8 CHUYÊN ĐỀ DẠNG TOÁN KIM LOẠI HAY ION Fe2+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA ĐỒNG THỜI H+ VÀ NO3 Để giải quyết dạng toán này trước hết cần phải lập được sơ đồ bài toán Căn cứ vào sơ đồ đã lập, sử dụng các[.]
1 CHUYÊN ĐỀ DẠNG TOÁN: KIM LOẠI HAY ION Fe2+ TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA ĐỒNG THỜI H+ VÀ NO3- Để giải dạng toán trước hết cần phải lập sơ đồ toán Căn vào sơ đồ lập, sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron để lập phương trình đại số Lưu ý: Khi cho kim loại ion Fe2+ tác dụng với dung dịch có ion H+ ion NO3- thường có sản phẩm muối amoni (NH4+) sinh ra, cần ý hỗn hợp (H+ NO3-) có tính oxi hóa mạnh so với ion H+ nên thu hỗn hợp khí có mặt H2 ion NO3- phải hết, tức không thu muối NH4NO3 mà thu muối NH4+ axit dùng thí nghiệm 2H + Cu 2+ Fe3+ Ag + Mg 2+ Al3+ Zn 2+ + Theo thứ tự dãy điện hóa: H Cu Mg Al Zn Fe Ag Thì thu khí H2, tồn Fe3+ phải bị khử hết thành Fe2+ Vậy thu hỗn hợp khí có mặt H2 hỗn hợp muối thu khơng có muối Fe3+ II MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA Câu Cho 3,48 gam bột Mg tan hết dung dịch hỗn hợp gồm HCl (dư) KNO 3, thu dung dịch X chứa m gam muối 0,56 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N H2 có tỉ khối so với H 11,4 Giá trị Giải Sơ đồ H2 (x mol) 0,025 (mol) hh Y dY/H2 = 11,4 H+ (dư) N (y mol) ClMg + dd K+ 0,145 (mol) ClNO3- (bmol) K+ Hỏi giá trị: m = ? dd X (mg) Mg2+ NH4+ Dựa vào hỗn hợp khí Y: x + y = 0,25 (1) 2x + 28y = 11,4 (2) x= 0,005 ; y = 0,02 (x + y).2 2e 10e Ta nhận thấy : Mg Mg2+ ; 2N+5 (NO3-) N2 (y = 0,02) +5 8e (0,145) N (NO3 ) NH4+ (z mol) 2e 2H+ H2 (x=0,005) Áp dụng định luật bảo toàn electron: 0,145.2 = 10.0,02 + 8.z + 0,005.2 z = 0,01 Bảo tồn mol ngun tử N để tìm số mol gốc NO3- ban đầu n NO- = 2.n N + n NH+ = 0,05 (mol) Cl- (t mol) + n KNO3 = n K + = n NO- = 0,05 Vậy dd X (m ) K (0,05) Mà: g Mg2+ (0,145) Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: NH4+ (0,01) t = 0,145.2 + 0,01 + 0,05 = 0,35 (mol) Dễ dàng tìm tổng khối lượng muối dung dịch X???? Câu Nhiệt phân hỗn hợp X gồm Mg 0,35 mol Cu(NO 3)2 bình kín khơng chứa khí, sau thời gian thu rắn Y 10,08 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO O2 Y tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 2,8 mol HCl thu dung dịch A chứa m gam muối clorua 8,96 lít (đktc) hỗn hợp B gồm NO H2 có tỉ khối so với H2 Giá trị m là? NO2 (a) Sơ đồ 0,45 (mol) hh Z (a + b = 0,45) Mg Hh X O2 (b) ddA (mgam) Cu(NO3)2 (0,35 mol) + 2,8 (mol) HCl rắn Y (du) MgCl2 ( c mol) CuCl2: 0,35 (mol) NH4Cl (d mol) H2O (e mol) NO (x) Giải Bảo tồn mol O cho H2O ta có: e + x + 2a +2b = 0,35.6 e = (mol) Bảo tồn H cho NH4Cl ta có: 4.d + 2.e + 2y = 2,8 d = 0,1 (mol) Bảo tồn mol Cl cho MgCl2 ta có : 2c+ 2.0,35 + d = 2,8 c = (mol) hh B: 0,4 (mol) H2 (y) x + y = 0,4 30.x + 2.y = x = y = 0,2 dB = (x + y).2 Vậy dễ dàng tìm giá trị m dd A??? Câu Cho lượng dư Mg vào 100ml dung dịch gồm H2SO4 2M; NaNO3 0,1M KNO3 0,5M Sau phản ứng kết thúc thu Mg dư, dung dịch Y chứa m gam muối hỗn hợp khí Z gồm hai khí khơng màu, có khí hóa nâu khơng khí Tỉ khối Z so với H Giá trị m Giải Theo đề hỗn hợp khí Z gồm NO H2 Do có khí H2 nên ion NO3- phải hết dung dịch Y gồm muối sunfat NO (a) d= Sơ đồ hh Z H2 (b) H2SO4 (0,2 mol) Mg (dư) + dd NaNO3 (0,01 mol) MgSO4 (0,2 - (0,03 + x)) = 0,17 - x (mol) KNO3 (0,05 mol) Na2SO4 (0,005) - Áp dụng định luật bảo toàn mol electron 2e Mg Mg 2+ +5 3e +2 ; ( N O3 ) N O (a) +5 - -3 2e 8e 2H+ H2 (b); ( N O3 ) - ( N H ) (2x) (0,17 - x).2 = 3.a + 2b + 8.2x (1) - Bảo tồn mol ngun tố O ta có: 3.0,01 + 3.0,05 = a + 0,2 - (b + 4x) (2) dd Y K2SO4 (0,025) (NH4)2SO4 (x) Dễ dàng suy ra: x = ., H2O : = 0,2 - (b+4x) (mol) a = b = Câu Cho 144 gam hỗn hợp X gồm Al, Al 2O3; Fe3O4; Fe(NO3)2 (trong oxi chiếm 33,33% khối lượng) tan hoàn toàn dung dịch chứa 7,6 mol KHSO lỗng Sau phản ứng xảy hồn tồn thu dung dịch Y chứa muối trung hịa 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO H có tỉ khối so với H2 4,5 Phần trăm khối lượng Al X gần giá trị sau nhất? Giải Theo đề bài: Z gồm 0,1 mol NO 0,3 mol H2 Vì thu hỗn hợp khí có H2 nên NO3- phản ứng hết, dung dịch Y chứa muối sunfat, Fe3+ bị khử hết thành Fe2+ Sơ đồ Fe3O4 (a) 144g X Fe(NO3)2 (b) Al (c) Al2O3 (d) %O = 33,33 mO = 48g Tổng mol O: nO = (mol) Bảo toàn mol cho O ta có 4a + 6b + 3d = (1) NO (0,1 mol) H2 (0,3 mol) Al2(SO4)3 dd Y FeSO4 (NH4)2SO4 (y) H2O (x mol) Bảo toàn mol cho O ta có: = 0,1 + x x = 2,9 Bảo tồn mol cho H ta có 7,6 = 2.2,9 + 2.0,3 + 8y y = 0,15 Bảo tồn mol cho N ta có : 2b = 0,1 +2y b = 0,2 Bảo toàn khối lượng cho X ta có 232a + 180b + 27c + 201d = 144 (2) Áp dụng định luật bảo toàn e Ta có: Fe3O4 = Fe2O3 FeO (a) (a) (a) 3c = 2a + 0,3 + 0,6 + 16y (3) Vậy : Fe3+ (2a) Fe2+ Tổ hợp phương trình: (1), (2), (3), y = 0,15, b = 0,2 3+ Al (c) Al (0,1) Tìm giá trị: a, b, c, d (2y) Dễ dàng tìm kết tốn 2H+ H2 (0,3) Câu Hịa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Mg; MgO; Fe 3O4 Fe(NO3)2 (trong oxi chiếm 34,024% theo khối lượng) dung dịch HCl dư, thấy có 4,453 mol HCl phản ứng Sau phản ứng xảy xong, thu dung dịch Y chứa HCl dư 222,8575 gam muối clorua, đồng thời thấy thoát 4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO H có tỉ khối so với H Phần trăm khối lượng MgO X gần với giá trị đây? A 40% B 50% C 60% D 30% Giải Từ kiện đề hỗn hợp khí Z, dễ dàng tìm số mol NO = 0,1; mol H2 = 0,1 Do có H2 sinh nên ion NO3- phản ứng hết dung dịch muối gồm: MgCl2, FeCl2, NH4Cl Ta lập sơ đồ phản ứng: m gam X Mg (a) MgO (b) Fe3O4 (c) hh Z NO (0,1) H2 (0,1) MgCl2 4,453 (mol) HCl 222,8575g muối FeCl2 NH4Cl (y) Fe(NO3)2 (d) (%O = 34,024%) H2O (x) Ta có: Tổng số mol O X nO = 0,34024.m (mol) (1) 16 Bảo tồn mol oxi cho H2O ta có : x = 0,34024.m 0,1 (mol) (2) 16 Bảo toàn khối lượng ta có : m + 4,453.36,5 = 222,8575 + (30.0,1 + 2.0,1) + 18( 0,34024.m 0,1) m = 100 (gam) 16 Thay m vào (2) : x = 2,0265 Thay m vào (1): nO = 2,1265 (mol) Bảo tồn H cho NH4Cl ta có : 4,453 = 4y + 2x + 0,2 y = 0,05 Bảo tồn mol cho N ta có : 2d = 0,1 + 0,05 d = 0,075 Bảo toàn khối lượng hỗn hợp X : 100 = 24a + 40b + 232c + 180.0,075 (3) Bảo toàn số mol O cho X : b + 4c + 6.0,075 = 2,1265 (4) Bảo toàn electron cho X: 2a = 2c + 0,3 + 0,2 + 8.0,05 (5) Dễ dàng tìm kết a= b= c= Câu Cho 7,65 gam hỗn hợp X gồm Al Al2O3 (trong Al chiếm 60% khối lượng) tan hoàn toàn dung dịch Y gồm H2SO4 NaNO3, thu dung dịch Z chứa muối trung hòa m gam hỗn hợp khí T (trong T có 0,015 mol H2) Cho dung dịch BaCl2 dư vào Z đến phản ứng xảy hoàn toàn, thu 93,2 gam kết tủa Còn cho Z phản ứng với NaOH lượng NaOH phản ứng tối đa 0,935 mol Giá trị m gần giá trị sau đây? A 2,5 B 1,5 C 1,0 D 2,0 Hướng dẫn: Gọi a, b số mol Al, Al2O3, ta lập pt theo khối lượng phương trình %Al =60% 27a + 102b = 7,65 %Al = a = 0,17 27.a 100 = 60 7,65 b = 0,03 m? g khí T 7,65 gam hh X Al (0,17) H2SO4 +NaNO 3 Al2O3 (0,03) có 0,015 (mol) H2 (có sản phẩm khử NxOy sinh ) + dd BaCl2 Al2(SO4)3 (0,115) BaSO dd Z H2O (d) Na2SO4 (b) (NH4)2SO4 (c) 4 (0,4 mol) +NaOH nNaOH (max) = 0,935 Do hỗn hợp khí T có khí H sinh nên ion NO3- phải hết hỗn hợp muối Z gồm muối sunfat (SO42-) Bảo toàn mol cho SO42- ta có: n (SO 24 ) = 0,345 + b + c = 0,4 b + c = 0,055 (1) Do muối Al3+ muối NH4+ tác dụng lượng max NaOH nên, ta có: Al3+ + 4OH- AlO2- + 2H2O 0,23 0,92 + NH4 + OH- NH3 + H2O 2c 2c Tổng mol OH- : 0,92 + 2c = 0,935 c = 0,0075 (mol) thay vào (1) b = 0,0475 (mol) Bảo toàn mol gốc SO42-, ta dễ dàng tìm mol H2SO4 n H2SO4 = n SO2- = 0,4 (mol) Bảo toàn mol cho Na ta dễ dàng tìm mol NaNO3 n NaNO3 = 2b = 0,095 (mol) Bảo toàn mol cho H ta dễ dàng tìm mol H2O n H = 0,4.2 = 0,015.2 + 0,0075.8 + 2d d = 0,355 Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta dễ dàng tìm tổng khối lượng khí T m (hhX) + m(H2SO4 ) + m(NaNO3 ) = m(hhT) + m(Z) + m (H 2O) dễ dàng tìm đáp án ! Câu Hịa tan hết 20 gam hỗn hợp X gồm Cu oxit sắt (trong hỗn hợp X oxi chiếm 16,8% khối lượng) cần dùng vừa đủ dung dịch chứa b mol HCl 0,2 mol HNO thu 1,344 lít NO (đktc) sản phẩm khử dung dịch Y Cho dung dịch Y tác dụng với lượng dung dịch AgNO (vừa đủ) thu m gam kết tủa dung dịch Z Cho Z tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH, lọc kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thu 22,4 gam chất rắn Giá trị m A 76,81 B 78,97 C 87,97 D 70,33 HD: Theo đề: Tổng khối lượng oxi hh X là: m O = Tổng mol oxi X: nO = 16,8 20 = 3,36 (gam) 100 3,36 = 0,21 (mol) 16 Ta sử dụng phương pháp qui đổi 20 gam hhX (Cu oxit sắt) thành 20gam hh (Cu, Fe, O) 20g hh X 0,06 (mol) NO (sp khử nhất) AgCl m gam Cu2+ (x) Ag Fe2+ (z) dd Y Fe3+ (t) AgNO Cl (b) Cu2+ (x) NO3 (0,14) dd Z Fe3+ (y) NO3HO Cu (x) HNO3 Fe (y) 0,2 b (mol) (mol) HCl O (0,21) dd Z Cu2+ (x) Fe3+ (y) NO3- NaOH Kết tủa Cu(OH)2 (x) Fe(OH)3 (y) t22,4 gam CuO (x) Fe2O3 (y/2) Lưu ý: Đề cho biết lượng HNO3 HCl dùng vừa đủ, sản phẩm khử sau phản ứng khơng có H 2, dễ thấy gốc NO3- dư (0,14), nên dung dịch Y thu phải có ion Cu 2+, Cl-, NO3-, riêng oxit sắt phản ứng tạo ion Fe3+ Fe2+ (vì H+ khơng dư) Khi cho Y tác dụng với dung dịch AgNO3 (đủ), lưu ý: Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag (1) z (mol) - Cl + b (mol) z (mol) + Ag AgCl b (mol) (2) Câu Hỗn hợp X gồm Mg Fe3O4 (trong oxi chiếm 25% khối lượng X) Cho lượng X tan hết vào dung dịch gồm H2SO4 2M KNO3 1M, thu dung dịch Y chứa 17,87 gam muối trung hòa 224 ml NO (đktc, sản phẩm khử nhất) Cho Y tác dụng với dung dịch Ba(OH) dư, thu kết tủa Z Lọc nung kết tủa Z khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu m gam chất rắn khan Biết phản ứng xảy hoàn toàn Giá trị m A 30,88 B 30,37 C 15,63 D 28,92 Hướng dẫn: Gọi a thể tích dung dịch gồm H2SO4 2M KNO3 1M, cho thấy: n H2SO4 = 2a (mol); n KNO3 = a (mol) m gam hhX Mg (x) Fe3O4 (y) mO = 0,25m nO = 2SO (2a) H KNO3 (a) 0, 25.m (mol ) 16 NO (0,01 mol) (Sp khử nhất) Mg2+ (x) Fe2+ (z) Fe3+ (t) dd Y chứa 17,87 gam SO42- (2a) H2O 2a (mol) NO3- (a - 0,01) Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có m( X ) m( H SO4 ) m( KNO3 ) m( NO ) m( H 2O ) 17,87 m + 98.2a + 101.a = 30.0,01 + 18.2a + 17,87 m + 261a = 18,17 (1) m = 5,12 Bảo tồn mol cho oxi ta có 0, 25.m + 8a + 3a = 0,01 + 8a + 3(a - 0,01) + 2a 32a - 0,25m = 0,32 (2) 16 a = 0,05 Câu X hỗn hợp rắn gồm Mg; Cu; NaNO FeO (trong oxi chiếm 26,4% khối lượng) Hịa tan hết m gam X 210,7 gam dung dịch H 2SO4 loãng, nồng độ 10% thu dung dịch Y chứa muối sunfat trung hịa 0,896 lít (đktc) hỗn hợp NO; H có tỉ khối so với H Cô cạn cẩn thận dung dịch sau phản ứng chất rắn khan Z 192,24 gam H 2O Phần trăm khối lượng Cu X gần với giá trị đây? A 12% n H2SO4 = B 20% C 4% D 7% 210,7.10 = 0,215 (mol) m H2O = 210,7 - 98.0,215 = 189,63 (g) n H2O = 10,535 (mol) 100.98 Theo đề bài: 0,04 mol hh NO (a) ta có: H2 (b) a + b = 0,04 NO (0,02) H2 (0,02) Sơ đồ mg X (%mO = 26,4%) n O(X) = a = b = 0,02 Mg (x) Cu (y) 2SO 10% 210,7g H2SO dd4 H + 10,535mol H 2O) FeO (z) (0,215mol NaNO3 (t) 0,264.m (mol) 16 Rắn Z H2O: MgSO4 CuSO4 FeSO4 (NH4)2SO4 (u) Vì n SO2-4 trước sau phản ứng không đổi, nên bảo bảo mol oxi cho n O(X) + n O(H O)truoc = n O(NO) + n O(H O)Sau 2 n O = 0,264.m + 10,535 = 0,02 + 10,68 m = 10 16 Bảo tồn H ta có: 0,215.2 + 10,535.2 = 0,02.2 + 8u + 10,68.2 u = 0,0125 (mol) Bảo tồn N ta có : t = 0,02 + 2.u t = 0,045 (mol) Bảo toàn mol O hh X ta có: n O(X) = z + 3t = Bảo toàn khối lượng hhX ta có: 0,264.m (mol) z = 0,03 16 24.x + 64.y + 72.0,03 + 85.0,045 = 10 24x + 64y = 4,015 (*) Bảo tồn mol electron ta có Mg Mg2+ x 2x NO3NO3- 2+ Cu Cu y 2y 2H+ NO 0,06 0,02 NH4+ 0,2 0,025 H2 0,04 0,02 Từ (*), (**) 2x + 2y = 0,3 (**) x = 0,139625 y = 0,010375 Dễ dàng tìm kết tốn ! Câu 10 Hịa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Al; MgO; Fe 3O4 Fe(NO3)2 (trong oxi chiếm 28,48% theo khối lượng) dung dịch HCl dư, thấy có 5,36 mol HCl phản ứng Sau phản ứng xảy xong, thu dung dịch Y chứa HCl dư 260,3 gam muối clorua, đồng thời thấy thoát 20,16 10 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO H2 có tỉ khối so với H2 Phần trăm khối lượng Fe3O4 X gần với giá trị đây? A 25% B 23% C 45% D 24% HD Theo kiện đề dễ dàng tìm được: n NO = 0,15 (mol) ; n H2 = 0,75 (mol) Sơ đồ: X (%mO = 28,48%) NO (0,15 mol), H2 (0,75 mol) Al (x) MgO (y) Fe3O4 (z) Fe(NO3)2 (t) AlCl3 (x) + 5,36 mol HCl 260,3 g muối H2O (a mol) MgCl2 (y) FeCl2 (3z + t) NH4Cl (u)