Tính lưỡng tính của Al(OH)3 hidroxit - Cách giải và bài tập có đáp án

Tính lưỡng tính của Al(OH)₃ hidroxit - Cách giải và bài tập có đáp án

Phương pháp giải bài toán lưỡng tính của nhôm hidroxit Al(OH)₃

♦  Al(OH)₃ là 1 hidroxit lưỡng tính, nó có thể tác dụng với dung dịch axit, dung dịch bazo.

$\begin{array}  {} \begin{matrix}   3{{H}^{+}} {} + {} Al{{\left( OH \right)}_{3}} {} \to  {} A{{l}^{3+}} {} + {} 3{{H}_{2}}O  \\\end{matrix} \\  {} \begin{matrix}   Al{{\left( OH \right)}_{3}} {} + {} O{{H}^{-}} {} \to  {} Al\left( OH \right)_{4}^{-} {} {} {} {}  \\\end{matrix} \\ \end{array}$

♦  Al(OH)₃ là một chất lưỡng tính nó có thể được viết dưới dạng bazo là Al(OH)₃khi tác dụng với dung dịch axit. Nhưng có thể được viết dưới dạng axit HAlO₂.H₂O khi tác dụng với dung dịch bazo. Muối NaAlO₂ có tên là natri aluminat, được coi là muối được tạo nên từ NaOH và NaAlO₂. HAlO₂ là axit yếu, yếu hơn cả axit H₂CO₃ nên dễ dàng bị axit H₂CO₃ đẩy ra khỏi muối NaAlO₂, sản phẩm của phản ứng là muối NaHCO₃ ( HAlO₂ tồn tại dưới dạng HAlO₂.H₂O tức là kết tủa Al(OH)₃)

$\begin{matrix}   NaAl{{O}_{2}} {} + {} C{{O}_{2}} {} + {} 2{{H}_{2}}O {} \to  {} NaHC{{O}_{3}} {} + {} Al{{\left( OH \right)}_{3}}  \\\end{matrix}$

Muối natri aluminat còn được viết dưới dạng thuận tiện hơn cho việc tính toán là Na[Al(OH)₄]. Khi được hòa tan trong nước, muối này phân li hoàn toàn ra Na⁺ và $Al\left( OH \right)_{4}^{-}$

⇒  Nếu muốn thu được Al(OH)₃ từ dung dịch NaAlO₂ ta có thể dùng các cách sau:

-  Nhỏ thêm vào dung dịch một lượng NaAlO₂ một lượng dung dịch HCl

$\begin{matrix}   Al\left( OH \right)_{4}^{-} {} + {} {{H}^{+}} {} \to  {} Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow  {} + {} {{H}_{2}}O  \\\end{matrix}$

Tuy nhiên, nếu dùng lượng dư dung dịch H⁺ , thì kết tủa sau khi tạo thành sẽ bị hòa tan hết.                                                        $\begin{matrix}   Al{{\left( OH \right)}_{3}} {} + {} 3{{H}^{+}} {} \to  {} A{{l}^{3+}} {} + {} 3{{H}_{2}}O  \\\end{matrix}$

Nhỏ từ từ dung dịch chứa $Al\left( OH \right)_{4}^{-}$ vào dung dịch muối $NH_{4}^{+}$

$\begin{matrix}   Al\left( OH \right)_{4}^{-} {} + {} NH_{4}^{+} {} \to  {} Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow  {} + {} N{{H}_{3}}  \\\end{matrix}\uparrow \ \ +\ \ {{H}_{2}}O$

Dung dịch $NH_{4}^{+}$ không thể hòa tan được Al(OH)₃

- Nhỏ từ từ dung dịch chứa $Al\left( OH \right)_{4}^{-}$ vào dung dịch muối Al³⁺

$\begin{matrix}   3Al\left( OH \right)_{4}^{-} {} + {} A{{l}^{3+}} {} \to  {} 4Al{{\left( OH \right)}_{3}}  \\\end{matrix}$

- Sục lượng dư khí CO₂ vào dung dịch $Al\left( OH \right)_{4}^{-}$

$\begin{matrix}   Al\left( OH \right)_{4}^{-} {} + {} C{{O}_{2}} {} + {} {{H}_{2}}O {} \to  {} Al{{\left( OH \right)}_{3}} {} + {} HCO_{3}^{-}  \\\end{matrix}$

Trường hợp 1: Bài toán nhỏ dung dịch chứa OH^– vào dung dịch chứa Al³⁺

Bài tập tính lưỡng tính của nhôm – Trường hợp 1 có lời giải

Lời giải chi tiết

${{n}_{Ba{{\left( OH \right)}_{2}}}}=0,05\left( mol \right)$

Các phản ứng có thể xảy ra:    $\begin{array}  {} \begin{matrix}   3Ba{{\left( OH \right)}_{2}} {} + {} A{{l}_{2}}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}} {} \to  {} 3BaS{{O}_{4}}\downarrow  {} + {} 2Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \left( 1 \right)  \\\end{matrix} \\  {} \begin{matrix}   4Ba{{\left( OH \right)}_{2}} {} + {} A{{l}_{2}}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}} {} \to  {} 3BaS{{O}_{4}}\downarrow  {} + {} Ba{{\left[ Al{{\left( OH \right)}_{4}} \right]}_{2}}\downarrow \ \ \ \ \left( 2 \right)  \\\end{matrix} \\ \end{array}$

♦  TH1 : chỉ xảy ra phản ứng (1)

m_{kết tủa} = ${{m}_{BaS{{O}_{4}}}}+{{m}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}=0,05.223+\frac{2}{3}.0,05.78=14,25\ g>12,045\ g$(loại)

♦  TH2: xảy ra cả 2 phản ứng

$\begin{matrix}   3Ba{{\left( OH \right)}_{2}} {} + {} A{{l}_{2}}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}} {} \to  {} 3BaS{{O}_{4}}\downarrow  {} + {} 2Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow \ \ \ \ \left( 1 \right)  \\\end{matrix}$

3x    x   3x   2 x     (mol)

$\begin{matrix}   4Ba{{\left( OH \right)}_{2}} {} + {} A{{l}_{2}}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}} {} \to  {} 3BaS{{O}_{4}}\downarrow  {} + {} Ba{{\left[ Al{{\left( OH \right)}_{4}} \right]}_{2}}\downarrow \ \ \ \ \left( 2 \right)  \\\end{matrix}$

4y  y  3y    (mol)

$\left\{ \begin{array}  {} {{n}_{Ba{{\left( OH \right)}_{2}}}}=3x+4y=0,05\left( mol \right) \\  {} {{m}_{\downarrow }}={{m}_{BaS{{O}_{4}}}}+{{m}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}=233.\left( 3x+3y \right)+78.2x=12,045\left( g \right) \\ \end{array} \right.$

$\Rightarrow x=0,01\left( mol \right);y=0,005\left( mol \right)$

$\Rightarrow {{n}_{A{{l}_{2}}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}}}}=x+y=0,015\left( mol \right)$

$\Rightarrow V=\frac{0,015}{0,1}=0,15\left( l \right)=150\left( ml \right)$

Đáp án B

Lời giải chi tiết

Theo bài ra ta tính được

${{n}_{B{{a}^{2+}}}}=0,15\left( mol \right);\ {{n}_{SO_{4}^{2-}}}=0,15\left( mol \right);\ {{n}_{A{{l}^{3+}}}}=0,1\left( mol \right);{{n}_{O{{H}^{-}}}}=0,3+0,3x\left( mol \right)$

Nhận thấy: ${{n}_{BaS{{O}_{4}}}}=0,15\left( mol \right)\to {{m}_{BaS{{O}_{4}}}}=34,95\left( gam \right)$

$\Rightarrow {{m}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}=36,9-34,95=1,95\left( gam \right)$

$\to {{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}=\frac{1,95}{78}=0,025\left( mol \right)<{{n}_{A{{l}^{3+}}}};{{n}_{O{{H}^{-}}\left( \downarrow  \right)}}=0,025.3=0,075<{{n}_{O{{H}^{-}}}}=0,3+0,3x$

⇒ Ion Al³⁺ tác dụng với dung dịch chứa OH^– đã tạo thành 2 phương trình

$A{{l}^{3+}}+O{{H}^{-}}\to \left\{ \begin{array}  {} Al{{\left( OH \right)}_{3}}:0,025 \\  {} Al\left( OH \right)_{4}^{-}:0,1-0,0125=0,075\left( mol \right)\ BTNT\left( Al \right) \\ \end{array} \right.$

${{n}_{O{{H}^{-}}}}=0,3+0,3x=0,025.3+0,075.4\Rightarrow x=0,259\left( mol \right)$

Đáp án B

Trường hợp 2: Bài toán nhỏ dung dịch chứa H⁺ vào dung dịch chứa Al(OH)₄^–

Bài tập trường hợp 2 về tính lưỡng tính của nhôm

Lời giải chi tiết

♦  m_O  = 30,9% × 46,6 =  14,4 g ⇒ n_O = 0,9 mol $\Rightarrow {{n}_{A{{l}_{2}}{{O}_{2}}}}$= 0,9 : 3= 0,3 mol

♦  Quy đổi kim loại M = { Na, K, Ba}

$\begin{matrix}   M {} + {} HOH {} \to  {} MOH {} + {} \frac{1}{2}{{H}_{2}}  \\\end{matrix}$

$0,8\to \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0,8\ \ \ \ \ \ \ \to 0,4\ \ \ \ \ \ \left( mol \right)$

$\begin{array}  {} \begin{matrix}   A{{l}_{2}}{{O}_{3}} {} + {} 2MOH {} \to  {} 2MAl{{O}_{2}} {} + {} {{H}_{2}}O  \\\end{matrix} \\  {} 0,3\ \to \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0,6\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0,6\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \left( mol \right) \\ \end{array}$

♦  Dung dịch Y : 0,2 mol MOH dư ;  0,6 mol MAlO₂

♦  n_HCl =   1,55 mol khi cho vào dung dịch Y :

$\begin{array}  {} \begin{matrix}   HCl {} + {} MOH {} \to  {} MCl {} + {} {{H}_{2}}O  \\\end{matrix} \\  {} 0,2\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0,2\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \left( mol \right) \\  {} \begin{matrix}   HCl {} + {} MAl{{O}_{2}}\begin{matrix}   \ \ + {} HOH  \\\end{matrix} {} \to  {} Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow  {} + {} MCl  \\\end{matrix} \\  {} 0,6\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0,6\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0,6 \\ \end{array}$♦  HCl vẫn còn dư 0,75 mol sau phản ứng trên nên  kết tủa bị hòa tan 1 phần :

$\begin{array}  {} \begin{matrix}   3HCl {} + {} Al{{\left( OH \right)}_{3}} {} \to  {} AlC{{l}_{3}} {} + {} 3{{H}_{2}}O  \\\end{matrix} \\  {} 0,75\ \ \ \ \ \ \ \to \ \ 0,25 \\ \end{array}$

$\Rightarrow {{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}$­_{còn lại} = 0,6 – 0,25 = 0,35 mol

Vậy m_{kết tủa} = ${{m}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}$= 0,35 × 78 = 27,3 g

⇒  Đáp án C.