Hiện tượng xảy ra khi từ từ thêm dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch AlCl3

1. Đặc điểm hóa học của NaOH và AlCl3

1.1. Đặc điểm hóa học của NaOH

NaOH, hay còn gọi là Natri hidroxit hoặc Hydroxide natri, là một hợp chất vô cơ của Natri. Khi hòa tan trong nước, Natri hidroxit tạo ra dung dịch kiềm mạnh. Hợp chất này có tính kiềm, làm mềm vải, giấy và ăn mòn da, do đó thường được gọi là xút hoặc xút ăn da. Natri hydroxide tinh khiết thường ở dạng viên, vảy hoặc hạt, hoặc dưới dạng dung dịch bão hòa 50%.

Natri hydroxide rất dễ hấp thụ CO2 từ không khí, vì vậy nó thường được lưu trữ trong các bình có nắp kín. Khi hòa tan trong nước, nó tạo ra phản ứng mạnh và giải phóng nhiệt lượng lớn. Ngoài ra, NaOH còn hòa tan trong etanol, metanol, ete và các dung môi không phân cực, để lại vết vàng trên giấy và sợi. (Theo Wikipedia) NaOH cũng là một hóa chất xử lý nước hồ bơi hiệu quả cao, được bán dưới tên Caustic Soda Flakes (99% NaOH).

- Tính chất vật lý của NaOH: Natri hydroxit tinh khiết là chất rắn màu trắng, có thể ở dạng viên, vảy, hạt hoặc dung dịch bão hòa 50%. Là chất rắn không màu, hấp thụ độ ẩm mạnh mẽ và tan nhiều trong nước, đồng thời tỏa ra nhiều nhiệt. Khối lượng riêng: 2,1 g/cm³, điểm nóng chảy: 318 °C (591 K; 604 °F), điểm sôi: 1.390 °C (1.660 K; 2.530 °F). Độ hòa tan trong nước: 111 g/100 mL (20 ℃). Độ bazơ (pKb): -2,43.

- Tính chất hóa học của NaOH: NaOH là một bazơ mạnh, có khả năng làm quỳ tím chuyển màu xanh và làm dung dịch phenolphtalein chuyển thành màu hồng. Dưới đây là một số phản ứng đặc trưng của Natri Hidroxit:

+ Phản ứng với axit để tạo thành muối và nước:
NaOHdd + HCldd → NaCldd + H2O

+ Phản ứng với oxit axit:
SO2, CO2… 2 NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
NaOH + SO2 → NaHSO3

+ Phản ứng với axit hữu cơ để tạo ra muối và phân hủy este, peptit: NaOH

+ Phản ứng với axit hữu cơ tạo ra muối và peptit, đồng thời phản ứng với muối tạo ra bazơ mới và muối mới (yêu cầu: phải có kết tủa hoặc khí bay hơi):
2 NaOH + CuCl2 → 2 NaCl + Cu(OH)2↓

+ Tác dụng với kim loại lưỡng tính:
2 NaOH + 2 Al + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2↑
2 NaOH + Zn → Na2ZnO2 + H2↑

+ Tác dụng với hợp chất lưỡng tính:
NaOH + Al(OH)3 → NaAl(OH)4
2 NaOH + Al2O3 → 2 NaAlO2 + H2O

1.2. Đặc điểm hóa học của AlCl3

AlCl3, hay còn gọi là clorua nhôm hoặc nhôm trichloride, là một muối nhị phân được hình thành từ nhôm và clo. Đôi khi, nó xuất hiện dưới dạng bột màu vàng do sự có mặt của clorua sắt (III). Muối này được tạo ra bằng cách kết hợp nhôm và clo. Nhôm, với ba electron ở lớp vỏ ngoài cùng (nhóm IIIA), dễ dàng mất electron do tính chất kim loại của nó. Trong khi đó, clo có bảy electron ở lớp vỏ ngoài cùng (nhóm VIIA), dễ dàng thu nhận electron để hoàn thành cấu hình octet.

- Tính chất vật lý: Hợp chất này có màu trắng và tan trong nước, với điểm nóng chảy và điểm sôi thấp. Để nhận biết, khi cho dung dịch nhôm clorua tác dụng với dung dịch AgNO3, sẽ xuất hiện kết tủa trắng: AlCl3 + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3

- Tính chất hóa học: Có đầy đủ đặc điểm của một muối:

+ Tác dụng với dung dịch bazơ: AlCl3 + NaOH (vừa đủ) → NaCl + Al(OH)3

+ Tác dụng với dung dịch muối khác: AlCl3 + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3

+ Phản ứng với kim loại có khả năng khử mạnh hơn: 3Mg + 2AlCl3 → 3MgCl2 + 2Al

2. Hiện tượng xảy ra khi thêm từ từ dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch AlCl3

- Phương trình hóa học biểu diễn:

AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl

- Khi dùng dư NaOH: Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

- Cách thực hiện phản ứng khi NaOH tác dụng với dư AlCl3: Thêm từ từ AlCl3 vào ống nghiệm chứa 1 – 2 ml dung dịch NaOH cho đến khi dư.

- Hiện tượng khi NaOH phản ứng với AlCl3 dư: Xuất hiện kết tủa màu trắng dạng keo.

- Phương trình ion rút gọn của phản ứng khi NaOH tác dụng với AlCl3 dư:

+ Bước 1: Viết phương trình phân tử: 3NaOH + AlCl3 → Al(OH)3↓ + 3NaCl

+ Bước 2: Chuyển các chất tan tốt và điện ly mạnh thành ion; các chất kết tủa, khí và điện ly yếu giữ nguyên dưới dạng phân tử để có phương trình ion đầy đủ: 3Na+ + 3OH- + Al3+ + 3Cl- → Al(OH)3↓ + 3Na+ + 3Cl-

+ Bước 3: Loại bỏ các ion xuất hiện ở cả hai vế để có phương trình ion rút gọn: 3OH- + Al3+ → Al(OH)3↓

- Hiện tượng khi nhỏ từ từ NaOH vào dung dịch AlCl3: sẽ thấy kết tủa trắng dạng keo xuất hiện, sau đó kết tủa sẽ tan ra và dung dịch trở nên trong suốt.

3NaOH + AlCl3 → 3 NaCl + Al(OH)3 (kết tủa)

NaOH dư + Al(OH)3 → NaAlO2 + 2H2O

3. Bài tập ôn tập về NaOH và AlCl3

Câu 1: Khi cho 100 ml dung dịch AlCl3 0,15M vào 250 ml dung dịch NaOH 0,2M, sau khi phản ứng hoàn tất, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 1,56
B. 0,78
C. 1,17
D. 1,30

Hướng dẫn giải

Đáp án: B

Số mol AlCl3 = 0,015 mol → số mol Al3+ = 0,015 mol

Số mol NaOH = 0,05 mol → số mol OH- = 0,05 mol

Phương trình phản ứng: Al3+ + 3OH- → Al(OH)3. Số mol Al3+ là 0,015 và số mol OH- là 0,045. Sau phản ứng, số mol Al(OH)3 là 0,015

Sau phản ứng, OH- dư: 0,05 - 0,045 = 0,005 mol. Phản ứng tiếp theo: Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O, số mol Al(OH)3 còn lại là 0,01 mol

Khối lượng kết tủa = 0,01 mol × 78 = 0,78 gam

Câu 2: Khi cho từ từ 100 ml dung dịch NaOH 1,5M vào 50 ml dung dịch AlCl3 1,5M, sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 12,4
B. 7,8
C. 15,6
D. 3,9

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là D

Số mol NaOH là 0,15 mol, tương ứng với số mol OH- cũng là 0,15 mol

Số mol AlCl3 là 0,075 mol, tương ứng với số mol Al3+ cũng là 0,075 mol

So sánh tỷ lệ: n OH- / n Al3+ = 2 < 3

Vì vậy, số mol Al(OH)3 là n OH- / 3 = 0,15 / 3 = 0,05 mol

Khối lượng kết tủa: m = m Al(OH)3 = 0,05 x 78 = 3,9 gam

Câu 3: Khi nhỏ 200 ml dung dịch HCl 2M vào 100 ml dung dịch hỗn hợp NaOH 0,6M và NaAlO2 1M, sau khi phản ứng hoàn tất, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:
A. 7,80
B. 3,90
C. 3,12
D. 1,56

Hướng dẫn giải

Đáp án là D

Số mol HCl là 0,4 mol, do đó số mol H+ cũng là 0,4 mol

Số mol NaOH là 0,06 mol, tương ứng số mol OH- cũng là 0,06 mol

Số mol NaAlO2 là 0,1 mol, tương ứng số mol AlO2- cũng là 0,1 mol

Phương trình hóa học:

OH- + H+ → H2O với số mol OH- và H+ đều là 0,06

AlO2- + H+ + H2O → Al với số mol AlO2- và H+ đều là 0,1

Al + 3 H+ → Al3+ + 3 H2O với số mol Al = 0,08 và H+ = 0,24

Số mol Al(OH)3 dư tính được là 0,1 - 0,08 = 0,02 mol

Khối lượng Al(OH)3 dư là 0,02 × 78 = 1,56 gam

Câu 4: Khi cho 100 ml dung dịch HCl 0,5M vào 100 ml dung dịch NaAlO2 1M, sau khi phản ứng hoàn tất, kết tủa thu được có khối lượng m. Giá trị của m là:
A. 3,90
B. 7,80
C. 5,85
D. 4,68

Hướng dẫn giải

Đáp án là A

Số mol HCl = 0,05 mol, tương ứng số mol H+ cũng là 0,05 mol

Số mol NaAlO2 = 0,1 mol, tương ứng số mol AlO2- cũng là 0,1 mol

Vì số mol H+ nhỏ hơn số mol AlO2- nên số mol Al(OH)3 sẽ bằng số mol H+, tức là 0,05 mol. Do đó, khối lượng Al(OH)3 là 0,05 × 78 = 3,9 gam

Câu 5: Để phân biệt Zn(NO3)2 và Al(NO3)3, dùng hóa chất nào dưới đây?
A. Dung dịch NaOH
B. Dung dịch Ba(OH)2
C. Dung dịch NH3
D. Dung dịch nước vôi trong

Hướng dẫn giải

Đáp án là C

Khi thêm NH3 vào cả hai dung dịch, đều có kết tủa hiđroxit xuất hiện. Tuy nhiên, Zn(OH)2 có khả năng phản ứng với NH3 tạo thành phức chất và tan đi, trong khi Al(OH)3 không tan trong NH3.
Phương trình phản ứng:
Al(NO3)3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4NO3
Zn(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O → Zn(OH)2↓ + 2NH4NO3

Dung dịch amoniac có khả năng hòa tan các hiđroxit hoặc muối ít tan của một số kim loại như Ag, Cu, Zn, tạo thành dung dịch phức chất.