Chuyên đề kim loại hóa học

 VẤN ĐỀ 2 : Kim loại tác dụng với nước và kim loại tác dụng với bazơ kiềm... Xác định % khối lượng của các kim loại trong hợp kim Al và Zn.. VẤN ĐỀ 2: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC VÀ KIM

CHUYÊN ĐỀ KIM LOAI

A TÓM TẮT CHUYÊN ĐỀ :

 VẤN ĐỀ 1 : Tìm nguyên tử lượng của kim loại

 VẤN ĐỀ 2 : Kim loại tác dụng với nước và kim loại tác dụng với bazơ kiềm

 VẤN ĐỀ 3 : Kim loại tác dụng với axit

 VẤN ĐỀ 4 : Kim loại tác dụng với dung dịch muối

 VẤN ĐỀ 5 : Kim loại tác dụng với oxit kim loại

 VẤN ĐỀ 6 : Phương pháp nhiệt luyện

B NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ :

I VẤN ĐỀ 1:

1 Bài tập phân tích :

 Bài tập 1 : Cho 2,16 g một kim loại M hóa trị III tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thu được 0,027 mol hỗn hợp khí N2O và N2 có tỉ khối hơi so với H2 là 18,45 Tìm M ?

Bài Giải 10M + 36HNO3  10M(NO3)3 + 3N2 + 18H2O

8M + 30HNO3  10M(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

Đặt n (N2) = x ; n( N2O) = y

Ta có : x + y = 0,027 (I)

28 44 18,45x2

y x

y x







(II)

Từ (I) và (II) ta có : x=0,012 mol

y =0,015 mol

=>

27 08 , 0

16 , 2





M

=> M=Al

 Bài tập 2:

Có một hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M hóa trị không đổi , khối lượng hỗn hợp là 15,06 g Chia hỗn hợp A thành 2 phần bằng nhau

-Phần 1: hòa tan hết vào dd HCl được 3,696 l H2 ( đkc)

-Phần 2: hòa tan hết vào dd dịch HNO3 loãng dƣ thu đƣợc 3,96 l NO (đkc) Tìm M

Bài làm : Khối lƣợng mỗi phần là : 7,53g

2

06 , 15

 Trong mỗi phần đăt: n( Fe) = x ; n( M) = y

Khối lƣợng mỗi phần : 56x + My = 7,53 (g) (I) Phần I : Fe + HCl  FeCl3 + H2

x x

M + HCl  MCln +

2

n

H2

y

2

n

y Phần II: Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + NO + H2O

x x

3M + 4nHNO3  3M(NO3)n + nNO + 2nH2O

Y

3

ny

Số mol H2 : x +

2

n

y = 0,165 (II)

Số mol NO: x +

2

n

y = 0,15 (III) Lấy III – II => x= 0,12 mol; My 0,81 g

II => ny = 0,33-0,12x2 = 0,09 mol

n

M

9

9  



n 1 2 3

M 9 (loại ) 18 (loại ) 27 (nhận)

2 Bài tập bổ xung:

 Bài tập 1: Hỗn hợp X gồm Mg và hỗn hợp M

 Hòa tan hoàn toàn 8 g hỗn hợp X vào một lƣợng dung dịch HCl 7,3% (D= 1,2 g/ml) vừa đủ thu đƣợc 4,48 l H2 ( 27,3oC ; 1,1atm 0

 Mặt khác cho 8(g) hỗn hợp X tác dụng với khí Cl2 thì cần dùng 5,6 l Cl2 (đkc) tạo ra 2 muối Clorua Tìm thể tích dd HCl đã dùng và khối lƣợng nguyên tử của M

 Bài tập 2 : Đột 40,6 g một hợp kim gồm Al và Zn trong bình đựng khí Clo dƣ thu đƣợc 65,45 g hỗn hợp rắn Cho hỗn hợp rắn này tan hết trong dd dịch HCl thì thu đƣợc V lit H2 (đkc) Dẫn V lit này qua ống đựng 80 g đồng đun nóng sau một thời gian thấy trong

ống còn lại 73,32 g chất rắn và chỉ có 80 % H2 tham gia phản ứng Xác định % khối lượng của các kim loại trong hợp kim Al và Zn

 Bài tập 3: Cho 23,8 g X (Cu , Fe , Al ) tác dụng vừa hết với 14,56

l Cl2 (đkc) thu được hỗn hợp muối Y Mặt khác 0,35 mol X tác dụng với dd HCl có dư thu được 0,2 mol H2 (đkc) Tìm phần trăm khối lượng trong hỗn hợp Y

II VẤN ĐỀ 2: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC VÀ KIM LOẠI TÁC

DỤNG VỚI DD BAZƠ KIỀM

1 Bài tập phân tích :

 Bài tập 1: Hai kim loại kiềm A và B có khối lượng bằng nhau

17,9 g hỗn hợp A và B tan hoàn toàn trong 500 g nước thu được

500 ml dd C 9 (d=1,03464 g/ml) >Tìm A và B

Bài Làm :

A + H2O  AOH +

2

1

H2 (1)

B + H2O  BOH +

2

1

H2 (2) Khối lượng H2 thoát ra khỏi dung dịch là :

(17,94 + 500b ) -500x1,03464 = 0,62 g

(1), (2) => tổng mol kim loại A và B = 2 số mol H2 =

mol

2

62 , 0

Nguyên tử lượng trung bình cưa A và B :

A= 28,9đVC

62 , 0

94 , 17

 Giả sử A,B ta có A < 28,9 <B

Khối lượng mỗi kim loại : m (A) =m (B) = 8 , 97g

2

94 , 17



Số mol A : n (A) =

A

97 , 8 Điều kiện số mol của A :0<n(A)<0,62

 0<

A

97 , 8

<0,62 => 8,97 < 0,62A =>A>14,5 Điều kiện số mol của A :

14,5<A <28,9

A: kim loại kiềm

 A =Na

 n(A) = 0,39mol

23

97 , 8

 n (B)b= o,62 – 0,39 = 0,23 mol

 Nguyên tử lượng của B = 39đVC

23 , 0

97 ,

 B=K

 Bài tập 2 : Cho một hỗn hợp Na và Al vào nước ( có dư) Sau khi phản ứng ngừng thu được 4,48 lít khí hiđro và còn dư lại một chất rắn khộng tan Cho Chất này tác dụng với H2SO4 loãng (vừa đủ ) thì thu được 3,36 lit khí và một dd Các khí đo điều kiện chuẩn Tìm khồi lượng của hỗn hợp đầu

Bài Làm ; Na- Al vào nước :

Na + H2O  NaOH + ½ H2 (1)

Al + H2O + NaOH  NaAlO2 +

2

3

H2 (2) Chất rắn còn dư lá Al :

2Al + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 (3) Gọi x là số mol Na trong hỗn hợp đầu

(1) => n (NaOH) = x

(2) => n (Al ) tan trong dd dịch kiềm là x

(1) và (2) => Số mol H2 khi cho Na-Al vào nước :

mol x

x x

4 , 22

48 4 2 2

3 2

1













(2) => số mol Al dư tác dụng với H2SO4 : n(A) =

2 3

2

H

n =0,1 mol (3) Vậy số mol natr ban đầu = 0,1 mol => m (Na ) = 2,3 g

(4) N (Al ban đầu ) = 0,1 + 0,1 = 0,2 mol

(5) => M (Al) = 0,2 27 = 5,4 g

2 Bài tập bổ xung :

 Bài tập 1 : Hỗn hợp X gồm kim loại kiềm m và kim loại M’ hóa tri II Cho 3,25 g hỗn hợp X tan hoàn toàn trong nước (có dư ) tạo

ra dd D và có 1108, 8ml khí bay ra 27,3 oC ; 1atm ; Chia dd D thành 2 phần bằng nhau :

- Phần I : đem cô cạn 2,03 g chất rắn A

- Phần II : Cho tác dụng với 100ml dd HCl 0,35 mol tạo ra kết tủa b Các phản ứng xảy ra hoàn toàn

Tìm M và M’ Tìm khối lượng mỗi ki9m loại trong hỗn hợp X và khối lương kết tuỷa B tạo thành

 Bài tập 2 : Cho hỗn hợp gồm 2,15 g gồm kim loại A và kim loại kiềm thổ b cả 2 trực tiếp đều tan trong nước cho 0,448 lít H2 (đ k

c ) và dd C

a Tính thể tích dd dịch HCl cần dùng dể trung hòa ½ dd C

b Cho ½ thể tích dd C tác dụng với H2SO4 (dư ) thu được 1,165 g kết tủa Tìm 2 kim loại A và B trong các kim loại cho dưới đây ;

Li (7) ; Na ( 23 ) ; K (39); mg (24) ; Ca (40) ; Ba (137)

 Bài tập 3 : Hòa tan hoàn toàn 23 g hỗn hợp Ba và 2 kim loại kiềm

A và b thuộc 2 chu kmyf liên tiếp nhau vào nước thu dược dd D 6,5 litf H2 (đ k c )

a Tìm thể tích H2SO4 0,5 M vừa đủ đẻ trung hoàn toàn dd D Cô cạn dd tạo thành thu được bao nhieeu gam muối khan

b Nếu thêm 18m ml dd Na2SO4 0,5 m vào dd D thì kết tủa Ba2+ ; nếu thêm

210 ml dd Na2SO4 0,5 m vào dd D thì sau phản ứng còn dư Na2SO4 Tìm A,B

III VẤN ĐỀ 3: KIM LOẠI TÁC DUNG VỚI AXIT

1 Bài tập phân tích :

 Bài tập 1: Khi hòa tan cùng một lượng kim loại R vào dd HNO3 đặc , nóng và vào dd H2SO4 loãng thì thể tích NO thu được gấp 3lần thể tích H2 ở cung điều kiện nhiệt độ và áp suất Khối lượng muối sunfat thu được bằng 62,81% khối lượng muối tạo thành Tìm kim loại R

Bài làm : Gọi R có hóa trị m khi tác dụng với axit H2SO4 loãng và có hóa trị n khi tác dụng với HNO3

A là số mol của R khi tham gia phản ứng

2R + 2H2SO4  R2(SO4)m + mH2

a ½ ma

R +2nHNO3  R(NO3)n + nNO2 + nH2O

a na

Ta có : na = 3.0,5ma => n=1,2m => Chỉ có m=2 , n=3 là phù hợp

R + H2SO4  R2SO4 +H2

a a

R +6HNO3  R(NO3)3 + 2NO2 + 3H2O

a a

TỪ m ( muối sunfat ) = 0,6281 m (muối nitrat)

 (R+ 96 ) a = 0,628 (R+186)a  R =56 đVC

 R= Fe

 Bài tập 2 : Cho 3,87 g hỗn hợp A gồm Mg và Al vào 250 ml dd chứa axit HCl 1M và H2SO4 0,5M , được dd D và 4,368 lit H2 (đ K

C ) a.Hãy chứng minh rằng trong dd D vẫn còn dư axit

b.Tính phần % khối lượng trong hỗn hợp A

Bài Làm :

a Mg và Al tác dụng với HCl và H2SO4 thực sự là tác dụng với H+ của hỗn hợp axit

 n (HCl ) = 0,25mol

HCl  H+ + Cl- 0,25 0,25 0,25

 n (H2SO4) = 0,25 0,5 = 0,125 mol

H2SO4  2H+ + SO4 0,125 0,25 0,125

n (H+) trong dd axit : 0,25 + 0,25 = 0,5 mol Phản ứng : Mg + 2H +

 Mg2+ + H2 (1)

Al + 3H+  Al3++H2 (2)

(1) và (2) => n (H+) =2n (H2) = 0,39 0,5

4 , 22

368 , 4 2

mol





(2) n(H+) còn dư =0,5-0,39=0,11 mol

 Như vậy trong dd B vẫn còn dư axit

2 Bài tập bổ xung :

 Bài tập 1: Cho 12,45 g hỗn hợp X gồm Al và kịm loại M hóa trị II tác dụng với dd HNO3 loãng lấy dư thu được 1,12lit hỗn hợp hợp

2 khí có tỷ khối hơi so với hiđro là 18,8 và dd Y.Cho dd Y tác dụng với dd NaOH lấy dư thu được 0,448 lit NH3 Cho biết số mol hỗn hợp X là 0,25 mol; các khí đo ở đktc

a Viết các phản ứng xảy ra

b Tìm kim loại Mvaf khối lượng nmooix kim loại trong hỗn hợp X

c Tìm thể tích dd HNO3 vừa đủ dùng , biết rằng nồng độ mol là 2M

 Bài tập 2: Cho hỗn hợp G ở dạng bột gồm Al , Fe , Cu Hòa tan 23,4 g G bằng một lượng dư dd axit H2SO4 đặc nóng thu được 15,12 lit khí SO2 Cho 23,4 g G vào bình A chứa 850 ml dd

H2SO4 1M (loãng ) dư sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được khí B Dẫn toàn bộ lượng khí B vào ống đựng CuO lấy dư nun nóng thấy khối lượng chất rắn giảm 7,2 g so với ban đầu

a Viết các phương trình hóa học xảy ra và tính phần trăm khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp G

b Ch dd chứa m(g) NaNO3 vào bình A sau phản ứng giữa G với

H2SO4 ở trên thấy thoát ra V lit khí NO (sản phẩm duy nhất ) Tính giá trị nhỏ nhất của m để V lớn nhất Giả thiết các phản ứng đều hoàn toàn các khí đo ở đkc

 Bài tập 3 : Hỗn hợp X gồm hai kim loại Mg và Zn có khối lượng 46,2 g Chia X thành 2 phần trong đó phần 2 gấp đôi phần 1 Cho

phần 1 tác dụng với 200ml dd H2SO4 1m được Vlit H2 Cho phần 2 tác dụng với 800ml dd H2SO4 1M được 13,44 lit H2

a Viết các phản ứng và tính V

b Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X

c Cho toàn bộ lương Mg trong hỗn hợp X tác dụng hết với dd HNO3 loãng lấy dư thu được 6,72 l khí Y và dd Z Làm bay hơi dd Z thu được 47,4 g chất rắn Xác định công thức phân tử của Y (các khí đo đkc , các phản ứng xảy ra hoàn toàn )

IV VẤN ĐỀ 4: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI

1 Bài tập phân tích :

a Loại 1 : nhúng thanh kim loại và dd muối

 Bài tập : Lấy 2 thanh kim loại M hóa tri II khối lượng ban đầu bằng nhau và bằng a (g) Nhúng thanh thứ nhất vào dd Cu(NO3)2 Nhúng thang thứ 2 vào dd Pb(NO3)2 Sau một thời gian lấy 2 thanh kim loại ra và cân lại thấy thanh thứ nhất giảm 0,2% ; thanh thứ 2 tăng 28,4% ( so với khối lượng ban đầu ) Cho biết Cu(NO3)2 và Pb(NO3)2 phản ứng với số mol bằng nhau.Tìm kim loại M

Bài làm : Đặt số mol Cu(NO3)2 và Pb(NO3)2 là x mol Thanh I :

M + Cu(NO3)2 > M(NO3)2 + Cu

x x khối lượng thanh kim loại giảm : (M-64)x (g)

% khối lượng thanh kim loại giảm : ( 64) .100% 0,2%

a

x M

(I) Thanh II:

M + Pb(NO3)2 > M(NO3)2 + Pb

x x Khối lượng thanh kim loại tăng : (207 –M )x (g)

% khối lượng thanh kim loại tăng : (207 ) .100%  28 , 4 %

a

x M

(II)

65 284

2 207

64 )

(

) (

đVC M

M

M II

I













 M= Cu

b Loại 2 :nhiều bột kim lọi cho vào dd chưa một muối

 Bài tập 2 : Cho 0,81 g Al và 6,72 g Fe vao 100 ml dd Cu(NO3)2 lắc

kĩ để Cu(NO3)2 phản ứng hết thu được chất rắn có khối lương 9,76

g Viết phản ứng xảy ra và tính nồng độ mol dd

Bài làm:

Ta có : n(Al ) = 0,03 mol; n (Fe ) = 0,12 mol

Khi cho Al và Fe vào dung dịch Cu(NO3)2 thì Al thì Al phản ứng trước , hết Al mà Cu(NO3)2 còn thì Fe mới tiếp tục phăn ứng

 Nếu chỉ có Al phản ứng hết :

2Al + 3Cu(NO3 )2 > 2Al(NO3)3 + 3Cu 0,03 ====> 0,045 mol

mchất rắn = mFe +mCu = 6,72 + 0,045.64 = 9,6 (gam) < 9,76 (gam )

==> Chưa phù hợp

 Nếu cả Al và Fe phản ứng hết

2Al + 3Cu(NO3 )2 > 2Al(NO3)3 + 3Cu 0,03 > 0,045 > 0,045

Fe + Cu(NO3)2 > Fe(NO3)2 + Cu 0,03 0,12 Khối lượng chất rắn : mCu = (0,045 +0,12 )64 = 10,56 gam >9,76

==> không phù hợp Vậy trong bài toán này Al tác dụng hết Fe tác dụng một phần và còn dư

Đặt ntác dụng = x

Fe + Cu(NO3)2 > Fe(NO3)2 +Cu

X x x x

mChất rắn = mFe dư +mCu = 9,76 (g)

<=> (0,045 + x )64 + 6,72 -56x =9,76 (g)

<=> 8x=0,16

<=> x=0,02 (mol)

nCu(NO3)2 = 0,045 + 0,02 =0,065 mol

CM (dd Cu(NO3)2) = 0.65M

1 , 0

065 ,

c Loại 3 : Một kim loại cho vào dung dịch chứa nhiều muối

 Bài tập : Cho 25,2 g Mg vào 1l dd hỗn hợp chứa Cu(NO3)2 0,3M ; AgNO3 0,2m; Fe(NO3)2 0,3M ; Al(NO3)3 0,2M Sau khi phản ững

ảy ra hoàn toàn thu được bao nhiêu gam kim loại

Bài Làm :

Số mol Mg : 1 , 05

24

2 , 25

mol



Vì tính oxi hóa của :

Ag

Ag Cu

Cu Al

Al Mg

Mg2  3  2   nên phản ứng lần lượt xảy ra như sau :

Mg + AgNO3 > Mg(NO3)2 + 2Ag (1) 0,1 < 0,2 -> 0,2 mol

Mg + 2Fe(NO3)3 > Mg(NO3)2 + 2Fe(NO3)2 (2) 0,15 < 0,3 > 0,3 mol

Mg + Cu(NO3)2 -> Mg(NO3)2 + Cu (3)

0,3 < 0,3 -> -> 0,3mol

Mg + Fe(NO3)2 -> Mg(NO3)2 + Fe (4)

0,3 < 0,3 -> 0,3 mol 3Mg + 2Al(NO3)3 > 3 Mg(NO3)2 + 2Al (5)

0,2 -> 0,012 mol

Số mol Mg đã tham gia các phản ứng (1), (2) , (3), (4):

0,1+ 0,15 +0,3+0,3 =0,85 mol

nMg còn dùng cho phản ứng (5):

1,05- 0,85= 0,2mol

Phản ứng (5) MG hết , Al(NO3) 3 dư : (10, (2), (3) , (4) , (5) suy ra:

mcác kim loại 0,2x108 + 0,3x64 + 0,3x56 + 0,012x27 =61,2 gam

d Loại 4 : Cho nhiều kim loại vào dd chứa nhiều muối :

 Bài tập : Cho 2,8 gam Fe và 0,81 g Al vào 100 ml dd A chứa Cu(NO3)2

và AgNO3 Sau phản ứng thu được dd b và 8,12 g chất rắn gồm ba kim loại Cho chất rắn C tác dụng với dd HCl dư thhu được 0,672 lit khí đkc Các phản ứng xảy ra hoàn toàn Xác định nồng độ mol các chất trong dd A

Bài Giải :

NFe=0,05 mol; nAl=0,03 mol

Đặt n (AgNO3) = xmol ; n(Cu(NO3)2 ) = y mol

Các phản ứng lần lượt xảy ra theo thứ tự :

 Al + 3Ag(NO3)3 > Al(NO3)3 + 3Ag

-Nếu Al dư :

2Al + 3Cu(NO3)2 2Al(NO3)3 + 3Cu

Fe + Cu(NO3)2 > Fe(NO3)2 + Cu

Hoặc : Al + 3AgNO3 Al(NO3)3 + 3Ag

-Nếu AgNO3 Dư :

Fe + 2AgNO3 > Fe(NO3)2 + 2Ag

Fe + Cu(NO3)2 -> Fe(NO3)2 + Cu

Vì chất rắn C gồm ba kim loại chỉ có Ag , Cu , Fe dư nên Al tác dụng hết Fe tác dụng một phần , dung dịch A hết Khi cho C tác dụng với HCl chỉ có :

Fe dư + 2HCl -> FeCl2 + H2

 nFe dư = n (H2) = 0,03 mol => nFe tác dụng với dd A =0,05-0,03 = 0,02 mol

Ta có :

Al -3e -> Al3+ Ag+ +1e -> Ag

0,03 >0,09 x > x >xmol

Fe -2e-> Fe2+ Cu2+ +2e-> Cu

0,02 0,04 y -> 2y >y

ne nhường 0,09 + 0,04 =0,13 mol

ne thu x +2y (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn số mol electron ta có :

x + 2y = 0,03 mol (I) Khối lƣợng Ag + Cu : 108x + 64y = 8,12 -0,03.56=6,44 (g)

 x= 0,03 mol

 Y=0,05 mol

1 , 0 03 ,

 CMcu(NO3)2 = 0,5M

1 , 0

05 ,

e Loại 5 : kim loại hoạt động mạnh cho vào hỗn hợp muối và axit :

 Bài tập : Cho 13,7 g Ba vào dd A chứa 0,12 mol CuSO4 và 0,12 mol HCl sau khi phản ứng kết thúc , lọc lấy kết tủa nun ở nhiệt độ cao đến khối lƣợng không đổi Thu đƣợc bao nhiêu gam chất rắn ?

Bài giải :

Ta có : nBa=0,1 mol

Phản ứng : Ba +2HCl > BaCl2 + H2

0,06 0,12 0,06

Ba + 2H2O -> Ba(OH)2 + H2

0,04 0,04mol

BaCl2 + CuSO4 -> BaSO4 + CuCl2

0,06 0,06 mol

Ba(OH)2 + CuSO4 > BaSO4 + Cu(OH)2

0,04 0,04 0,04

Số mol kết tủa : 0,1 mol Ba2+

+0,04 mol Cu(OH)2 Nun kết tủa : BaSO4 không bị nhiệt phân

toC

Cu(OH)2 -> CuO + H2O

0,04 0,04mol

Khối lƣợng chất rắn : m= m(BaSO4) + m (CuO) = 0,1x233 + 0.04x80 = 26,5 g

f Loại 6: kim loại kém hoạt động cho vào hỗn hợp muối và axit :

 Bài tập ; Cho 16 g Cu vào dd A chứa 0,075 g Cu(NO3)2 và 0,4 mol HCl thấy có khí thoát ra

a Tính thể tích khí NOtạo thành Ở đkc

b Cho thêm H2SO4 loàng lấy dƣ vào thấy có khí NO tiếp tục bay ra Tính thể tích khí NO thoát ra lần này ở đkc

Bài giải :

a nCu= 0,25

64

16

mol

 Khi cho Cu vào dd Cu(NO3)2 ,HCl thấy ;

Cu + Cu(NO3)2 -> (không phản ứng )

Cu + HCl -> (không phản ứng )