO₂ tính theo HCl.

      Theo giả thiết ta cósố mol HCO₃^- : số mol CO₃^2- = 2 :1

      Do đó ta gọi số mol củacác ion HCO₃^-  và CO₃^2-tham gia phản ứng là 2x và x.

Khi cho từ từ dung dịch chứa các ion CO₃^2- và HCO₃^- vào dung dịch chứa ion H⁺ thì phản ứng xảy ra đồng thời (1) và (2):

CO₃^2-  +   2H^{+    →}   CO₂    + H₂O      (1)

mol:           x             2x             x

                HCO₃^- +    H^{+       →} CO₂ + H₂O     (2)

 mol            2x          2x             2x

=> số mol H⁺ = 4x = 0,3 => x 0,075 => V_CO2 = 3x.22,4 = 5,04 lit

=> Đáp án B.

 

2. Bài tập về kim loại kiềm thổ và các hợp chất của kim loại kiềm thổ

 

• Bản chất phản ứng của kim loại kiềm thổ với các chất (nước, axit, muối, phi kim...) là phản ứng oxi hóa - khử.

● Phương pháp giải các bài tập dạng này chủ yếu là sử dụng định luật bảo toàn electron và  phương trình ion rút gọn. Ngoài ra có thể sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và tính toán theo phương trình phản ứng. Đối với bài tập liên quan đến hỗn hợp các kim loại kiềm thổ thì nên sử dụng phương pháp trung bình.

 

Dạng 1: Kim loại kiềm thổ phản ứng với phi kim

* Trong phản ứng với phi kim, kim loại kiềm thổ thể hiện tính khử mạnh:

                                 M → M²⁺    +     2e

* Phi kim phản ứng thể hiện tính oxi hóa:

                                 X + ne → X^n-

 

Ví dụ 6:Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hoá trị không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí Cl₂ và O₂. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (ở đktc). Kim loại M là

        A. Mg.                        B. Ca.                          C. Be.                          D. Cu.

 

Hướng dẫn giải

Theo giả thiết ta có : số mol khí = 5,6/22,4 = 0,25 mol

Sơ đồ phản ứng:  7,2 gam kim loại M + 5,6 lít ↑hỗn hợp Cl₂ và O₂ → 23,0 gam chất rắn

Áp dụng bảo toàn khối lượng => khối lượng hỗn hợp Cl₂ và O₂ = 23 – 7,2 = 15,8 gam

Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl₂ và O₂ ta có :x + y = 0,25 và 71x + 32y = 15,8  => x = 0,2; y = 0,05

            M → Mⁿ⁺ + ne

            Cl₂  → 2Cl^-

            O₂ → 2O^2-

      Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : n. ⁿ_{M =} 2.ⁿ_{Clo +} 4.ⁿ_oxi => (7,2/M).n = 0,2.2 + 0,05.4=> n = 2; M = 24 (Mg)

=> Đáp án A.

 

Dạng 2: Kim loại kiềm thổ phản ứng với nước

* Trong phản ứng với nước, kim loại kiềm thổ thể hiện tính khử mạnh:

                                 M → M²⁺    +     2e

* Nước phản ứng thể hiện tính oxi hóa:

                                 H₂O + 2e → 2OH^- + H₂↑

 

Ví dụ 7:Cho a gam kim loại M tan hết vào H₂O thu được dung dịch có khối lượng lớn hơn khối lượng H₂O ban đầu là 0,95a gam. M là

            A. Na.                         B. Ba.                          C. Ca.                          D. Li.

 

Hướng dẫn giải

 Gọi số mol M là x, khi đó x = a/M

Phương trình phản ứng :

            2M    +    2nH₂O        2M(OH)_n    +    nH₂            (1)

mol:      x                                                                (n/2)x

=> số mol H₂ = (n/2)(a/M) = an/2M

      Khối lượng dung dịch tăng = ^m_M – ^m_H2 = 0,95a

=> ^m_H2 = 0,05a => số mol H₂ = (n/2)x = 0,025a (mol)

  => x = a/M =    0,025a / (n/2) => M = 20n (với n =1,2,3 thì nghiệm hợp lí là n = 2, M =40)

=>  M là Ca.

=> Đáp án C.

 

Dạng 3: Kim loại kiềm thổ phản ứng với axit

* Trong phản ứng với axit, kim loại kiềm thổ thể hiện tính khử mạnh:

                                 M → M²⁺    +     2e

* Phản ứng với axit HCl, H₂SO₄ loãng thì phản ứng giải phóng khí H₂.

                                  2H⁺ + 2e → H₂

* Phản ứng với dung dịch H₂SO₄ đặc, dung dịch HNO₃

                      SO₄^2- →   SO₂, S

                     NO₃^- →  NH₄⁺, N₂, N₂O, NO, NO₂

Ví dụ 8:X là kim loại thuộc nhóm IIA. Cho 1,7 gam hỗn hợp gồm kim loại X và Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, sinh ra 0,672 lít khí H₂ (ở đktc). Mặt khác, khi cho 1,9 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch H₂SO₄ loãng, thì thể tích khí hiđro sinh ra chưa đến 1,12 lít (ở đktc). X là kim loại                        

            A. magie.                       B. beri.                      C. canxi.                        D. bari.

 

Hướng dẫn giải

Gọi $\overline{M}$  là kí hiệu tương đương của hai kim loại X và Zn có hoá trị II

    $\overline{M}$   +          2HCl               →      $\overline{M}C{l}_2$              +          H₂ (1)

 0,03 mol                                                                       0,03 mol

    X         +          H₂SO₄             →       XSO₄              +          H₂ (2)

  <0,05                                                                                <0,05

             = 1,7/0,03 = 56,67 vì M_Zn =  65 nên X < 56,67

            Mặt khác: X > 1,9/0,05 = 38

            => X là canxi (Ca) 

 

Ví dụ 9:Cho 12,9 gam hỗn hợp Al, Mg phản ứng vừa hết với dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng. Sau phản ứng thu được 0,125 mol S, 0,2 mol SO₂ và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối. Giá trị của m là :

1. 68,1.                       B. 84,2.                       C. 64,2.                       D. 123,3.

Hướng dẫn giải

      Ta có các quá trình khử :

            8H⁺    +     SO₄^2-     +    6e    $\stackrel{}{\to }$    S    +    4H₂O         (1)

mol:      1             0,125            0,75           0,125

            4H⁺     +    SO₄^2-     +   2e  $\stackrel{}{\to }$   SO₂  +  2H₂O             (2)

mol:     0,8            0,2               0,4            0,2

      Căn cứ vào các quá trình khử (1) và (2) ta có:

số mol H⁺ = 1 + 0,8 = 1,8 mol

            H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

mol:      0,9           1,8       0,9

 số mol SO₄^2- phản ứng tạo S và SO₂ = 0,125 + 0,2 = 0,325 mol

=> số mol SO₄^2- tạo muối = 0,9 – 0,325 = 0,574 mol

      Vậy khối lượng muối sunfat thu được = khối lượng kim loại + khối lượng SO₄^2- tạo muối = 12,9 + 0,575.96 = 68,1 gam

            => Đáp án A

 

Dạng 4: Phản ứng với dung dịch muối

 

* Với dung dịch muối, kim loại kiềm thổ có thể đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối

                                 M → M²⁺    +     2e

* Muối phản ứng thể hiện tính oxi hóa:

                                 Aⁿ⁺  +  ne → A

 

Ví dụ 10: Cho m gam Mg vào dung dịch chứa 0,12 mol FeCl₃. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 gam chất rắn. Giá trị của m là :

1. 2,88.                       B. 2,16.                       C. 4,32.                       D. 5,04.

 

Hướng dẫn giải

      Khi cho Mg vào dung dịch muối Fe³⁺, đầu tiên Mg khử  Fe³⁺ thành Fe²⁺, sau đó Mg khử Fe²⁺ về Fe. Vậy phản ứng (1) xảy ra xong sau đó mới đến phản ứng (2).

      Giả sử tất cả lượng Fe²⁺ chuyển hết thành Fe thì khối lượng sắt tạo thành là 6,72 gam. Trên thực tế khối lượng chất rắn thu được chỉ là 3,36 gam, suy ra Fe²⁺ chưa phản ứng hết, Mg đã phản ứng hết, 3,36 gam chất rắn là Fe tạo thành.

      Phương trình phản ứng :

            Mg    +    2Fe³⁺     →    Mg²⁺    +    2Fe²⁺       (1)

mol:    0,06        0,12              0,06            0,12

            Mg    +    Fe²⁺     →    Mg²⁺    +    Fe              (2)

mol:    0,06       0,06            0,06            0,06

      Căn cứ vào (1) và (2) suy ra : số mol Mg = 0,06+0,06 = 0,12 mol

=> khối lượng Mg = 0,12.24 = 2,88 gam

=> Đáp án A.

 

Dạng 5:  Các muối chứa ion Ca²⁺, Ba²⁺, Mg²⁺ phản ứng với dung dịch muối CO₃^2-

* Phản ứng trong dung dịch tạo kết tủa:

Mg²⁺ +  CO₃^2–   $\stackrel{}{\to }$   MgCO₃ 

Ba²⁺ +  CO₃^2–   $\stackrel{}{\to }$   BaCO₃

Ca²⁺ +  CO₃^2–   $\stackrel{}{\to }$   CaCO₃

 

Ví dụ 11:Dung dịch A có chứa 5 ion : Mg²⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, 0,1 mol Cl^– và 0,2 mol NO₃^–. Thêm dần V lít dung dịch K₂CO₃ 1M vào A đến khi được lượng kết tủa lớn nhất. V có giá trị là

A. 150 ml.                   B. 300 ml.                   C. 200 ml.                   D. 250 ml.

 

Hướng dẫn giải

Phương trình ion rút gọn :

Mg²⁺ +  CO₃^2–   $\stackrel{}{\to }$   MgCO₃ 

Ba²⁺ +  CO₃^2–   $\stackrel{}{\to }$   BaCO₃

Ca²⁺ +  CO₃^2–   $\stackrel{}{\to }$   CaCO₃

Khi phản ứng kết thúc, các kết tủa tách khỏi dung dịch, phần dung dịch chứa K⁺, Cl^– và NO₃^–. 

Theo định luật bảo toàn điện tích thì số mol K⁺ = số mol Cl^– + số mol NO₃^–. 

  = 0,3 mol => số mol K₂CO₃ = 1/2.số mol K⁺ =  0,15 mol => V = 0,15 lít = 150 ml.

=> Đáp án A.

 

Dạng 6:  Phản ứng của dung dịch Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ với CO₂

 

1.  CO₂ (hoặc SO₂) phản ứng với dung dịch chứa một bazơ tan.

● Khi đề bài yêu cầu xác định và tính toán lượng sản phẩm tạo thành thì ta dựa vào tỉ lệ số mol OH^-: số mol CO₂

 ● Khi đề bài yêu cầu tính lượng CO₂ phản ứng thì ta tính mol của Ca(OH)₂ hoặc Ba(OH)₂ và tính mol của kết tủa BaCO₃ hoặc CaCO₃. So sánh số mol của bazơ và của kết tủa nếu số mol của kết tủa nhỏ hơn thì sẽ có hai khả năng xảy ra : Hoặc bazơ dư hoặc bazơ hết. Trường hợp bazơ hết thì phản ứng phải tạo ra cả muối axit. 

● Khi đề yêu cầu xác định lượng Ca(OH)₂ hoặc Ba(OH)₂ tham gia phản ứng thì ta tính mol CO₂ và mol của kết tủa BaCO₃ hoặc CaCO₃ rồi áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với C để xem phản ứng có tạo ra muối Ca(HCO₃)₂ hoặc Ba(HCO₃)₂ hay không. Từ đó áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với Ca hoặc Ba để suy ra lượng Ca(OH)₂ hoặc Ba(OH)₂.

2.  Phản ứng của CO₂ (hoặc SO₂) với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ tan.

- Bản chất phản ứng :   CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

                                   CO₂ + CO₃^2- + H₂O → 2HCO₃^-

- Nếu dung dịch kiềm có Ba(OH)₂ hoặc Ca(OH)₂ thì còn có thể có phản ứng tạo kết tủa nếu phản ứng của CO₂ với OH^- tạo ra CO₃^2-

                                             Ba²⁺  +    CO₃^2-   → BaCO₃↓

                                             Ca²⁺  +    CO₃^2-   → CaCO₃↓

- Dựa vào giả thiết và các phương trình phản ứng ion rút gọn để tính toán suy ra kết quả cần tìm.

 

Ví dụ 12:Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO₂ (đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH)₂ nồng độ a mol/l, thu được 15,76 gam kết tủa. Giá trị của a là :

A. 0,048.                     B. 0,032.                     C. 0,04.                       D. 0,06.

 

Hướng dẫn giải

      Theo giả thiết ta có : số mol CO₂ = 2,688/22,4 = 0,12 mol; kết tủa là BaCO₃ do đó có số mol = 15,76/ 197 = 0,08 mol

    Phương trình phản ứng :  CO₂    +    Ba(OH)₂    →   BaCO₃   +   H₂O   (1)

                                 mol:     0,08          0,08                  0,08

=> Số mol CO₂ tạo muối axit = 0,12 – 0,08 = 0,04

2CO₂    +    Ba(OH)₂    →   Ba(HCO₃)₂                            (2)

mol:      0,04            0,02                  0,02

      Theo (1), (2) => số mol Ba(OH)₂ = 0,08+0,02 =0,1 mol

=> [ Ba(OH)₂] = 0,1/2,5 = 0,04 mol/lit

=> Đáp án C.

 

Dạng 7:  Muối cacbonat của kim loại kiềm thổ phản ứng với dung dịch axit

*  Phản ứng trong dung dịch :   CO₃^2-+ 2H⁺  → CO₂ + H₂O

 

Ví dụ 13: Hoà tan hoàn toàn 4 gam hỗn hợp MCO₃ và M’CO₃ vào dung dịch HCl thấy thoát ra V lít khí (đktc). Dung dịch thu được đem cô cạn thu được 5,1 gam muối khan. Giá trị của V là

A. 1,12 lít.                   B. 1,68 lít.                   C. 2,24 lít.                   D. 3,36 lít.

 

Hướng dẫn giải

      Đặt công thức trung bình của hai muối cacbonat là $\overline{M}C{O}_3$

      Phương trình phản ứng :

     $\overline{M}C{O}_3$    + 2HCl   $\to$ $\overline{M}C{l}_2$   +    CO₂ + H₂O  (1)

mol:  x                              x               x

      Theo (1) ta thấy sau phản ứng khối lượng muối tăng là do muối clorua sinh ra có khối lượng lớn hơn khối lượng muối cacbonat ban đầu. 

Ta có : (M + 71)x – (M + 60)x = 5,1 – 4

=> x = 0,1 mol

=> V_CO2 = 0,1.22,4 = 2,24 lít.

=> Đáp án C.

 

Dạng 8:  Phản ứng nhiệt phân muối cacbonat

* Muối cácbonat và hiđrô cacbonat của kim loại kiềm thổ khi nhiệt phân:

                   MCO₃  →   MO + CO₂↑

* Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng.

 

Ví dụ 14: X là 1 loại đá vôi chứa 80% CaCO₃, phần còn lại là tạp chất trơ. Nung 50 gam X một thời gian, thu được 39 gam chất rắn. % CaCO₃ đã bị phân huỷ là

1. 50,5%.                   B. 60%.                       C. 62,5%.                    D. 65%.

 

Hướng dẫn giải

      Giả sử có 100 gam đá  vôi thì khối lượng của CaCO₃ là 80 gam. Do đó trong 50 gam X có 40 gam CaCO₃.

      Phương trình phản ứng hóa học :

            CaCO₃     →        CaO    +    CO₂      

mol:        x                       x

      Theo phương trình và theo giả thiết ta có : 

100x – 56x = 50 – 39 = 11 x = 0,25

      Vậy % CaCO₃ bị phân hủy là 0,25 : 40 = 0,625

=> Đáp án C. 

 

3. Bài tập về nhôm và các hợp chất của nhôm

• Bản chất phản ứng của kim loại nhôm với các chất (phi kim; dung dịch : kiềm, axit, muối; phản ứng nhiệt nhôm...) là phản ứng oxi hóa - khử.

● Phương pháp giải các bài tập dạng này chủ yếu là sử dụng định luật bảo toàn electron. Ngoài ra có thể sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích, phương pháp đường chéo và tính toán theo phương trình phản ứng.

● Lưu ý : Trong phản ứng của kim loại Mg, Al, Zn với dung dịch HNO₃ loãng thì ngoài những sản phẩm khử là khí N₂, N₂O, NO thì trong dung dịch còn có thể có một sản phẩm khử khác là muối NH₄NO₃. Để tính toán chính xác kết quả của bài toán ta phải kiểm tra xem phản ứng có tạo ra NH₄NO₃ hay không và số mol NH₄NO₃ đã tạo ra là bao nhiêu rồi sau đó áp dụng định luật bảo toàn electron để tìm ra kết quả .

 

Dạng 1: Nhôm tác dụng với phi kim

* Al thể hiện tính khử khi tác dụng với phi kim

                                 Al → Al³⁺    +     3e

* Phi kim thể hiện tính oxi hóa:

                                 Xⁿ⁺  +  ne → X^n-

 

Ví dụ 15:Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu và Al ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 3,33 gam. Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là :

           A. 57 ml.                     B. 50 ml.                     C. 75 ml.                     D. 90 ml.

 

Hướng dẫn giải

Sơ đồ phản ứng : X + O₂ → X₂O_n → XCl_n

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : khối lượng X + khối lượng O₂ = khối lượng Y

=> khối lượng O₂ = 3,33 – 2,13 = 1,2 gam

=> số mol O₂ = 1,2 /32 = 0,375 mol

Quá trình khử: O₂       +4e    → 2O^2- (1)

         mol:       0,375                     0,075

Phản ứng Y với HCl:  O^2-   +   2H⁺ →  H₂O (2)

                            mol: 0,075     0,15

Phương trình điện li HCl → H⁺ + Cl^- (3)

                          mol: 0,015    0,015

      Vậy thể tích HCl cần dùng = 0,15/2 = 0,075 lít = 75 ml

=> Đáp án C.

 

Dạng 2:  Nhôm tác dụng với dung dịch kiềm và dung dịch muối nitrat trong môi trường kiềm

* Phản ứng của Al với dung dịch kiềm

                    2Al          +          2H₂O   +    2OH^-            →       2AlO₂^- +          3H₂ (1)

* Phản ứng với muối nitrat trong môi trường kiềm, có phản ứng (1) và có thêm (2)

                      8Al    +    3NO₃^-    +    5OH^-    +    2H₂O     →    8AlO₂^-    +    3NH₃ (2)

 

Ví dụ 16:Cho hỗn hợp gồm Na và Al có tỉ lệ số mol tương ứng là 1: 2 vào nước (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 8,96 lít khí H₂ (đktc) và chất rắn không tan. Khối lượng chất rắn còn lại sau phản ứng là            

 A. 5,04 gam.              B. 10,8 gam.               C. 2,7 gam.                 D. 5,4 gam.

 

Hướng dẫn giải

Gọi x là số mol Na trong hỗn hợp => số mol Al trong hỗn hợp là 2x

            2Na     +          2H₂O   →       2Na⁺    +          2OH^-   +          H₂

mol:        x                                                             x                 x/2

            2Al      +          2H₂O   +    2OH^-            →       2AlO₂^- +          3H₂

mol:        x                                                             x                  3x/2

            Sau phản ứng Al dư là x mol

            Ta có: x/2    +  3x/2     =          0,4       =>  x = 0,2

            Khối lượng chất rắn còn lại sau phản ứng là: 27.02 = 5,4 gam.

=> Đáp án D

 

 

Ví dụ 17: Cho 48,6 gam Al vào 450 ml dung dịch gồm KNO₃ 1M, KOH 3M sau phản ứng hoàn toàn thể tích khí thoát ra ở đktc là :

A. 30,24 lít.                 B. 10,08 lít.                 C. 40,32 lít.                 D. 45,34 lít.

 

Hướng dẫn giải

      Theo giả thiết ta có : số mol Al = 46,8/27 = 1,8 mol ; số mol KNO₃ = 1.0,45 = 0,45 mol; số mol KOH = 3.0,45 = 1,35 mol

                         KNO₃ →       K⁺     +       NO₃^-

          mol:        0,45                                   0,45

                        KOH  →   K⁺   +    OH^-

        mol:        1,35                          1,35

           

            8Al    +    3NO₃^-    +    5OH^-    +    2H₂O     →    8AlO₂^-    +    3NH₃ (1)

mol:      1,2            0,45         0,75                                                0,45

2Al     +    2OH^-    +    2H₂O     →    2AlO₂^-    +    3H₂                                  (2)

mol:     0,6             0,6                                                        0,9

      Theo giả thiết và phản ứng (1) ta thấy : Sau phản ứng (1) Al còn dư là 0,6 mol và OH^- dư là 0,6 mol nên tiếp tục xảy ra phản ứng (2).

      Theo (1) và (2) ta suy ra khí thu được gồm NH₃ và H₂.

=> Thể tích của hỗn hợp khí  = (0,45+0,9).22,4 = 30,24 lit

            => Đáp án A.

 

Dạng 3:  Nhôm tác dụng với dung dịch axit

* Al thể hiện tính khử khi tác dụng với axit

                                 Al → Al³⁺    +     3e

* Với HCl, H₂SO₄ loãng

                                 2H⁺  +  2e → H₂

* Với H₂SO₄ đặc nóng hoặc HNO­₃ : SO₄^2- → S, SO₂; NO₃- → NH₄⁺,  NO, N₂O, N_2..

             

Ví dụ 18:Hòa tan hoàn toàn m gam Al trong dung dịch HNO₃ loãng thu được 1,12 lít hỗn hợp X  gồm 3 khí NO, N₂O, N₂ có tỉ lệ số mol là: 1 : 2 : 2. Giá trị của m là :

1. 5,4 gam.                 B. 3,51 gam.                C. 2,7 gam.                 D. 8,1 gam.

 

Hướng dẫn giải

      Theo giả thiết ta có số mol hỗn hợp khí = 1,12/22,4 = 0,05 mol

      Mặt khác, tỉ lệ mol của 3 khí NO, N₂O, N₂ là 1 : 2 : 2 nên suy ra số mol tương ứng là 0,01; 0,02 và 0,02.

        Các quá trình oxi hóa – khử :

          Al      →    Al⁺³    +    3^e

mol :    x                                   3x

          NO₃^-         +  4H⁺     +   3e      →    NO + 2H₂O

mol :                                 0,03            0,01

           2NO₃^-         +  10H⁺+     8e      →     N₂O + 5H₂O

mol :                                     0,16            0,02

            2NO₃^-         +  12H⁺  +     10e      →    N₂ + 6H₂O

mol :                                       0,2            0,02

      Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 3x = 0,03 + 0,16 + 0,20 => x = 0,13 mol

=> khối lượng Al = 0,13.27 = 3,51 gam

 => Đáp án B.

 

Dạng 4:  Nhôm tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm)

 

Ví dụ 19: Nung nóng  m gam hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H₂ (đktc). Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là :

A. 48,3.                       B. 45,6.                       C. 36,7.                       D. 57,0.

 

Hướng dẫn giải

  Sơ đồ phản ứng: m gam h.h Al và Fe₃O₄ → h.h X rắn

                                                                             ↓ (+ dd NaOH dư)

                                                        (dd Y   + rắn Z + 3,36 lít H₂)

                                                           ↓ (+ CO₂)

                                                       39 gam kết tủa

 Số mol H₂ = 3,36/22,4 =    0,15 mol

         8Al + 3Fe₃O₄ →  9Fe +  4Al₂O₃ (1)

mol:    x       (3/8)x                   x/2

Hỗn hợp sau phản ứng nhiệt nhôm tác dụng được với dung dịch NaOH nên Al dư, Fe₃O₄ phản ứng hết    

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

mol:     x/2                                        x

2Al _(dư) + 2NaOH  + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂  (3)

mol:  0,1                                             0,1            0,15

Dung dịch Y có (0,1 + x) mol NaAlO₂ do đó sục CO₂ vào dung dịch Y thì  NaAlO₂  →  Al(OH)₃↓ (4)

Kết tủa là Al( OH)₃ = 39/78 = 0,5 mol

Theo (4) => số mol NaAlO₂ (trong dd Y) = số mol Al( OH)₃ = 0,5 mol

=> 0,1 + x = 0,5 => x = 0,4 mol

=> sô mol Fe₃O₄ = (3/8)x    =  0,15 mol

Vậy m = (0,4 + 0,1).27 + 0,15.232 =  48,3 gam.

=> Đáp án A.

 

Dạng 5 : Dung dịch muối nhôm phản ứng với dung dịch kiềm

 

* Nếu cho từ từ dung dịch kiềm mạnh vào dung dịch muối nhôm nhận thấy lúc đầu có kết tủa keo trắng, sau đó kết tủa tan dần  dung dịch trở nên trong suốt  do có phản ứng sau:

Al³⁺    + 3 OH^-    →  Al(OH)₃↓       (1)

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

- Nếu cho từ từ đến dư dung dịch muối nhôm vào dung dịch kiềm hoặc đổ dung dịch kiềm dư vào dung dịch muối nhôm thì không thấy có hiện tượng gì.

- Nếu ⁿAl³⁺ > ⁿAl(OH)₃  thì phải xét 2 trường hợp:

Trường hợp 1: Lượng OH^- không đủ để làm kết tủa hết lượng ion Al³⁺.

       Al³⁺    + 3 OH^-   →  Al(OH)₃↓

      Vậy ⁿ_OH-  = 3n↓ 

Trường hợp 2: Lượng OH^- làm kết tủa hết lượng ion Al³⁺ sau đó  1 phần kết tủa bị hòa tan do OH  dư       => xảy ra 2 phản ứng, theo thứ tự phản ứng (1) => (2)

Al³⁺    + 3 OH^-     →  Al(OH)₃ ↓      ( 1)   

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

      Từ (1) và (2) =>  nOH^-  = 4nAl³⁺ - n↓ phản ứng với một phần Al(OH)₃

       - Chú ý các thuật ngữ : nhỏ từ từ, tính lượng kiềm lớn nhất, nhỏ nhất, lượng kết tủa lớn nhất, nhỏ nhất để xác định đúng  trường hợp phản ứng.

 

Ví dụ 20:Cho V lít dung dịch NaOH 2M vào dung dịch chứa 0,1 mol Al₂(SO₄)₃ và 0,1 mol H₂SO₄ đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 7,8 gam kết tủa. Giá trị lớn nhất của V để thu được lượng kết tủa như trên là    

            A. 0,45 lít.                   B. 0,9 lít.                     C. 0,6 lít.                     D. 0,42 lít.

 

Hướng dẫn giải

Phương trình ion thu gọn

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

            0,2                   0,6                      0,2

            H⁺        +          OH^-     →       H₂O

0,2                   0,2

Số mol kết tủa thu được là 0,1 mol, nên ta có phản ứng hoà tan một phần kết tủa

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

              0,1                             0,1

            Số mol NaOH = số mol OH^- =    0,9 mol

            Thể tích NaOH lớn nhất để thu được lượng kết tủa như trên là:

                                   V_NaOH   =  0,9/2 = 0,45 lít

=> Đáp án A

 

Ví dụ 21:Cho m gam kali vào 300ml dung dịch chứa Ba(OH)₂ 0,1M và NaOH 0,1M thu được dung dịch X. cho từ từ dung dịch X vào 200ml dung dịch Al₂(SO₄)₃ 0,1M thu được kết tủa Y. Để thu được lượng kết tủa Y lớn nhất thì khối lượng K cần tham gia phản ứng là

            A. 0,78 gam.               B. 1,17 gam.                C. 1,56 gam.               D. 4,68 gam.

 

Hướng dẫn giải

            K         +          H₂O     →       KOH   +          H₂

            0,03                                         0,03

            Ba(OH)₂   →  Ba²⁺     +          2OH^-                   

               0,03                                      0,06

            NaOH      →  Na⁺       +          OH^-  

               0,03                                                0,03

            Al₂ (SO₄)₃       →       2Al³⁺   +          3SO₄^2-

              0,02                   0,04               0,06

            Để thu được lượng kết tủa là lớn nhất thì lượng OH^- trong dung dịch X phải làm kết tủa hết ion Al³⁺ theo phương trình.

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

            0,04                 0,12

             => số mol OH^- trong KOH = 0,03 mol

            Khối lượng K cần dùng là: 39. 0,03 =  1,17 gam.

=> Đáp án B