Chuyên đề về các hợp chất lưỡng tính

I. Tổng quan kiến thức và phương pháp giải bài tập

1. Tổng quan kiến thức

• Khái niệm về hợp chất lưỡng tính:
  • Vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ.
  • Bao gồm muối HCO₃⁻, HSO₃⁻, HS⁻, các oxit: Al₂O₃, ZnO, Cr₂O₃, các hiđroxit như: Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cr(OH)₃

Ví dụ:

HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O
HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O

Chú ý:

• Muối của các kim loại lưỡng tính như Al, Zn,... không phải là hợp chất lưỡng tính.
• Khi cho muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm thì xảy ra 2 quá trình: Kết tủa đạt cực đại:

  Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃ ↓

  Kiềm dư kết tủa tan dần:

  Al(OH)₃ + OH⁻ → Al(OH)₄⁻

• Muốn muối aluminat chuyển về hidroxit:
  • Phản ứng với CO₂ (nếu dư CO₂ cũng không bị hòa tan):

    Na[Al(OH)₄] + CO₂ → Al(OH)₃ ↓ + NaHCO₃

  • Phản ứng với HCl (nếu dư HCl thì kết tủa bị hòa tan):

    HCl + Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ ↓ + NaCl + H₂O

    Nếu HCl dư: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

2. Phương pháp giải bài tập

• Với dạng bài tập này phương pháp tối ưu nhất là phương pháp đại số: Viết tất cả các phương trình hoá học xảy ra, sau đó dựa vào các dữ kiện đã cho và phương trình hoá học để tính toán.
• Bài toán về sự lưỡng tính của các hidroxit có 2 dạng:
  • Bài toán thuận: Cho lượng chất tham gia phản ứng, hỏi sản phẩm. Ví dụ: Cho dung dịch muối nhôm (Al³⁺) tác dụng với dung dịch kiềm (OH⁻). Sản phẩm thu được gồm những chất gì phụ thuộc vào tỉ số k = nOH⁻/nAl³⁺
  • Nếu k ≤ 3 thì Al³⁺ phản ứng vừa đủ hoặc dư, khi đó chỉ có phản ứng:

    Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃ ↓ (1) (k = 3 có nghĩa là kết tủa cực đại)

  • Nếu k ≥ 4 thì OH⁻ phản ứng ở (1) dư và hòa tan vừa hết Al(OH)₃ theo phản ứng sau:

    Al(OH)₃ + OH⁻ → Al(OH)₄⁻ (2)

  • Nếu 3 < k < 4 thì OH⁻ dư sau phản ứng (1) và hòa tan một phần Al(OH)₃ ở (2)
  • Bài toán nghịch: Cho sản phẩm, hỏi lượng chất đã tham gia phản ứng. Ví dụ: Cho a mol OH⁻ từ từ vào x mol Al³⁺, sau phản ứng thu được y mol Al(OH)₃ (x, y đã cho biết). Tính a?

Nhận xét:

• Nếu x = y thì bài toán rất đơn giản, a = 3x = 3y
• Nếu y < x: Khi đó xảy ra một trong hai trường hợp sau:
  • Trường hợp 1: Al³⁺ dư sau phản ứng (1) Vậy a = 3y Trường hợp này số mol OH⁻ là nhỏ nhất.
  • Trường hợp 2: Xảy ra cả (1) và (2) Vậy a = 4x - y Trường hợp này số mol OH⁻ là lớn nhất.

Chú ý:

• Muốn giải được như bài toán trên chúng ta cần quy về số mol Al³⁺ trong AlCl₃, Al₂(SO₄)₃... và quy về số mol OH⁻ trong các dung dịch sau: NaOH, KOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂
• Cần chú ý đến kết tủa BaSO₄ trong phản ứng của Al₂(SO₄)₃ với dung dịch Ba(OH)₂. Tuy cách làm không thay đổi nhưng khối lượng kết tủa thu được gồm cả BaSO₄.
• Trong trường hợp cho OH⁻ tác dụng với dung dịch chứa cả Al³⁺ và H⁺ thì OH⁻ sẽ phản ứng với H⁺ trước sau đó mới phản ứng với Al³⁺.
• Cần chú ý các dung dịch muối như Na[Al(OH)₄], Na₂[Zn(OH)₄]... khi tác dụng với khí CO₂ dư thì lượng kết tủa không thay đổi vì:

  Na[Al(OH)₄] + CO₂ → Al(OH)₃ ↓ + NaHCO₃

  Còn khi tác dụng với HCl hoặc H₂SO₄ loãng thì lượng kết tủa có thể bị thay đổi tùy thuộc vào lượng axit:

  HCl + Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ ↓ + NaCl + H₂O

  Nếu HCl dư: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

II. Một số bài tập tham khảo

Bài 1. Lấy 20 g hỗn hợp bột Al và Fe₂O₃ ngâm trong dung dịch NaOH (dư), phản ứng xong người ta thu được 3,36 lít khí hidro (đktc). Khối lượng Fe₂O₃ ban đầu là:

A. 13,7 gam
B. 17,3 gam
C. 18 gam
D. 15,95 gam

Bài 2. Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H₂ (ở đktc). Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là:

A. 36,7.
B. 48,3.
C. 45,6.
D. 59,7.

Bài 3. Cho 200 ml dung dịch AlCl₃ 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M, lượng kết tủa thu được là 15,6 gam. Giá trị lớn nhất của V là (cho H = 1, O = 16, Al = 27)

A. 1,2.
B. 1,8.
C. 2,4.
D. 2.

Bài 4. Cho 200 ml dung dịch NaOH 1M vào 200 ml dung dịch HCl thu được dung dịch B. Cho dung dịch B vào 200 ml dung dịch NaAlO₂ 0,2M thu được 2,34 gam kết tủa. Tính nồng độ của dung dịch HCl.

A. 1,15M và 1,2M
B. 1,35M
C. 1,15M và 1,35M
D. 1,15M.

Bài 5. Cho m gam kim loại Na vào 200 gam dung dịch Al₂(SO₄)₃ 1,71%. Sau khi phản ứng xong thu được 0,78 gam kết tủa. m có giá trị là

A. 0,69 gam.
B. 1,61 gam.
C. cả A và B đều đúng.
D. đáp án khác.

Bài 6. Hỗn hợp A gồm Na, Al, Cu cho 12 gam A vào nước dư thu 2,24 lít khí (đktc), còn nếu cho vào dung dịch NaOH dư thu 3,92 lít khí (đktc). % Al trong hỗn hợp ban đầu?

A. 59,06%
B. 22,5%
C. 67,5%
D. 96,25%

Bài 7. Hỗn hợp X gồm các kim loại Al, Fe, Ba. Chia X thành 3 phần bằng nhau:

• Phần 1: tác dụng với nước dư thu được 0,04 mol H₂.
• Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,07 mol H₂.
• Phần 3: tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 0,1 mol H₂. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Số mol Ba, Al, Fe trong 1 phần của hỗn hợp X lần lượt là:

A. 0,01; 0,04; 0,03
B. 0,01; 0,02; 0,03
C. 0,02; 0,03; 0,04
D. 0,01; 0,03; 0,03

Bài 8. Cho hỗn hợp gồm Na và Al có tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 2 vào nước (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 8,96 lít khí H₂ (ở đktc) và m gam chất rắn không tan. Giá trị của m là

A. 10,8.
B. 5,4.
C. 7,8.
D. 43,2.

------------- HẾT -------------

Bài tập & Lời giải