6 dạng bài tập Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm trong đề thi Đại học có giải chi tiết

Dạng 1: Nước cứng và làm mềm nước cứng

Phương pháp :

Nước chứa nhiều ion Ca²⁺ và Mg²⁺ được gọi là nước cứng

Phân loại:

- Nước có tính cứng tạm thời: Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂

.- Nước có tính cứng vĩnh cửu: muối SO₄^2-, Cl^-của Ca₂₊ và Mg₂₊

- Nước có tính cứng toàn phần : tạm thời + vĩnh cửu

Cách làm mềm nước cứng

- Phương pháp kết tủa:

- Phương pháp trao đổi ion

Ví dụ 1 : Trong cốc nước có chứa 0,01 mol Na+; 0,02 mol Ca2+; 0,01 mol Mg2+; 0,05 mol HCO₃^- và 0,02 mol Cl-. Nước trong cốc là:

A. Nước mềm

B. Nước cứng tạm thời

C. Nước vĩnh cửu

D. Nước cứng toàn phần

→ Đáp án D

Ví dụ 2 : Cho các phản ứng mô tả phương pháp khác nhau để làm mềm nước cứng ( dùng M²⁺ thay cho Ca²⁺ và Mg²⁺) như sau:

Phương pháp nào có thể áp dụng với nước có tính tạm thời?

A. (1)    B. (2)    C. (1) và (2)    D. (1), (2), (3), (4)

Hướng dẫn giải :

→ Đáp án

Ví dụ 3 : Phát biểu nào sau đây đúng?

A. Nước cứng là nước có chứa các muối CaCl₂, MgCl₂,…

B. Nước mềm là nước có chứa ít hoặc không chứa các ion Ca²⁺, Mg²⁺

C. Nước trong tự nhiên đều là nước cứng vì có chứa cation Ca²⁺, Mg²⁺

D. Nước khoáng đều là nước cứng

→ Đáp án B

Dạng 2: Hỗn hợp kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm tác dụng với nước

Phương pháp :

Cho kim loại kiềm, kiềm thổ vào nước thu được dung dịch chứa ion H⁺

Phương trình phản ứng

M + H₂O → M⁺ + OH^- + 1/2 H₂

M + 2H₂O → M²⁺ + 2OH^- + H₂

Nhận thấy: n_2OH^- = 2n_H2

Nếu có kim loại Al thì OH^- tác dụng với Al

Al + H₂O + OH^- → AlO₂^- + 3/2H₂

Ví dụ 1 : Hỗn hợp X gồm Na và Al. Cho m gam X vào một lượng nước dư thì thoát ra V lít khí. Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH dư thì được 1,75V lít khí. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong X là (biết các thể tích đo trong cùng điều kiện)

A. 39,87%    B.77,31%    C. 49,87%    D.29,87%

Hướng dẫn giải :

Ta thấy lượng H₂ sinh ra khi tác dụng với H₂O ít hơn so với lượng H₂ khi tác dụng với NaOH ⇒ Khi tác dụng với H₂O, Al còn dư:

n_Na = 2a (mol); n_Al = b (mol)

→ Đáp án D

Ví dụ 2 : Cho 2,22 gam hỗn hợp kim loại gồm K, Na và Ba vào nước được 500ml dung dịch X có pH = 13. Cô cạn dung dịch X được m gam chất rắn . m là:

A. 4,02    B. 3,42    C. 3,07    D. 3,05

Hướng dẫn giải :

Ta có pH = 13⇒pOH = 14 – 13 =1

⇒ [OH^-] = 0,1M ⇒ n_OH^- = 0,1 . 0,5 = 0,05 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

Ta có: m_(bazơ) = m_{(kim loại)} + m_OH^- = 2,22 + 0,05 .17 = 3,07 g

→ Đáp án C

Ví dụ 3 : Chia hỗn hợp X gồm K, Al, Fe thành 2 phần bằng nhau:

- Cho phần 1 vào dung dich KOH dư thu được 0,784 lít khí H₂ (đktc).

- Cho phần 2 vào một lượng H₂O dư thu được 0,448 lít khí H₂ (đktc) và m gam hỗn hợp kim loại Y. Hòa tan hoàn toàn Y vào dung dịch HCl dư thu được 0,56 lít khí H₂ (đktc).

Khối lượng tính theo gam cả K, Al, Fe trong mỗi phần hỗn hợp X lần lượt là:

A. 0,39; 0,54; 1,40

B. 0,78; 0,54; 1,12

C. 0,39; 0,54; 0,56

D. 0,78; 1,08; 0,56

Hướng dẫn giải :

Ta thấy lượng H₂ sinh ra khi tác dụng với H₂O ít hơn so với lượng H₂ khi tác dụng với KOH ⇒ Khi tác dụng với H₂O, Al còn dư

Gọi số mol K, Al, Fe trong mỗi hợp lần lượt là: x, y, z (mol)

n_H2 = 2x = 0,02 ⇒ x = 0,01, thay vào (1) ⇒ y = 0,02

Hỗn hợp Y gồm Al dư và Fe phản ứng với HCl

n_{Al dư} = y – x = 0,01 mol

n_H2 = 1,5n_{Al dư} + n_Fe = 0,025 ⇒ z = 0,01

Vậy m_K = 0,39g; m_Al = 0,54g; m_Fe = 0,56g

→ Đáp án C

Dạng 3: Bài toán về tính lưỡng tính của nhôm, hợp chất của nhôm

Phương pháp :

- Al, Al₂O₃, Al(OH)₃ ngoài tác dụng với axit còn có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm.

- Khi cho muối Al³⁺ tác dụng với dung dịch kiềm, tùy theo tỉ lệ mol mà phản ứng xảy ra theo thứ tự:

Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃ (1)

Nếu OH^- dư tiếp tục xảy ra phản ứng:

Al(OH)₃ + OH^- → AlO_2^- + H₂O (2)

- Dung dịch muối có khả năng tác dụng với axit tạo kết tủa:

AlO_2^- + H⁺ + H₂O → Al(OH)₃

Các dạng bài thường gặp:

- Nếu tính được tỉ lệ = T

   + T ≤ 3 ⇒ Al³⁺ dư ⇒ chỉ xảy ra phản ứng (1) và tạo kết tủa

n_OH^- = 3n↓

   + T ≥ 4⇒ OH^- dư sau phản ứng (1) và đủ hoặc dư phản ứng (2) do đó kết tủa bị hòa tan hết, không tạo kết tủa

   + 3 < T < 4 ⇒ Xảy ra cả phản ứng (1) và (2): Kết tủa tạo ra ở phản ứng (1) và bị tan 1 phần ở phản ứng (2)

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓

- Nếu bài toán cho n↓ và n_Al³⁺

   + n↓ = n_Al³⁺ ⇒ Chỉ xảy ra phản ứng (1)

   + n↓ ≠ n_Al³⁺

TH1: Al³⁺ dư, chỉ xảy ra phản ứng (1) ⇒ n_OH^- = 3n↓

TH2: OH^- dư sau phản ứng (1) ⇒ xảy ra phản ứng (2) và kết tủa bị hòa ton 1 phần

- Khi cho từ từ OH^- vào dung dịch Al³⁺, dựa vào số liệu và hiện tượng để xét các trường hợp trên để giải toán

Chú ý:

   + Lượng OH^- lớn nhất khi OH^- dư và hòa tan kết tủa:

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓

+Lượng kết tủa lớn nhất khi kết tủa sinh ra chưa bị hòa tan:

n↓ = n_Al³⁺

   + Khi cho từ từ H⁺ ( hoặc sục khí CO₂) vào dung dịch chứa AlO_2^- ( hay Al(OH)₄^-) thì các phản ứng xảy ra theo thứ tự

AlO_2^- + H⁺ + H₂O → Al(OH)₃ (3)

Sau đó H⁺ dư xảy ra phản ứng:

Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O (4)

Tùy vào tỉ lệ số mol của AlO_2^- và H⁺ mà có thể kết tủa lại hoặc tạo kết tủa và kết tủa tan

   + Nếu AlO_2^- dư ⇒ Chỉ xảy ra phản ứng (3)

      n_H⁺ = n↓

   + Nếu H⁺ dư, tạo kết tủa rồi kết tủa lại tan một phần ⇒ Xảy ra cả phản ứng (3) và (4)

      n_H⁺ = 4n_AlO2^- - 3n↓

Ví dụ 1 : Cho từ từ 0,7 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,1 mol Al₂(SO₄)₃. Số mol kết tủa thu được là:

A. 0,2    B. 0,15    C. 0,1    D. 0,05

Hướng dẫn giải :

n_Al³⁺ = 0,2

n_OH^- : n_Al³⁺ = 0,7 : 0,2 = 3,5

⇒ Tạo kết tủa Al(OH)3 và kết tủa tan một phần

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓ ⇒ n↓ = 4.0,2 – 0,7 = 0,1 mol

→ Đáp án C

Ví dụ 2 : Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M thì lượng kết tủa là 15,6g. Gía trị lớn nhất của V là:

A. 1,8    B. 2.4    C. 2    D. 1,2

Hướng dẫn giải :

n_Al³⁺ = 0,3 ≠ n↓ = 15,6:78 = 0,2

OH^- lớn nhất khi: n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓ = 1 mol

⇒ V = 2 lít

→ Đáp án C

Ví dụ 3 : Cho 2,7g Al vào 200ml dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch A. Thêm từ từ 100ml dung dịch HCl vào dung dịch A thu được 5,46g kết tủa. Nồng độ của HCl là:

A. 2,5 và 3,9

B. 2,7 và 3,6

C. 2,7 và 3,5

D. 2,7 và 3,9

Hướng dẫn giải :

n_Al = 0,1; nNaOH = 0,3

Al + H₂O + NaOH → NaAlO₂ + 3/2H₂

⇒ nNaOH dư = 0,2 mol; n_AlO2^- = 0,1 mol

n_Al(OH)3 = 5,46 : 78 = 0,07 ≠ n_AlO2^-

⇒ TH1: H⁺ thiếu AlO₂^- vẫn còn dư

n_H⁺ = n_OH^-dư + n↓ = 0,2 + 0,07 = 0,27 ⇒ C_{M HCl} = 2,7M

⇒ TH2: tạo Al(OH)3 và bị hòa tan một phần bởi H⁺

n_H⁺ = n_OH^-dư + 4n_AlO2^- - 3n↓ = 0,2 + 4.0,1 – 3.0,07 = 0,39

C_{M HCl} = 3,9M

→ Đáp án D

Ví dụ 4 : Cho V ( lít) dung dịch Ba(OH)2 0,5M vào 200ml dung dịch Al(NO₃)3 0,75M thu được 7,8g kết tủa. Vậy giá trị của V là:

A. 0,3 và 0,6

B. 0,3 và 0,7

C. 0,4 và 0,8

D. 0,3 và 0,5

Hướng dẫn giải :

n↓ = n_Al(OH)3 = 7,8/78 = 0,1 mol

n_Al³⁺ = 0,75.0,2 = 0,15 ≠ n↓

⇒ TH2: Al³⁺ dư ; n_OH^- = 3n↓ = 0,3⇒ n_Ba(OH)2 = 0,15⇒ V = 0,3

⇒ TH2: OH^- dư hòa tan một phần kết tủa

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓ = 0,5 ⇒ n_Ba(OH)2 = 0,25 ⇒ V = 0,5

→ Đáp án D

Dạng 4: Bài toán CO₂, SO₂ tác dụng với dung dịch bazơ

Phương pháp :

OH^- + CO₂ → CO₃^2- + H₂O (1)

OH^- + CO₂ → HCO₃^- (2)

Lập tỉ số: K =

Nếu : K ≥ 2: Chỉ tạo muối cacbonat (CO₃^2-), chỉ xảy ta phản ứng (1)

K ≤ 1: Chỉ tạo axit (HCO₃^-), chỉ xảy ra phản ứng (2)

Lưu ý: Với những bài toàn không tính được K, ta phải dựa vào dữ kiện đề bài để tìm ra khả năng tạo muối như:

   + Hấp thu CO₂ vào chỉ dung dịch bazơ dư ⇒ chỉ tạo muối CO₃^2-

   + Hấp thu CO₂ dư vào chỉ dung dịch bazơ ⇒ chỉ tạo muối HCO₃^-

   + Nếu dung dịch sau phản ứng thêm OH^- vào lại sinh ra CO₃^2- ( hoặc đun nóng ) ⇒ Trong dung dịch có HCO₃^-:

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2-

   + Nếu bài toán không cho bất kì dữ liệu nào thì phải chia trường hợp để giải

Ví dụ 1 : Hấp thụ hoàn toàn 4,48l khí CO₂ ở (đktc) vào 500ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa. Gía trị của m là:

A. 19,70    B. 17,73    C. 9,85    D. 11,82

Hướng dẫn giải :

n_CO2 = 0,2 mol; n_OH^- = n_NaOH + 2n_Ba(OH)2 = 0,25 mol

1 < n_OH^- : n_CO2 < 2 ⇒ Tạo hỗn hợp muối CO₃^2- và HCO₃^-

CO₂ + OH^- → HCO₃^- (1)

x       x        x

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- (2)

y       2y       y

n_CO2 = x + y = 0,2

n_OH^- = x + 2y = 0,25

⇒ x = 0,15; y = 0,05

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃

0,1 0,05

⇒ n_Ba²⁺ = n_CO3^2- = 0,05 ⇒ m = 0,05 .197 = 9,85g

→ Đáp án C

Ví dụ 2 : Sục a mol khí CO₂ vào dung dịch Ca(OH)2 thu được 3g kết tủa. Lọc tách kết tủa rồi đun nóng nước lọc lại thu được thêm 2g kết tủa nữa. Gía trị của a là:

A. 0,05 mol    B. 0,06 mol    C. 0,07 mol    D. 0,08 mol

Hướng dẫn giải :

n_CaCO3 lúc đầu = 0,03 mol

Đun thêm nước lọc lại thu được kết tủa → trong dung dịch có muối HCO₃^-

n_CaCO3 thêm = n_CO3^2- = 0,02

Bảo toàn C: nCO₂ = n_CaCO3 lúc đầu + n_HCO3^- = 0,03 + 0,04 = 0,07 mol

→ Đáp án C

Ví dụ 3 : Sục CO₂ vào dung dịch hỗn hợp gồm Ca(OH)₂ và KOH ta quan sát hiện tượng theo đồ thị hình bên (số liệu được tính theo đơn vị mol). Giá trị của x là?

A. 0,10    B. 0,11    C. 0,13    D.0,12

Hướng dẫn giải :

Quan sát đồ thị ta thấy số mol CO₂ =0,15 thì kết tủa max

⇒ n_Ca(OH)2=n_CaCO3 max=0,15 mol

n_CO2 hòa tan kết tủa = 0,5 – 0,45 = 0,05 mol

CO₂ + H₂O + CaCO₃ → Ca(HCO₃)₂

0,05    →           0,05 (mol)

⇒ n_CaCO3 bị hòa tan = 0,05 mol

⇒ n_CaCO3 còn lại = x = 0,15 – 0,05 = 0,1 mol

→ Đáp án A

Dạng 5: Bài toán về muối cacbonat

Phương pháp :

Với muối cacbonat ta thường gặp hai dạng bài:

Chú ý :

- Khi cho từ từ HCl vào hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat phản ứng xảy ra theo trình tự:

Đầu tiên: H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^-

Sau đó: H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O

- Khi cho từ từ hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat vào dung dịch HCl, xảy ra đồng thời theo đúng tỉ lệ của 2 muối để tạo khí CO₂

Ví dụ 1 : Nung nóng 100g hỗn hợp NaHCO₃ và Na₂CO₃ đến khối lượng không đổi thu được 69kg hỗn hợp rắn. % khối lượng của NaHCO₃ trong hỗn hợp là:

A. 80%    B. 70%    C. 80,66%    D. 84%

Hướng dẫn giải :

→ Đáp án D

Ví dụ 2 : Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch chưa Na2CO₃ 0,2M và NaHCO₃ 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO₂ là:

A. 0,03    B. 0,01    C. 0,02    D.0,015

Hướng dẫn giải :

n_HCl = 0,03 mol; n_Na2CO3 = 0,02 mol; n_NaHCO3 = 0,02 mol

Khi cho từ từ HCl vào dung dịch xảy ra phản ứng theo thứ tự:

H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^-

0,02    0,02    0,02 (mol)

n_H⁺ còn = 0,01 mol; n_HCO3^2- = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol

H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O

0,01        0,04

⇒ n_CO2 = n_H⁺ = 0,01 mol

→ Đáp án B

Ví dụ 3 : Nhỏ từ từ 200ml dung dịch X (K₂CO₃ 1M và NaHCO₃ 0,5M) vào 200ml dung dịch HCl 2M thì thể tích khí CO₂ thu được là:

A. 4,48l    B. 5,376l    C. 8,96l    D. 4,48l

Hướng dẫn giải :

n_CO3^2- = 0,2 mol; n_HCO3^- = 0,1 mol; n_H⁺ = 0,4 mol

n_CO3^2- : n_HCO3^- = 2:1

⇒ 5H⁺ + 2CO₃^2- + HCO₃^- → 3CO₂ + 3H₂O

       0,4      0,2      0,1

⇒ H⁺ hết; n_CO2 = 3/5 n_H⁺ = 0,24 ⇒ V_CO2 = 5,376 lít

→ Đáp án B

Dạng 6: Phản ứng nhiệt nhôm (Cho bột Al tác dụng với oxit kim loại)

Phương pháp :

2yAl + 3M_xO_y → yAl₂O₃ + 3Xm

M là các kim loại có tính khử trung bình và yếu

Thường gặp: 2yAl + 3Fe_xO_y → yAl₂O₃ + 3xFe

Các trường hợp có thể xảy ra:

- Hiệu suất phản ứng H= 100% ( phản ứng xảy ra hoàn toàn) . Nếu cho sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm có H₂ thoát ra, thì sản phẩm có Al dư, Fe và Al₂O₃

- Nếu H < 100% ( phản ứng không hoàn toàn). Khi đó hỗn hợp sau phản ứng gồm: Al, Fe_xO_y, Al₂O₃, Fe.

Ví dụ 1 : Nung hỗn hợp gồm 10,8g Al và 16,0g Fe2O₃ ( trong điều kiện không có không khí), sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y. Khối lượng kim loại trong Y là:

A. 5,6g    B. 22,4g    C. 11,2g    D. 16,6g

Hướng dẫn giải :

n_Al = 0,4; n_Fe2O3 = 0,1 mol

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

⇒ n_{Al dư} = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

⇒n_Fe = 2 n_Fe2O3 = 0,2

⇒m_kl = m_Al + m_Fe = 0,2.27 + 0,2.56 = 16,6g

→ Đáp án D

Ví dụ 2 : Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và Fe₂O₃ ( trong điều kiện không có không khí). Nếu cho những chất sau phản ứng tác dụng với NaOH dư sẽ thu được 0,3mol H₂; còn nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H₂. Vậy số mol Al trong hỗn hợp X là:

A. 0,3    B. 0,4    C. 0,25    D. 0,6

Hướng dẫn giải :

Cho hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với NaOH → H₂

⇒ Trong hỗn hợp có Al dư; n_Al = 2/3n_H2 = 0,2 mol

Cho tác dụng với HCl: n_H2 = 3/2 n_Al + n_Fe⇒ n_Fe = 0,1 mol

Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe

                 0,1 ←              0,1 ( mol)

⇒ n_Al = 0,2 + 0,1 = 0,3 mol

→ Đáp án A

Ví dụ 3 : Thực hiện các phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm m gam Al và 4,56 gam Cr₂O₃ (trong điều kiện không có O₂) , sau khi phản ứng kết thúc , thu được hỗn hợp X . Cho toàn bộ X vào một lượng dư dung dịch HCl (loãng, nóng), sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn , thu được 2,016 lít H₂ (đktc). Còn nếu cho toàn bộ X vào một lượng dư dung dịch NaOH đặc , nóng , sau phản ứng kết thúc thì số mol NaOH đã phản ứng là :

A. 0 ,06 mol    B. 0,14 mol    C. 0,08 mol    D. 0,16 mol

Hướng dẫn giải :

→ Đáp án C