Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2

Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Sơn Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - BÀI TOÁN VỀ Al(OH)3 VÀ Zn(OH)2 TÀI LIỆU BÀI GIẢNG 1. BÀI TOÁN CÓ PHẢN ỨNG CỦA AL3+ TÁC DỤNG VỚI OH- ĐẾN DƯ Sơ đồ phản ứng : 3OH OH3 3 2Al Al(OH) AlO      - Khi đề cho số mol Al3+ và OH- thì tính lần lượt: kết tủa rồi tan - Khi đề cho số mol Al(OH)3 < Al 3+ thì sẽ có hai giá trị của OH- phù hợp Công thức tính nhanh: 3Al(OH)OH min n 3n  3 3Al(OH)OH max Al n 4n n   Chú ý: - Nếu trong dung dịch chứa Al3+ còn chứa thêm H+ thì OH- cho vào dung dịch sẽ trung hoà lượng H+ này trước. - Nếu dung dịch chứa thêm các ion kim loại khác như Mg2+; Fe2+... thì OH- sẽ tạo kết tủa với các ion này trước khi hoà tan Al(OH)3. - Nếu dung dịch chứa SO4 2- , khi thêm Ba(OH)2 thì ngoài các kết tủa M(OH)n còn có thêm kết tủa BaSO4. Lượng kết tủa max, min còn phụ thuộc vào BaSO4. - Khi sục CO2 vào dung dịch chứa Ba 2+ ; AlO2 - ; OH - thu được các kết tủa Al(OH)3 và BaCO3. Ví dụ 1: 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 trên là A. 0,45. B. 0,35. C. 0,25. D. 0,05. (Trích đề thi TSĐH năm 2008 - Khối A) Bài giải Sử dụng công thức tính nhanh: 3)OH(Al n = 7,8 78 = 0,1 (mol) < 3Al n  = 0,2 mol 3 3Al(OH)OH max H Al n n (4n n )     = 0,2 + 4.0,2 – 0,1 = 0,9 mol V = 0,45; Đáp án A. Ví dụ 2: Thêm m gam kali vào 300 ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1M thu được dung dịch X. Cho từ từ dung dịch X vào 200 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M thu được kết tủa Y. Để thu được lượng kết tủa Y lớn nhất thì giá trị của m là A. 1,59. B. 1,17. C. 1,71. D. 1,95. (Trích đề thi TSCĐ năm 2007 - Khối A, B) Bài giải Ta có 2Ba(OH) n = 0,3  0,1 = 0,03 (mol) ; NaOHn = 0,3  0,1 = 0,03 (mol) 2 4 3Al (SO ) n = 0,2  0,1 = 0,02 (mol) 2Ba(OH) NaOH KOHOH m n 2.n n n 0,09 39       Để thu được lượng kết tủa lớn nhất thì nOH- = 3.nAl3+ = 0,12; m = 1,17 Ví dụ 3: Cho V ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,2M và NaOH 0,1M vào 200 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,1M thì thu được lượng kết tủa lớn nhất. Giá trị của V và khối lượng kết tủa thu được là : A. 240 và 14,304 gam. B. 240 và 14,76 gam. C. 300 và 14,76 gam. D. 300 và 14,304. Hướng dẫn: Ta có : nOH - = 0,5V mol; nBa 2+ = 0,2V mol; nAl 3+ = 0,04mol; nSO4 2- = 0,06 mol Nếu kết tủa hết Al3+ thì : nOH- = 3nAl3+ = 0,12 mol. V = 0,24 khi đó Ba2+ = 0,048 < 0,06 (nSO42-) Nhận xét: khi V tăng 1 lít (0,2 mol Ba2+ và 0,24 mol OH-) thì + Kết tủa BaSO4 tăng thêm 0,2.233 = 46,6 gam Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Sơn Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - + Kết tủa Al(OH)3 tan đi 0,24.78 = 18,72 gam Như vậy kết tủa lớn nhất khi SO4 2- hết. Để thu được lượng kết tủa lớn nhất thì Ba2+ đủ làm kết tủa hết nSO4 2- = 0,06 mol 0,2V = 0,06 -> V = 0,3 Tổng nOH- = 0,5.0,3 = 0,15 mol. nAl(OH)3 = 0,04 – (0,15 – 0,04.3) = 0,01mol Khối lượng kết tủa : m = mBaSO4 + mAl(OH)3 = 0,06.233 + 0,01.78 = 14,76 gam Ví dụ 4: Cho m gam Na vào 150 ml dung dịch AlCl3 1M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được V lít khí (đktc) và 9,36 gam kết tủa. Tính m và V. a) Giá trị nhỏ nhất của m và V lần lượt là A. 8,28 và 2,016. B. 4,14 và 4,032. C. 8,28 và 4,032. D. 4,14 và 2,016. b) Giá trị lớn nhất của m và V lần lượt là A. 20,7 và 10,08. B. 11,04 và 5,376. C. 11,04 và 10,08. D. 20,70 và 5,376 Hướng dẫn: Cho Na vào dung dịch AlCl3, trước tiên xảy ra phản ứng của Na với H2O: Na + H2O  NaOH + 1 2 H2  (1) m 23  m 23 m 46 AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3  + 3NaCl (2) Ta có Nan = m 23 mol ; 3AlCl n = 0,15.1 = 0,15 (mol) Nhận xét: 3)OH(Al n = 9,36 78 = 0,12 (mol) < 3AlCl n = 0,15 mol Trường hợp 1: 3Al(OH)OH min n 3n  = 0,36 (mol) m 23 = 0,36; m = 8,28 V = m 46  22,4 = 8, 28 46  22,4 = 4,032. Trường hợp 2: 3 3Al(OH)OH max Al n 4n n   = 4.0,15 – 0,12 = 0,48 mol NaOHn = m 23 = 0,48; m = 11,04 V = m 46  22,4 V = 5,376 Ví dụ 5: Hoà tan hết m gam Al2(SO4)3 vào nước được dung dịch A. Cho 300 ml dung dịch NaOH 1M vào A, thu được a gam kết tủa. Mặc khác, nếu cho 400 ml dung dịch NaOH 1M vào A, cũng thu được a gam kết tủa. Giá trị của m là A. 21,375. B. 42,750. C. 17,100. D. 22,800. Hướng dẫn: - 3Al(OH)OH min n 3n  tính được Al(OH)3 = 0,1 mol - 3 3Al(OH)OH max Al n 4n n   tính được Al3+ = (0,4 + 0,1)/4 = 0,125 mol m = 342.0,125/2 = 21,375 gam 2. BÀI TOÁN CÓ PHẢN ỨNG Zn2+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA OH- 2OH 2OH2 2 2Zn Zn(OH) ZnO      Khi số mol Zn(OH)2 < Zn 2+ thì có hai trường hợp đúng với OH- đã phản ứng 2Zn(OH)OH min n 2n  Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Sơn Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - 2 2Zn(OH)OH max Zn n 4n 2n   Ví dụ 1: Cho từ từ V ml dung dịch X gồm KOH 1M và Ba(OH)2 0,5M vào 100ml dung dịch Zn(NO3)2 1,5M thì thu được 9,9 gam kết tủa. a) Giá trị nhỏ nhất của V là A. 150 B. 100. C. 200. D. 300 b) Giá trị lớn nhất của V là: A. 150 B. 100. C. 200. D. 300 Hướng dẫn: Số mol Zn(OH)2 = 9,9/99 = 0,1 mol < Zn 2+ (0,15 mol) a) Số mol OH- = 2V Nhỏ nhất khi 2V = 2.0,15; V = 0,15 lít = 150 ml b) OH - lớn nhất khi 2V = 4.0,15 – 2.0,1 = 0,4. V = 0,2 lít = 200 ml Ví dụ 2: Cho từ từ V ml dung dịch NaOH 2M vào 200 ml dung dịch Zn(NO3)2 0,175 M được 2,97g kết tủa. Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của V lần lượt là A. 30 và 40. B. 30 và 55. C. 20 và 40. D. 20 và 55. Số mol Zn(NO3)2: 0,2.0,175 = 0,035 > Zn(OH)2 = 297 99 = 0,03 (mol) - Trường hợp 1: nNaOH (min) = 2. 0,03 = 0,06 (mol). Vmin = 006 . 1000 2 = 30 (ml). - Trường hợp 2: nNaOH (max) = 4.0,035 – 2.0,03 = 0,08 mol Vmax = 008 . 1000 2 = 40 (ml) 3. BÀI TOÁN CÓ PHẢN ỨNG H+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA AlO2 - 2H H O 3H 3 2 3AlO Al(OH) Al     Nếu số mol Al(OH)3 < AlO2 - thì có hai trường hợp đúng với H+ - Trường hợp 1: H+ thiếu, chỉ đủ để tạo kết tủa 3Al(OH)H min n n  - Trường hợp 2: H+ để tạo kết tủa hoàn toàn và tan một phần 22 Al(OH)H max AlO n 4n 3   Ví dụ 1: Cho từ từ 1 mol HCl vào dung dịch A chứa m gam NaOH và 0,3 mol NaAlO2 thu 15,6 gam kết tủa và dung dịch B. Giá trị của m là A. 32 hoặc 64. B. 16 hoặc 64. C. 16 hoặc 32. D. 16 hoặc 40. Hướng dẫn: 2H H O 3H 3 2 3AlO Al(OH) Al     - Trường hợp 1: H+ = OH- + Al(OH)3 tính được m/40 = 0,8; m = 32 - Trường hợp 2: H+ = OH- + 4AlO2 - - 3Al(OH)3 1 = m/40 + 4.03 - 3.0,2 tính được m = 16. Ví dụ 2:Nhỏ từ từ 0,25 lít dung dịch NaOH 1,04M vào dung dịch gồm 0,024 mol FeCl3, 0,016 mol Al2(SO4)3 và 0,04 mol H2SO4 thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là A. 2,568. B. 1,560. C. 4,128. D. 5,064. Đáp án C Các phương trình hoá học dạng ion: H + OH  H2O (1) 0,08  0,08 3Fe  + 3 OH  Fe(OH)3  (2) 0,024  0,072 0,024 Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Sơn Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - 3Al  + 3OH  Al(OH)3  (3) 0,032  0,096 0,032 NaOHn = 0,25  1,04 = 0,26 (mol) ; H n  = 2  2 4H SO n = 0,08 (mol) 3Fe n  = 3FeCl n = 0,024 mol ; 3Al n  = 2  2 4 3Al (SO ) n = 0,032 (mol) Theo (1, 2, 3): NaOHn = 0,08 + 0,072 + 0,096 = 0,248 (mol)  NaOHn dư = 0,26 – 0,248 = 0,012 (mol) Al(OH)3 + OH  4[Al(OH) ]  (4) 0,012  0,012 Do đó kết tủa thu được gồm 3 3 Fe(OH) : 0,024 mol Al(OH) : 0,02 mol    Vậy m = 107  0,024 + 78  0,02 = 4,128 (gam). Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp gồm Al và Al4C3 vào dung dịch KOH (dư), thu được a mol hỗn hợp khí và dung dịch X. Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch X, lượng kết tủa thu được là 46,8 gam. Giá trị của a là A. 0,55. B. 0,60. C. 0,40. D. 0,45. (Trích đề thi TSĐH năm 2008 - Khối A) Bài giải (Bước 1) Phương trình hoá học của các phản ứng:  Al và Al4C3 + dung dịch KOH (dư): 2Al + 2KOH + 6H2O  2K[Al(OH)4] + 3H2  (1) x  x 3x 2 Al4C3 + 4KOH + 12H2O  4K[Al(OH)4] + 3CH4  (2) y  4y 3y Dung dịch X chứa K[Al(OH)4] (x + 4y) mol và KOH dư  Dung dịch X + CO2 (dư): KOH + CO2  KHCO3 (3) K[Al(OH)4] + CO2  Al(OH)3  + KHCO3 (4) x + 4y  x + 4y (Bước 2) Gọi x, y là số mol của Al và Al4C3 (Bước 3) Ta có 3Al(OH) n  = 46,8 78 = 0,6 (mol) (Bước 4 - 5) Số mol hỗn hợp: x + y = 0,3 (I) Số mol kết tủa: x + 4y = 0,6 (II) (Bước 7) Giải hệ 2 phương trình (I, II), ta được: x = 0,2 ; y = 0,1 Vậy a = 3x 2 + 3y = 3 0,2 2  + 3  0,1 = 0,6 (mol).  Chọn đáp án B. Ví dụ 4: Hoà tan hoàn toàn 47,4 gam phèn chua KAl(SO4)2.12H2O vào nước, thu được dung dịch X. Cho toàn bộ X tác dụng với 200 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau phản ứng thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là A. 7,8. B. 46,6. C. 54,4. D. 62,2. (Trích đề thi TSCĐ năm 2009 - Khối A, B) Bài giải (Bước 1) Các phương trình điện li: KAl(SO4)2.12H2O  K + 3Al  + 2 2 4SO  + 12H2O 0,1  0,1 0,2 Ba(OH)2  2Ba  + 2 OH 0,2  0,2 0,4 Phương trình hoá học của các phản ứng dạng ion: 2Ba  + 2 4SO   BaSO4  (1) Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Sơn Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 - 0,2  0,2 0,2 3Al  + 3OH  Al(OH)3  (2) 0,1  0,3 0,1 Al(OH)3 + OH  4[Al(OH) ]  (3) 0,1  0,1 (Bước 3 - 4) Ta có 4 2 2KAl(SO ) .12H O n = 47, 4 474 = 0,1 (mol) 2Ba(OH) n = 0,2  1 = 0,2 (mol) (Bước 7) Kết tủa thu được chỉ có BaSO4 Vậy m = 233  0,2 = 46,6 (gam).  Chọn đáp án B. Ví dụ 5:Chia m gam hỗn hợp X gồm Al, Ba thành 2 phần bằng nhau - Phần 1: tác dụng với nước dư được 0,04 mol H2 - Phần 2: tác dụng với 500 ml dung dịch NaOH (dư) được 0,07 mol H2 và dung dịch Y. Cho V ml dung dịch HCl 1M vào Y được 1,56 gam kết tủa. Giá trị của V lớn nhất để thu được lượng kết tủa trên là A. 20 B. 50 C. 100 D. 130 Đây là dạng toán hỗn hợp gồm 1 kim loại mạnh (kiềm hoặc kiềm thổ) và kim loại Al hoặc Zn tác dụng với nước, hoặc dung dịch kiềm. + Nên viết phương trình ở dạng ion rút gọn đề tính cho đơn giản + Đầu tiên kim loại kiềm (kiềm thổ) phản ứng với H2O trước, sau đó Al hoặc Zn bị hòa tan bởi OH- => Về bản chất, phản ứng ở cả hai phần là giống nhau. Tại sao Đơn giản, vì ở phần ở phần (1) Al chưa phản ứng hết (phần (2) NaOH dư nên cả Al và Ba phản ứng hết). Phần 1: Ba + 2H2O → Ba 2+ + 2OH- + H2 (1) x 2x x 2Al + 2OH - + 6H2O → 2[Al(OH)4] - + 3H2 (2) 2x 2x 3x => x + 3x = 0,04 mol => x = 0,01 mol Phần 2: Ba + 2H2O → Ba 2+ + 2OH - + H2 (3) x 2x x 2Al + 2OH - + 6H2O → 2[Al(OH)4] - + 3H2 (4) y y y 1,5y => Số mol H2 (2) = x + 1,5 y = 0,01 + 1,5y = 0,07 mol => y = 0,04 Dung dịch Y chứa các ion phản ứng được với H+ Số mol OH- (dư) = (0,05 + 2x) – y = (0,05 + 2.0,01) – 0,04 = 0,03 mol (chú ý: lượng OH- tạo ra phải là (0,05 + 2x) chứ không phải chỉ là 0,05 mol vì phải cộng thêm OH- do Ba tạo ra). n VHCl (max) khi kết tủa Al(OH)3 bị hòa tan một phần OH - + H + → H2O (5) 0,03 0,03 [Al(OH)4] - + H + → Al(OH)3 ↓ + H2O (6) 0,04 0,04 0,04 Al(OH)3 + 3H+ → Al 3+ + 3H2O (7) (0,04-0,02) 0,06 Từ (5), (6), (7): tổng số mol H+= 0,03 + 0,04 + 0,06 = 0,13 mol => V = 130 ml → Đáp án D. Ví dụ 6: (Câu 18 - Mã đề 856 - Khối A - TSĐH 2010) Hoà tan hoàn toàn m gam ZnSO4 vào nước đươc̣ dung dic̣h X . Nếu cho 110 ml dung dic̣h KOH 2M vào X thì thu đươc̣ 3a gam kết tủa. Măṭ khác, nếu cho 140 ml dung dic̣h KOH 2M vào X thì thu đươc̣ 2a gam kết tủa. Giá trị của m là A. 32,20 B. 24,15 C. 17,71 D. 16,10 Cách 1: Bài toán này sẽ được giải với trường hợp tổng quát nhất là TN1, Zn(OH)2 bị tan một phần và ở TN2 số mol KOH lớn hơn nên Zn(OH)2 bị tan nhiều hơn. TN1. nKOH = 0,22 mol 2KOH + ZnSO4 → Zn(OH)2 + K2SO4 (1) 2KOH + Zn(OH)2 → K2ZnO2 + 2H2O (2) Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa –Thầy Sơn Bài toán về Al(OH)3 và Zn(OH)2 Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 6 - Gọi x là số mol của Zn(OH)2 phản ứng ở pt (2)  Số mol của Zn(OH)2 tạo ra ở pt (1) là 99 3a x  ; nKOH = 2x + ) 99 3 (2 a x  = 0,22 mol (1') TN2. nKOH = 0,28 ; Lượng KOH ở thí nghiệm 2 lớn hơn TN1 là 0,28 – 0,22 = 0,06 mol. Tương tự như trên ta có: nKOH = (2x + 0,06) + ) 99 2 03,0(2 a x  = 0,28 mol (2') Từ (1') và (2') => x = 0,01 ; a = 2,97 ==> nZnSO4 = 99 3a x  = 0,1 mol => mZnSO4 = 161.0,1 = 16,1g Cách 2: Sơ đồ: ZnSO4 + 0,22 mol OH - → 3a gam Zn(OH)2 ↓ ZnSO4 + 0,28 mol OH - → 2a gam Zn(OH)2 ↓ → số mol OH- tham gia hòa tan a gam Zn(OH)2 ↓ là 0,28 – 0,22 = 0,06 mol Zn(OH)2 ↓ + 2OH - → Zn(OH)4 2- (tan) 0,03 0,06 (mol) → a gam Zn(OH)2 ↓ tương đương với 0,03 mol Zn(OH)2 ↓ Đưa bài toán về dạng ZnSO4 + 0,28 mol OH - → 2a gam Zn(OH)2 ↓( 0,06mol) và Zn(OH)4 2- (tan) * Bảo toàn nhóm OH- → số mol OH- ban đầu = số mol OH- trong Zn(OH)2 ↓ + số mol OH - trong Zn(OH)4 2- 0,28 = 2 x 0,06 + 4 x số mol Zn(OH)4 2- → số mol Zn(OH)4 2- = 0,04 mol * Bảo toàn Zn:→ số mol Zn2+ ban đầu = số mol Zn2+ trong Zn(OH)2 ↓ + số mol Zn 2+ trong Zn(OH)4 2- (tan) Số mol ZnSO4 = Số mol Zn(OH)2 ↓ + số mol Zn(OH)4 2- = 0,06 + 0,04 = 0,1 mol → m = 0,1x 161 = 16,1 gam → Chọn đáp án A. Cách 3: TN1: nKOH=0,22 mol =>3a g kết tủa TN2: nKOH=0,28 mol =>2a g kết tủa => Khi cho thêm 0,06 mol KOH thì kết tủa bị hòa tan a g, tức là kiềm hết, kết tủa dư => Số mol kết tủa bị hòa tan trong TN2 =0,06/2=0,03 mol => Số mol Zn(OH)2 trong TN1 = 0,09 mol < 0,22/2 => TN1: kiềm dư, ZnSO4 hết ZnSO4 + 2KOH => Zn(OH)2 (1) a mol..........2a.......... a Zn(OH)2 + 2KOH => K2ZnO2 + 2H2O (2) b mol...........2b Ta có: 2a + 2b = 0,22 a - b = 0,09 => a = 0,1 => m = 0,1.161 = 16,1g Cách 4: 2 2 3 1: 4 2 0,22 4x 2 * (1) 99 2 2 : 4 2 0,28 4x 2 * (2) 99                     OH Zn OH Zn a TN n n n a TN n n n Giải hệ 1 và 2 => m = 2,97 gam thayvào 1 ta có x = 0,1 mol => m = 16,1 gam Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn Nguồn: Hocmai.vn