Al + KOH + H2O → KAlO2 + H2: cân bằng, hiện tượng và bài tập
Lớp 12Hóa học

Al + KOH + H2O → KAlO2 + H2: cân bằng, hiện tượng và bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là: 2Al + 2KOH + 2H2O → 2KAlO2 + 3H2↑. Nhôm bị oxi hoá thành muối kali aluminat, nước đóng vai trò chất oxi hoá tạo khí H2, còn KOH hoà tan lớp Al(OH)3 (hoặc Al2O3) bám trên bề mặt nhôm nên phản ứng diễn ra liên tục. Hiện tượng: nhôm tan dần, có khí không màu thoát ra.

Phương trình phản ứng Al tác dụng với KOH

Phương trình ở dạng phân tử:

2Al + 2KOH + 2H2O → 2KAlO2 + 3H2↑

Nhiều tài liệu viết muối dưới dạng phức hiđroxo, hai cách viết là tương đương:

2Al + 2KOH + 6H2O → 2K[Al(OH)4] + 3H2↑

Cách thứ hai chỉ khác là KAlO2 kết hợp thêm 2H2O trong dung dịch (KAlO2 + 2H2O ⇄ K[Al(OH)4]). Khi làm bài, em cứ viết theo cách thầy cô dạy trên lớp; bài tính toán thường dùng dạng KAlO2.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Al từ 0 lên +3; H trong H2O từ +1 xuống 0 (tạo H2).
  2. Viết quá trình:
    • Al → Al3+ + 3e (quá trình oxi hoá)
    • 2H+1 + 2e → H2 (quá trình khử)
  3. Cân bằng electron: nhân quá trình oxi hoá với 2, quá trình khử với 3 → 2Al cho 6e, 3H2 nhận 6e.
  4. Đặt hệ số: 2Al + … → 2KAlO2 + 3H2. Bảo toàn K cho 2KOH; bảo toàn H và O cho 2H2O.

Kiểm tra lại: vế trái có Al 2, K 2, O 4, H 6; vế phải có Al 2, K 2, O 4, H 6. Cân bằng đúng.

Nguyên tố Vế trái Vế phải
Al 2 2
K 2 2
O 2 (KOH) + 2 (H2O) = 4 2 × 2 = 4
H 2 (KOH) + 4 (H2O) = 6 3 × 2 = 6

Vì sao nhôm tan được trong dung dịch kiềm?

Nhôm thường được bảo vệ bởi lớp màng Al2O3 rất mỏng, bền, nên không tan trong nước nguội. Khi cho vào dung dịch KOH, phản ứng xảy ra qua các bước:

  1. Lớp oxit bị hoà tan: Al2O3 + 2KOH → 2KAlO2 + H2O.
  2. Nhôm trần phản ứng với nước: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑.
  3. Al(OH)3 là hiđroxit lưỡng tính nên bị KOH hoà tan ngay: Al(OH)3 + KOH → KAlO2 + 2H2O.

Cộng bước 2 với 2 lần bước 3 rồi rút gọn nước, ta được đúng phương trình tổng: 2Al + 2KOH + 2H2O → 2KAlO2 + 3H2. Như vậy chất oxi hoá thật sự là H2O, KOH chỉ là “chất dọn đường” giúp màng bảo vệ không còn.

Hiện tượng và điều kiện

  • Điều kiện: nhiệt độ thường, dung dịch KOH (phản ứng nhanh hơn khi đun nóng nhẹ hoặc KOH đặc hơn).
  • Hiện tượng: mảnh nhôm tan dần, sủi bọt khí không màu, không mùi (H2), dung dịch trong suốt.
  • Nhận biết khí: khí H2 cháy với tiếng nổ nhỏ khi đưa que đóm vào miệng ống nghiệm.

Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp

  • Mẹo nhớ: “Nhôm – kiềm – nước” luôn đi cùng nhau; thiếu nước thì không viết được phương trình. Hệ số theo thứ tự 2 – 2 – 2 → 2 – 3.
  • Sai 1: viết Al + KOH → KAlO2 + H2 mà bỏ H2O. Phương trình này không cân bằng.
  • Sai 2: cho rằng KOH là chất oxi hoá. Thực ra KOH không nhận electron; H2O mới bị khử.
  • Sai 3: nhầm với Fe, Cu, Mg. Các kim loại này không tan trong kiềm, chỉ Al, Zn, Be (và một số kim loại có oxit, hiđroxit lưỡng tính) mới có phản ứng.
  • Sai 4: quên rằng khi KOH thiếu mà tạo Al(OH)3 kết tủa thì sản phẩm không phải KAlO2 hoàn toàn. Với phản ứng Al + KOH trực tiếp, Al(OH)3 luôn bị hoà tan nếu KOH đủ theo tỉ lệ 1 : 1 về số mol.

Tính nhanh theo phương trình

Từ phương trình, suy ra: nH2 = 1,5 × nAl; nKOH phản ứng = nAl; nKAlO2 = nAl. Với 1 mol Al, thu được 1,5 mol H2, tức 33,6 lít ở đktc.

Bài tập vận dụng có đáp án

Bài 1. Cho 5,4 gam Al vào dung dịch KOH dư. Tính thể tích khí H2 (đktc).

Giải: nAl = 5,4 : 27 = 0,2 mol → nH2 = 0,2 × 1,5 = 0,3 mol → V = 0,3 × 22,4 = 6,72 lít.

Bài 2. Cho 2,7 gam Al vào 100 ml dung dịch KOH 1M. Sau phản ứng hoàn toàn, tính thể tích H2 (đktc) và khối lượng KAlO2 tạo thành.

Giải: nAl = 0,1 mol; nKOH = 0,1 × 1 = 0,1 mol. Tỉ lệ phản ứng 1 : 1 nên hai chất phản ứng vừa đủ. nH2 = 0,15 mol → V = 0,15 × 22,4 = 3,36 lít. nKAlO2 = 0,1 mol, M = 39 + 27 + 32 = 98 → m = 9,8 gam.

Bài 3. Hỗn hợp X gồm Al và Fe có khối lượng 10 gam. Cho X vào dung dịch KOH dư, thu được 6,72 lít H2 (đktc). Tính phần trăm khối lượng Al trong X.

Giải: Chỉ Al phản ứng với KOH. nH2 = 6,72 : 22,4 = 0,3 mol → nAl = 0,3 : 1,5 = 0,2 mol → mAl = 5,4 gam. %mAl = 5,4 : 10 × 100% = 54% (Fe chiếm 46%).

Ứng dụng của phản ứng

  • Tách Al ra khỏi hỗn hợp với kim loại không tan trong kiềm như Fe, Cu, Mg.
  • Giải thích vì sao không dùng đồ nhôm để đựng dung dịch kiềm hoặc nước vôi, xút.
  • Điều chế lượng nhỏ khí H2 trong phòng thí nghiệm (cần chú ý an toàn vì H2 dễ cháy nổ).

Câu hỏi thường gặp

Al + KOH + H2O ra gì?

Ra muối kali aluminat KAlO2 và khí hiđro: 2Al + 2KOH + 2H2O → 2KAlO2 + 3H2. Có thể viết muối dưới dạng K[Al(OH)4] với 6 phân tử nước ở vế trái.

Trong phản ứng Al + KOH + H2O, chất nào là chất oxi hoá?

Chất oxi hoá là H2O (nguyên tố H có số oxi hoá +1 giảm xuống 0 trong H2). Al là chất khử, còn KOH hoà tan lớp Al(OH)3 hoặc Al2O3 để phản ứng tiếp diễn.

Al có tác dụng với KOH khi không có nước không?

Trong dung dịch thì luôn có nước nên phản ứng xảy ra. Khi viết phương trình phải có H2O ở vế trái, nếu không phương trình sẽ không cân bằng.

Vì sao Fe và Cu không tan trong dung dịch KOH như Al?

Vì oxit và hiđroxit của Fe, Cu không có tính lưỡng tính nên không bị kiềm hoà tan; nhôm có Al2O3 và Al(OH)3 lưỡng tính nên bị KOH hoà tan, làm phản ứng tiếp diễn.

Bài học liên quan