Mét sè d¹ng bµi tËp vÒ kim lo¹i vµ hîp chÊt cña kim lo¹i Ph¹m Tµi Nh©n, Cè V¨n Hïng, D¬ng V¨n H¶i Líp 11A1 trêng THPT Yªn §Þnh I, huyÖn Yªn §Þnh, tØnh Thanh Hãa Bài tập về kim loại và hợ[r]
Trang 1Một số dạng bài tập về kim loại và hợp chất của kim loại
Phạm Tài Nhân, Cố Văn Hùng, Dơng Văn Hải Lớp 11A1 trờng THPT Yên Định I, huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa Bài tập về kim loại và hợp chất của chúng là phần không thể thiếu trong đề thi đại học, cao đẳng hiện nay Theo xu thế chung, việc mức độ đề thi đạt độ khó 10 đến 15% đã đã đợc dự báo từ trớc Cũng từ đó, phần bài tập về kim loại và hợp chất của nó đã dần đạt đến một bớc phát triển thực sự thử thách trí thông minh và nhanh nhẹn của các bạn học sinh Mong rằng bài viết này
sẽ một phần giúp các bạn tích lũy thêm kinh nghiệm và tự tin hơn trong làm bài
Dạng 1: oxit kim loại tác dung với nhóm chất khử
Câu 1: Thổi thật chậm 2,22 (l) hỗn hộp khí gồm CO và H2 qua ống sứ đựng
hỗn hợp các chất rắn Al2O3, CuO, Fe2O3, Fe3O4 nung nóng có khối lợng 24 (g), phẩn ứng xảy ra hoàn toàn, khối lợng chất rắn còn lại trong ống là? A: 22,4 g B: 11,2 g
C: 20,8 g D: 16,8 g
Cách giải: Ta có: nhh khí = 0,1 mol Xét phản ứng giữa các oxit và hỗn hợp chất khử, dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố, ta đợc:
O2- trong oxit + CO CO2 O 2- trong oxit + H2 H2O
=> tổng n O2- trong oxit = nCO + n H2 = nhh khí = 0,1 mol
=> khối lợng chất rắn còn lại trong hỗn hợp sau phản ứng là:
mrắn = moxit - m O2- trong oxit = 24 – 0,1.16 = 22,4 g, chọn đáp án A.
Câu 2: ( Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2009)
Khử hoàn toàn một oxit sắt ở nhiệt độ cao cần vừu đủ V(l) CO ở đktc Sau phản ứng thu đợc 0,84 g Fe và 0,448 l CO2 ở đktc Công thức của oxit sắt và giá trị của V là?
A: Fe3O4 và 0,224 l B: FeO và 0,224 l
C: Fe 3 O 4 và 0,448 l D: Fe2O3 và 0,448 l
Cách giải: nFe = 0,15 mol
n O2- trong oxit = nCO = n CO2 = 0,02 mol => V = 0,02.22,4 = 0,448 l
nFe 0,015 3
nO = 0,02 = 4 => công thức của oxit là Fe3O4
Chọn đáp án C
Dạng II: Phản ứng nhiệt nhôm
Một số phản ứng nhiệt nhôm thờng gặp
2yAl + 3FexOy yAl2O3 + 3xFe
2yAl + 3CrxOy yAl2O3 + 3xCr
Câu 1: ( Trích đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2009)
Nung nóng hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong điều kiện không có không khí Phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau phản ứng thu đợc hỗn hợp chất rắn X Cho rắn X tác dụng với dd NaOH d thu đợc dd Y, chất rắn Z và 3,36 l H2 ở đktc Mặt khác sục CO2 d vào dd Y thu đợc 39 g kết tủa Khối lợng hỗn hợp Al và Fe3O4 là?
A: 48,3 g B: 52,4 g
C: 45,8 g D: 54,3 g
Trang 2Al2O3 NaAlO2 + CO2 d Al(OH)3
Al + Fe3O4 Al d H2 0,5 mol
0,5 mol 0,1 mol 0,15 mol
=> lợng Al phản ứng với Fe3O4 là: 0,5 – 0,1 = 0,4 mol Ta có phản ứng: 8Al + 3Fe3O4 t0 4Al2O3 + 9Fe
0,4 0,15 0,2
=> khối lợng hỗn hợp Al và Fe3O4 ban đầu là: 0,5.27 + 0,15.232 = 48,3 g Chọn đáp án A
Câu 2: ( Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2007)
Cho 4,48 (l) CO ở đktc qua ống sứ đựng 8 (g) một oxit sắt nung nóng cho
đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn hỗn hợp khí thu đợc sau phản ứng có tỉ khối so với H2 là 20 Công thức của oxit sắt và tỉ lệ % thể tích CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là:
A: FeO và 75% B: Fe 2 O 3 và 75%
C: Fe2O3 và 65% D: Fe3O4 và 75%
Cách giải: Ta có: Tổng nCO = 0,2 mol, xét phản ứng:
FexOy + yCO t0 xFe + yCO2 (1)
8
Theo (1), nCO d = 0,2 -
56x+ 16y
Ta có: nCO M=28 4
Mtb =40
n CO2 M=44 12
nCO/nCO2 = 1/3
0,2.(56x + 16y) – 8y = 1 <=> x = 2
<=> 8y 3 y 3
Công thức của oxit sắt là Fe2O3
% V CO2 = 8.3/160.0,2 100% = 75 % Vậy câu trả lời đúng là B
Dạng II: Kim loại tác duujng với axit có tính OXH mạnh
Để làm nhanh dạng bài tập này, chúng ta nên vận dụng một số công thức sau:
* Đối với HNO3:
1, n NO3- tạo muối = n NO2 => n HNO3 pứ = 2nNO2
2, n NO3- tạo muối = 3nNO => n HNO3 pứ = 4nNO
3, n NO3- tạo muối = 8nN2O => n HNO3 pứ = 10nN2O
4, n NO3- tạo muối = 8nNH4NO3 => n HNO3 pứ = 10n NH4NO3
5, n NO3- tạo muối = 10nN2 => n HNO3 pứ = 12nN2
* Đối với H2SO4 đặc:
6, nSO42- tạo muối = nSO2 => nH2SO4 pứ = 2nSO2
7, nSO42- tạo muối = 3nSkết tủa => nH2SO4 pứ = 4nSkết tủa
8, nSO42- tạo muối = 4nH2S => nH2SO4 pứ = 5 nH2S
Xét kim loại m với số OXH cao nhất là n, ta có:
M≤ Fe M 2 (SO 4 ) n + SO 2 + H 2 O
M + H 2 SO 4 M>Fe M 2 (SO 4 ) n + H 2 S, S, SO 2 + H 2 O.
M≤ Fe M(NO ) + NO + H O.
Trang 3M + HNO 3(l)
M>Fe NH 3 , N 2 , N 2 O, NO (NH 4 NO 3 ) + H 2 O.
M + HNO3(đặc) t0 M(NO3)n + NO2 + H2O
Câu 1: Dùng 100 quặng pirit chứa 72% FeS2 để điều chế H2SO4 Toàn bộ
l-ợng H2SO4 thu đợc cho tác dụng với ll-ợng vừa đủ Cu để tạo ra CuSO4.5H2O Biết hiệu suất của phản ứng đạt 80%, khối lợng CuSO4.5H2O thu đợc là:
A: 120 g B: 240 g
C: 180 g D: 300 g 100.72%
Cách giải: Ta có: n FeS2 = = 0,6 mol Ta có sơ đồ sau: 120
FeS2 2H2SO4 CuSO4.5H2O
0,6 mol 1,2 mol SO2
Lại có n SO42- = n SO2 = 1/2 n H2SO4 = 0,6 mol
Vậy khối lợng CuSO4.5H2O thực tế thu đợc là: m= 0,6.250.80%= 120(g) Chọn đáp án A
Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 12,42 g bột nhôm vào dd HNO3 loãng d thu đợc
dd X và 1,344(l) hỗn hợp khí gồm N2 và N2O có tỉ khối so với H2 bằng 18 Cô cạn cẩn thận dd X thu đợc m (g) muối khan, giá trị của m là:
A: 105,32 g B: 106,38 g
C: 98,72 g D: 110,05 g Cách giải: n Al= 0,46 mol
Ta có: Al Al3+ + 3e
0,46 1,38 => tổng necho = 1,38 mol Ta có:
,n N2, MN2 = 28 8
Mtb => n N2 = n N2O= 1,344/22,4= 0,03(mol) ,n N2O MN2O=44 8
2N+5 + 8e N2O 2N+5 + 10e N2
0,24 0,03 0,3 0,03
=> Tổng nnhận để tạo khí là: 0,24 + 0,3 = 0,54 mol => phản ứng tạo muối NH4NO3.Ta có: N+5 + 8e NH4NO3
0,84 0,105
Vậy khối lợng muối thu đợc là: 0,46.213 + 0,105.80= 106,38(g) Chọn B
Dạng IV: Oxit kim loại hoặc hỗn hợp gồm oxit kim loại và kim loại tác
dụng với axit có tính OXH mạnh.
Câu1: Cho 3,76 g hỗn hợp gồm MgO và Mg có tỉ lệ mol n MgO/ n Mg =
1/14 tác dụng với V(l) HNO3 0,5M Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu
đ-ợc 1 khí duy nhất có thể tích là 0,448 (l) ở đktc và dd Y Cô cạn cẩn thận dd
Y thu đợc 23 g muối khan Giá trị của V là:
A: 0,6(l) B: 0,64(l)
C: 0,68(l) D: 0,72(l)
Cách giải: Gọi x là số mol MgO thì số mol Mg là 14x Ta có:
40x + 24.14x = 3,76 <=> x= 0,01 => n MgO= 0,01 mol
, n Mg = 0,14 mol
MgO + 2HNO3 Mg(NO3)2 + H2O (1)
0,01 0,02 0,01
Trang 4Tổng n Mg = tổng n Mg(NO3)2 = 0,15 mol
=> m Mg(NO3)2 = 0,15.148= 22,2 g < m muối trong Y => trong dd Y có chứa muối NH4NO3 với n = (23-22,2)/80= 0,01 mol Ta có bán Pứ sau:
10H+ + NO3- + 8e NH4+ + 3H2O (2)
0,1 0,08 0,01
Ta có tổng necho = n Mg.2= 0,28 mol
ne nhận tao khí X = necho – ne nhận (2) = 0,28 – 0,08 = 0,2 mol
,nX = 0,448/22,4 = 0,02 mol Do chỉ có khí X là duy nhất nên ta có:
Số e nhận tạo X = ne nhận tao khí X / nX = 0,2/0,02 = 10e Vậy khí X là N2
Ta có: 12H+ + 2NO3- + 10e N2 + 6H2O (3)
0,24 0,2 0,02
=>tổng nHNO3 = nHNO3(1) + nH+(2) + nH+(3) =0,02+0,1+0,24=0,36 (mol) => V HNO3 = 0,72 (l) Chọn đáp án D
Câu 2: Thổi một lợng khí CO vừa đủ qua hỗn hợp Fe2O3 và Fe nung nóng
đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu đợc chất rắn D và khí CO2 Hấp thụ toàn bộ lợng CO2 này trong lợng d Ca(OH)2 thu đợc 6 g kết tủa Hòa tan D bằng dd H2SO4(đn) d thấy tạo ra 4,032 g SO2 và dd E Cô cạn dd E thu đợc 24
g muối khan Mặt khác hòa tan hoàn toàn hỗn hợp ban đầu bằng dd HNO3 d thu đợc V(l) N2O là sản phẩm khử duy nhất ở đktc Giá trị của v là:
A: 0,224(l) B: 0,448(l)
C: 0,672(l) D: 0,896(l)
Cách giải: áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, ta đợc:
,n CO = n CO2 = n CaCO3 = 0,06 mol => n O2- trong oxit = 0,06 mol.
Lại có: n SO2 = n SO42- tạo muối = 0,18 mol.
tổng mFe = mmuối khan – m SO42- tạo muối = 24- 0,18.96= 6,72 g.
Ta lại dùng định luật bảo toàn nguyên tố đối với Fe:
Fe2O3 3O2- Fe2O3 2Fe3+
0,02 0,06 mol 0,02 0,04
=> khối lợng Fe trong hỗn hợp ban đầu là: mFe = 6,72- 0,04.56= 4,48 g
=> nFe = 0,08 mol => tổng n e cho = 0,08.3= 0,24 mol
Ta có: 2N+5 + 8e N2O
0,24 0,03 => V = 0,672(l) Chọn đáp án C
Dạng V: Muối của kim loại tác dụng với axit có tính OXH mạnh
Câu 1: ( Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2012)
Cho 18,4 g hỗn hợp gồm Cu2S, CuS, FeS2 và FeS tác dụng hết với dd HNO3
đặc nóng d thu đợc V(l) khí chỉ có NO2 ở đktc là sản phẩm khử duy nhất và
dd Y Cho dd Y vào một lợng d dd BaCl2 thu đợc 44,6 g kết tủa Còn khi cho toàn bộ Y tác dụng với dd NH3 d thì thu đợc 10,7 g kết tủa.giá trị của V là:
A: 24,64(l) B: 38,08(l)
C: 11,2(l) D: 16,8(l) Cách giải: Quy hỗn hợp ban đầu về Fe, Cu và S, ta có:
0,2 BaSO4
Cu2+, H+, NO3-
Fe0, Cu0, S0 dd HNO 3 đn ddA 0,1 Fe3+, 0,2 SO4
Trang 5NO2 0,1 Fe(OH)3
Theo sơ đồ, ta có: tổng mhh = 18,4 g => mCu = 18,4 – 0,1.56- 0,2.32= 6,4 g
nCu= 0,1 mol Ta có các quá trình sau:
Fe0 Fe3+ + 3e, S0 S+6 + 6e, Cu0 Cu2+ + 2e 0,1 0,3 0,2 1,2 0,1 0,2
=> tổng necho = 0,3 + 0,2+ 1,2 = 1,7 mol Mà: N+5 +1e N+4
V= 1,7.22,4= 38,08(l) Chọn đáp án B
Câu 2: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,02 mol FeS2 và 0,03 mol FeS vào
lợng d dd H2SO4 đặc nóng thu đợc dd X và khí Y Hấp thụ hoàn toàn khí Y Hấp thụ hoàn toàn khí Y bằng một lợng vừ đủ dd KMnO4 thu đợc dd Z không màu, trong suốt, có pH= 12 Thể tích của dd Z là:
A: 11,4(l) B: 5,7(l)
C: 22,8(l) D: 17,2(l)
Cách giải: Ta có:
FeS2 2S+4 + Fe3+ + 11e (1) FeS Fe3+ + S+4 + 7e (2)
0,02 0,04 0,22 0,03 0,03 0,21
=> tổng necho = 0,22+ 0,21= 0,43 mol Từ đó ta đợc:
S+6 + 2e S+4 (3) => tổng n SO2 = n S+4 (1), (2), (3) = 0,285 mol
0,43 0,215
Hấp thụ hoàn toàn 0,285 mol SO2 vào dd KMnO4 d, ta có:
5SO2 + 2H2O + KMnO4 K2SO4 + MnSO4 + 2H2SO4
0,285 0,114
=> tổng nH+ trong dd Z= 0,144.2= 0,228 mol
=> Vdd = 0,228/10-2= 28,8(l) Chọn đáp án C
VI: Bài tập vận dụng
Câu 1: Cho hơi nớc đi qua than nóng đỏ thu đợc hỗn hợp khi A gồm CO2,
CO và H2 Toàn bộ lợng khí A vừa đủ khử hết 48 gam Fe2O3 thành Fe và thu
đợc 10,8 g nớc % thể tích CO2 trong hỗn hợp khí A là:
A: 14,29% B: 13,24%
C: 28,57% D: 16,14%
Câu 2: Hỗn hợp X gồm Al và Fe2O3 có khối lợng 21,67 g, tiến hành phản
ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X trong điều kiện không có không khí Hòa tan hoàn hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dd NaOH d thu đợc 2,016 (l) H2 ở
đktc và 12,4 g chất rắn không tan Hiệu suất của phản ứng nhiệt mhoom là:
A: 80% B: 75%
C: 60% D: 71,43%
Câu 3: Cho 35,48 g hỗn hợp X gồm Cu và FeCO3 vào dđ HNO3 loãng,
phản ứng xảy ra hoàn toàn Sau phản ứng thu đợc hỗn hợp khí gồm NO và 0,672(l) CO2, dd Y và 21,44g kim loại Cô cạn dd Y thu đợc khối lợng chất rắn khan là:
A: 38,82 g B: 36,42 g
C: 38,28 g D: 36,24 g
Trang 6Câu 4: Cho m g Fe vào dd chứa đồng thời H2SO4 và HNO3 thu đợc dd X và
4,44(l) NO là sản phẩm khử duy nhất ở đktc Thêm tiếp H2SO4 vào X lại thu
đợc thêm 1,792(l) NO nữa và dd Y, dd Y có khả năng hòa tan tối đa 8,32 g
Cu và không có khí thoát ra Giá trị của m là:
A: 16,24 g B: 16,8 g
C: 11,2 g D: 9,6 g
Câu 5: Hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol nh nhau( M có hóa trị không
đổi) Hòa tan hoàn toàn 6,51 g hỗn hợp X bằng dd HNO3 đn d thu đợc dd Y( không chứa muối amoni) và 13,216(l) hỗn hợp khí X gồm NO2 và NO ở
đktc có khối lợng là 26,34 g Kim loại M là:
A: Mg B: Zn
C: Cu D: Ca