1. Các phương pháp giải bài tập về kim loại
Phản ứng của kim loại với phi kim, đung dịch axit, muối… đều là phản ứng oxi hóa – khử, nên phương pháp đặc trưng để giải bài tập về kim loại là phương pháp bảo toàn electron hoặc bảo toàn ion – electron, đồng thời có sự kết hợp vói một số các phương pháp khác như bảo toàn khối lượng, tăng giảm khối lượng.
1.1. Phương pháp bảo toàn electron và bảo toàn ion – electron.
Định luật bảo toàn electron :Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận.
⇒ Áp dụng: Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận.
Chúng ta sẽ xem xét vận dụng định luật bảo toàn electron qua phương pháp bảo toàn electron và ion electron qua các ví dụ sau:
Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 9,74 gam hỗn hợp Cu và Ag bằng HNO3 loãng thu được 1,12 lít khí NO(đktc). Khối lượng mỗi kim loại Cu và Ag trong hỗn hợp lần lượt là
A. 2,72 và 7,02. B. 7,02 và 2,72 C. 0,0425 và 0,065. D. 0,065 và 0,0425.
Hướng dẫn giải:
Phương pháp bảo toàn ion – electron:
+ Xác định các quá trình khử và quá trình oxi hóa:
Nhận xét: Hòa tan Cu và Ag vào HNO3 loãng thì Cu và Ag là chất khử, còn ion NO3- là chất oxi hóa, do đó ta thiết lập được quá trình khử và oxi hóa như sau:
Cu → Cu2+
Ag → Ag+
NO3- → NO
+ Xác định các thành phần còn lại theo cách sau:
Vế nào thiếu O (oxi) thì thêm H2O hoặc OH- (nếu là môi trường kiềm)
Vế nào thiếu H (hiđrô) thì thêm H+
Trong ví dụ này thì Cu → Cu2+ và Ag → Ag+ không cần phải thêm thành phần nào, nhưng đối với quá trình NO3- → NO thì ta làm như sau: Vế trái NO3- có 3 nguyên tử O, nhưng bên vế phải NO chỉ có một nguyên tử O do vậy ta phải thêm vào vế phải 2H2O (thêm 2 O):
NO3- → NO + 2H2O
Ta tiếp tục xem xét H sau khi đã làm xong với O. Vế phải trong H2O có 4 nguyên tử H, vế trái không có H do đó ta thêm vào vế trái 4H+:
NO3- + 4H+ →NO + 2H2O
Tiếp theo, chúng ta thiết lập cân bằng số e cho và nhận. Với phương pháp này, chúng ta chỉ cần đếm số điện tích (không dùng số oxi hóa như phương pháp bảo toàn electron). Trong ví dụ này ta làm như sau:
Cu → Cu2+ có vế trái điện tích bằng 0; vế phải là Cu2+ có điện tích +2, để 2 vế bằng nhau thì thêm 2e (bằng -2) vào vế phải ⇒ Cu → Cu2+ + 2e
Ag → Ag+ có vế trái điện tích bằng 0; vế phải là Ag+ có điện tích +1, để 2 vế bằng nhau thì thêm 1e (bằng -1) vào vế phải ⇒ Ag → Ag+ + 1e
NO3- + 4H+ → NO + 2H2O có vế phải là NO và 2H2O cho tổng điện tích bằng 0; vế trái là NO3- (có điện tích -1) và 4H+ (có điện tích +4) ⇒ Tổng điện tích là (-1) + (+4) = (+3) do đó ta phải thêm vào vế trái 3e (bằng -3) để cho vế trái bằng vế phải (= 0).
NO3- + 4H+ + 3e →NO + 2H2O
+ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích để thiết lập phương trình về mối quan hệ giữa quá trình khử và quá trình ôxi hóa, ta làm như sau:
Cu → Cu2+ + 2e
nCu 2.nCu
Ag → Ag+ + 1e
nAg nAg
⇒ Số mol e nhường = 2nCu + nAg
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
3.nNO nNO
⇒ Số mol e nhận = 3nNO
Theo định luật bảo toàn electron thì số mol e nhận = số mol e nhường
⇒ 2nCu + nAg = 3nNO mà nNO = 1,12/ 22,4 = 0,05(mol)
⇒ 2nCu + nAg = 3.0,05 = 0,15 (1)
Đến đây là hết phần vận dụng định luật bảo toàn electron, để tìm được lời giải bài toán thì phải sử dụng thêm dữ kiện còn lại. Từ dữ kiện 9,74 gam hỗn hợp kim loại ta thiết lập được phương trình
64.nCu + 108.nAg = 9,74 (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:
2.nCu + nAg = 0,15 (1)
nCu + 108.nAg = 9,74 (2)
Giải hệ phương trình ta được: nCu = 0,0425 (mol); nAg = 0,065 (mol).
⇒ Khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp là
mCu = 64.0,0425 = 2,72 (g); mAg = 108.0,065 = 7,02 (g)
⇒ Chọn đáp án A
Phương pháp bảo toàn electron:
Phương pháp này thực chất không khác phương pháp ion – electron, các em thường căn cứ vào sự thay đổi số oxi hóa để xác định chất khử và chất ôxi hóa, từ đó viết quá trình khử và quá trình ôxi hóa. Cũng căn cứ vào sự thay đổi số ôxi hóa mà xác định sự cho nhận electron. Cuối cùng là vận dụng định luật bảo toàn electron để thiết lập mối quan hệ thành một phương trình đại số.
Với ví dụ này thì ta tiến hành như sau:
+ Viết các phương trình phản ứng, không cần cân bằng phương trình phản ứng:
Cu + HNO3 → Cu(NO3) + NO + H2O (1)
Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O (2)
+ Xác định số oxi hóa của các chất
+ Xác định chất khử, chất oxi hóa và quá trình oxi hóa, quá trình khử
Cuo → Cu+2 + 2e
Ago → Ag+1 + 1e
⇒ Số mol e nhường = 2.nCu + nAg
N+5 +3e → N+2
⇒ Số mol e nhận = 3.nNO = 1,12/ 22,4 = 0,05(mol)
+ Theo định luật bảo toàn e thì số mol chất khử nhường = số mol chất oxi hóa nhận, do đó ta có
2.nCu + nAg = 0,15 (1)
(Đến đây là hết vận dụng phương pháp bảo toàn electron, để tìm kết quả, các bạn xem ở phương pháp ion – electron).
Theo quan điểm admin, với cách thi trắc nghiệm khi sử dụng thành thạo phương pháp ion – electron sẽ nhanh tìm được kết quả bài toán, do vậy admin sẽ tâp trung giải các bài toán theo phương pháp này. Sau đây các em xem cách làm với ví dụ tiếp theo.
Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm S và Br2 tác dụng vừa đủ với hỗn hợp Y gồm 9,75 gam Zn, 6,4 gam Cu và 9,0 gam Ca thu được 53,15 gam chất rắn. Khối lượng của S trong X có giá trị là
A. 16 gam. B. 32 gam. C. 40 gam. D. 12 gam.
Hướng dẫn giải
Với hỗn hợp X, gọi số mol của S là x và số mol Br2 là y ta có khối lượng của hỗn hợp là:
32x + 160y = 53,15 – 9,75 – 6,4 – 9,0 32x + 160y = 28 (1)
Với hỗn hợp X, có nZn = 9,75/65 = 0,15 (mol)
nCu = 6,4/64 = 0,1 (mol)
nCa = 9,0/40 = 0,225 (mol)
|
Quá trình oxi hóa Zn → Zn2+ + 2e 0,15 mol 0,3 Cu → Cu2+ + 2e 0,1 mol 0,2 Ca → Ca2+ + 2e 0,225 mol 0,45 |
Quá trình khử S + 2e → S2- x 2x Br2 + 2e → 2Br- y 2y
|
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có nelectron cho = nelectron nhận
2x + 2y = 0,15.2 + 0,1.2 + 0,225.2 2x + 2y = 0,95 (2)
Từ (1) và (2) ta có : x = 0,375 và y = 0,1 mS = 0,375.32 = 12 gam.
1.2. Phương pháp bảo toàn khối lượng
Định luật bảo toàn khối lượng: Trong các phản ứng hóa học thì tổng khối lượng các chất trước và sau phản ứng không thay đổi.
⇒ Vận dụng: A + B → C + D
⇒ mA + mB = mC + mD
Ví dụ 3: Cho 13,5 gam hỗn hợp các kim loại Al, Cr, Fe tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng nóng (trong điều kiện không có không khí), thu được dung dịch X và 7,84 lít khí H2 (ở đktc). Cô cạn dung dịch X (trong điều kiện không có không khí) được m gam muối khan. Giá trị của m là
A. 45,5. B. 47,1. C. 42,6. D. 48,8.
Hướng dẫn giải:
Bài toán được tóm tắt như sau: Kim loại + dung dịch H2SO4 loãng → muối + H2
Số mol H2 = 7,84/22,4 = 0,35 (mol)
Ta có: H2SO4 loãng → H2 ⇒ Số mol H2SO4 = Số mol H2 = 0,35 (mol)
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mKim loại + mH2SO4 = mmuối + mH2
⇒ 13,5 + 0,35.98 = mmuối + 0,35.2
⇒ mmuối = 47,1 gam
⇒ Đáp án B
Ví dụ sau đây vận dụng đồng thời cả bảo toàn electron và bảo toàn khối lượng:
Ví dụ 4: Để m gam bột sắt ngoài không khí sau một thời gian thu được 16,4gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3. Hoà tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO3 dư thu được 0,15mol NO và 0,1mol NO2. Giá trị của m là
A. 29,12. B. 14,56. C. 43,69. D. 28,00.
Hướng dẫn giải
Quá trình được tóm tắt thành sơ đồ sau:m gam Fe + O2 → 16,4gam hỗn hợp X (gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3) + dung dịch HNO3 dư →0,15mol NO và 0,1mol NO2.
Vận dụng định luật electron:
Ta có: Fe → Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 → Fe3+ ⇒ Fe → Fe3++ 3e (1)
O2 → FeO, Fe3O4, Fe2O3 ⇒ O2 +4e → 2O2- (2)
NO3- → NO và NO2 ⇒ NO3- + 4H+ +3e → NO + 2H2O (3)
⇒ NO3- + 2H+ +1e → NO2 + H2O (4)
Theo định luật bảo toàn electron ⇒ 3.nFe = 4.nO2 + 3.nNO+ nNO2
⇒ 3.nFe = 4.nO2 + 3.0,15+ 0,1
⇒3.(m/56)= 4.nO2 + 0,55 (*)
Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng để xác định khối lượng O2 phản ứng: Vì có m gam Fe + O2 → 16,4 gam hỗn hợp X ⇒ Khối lượng O2 phản ứng = 16,4 – m ⇒ Số mol O2 phản ứng = (16-m)/32
Thay vào (*) ta có: 3.(m/56) = 4. ((16-m)/32) + 0,55
⇒ m = 14,56 gam ⇒ Chọn đáp án B
Lưu ý: Nếu đề yêu cầu xác định số mol HNO3 thì chỉ cần dựa vào (3) và (4) thì số mol HNO3 = số mol H+ = 4.nNO+ 2.nNO2 = 4.0,15 + 2.0,1 = 0,8 (mol)
2. Một số dạng toán thường gặp:
2.1. Kim loại + axit
a. Kim loại tác dụng với axit HCl hoặc H2SO4 loãng tạo khí H2.
Bài 1: Cho 4,2 gam hỗn hợp gồm Mg, Al và Zn tác dụng hết với dung dịch HCl, thấy thoát ra 2,24 lít khí H2 (đktc). Khối lượng muối clorua tạo thành trong dung dịch là
- 7,1 gam. B. 11,3 gam. C. 7,75 gam. D. 14,2 gam.
Hướng dẫn giải
Bài toán được tóm tắt như sau: Kim loại + dung dịch HCl → muối + H2
Số mol H2 = 2,24/22,4 = 0,1 (mol)
Ta có: 2HCl → H2 ⇒ Số mol HCl = 2. Số mol H2 = 2.0,1 = 0,2 (mol)
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mKim loại +mHCl = mmuối +mH2
⇒ 4,2 + 0,2.36,5 = mmuối +0,1.2
⇒ mmuối = 11,3 gam
⇒ Đáp án B
Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 3,22 gam hỗn hợp X gồm Fe, Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 loãng thu được 1,344 lít hiđro (ở đktc) và dung dịch chứa m gam muối. Giá trị của m là
- 10,27. B. 9,52. C. 7,25. D. 8,98.
Hướng dẫn giải
Bài toán được tóm tắt như sau: Kim loại + dung dịch H2SO4 loãng → muối + H2
Số mol H2 = 1,344/22,4 = 0,06 (mol)
Ta có:H2SO4 loãng → H2⇒ Số mol H2SO4 = Số mol H2 = 0,06 (mol)
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mKim loại +m H2SO4 = mmuối + mH2
⇒ 3,22 + 0,06.98 =mmuối + 0,06.2
⇒ mmuối = 8,98 gam
⇒ Đáp án D
b. Kim loại tác dụng với dung dịch HNO3
* Phản ứng tạo 1 khí
Bài 3: Hoà tan hoàn toàn m gam Fe vào dung dịch HNO3 loãng dư thì thu được 0,448 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc). Giá trị của mlà
A. 11,20 gam. B. 0,56 gam. C. 5,60 gam. D. 1,12 gam.
Hướng dẫn giải
Ta có số mol của NO = 0,448/22,4 = 0,02 (mol)
Dựa và quá trình khử và oxi hóa:
Fe → Fe3+ + 3e (1)
mol: m/56 3m/56
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (2)
mol: 0,06 0,02
Theo định luật bảo toàn electron thì 3m/56 = 0,06 ⇒ m = 1,12 gam
⇒ Chọn đáp án D
Bài 4: Cho 11,0 g hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được 6,72 lít khí NO ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Khối lượng của Al và Fe trrong hỗn hợp X tương ứng là
A. 5,4g và 5,6g. B. 5,6g và 5,4g. C. 8,1g và 2,9g. D. 8,2g và 2,8g.
Hướng dẫn giải
Gọi số mol của Al và Fe lần lượt là x và y
Khối lượng của hỗn hợp X là: 27x + 56y = 11 (*)
Số mol khí NO = 0,3 (mol)
Dựa và quá trình khử và oxi hóa:
Al → Al3+ + 3e (1)
mol: x 3x
Fe → Fe3+ + 3e (2)
mol: y 3y
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (3)
mol: 0,9 0,3
Theo định luật bảo toàn electron thì 3x + 3y = 0,9 (**)
Giải hệ phương trình (*) và (**) ta được: x = 0,2; y = 0,1
⇒ Khối lượng mỗi kim loại Al = 27.0,2 = 5,4 gam; Fe = 56.0,1 = 5,6 gam.
⇒ Chọn đáp án A
* Phản ứng tạo nhiều khí
Bài 5: Hoà tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng thì thu được dung dịch X chỉ chứa muối của kim loại và hỗn hợp khí Y gồm 0,015 mol khí N2O và 0,01 mol khí NO. Giá trị của m là
A. 13,5g. B. 1,35g. C. 8,10g. D. 10,80g.
Hướng dẫn giải
Dựa và quá trình khử và oxi hóa:
Al → Al3+ + 3e (1)
mol: m/27 m/9
2NO3- + 10H+ + 8e → N2O + 5H2O (2)
mol: 0,12 0,015
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (3)
mol: 0,03 0,01
Theo định luật bảo toàn electron thì m/9 = 0,12 + 0,03 = 0,15 ⇒ m = 0,15.9 = 1,35 gam
⇒ Chọn đáp án B
Bài 6: Hỗn hợp X gồm Cu, Al, Fe cho tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, dư thu được 0,1 mol N2O và 0,2 mol NO. Số mol HNO3 đã tham gia phản ứng là
A. 0,4 mol. B. 1,8 mol. C. 1,6 mol. D. 1,2 mol.
Hướng dẫn giải
Dựa và quá trình khử :
2NO3- + 10H+ + 8e → N2O + 5H2O (2)
mol: 1 0,1
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (3)
mol: 0,8 0,2
⇒ Số mol HNO3 đã tham gia phản ứng là 1 + 0,8 = 1,8 mol
⇒ Chọn đáp án B
2.2. Kim loại + phi kim
Bài 7: Cho 11,2 lít hỗn hợp khí A gồm clo và oxi phản ứng vừa hết với 16,98 gam hỗn hợp B gồm magie và nhôm tạo ra 42,34 gam hỗn hợp các muối clorua và oxit hai kim loại. Thành phần % khối lượng của magie và nhôm trong hỗn hợp B là
A. 48% và 52%. B. 77,74% và 22,26%. C. 43,15% và 56,85%. D. 75% và 25%.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có : Số mol của Cl2 và O2 = 0,5 mol ; Khối lượng của Cl2 và O2 = 25,36 gam.
Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl2 và O2 ta có : x+y = 0,5 và 71x + 32y = 25,36 ⇒ x=0,24 và y = 0,26.
Gọi a và b lần lượt là số mol của Al và Mg tacó :
27a + 24b = 16,98 (1)
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có :
nelectron cho = nelectron nhận 3. số mol Al + 2. số mol Mg = 2.số mol Cl2 + 4. số mol O2 ⇒ 3a + 2b = 1,52 (2)
Từ (1) và (2) suy ra : a = 0,14 ; b = 0,55
Thành phần % khối lượng của magie và nhôm trong hỗn hợp B là :
% Al = (0,14.27)/16,98 = 0,2226 ; % Mg = (100 – 22,26)% = 77,74%.
⇒ Chọn đáp án B.
2.3. Kim loại + muối
a. 1 Kim loại + dung dịch 1 muối
Bài 8: Ngâm một lá Zn trong 200gam dung dịch FeSO4 7,6%. Khi phản ứng kết thúc lá Zn giảm bao nhiêu gam?
A. 6,5gam. B. 5,6 gam. C. 0,9gam. D. 9gam.
Hướng dẫn giải:
Số mol FeSO4 = (200.7,6%):152 = 0,1 mol
Phương trình phản ứng: Zn + FeSO4 → ZnSO4 + Fe↓ (1)
Theo ptpư (1) thì số mol Zn phản ứng = số mol FeSO4 phản ứng = 0,1 mol
⇒ Kết thúc phản ứng lá Zn bị giảm khối lượng = 0,1.65 = 6,5 gam
Bài 9:Cho m gam Zn vào 1 lít dung dịch AgNO3 0,4M. Sau một thời gian người ta thu được 38,1gam hỗn hợp kim loại. Phần dung dịch còn lại đem cô cạn thu được 52,9 gam hỗn hợp muối khan. Giá trị m là:
A. 0,65gam. B. 23 gam. C. 6,5 gam. D. 13gam.
Hướng dẫn giải:
Số mol AgNO3 = 0,4.1 = 0,4 mol
Phương trình phản ứng: Zn + 2AgNO3→ Zn(NO3)2 + 2Ag↓ (1)
Hỗn hợp kim loại có Ag và Zn còn dư
Vận dụng bảo toàn khối lượng ⇒ m + mAgNO3 = 38,1 + 52,9
⇒ m + 0,4.170 = 91 ⇒ m = 23
b. 2 Kim loại + dung dịch 1 muối
Bài 10: Hoà tan một hỗn hợp bột kim loại có chứa 5,6 gam Fe và 6,4 gam Cu vào 350 ml dung dịch AgNO3 2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng chất rắn thu được là:
A. 64,8gam. B. 54 gam. C. 20,8 gam. D. 43,2 gam.
Hướng dẫn giải:
Phương trình phản ứng:
Fe + AgNO3 → Fe(NO3)2 + Ag↓ (1)
Cu + 2AgNO3→ Cu(NO3)2 + 2Ag↓ (2)
Hỗn hợp có số mol Fe = 5,6/56 = 0,1 và số mol Cu = 6,4/64 = 0,1
Dung dịch có số mol AgNO3 = 2.0,35 = 0,7 mol
Theo (1) và (2) tổng số mol AgNO3 phản ứng là 0,2 < 0,7 ⇒ Hỗn hợp kim loại Fe và Cu phản ứng hết, chất rắn thu được là Ag có khối lượng là 0,2.108 = 21,6 gam
Bài 11: Cho m gam hỗn hợp bột Zn và Fe vào lượng dư dung dịch CuSO4. Sau khi kết thúc các phản ứng, lọc bỏ phần dung dịch thu được m gam bột rắn. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Zn trong hỗn hợp ban đầu là:
A. 90,28%. B. 85,30%. C. 82,20%. D. 12,67%.
Hướng dẫn giải:
Phương trình phản ứng:
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓ (1)
mol x x
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu↓ (2)
mol y y
Vì CuSO4 dư nên Zn và Fe phản ứng hết, chất rắn thu được là Cu
⇒ (x + y).64 = m và 65x + 56y = m
⇒ (x + y).64 = 65x + 56y
⇒ 64x + 64y = 65x +56y
⇒ x = 8y
⇒ Khối lượng Zn = 65x = 520y; khối lượng Fe = 56y
⇒ % khối lượng Zn = 520y : (520y + 56y) = 0,9028
⇒ Đáp án A
c. 1 Kim loại + dung dịch 2 muối
Bài 12: Cho 3,375 gam Al tác dụng với 150ml dung dịch Y chứa Fe(NO3)3 0,5M và Cu(NO3)2 0,5M, sau khi kết thúc phản ứng thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là:
A. 6,9. B. 13,8. C. 9,0. D. 18,0.
Hướng dẫn giải:
Số mol Al = 3,375/27 = 0,125 (mol)
Số mol Fe(NO3)3 = Số mol Cu(NO3)2 = 0,5.0,15 = 0,075 (mol)
Phương trình phản ứng theo thứ tự xảy ra:
2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Cu↓ (1)
mol bđ: 0,125 0,075
mol pư: 0,05 0,075
mol sau: 0,075 0 0,05 0,075
Vì sau phản ứng (1) Al còn dư nên xảy ra phản ứng (2):
Al + Fe(NO3)3 → Al(NO3)3 + Fe↓ (2)
mol bđ: 0,075 0,075
mol pư: 0,075 0,075
mol sau: 0 0 0,075 0,075
Chất rắn thu được là Cu và Fe có khối lượng = 0,075.64 + 0,075.56 = 9 gam
⇒ Đáp án C
Bài 13:Cho m gam Fe vào 100ml dung dịch chứa Cu(NO3)2 0,1M và AgNO3 0,2M. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được dung dịch chứa 2 ion kim loại và được 1 chất rắn có khối lượng bằng (m + 1,6) gam. Giá trị của m là:
A. 0,28. B. 2,8. C. 0,56g. D. 0,92g.
Hướng dẫn giải:
Số mol Cu(NO3)2 = 0,1.0,1 = 0,01 (mol)
Số mol AgNO3 = 0,2.0,1 = 0,02 (mol)
Sau khi phản ứng kết thúc, thu được dung dịch chứa 2 ion kim loại ⇒ AgNO3 hết, chỉ còn lại Fe(NO3)2 tạo ra và Cu(NO3)2 còn dư.
Chất rắn là Ag và có thể có thêm Cu.
Phương trình phản ứng theo thứ tự xảy ra :
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag↓ (1)
mol : 0,01 0,02 0,02
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu↓ (2)
mol : x x x x
Gọi x là số mol của Fe trong pư (2) khi đó x = m/56 – 0,01
Khối lượng chất rắn = 0,02.108 + 64x = m +1,6
⇒ 2,16 + 64 (m/56 – 0,01) = m +1,6
⇒ 64 (m/56 – 0,01) = m – 0,56
⇒ 1,1429m – 0,64 = m -0,56
⇒ 0,1429m = 0,08
⇒ m = 0,56 gam
⇒ Đáp án C
d. Nhiều kim loại tác dụng với dung dịch nhiều muối
Bài 14: Cho 6,45 gam hỗn hợp bột X gồm hai kim loại Al và Mg có tỉ lệ mol tương ứng 3: 2 vào 150ml dung dịch Y chứa Fe(NO3 )2 1M và Cu(NO3)2 1M, khuấy đều cho đến khi kết thúc phản ứng thu được m gam chất rắn và dung dịch Z. Giá trị của m là:
A. 12,90. B. 21,90. C. 19,20. D. 18,54.
Hướng dẫn giải
Hỗn hợp X có 6,45 gam hỗn hợp bột X gồm hai kim loại Al và Mg có tỉ lệ mol tương ứng 3: 2
⇒ 27x + 24y = 6,45 và x /y =3/2
⇒ x = 0,15 ; y = 0,1.
Dung dịch Y chứa Fe(NO3 )2 1M và Cu(NO3)2 1M
⇒ số mol Fe(NO3 )2 = số mol Cu(NO3)2 = 1.0,15 = 0,15 mol
Thứ tự xảy ra phản ứng theo dãy điện hóa:
Mg + Cu(NO3)2 → Mg(NO3)2 + Cu↓ (1)
mol bđ: 0,1 0,15
mol pư: 0,1 0,1
mol sau: 0 0,05 0,1 0,1
Sau (1) còn dưCu(NO3)2 nên xảy ra phản ứng (2)
2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Cu↓ (2)
mol bđ: 0,15 0,05
mol pư: 0,03 0,05
mol sau: 0,12 0 0,12 0,05
Sau (2) còn dư Al nên xảy ra phản ứng (3)
2Al + 3Fe(NO3)2 → 2Al(NO3)3 + 3Fe↓ (2)
mol bđ: 0,12 0,15
mol pư: 0,1 0,15
mol sau: 0,02 0 0,02 0,15
Chất rắn gồm Al dư, Cu và Fe có khối lượng = 0,02.27 + 64.(0,1 + 0,05) + 0,15.56 = 18,54
⇒ Đáp án D
Bài 15: Cho hỗn hợp gồm 2,8 gam Fe và 0,81 gam Al vào 200ml dung dịch X chứa AgNO3 và Cu(NO3)2, khi phản ứng kết thúc được dung dịch Y và 8,12 gam chất rắn Z gồm 3 kim loại. Cho chất rắn Z tác dụng với dung dịch HCl dư được 0,672 lít H2 (ở đktc). Nồng độ mol của dung dịch AgNO3 và dung dịch Cu(NO3)2 lần lượt là
A. 0,1M; 0,2M. B. 0,15M; 0,25M. C. 0,28M; 0,15M. D. 0,25M; 0,1M.
Hướng dẫn giải
Hỗn hợp kim loại : số mol Fe = 2,8/56 = 0,05 (mol) và số mol Al = 0,03 (mol)
Z gồm 3 kim loại ⇒ Z có Cu, Ag và Fe dư (Al có tính khử mạnh hơn Fe nên phản ứng trước và bị hết).
Z phản ứng HCl cho H2 chỉ có Fe dư phản ứng: Fe + HCl → FeCl2 + H2
⇒ Số mol Fe dư = số mol H2 = 0,672/22,4 = 0,03 (mol)
⇒ Số mol Fe tác dụng với muối = 0,05 – 0,03 = 0,02 (mol)
Gọi số mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 lần lượt là x và y mol
AgNO3 → Ag+ + NO3-
mol: x x
Cu(NO3)2 → Cu2+ + 2NO3-
mol: y y
Các quá trình oxi hóa, khử:
Al → Al3+ + 3e
mol: 0,03 0,09 0,09
Fe → Fe2+ + 2e
mol: 0,02 0,02 0,04
Ag+ + 1e → Ag↓
mol: x x x
Cu2+ + 2e → Cu↓
mol: y 2 y y
Vận dụng bảo toàn e ⇒ x + 2y = 0,13 (*)
Trong Z có Ag, Cu và Fe dư, do vậy 108x + 64y = 8,12 – 0,03.56 = 6,44 (**)
Giải hệ phương trình đại số (*) và (**) ta được x = 0,03 ; y = 0,05
⇒ Nồng độ mol của dung dịch AgNO3 = 0,03/0,2 = 0,15M và dung dịch Cu(NO3)2 = 0,05/0,2 = 0,25M.
⇒ Đáp án B
2.4. Kim loại tác dụng với dung dịch chứa H+ và NO3–
Bài 16: Cho 3,2 gam bột Cu tác dụng với 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 0,8M và H2SO4 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, sinh ra V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của V là
A. 0,672. B. 0,448. C. 1,792. D. 0,746.
Hướng dẫn giải
Số mol Cu là 3,2/64 = 0,05
Số mol HNO3 = 0,8.0,1 = 0,08
Số mol H2SO4 = 0,2.0,1 = 0,02
HNO3 → H+ + NO3-
mol: 0,08 0,08 0,08
H2SO4 → 2H+ + SO42-
mol: 0,02 0,04
⇒ Số mol H+ = 0,08 + 0,04 = 0,12 (mol)
Phương trình ion thu gọn trong dung dịch:
3Cu + 2NO3- + 4H+ → 3Cu2+ + 2NO + 2H2O (1)
mol bđ: 0,05 0,08 0,12
mol pư: 0,05 0,033 0,067 0,033
⇒ số mol NO = 2/3.0,05 = 0,033 mol ⇒ V = 0,7467 (l)
⇒ Đáp án D
Lưu ý: Trong dung dịch chứa H+ và NO3- thì kim loại thể hiện tính khử, còn NO3- thể hiện tính oxi hóa
2.5. Kim loại tác dụng với dung dịch kiềm
Bài 17: Hỗn hợp X gồm Na và Al. Cho m gam X vào một lượng dư nước thì thoát ra V lít khí. Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH dư thì được 1,75V lít khí. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong X là (biết các thể tích khí đo trong cùng điều kiện) :
A. 41,94%. B. 77,31%. C. 49,87%. D. 29,87%.
Hướng dẫn giải
X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được lượng khí nhiều hơn so với khi X tác dụng với H2O, chứng tỏ khi X tác dụng với H2O thì Al còn dư, dung dịch sau phản ứng chứa NaAlO2.
Đối với các chất khí thì tỉ lệ thể tích cũng chính là tỉ lệ mol nên căn cứ vào giả thiết ta chọn số mol H2 giải phóng ở hai trường hợp lần lượt là 1 mol và 1,75 mol.
Đặt số mol của Na và Al tham gia phản ứng với H2O là x mol.
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có :
1.x + 3.x = 2.1 x = 0,5
Đặt số mol Al ban đầu là y, khi X tác dụng với dung dịch NaOH dư thì Al phản ứng hết.
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có :
1.0,5 + 3.y = 2.1,75 y = 1
Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong X là : .
⇒ Đáp án D.
2.6. Kim loại tác dụng với nhiều chất oxi hóa (phi kim, dung dịch axit, bazơ, muối)
Bài 18: Trộn 56 gam bột Fe với 16 gam bột lưu huỳnh rồi đun nóng (không có không khí) thu được chất rắn A. Hoà tan A bằng dung dịch axit HCl dư được dung dịch B và khí D. Đốt cháy D cần V lít O2 (đktc). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. V có giá trị là :
A. 11,2 lít. B. 33,6 lít. C. 22,4 lít. D. 44,8 lít.
Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng :
1 mol Fe ; 0,5 mol S → 0,5 mol FeS; 0,5 mol Fe → FeCl2 + H2 và H2S→ SO2 và H2O
Khí D là hỗn hợp H2S và H2. Đốt D thu được SO2 và H2O. Kết quả cuối cùng của quá trình phản ứng là Fe và S nhường electron, còn O2 thu electron.
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 2.nFe +4.nS = 4n.oxi ⇒ Voxi = 22,4 lit
⇒ Đáp án C