Công phá hóa Chương 10 đại cương kim loại

- Các kim loại tác dụng với ion NO3 trong môi trường axit H+ xem như tác dụng với HNO .3STUDY TIP: Với những bài toán cho biết dữ kiện liên quan đến 2 trong 3 số liệu về: khối lượng kim

CHƯƠNG 10: ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI

A BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT

Khi hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với hỗn hợp axit thì dùng định luật bảo toàn mol electron và phươngpháp ion - electron để giải cho nhanh So sánh tổng số mol electron cho và nhận để biện luận xem chấtnào hết, chất nào dư

Kim loại + dung dịch axit � muối + H 2

n

2

2M 2nH  �2M nH �+ Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 loãng hay HCl thì thể hiện số oxihóa thấp

+ M đứng trước H trong dãy điện hóa:

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt Au

“Lí ca bài ca nào may áo mạ kẽm cần sắt nên sang Pháp hỏi cô á hậu Phi Âu”

Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại (A) + H + � dd muối (B) + H 2

Dd B OH� � lớn nhất (hiđroxit kim loại)  C nung� chất rắn D (oxit kim loại)

+ N2 (khí lười, không duy trì sự cháy): 2NO312H10e�N26H O2

+ NH4NO3 (trong dd NaOH tạo khí có mùi khai): 2NO310H8e�NH NO4 33H O2

- Các kim loại tác dụng với ion NO3 trong môi trường axit H+ xem như tác dụng với HNO 3

STUDY TIP: Với những bài toán cho biết dữ kiện liên quan đến 2 trong 3 số liệu về: khối lượng kim

loại, khối lượng muối và tính được số mol các khí sản phẩm thì cần xét xem muối thu được có chứa

8Al 3NO 3 5OH18H O2 �8 Al(OH)4 3NH3

Ngoài ra còn có các phản ứng của kim loại với dung dịch kiềm:

Lưu ý: Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 sẽ đạt số oxi

hóa cao nhất và bền đối với kim loại Một số kim loại như: Mn trong hợp chất có nhiều mức oxi hóa

như +2, +3, +4, +6, +7 nhưng khi tác dụng với hai dung dịch axit này đều chỉ thu được Mn2+; tương tự Crtrong hợp chất có các số oxi hóa +2, +3 và +6 nhưng khi tác dụng với hai dung dịch axit này thì số oxihóa tối đa thu được là +3

+ HNO3 và H2SO4 đặc nóng tác dụng với hầu hết kim loại, trừ Au và Pt

+ Fe, Cr và Al bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội vì tạo một màng oxitbền trên bề mặt các kim loại này, bảo vệ cho kim loại không tác dụng với axit HNO3, H2SO4 và nhữngaxit khác mà trước đó chúng tác dụng dễ dàng.

+ Khi hỗn hợp kim loại trong đó có Fe tác dụng với H2SO4 đặc nóng hoặc HNO3

cần chú ý xem kim loại có dư hay không Nếu kim loại (Mg � Cu) thì có phản ứng kim loại khử Fe3+ và

Fe2+

Ví dụ: Fe + 2Fe3+ � 3Fe2+; Cu + 2Fe3+ � Cu2+ +2Fe2+

+ Khi hòa tan hoàn toàn hỗn hợp kim loại trong đó có Fe bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng hoặc HNO3 màthể tích axit cần dùng là nhỏ nhất thì muối sắt thu được là muối Fe2+

STUDY TIP: Khí NO2 màu nâu đỏ có thể nhị hợp dễ dàng tạo thành khí N2O4 (trong điều kiện nhiệt độthấp) không màu Do đó trong một số bài tập, đề bài có thể hướng tới sản phẩm khử có chứa N2O4

2NO � N O , H 0 

Chú ý: Các kim loại Fe, Cr và Al sau khi cho vào dung dịch HNO3 đặc nguội hoặc H2SO4 đặc nguội thì

sẽ không phản ứng với bất kì dung dịch axit nào nữa, kể cả dung dịch HNO3 đặc nóng, dung dịch HNO3

loãng, dung dịch H2SO4 đặc nóng, dung dịch H2SO4 loãng, dung dịch HCl,…

Kim loại tan trong nước (Na, K, Ca, Ba,…) tác dụng với axit

Có 2 trường hợp:

+ Nếu dung dịch axit dùng đủ hoặc dư: Chỉ có phản ứng của kim loại với axit

+ Nếu axit thiếu thì ngoài phản ứng giữa kim loại với axit (xảy ra trước) còn có phản ứng kim loại dư tácdụng với nước của dung dịch

A1 VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 1: Cho sơ đồ phản ứng sau:

Với bài này, để xác định được khối lượng dung dịch sau phản ứng, ta cần biết được quá trình của cácphản ứng:

SO H SO

Hoặc ngắn gọn hơn: mmu�imkim lo�i96.nH2 3,68 96.0,1 13, 28(gam) 

+ Nếu đề bài yêu cầu tính khối lượng của từng muối sau phản ứng thì ta cần tìm được số mol của từngmuối Al2(SO4)3 và ZnSO4 Khi đó các bạn cần lập hệ phương trình dựa vào giả thiết về khối lượng và sốmol khí:

Al SO

ZnSO ZnSO

Bài 3: Hòa tan hết hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl 20% thu được dung

dịch Y Nồng độ của FeCl2 trong dung dịch Y là 15,757% Nồng độ của MgCl2 trong dung dịch Y là:

Lời giải Cách 1: Để đơn giản cho quá trình tính toán, ta sẽ chọn số mol Fe trong hỗn hợp ban đầu là 1 và đi tìm

số mol của Mg tương ứng khi đó dựa vào các điều kiện giả thiết

Cách 2: Ngoài cách tiếp cận bài toán từ hướng chọn số mol một kim loại và tìm số mol kim loại còn lại ta

còn có thể chọn số mol HCl phản ứng và từ đó tìm số mol mỗi kim loại tương ứng Cụ thể như sau:

Chọn số mol HCl phản ứng là 2 thì số mol H2 thu được là 1

FeCl FeCl

Phân tích: Đây là một bài tập khá khó trong phần kim loại tác dụng với dung dịch HCl hoặc H2SO4

loãng Để tính được nồng độ của MgCl2 trong dung dịch Y thì ta cần biết được số mol hoặc khối lượngcủa MgCl2 và khối lượng dung dịch sau phản ứng

Khi đó ta cần tìm được số mol hoặc khối lượng cụ thể của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu

Nhận xét: Hai cách đều sử dụng phương pháp Tự chọn lượng chất để đơn giản hóa bài toán và cùng thu

được một đáp án Tuy nhiên với cách làm thứ nhất, việc giải toán đơn giản hơn vì chúng ta chỉ cần tìmmột ẩn, còn với cách làm thứ hai quá trình tính toán phức tạp và tốn nhiều thời gian hơn chút vì ta cần tìmhai ẩn

Trong quá trình làm bài, các bạn cần khéo léo và tinh ý lựa chọn cách làm nhanh và gọn hơn để tiết kiệmthời gian

Bài 4: Có ba dung dịch riêng biệt: H2SO4 1M; KNO3 1M; HNO3 1M được đánh số ngẫu nhiên là (1), (2),(3)

- Trộn 5 ml dung dịch (1) với 5 ml dung dịch (2), thêm bột Cu dư, thu được V1 lít khí NO

- Trộn 5 ml dung dịch (1) với 5 ml dung dịch (3), thêm bột Cu dư, thu được 2V1 lít khí NO

- Trộn 5 ml dung dịch (2) với 5 ml dung dịch (3), thêm bột Cu dư, thu được V2 lít khí NO

Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng điều kiện.

So sánh nào sau đây đúng?

Do đó NO3 đều dư so với số mol H+ nên hai cặp dung dịch này khi cho tác dụng với Cu thì lượng khí NOsinh ra đều tính theo số mol H+

Mà cùng thể tích thì nH H SO  2 4 2nH HNO  3

Mặt khác, quan sát hai thí nghiệm thứ nhất và thứ hai ta thấy: ở thí nghiệm thứ hai lượng khí NO thuđược gấp đôi lượng khí NO ở thí nghiệm thứ nhất, hai thí nghiệm này sử dụng chung dung dịch (1) vàkhác nhau ở dung dịch (2) hay dung dịch (3)

Nên dung dịch (1) là KNO3, dung dịch (2) là HNO3 và dung dịch (3) là H2SO4

* Tìm mối quan hệ giữa V 1 và V 2 :

Có

3 3

0,4

Phân tích: Về mặt hình thức, đây là bài toán của một kim loại tác dụng với dung dịch chứa H+ và NO3 

nên “có vẻ” khá đơn giản Tuy nhiên đề bài đã có sự mở rộng bằng cách không cho biết trước các ống thínghiệm nào đánh số (1), (2), (3) Do đó nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là cần tìm ra trong các dung dịchđánh số có chứa những chất gì sau đó mới áp dụng để tìm mối quan hệ giữa V1 và V2

Nhận xét: Khi đọc đề bài các bạn đều cần bình tĩnh xác định mục tiêu và các bước giải, sau đó mới phân

tích giả thiết, phản ứng hay số liệu để tìm ra đáp án cuối cùng Cụ thể trong bài này, mục tiêu là tìm được

V1, V2 để xác định mối quan hệ giữa chúng; các bước giải bao gồm hai bước: xác định thành phần của các

dung dịch (1), (2), (3) và áp dụng tìm mối quan hệ giữa V1, V2; và cuối cùng cần viết phương trình phảnứng để phân tích giả thiết và số liệu.

Bài 5: Hỗn hợp X gồm Al, Cu có khối lượng 59 gam Hòa tan X trong 3 lít dung dịch HNO3 được hỗnhợp Y gồm NO, N2 (mỗi kim loại chỉ tạo 1 khí) và để lại một chất rắn không tan Biết hỗn hợp Y có

dụng với dung dịch HNO3 Ta có các bước giải cho Bài 5 như sau:

* Xác định số mol mỗi khí trong hỗn hợp Y (số liệu nào tính được ngay thì tính trước):

* Biện luận dựa vào giả thiết để tìm khối lượng mỗi kim loại phản ứng:

Vì đề bài nêu rõ sau phản ứng còn một chất rắn không tan nên kim loại dư sau phản ứng Khi đó ta khôngthể dựa vào giả thiết về tổng khối lượng hai kim loại và số mol khí sản phẩm khử để lập hệ hai phươngtrình hai ẩn để giải số mol mỗi kim loại

Ngoài ra, vì Al có tính khử mạnh hơn Cu nên Al phản ứng trước Do đó kim loại còn dư là Cu

Tiếp theo với giả thiết mỗi kim loại chỉ tạo một khí ta sẽ liên hệ áp dụng với phần lí thuyết về sản phẩmkhí có thể sinh ra: Vì Cu là kim loại có tính khử yếu hơn Fe (Cu đứng sau Fe trong dãy hoạt động hóa họccủa kim loại) nên theo lí thuyết, khi Cu phản ứng với dung dịch HNO3 thì sản phẩm khử sinh ra là NO màkhông thể là N2 Do đó ở bài tập này, Al đã phản ứng với dung dịch HNO3 sinh ra khí N2

* Áp dụng kết quả biện luận để tính toán theo yêu cầu đề bài:

Theo định luật bảo toàn mol electron ta có:

2 2

Sau khi đã biết số mol các kim loại tham gia phản ứng, các bạn có thể viết cụ thể phương trình phản ứng

để tính số mol HNO3 theo số mol kim loại hoặc khí:

Bên cạnh đó, các bạn có thể không cần viết phương trình phản ứng mà vẫn có thể tính được nHNO3bằng

cách áp dụng công thức đã được đề cập ở phần lí thuyết và phương pháp giải:

n 0,9(mol); n 0, 225(mol);n 0,675(mol)

Đây là bài tập về phản ứng của kim loại với dung dịch có chứa NO3 và OH-, áp dụng phần lí thuyết taviết được các phương trình phản ứng:

Giả sử phản ứng tạo NH3 xảy ra trước:

8Al 3NaNO 35NaOH 2H O 2 �8NaAlO23NH (1)3

Nhận xét: Hai phản ứng này xảy ra đồng thời, đề bài chỉ cho số liệu về số mol kim loại và số mol mỗi

chất trong dung dịch ban đầu, khi đó ta cần giả sử chỉ xảy ra 1 trong 2 phản ứng trên phản ứng hết trước,sau đó mới diễn ra phản ứng còn lại để tìm số mol khí tương ứng theo mỗi phương trình Vì hai phản ứngxảy ra đồng thời nên giá trị của V nằm giữa hai giá trị về thể tích khí tìm được theo mỗi giả sử

Bài 7: Cho 16,8 gam bột Mg tác dụng vừa đủ với 500ml dung dịch HNO3 xM Sau phản ứng thu đượcdung dịch Y và 0,448 lít khí NO duy nhất Tính x và khối lượng muối tạo thành trong dung dịch Y

Mà 2n = 0,14 > 0,06 = 3nMg NO

Do đó sản phẩm khử tạo thành có chứa NH4NO3 (sản phẩm khử này tồn tại dưới dạng muối)

Để tính được giá trị của x và khối lượng muối, ta cần tìm được số mol của NH4NO3 Áp dụng bảo toànmol electron:

Do đó quá trình phản ứng đã tạo ra muối NH4NO3

Gọi số mol muối NH4NO3 là t thì số mol NO3 tạo muối với kim loại là (1,1 + 8t) mol Khối lượng muối

Nên 30 62(1,1 8t) 80t 127    �t 0,05 ( mol)Vậy số mol HNO3 đã bị khử trong phản ứng trên là:

n b� kh�n 2n n  0,1 2.0,1 0,05 0,35   (mol)

Đáp án B.

Lưu ý: Với bài tập này và các bài toán tương tự, chúng ta cần tránh mắc sai lầm là tính được ngay số mol

NH4NO3 khi so sánh khối lượng muối tạo thành:

4

m 127 98, 2 28,8(g)  �n 0,36(mol)� SaiNguyên nhân của việc làm sai này là do các bạn chưa nghĩ tới số gốc NO3 tạo muối với kim loại tươngứng với NH4NO3

Bài 9: Cho 9,6 gam kim loại R tác dụng với 500 ml dung dịch HNO3 c mol/lít vừa đủ, thu được 2,24 lítkhí A (là khí duy nhất, đktc) và dung dịch B Cô cạn dung dịch B thu được 59,2 gam muối khan A khôngthể là khí nào sau đây?

Bài 10: Hòa tan hoàn toàn m gam Na vào V ml dung dịch HCl 1M thu được 3,36 lít khí H2 và dung dịch

X Cho dung dịch AgNO3 dư vào dung dịch X thu được 40,3 gam kết tủa Giá trị của V là:

3 3

+ Vẫn bài tập này, một số bạn không nghĩ tới kim loại dư sẽ phản ứng với nước cũng giải phóng khí H2

mà áp dụng ngay công thức nHCl 2nH2 0,3� chọn đáp án sai

Lưu ý: Ta hoàn toàn có thể chứng minh có phản ứng tạo NaOH hay không bằng cách sau:

Giả sử chỉ có phản ứng tạo NaCl, khi đó kết tủa thu được chỉ có AgCl, khi đó

2

n n 2n 0,3�m�0,3.143,5 43,05(gam) 40,3(gam) � � vô lý

Do đó có phản ứng tạo thành NaOH trong dung dịch X

Bài 11: Cho m gam Fe vào dung dịch AgNO3 thu được hỗn hợp X gồm 2 kim loại Chia X làm 2 phần.Phần ít (m1 gam) cho tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được 0,1 mol khí H2 Phần nhiều (m2 gam), chotác dụng hết với dung dịch loãng dư được 0,4 mol khí NO Biết (gam) Tìm giá trị của m

Với bài này, ta có 2 cách giải như sau:

Cách 1: Tìm số lần gấp nhau giữa hai phần

Đây là hướng giải chung cho những bài toán mà chia hỗn hợp thành các phần không bằng nhau Khi đóthông thường chúng ta sẽ đi tìm mối liên hệ giữa các phần bằng cách đặt ẩn k là số lần gấp nhau giữa cácphần

Trong phần ít gọi nFe = a và nAg = b Gọi k là số thỏa mãn m2 = km1

Giải được k 3 m 44,72(gam)

Trong phần nhiều (m2 gam) có Fe  1 

- Cách 2 phù hợp với tư duy nhìn thấy một bài lạ hơn Tuy nhiên quá trinh tính toán rắc rối, dài dòng và

dễ gây nhầm lẫn dẫn đến kết quả sai

A2 BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG

Dùng cho Câu 1,2: Cho 6,72 gam hỗn hợp A gồm Mg, Fe và Ni tan trong 200ml dung dịch B chứa HCl,

HBr và H2SO4 loãng, kết thúc phản ứng thu được 2,24 lít H2 (đktc)

Câu 1: Khi kết thúc các phản ứng:

A Kim loại trong A hết và axit trong B cũng hết.

B Kim loại dư, axit trong B hết

C Kim loại hết, axit trong B dư.

D Kim loại hết hay dư phụ thuộc tỉ lệ mol các axit trong dung dịch B.

Câu 2: pH của dung dịch B là:

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 14,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Sn bằng dung dịch HCl dư thu được 5,6 lít khí

H2 (đktc) Thể tích khí O2 (đktc) cần để phản ứng hoàn toàn với 14,6 gam hỗn hợp X là:

Câu 4: Cho 7,68 gam hỗn hợp X gồm Mg và Al vào 400ml dung dịch Y gồm HCl 1M và H2SO4 0,5M.Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 8,512 lít khí (ở đktc) Biết trong dung dịch, các axit phân lihoàn toàn thành các ion Phần trăm về khối lượng của Al trong X là:

Câu 5: Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp X gồm 2 kim loại (đứng trước H trong dãy điện hóa) bằng

dung dịch HCl dư thu được 2,24 lít khí H2 (đktc) Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được lượng muốikhan là:

Câu 6: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp bột kim loại trong dung dịch H2SO4 loãng dư thu được 0,672lít khí H2 (đktc) và 3,92 gam hỗn hợp muối sunfat Giá trị của m là:

Câu 7: Hỗn hợp X gồm Cu, Fe, Mg Nếu cho 10,88 gam X tác dụng với clo dư thì sau phản ứng thu được

28,275 gam hỗn hợp muối khan Mặt khác, 0,44 mol X tác dụng với dung dịch HCl dư thì thu được 5,376lít H2 (đktc) Phần trăm khối lượng của Cu trong X là:

Câu 8: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp 3 kim loại bằng HNO3 thu được V lít hỗn hợp khí D (đktc)gồm NO và NO2 Tỉ khối của D so với H2 là 18,2 Giả thiết không có phản ứng tạo NH4NO3 Tổng khốilượng muối trong dung dịch tính theo m và V là:

Câu 9: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 20%(loãng), thu được dung dịch Y Nồng độ của MgSO4 trong dung dịch Y là 15,22% Nồng độ phần trăm củaZnSO4 trong dung dịch Y là:

Câu 10: Cho m gam hỗn hợp các kim loại Mg, Al, Zn tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch HNO3 1M, thuđược sản phẩm khử là khí NO duy nhất và 35,85 gam muối trong đó oxi chiếm 64,268% khối lượngmuối Giá trị của m và V lần lượt là:

Câu 13: Hoà tan 8,32g Cu vào 3 lít dung dịch HNO3 (vừa đủ) được 4,928 lít hỗn hợp NO, NO2 (đktc).Tính khối lượng 1 lít hỗn hợp NO, NO2 ở đktc và CM dung dịch HNO3

Câu 18: Hoà tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng thu được hỗn hợp gồm 0,015 mol

N2O và 0,01 mol NO (không có sản phẩm NH4NO3) Giá trị của m là:

Câu 19: Chia hỗn hợp gồm 2 kim loại X, Y có hoá trị không đổi thành 2 phần bằng nhau:

+ Phần 1: Hoà tan hoàn toàn trong dung dịch hỗn hợp gồm HCl và H2SO4 được 3,36 lít H2 (đktc)

+ Phần 2: Hoà tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 thu được V lít NO duy nhất (đktc) Giá trị của V là:

Câu 21: Kim loại M là:

(đktc) có tỷ khối hơi so với H2 là 20 Nếu cho dung dịch NH3 dư vào B thì thu được được 62,2 gam kếttủa.

Câu 24: Phần trăm thể tích của NO trong X là:

Câu 27: Cho m gam hỗn hợp kim loại gồm Al, Zn, Mg tan trong V (lít) dung dịch HNO3 0,01 M thì vừa

đủ đồng thời giải phóng 2,688 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N2 có tỉ khối so với hiđro là 44,5/3 TínhV?

Câu 28: Hòa tan 5,04 gam hỗn hợp 3 kim loại X, Y, Z trong 100ml dung dịch HNO3 x(M) vừa đủ thuđược m (gam) muối; 0,02 mol NO2 và 0,005 mol N2O Giá trị của x và m là:

A 0,9 (M) và 8,76 (g) B 0,9 (M) và 7,76 (g) C 0,9 (M) và 8,67 (g) D 0,8 (M) và 8,76 (g) Câu 29: Hòa tan hết 0,03 mol một oxit sắt có công thức FexOy vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu được0,01 mol một oxit nito có công thức NzOt (sản phẩm khử duy nhất) Mối quan hệ giữa x, y, z, t là:

A 27x - 18y = 5z - 2t B 3x - 2y = 5z - 2t C 9x - 6y = 5z - 2t D 9x - 8y = 5z - 2t Câu 30: Khi hòa tan hoàn toàn 4,8 gam kim loại M hoặc 2,4 gam muối sunfua của nó bằng dung dịch

HNO3 đặc nóng, dư thì đều sinh ra NO2 (sản phẩm khử duy nhất) có thể tích bằng nhau ờ cùng điều kiệnnhiệt độ và áp suất Kim loại và muối sunfua lần lượt là:

�nH c�n �� h�a tan h�t kim lo�i> 2.0,114 = 0,228 > 0,2 = nH ph�n �ng

Do đó sau phản ứng axit hết, kim loại còn dư

2 2

3

3 4 2

Al0,25mol HSn

Vậy phần trăm khối lượng của Al trong X là:

2 2

CuClMgClCu

FeClFe

CuFeCl

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mu�i kim lo� i

Khi cho (a + b + c) mol X tác dụng với dung dịch HCl dư thì thu được (b + c) mol H2

Khi cho 0,44 mol X tác dụng với dung dịch HCl dư thì thu được 0,24 mol H2

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

MgSO MgSO

18,2 b 0,050,1

Gọi n là số oxi hóa của kim loại M trong sản phẩm tạo thành

Áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có: n.nM 3nNO8nN O2 hay n 1,68 0,14 M 12n

18,5.2 b 0,060,12

Vì hai kim loại X, Y đều có hóa trị không đổi và khối lượng hai phần bằng nhau nên ở hai phần, số molelectron mà kim loại nhường bằng nhau.

2 4

Kết tủa thu được là BaSO4

Theo định luật bảo toàn nguyên tố S có:

n n 2n n 0,09�m 20,97 (gam)

3 HNO

2 O

Al(OH)Al

b 0,050,2

Mg(OH) Al(OH)

Cơ sở của phản ứng nhiệt luyện là khử những ion kim loại trong các hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các

chất khử mạnh như C, CO, H2 hoặc kim loại Al, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ

Phương pháp nhiệt luyện thường được sử dụng trong công nghiệp để điều chế các kim loại có tính khửtrung bình, yếu

Trong chuyên đề này chúng ta sẽ chỉ xét đến các bài tập về phản ứng nhiệt luyện mà chất khử là CO và

H2 Khi đó bản chất của các phản ứng là: Những chất khử này chiếm lấy oxi của oxit.

+ Định luật bảo toàn nguyên tố

+ Định luật bảo toàn mol electron

Các dạng bài tập:

+ Tính lượng mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu

+ Tính lượng chất rắn thu được sau phản ứng

+ Xác đÞnh công thức oxit kim loại trong phản ứng nhiệt luyện

+ Các bài toán liên quan đến sản phẩm sau phản ứng đem phản ứng với chất khác

B1 VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 1: Cho một luồng CO qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng Sau khi kếtthúc thí nghiệm thu được chất rắn B gồm 4 chất, nặng 4,784 gam Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vàodung dịch Ba(OH)2 dư thu được 9,062 gam kết tủa Khối lượng của FeO, Fe2O3 trong 0,04 mol hỗn hợp Alần lượt là

Từ đây, ta có một số cách để tính khối lượng của hỗn hợp ban đầu như sau:

Cách 1: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

Cách 2: Tăng giảm khối lượng

Nhận thấy: Cứ mỗi phân tử CO lấy một nguyên tử O từ oxit tạo thành 1 phân tử CO2 thì khối lượng chấtrắn giảm 16 gam

Do đó để tạo thành 0,046 mol CO2 thì khối lượng chất rắn đã giảm: 16.0,046 = 0,736 (gam)

\Nên mch�t r�n ban ��u= m +mB gi�m= 4,784 + 0,736 = 5,52 (gam)

Cách 3: Sử dụng hệ quả của định luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng nhiệt luyện

Quan sát đặc điểm của các phương trình phản ứng cũng như kiến thức - phương pháp đã nêu ở phần trên

ta có:

2 2

(gam)

Khi đã biết tổng khối lượng hỗn hợp ban đầu và tổng số mol các chất trong hỗn hợp ban đầu, để tính được

số mol cụ thể của từng chất ta tiến hành lập hệ:

Bài 2: Cho từ từ V lít hỗn hợp khí CO, H2 đi qua ống sứ đựng 16,8 gam hỗn hợp 3 oxit CuO, Fe2O3,

Al2O3 Sau phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp khí và hơi nặng hơn hỗn hợp CO, H2 ban đầu 0,32g.Giá trị của V và khối lượng chất rắn còn lại trong ống sứ sau khi nung nóng lần lượt là

A 4,48 lít và 13,6g B 0,448 lít và 16,48g.

C 0,336 lít và 16,56g D 0,112 lít và 16g.

Lời giải Tương tự như Bài 1, chúng ta hoàn toàn có thể viết được các phản ứng khử giữa (CO, H2) với hai oxitkim loại là CuO và Fe2O3 Tuy nhiên, việc viết các phản ứng này không quan trọng Ta có thể tổng quátcác phản ứng như sau:

Khi đó khối lượng hỗn hợp khí tăng lên chính là khối lượng mà chất rắn đã giảm đi sau phản ứng haykhối lượng này chính là khối lượng của những nguyên tử oxi trong oxit bị "chiếm mất"

Suy ra mch�t r�n sau ph�n �ngmoxi ban ��u- 0,32 = 16,48 (gam)

Cũng quan sát các phản ứng hoặc sử dụng định luật BTNT đối với C, H, có:

Chú ý: Qua Bài 1 và Bài 2, chúng ta đã phần nào hình dung được các quá trình phản ứng diễn ra đối với

phản ứng nhiệt luyện Và thông thường với các bài tập liên quan đến loại phản ứng này, chúng ta thườngđơn giản hóa bằng cách coi các phản ứng xảy ra đối với CO, H2 và các nguyên tử oxi trong oxit kim loại

bị khử

Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp A gồm MgO, CuO và Fe2O3 cần vừa đủ 350ml dung dịch HCl2M Mặt khác nếu lấy 0,4 mol hỗn hợp A đốt nóng trong ống sứ không có không khí rồi cho luồng H2 dư

đi qua tới phản ứng hoàn toàn thu được 7,2 gam H2O và m gam chất rắn Giá trị của m là

Lời giải

Trong 20 gam hỗn hợp A, gọi nMgO a, nCuO  và b nFe O2 3  c

Các phản ứng hòa tan A vào dung dịch HCl:

o o

tìm, bài toán trở nên đơn giản và tương tự Bài 2.

mà chỉ cho biết tương ứng là tổng số mol các oxit ban đầu.

Tuy nhiên đề bài đã cho thêm dữ kiện về đến khối lượng ban đầu liên quan đến một lượng khác về tổng

số mol ban đầu Từ đó ta cần tìm được quan hệ giữa hai phần đem thí nghiệm này, hay chính là cần đi tìmxem phần này gấp phần kia bao nhiêu lần

Để tìm được số lần gấp nhau hoặc quan hệ giữa hai phần đem thí nghiệm, ta cần phải biết tổng số molhoặc khối lượng của cả hai phần

Bài 4: Khử hoàn toàn 4,06 gam một oxit kim loại bằng khí CO ở nhiệt độ cao thành kim loại Dẫn toàn

bộ khí sinh ra vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 (dư) tạo thành 7,00 gam kết tủa Nếu lấy lượng kim loạisinh ra hòa tan hết vào dung dịch HCl (dư) thì thu được 1,176 lít khí H2 (đktc) Công thức của oxit kimloại là

Lời giải

Gọi công thức oxit ban đầu là MxOy

Có phản ứng khử hoàn toàn oxit MxOy thành kim loại:

Cần lưu ý: Hóa trị của kim loại M trong oxit ban đầu và hóa trị của M trong sản phẩm của phản ứng giữa

M với axit HCl có thể khác nhau

Do đó ta gọi n là hóa trị của M thể hiện khi phản ứng với axit HCl

Nhận xét: Với bài này, căn cứ vào 4 đáp án ta có thể giải nhanh như sau:

Ban đầu, tương tự như trên ta cũng có nO giam 0,07

Quan sát 4 đáp án, nhận thấy các kim loại ở 4 đáp án đều có đặc điểm: Khi phản ứng với dung dịch HClđều thể hiện hóa trị II

Do đó dựa vào thể tích H2, tính ngay được nM nH2 0,0525

Bài 5: Hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X cần vừa đủ 0,1 gam

H2 Nếu hòa tan hết 3,04 gam hỗn hợp X bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thì thể tích khí SO2 (sản phẩmkhử duy nhất, đktc) thu được là

Coi hỗn hợp X ban đầu gồm Fe và O.

Khi đó áp dụng định luật bảo toàn mol electron, ta có:

MgClMgO

3

Mg(OH)E

FeCl 2NaOH�Fe(OH) �2NaCl 4Fe(OH)2O22H O2 �4Fe(OH)3 �

* Đầu tiên, ta xét xem trong hỗn hợp B có CuO dư hay không.

2

H

n ban ��u0,6;n ph�n �ng v�i Fe2n 0,1�n ph�n �ng v�i B= 0,6 - 0,1 = 0,5

Nếu B không có CuO dư, khi đó trong B chi có MgO phản ứng với HCl

Khi đó mMgO 1nHCl 0, 25 mMgO 10

* Sau khi xác định chính xác thành phần của các hỗn hợp, chúng ta bắt đầu tính toán theo yêu cầu đề bài.

Hỗn hợp B có mMgOmCuO mBmCu mBmO gi�m   m +mCu O gi�m 

Nhận xét: Qua bài tập này, chúng ta nhận thấy rằng việc xác định chính xác sản phẩm sau phản ứng nhiệt

luyện là tương đối quan trọng, đặc biệt là trong những dạng bài cho sản phẩm sau phản ứng tiếp tục phảnứng với chất khác

B2 BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG

Câu 1: Thổi từ từ hỗn hợp khí CO, H2 qua hỗn hợp CaO, Fe3O4, Al2O3, ZnO, Na2O, MgO ở nhiệt độ caotới dư Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp X gồm:

A 3 kim loại và 3 oxit kim loại.

B 2 kim loại và 4 oxit kim loại.

C 4 kim loại và 2 oxit kim loại.

D 5 kim loại.

Câu 2: Cho V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H2 phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và

Fe3O4 nung nóng, Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32g Giá trị của

V là:

Câu 3: Cho a gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Fe3O4 và Cu vào dung dịch HCl dư, thấy có 1 mol axit phảnứng và còn lại 0,256a gam chất rắn không tan Mặt khác, khử hoàn toàn a gam hỗn hợp X bằng CO dưthu được 42 gam chất rắn Phần trăm khối lượng của Cu trong hỗn hợp X là

Câu 4: Hòa tan hoàn toàn 18,5 gam hỗn hợp X gồm 3 oxit của sắt bằng dung dịch H2SO4 loãng dư sinh ra44,5 gam muối sunfat Nếu cũng cho 37 gam hỗn hợp X trên phản ứng với lượng dư khí CO ở nhiệt độcao sau phản ứng, dẫn sản phẩm khí qua dung dịch nước vôi trong dư thì khối lượng kết tủa tạo thành là

m gam Giá trị của m là (Các phản ứng xảy ra hoàn toàn)

Câu 5: Cho 16,2 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeCO3, Fe2O3 vào ống sứ nung nóng và dẫn từ từ 0,2 mol hỗnhợp khí Y gồm CO và H2 qua ống, trong đó tỉ khối của Y so với H2 la 4,25 Khí thoát ra được hấp thụ vàodung dịch Ca(OH)2 dư, thấy có 7 gam kết tủa và còn 0,06 mol khí Z, tỉ khối của Z so với H2 là 7,5 Thànhphần phần trăm số mol Fe2O3 trong X là (biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn)

Câu 6: Dẫn một luồng khí CO dư qua ống sứ đựng m gam Fe3O4 và CuO nung nóng đến khi phản ứnghoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại Khí thoát ra khỏi bình được dẫn qua dung dịch nước vôitrong dư thu được 5 gam kết tủa Giá trị của m là:

Câu 7: Dẫn luồng khí CO dư qua hỗn hợp CuO, Al2O3, CaO, MgO số mol bằng nhau (nung nóng ở nhiệt

độ cao) thu được chất rắn A Hòa tan vào nước dư còn lại chất rắn X X là:

Câu 8: Cho m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 với số mol bằng nhau phản ứng với khí CO nungnóng thu được hỗn hợp Y gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 nặng 4,8 gam Hòa tan hỗn hợp Y bằng dung dịchHNO3 dư, được 0,56 lít NO (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là

Câu 9: Cho khí CO (dư) đi qua ống sứ nung nóng đựng hỗn hợp X gồm Al2O3, MgO, Fe3O4, CuO thuđược chất rắn Y Cho Y vào dd NaOh (dư), khuấy kĩ thấy còn lại phần không tan Z Giả sử các phản ứngxảy ra hoàn toàn Phần không tan Z gồm:

Câu 10: Khử hoàn toàn 11,6 gam oxit sắt bằng CO dư, sản phẩm khí sinh ra dẫn vào dung dịch Ca(OH)2

dư thu được 20 gam kết tủa Công thức oxit sắt là:

Câu 16: Cho dòng khí CO dư đi qua hỗn hợp (X) chứa 31,9 gam gồm Al2O3, ZnO, FeO và CaO thì thuđược 28,7 gam hỗn hợp chất rắn (Y) Cho toàn bộ hỗn hợp chất rắn (Y) tác dụng với dung dịch HCl dưthu được V lít H2 (đkc) Giá trị V là:

Câu 19: Cho hỗn hợp khí CO và H2 đi qua hỗn hợp bột gồm các oxit Al2O3, ZnO, CuO, Fe2O3, Ag2O đốtnóng, sau một thời gian thu được chất rắn khan có khối lượng giảm 4,8g so với ban đầu Hòa tan toàn bộlượng chất rắn này bằng dung dịch HNO3 loãng (dư) sinh ra V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc)

Câu 21: Khử m gam Fe3O4 bằng khí H2 thu được hỗn hợp X gồm Fe và FeO Hỗn hợp X tác dụng vừa hếtvới 3 lít dung dịch H2SO4 0,2M Giá trị của m là

Câu 22: Cho 18,0g hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 phản ứng vừa đủ với 300ml dung dịch H2SO4

1M thu được 1,12 lít khí (đktc) Nếu khử hoàn toàn 18,0g hỗn hợp trên bằng CO (dư) rồi cho chất rắn tạothành phản ứng hết với dung dịch HNO3 (dư) thì thể tích khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc) thu đượclà:

A 6,72 lít B 5,60 lít C 4,448 lít D 7,84 lít

Câu 23: Dẫn khí CO (dư) đi qua hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe3O4; 0,1 mol CuO và 0,15 mol MgO đến khi cácphản ứng xảy ra hoàn toàn Cho toàn bộ chất rắn thu được vào dung dịch H2SO4 loãng (dư) thu được V lítkhí (đktc) Giá trị của V là

Câu 24: Cho luồng khí CO đi từ từ qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3, MgO và FeOnung nóng Sau một thời gian còn lại 14,4g chất rắn Khí thoát ra khỏi ống sứ được hấp thụ vào dung dịchCa(OH)2 (dư) được 16,0g kết tủa Giá trị của m là

Câu 25: Cho mọt luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 nung nóng.Sau một thời gian thu được chất rắn B gồm 4 chất nặng 4,784g Khí thoát ra khỏi ống cho hấp thụ vàodung dịch Ba(OH)2 dư thu dược 9,062g kết tủa Phần trăm khối lượng của FeO trong A là

Câu 26: Trong bình kín chứa 0,5 mol CO và m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 (trong đó số molFeO bằng số mol Fe2O3) Đun nóng bình cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thì khí trong bình có tỉkhối so với CO là 1,457 Giá trị của m là

Câu 27: Thổi một luồng khí CO đi qua hỗn hợp Fe và Fe2O3 nung nóng một thời gian thu được khí B vàchất rắn D Cho B qua nước vôi trong dư thấy tạo ra 6,00g kết tủa Hòa tan D bằng H2SO4 đặc, nóng (dư)thấy tạo ra 0,18 mol khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch chứa 24,0g muối Phần trăm số molcủa Fe trong hỗn hợp ban đầu là

Câu 28: Thổi rất chậm 2,24 lít (đktc) một hỗn hợp khí gồm CO và H2 qua một ống sứ đựng hỗn hợp

Al2O3, CuO, Fe3O4, Fe2O3 có khối lượng 24,0g (dư) nung nóng Sau khi phản ứng hoàn toàn thu được chấtrắn có khối lượng là:

Câu 29: Cho 4,72 gam hỗn hợp bột gồm các chất Fe, FeO và Fe2O3 tác dụng với CO ở nhiệt độ cao Phảnứng xong thu được 3,92 gam Fe Nếu ngâm cùng lượng hỗn hợp các chất trên trong dung dịch CuSO4 dư,phản ứng xong khối lượng chất rắn thu được là 4,96 gam Khối lượng (gam) Fe, Fe2O3 và FeO trong hỗnhợp ban đầu lần lượt là

Vì hỗn hợp CO và H2 dư nên các oxit Fe3O4 và ZnO bị khử hoàn toàn về các kim loại tương ứng

Vậy hỗn hợp X sau phản ứng gồm CaO, Fe, Al2O3, Zn, Na2O và MgO

gi�m ch� t r� n gi� m

o o

Cu 2FeCl CuCl 2FeCl

Fe O 3CO 2Fe 3CO

Fe O 4CO 3Fe 4CO

21

Khi 1 mol O bị thay thế bởi 1 mol gốc SO24 

thì khối lượng muối tăng so với khối lượng oxit ban đầu là(96 - 16) = 80 (gam)

Khí CO và Ca(OH) dư nên nCaCO3 nCO2 nO(X) 0,65

Vậy m m 65 (gam)

Vì các phản ứng xảy ra hoàn toàn nên hỗn hợp chất rắn thu được cuối cùng chỉ có Fe.

Chú ý: CO2 trong hỗn hợp khí thoát ra gồm CO2 sinh ra sau phản ứng nhiệt luyện và CO2 sinh ra do nhiệtphân FeCO3

7,5.2 d 0,030,06

Mà �nCO2 nCO2 (s� n ph� m nhi� t luy� n FeCO )3 nCO2 (s� n ph� m nhi� t luy� n)nCaCO3 0,07

nên nFeCO3 nCO 2 (s�n ph�m nhi�t luy�n FeCO )3 0,07 0,02 0,05(  m l)o

Câu 6: Đáp án D

Vì CO dư nên hỗn hợp sau phản ứng chỉ gồm kim loại:

o o

Vậy m m FeOmFe O2 3 mFe O3 4 5, 22(gam)

Chú ý: Để có thể áp dụng công thức giải nhanh để tính khối lượng nguyên tố sắt như trên thì các bạn cần

linh hoạt trong việc suy luận Có thể hình dung một bài toán phụ như sau:

Để x gam Fe ngoài không khí một thời gian thu được 4,8 gam hỗn hợp Y gồm Fe, FeO và Fe3O4 Hòa tanhỗn hợp Y bằng dung dịch HNO3 dư, được 0,56 lít NO (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của x

là bao nhiêu?

Khi đó việc đi tìm x chính là việc tìm khối lượng của nguyên tố Fe trong hỗn hợp X ban đầu của bài toánchính

Ngoài ra, chúng ta hoàn toàn có thể vận dụng một số cách khác để tìm ra khối lượng sắt này Các bạn có

thể tham khảo BÀI TOÁN CỦA SẮT TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH HNO 3 VÀ H 2 SO 4 ĐẶC NÓNG Câu 9: Đáp án D

2 HCl

3 2

Cu

Al OCuO

Fe

Al O

CuClFeO

AlClFeCl

2 2

40,796 b 0, 40,5

Vậy m m FeOmFe O2 3 23, 2(gam)

Nhận xét: Ngoài cách quy đổi trên, vì nFeO= nFe O2 3ta còn có thể quy đổi hỗn hợp thành một oxit duy nhất

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

2 2

C BÀI TOÁN KIM LOẠI PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI

1 Kim loại tác dụng với dung dịch muối

Để kim loại M đẩy được kim loại X ra khỏi dung dịch muối của nó với phản ứng:

x n+

xM(r) nX (dd)  �xM (dd) nX(r)thì phải có điều kiện:

+ M đứng trước X trong dãy điện hóa

+ Cả M và X đều không tác dụng được với nước ở điều kiện thường

+ Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan

- Khối lượng chất rắn tăng: m�mX t�o ramM tan

- Khối lượng chất rắn giảm: m�mM tan mX t�o ra

- Khối lượng chất rắn tăng bằng khối lượng dung dịch giảm

- Hỗn hợp các kim loại phản ứng vớỉ hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ưu tiên: Kim loại có tính khử mạnh nhất tác dụng với cation có tính oxi hóa mạnh nhất để tạo ra kim loại có tính khử yếu nhất và cation có tính oxi hóa yếu nhất.

Chú ý ngoại lệ:

+ Nếu M là kim loại kiềm, kiềm thổ (Ca, Sr, Ba) thì M sẽ khử H+ của H2O thành H2 và tạo thành dungdịch bazơ kiềm Sau đó có thể xảy ra phản ứng trao đổi giữa muối và bazơ kiềm (Lưu ý: Ở trạng tháinóng chảy vẫn có phản ứng: 3Na AlCl 3(khan)�3NaCl Al

+ Với nhiều anion có tính oxi hóa mạnh như NO , MnO , 3 4 thì kim loại M sẽ khử các anion trong môitrường axit (hoặc bazơ)

Thứ tự tăng dần giá trị thế khử chuẩn (E°) của một số cặp oxi hóa - khử:

Một số chú ý khi giải bài tập

- Phản ứng của kim loại với dung dịch muối là phản ứng oxi hóa - khử nên thường sử dụng phương phápbảo toàn mol electron để giải các bài tập phức tạp, khó biện luận như hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng vớidung dịch chứa hỗn hợp nhiều muối

Các bài tập đơn giản hơn như một kim loại tác dụng với dung dịch một muối, hai kim loại tác dụng vớidung dịch một muối, có thể tính toán theo thứ tự các phương trình phản ứng xảy ra

- Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng để tính khối lượng thanh kim loại sau phản ứng,

- Từ số mol ban đầu của các chất tham gia phản ứng, biện luận các trường hợp xảy ra

- Nếu chưa biết số mol các chất phản ứng thì dựa vào thành phần dung dịch sau phản ứng và chất rắn thuđược để biện luận các trường hợp xảy ra

- Kim loại khử anion của muối trong môi trường axit (bazơ) thì nên viết phương trình dạng ion thu gọn

- Kim loại (Mg � Cu) đẩy được Fe3+ về Fe2+