Bai tap vo co kho co huong dan

8 CHUYÊN ĐỀ DẠNG TOÁN KIM LOẠI HAY ION Fe2+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA ĐỒNG THỜI H+ VÀ NO3 Để giải quyết dạng toán này trước hết cần phải lập được sơ đồ bài toán Căn cứ vào sơ đồ đã lập, sử dụng các[.]

CHUYÊN ĐỀ

ĐỒNG THỜI H+ VÀ NO3 -.

Để giải quyết dạng toán này trước hết cần phải lập được sơ đồ bài toán Căn cứ vào sơ đồ đã lập, sử dụng các định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron để lập các phương trình đại số

Lưu ý: Khi cho kim loại hoặc ion Fe2+ tác dụng với dung dịch có ion H+ và ion NO3- thì thường có sản phẩm muối amoni (NH4+) sinh ra, trong đó cần chú ý do hỗn hợp (H+ và NO3-) có tính oxi hóa mạnh hơn so với ion H+ nên khi thu được hỗn hợp khí có mặt H2 thì ion NO3- phải hết, tức không thu được muối NH4NO3 mà thu được muối NH4+ của axit đã dùng trong thí nghiệm

+ Theo thứ tự dãy điện hóa:

2+

Mg Mg

3+

Al Al

2+

Zn

Zn

+

2

2H H

2+

Cu Cu

3+

Fe Fe

+ Ag

Ag

Thì khi thu được khí H2, toàn bộ Fe3+ phải bị khử hết thành Fe2+ Vậy khi thu được hỗn hợp khí có mặt H2 thì hỗn hợp muối thu được không có muối Fe3+

II MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA

Câu 1 Cho 3,48 gam bột Mg tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HCl (dư) và KNO3, thu được dung dịch X chứa m gam muối và 0,56 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N2 và H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 11,4 Giá trị của là

Giải

Sơ đồ

0,025 (mol) hh Y dY/H2 = 11,4.

Mg + dd

Hỏi giá trị: m = ?

Dựa vào hỗn hợp khí Y: x + y = 0,25 (1)

2x + 28y

= 11,4 (x + y).2 (2)  x= 0,005 ; y = 0,02.

Ta nhận thấy : Mg 2e

  Mg2+ ; 2N+5 (NO 3-) 10e

   N2 (y = 0,02) (0,145) N+5 (NO 3-) 8e

  NH4+ (z mol) 2H+   H2 (x=0,005)2e

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

0,145.2 = 10.0,02 + 8.z + 0,005.2  z = 0,01

Bảo toàn mol nguyên tử N để tìm số mol của gốc NO 3 - ban đầu

2

n = 2.n + n = 0,05 (mol)

-3

n = n = n = 0,05

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:

t = 0,145.2 + 0,01 + 0,05 = 0,35 (mol)

Dễ dàng tìm được tổng khối lượng muối trong dung dịch X????

0,145 (mol)

H+ (dư)

Cl

-K+

NO3- (bmol)

H2 (x mol)

N2 (y mol)

dd X (mg)

Cl

-K+

Mg2+

NH4+

Vậy dd X (mg)

Cl- (t mol)

K+ (0,05)

Mg2+ (0,145) NH

4 + (0,01)

Câu 2 Nhiệt phân hỗn hợp X gồm Mg và 0,35 mol Cu(NO3)2 trong bình kín không chứa khí, sau một

thời gian thu được rắn Y và 10,08 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO2 và O2 Y tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 2,8 mol HCl thu được dung dịch A chỉ chứa m gam các muối clorua và 8,96 lít (đktc) hỗn hợp B gồm NO và H2 có tỉ khối so với H2 bằng 8 Giá trị của m là?

Sơ đồ

(m gam)

Câu 3 Cho một lượng dư Mg vào 100ml dung dịch gồm H2SO4 2M; NaNO3 0,1M và KNO3 0,5M Sau

khi các phản ứng kết thúc thu được Mg dư, dung dịch Y chứa m gam muối và hỗn hợp khí Z gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí Tỉ khối hơi của Z so với H2 là 8 Giá trị của m là

Giải

Theo đề bài hỗn hợp khí Z gồm NO và H2 Do có khí H2 nên ion NO3- phải hết và dung dịch Y gồm các muối sunfat

Sơ đồ

Mg (dư) + dd

Dễ dàng suy ra: x = ,

a = b =

NO2 (a) 0,45 (mol) hh Z

(a + b = 0,45) O2 (b)

rắn Y     + 2,8 (mol) HCl(du)

Mg

Cu(NO3)2 (0,35 mol)

2: 0,35 (mol)

NH4Cl (d mol)

H2O (e mol) ddA

NO (x) H

2 (y)

hh B: 0,4 (mol)

x + y = 0,4

dB = 30.x + 2.y = 8 (x + y).2  x = y = 0,2

Giải

Bảo toàn mol O cho H 2 O ta có:

e + x + 2a +2b = 0,35.6  e = 1 (mol)

Bảo toàn H cho NH 4 Cl ta có:

4.d + 2.e + 2y = 2,8  d = 0,1 (mol)

Bảo toàn mol Cl cho MgCl 2 ta có :

2c+ 2.0,35 + d = 2,8  c = 1 (mol)

 Vậy dễ dàng tìm được giá trị m trong dd A???

H2SO4 (0,2 mol) NaNO3 (0,01 mol) KNO3 (0,05 mol)

dd Y

MgSO4 (0,2 - (0,03 + x)) = 0,17 - x (mol)

Na2SO4 (0,005)

K2SO4 (0,025) (NH4)2SO4 (x)

H

2O : = 0,2 - (b+4x) (mol)

- Áp dụng định luật bảo toàn mol electron.

Mg 2e

  Mg2+ ; +5

-3 ( N O ) 3e

  N O (a)+2 2H+   H2 (b); 2e +5

-3 ( N O ) 8e

  ( N H )-3 4  (2x) (0,17 - x).2 = 3.a + 2b + 8.2x (1)

- Bảo toàn mol nguyên tố O ta có:

3.0,01 + 3.0,05 = a + 0,2 - (b + 4x) (2)

NO (a)

H2 (b)

d =

hh Z

Câu 4 Cho 144 gam hỗn hợp X gồm Al, Al2O3; Fe3O4; Fe(NO3)2 (trong đó oxi chiếm 33,33% về khối

lượng) tan hoàn toàn trong dung dịch chứa 7,6 mol KHSO4 loãng Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối trung hòa và 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO và H2

có tỉ khối hơi so với H2 là 4,5 Phần trăm khối lượng của Al trong X gần giá trị nào sau đây nhất?

Giải

Theo đề bài: Z gồm 0,1 mol NO và 0,3 mol H2 Vì thu được hỗn hợp khí có H2 nên NO3- đã

phản ứng hết, vậy dung dịch Y chỉ chứa muối sunfat, còn Fe 3+ bị khử hết thành Fe 2+

Sơ đồ

144g X

Fe3O4 (a) Fe(NO3)2 (b)

Al (c)

Al2O3 (d)

NO (0,1 mol)

H2 (0,3 mol)

%O = 33,33  mO = 48g

Tổng mol O: nO = 3 (mol)

Bảo toàn mol cho O ta có

4a + 6b + 3d = 3 (1)

Bảo toàn mol cho O ta có:

3 = 0,1 + x  x = 2,9

Bảo toàn mol cho H ta có

7,6 = 2.2,9 + 2.0,3 + 8y  y = 0,15

Bảo toàn mol cho N ta có :

2b = 0,1 +2y  b = 0,2

Bảo toàn khối lượng cho X ta có

232a + 180b + 27c + 201d = 144 (2)

Al2(SO4)3 FeSO4 (NH4)2SO4 (y)

H2O (x mol)

dd Y

Áp dụng định luật bảo toàn e Ta có:

Fe3O4 = Fe2O3 FeO

(a) (a) (a) 3c = 2a + 0,3 + 0,6 + 16y (3)

Vậy :

Fe3+ (2a) Fe2+ Tổ hợp các phương trình: (1), (2), (3), y = 0,15, b = 0,2

Al (c) Al3+

(0,1) Tìm được các giá trị: a, b, c, d

(2y)  Dễ dàng tìm kết quả của bài toán

2H+ H

2 (0,3)

Câu 5 Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Mg; MgO; Fe3O4 và Fe(NO3)2 (trong đó oxi chiếm 34,024%

theo khối lượng) trong dung dịch HCl dư, thấy có 4,453 mol HCl phản ứng Sau khi các phản ứng xảy

ra xong, thu được dung dịch Y chỉ chứa HCl dư và 222,8575 gam muối clorua, đồng thời thấy thoát ra 4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO và H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 8 Phần trăm khối lượng MgO trong X gần nhất với giá trị nào dưới đây?

Giải

Từ dữ kiện đề về hỗn hợp khí Z, dễ dàng tìm được số mol NO = 0,1; mol H2 = 0,1

Do có H2 sinh ra nên ion NO3- phản ứng hết và trong dung dịch muối gồm: MgCl2, FeCl2, NH4Cl

Ta lập sơ đồ phản ứng:

Ta có: Tổng số mol O trong X là

O

0,34024.m

n =

16 (mol) (1) Bảo toàn mol oxi cho H2O ta có : x = 0,34024.m 0,1

16  (mol) (2) Bảo toàn khối lượng ta có :

m + 4,453.36,5 = 222,8575 + (30.0,1 + 2.0,1) + 18(0,34024.m 0,1)

16   m = 100 (gam)

Thay m vào (2) : x = 2,0265 Thay m vào (1): nO = 2,1265 (mol) Bảo toàn H cho NH4Cl ta có : 4,453 = 4y + 2x + 0,2  y = 0,05

Bảo toàn mol cho N ta có : 2d = 0,1 + 0,05  d = 0,075

Bảo toàn khối lượng hỗn hợp X : 100 = 24a + 40b + 232c + 180.0,075 (3)

Bảo toàn số mol O cho X : b + 4c + 6.0,075 = 2,1265 (4)

Bảo toàn electron cho X: 2a = 2c + 0,3 + 0,2 + 8.0,05 (5)

 Dễ dàng tìm được kết quả.

Mg (a) MgO (b) Fe

3O

4 (c) Fe(NO

3)

2 (d)

(%O = 34,024%)

NO (0,1)

H2 (0,1)

hh Z

H2O (x)

222,8575g muối

MgCl 2 FeCl2 NH

4Cl (y)

a =

b =

c =

Câu 6 Cho 7,65 gam hỗn hợp X gồm Al và Al2O3 (trong đó Al chiếm 60% khối lượng) tan hoàn toàn

trong dung dịch Y gồm H2SO4 và NaNO3, thu được dung dịch Z chỉ chứa 3 muối trung hòa và m gam hỗn hợp khí T (trong T có 0,015 mol H2) Cho dung dịch BaCl2 dư vào Z đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 93,2 gam kết tủa Còn nếu cho Z phản ứng với NaOH thì lượng NaOH phản ứng

tối đa là 0,935 mol Giá trị của m gần nhất giá trị nào sau đây?

Hướng dẫn:

Gọi a, b lần lượt là số mol của Al, Al2O3, ta lập pt theo khối lượng và phương trình %Al =60%

27a + 102b = 7,65

27.a

%Al = 100 = 60

7,65

Do hỗn hợp khí T có khí H2 sinh ra nên ion NO3- phải hết và hỗn hợp muối Z chỉ gồm những muối sunfat (SO42-)

Bảo toàn mol cho SO42- ta có:

2-4

(SO )

n = 0,345 + b + c = 0,4

Do muối Al3+ và muối NH4+ tác dụng lượng max NaOH nên, ta có:

Al3+ + 4OH-  AlO2- + 2H2O

0,23 0,92

NH4+ + OH-  NH3 + H2O

2c 2c

Tổng mol OH- : 0,92 + 2c = 0,935  c = 0,0075 (mol) thay vào (1)

 b = 0,0475 (mol) Bảo toàn mol gốc SO42-, ta dễ dàng tìm được mol của H2SO4

2-2 4 4

H SO SO

n = n = 0,4 (mol)

Bảo toàn mol cho Na ta dễ dàng tìm được mol NaNO3

nNaNO3= 2b = 0,095 (mol)

Bảo toàn mol cho H ta dễ dàng tìm được mol H2O

n = 0,4.2 = 0,015.2 + 0,0075.8 + 2dH  d = 0,355

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta dễ dàng tìm được tổng khối lượng khí T

(hhX) (H SO ) (NaNO ) (hhT) (Z) (H O)

m + m + m = m + m + m  dễ dàng tìm được đáp án !



a = 0,17

b = 0,03

7,65 gam hh X Al (0,17)

Al2O3 (0,03)      H SO + NaNO2 4 3

m? g khí T có 0,015 (mol) H2 (có sản phẩm khử NxOy sinh ra )

dd Z

Al2(SO4)3 (0,115)

Na2SO4 (b) (NH

4)

2SO

4 (c)

H2O (d)

2 + dd BaCl

   BaSO4 

(0,4 mol)

+ NaOH

  nNaOH (max) = 0,935

Câu 7 Hòa tan hết 20 gam hỗn hợp X gồm Cu và các oxit sắt (trong hỗn hợp X oxi chiếm 16,8% về

khối lượng) cần dùng vừa đủ dung dịch chứa b mol HCl và 0,2 mol HNO3 thu được 1,344 lít NO (đktc)

là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch Y Cho dung dịch Y tác dụng với một lượng dung dịch AgNO3 (vừa đủ) thu được m gam kết tủa và dung dịch Z Cho Z tác dụng với một lượng dư dung dịch NaOH, lọc kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thu được 22,4 gam chất rắn Giá trị của m là

HD:

Theo đề: Tổng khối lượng oxi trong hh X là: O

16,8

m = 20 = 3,36

 Tổng mol oxi trong X: O

3,36

n = = 0,21

Ta sử dụng phương pháp qui đổi 20 gam hhX (Cu và các oxit sắt) thành 20gam hh (Cu, Fe, O)

Lưu ý: Đề cho biết lượng HNO3 và HCl dùng vừa đủ, sản phẩm khử sau phản ứng không có H2, và dễ thấy gốc NO3- dư (0,14), nên dung dịch Y thu được phải có ion Cu2+, Cl-, NO3-, riêng các oxit sắt phản ứng tạo ra ion Fe3+ và Fe2+ (vì H + không dư).

Khi cho Y tác dụng với dung dịch AgNO3 (đủ), lưu ý:

Fe 2+ + Ag +  Fe 3+ + Ag (1)

z (mol) z (mol)

Cl - + Ag +  AgCl  (2)

b (mol) b (mol)

dd Z

Cu2+ (x)

Fe3+ (y)

NO3

-NaOH

  Kết tủa Cu(OH)2 (x)

Fe(OH)

3 (y)

0

t

 22,4 gam CuO (x)

Fe

2O

3 (y/2)

20g hh X

Cu (x)

Fe (y)

O (0,21)

3

0,2 (mol) HNO

b (mol) HCl

    

0,06 (mol) NO

dd Y

Cu2+ (x)

Fe2+ (z)

Fe3+ (t)

Cl- (b)

NO3- (0,14)

H2O

3 AgNO

  

m gam  AgCl

Ag

dd Z

Cu2+ (x)

Fe3+ (y)

NO3

-(sp khử duy nhất)

Câu 8 Hỗn hợp X gồm Mg và Fe3O4 (trong đó oxi chiếm 25% khối lượng X) Cho một lượng X tan hết

vào dung dịch gồm H2SO4 2M và KNO3 1M, thu được dung dịch Y chỉ chứa 17,87 gam muối trung hòa

và 224 ml NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) Cho Y tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được kết tủa Z Lọc và nung kết tủa Z trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn khan Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

Hướng dẫn:

Gọi a là thể tích dung dịch gồm H2SO4 2M và KNO3 1M, cho thấy: nH SO2 4 = 2a (mol); nKNO3= a (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có

( )X (H SO) (KNO) (NO) (H O) 17,87

m + 98.2a + 101.a = 30.0,01 + 18.2a + 17,87  m + 261a = 18,17 (1)

Bảo toàn mol cho oxi ta có

0, 25

16

m

+ 8a + 3a = 0,01 + 8a + 3(a - 0,01) + 2a  32a - 0,25m = 0,32 (2)

Câu 9 X là hỗn hợp rắn gồm Mg; Cu; NaNO3 và FeO (trong đó oxi chiếm 26,4% về khối lượng) Hòa

tan hết m gam X trong 210,7 gam dung dịch H2SO4 loãng, nồng độ 10% thu được dung dịch Y chỉ chứa muối sunfat trung hòa và 0,896 lít (đktc) hỗn hợp NO; H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 8 Cô cạn cẩn thận dung dịch sau phản ứng được chất rắn khan Z và 192,24 gam H2O Phần trăm khối lượng Cu trong

X gần với giá trị nào nhất dưới đây?

2 4

H SO

210,7.10

100.98  mH O 2 = 210,7 - 98.0,215 = 189,63 (g)  nH O2 = 10,535 (mol)

Theo đề bài: 0,04 mol hh ta có:  a = b = 0,02

Sơ đồ

mO = 0,25m  nO = 0, 25. ( )

16

m mol

m gam hhX Mg (x)

Fe3O4 (y)

2 4 3

H SO (2a) KNO (a)

   

NO (0,01 mol)

dd Y chứa 17,87 gam

Mg2+ (x)

Fe2+ (z)

Fe3+ (t)

SO42- (2a)

NO3- (a - 0,01)

H2O

(Sp khử duy nhất)

2a (mol)

m = 5,12

a = 0,05

NO (a)

H2 (b)

a + b = 0,04

(X)

O

0,264.m

16

mg X (%mO = 26,4%)

Mg (x)

Cu (y) FeO (z) NaNO3 (t)

2 4

210,7g dd H SO 10%

(0,215mol H SO + 10,535mol H O)

         

NO (0,02) và H2 (0,02)

Rắn Z

H2O:

MgSO4 CuSO4 FeSO4 (NH4)2SO4 (u)

Vì

2-4

SO

n trước và sau phản ứng không đổi, nên bảo bảo mol oxi cho

(X) (H O)truoc2 (NO) (H O)Sau2

O

0,264.m

n = + 10,535 = 0,02 + 10,68

16

Bảo toàn H ta có:

0,215.2 + 10,535.2 = 0,02.2 + 8u + 10,68.2  u = 0,0125 (mol).

Bảo toàn N ta có : t = 0,02 + 2.u  t = 0,045 (mol).

Bảo toàn mol O trong hh X ta có: O(X)

0,264.m

n = z + 3t = (mol)

Bảo toàn khối lượng hhX ta có: 24.x + 64.y + 72.0,03 + 85.0,045 = 10

 24x + 64y = 4,015 (*) Bảo toàn mol electron ta có

 2x + 2y = 0,3 (**)

 Dễ dàng tìm được kết quả bài toán !

Câu 10 Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Al; MgO; Fe3O4 và Fe(NO3)2 (trong đó oxi chiếm 28,48%

theo khối lượng) trong dung dịch HCl dư, thấy có 5,36 mol HCl phản ứng Sau khi các phản ứng xảy ra xong, thu được dung dịch Y chỉ chứa HCl dư và 260,3 gam muối clorua, đồng thời thấy thoát ra 20,16 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO và H2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 10

3 Phần trăm khối lượng Fe3O4 trong X gần nhất với giá trị nào dưới đây?

HD

Theo dữ kiện của đề dễ dàng tìm được: n = 0,15 (mol) ; n = 0,75 (mol).NO H2

Sơ đồ:

X (%mO = 28,48%)

Mg Mg2+

x 2x

Cu Cu2+

y 2y

NO 3

- NO 0,06  0,02

NO3- NH4+ 0,2 0,025 2H+ H2

0,04 0,02

Từ (*), (**)

x = 0,139625

y = 0,010375

Al (x) MgO (y)

Fe3O4 (z) Fe(NO3)2 (t)

+ 5,36 mol HCl

    

NO (0,15 mol), H2 (0,75 mol)

260,3 g muối

AlCl

3 (x) MgCl

2 (y) FeCl2 (3z + t)

NH4Cl (u) H

2O (a mol)