Tài liệu 4 chuyên đề hóa đại cương và vô cơ 12

Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu Phần 1: Giới thiệu 4 chuyên đề hóa đại cương và vô cơ 12 2 11 Chuyên đề 1 : Đại cương về kim loại 11 Chuyên đề 2 : Kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm 82 Chuyên đề 3 : Crom, sắt, đồng, niken, chì, kẽm, vàng, bạc, thiếc 210 Chuyên đề 4 : Phân biệt một số chất vô cơ, chuẩn độ dung dịch, hóa học và vấn đề phát triển kinh tế, xã hôi, môi trường 296 Phần 2 : Đáp án 318 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 1 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 PHẦN 1 : GIỚI THIỆU 4 CHUYÊN ĐỀ HÓA ĐẠI CƯƠNG VÀ VÔ CƠ 12 CHUYÊN ĐỀ 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI BÀI 1 : TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI. HỢP KIM A. LÝ THUYẾT I. Vị trí và cấu tạo 1. Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn Các nguyên tố hoá học được phân thành kim loại và phi kim. Trong số 110 nguyên tố hoá học đã biết có tới gần 90 nguyên tố là kim loại. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố kim loại có mặt ở : - Nhóm IA (trừ hiđro) và IIA. - Nhóm IIIA (trừ bo) và một phần của các nhóm IVA, VA, VIA. - Các nhóm B (từ IB đến VIIIB). - Họ lantan và actini, được xếp riêng thành hai hàng ở cuối bảng. 2. Cấu tạo của nguyên tử kim loại Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại đều có ít electron ở lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3e). Ví dụ : Na : 1s22s22p63s1 ; Mg : 1s22s22p63s2 ; Al : 1s22s22p63s23p1 Trong cùng chu kì, nguyên tử của nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với nguyên tử của nguyên tố phi kim. Ví dụ xét chu kì 2 (bán kính nguyên tử được biểu diễn bằng nanomet, nm) : 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 0,157 0,136 0,125 0,117 0,110 0,104 0,099 3. Cấu tạo tinh thể kim loại Hầu hết các kim loại ở điều kiện thường đều tồn tại dưới dạng tinh thể (trừ Hg). Trong tinh thể kim loại, nguyên tử và ion kim loại nằm ở những nút của mạng tinh thể. Các electron hoá trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Đa số các kim loại tồn tại dưới ba kiểu mạng tinh thể phổ biến sau : a. Mạng tinh thể lục phương Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiếm 74%, còn lại 26% là các khe rỗng. Thuộc loại này có các kim loại : Be, Mg, Zn,... b. Mạng tinh thể lập phương tâm diện Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương. Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiếm 74%, còn lại 26% là các khe rỗng. Thuộc loại này có các kim loại : Cu, Ag, Au, Al,... Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 11 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 c. Mạng tinh thể lập phương tâm khối Các nguyên tử, ion dương kim loại nằm trên các đỉnh và tâm của hình lập phương. Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chỉ chiếm 68%, còn lại 32% là các khe rỗng. Thuộc loại này có các kim loại : Li, Na, K, V, Mo,... 4. Liên kết kim loại Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do. II. Tính chất vật lí của kim loại 1. Tính chất vật lí chung a. Tính dẻo Khác với phi kim, kim loại có tính dẻo : Dễ rèn, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi. Vàng là kim loại có tính dẻo cao nhất, có thể dát thành lá mỏng đến mức ánh sáng có thể xuyên qua. Kim loại có tính dẻo là vì các ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau dễ dàng mà không tách ra khỏi nhau nhờ những electron tự do chuyển động dính kết chúng với nhau. b. Tính dẫn điện Khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại, những electron tự do trong kim loại sẽ chuyển động thành dòng có hướng từ cực âm đến cực dương, tạo thành dòng điện. Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe,... Nhiệt độ của kim loại càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm do ở nhiệt độ cao, các ion dương dao động mạnh cản trở dòng electron chuyển động. c. Tính dẫn nhiệt Tính dẫn nhiệt của các kim loại cũng được giải thích bằng sự có mặt các electron tự do trong mạng tinh thể. Các electron trong vùng nhiệt độ cao có động năng lớn, chuyển động hỗn loạn và nhanh chóng sang vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng này nên nhiệt lan truyền được từ vùng này đến vùng khác trong khối kim loại. Thường các kim loại dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt. d. Ánh kim Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được, do đó kim loại có vẻ sáng lấp lánh gọi là ánh kim. Tóm lại : Tính chất vật lí chung của kim loại như nói ở trên gây nên bởi sự có mặt của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại. 2. Tính chất vật lí riêng Ngoài những tính chất vật lí chung kim loại còn có một số tính chất vật lí riêng như khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng… Những tính chất này phụ thuộc vào độ bền liên kết kim loại, nguyên tử khối, kiểu mạng tinh thể,… của kim loại. 12 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 - Kim loại dẻo nhất là Au, sau đó đến Ag, Al, Cu, Sn,… - Kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe,… - Kim loại có khối lượng riêng D < 5 gam/cm3 là kim loại nhẹ, như : Na, Li, Mg, Al,… - Kim loại có khối lượng riêng D > 5 gam/cm3 là kim loại nặng, như : Cr, Fe, Zn, Pb, Ag, Hg,… - Kim loại nhẹ nhất là Li, kim loại nặng nhất là Os. - Kim loại dễ nóng chảy nhất là Hg (-39oC). - Kim loại khó nóng chảy nhất là W (3410oC). - Kim loại mềm nhất là Cs, kim loại cứng nhất là Cr. III. Tính chất hoá học chung của kim loại Trong một chu kì, nguyên tử của các nguyên tố kim loại có bán kính tương đối lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với phi kim, số electron hoá trị ít, lực liên kết với hạt nhân của những electron này tương đối yếu nên chúng dễ tách khỏi nguyên tử. Vì vậy, tính chất hoá học chung của kim loại là tính khử. M → Mn+ + ne 1. Tác dụng với phi kim Nhiều kim loại có thể khử được phi kim đến số oxi hoá âm, đồng thời nguyên tử kim loại bị oxi hoá đến số oxi hoá dương. a. Tác dụng với clo Hầu hết các kim loại đều có thể khử trực tiếp clo tạo ra muối clorua. Ví dụ : Dây sắt nóng đỏ cháy mạnh trong khí clo tạo ra khói màu nâu là những hạt chất rắn sắt(III) clorua. o o +3 o −1 t 2Fe + 3Cl 2  → 2 Fe Cl3 −1 o Trong phản ứng này Fe đã khử từ Cl 2 xuống Cl b. Tác dụng với oxi −2 o Hầu hết các kim loại có thể khử từ O 2 xuống O . Ví dụ : Khi đốt, bột nhôm cháy mạnh trong không khí tạo ra nhôm oxit. o o +3 o −1 t 4Al + 3O 2  → 2 Al 2 O3 c. Tác dụng với lưu huỳnh o −2 Nhiều kim loại có thể khử lưu huỳnh từ S xuống S . Phản ứng cần đun nóng (trừ Hg). Ví dụ : o o o +2 −2 t Fe + S  → Fe S o o +2 −2 t o thöôøng Hg + S  → Hg S 2. Tác dụng với dung dịch axit a. Với dung dịch HCl, H2SO4 loãng + Nhiều kim loại có thể khử được ion H trong các dung dịch axit trên thành hiđro. Ví dụ : o +1 +2 −1 o Fe + 2 H Cl → Fe Cl 2 + H 2 b. Với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc +5 +6 Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) khử được N (trong HNO3) và S (trong H2SO4 ) xuống số oxi hoá thấp hơn. Ví dụ : Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 13 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 +5 o +2 o +2 t 3Cu + 8H N O3  → 3Cu(NO3 )2 + 2 N O + 4H 2 O +5 o +2 o +2 t Cu + 2H 2 S O 4  → Cu SO 4 + S O2 + 2H 2 O ● Chú ý : HNO3, H2SO4 đặc, nguội làm thụ động hoá Al, Fe, Cr, ... 3. Tác dụng với nước Các kim loại ở nhóm IA và IIA của bảng tuần hoàn (trừ Be, Mg) do có tính khử mạnh nên có thể khử được H2O ở nhiệt độ thường thành hiđro. Các kim loại còn lại có tính khử yếu hơn nên chỉ khử được H2O ở nhiệt độ cao (Fe, Zn,...) hoặc không khử được H2O (Ag, Au,...). Ví dụ: +1 o +1 o Na + 2 H 2 O → 2Na OH + H 2 4. Tác dụng với dung dịch muối Kim loại mạnh hơn có thể khử được ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do. Ví dụ : Ngâm một đinh sắt (đã làm sạch lớp gỉ) vào dung dịch CuSO4, sau một thời gian màu xanh của dung dịch CuSO4 bị nhạt dần và trên đinh sắt có lớp đồng màu đỏ bám vào. o +2 +2 o Fe + Cu SO 4 → FeSO 4 + Cu IV. Hợp kim 1. Định nghĩa Hợp kim là những vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. Ví dụ : Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác. 2. Tính chất của hợp kim a. Tính chất hóa học : Tương tự như các chất trong hỗn hợp ban đầu. b. Tính chất vật lí : So với các chất trong hỗn hợp ban đầu thì hợp kim có : - Tính dẫn điện, dẫn nhiệt kém hơn. - Nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. - Cứng hơn, giòn hơn. 14 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 BÀI 2 : DÃY ĐIỆN HOÁ CỦA KIM LOẠI A. LÝ THUYẾT I. Cặp oxi hoá - khử của kim loại Nguyên tử kim loại dễ nhường electron trở thành ion kim loại, ngược lại ion kim loại có thể nhận electron trở thành nguyên tử kim loại. Ví dụ : Ag+ + 1e
Ag Cu2+ + 2e
Cu Fe2+ + 2e
Fe Các nguyên tử kim loại (Ag, Cu, Fe,...) đóng vai trò chất khử, các ion kim loại (Ag+, Cu2+, Fe2+ ...) đóng vai trò chất oxi hoá. Chất oxi hoá và chất khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hoá - khử. Ví dụ ta có cặp oxi hoá - khử : Ag+/Ag ; Cu2+/Cu ; Fe2+/Fe. Đặc điểm của cặp oxi hóa - khử : Trong cặp oxi hóa - khử, dạng khử có tính khử càng mạnh thì dạng oxi hóa có tính oxi hóa càng yếu và ngược lại. II. Pin điện hóa 1. Cấu tạo và hoạt động - Kim loại mạnh làm điện cực âm (anot) và bị ăn mòn. - Kim loại có tính khử yếu hơn được bảo vệ. - Cầu muối có tác dụng trung hòa dung dịch 2. Tính suất điện động của pin điện hóa Epin = Ecatot - Eanot = Emax - Emin Để xác định tính khử các kim loại và tính oxi hóa các ion kim loại, người ta thiết lập các pin điện hóa với một điện cực bằng H2 làm chuẩn còn điện cực còn lại là kim loại cần xác định. Qua đó người ta đưa ra được một giá trị gọi là thế điện cực chuẩn. Kí hiệu E o Mn + . M IV. Dãy điện hoá của kim loại 1. Dãy điện hóa : Dãy điện hóa của kim loại là một dãy các cặp oxi hóa - khử được sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại và giảm dần tính khử của nguyên tử kim loại. Người ta đã so sánh tính chất của nhiều cặp oxi hoá - khử và sắp xếp thành dãy điện hoá của kim loại : Mg2+ Al3+ Mg Al E o Mn+ Zn2+ Zn Fe2+ Fe -2,37 -,166 -0,76 -0,44 Ni2+ Ni + Sn2+ Sn Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag Pb H2 Cu Fe2+ Ag Au3+ Au -0,23 -0,14 -0,13 0,00 0,34 0,77 0,8 1,5 M Chiều giảm dần tính khử của kim loại và tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại 2. Ý nghĩa của dãy điện hoá của kim loại a. Dự đoán chiều xảy ra phản ứng oxi hóa - khử Dãy điện hoá của kim loại cho phép dự đoán chiều của phản ứng giữa 2 cặp oxi hoá - khử theo quy tắc α (anpha) : Phản ứng giữa 2 cặp oxi hoá - khử sẽ xảy ra theo chiều, chất oxi hoá mạnh nhất sẽ oxi hoá chất khử mạnh nhất, sinh ra chất oxi hoá yếu hơn và chất khử yếu hơn. Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 15 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Ví dụ : Phản ứng giữa 2 cặp Ag+/Ag và Cu2+/Cu xảy ra theo chiều ion Ag+ oxi hoá Cu tạo ra ion Cu và Ag. 2+ 2Ag+ + Cu → Cu2+ + 2Ag Chất oxi hoá mạnh Chất khử mạnh Chất oxi hoá yếu Chất khử yếu b. So sánh tính chất của các cặp oxi hoá - khử Ví dụ : So sánh tính chất của hai cặp oxi hoá - khử Cu2+/Cu và Ag+ /Ag, thực nghiệm cho thấy Cu tác dụng được với dung dịch muối Ag+ theo phương trình ion rút gọn : Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag (khử mạnh) (oxi hóa mạnh) (khử yếu) (oxi hóa yếu) Theo phương trình ta thấy : Tính khử : Cu > Ag; Tính oxi hóa : Ag+ > Cu2+ Ai quyết định số phận mình Leonardo da Vinci vẽ bức Bữa tiệc ly mất bảy năm liền. Đó là bức tranh vẽ Chúa Jésu và 12 vị tông đồ trong bữa ăn cuối cùng trước khi ngài bị môn đồ Judas phản bội. Leonardo tìm người mẫu rất công phu. Giữa hàng ngàn thanh niên ông mới chọn đựoc một chàng trai có gương mặt thánh thiện, một tính cách thanh khiết tuyệt đối làm mẫu vẽ Chúa Jésu. Da Vinci làm việc không mệt mỏi suốt sáu tháng liền trước chàng trai, và hình ảnh Chúa Jésu đã hiện ra trên bản vẽ. Sáu năm tiếp theo ông lần lươt vẽ xong 12 vị tông đồ, chỉ còn có Judas, vị môn đồ đã phản bội Chúa vì 30 đồng bạc. Họa sĩ muốn tìm một người đàn ông có khuôn mặt hằn lên sự hám lợi, lừa lọc, đạo đức giả và cực kì tàn ác. Khuôn mặt đó phải toát lên tính cách của kẻ sẵn sàng bán đi ngưòi bạn thân nhất, người thầy kính yêu nhất của chính mình ... Cuộc tìm kiếm dường như vô vọng. Bao nhiêu gương mặt xấu xa nhất, độc ác nhất, Vinci đều thấy chưa đủ để biểu lộ cái ác của Judas. Một hôm Vinci được thông báo có một kẻ mà ngoại hình có thể đáp ứng đươc yêu cầu của ông. Hắn đang ở trong một hầm ngục ở Roma, bị kết án tử hình vì tội giết người và nhiều tội ác tày trời khác ... Vinci lập tức lên đường đến Roma. Trước mắt ông là một gã đàn ông nước da đen sạm với mái tóc dài bẩn thỉu xõa xuống gương mặt, một gương mặt xấu xa, hiểm ác, hiển hiện rõ tính cách của một kẻ hoàn toàn bị tha hóa. Đúng đây là Judas! Được sự cho phép đặc biệt của đức vua, người tù được đưa tới Milan nơi bức tranh đang vẽ dở. Mỗi ngày tên tù ngồi trước Da Vinci và người họa sĩ thiên tài cần mẫn với công việc truyền tải vào bức tranh diện mạo của một kẻ phản phúc. Khi nét vẽ cuối cùng được hoàn tất, kiệt sức vì phải đối mặt với cái ác một thời gian dài, Vinci quay sang bảo lính gác:" Các ngươi đem hắn đi đi!". Lính canh túm lấy kẻ tử tù, nhưng hắn đôt nhiên vùng ra và lao đến quì xuống bên Da Vinci, khóc nức lên :" Ôi, ngài Da Vinci! Hãy nhìn con! Ngài không nhận ra con ư?". Da Vinci quan sát kẻ mà sáu tháng qua ông liên tục nhìn mặt. Cuối cùng ông đáp: " Không! Ta chưa từng nhìn thấy ngươi cho đến khi ngươi được đưa đến từ hầm ngục Roma ...". Tên tử tù kêu lên: " Ngài Vinci ... Hãy nhìn kỹ tôi! Tôi chính là người mà bảy năm về trước ngài đã chọn làm mẫu vẽ Chúa Jésu..." Câu chuyện này là có thật, như bức tranh Bữa tiệc ly là có thật. Chàng trai từng được chọn làm hình mẫu của Chúa Jésu, chỉ sau hơn 2000 ngày đã tự biến mình thành hình tượng hoàn hảo của kẻ phản bội ghê gớm nhất trong lịch sử. Tương lai không hề được định trước. Chính chúng ta là người quyết định số phận của chính mình... 16 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI I. Phương pháp - Phản ứng của kim loại với phi kim; với các dung dịch : axit, kiềm, muối là phản ứng oxi hóa khử, nên phương pháp đặc trưng để giải bài tập về kim loại là phương pháp bảo toàn electron, ngoài ra có thể sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng đối với những bài tập liên quan đến kim loại tác dụng với dung dịch muối. Đối với những bài tập tổng hợp liên quan đến nhiều loại phản ứng thì có thể kết hợp các phương pháp : bảo toàn electron, bảo toàn khối lượng, tăng giảm khối lượng, bảo toàn nguyên tố... II. Ôn tập về phương pháp bảo toàn electron 1. Nội dung định luật bảo toàn electron : - Trong phản ứng oxi hóa - khử, tổng số electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận. 2. Nguyên tắc áp dụng : - Trong phản ứng oxi hóa - khử, tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận. ● Lưu ý : Khi giải bài tập bằng phương pháp bảo toàn electron ta cần phải xác định đầy đủ, chính xác chất khử và chất oxi hóa; trạng thái số oxi hóa của chất khử, chất oxi hóa trước và sau phản ứng; không cần quan tâm đến số oxi hóa của chất khử và chất oxi hóa ở các quá trình trung gian. 3. Các dạng bài tập a. Kim loại tác dụng với phi kim Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm S và Br2 tác dụng vừa đủ với hỗn hợp Y gồm 9,75 gam Zn, 6,4 gam Cu và 9,0 gam Ca thu được 53,15 gam chất rắn. Khối lượng của S trong X có giá trị là : A. 16 gam. B. 32 gam. C. 40 gam. D. 12 gam. Hướng dẫn giải Gọi số mol S là x và số mol Br2 là y ta có : 32x + 160y = 53,15 – 9,75 – 6,4 – 9,0 ⇒ 32x + 160y = 28 (1) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : nelectron cho = nelectron nhận ⇒ 2.n S + 2.n Br2 = 2.n Zn + 2.n Cu + 2.n Ca (*) ⇒ 2x + 2y = 0,15.2 + 0,1.2 + 0,225.2 ⇒ 2x + 2y = 0,95 (2) Từ (1) và (2) ta có : x = 0,375 và y = 0,1 ⇒ mS = 0,375.32 = 12 gam. Nếu nếu các em học sinh không hình dung được biểu thức (*) thì có thể viết các quá trình oxi hóa - khử, rồi áp dụng định luật bảo toàn electron để suy ra (*) : Quá trình oxi hóa : Quá trình khử : Zn mol : 0,15 Cu → Zn+2 + 2e → 0,3 + 2e → S-2 mol: x → 2x → Cu+2 + 2e 0,1 → 0,2 Ca → Ca+2 + 2e mol : 0,225 → 0,45 Đáp án D. mol : S Br2 + 2e → 2Brmol: y → 2y Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 17 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Ví dụ 2: Cho 11,2 lít hỗn hợp khí A gồm clo và oxi phản ứng vừa hết với 16,98 gam hỗn hợp B gồm magie và nhôm tạo ra 42,34 gam hỗn hợp các muối clorua và oxit hai kim loại. Thành phần % khối lượng của magie và nhôm trong hỗn hợp B là : A. 48% và 52%. B. 77,74% và 22,26%. C. 43,15% và 56,85%. D. 75% và 25%. Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : ∑n (Cl2 ,O 2 ) = 0,5 mol ; ∑m (Cl2 ,O 2 ) = 25,36 gam. Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl2 và O2 ta có :  x+y = 0,5  x = 0, 24 ⇔  71x+32y = 25,36  y = 0,26 Gọi a và b lần lượt là số mol của Al và Mg ta có : 27a + 24b = 16,98 (1) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : nelectron cho = nelectron nhận ⇒ 3.n Al + 2.n Mg = 2.n Cl2 + 4.n O2 ⇒ 3a + 2b = 1,52 (2) Từ (1) và (2) suy ra : a = 0,14 ; b = 0,55 Thành phần % khối lượng của magie và nhôm trong hỗn hợp B là : 0,14.27 % Al = .100% = 22, 26% ; % Mg = (100 – 22,26)% = 77,74%. 16,98 Đáp án B. b. Kim loại tác dụng với dung dịch axit Ví dụ 1: Hoà tan hết 9,6 gam kim loại M trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng, thu được SO2 là sản phẩm khử duy nhất. Cho toàn bộ lượng SO2 này hấp thụ vào 0,5 lít dung dịch NaOH 0,6M, sau phản ứng đem cô cạn dung dịch được 18,9 gam chất rắn. Kim loại M đó là : A. Ca. B. Mg. C. Fe. D. Cu. Hướng dẫn giải Khí SO2 tác dụng với dung dịch NaOH có thể xảy ra các khả năng : - Tạo ra muối NaHSO3. - Tạo ra muối Na2SO3. - Tạo ra muối NaHSO3 và Na2SO3. - Tạo ra muối Na2SO3 và dư NaOH. Giả sử phản ứng tạo ra hai muối NaHSO3 (x mol) và Na2SO3 (y mol). Phương trình phản ứng : NaOH + SO2 → NaHSO3 (1) mol : x → x → x 2NaOH + SO2 → Na2SO3 (2) mol : 2y → y → y Theo (1), (2) và giả thiết ta có :  x+2y = 0,3 x = 0 ⇔  104x+126y = 18,9  y = 0,15 Như vậy phản ứng chỉ tạo ra muối Na2SO3. 18 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Gọi n là hóa trị của kim loại M. Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : n = 2 9, 6 .n = 2.0,15 ⇒ M = 32n ⇒  M M = 64 Vậy kim loại M là Cu. Đáp án D. n.n M = 2.n SO2 ⇒ Ví dụ 2: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng với dung dịch HNO3 dư, thu được 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí NO và NO2 có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là : A. 66,75 gam. B. 33,35 gam. C. 6,775 gam. D. 3,335 gam. Hướng dẫn giải Áp dụng sơ đồ đường chéo cho hỗn hợp N2O và NO ta có : 40 – 30 = 10 46 n NO2 ⇒ 40 46 – 40 = 6 30 n NO n NO2 n NO = 10 5 = 6 3 5 Suy ra : n NO = .0,05 = 0, 03125 mol, n NO = 0, 05 − 0, 03125 = 0, 01875 mol. 2 8 Ta có các quá trình oxi hóa – khử : Quá trình khử : NO3− + 3e → NO mol : 0,05625 ← 0,01875 − NO3 + 1e → NO2 mol : 0,03125 ← 0,03125 Như vậy, tổng số mol electron nhận = tổng số mol electron nhường = 0,0875 mol. Thay các kim loại Cu, Mg, Al bằng kim loại M. Quá trình oxi hóa : M +n → M(NO3 )n + ne 0, 0875 ← 0,0875 n Khối lượng muối nitrat sinh ra là : mol : m = m M( NO3 )n = m M +m NO − = 1,35 + 3 0, 0875 .n.62 = 6,775 gam. n Suy ra : n NO − taïo muoái = n electron trao ñoåi 3 Đáp án C. Ví dụ 3: Cho 12,9 gam hỗn hợp Al, Mg phản ứng vừa hết với dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau phản ứng thu được 0,125 mol S, 0,2 mol SO2 và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối. Giá trị của m là : A. 68,1. B. 84,2. C. 64,2. D. 123,3. Hướng dẫn giải Đặt số mol của Al và Mg lần lượt là x và y. Phương trình theo tổng khối lượng của Al và Mg : 27x + 24y = 12,9 (1) Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 19 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : nelectron cho = nelectron nhận ⇒ 3x + 2y = 0,125.6 + 0,2.2 + 0,4 = 1,15 (2) Từ (1) và (2) ta có : x = 0,1 và y = 0,425 Phản ứng tạo ra muối sunfat Al2(SO4)3 (0,05 mol) và MgSO4 (0,425 mol) nên khối lượng muối thu được là : m = 0,05. 342 + 0,425.120 = 68,1 gam. Đáp án A. c. Kim loại tác dụng với dung dịch muối ● Tính toán theo phương trình phản ứng Ví dụ 1: Cho m gam Mg vào dung dịch chứa 0,12 mol FeCl3. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 gam chất rắn. Giá trị của m là : A. 2,88. B. 2,16. C. 4,32. D. 5,04. Hướng dẫn giải Khi cho Mg vào dung dịch muối Fe , đầu tiên Mg khử Fe3+ thành Fe2+, sau đó Mg khử Fe2+ về Fe. Vậy phản ứng (1) xảy ra xong sau đó mới đến phản ứng (2). Giả sử tất cả lượng Fe2+ chuyển hết thành Fe thì khối lượng sắt tạo thành là 6,72 gam. Trên thực tế khối lượng chất rắn thu được chỉ là 3,36 gam, suy ra Fe2+ chưa phản ứng hết, Mg đã phản ứng hết, 3,36 gam chất rắn là Fe tạo thành. Phương trình phản ứng : Mg + 2Fe3+ → Mg2+ + 2Fe2+ (1) mol: 0,06 ← 0,12 → 0,06 → 0,12 Mg + Fe2+ → Mg2+ + Fe (2) mol: 0,06 ← 0,06 ← 0,06 ← 0,06 3+ Căn cứ vào (1) và (2) suy ra : n Mg = 0,12 mol ⇒ m Mg = 0,12.24 = 2,88 gam. Đáp án A. Ví dụ 2: Cho 100 ml dung dịch FeCl2 1,2M tác dụng với 200 ml dung dịch AgNO3 2M, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là : A. 12,96. B. 34,44. C. 47,4. D. 30,18. Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : n FeCl2 = 0,1.1, 2 = 0,12 mol ⇒ n Fe2+ = 0,12 mol, n Cl− = 0, 24 mol. n AgNO3 = 0, 2.2 = 0, 4 mol ⇒ n Ag + = 0, 4 mol. Phương trình phản ứng : mol: Ag+ + Cl- → AgCl ↓ 0,24 ← 0,24 → 0,24 (1) Ag+ + Fe2+ → Ag ↓ + Fe3+ (2) mol: 0,12 ← 0,12 → 0,12 Theo phương trình phản ứng ta thấy kết tủa thu được là Ag và AgCl. m = m (Ag AgCl) = 0, 24.143, 5 + 0,12.108 = 47, 4 gam. Đáp án C. 20 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 ● Lưu ý : Trong dung dịch, thứ tự xảy ra phản ứng là : + Phản ứng trao đổi. + Phản ứng oxi hóa - khử. Ở bài trên nếu ở (1) Ag+ hết thì phản ứng (2) không xảy ra. ● Sử phương pháp tăng giảm khối lượng Ví dụ 3: Ngâm một thanh đồng có khối lượng 15 gam trong 340 gam dung dịch AgNO3 6%. Sau một thời gian lấy vật ra thấy khối lượng AgNO3 trong dung dịch giảm 25%. Khối lượng của vật sau phản ứng là : A. 3,24 gam. B. 2,28 gam. C. 17,28 gam. D. 24,12 gam. Hướng dẫn giải 340.6 = 0,12 mol. 170.100 25 n AgNO3 ( p− ) = 0,12. = 0,03 mol. 100 Phương trình phản ứng : n AgNO3 ( b ® ) = Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag ↓ → 0,03 mol : 0,015 ← 0,03 mvật sau phản ứng = mthanh đồng ban đầu + mAg (sinh ra) − mCu (phản ứng) = 15 + 108.0,03 − 64.0,015 = 17,28 gam. Đáp án C. Ví dụ 4: Nhúng thanh kẽm vào dung dịch chứa 8,32 gam CdSO4. Sau khi khử hoàn toàn ion Cd2+ khối lượng thanh kẽm tăng 2,35% so với ban đầu. Khối lượng thanh kẽm ban đầu là : A. 60 gam. B. 70 gam. C. 80 gam. D. 90 gam. Hướng dẫn giải Gọi khối lượng thanh kẽm ban đầu là a gam thì khối lượng tăng thêm là Phương trình phản ứng : Zn + CdSO4 → ZnSO4 + Cd mol : 0,04 ← 0,04 → 0,04 2,35a gam. 100 (1) Theo giả thiết và (1) ta có : 0,04.112 – 0,04.65 = 2,35a ⇒ a = 80 gam. 100 Đáp án C. Ví dụ 5: Cho m gam bột Zn vào 500 ml dung dịch Fe2(SO4)3 0,24M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng dung dịch tăng thêm 9,6 gam so với khối lượng dung dịch ban đầu. Giá trị của m là : A.32,50. B. 20,80. C. 29,25. D. 48,75. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng : 2Fe3+ + Zn → 2Fe2+ + Zn2+ mol: 0,24 → 0,12 → 0,24 → 0,12 Fe2+ + Zn → Fe + Zn2+ mol: x → x → x → x Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 21 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Vì trước và sau phản ứng tổng khối lượng không đổi nên sau phản ứng khối lượng dung dịch tăng 9,6 gam thì khối lượng kim loại giảm 9,6 gam. Theo phương trình ta thấy : Khối lượng kim loại giảm = mZn phản ứng - mFe sinh ra = (0,12+x)65 – 56x = 9,6 ⇒ x= 0,2 Vậy mZn = (0,2 + 0,12).65 = 20,8 gam. Đáp án B. Ví dụ 6: Nhúng một thanh kẽm và một thanh sắt vào cùng một dung dịch CuSO4. Sau một thời gian lấy hai thanh kim loại ra thấy trong dung dịch còn lại có nồng độ mol ZnSO4 bằng 2,5 lần nồng độ mol FeSO4. Mặt khác, khối lượng dung dịch giảm 2,2 gam. Khối lượng đồng bám lên thanh kẽm và bám lên thanh sắt lần lượt là : A. 12,8 gam; 32 gam. B. 64 gam; 25,6 gam. C. 32 gam; 12,8 gam. D. 25,6 gam; 64 gam. Hướng dẫn giải Vì trong cùng dung dịch sau phản ứng [ZnSO4] = 2,5[FeSO4] nên suy ra n ZnSO4 = 2,5n FeSO4 . Đặt n FeSO = x mol ; n ZnSO = 2,5x mol . 4 4 Phương trình phản ứng hóa học : Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu ↓ mol : 2,5x ← 2,5x ← 2,5x → 2,5x (1) Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu ↓ (2) mol : x ← x ← x → x Ta nhận thấy độ giảm khối lượng của dung dịch bằng độ tăng khối lượng của kim loại. Do đó : mCu (sinh ra) − mZn (phản ứng) − mFe (phản ứng) = 2,2 ⇒ 64.(2,5x + x) − 65.2,5x −56x = 2,2 ⇒ x = 0,4 mol. Vậy : mCu (bám lên thanh kẽm) = 64.2,5.0,4 = 64 gam ; mCu (bám lên thanh sắt) = 64.0,4 = 25,6 gam. Đáp án B. Ví dụ 7: Cho 2,7 gam hỗn hợp bột X gồm Fe và Zn tác dụng với dung dịch CuSO4. Sau một thời gian, thu được dung dịch Y và 2,84 gam chất rắn Z. Cho toàn bộ Z vào dung dịch H2SO4 (loãng, dư). Sau khi các phản ứng kết thúc thì khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam và dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất. Phần trăm khối lượng của Fe trong X là : A. 58,52%. B. 51,85%. C. 48,15%. D. 41,48%. Hướng dẫn giải Phản ứng của hỗn hợp X với dung dịch CuSO4 làm khối lượng chất rắn tăng chứng tỏ Fe đã tham gia phản ứng (vì nếu chỉ có Zn phản ứng thì khối lượng chất rắn phải giảm do nguyên tử khối của Zn lớn hơn Cu). Chất rắn Z phản ứng với H2SO4 thì thấy khối lượng chất rắn giảm và dung dịch thu được chỉ có một muối duy nhất nên kim loại dư chỉ có Fe, khối lượng Fe dư là 0,28 gam. Gọi số mol của Zn và Fe phản ứng với dung dịch muối CuSO4 lần lượt là x và y mol. Phương trình phản ứng : Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu (1) mol: x → x → x 2+ 2+ Fe + Cu → Fe + Cu (2) mol: y → y → y 22 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Theo các phản ứng và giả thiết ta có : 65x + 56y = 2,7 − 0,28 x = 0,02 ⇒  2,7 − 65x − 56y + 64x + 64y = 2,84 y = 0,02 Phần trăm khối lượng của Fe trong X là : 0, 02.56 + 0,28 .100 = 51,85% . 2, 7 Đáp án B. Ví dụ 8: Cho 3,78 gam bột Al phản ứng vừa đủ với dung dịch muối XCl3 tạo thành dung dịch Y. Khối lượng chất tan trong dung dịch Y giảm 4,06 gam so với dung dịch XCl3. Công thức của muối XCl3 là : A. FeCl3. B. AlCl3. C. CrCl3. D. Không xác định. Hướng dẫn giải 3,18 = 0,14 mol . 27 Phương trình phản ứng : Al + XCl3 → AlCl3 + X n Al = (1) mol : 0,14 → 0,14 → 0,14 Theo (1) và giả thiết ta có : (X + 35,5.3).0,14 – 133,5.0,14 = 4,06 ⇒ X = 56. Vậy kim loại X là Fe và muối FeCl3. Đáp án A. Ví dụ 9: Nhúng một thanh graphit được phủ một lớp kim loại hóa trị (II) vào dung dịch CuSO4 dư. Sau phản ứng khối lượng của thanh graphit giảm đi 0,24 gam. Cũng thanh graphit này nếu được nhúng vào dung dịch AgNO3 dư thì khi phản ứng xong thấy khối lượng thanh graphit tăng lên 0,52 gam. Kim loại hóa trị (II) là kim loại nào sau đây ? A. Pb. B. Cd. C. Al. D. Sn. Hướng dẫn giải Đặt kim loại hóa trị (II) là M với số mol là x mol. Phương trình phản ứng hóa học : M + CuSO4 → MSO4 + Cu (1) mol : x → x → x → x Theo (1) và giả thiết ta có : Mx – 64x = 0,24 (*) M + 2AgNO3 → M(NO3)2 + 2Ag (2) mol : x → 2x → x → 2x Theo (2) và giả thiết ta có : 108.2x – Mx = 0,52 (**) Lấy (*) chia cho (**) ta được phương trình một ẩn M, từ đó suy ra M = 112 (Cd). Đáp án B. Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 23 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Ví dụ 10: Nhúng thanh kim loại M hoá trị 2 vào dung dịch CuSO4, sau một thời gian lấy thanh kim loại ra thấy khối lượng giảm 0,05%. Mặt khác nhúng thanh kim loại trên vào dung dịch Pb(NO3)2, sau một thời gian thấy khối lượng tăng 7,1%. Xác định M, biết rằng số mol CuSO4 và Pb(NO3)2 tham gia ở 2 trường hợp như nhau. A. Al. B. Zn. C. Mg. D. Fe. Hướng dẫn giải Gọi m là khối lượng thanh kim loại, M là nguyên tử khối của kim loại, x là số mol muối phản ứng. Phương trình phản ứng hóa học : M + CuSO4 → MSO4 + Cu↓ (1) mol : x ← x → x 0,05.m Theo (1) và giả thiết ta có : Mx – 64x = (*) 100 (2) M + Pb(NO3)2 → M(NO3)2 + Pb↓ mol : x ← x → x 7,1.m (**) Theo (2) và giả thiết ta có : 207x – Mx = 100 Lấy (*) chia cho (**) ta được phương trình một ẩn M, từ đó suy ra M = 65 (Zn). Đáp án B. ● Sử dụng phương pháp bảo toàn electron Ví dụ 11: Cho a mol kim loại Mg vào dung dịch hỗn hợp chứa b mol CuSO4 và c mol FeSO4. Kết thúc phản ứng dung dịch thu được chứa 2 muối. Xác định điều kiện phù hợp cho kết quả trên. A. a ≥ b. B. b ≤ a < b +c. C. b ≤ a ≤ b +c. D. b < a < 0,5(b + c). Hướng dẫn giải 2+ 2+ Tính oxi hóa : Cu > Fe . Thứ tự phản ứng : Mg + Cu2+ → Mg2+ + Cu (1) 2+ 2+ → Mg + Fe (2) Mg + Fe Theo giả thiết, sau phản ứng thu được dung dịch chứa 2 muối, suy ra hai muối là Mg2+ và Fe2+. Vì trong dung dịch có muối Fe2+ nên số mol electron mà Mg nhường nhỏ hơn số mol electron mà Cu2+ và Fe2+ nhận, suy ra : 2n Mg < 2n Cu 2+ + 2.n Fe2+ ⇒ a < b + c (*). Dung dịch sau phản ứng chứa Mg2+ và Fe2+ nên (1) đã xảy ra hoàn toàn, (2) có thể xảy ra hoặc chưa xảy ra, nên số mol electron mà Mg nhường lớn hơn hoặc bằng số mol electron mà Cu2+ nhận, suy ra : 2n Mg ≥ 2n Cu 2+ ⇒ a ≥ b (**) Vậy b ≤ a < b +c. Đáp án B. Ví dụ 12: Cho hỗn hợp gồm 1,2 mol Mg và x mol Zn vào dung dịch chứa 2 mol Cu2+ và 1 mol Ag+ đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được một dung dịch chứa ba loại ion kim loại. Trong các giá trị sau đây, giá trị nào của x thoả mãn trường hợp trên ? A. 2. B. 1,2. C. 1,5. D. 1,8. Hướng dẫn giải Thứ tự khử : Mg > Zn ; thứ tự oxi hóa : Ag+ > Cu2+. Căn cứ vào thứ tự khử của các kim loại và thứ tự oxi hóa của các ion suy ra dung dịch sau phản 24 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 ứng chứa các ion là Mg2+, Zn2+ và Cu2+. Vậy chứng tỏ Mg, Zn đã phản ứng hết, Cu2+ dư. Vì muối Cu2+ dư nên : n electron cho < n electron nhaän ⇒ 2.1,2 + 2x < 2.2 + 1.1 ⇒ x < 1,3. Vậy chỉ có phương án x = 1,2 là phù hợp. Đáp án B. Ví dụ 13: Cho 2,8 gam bột sắt vào 200 ml dung dịch gồm AgNO3 0,1M và Cu(NO3)2 0,5M; khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là : A. 4,72. B. 4,08. C. 4,48. D. 3,20. Hướng dẫn giải Số mol electron do Fe nhường = 2n Fe = 0,1 mol. Số mol electron do Ag+ và Cu2+ nhận = n Ag + + 2n Cu 2+ = 0,02 + 0,1 = 0,12 mol. Như vậy n Ag + < 2n Fe < n Ag + + 2n Cu 2+ . Do đó Ag+, Fe phản ứng hết, Cu2+ dư. 0,12 − 0,1 = 0, 01 mol ⇒ n Cu2+ pö = n Cu = 0, 04 mol. 2 Khối lượng chất rắn = m Ag + m Cu = 0,02.108 + 0,04.64 = 4,72 gam. n Cu2+ dö = Đáp án A. Ví dụ 14: Cho 0,42 gam hỗn hợp bột Fe và Al vào 250 ml dung dịch AgNO3 0,12M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và 3,333 gam chất rắn. Khối lượng Fe trong hỗn hợp ban đầu là : A. 0,168 gam. B. 0,123 gam. C. 0,177 gam. D. 0,150 gam. Hướng dẫn giải Giả sử AgNO3 phản ứng hết thì mAg = 108.0,12.0,25 = 3,24 gam < 3,333 gam : Đúng!. Vậy AgNO3 hết, trong chất rắn ngoài Ag còn có Fe dư hoặc Al dư và Fe chưa phản ứng với khối lượng là 3,333 – 3,24 = 0,093 gam. Khối lượng Al và Fe đã phản ứng với dung dịch AgNO3 là 0,42 - 0,093 = 0,327 gam. Gọi số mol của Al và Fe phản ứng lần lượt là x và y (x > 0, y ≥ 0). Phương trình theo khối lượng của Al, Fe : 27x + 56y = 0,327 (1) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 3x + 2y = 0,12.0,25 (2) Từ đó suy ra x = 0,009 mol và y = 0,0015 mol. Sắt đã phản ứng chứng tỏ Al đã hết, 0,093 gam kim loại dư là Fe. Khối lượng của Fe trong hỗn hợp = 0,093 + 0,0015.56 = 0,177 gam. Đáp án C. d. Kim loại tác dụng với dung dịch kiềm Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Na và Al. Cho m gam X vào một lượng dư nước thì thoát ra V lít khí. Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH dư thì được 1,75V lít khí. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong X là (biết các thể tích khí đo trong cùng điều kiện) : A. 41,94%. B. 77,31%. C. 49,87%. D. 29,87%. Hướng dẫn giải X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được lượng khí nhiều hơn so với khi X tác dụng với H2O, chứng tỏ khi X tác dụng với H2O thì Al còn dư, dung dịch sau phản ứng chứa NaAlO2. Đối với các chất khí thì tỉ lệ thể tích cũng chính là tỉ lệ mol nên căn cứ vào giả thiết ta chọn số mol H2 giải phóng ở hai trường hợp lần lượt là 1 mol và 1,75 mol. Đặt số mol của Na và Al tham gia phản ứng với H2O là x mol. Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 25 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 1.n Na + 3.n Al = 2.n H2 ⇒ 1.x + 3.x = 2.1 ⇒ x = 0,5 Đặt số mol Al ban đầu là y, khi X tác dụng với dung dịch NaOH dư thì Al phản ứng hết. Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 1.n Na + 3.n Al = 2.n H2 ⇒ 1.0,5 + 3.y = 2.1,75 ⇒ y = 1 Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong X là : 0,5.23 .100% = 29,87% . 0, 5.23 + 1.27 Đáp án D. e. Kim loại tác dụng với nhiều chất oxi hóa (phi kim, dung dịch axit, bazơ, muối) Ví dụ 1: Trộn 56 gam bột Fe với 16 gam bột lưu huỳnh rồi đun nóng (không có không khí) thu được chất rắn A. Hoà tan A bằng dung dịch axit HCl dư được dung dịch B và khí D. Đốt cháy D cần V lít O2 (đktc). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. V có giá trị là : A. 11,2 lít. B. 33,6 lít. C. 22,4 lít. D. 44,8 lít. Hướng dẫn giải  +1 −2 o H 2 H 2 O O 2 ,t o  →  +4 −2   H 2S  S O 2 Khí D là hỗn hợp H2S và H2. Đốt D thu được SO2 và H2O. Kết quả cuối cùng của quá trình phản ứng là Fe và S nhường electron, còn O2 thu electron. Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : Fe: 1mol FeS: 0,5 mol H+1 Cl +2 to Sơ đồ phản ứng :   →  → Fe Cl 2 + S: 0,5 mol Fe: 0,5 mol nelectron cho = nelectron nhận ⇒ 2.n Fe + 4.n S = 4.n O (*) ⇒ n O = 1 mol ⇒ VO = 22, 4 lít. 2 2 2 Nếu nếu các em học sinh không hình dung được biểu thức (*) thì có thể viết các quá trình oxi hóa - khử, rồi áp dụng định luật bảo toàn electron để tính số mol của O2 : Quá trình oxi hóa : Quá trình khử : +2 Fe → Fe + 2e O2 + 4e → 2O-2 mol : 1 → 2 mol : x → 4x +4 S → S + 4e mol : 0,5 → 2 Đáp án C. Ví dụ 2: Cho m gam Al tác dụng với O2, thu được 25,8 gam chất rắn X. Hoà tan hoàn toàn X bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng, thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc). Giá trị của m là : A. 21,6. B. 16,2. C. 18,9. D. 13,5. Hướng dẫn giải −2 o +4 Al to Al2 O3 to , H2 +S6 O4 +3 Sơ đồ phản ứng :  o  → → Al 2 (SO 4 )3 + S O 2 + H 2 O O2 Al Căn cứ vào sơ đồ phản ứng ta thấy : Chất khử là Al ; chất oxi hóa là O2 và H2SO4. Đặt số mol của Al là x và số mol của O2 là y (x, y > 0) Phương trình theo tổng khối lượng của hỗn hợp X : 27x + 32y = 25,8 (1) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : nelectron cho = nelectron nhận ⇒ 3x = 4y + 0,3.2 (2) Từ (1), (2) suy ra x = 0,6 và y = 0,3. 26 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Vậy khối lượng nhôm là : m = 0,6.27 = 16,2 gam. Nếu nếu các em học sinh không hình dung được biểu thức (2) thì có thể viết các quá trình oxi hóa - khử, rồi áp dụng định luật bảo toàn electron để suy ra (2) : Quá trình oxi hóa : Quá trình khử : +3 Al → Al + 3e O2 + 4e → 2O-2 mol : x → 3x mol : y → 4y S+6 + 2e → S+4 (SO2) mol : 0,6 ← 0,3 Đáp án B. Ví dụ 3: Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc). Khối lượng a gam là : A. 56 gam. B. 11,2 gam. C. 22,4 gam. D. 25,3 gam. Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng : −2  +6 +3 +4 Fe, Fe 2 O3 H S O4 Fe  → (A)  → Fe 2 (SO 4 )3 + SO 2 + H 2 O −2 −2 Fe3 O 4 , Fe O o o + O2 Đặt số mol của Fe và O2 lần lượt là x và y. Theo giả thiết và định luật bảo toàn khối lượng ta có : m A = 56x + 32y = 75,2 (*) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : ne cho = ne nhận ⇒ 3x = 4y + 0,3.2 (**) x = 1 Từ (*) và (**) ⇒  ⇒ a = 1.56 = 56 gam.  y = 0, 6 Đáp án A. Ví dụ 4: Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu, CuO, Cu2O. Hoà tan hoàn toàn X bằng H2SO4 đặc, nóng thu được 4,48 lít (đktc) khí SO2 duy nhất. Giá trị m là : A. 9,68 gam. B. 15,84 gam. C. 20,32 gam. D. 22,4 gam. Hướng dẫn giải Cu  o +6 o −2 +2 +4 + O2 H S O4 Sơ đồ phản ứng : Cu  → (X) Cu 2 O  → Cu SO 4 + SO2 + H 2 O  −2 Cu O Căn cứ vào sơ đồ phản ứng ta thấy : Chất khử là Cu (x mol) ; chất oxi hóa là O2 (y mol) và H2SO4. Ta có phương trình theo tổng khối lượng của hỗn hợp X : 64x + 32y = 24,8 (1) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : nelectron cho = nelectron nhận ⇒ 2.n Cu = 4.n O2 + 2.n SO2 ⇒ 2x = 4y + 0,2.2 (2) Từ (1) và (2) ta có : x = 0,35 và y = 0,075 ⇒ m = 0,35.64 = 22,4 gam. Đáp án D. Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 27 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Ví dụ 5: Hòa tan hoàn toàn 30,4 gam chất rắn X gồm Cu, CuS, Cu2S và S bằng dung dịch HNO3 dư, thoát ra 20,16 lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Thêm Ba(OH)2 dư vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là : A. 81,55. B. 110,95. C. 115,85. D. 104,20. Hướng dẫn giải  +2  o Cu 2S, CuS HNO3 +2 Cu Cu(NO3 ) 2 Ba (OH)2 Cu(OH) 2 ↓ Sơ đồ phản ứng :  o ↔   → N O +  +6  → S, Cu S H 2 S O 4 BaSO4 ↓ Quy đổi hỗn hợp X thành hỗn hợp Cu và S. Quá trình oxi hóa : Cu → Cu+2 + 2e mol: x → x → 2x S → S+6 + 6e mol: y → y → 6y Quá trình khử : N+5 + 3e → N+2 (NO) mol: 3.0,9 ← 0,9 2x + 6y = 0,9.3 Ta có hệ phương trình :  ⇒ 64x + 32y = 30, 4 Ba2+ + SO42- → BaSO4 mol: 0,35 → 0,35 2+ Cu + 2OH- → Cu(OH)2 mol: 0,3 → 0,3 Vậy m = 0,35.233 + 0,3.98 = 110,95 gam. Đáp án B.  x = 0, 3 mol   y = 0,35 mol Ví dụ 6: Cho 8,3 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe (có tỉ lệ mol là 1 : 1) vào 100 ml dung dịch Y gồm Cu(NO3)2 và AgNO3. Sau khi phản ứng kết thúc thu được chất rắn A gồm 3 kim loại. Hòa tan hoàn toàn chất rắn A vào dung dịch HCl dư thấy có 1,12 lít khí thoát ra (đktc) và còn lại 28 gam chất rắn không tan B. Nồng độ CM của Cu(NO3)2 và của AgNO3 lần lượt là : A. 2M và 1M. B. 1M và 2M. C. 0,2M và 0,1M. D. kết quả khác. Hướng dẫn giải Thứ tự oxi hóa : Al > Fe; Thứ tự khử : Ag+ > Cu2+. 8,3 Theo giả thiết ta có : nAl = nFe = = 0,1 mol. 83 Đặt n AgNO3 = x mol và n Cu( NO3 )2 = y mol . Giả thiết hỗn hợp X tác dụng với dung dịch Y tạo ra chất rắn A gồm 3 kim loại, suy ra đó là Ag, Cu, Fe. Vậy Al hết, Fe chưa phản ứng hoặc còn dư. Hỗn hợp hai muối đã phản ứng hết. Hòa tan A trong HCl dư thì chỉ có Fe phản ứng, 28 gam chất rắn B là Ag và Cu. Vậy chất khử là Al, Fe; chất oxi hóa là Ag+, Cu2+, H+. Quá trình oxi hóa : Al → Al3+ + 3e Fe → Fe2+ + 2e mol : 0,1 → 0,3 0,1 → 0,2 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 28 Biên soạn : Thầy Nguyễn Minh Tuấn – Trường THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ; ĐT 01223 367 990 Quá trình khử : Ag+ + 1e → Ag Cu2+ + 2e → Cu 2H+ + 2e → H2 mol : x → x → x y → 2y → y 0,1 ← 0,05 Theo định luật bảo toàn electron, ta có phương trình : x + 2y + 0,1 = 0,5 hay x + 2y = 0,4 (1) Mặt khác, chất rắn B không tan là Ag: x mol ; Cu: y mol ⇒ 108x + 64y = 28 (2) Giải hệ (1), (2) ta được x = 0,2 mol ; y = 0,1 mol. 0, 2 0,1 ⇒ [ AgNO3 ] = = 2M ; [ Cu(NO3 )2 ] = = 1M. 0,1 0,1 Đáp án B. Ví dụ 7: Cho 1,82 gam hỗn hợp bột X gồm Cu và Ag (tỉ lệ số mol tương ứng 4 : 1) vào 30 ml dung dịch gồm H2SO4 0,5M và HNO3 2M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được a mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5). Trộn a mol NO trên với 0,1 mol O2 thu được hỗn hợp khí Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với H2O, thu được 150 ml dung dịch có pH = z. Giá trị của z là : A. 1. B. 3. C. 2. D. 4. Hướng dẫn giải = 0,005 mol. Suy ra tổng số mol electron cho tối đa = 0,02.2 + 0,005.1 = nCu = 0,02 mol; nAg 0,045 mol. n H+ = 0,09 mol; n NO − = 0,06 mol. 3 + - 4H + NO3 + 3e → NO + 2H2O mol: 0,06 ← 0,015 ← 0,045 → 0,015 Như vậy H+ và NO3- dư, còn Ag, Cu đã phản ứng hết. +2 o +4 −2 o +5 + O2 , H 2O + O2 Sơ đồ chuyển hóa NO thành HNO3 : N O  → N O2  → H N O3 Nhận xét : 3.n NO < 4.n O2 nên O2 dư, do đó NO chuyển hết thành HNO3. Suy ra n HNO3 = n NO = 0, 015 mol ⇒ [HNO3 ] = 0, 015 = 0,1M ⇒ pH = 1. 0,15 Đáp án A. Ví dụ 8: Cho 0,87 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu và Al vào bình đựng 300 ml dung dịch H2SO4 0,1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,32 gam chất rắn và có 448 ml khí (đktc) thoát ra. Thêm tiếp vào bình 0,425 gam NaNO3, khi các phản ứng kết thúc thì thể tích khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) tạo thành và khối lượng muối trong dung dịch là : A. 0,224 lít và 3,750 gam. B. 0,112 lít và 3,750 gam. C. 0,112 lít và 3,865 gam. D. 0,224 lít và 3,865 gam. n H2SO4 = 0, 03 mol ⇒ n H+ Hướng dẫn giải = 0, 06 mol, n SO 2− = 0, 03 mol. 4 n H = 0,02 mol ⇒ n H+ pö = 0, 04 mol ⇒ n H+ dö = 0, 02 mol. 2 nCu = 0,005 mol. Đặt nFe = x mol ; nAl = y mol, ta có : 56x + 27y = 0,55 x = 0,005 ⇒  2x + 3y = 0,02.2 y = 0,01 Trên bước đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng 29