Bài 18. Nhôm

$A_1 : Fe_3O_4,Fe$

$B_1 : NaOH,NaAlO_2$

$C_1 : H_2$

$Al_2O_3 + 2NaOH \to 2NaAlO_2 + H_2O$
$2Al + 2H_2O + 2NaOH \to 2NaAlO_2 + 3H_2$

$A_2 : Fe,Al,Al_2O_3$
$Fe_3O_4 + 4H_2 \xrightarrow{t^o} 3Fe + 4H_2O$

$B_2 : Al_2(SO_4)_3$
$2NaAlO_2 + H_2SO_4 + 2H_2O \to 2Al(OH)_3 + Na_2SO_4$

$2Al(OH)_3 + 3H_2SO_4 \to Al_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

$B_3 : Fe_2(SO_4)_3,Al_2(SO_4)_3 ; C_2 : SO_2$

$2Fe + 6H_2SO_4 \to Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O$

$2Al + 6H_2SO_4 \to Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O$

$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \to Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

$B_4 : Al_2(SO_4)_3,FeSO_4$

$Fe + Fe_2(SO_4)_3 \to 3FeSO_4$

Bari tan dần, xuất hiện bọt khí không màu không mùi : 

$Ba + 2H_2O \to Ba(OH)_2 + H_2$

(1) Xuất hiện khí mùi khai và kết tủa màu trắng

$(NH_4)_2SO_4 + Ba(OH)_2 \to BaSO_4 + 2NH_3 + 2H_2O$

(2) Xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ

$2FeCl_3 + 3Ba(OH)_2 \to 3BaCl_2 + 2Fe(OH)_3$

(3) Xuất hiện kết tủa màu trắng

$Ca(HCO_3)_2 + Ba(OH)_2 \to BaCO_3 + CaCO_3 + 2H_2O$

+) Ban đầu Ba tan dần, có khí không màu, không mùi thoát ra sau đó có khí không màu, mùi khai thoát ra và kết tủa màu trắng

`Ba + 2H_2O -> Ba(OH)_2 + H_2`

\(Ba\left(OH\right)_2+\left(NH_4\right)_2SO_4\rightarrow BaSO_4\downarrow+2NH_3\uparrow+2H_2O\)

+) Ban đầu Ba tan dần, có khí không màu, không mùi thoát ra sau đó có kết tủa nâu đỏ xuất hiện

`Ba + 2H_2O -> Ba(OH)_2 + H_2`

\(3Ba\left(OH\right)_2+2FeCl_3\rightarrow2Fe\left(OH\right)_3\downarrow+3BaCl_2\)

+) Ban đầu Ba tan dần, có khí không màu, không mùi thoát ra sau đó có có kết tủa màu trắng xuất hiện

`Ba + 2H_2O -> Ba(OH)_2 + H_2`

\(Ca\left(HCO_3\right)_2+Ba\left(OH\right)_2\rightarrow CaCO_3\downarrow+BaCO_3\downarrow+2H_2O\)

Trích mẫu thử

Cho dung dịch $Ba(HCO_3)_2$ vào các mẫu thử

- mẫu thử nào tạo khí không màu là $HCl$

$Ba(HCO_3)_2 + 2HCl \to BaCl_2 + CO_2 + 2H_2O$

- mẫu thử nào tạo khí không màu và kết tủa trắng là $H_2SO_4$

$Ba(HCO_3)_2 + H_2SO_4 \to BaSO_4 + 2CO_2 + 2H_2O$

- mẫu thử nào tạo kết tủa là $Na_2CO_3,Na_2SO_4$ - Gọi là nhóm 1

$Na_2CO_3 + Ba(HCO_3)_2 \to BaCO_3 + 2NaHCO_3$
$Na_2SO_4 + Ba(HCO_3)_2  \to BaSO_4 + 2NaHCO_3$

- mẫu thử không hiện tượng là $KCl$

Cho dung dịch $HCl$ vừa nhận được vào nhóm 1 :

- mẫu thử tạo khí là $Na_2CO_3$
$Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + CO_2 + H_2O$

- mẫu thử không hiện tượng là $Na_2SO_4$

$CaCO_3 \xrightarrow{t^o} CaO + CO_2$
$n_{CO_2} = n_{CaCO_3} = \dfrac{a}{100}(mol)$

$n_{NaCl} = \dfrac{b}{58,5}(mol)$

$n_{NaCl\ pư} = \dfrac{b}{58,5}.(100\% - 25\%) = \dfrac{b}{78}(mol)$
$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{điện\ phân\ dung\ dịch, có\ màng\ ngăn} 2NaOH + H_2 + Cl_2$
$n_{NaOH} = n_{NaCl\ pư} = \dfrac{b}{78}(mol)$

Vì : B vừa tác dụng với NaOH, vừa tác dụng với $BaCl_2$
nên B có hai muối $Na_2CO_3,NaHCO_3$

Suy ra : 

\(1< \dfrac{n_{NaOH}}{n_{CO_2}}< 2\Leftrightarrow1< \dfrac{\dfrac{b}{78}}{\dfrac{a}{100}}< 2\Leftrightarrow1< \dfrac{50}{39}.\dfrac{b}{a}< 2\Leftrightarrow0,78a< b< 1,56a\)

CaCO3 --(t°)--> CaO + CO2
\(\dfrac{a}{100}\) ------- -------- ------> \(\dfrac{a}{100}\) (mol)
n CaCO3 = \(\dfrac{a}{100}\) (mol)
2NaCl + 2H2O --( điện phân có màng ngăn )--> 2NaOH + H2 + Cl2
\(\dfrac{b}{78}\)---------- ------------ ------------- ------------ -----------> \(\dfrac{b}{78}\) (mol)
m NaCl phản ứng = \(\dfrac{75b}{100}\) = 0,75b (g)
n NaCl = \(\dfrac{0,75b}{58,5}\) = \(\dfrac{b}{78}\) (mol)
Hỗn hợp muối phản ứng KOH và BaCl2 chứng tỏ ra 2 muối NaHCO3 ; Na2CO3
NaOH + CO2 ---> NaHCO3
2NaOH + CO2 --> Na2CO3 + H2O
Tỉ lệ : 1 < n NaOH / n CO2 < 2
<=> 1 <\(\dfrac{\dfrac{b}{78}}{\dfrac{a}{100}}\) < 2
<=> 1 <\(\dfrac{50b}{39a}\)< 2
<=> 39a < 50b < 78a

_Trích mẫu thử, đánh STT_

- Cho các mẫu thử lần lượt tác dụng với nhau, ta có KQ ở bảng sau:

Từ KQ bảng trên, nhận xét:

- Mẫu thử có 2 khí không màu, không mùi => Na₂CO₃

- Mẫu thử không có hiện tượng => Na₂SO₄, KCl (1)

- Mẫu thử có 1 khí không màu, không mùi => HCl, H₂SO₄ (2)

- Cho dd BaCl₂ vào các mẫu thử (1):

+ Có kết tủa trắng: Na₂SO₄

\(Na_2SO_4+BaCl_2\rightarrow BaSO_4\downarrow+2NaCl\)

+ Không hiện tượng: KCl

- Cho BaCl₂ vào các mẫu thử (2):

+ Có kết tủa trắng: H₂SO₄

\(H_2SO_4+BaCl_2\rightarrow BaSO_4\downarrow+2HCl\)

+ Không hiện tượng: HCl

_Dán nhãn_

Vì $V_{khí\ TN1} < V_{khí\ TN2}$ nên ở TN1 thì Al dư

Coi V = 22,4 lít

TH1 : 

Gọi $n_{Na} = a(mol)

\(2Na+2H_2O\rightarrow2NaOH+H_2\)

a                                                    0,5a          (mol)

\(2Al+2NaOH+2H_2O\rightarrow2NaAlO_2+3H_2\)

                   a                                                     1,5a         (mol)

Suy ra: $0,5a + 1,5a = 1 \Rightarrow a = 0,5$

TH2 : 

$n_{H_2} = \dfrac{1}{2}n_{Na} + \dfrac{3}{2}n_{Al}$

$\Rightarrow \dfrac{7}{4} = \dfrac{1}{2}.0,5 + \dfrac{3}{2}n_{Al}$

$\Rightarrow n_{Al} = 1(mol)$

TH3 : 

$2Na + 2HCl \to 2NaCl + H_2$
$2Al + 6HCl \to 2AlCl_3 + 3H_2$
$Fe + 2HCl \to FeCl_2 + H_2$

Theo PTHH : $n_{H_2} = \dfrac{1}{2}n_{Na} + \dfrac{3}{2}n_{Al} + n_{Fe} = \dfrac{9}{4}$

$\Rightarrow n_{Fe} = 0,75(mol)$

Suy ra : $m_Y = 0,5.23 + 1.27 + 0,75.56 = 80,5(gam)$

\(\%m_{Na}=\dfrac{0,5.23}{80,5}.100\%=14,28\%\\ \%m_{Al}=\dfrac{1.27}{80,5}.100\%=33,54\%\\ \%m_{Fe}=100\%-14,28\%-33,54\%=52,18\%\)

\(n_{BaCO_3}=\dfrac{118,2}{197}=0,6\left(mol\right);n_{HCl}=0,45.1=0,45\left(mol\right)\)

Gọi \(\left\{{}\begin{matrix}n_{K_2CO_3}=a\left(mol\right)\\n_{KOH}=b\left(mol\right)\end{matrix}\right.\)

Sơ đồ phản ứng:

\(\left\{{}\begin{matrix}K_2CO_3:a\\KOH:b\end{matrix}\right.+CO_2:0,3\rightarrow Y\left\{{}\begin{matrix}KHCO_3\\K_2CO_3\end{matrix}\right.+\left[{}\begin{matrix}HCl:0,45\rightarrow CO_2:0,36\\Ba\left(OH\right)_{2\left(dư\right)}\rightarrow BaCO_3:0,6\end{matrix}\right.\)

Ta thấy: 

n_{C (trong CO2 sinh ra từ HCl)} < n_{C (trong BaCO3 sinh ra từ Ba(OH)2 dư)}

=> HCl hết, 2 muối có thể dư

Theo BTNT C: \(a=n_{K_2CO_3}=n_{BaCO_3}-n_{CO_2}=0,6-0,3=0,3\left(mol\right)\)

Đặt \(\left\{{}\begin{matrix}n_{K_2CO_3\left(pứ\right)}=x\left(mol\right)\\n_{KHCO_3\left(pứ\right)}=y\left(mol\right)\end{matrix}\right.\)

BTNT C: x + y = 0,36 (*)

BTNT K: \(n_{KCl}=2n_{K_2CO_3}+n_{KHCO_3}=2x+y\left(mol\right)\)

BTNT Cl: \(n_{HCl}=n_{KCl}\Rightarrow2x+y=0,45\) (**)

Từ (*), (**) => \(\left\{{}\begin{matrix}x=0,09\\y=0,27\end{matrix}\right.\)

=> \(n_{K_2CO_3}:n_{KHCO_3}=x:y=0,09:0,27=1:3\)

BTNT C: \(n_{K_2CO_3}+n_{KHCO_3}=n_{BaCO_3}=0,6\left(mol\right)\)

=> \(\left\{{}\begin{matrix}n_{K_2CO_3}=0,15\left(mol\right)\\n_{KHCO_3}=0,45\left(mol\right)\end{matrix}\right.\)

BTNT K: \(n_{KOH}+2n_{K_2CO_3}=2n_{K_2CO_3}+n_{KHCO_3}\)

=> \(b=n_{KOH}=2.0,15+0,45-0,3.2=0,15\left(mol\right)\)