Một số phương pháp giải nhanh toán kim loại

Bi t trong dung d ch, các axit phân li hoàn toàn thành các ion.

I ậ BÀI T P V XÁC NH TÊN KIM LO I

1) Có th tính đ c kh i l ng mol nguyên t kim lo i M theo các cách sau:

- Khi đ bài không cho kim lo i M có hóa tr không đ i thì khi kim lo i M tác d ng v i các

ch t khác nhau có th th hi n các s oxi hóa khác nhau đ t kim lo i M có các hóa tr

khác nhau

- Khi h n h p đ u đ c chia làm hai ph n không b ng nhau thì ph n này g p k l n ph n kia

t ng ng v i s mol các ch t ph n này c ng g p k l n s mol các ch t ph n kia

Ví d 2: H n h p X g m Mg và kim lo i M Hòa tan hoàn toàn 8 gam h n h p X c n v a

đ 200 gam dung d ch HCl 7,3 % M t khác cho 8 gam h n h p X tác d ng hoàn toàn v i

khí Cl2 c n dùng 5,6 lít Cl2 ( đktc) t o ra hai mu i clorua Kim lo i M và ph n tr m v kh i

Ví d 3: H n h p X g m hai mu i cacbonat c a 2 kim lo i ki m th hai chu kì liên ti p

Cho 7,65 gam X vào dung d ch HCl d K t thúc ph n ng, cô c n dung d ch thì thu đ c

8,75 gam mu i khan Hai kim lo i đó là:

- T ph ng trình th y: 1 mol MCO ph n ng thì kh3 i l ng mu i t ng: 71 – 60 = 11 gam

- Theo đ bài kh i l ng mu i t ng: 8,75 – 7,65 = 1,1 gam có 0,1 mol MCO tham gia 3

ph n ng

M+ 60 = 76,5 M= 16,5 2 kim lo i là Be và Mg đáp án C

Ví d 4: Hòa tan hoàn toàn 6 gam h n h p X g m Fe và m t kim lo i M (hóa tr II) vào

dung d ch HCl d , thu đ c 3,36 lít khí H2 ( đktc) N u ch hòa tan 1,0 gam M thì dùng không đ n 0,09 mol HCl trong dung d ch Kim lo i M là:

- Ch có kim lo i ki m, Ca, Sr, Ba m i tan trong n c nhi t đ th ng

- Các kim lo i mà hiđroxit c a chúng có tính l ng tính nh Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác d ng

có th có hai kh n ng:

+ M là kim lo i tan tr c ti p (nh kim lo i ki m, Ca, Sr, Ba)

+ M là kim lo i có hiđroxit l ng tính (nh Al, Zn)

M + (4 – n)OH– + (n – 2)H2O MO2n – 4 + H2 (d a vào s mol kim lo i ki m ho c ki m

th s mol OH– r i bi n lu n xem kim lo i M có tan h t không hay ch tan m t ph n)

2) M t s ví d minh h a:

Ví d 1: H n h p X g m Na, K, Ba hòa tan h t trong n c d t o dung d ch Y và 5,6 lít khí

( đktc) Tính ↑ ml dung d ch H2SO4 2M t i thi u đ trung hòa Y

Ví d 2: Th c hi n hai thí nghi m sau:

• Thí nghi m 1: Cho m gam h n h p Ba và Al vào n c d , thu đ c 0,896 lít khí ( đktc)

• Thí nghi m 2: C ng cho m gam h n h p trên cho vào dung d ch NaOH d thu đ c 2,24

lít khí ( đktc) Các ph n ng x y ra hoàn toàn Giá tr c a m là:

H ng d n: nH2 thí nghi m 1 = 0,04 < nH2 thí nghi m 2 = 0,1 mol thí nghi m 1 Ba

nH2= 4x = 0,04 x = 0,01 mol

- Thí nghi m 2: t ng t thí nghi m 1 ta có: x + 3y

2 = 0,1 y = 0,06 mol

m = 0,01.137 + 0,06.27 = 2,99 gam đáp án B

Ví d 3: Hòa tan hoàn toàn 7,3 gam h n h p X g m kim lo i Na và kim lo i M (hóa tr n

không đ i) trong n c thu đ c dung d ch Y và 5,6 lít khí hiđro ( đktc) trung hòa dung

d ch Y c n dùng 100 ml dung d ch HCl 1M Ph n tr m v kh i l ng c a kim lo i M trong

III ậ BÀI TOÁN V KIM LO I TÁC D NG V I DUNG D CH AXIT

1) Kim lo i tác d ng v i dung d ch axit:

M + nH+ Mn+ + n/2H2

(M đ ng tr c hiđro trong dãy th đi n c c chu n)

b) i v i H2SO4đ c, HNO3 (axit có tính oxi hóa m nh):

- Kim lo i th hi n nhi u s oxi hóa khác nhau khi ph n ng v i H2SO4 đ c, HNO3 s đ t s

oxi hóa cao nh t

- H u h t các kim lo i ph n ng đ c v i H2SO4 đ c nóng (tr Pt, Au) và H2SO4 đ c ngu i

(tr Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó S+6 trong H2SO4 b kh thành S+4 (SO2) ; So ho c S-2 (H2S)

- H u h t các kim lo i ph n ng đ c v i HNO3đ c nóng (tr Pt, Au) và HNO3đ c ngu i

(tr Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó N+5 trong HNO3 b kh thành N+4 (NO2)

- H u h t các kim lo i ph n ng đ c v i HNO3 loãng (tr Pt, Au), khi đó N+5 trong HNO3

b kh thành N+2 (NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) ho c N-3 (NH4+)

c) Kim lo i tan trong n c (Na, K, Ba, Ca,…) tác d ng v i axit: có 2 tr ng h p

- N u dung d ch axit dùng d : ch có ph n ng c a kim lo i v i axit

- N u axit thi u thì ngoài ph n ng gi a kim lo i v i axit (x y ra tr c) còn có ph n ng

kim lo i d tác d ng v i n c c a dung d ch

2) M t s chú ý khi gi i bài t p:

- Kim lo i tác d ng v i h n h p axit HCl, H2SO4 loãng (H+đóng vai trò là ch t oxi hóa) thì

t o ra mu i có s oxi hóa th p và gi i phóng H2: M + nH+ Mn+ + n/2H2 (nH+ = nHCl + 2nH2SO4)

- Kim lo i tác d ng v i h n h p axit HCl, H2SO4 loãng, HNO3 vi t ph ng trình ph n

ng d i d ng ion thu g n (H+ đóng vai trò môi tr ng, NO3– đóng vai trò ch t oxi hóa) và

so sánh các t s gi a s mol ban đ u và h s t l ng trong ph ng trình xem t s nào nh

nh t thì ch t đó s h t tr c (đ tính theo)

- Các kim lo i tác d ng v i ion NO3– trong môi tr ng axit H +xem nh tác d ng v i HNO3

- Các kim lo i Zn, Al tác d ng v i ion NO3– trong môi tr ng ki m OH– gi i phóng NH3

4Zn + NO3– + 7OH– 4ZnO22– + NH3 + 2H2O (4Zn + NO3– + 7OH – + 6H2O 4[Zn(OH)4]2 – + NH3) 8Al + 3NO3– + 5OH – + 2H2O 8AlO2– + 3NH3 (8Al + 3NO3– + 5OH– + 18H2O 8[Al(OH)4]– + 3NH3

- Khi h n h p nhi u kim lo i tác d ng v i h n h p axit thì dùng đ nh lu t b o toàn mol electron và ph ng pháp ion – electron đ gi i cho nhanh So sánh t ng s mol electron cho

và nh n đ bi n lu n xem ch t nào h t, ch t nào d

- Khi h n h p kim lo i trong đó có Fe tác d ng v i H2SO4đ c nóng ho c HNO3 c n chú ý xem kim lo i có d không N u kim lo i (Mg Cu) d thì có ph n ng kim lo i kh Fe3+

v Fe2+ Ví d : Fe + 2Fe3+ 3Fe2+ ; Cu + 2Fe3+ Cu2+ + 2Fe2+

- Khi hòa tan hoàn hoàn h n h p kim lo i trong đó có Fe b ng dung d ch HNO3 mà th tích axit c n dùng là nh nh t mu i Fe2+

- Kim lo i có tính kh m nh h n s u tiên ph n ng tr c

- N u đ bài yêu c u tính kh i l ng mu i trong dung d ch, ta áp d ng công th c sau:

mmu i = mcation + manion t o mu i = mkim lo i + manion t o mu i

(manion t o mu i = manion ban đ u– manion t o khí)

3) M t s ví d minh h a

Ví d 1: Cho 3,68 gam h n h p g m Al và Zn tác d ng v i m t l ng v a đ dung d ch

H2SO410 %, thu đ c 2,24 lít khí H2 ( đktc) Kh i l ng dung d ch thu đ c sau ph n ng

là:

H ng d n: nH2 = nH2SO4= 0,1 mol m (dung d ch H2SO4) = 98 gam m (dung d ch

Ví d 3: Cho 7,68 gam h n h p X g m Mg và Al vào 400 ml dung d ch Y g m HCl 1M và

H2SO4 0,5M Sau khi ph n ng x y ra hoàn toàn thu đ c 8,512 lít khí ( đktc) Bi t trong

dung d ch, các axit phân li hoàn toàn thành các ion Ph n tr m v kh i l ng c a Al trong X

A 23,3 gam B 26,5 gam C 24,9 gam D 25,2 gam

m (ch t r n) = mBaSO4+ mCuO = (0,06 + 0,04).233 + 0,04.80 = 26,5 gam đáp án B

Ví d 5: Th tích dung d ch HNO3 1M (loãng) ít nh t c n dùng đ hoà tan hoàn toàn 18 gam

h n h p g m Fe và Cu tr n theo t l mol 1 : 1 là: (bi t ph n ng t o ch t kh duy nh t là

NO)

A 1,0 lít B 0,6 lít C 0,8 lít D 1,2 lít

H ng d n: nFe = nCu = 0,15 mol

- Do th tích dung d ch HNO3 c n dùng ít nh t mu i Fe2+ ∑ ne cho = 2.(0,15 + 0,15) =

0,6 mol

- Theo đlbt mol electron nH+ = nHNO3 = mol ↑HNO3 = 0,8 lít đáp án C

Ví d 6: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung d ch h n h p HNO3 1M và H2SO4 0,5M, k t thúc ph n ng thu đ c V lít ( đktc) khí không màu duy nh t thoát ra, hóa nâu ngoài không

khí Giá tr c a V là:

A 1,344 lít B 4,032 lít C 2,016 lít D 1,008 lít

H ng d n: nCu = 0,15 mol ; nNO3 –= 0,18 mol ; nH+ = 0,36 mol

Do H+ h t ; Cu d

↑NO = 0,09.22,4 = 2,016 lít đáp án C

Ví d 7: Cho h n h p g m 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung d ch ch a h n

h p g m H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M Sau khi các ph n ng x y ra hoàn toàn, thu đ c

dung d ch X và khí NO (s n ph m kh duy nh t) Cho V ml dung d ch NaOH 1M vào dung

d ch ↓ thì l ng k t t a thu đ c là l n nh t Giá tr t i thi u c a V là:

H ng d n: nFe = 0,02 mol ; nCu = 0,03 mol ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol ;

nH+ = 0,4 mol ; nNO3 – = 0,08 mol (Ion NO3– trong môi tr ng H+ có tính oxi hóa m nh nh

HNO3)

- Bán ph n ng: NO3 – + 3e + 4H+ NO + 2H2O

0,12 0,16

H ng d n: nAl = 0,9 mol ; nNO3 – = 0,225 mol ; nOH– = 0,675 mol

8Al + 3NO3 – + 5OH– + 18H2O 8[Al(OH)4]– + 3NH3 (1)

Ví d 9: Hòa tan hoàn toàn 100 gam h n h p X g m Fe, Cu , Ag trong dung d ch HNO3

(d ) K t thúc ph n ng thu đ c 13,44 lít h n h p khí Y g m NO2, NO, N2O theo t l s

mol t ng ng là 3 : 2 : 1 và dung d ch Z (không ch a mu i NH4NO3) Cô c n dung d ch Z

thu đ c m gam mu i khan Giá tr c a m và s mol HNO3đã ph n ng l n l t là:

A 205,4 gam và 2,5 mol B 199,2 gam và 2,4 mol

C 205,4 gam và 2,4 mol D 199,2 gam và 2,5 mol

H ng d n: nY = 0,6 mol nNO2 = 0,3 mol ; nNO = 0,2 mol ; nN2O = 0,1 mol

t i đa m gam Cu Giá tr c a m là:

H ng d n: nFe = 0,12 mol ne cho = 0,36 mol; nHNO3 = 0,4 mol ne nh n = 0,3 mol

là:

H ng d n: nAl = 0,46 mol ne cho = 1,38 mol ; nY = 0,06 mol ; MY = 36

IV ậ BÀI T P V KIM LO I TÁC D NG V I DUNG D CH MU I

- Ngo i l :

+ N u M là kim lo i ki m, ki m th (Ca, Sr, Ba) thì M s kh H+ c a H2O thành H2 và t o thành dung d ch baz ki m Sau đó là ph n ng trao đ i gi a mu i và baz ki m

+ tr ng thái nóng ch y v n có ph n ng: 3Na + AlCl3(khan) 3NaCl + Al

+ V i nhi u anion có tính oxi hóa m nh nh NO3-, MnO4-,…thì kim lo i M s kh các

anion trong môi tr ng axit (ho c baz )

- H n h p các kim lo i ph n ng v i h n h p dung d ch mu i theo th t u tiên: kim lo i

kh m nh nh t tác d ng v i cation oxi hóa m nh nh t đ t o ra kim lo i kh y u nh t và

cation oxi hóa y u nh t

- Th t t ng d n giá tr th kh chu n (Eo) c a m t s c p oxi hóa – kh :

Mg2+/Mg < Al3+/Al < Zn2+/Zn < Cr3+/Cr < Fe2+/Fe < Ni2+/Ni < Sn2+/Sn < Pb2+/Pb < 2H+/H2 <

Cu2+/Cu < Fe3+/Fe2+ < Ag+/Ag < Hg2+/Hg < Au3+/Au

2) M t s chú ý khi gi i bài t p:

- Ph n ng c a kim lo i v i dung d ch mu i là ph n ng oxi hóa – kh nên th ng s d ng

ph ng pháp b o toàn mol electron đ gi i các bài t p ph c t p, khó bi n lu n nh h n h p

nhi u kim lo i tác d ng v i dung d ch ch a h n h p nhi u mu i Các bài t p đ n gi n h n

nh m t kim lo i tác d ng v i dung d ch m t mu i, hai kim lo i tác d ng v i dung d ch m t

mu i,…có th tính toán theo th t các ph ng trình ph n ng x y ra

- S d ng ph ng pháp t ng gi m kh i l ng đ tính kh i l ng thanh kim lo i sau ph n ng,…

- T s mol ban đ u c a các ch t tham gia ph n ng bi n lu n các tr ng h p x y ra

- N u ch a bi t s mol các ch t ph n ng thì d a vào thành ph n dung d ch sau ph n ng và

3) M t s ví d minh h a:

Ví d 1: Nhúng m t thanh kim lo i M hóa tr II n ng m gam vào dung d ch Fe(NO3)2 thì

kh i l ng thanh kim lo i gi m 6 % so v i ban đ u N u nhúng thanh kim lo i trên vào dung

d ch AgNO3 thì kh i l ng thanh kim lo i t ng 25 % so v i ban đ u Bi t đ gi m s mol

c a Fe(NO3)2 g p đôi đ gi m s mol c a AgNO3 và kim lo i k t t a bám h t lên thanh kim

A 15,5 gam B 16 gam C 12,5 gam D 18,5 gam

H ng d n: G i nNi = x mol ; nCu = y mol có trong m gam h n h p

Ni + 2Ag+ Ni2+ + 2Ag (1)

Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2Ag (2)

Ni + Cu2+ Ni2+ + Cu (3)

- T (3) (64 – 59).x = 0,5 x = 0,1 mol (*)

- T (1) nAg(1)= 0,2 mol mAg(1)= 21,6 gam mAg(2) = 54 – 21,6 = 32,4 gam

nAg(2)= 0,3 mol y = 0,15 mol (**)

- T (*) ; (**) m = 0,1.59 + 0,15.64 = 15,5 gam đáp án A

Ví d 3: Hòa tan h n h p b t kim lo i g m 8,4 gam Fe và 6,4 gam Cu vào 350 ml dung d ch

AgNO3 2M Sau khi ph n ng x y ra hoàn toàn thu đ c m gam ch t r n Giá tr c a m là:

H ng d n: nFe = 0,15 mol ; nCu = 0,1 ; nAg+ = 0,7 mol

H ng d n: nFe = 0,04 mol ; nAg+ = 0,02 mol ; nCu2+ = 0,1 mol

Th t các ph n ng x y ra là: (Fe2+/Fe < Cu2+/Cu < Fe3+ < Fe2+ < Ag+ < Ag)

lo i Trong các giá tr sau đây, giá tr nào c a x tho mãn tr ng h p trên:

H ng d n:

- Dung d ch ch a 3 ion kim lo i Mg2+, Zn2+, Cu2+

- ne cho = (2,4 + 2x) mol và ne nh n = 1 + 2.2 = 5 mol

- Yêu c u bài toán th a mãn khi necho < ne nh n hay (2,4 + 2x) < 5 x < 1,3 x =1,2

đáp án C

Ví d 6: Cho m gam b t Fe vào 800 ml dung d ch h n h p g m Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4

0,25M Sau khi các ph n ng x y ra hoàn toàn, thu đ c 0,6m gam h n h p b t kim lo i và

(H n h p X) (H n h p Y)

- Th ng g p:

+ 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe

+ 2yAl + 3FexOy y Al2O3 + 3xFe

+ (6x – 4y)Al + 3xFe2O3 6FexOy + (3x – 2y)Al2O3

- N u ph n ng x y ra hoàn toàn, tùy theo tính ch t c a h n h p Y t o thành đ bi n lu n

Ví d :

+ H n h p Y ch a 2 kim lo i Al d ; oxit kim lo i h t

+ H n h p Y tác d ng v i dung d ch baz ki m (NaOH,…) gi i phóng H2 có Al d

+ H n h p Y tác d ng v i dung d ch axit có khí bay ra thì có kh n ng h n h p Y ch a

(Al2O3 + Fe) ho c (Al2O3+ Fe + Al d ) ho c (Al2O3 + Fe + oxit kim lo i d )

- N u ph n ng x y ra không hoàn toàn, h n h p Y g m Al2O3, Fe, Al d và Fe2O3d

- Th ng s d ng:

+ nh lu t b o toàn kh i l ng: mhhX = mhhY

+ nh lu t b o toàn nguyên t (mol nguyên t ): nAl (X) = nAl (Y) ; nFe (X) = nFe (Y) ; nO (X) = nO (Y)

2) M t s ví d minh h a:

Ví d 1: Nung nóng m gam h n h p Al và Fe2O3(trong đi u ki n không có không khí) đ n

khi ph n ng x y ra hoàn toàn , thu đ c h n h p r n Y Chia Y thành hai ph n b ng nhau:

• Ph n 1: tác d ng v i dung d ch H2SO4loãng (d ) sinh ra 3,08 lít khí H2 ( đktc)

• Ph n 2: tác d ng v i dung d ch NaOH (d ) sinh ra 0,84 lít khí H2 ( đktc) Giá tr c a m là:

A 22,75 gam B 21,40 gam C 29,40 gam D 29,43 gam

- Theo đlbt nguyên t đ i v i O và Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = = 0,05 mol

- Theo đlbt kh i l ng: m = (0,05.102 + 0,1.56 + 0,025.27).2 = 22,75 gam đáp án A

Ví d 2: Nung nóng m gam h n h p g m Al và Fe3O4trong đi u ki n không có không khí

Sau khi ph n ng x y ra hoàn toàn, thu đ c h n h p r n X Cho X tác d ng v i dung d ch NaOH (d ) thu đ c dung d ch Y, ch t r n Z và 3,36 lít khí H2 ( đktc) S c khí CO2(d )

vào dung d ch Y, thu đ c 39 gam k t t a Giá tr c a m là:

H ng d n: nH2 = 0,15 mol ; nAl(OH)3 = 0,5 mol

- T đ suy ra thành ph n h n h p r n X g m: Fe, Al2O3(x mol) và Al d (y mol)

- Theo đlbt nguyên t đ i v i Al: 2x + y = 0,5 x = 0,2 mol

- Theo đlbt nguyên t đ i v i O: nO(Fe O ) = nO(Al O ) nFe3O4 = mol

- Theo đlbt nguyên t đ i v i Fe: nFe = 3nF3O4 = 3.0,15 = 0,45 mol

- Theo đlbt kh i l ng: m = 0,45.56 + 0,2.102 + 0,1.27 = 48,3 gam đáp án C

Ví d 3: Th c hi n ph n ng nhi t nhôm h n h p X g m Al và m t oxit s t FexOy (trong

đi u ki n không có không khí) thu đ c 92,35 gam ch t r n Y Hòa tan Y trong dung d ch NaOH (d ) th y có 8,4 lít khí H2 ( đktc) thoát ra và còn l i ph n không tan Z Hòa tan 1/2

l ng Z b ng dung d ch H2SO4đ c, nóng (d ) th y có 13,44 lít khí SO2 ( đktc) thoát ra

Bi t các ph n ng x y ra hoàn toàn Kh i l ng Al2O3 trong Y và công th c oxit s t l n l t

là:

A 40,8 gam và Fe3O4 B 45,9 gam và Fe2O3

C 40,8 gam và Fe2O3 D 45,9 gam và Fe3O4

H ng d n: nH2 = 0,375 mol ; nSO2(c Z) = 2.0,6 = 1,2 mol

- T đ suy ra thành ph n ch t r n Y g m: Fe, Al2O3, Al d và ph n không tan Z là Fe

- nH2= 0,375 mol nAl d = 0,25 mol

- mAl2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1) nAl2O3 = 0,4 mol

- Theo đlbt nguyên t đ i v i O nO(Fe O ) = 0,4.3 = 1,2 mol

- T (1) ; (2) đáp án C

Ví d 4: Tr n 5,4 gam b t Al v i 17,4 gam b t Fe3O4 r i ti n hành ph n ng nhi t nhôm

(trong đi u ki n không có không khí) Gi s ch x y ra ph n ng kh Fe3O4 thành Fe Hòa tan hoàn toàn ch t r n sau ph n ng b ng dung d ch H2SO4loãng (d ) thu đ c 5,376 lít khí

H2 ( đktc) Hi u su t ph n ng nhi t nhôm và s mol H2SO4đã ph n ng là:

A 75 % và 0,54 mol B 80 % và 0,52 mol

C 75 % và 0,52 mol D 80 % và 0,54 mol

H ng d n: nAl = 0,2 mol ; nFe3O4 = 0,075 mol ; nH2 = 0,24 mol

- Ph n ng x y ra không hoàn toàn: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe

- H n h p ch t r n g m:

- Ta có ph ng trình: 2 + (0,2 – x).3 = 0,24.2