6 dạng bài tập Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm trong đề thi Đại học có giải chi tiết - Hoá học lớp 12

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

Với 6 dạng bài tập Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm trong đề thi Đại học có giải chi tiết Hoá học lớp 12 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 12.

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 : 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

Ví dụ 2 : 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 3 : 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

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 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

Ví dụ 2 : 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 3 : 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 4 : 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

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)

1 < K < 2: tạo ra hỗn hợp muối ( HCO₃^- và CO₃^2-) xảy ra cả 2 phản ứng (1) và (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