Hệ thống bài tập và bài giải về kim loại tác dụng với axit pot

Đối với môn hóa học vô cơ nói riêng và môn hoá học nói chung, chúng ta thường gặp nhiều dạng bài tập khác nhau, trong số đó dạng bài tập kim loại tác dụng với axit là thường gặp nhất tro

A MỞ ĐẦU

1 Lời mở đầu:

Nhằm hệ thống hóa lại kiến thức cơ bản, để nâng cao chất lượng học tập, giúp chúng em ôn lại và rèn luyện chúng em khả năng về tư duy, phân tích các dạng bài tập Bài tập hóa học là phương tiện rất có lợi để hình thành các kĩ năng và phát triển năng lực cho chúng em

Đối với môn hóa học vô cơ nói riêng và môn hoá học nói chung, chúng ta thường gặp nhiều dạng bài tập khác nhau, trong số đó dạng bài tập kim loại tác dụng với axit là thường gặp nhất trong các kì thi tốt nghiệp THPT, tuyển sinh vào các trường ĐH-CĐ,TCCN

Trên cơ sở đó được sự hướng dẫn của giáo viên “Hồ Thị Kim Phung” em chọn đề tài” Hệ thống bài tập và bài giải về kim loại tác dụng với axit”

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU

1 Lời mở đầu:

2 Mục tiêu: 01

3 Nhiệm vụ: 01

B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT I PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI TẬP:………3

1 Bài tập:……… 3

2.Phân loại các dạng……….6

a Một kim loại tác dụng với một axit: .6

b Hai kim loại tác dụng với một axit: .9

c Hai kim loại tác dụng với hai axit: .13

d Một kim loại tác dụng với hai axit: .15

ll PHƯƠNG PHÁP GIẢI……….17

a Nguyên tắc: .17

b Các dạng bài tập thường gặp: 17

c Hệ thống bài giải:………17

C KẾT LUẬN: 27

CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT

I PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI TẬP:

1 Bài tập:

Bài 1: Cho 0,387 gam hỗn hợp A gồm Zn và Cu vào dung dịch Ag2SO4

có số mol là 0,005 mol Khuấy đều tới phản ứng hoàn toàn thu được 1,144gam chất rắn Tính khối lượng mỗi kim loại

Bài 2: Cho 4,15 gam hỗn hợp Fe, Al phản ứng với 200ml dung dịch

CuSO4 0,525M Khuấy kĩ hỗn hợp để phản ứng xảy ra hoàn toàn Đem lọc kết tủa (A) gồm hai kim loại nặng 7,84 gam và dung dịch nước lọc (B) Để hòa tan kết tủa (A) cần ít nhất bao nhiêu mililit dung dịch HNO3 2M, biết phản ứng tạo NO?

Bài 3: Cho hỗn hợp (Y) gồm 2,8 gam Fe và 0,81 gam Al vào 200ml dung

dịch (C) chứa AgNO3 và Cu(NO3)2 Kết thúc phản ứng thu được dung dịch (D)

và 8,12 gam chất rắn (E) gồm ba kim loại Cho (E) tác dụng với dung dịch HCl

dư, ta thu được 0,672 lít H2 (đktc) Tính nồng độ mol/l AgNO3, Cu(NO3)2 trước khi phản ứng

Bài 4: Một hỗn hợp X gồm 6,5 gam Zn và 4,8 gam được cho vào 200ml

dung dịch chứa CuSO4 0,5 M và AgNO3 0,3M

a) Chứng minh Cu và Ag kết tủa hết.tính khối lượng chất rắn A thu được.b) Để phản ứng hết với hỗn hợp X trên phải dùng bao nhiêu ml dung dịch (Zn=65;Mg=24;Cu=64;Ag=108)

Bài 5: Cho 0,10 mol Ba vào dung dịch chứa 0,10 mol CuSO4 và 0,12 mol

HCl Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trị của m là:

Bài 6:Cho m gam Mg vào 300 ml dung dịch X chứa AgNO3 0,1 M và

CuSO4 0,2 M Sau khi phản ứng hoàn tất ta thu được một chất rắn A có khối lượng n gam.tính m khi N=2,16 gam Cho biết Ag+ bị khử trước Cu2+

Bài 7: Cho 2,24 gam Fe vào 200ml dung dịch chứa hỗn hợp AgNO30,1 M

và CuSO40,5 M.sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch X và

m gam chất rắnY Xác định m

Bài 8: Cho 24,3 gam bột Al vào 225 ml dung dịch hỗn hợp NaNO3 1M và

NaOH 3M khuấy đều cho đến khi khí ngừng thoát ra thì dừng lại và thu được V lít khí (ở đktc).Giá trị của V là:

Bài 9: Ngâm một lá sắt trong dung dịch đồng sunfat, sau phản ứng khối

lượng lá sắt tăng thêm 1,2 g khối lượng đồng tạo ra bám trên sắt là bao nhiêu?

Bài 10: Cho 8,4 g Fe vào dung dịch có chứa 0,4mol AgNO3 Kết thúc

phản ứng, khối lượng bạc là bao nhiêu?

Bài 11: Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng đồng:

a, viết phương trình hóa học của phản ứng ở các điện cực

b, Có nhận xét gì về sự thay đổi nồng độ của ion Cu2+ trong dung dịch

c, Biết anot là một đôạn dây đồng có đường kính 1mm được nhúng sâu 4m trong dung dịch CuSO4 Tính thể tích và khối lượng đồng nhúng trong dung dịch

Bài 12: Một thanh kim loại M có hóa trị 2 nhúng vào hai lít dung dịch

FeSO4 có khối lượng tăng lên 16 gam Nếu nhúng cùng thanh kim loại ấy vào 1 lít dung dịch CuSO4 thì khối lượng thanh tăng lên 20 gam Biết rằng các phản ứng nói trên đều hoàn thành và sau phản ứng còn dư kim loại M 2 dung dịch

FeSO4và CuSO4 có cùng nồng độ mol ban đầu.tính nồng độ mol của mỗi dung dịch?

Bài 13: Một thanh kim loại M hóa trị 2 được nhúng vào trong 1 lít dung

dịch CuSO4 0,5 M sau khi lấy thanh M ra và cân lại ,thấy khối lượng thanh tăng 1,6 gam, nồng độ CuSO4còn 0,3M.hãy xác định kim loại M?

Bài 14: Cho a mol kim loại Na vào 100 ml dung dịch AlCl3 1M Khi phản

ứng kết thúc thu được 4,68 g kết tủa Số a mol của Na là bao nhiêu?

Bài 15: Ngâm một lá kẽm trong 100ml dung dịch AgNO3 0,1 mol Kết

thúc phản ứng, khối lượng lá kẽm là bao nhiêu?

Bài 16: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung

dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Cho

V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất Giá trị tối thiểu của V là?

Bài 17:Cho m gam hỗn hợp gồm Fe và Al ở dạng bột vào 200ml dd

CuSO4 0,525M Khuấy kỹ hỗn hợp để các phản ứng hóa học xảy ra hoàn toàn Sau phản ứng thu được 7,84g chất rắn A gồm 2 kim loại và dung dịch B Để hòa tan hoàn toàn chất rắn A cần dùng ít nhất bao nhiêu ml dd HNO3 2M, biết rằng phản ứng sinh ra sản phẩm khử duy nhất là NO?

Bài 18: Cho m gam bột Fe vào 800ml dd hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và

H2SO4 0,25M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hồn hợp bột kim loại và khí NO(sản phẩm khử duy nhất) Gía trị của m là?

Bài 19: Cho m g bột Fe vào 800 ml dung dịch Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4

0,25M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Giá trị của m và V lần lượt là?

Bài 20: Lấy một thanh M có khôi lượng ban đầu bằng 8,4 gam nhúng vào

dung dịch chứa AgNO30,2M vàCuSO40,1M Thanh M có tan hết hay không? tính khối lượng chất rắn A thu được sau phản ứng và nồng độ mol các ion kim loại trong dung dịch B?

2 Phân loại các dạng

a Một kim loại tác dụng với một axit

- Chú ý tới axit oxi hóa do ion H+ hay do anion

- Nếu kim loại với axit (đặc biệt HNO3) cho 2 phản ứng khác nhau (ví dụ với HNO3 cho ra NO và NO2 hoặc NO và N20,…) viết viết phương trình thấy khó khăn khi cân bằng thì ta viết 2 phương trình phản ứng và xem như 2 phản ứng này độc lập thì sẽ dễ dàng hơn Chọn 2 ẩn (thường là số mol của 2 khí sản phẩm), lập 2 phương trình để xác định 2 ẩn,từ đó có thể suy ra số mol của kim loại phản ứng với và số mol axit

- Kim loai tác dụng với axit là phản ứng oxi hóa – khử cũng có thể áp dụng

“Định luật bảo toàn electron) để giải bài tập

Ví dụ 1:

Lấy 9,6g kim loại M có hóa trị ll hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HCl,

cô cạn dung dịch sau phản ứng thì thu được 38g muối khan Hãy xác định kim loại M

Hướng dẫn giải:

Áp dụng định luật hợp phần khối lượng:

Khối lượng của nguyên tử Cl: mcl=38-9.6=28,4(g)

Số mol của nguyên tử Cl: ncl=

Số moi của nguyên tử kim loại M là:

nM

=

M = Vậy kim loại M là Mg

28, 4

0,8( ) 35,5 = mol

0, 4 =

Ví dụ 2:

Hòa tan hoàn toàn 24,3g Al vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được hỗn hợp khí NO và N20 có tỉ khối H2 là 20,25 và dung dịch B không chứa NH4NO3 tính thể tích khối khí thoát ra

Hướng dẫn giải:

Gọi a, b lần lượt là số mol của NO và N2O ta có:

Hay a : b = 1:3

Số mol của Al

là: nAl=

Phương trình phản ứng:

9Al + 34HNO3 9Al(NO3)3 + NO + 3N20 + 17H2O

Vậy thể tích mỗi khí thoát ra là:

Hướng dẫn giải:

Phương pháp bảo toàn electron:

Áp dụng sơ đồ chéo cho hỗn hợp khí B ta có:

NO 30 11,2

N2O 44 2,8

30 44

20, 255.2 ( )

10,5a 3,5b

3,5 1 10,5 3

a b

NO : N2O = 11,2 : 2,8 = 4 : 1

nB

= =nNO=0,15.4=

0,06(mol)Gọi x và y lần lượt là số mol của Fe ban đầu và số mol O2 phản ứng:

mA = mFe(ban đầu) + moxi

Ví dụ: 4

Cho Fe phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu được khí A là SO2 và 8,28g muối Tính khối lượng sắt đã phản ứng, biết rằng số mol Fe bằng 37,5% số mol H2SO4

2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (1)Theo phương trình (1) thì: nFe = < 37,5%

Như vậy Fe dư

Trong dung dịch sảy ra phản ứng:

Fe(dư) + Fe2(SO4)3 3FeSO4 (2)

Theo đề bài: + = 8,28(g)

. FeSO4 = Theo định luật bảo toàn

nguyên tố ta có:

nFe = FeSO4 = 0,015.3

= 0,045(mol)

mFe= 0,045.56 = 2,52(g)

b Hai kim loại tác dụng với một axit:

Trường hợp chỉ biết tổng khối lượng hai kim loại, không biết số mol mỗi kim loại, và biết số mol ban đầu của axit, có thể sảy ra trường hợp một trong các chất còn dư Vậy làm sao để biết?

Gọi A, B là nguyên tử khối hai kim loại A và B; là nguyên tử khối trung bình của A, B (A<B) thì:

Lưu ý : các lí luận trên chỉ đúng chắc chắn khi A, B có cùng hoá trị.

m n

hh

n B

Mặt khác đây cũng là quá trình cho nhận eletron nếu gải bằng phương

pháp bảo toàn electron kết hợp với những phương pháp khác để giải cuãng đạt

hiệu quả

Ví dụ 1:

Hoà tan hoàn toàn 17,6g một hỗn hợp X gồm Fe và Cu vào dung dịch

HNO3 2,5M (lấy dư 20% so với lượng cần thiết) thì thấy bay ra 8,96 lít hỗn hợp

khí gồm NO và NO2 (đktc) có tỉ khối hơi của hỗn hợp so với H2 bằng 19

a) Tính thành phần % khối lượng mỗi kim loại trong X

b) Tính ban đầu

Hướng dẫn giải a) Tính thành phần % khối lượng mỗi kim loại trong X.

Gọi x và y lần lược là số mol của Fe và Cu ta có:

Fe - 3e Fe3+

x 3x x

Cu - 2e Cu2+

y 2y y56x +64y = 17,6 (1)Gọi a và b lần lượt là số mol của NO và NO2 ta có :

Từ (1) và (2) suy ra :

mFe = 0,2.56 = 11,2 (g)

mCu = 0,1.64 = 6,4 (g)vậy : %mFe =

%mCu = 100 - 63,64=36,36%

(vì đem dung dư 20% so với lượng cần thiết)

a Tính thành phần % kim loại trong mỗi hợp kim

b.Tính nồng độ % của dung dịch H2So4 ban đầu

Hướng dẫn giải

a Tính thành phần % kim loại trong mỗi hợp kim.

Gọi x va y lần lượt là số mol của Cu và Ag trong 11,2g ta có:

64x+108y=11,2 (*)

0,2( ) 0,1( )

HNO

Phương trình phản ứng:

Cu+2H2SO4CuSO4+So2+2 H2O (1)2Ag+2H2SO4Ag2SO4+So2 +2H2O (2)

SO2+Cl2+2H2O 2H2SO4+2HCl (3)2H2SO4+BaCl2 BaSO4+2HCl (4)Theo (1), (2), (3) và

(4):

Từ (*) và (**) suy ra: x=0,04(mol); y=0,08(mol)

b.Tính nồng độ % của dung dịch H 2 SO 4 ban đầu:

=2x+y=0,08+0,08=0,16(mol)

c%H2SO4 =

Ví dụ 3:

Lấy 6,4g một hỗn hợp X gồm 2 kim loại A,B điều thuộc nhóm chính nhóm

II và ở hai chu kỳ kế tiếp nhau trong bảng hệ thống tuần hoàn Đổ vào bình đựng dung dịch H2SO4 dư đến khi phản ứng kết thúc thì thu được 4,48 lit khí H2 (đktc) Hãy xác đinh A, B và tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X

0,08(**) 2

0,2 0,2

(đvc)Suy ra hai kim loai đó là:

Mg va Ca

Gọi a và b là số mol của Mg và Ca ta được:

Vậy khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X là:

c Hai kim loại tác dụng với hai axit:

Trong trường hợp này, nên dùng phản ứng dạng ion và nên áp dụng phương pháp bảo toàn electron

nelectron cho bởi 2KL= neletron nhận bởi 2axit

-Nếu 2 axit ấy tác dụng do tính oxi hoá của ion H+ (HCl, H2SO4

loãng):

neletron nhận = (do: H++1e

nelectron cho = nKLx hoá trị của kim loại

Ví dụ: Mg-2e Mg2+ nelectron cho=2x

Mg Ca

N+5+3eN+2 nelectron nhận=3y

a Biết rằng A và B đều có khối lượng nguyên tử nhỏ hơn 30, xác định A, B và %

mỗi kim loại trong hỗn hợp X

b lấy 3,9g hỗn hợp X cho tác dụng với 100 ml dung dịch Y chứa HCl 3M và

H2SO4 1M chứng tỏ rằng hỗn hợp X tan hết cho ra dung dịch Z

x có thể 1, 2, 3:

x=1: A=8,B=9 (loại)x=2: A=16 (Oxi), B=18 (loại)x=3: A=24 (Mg), B=27 (Al)Vậy A là Mg, B là Al

Gọi a=nMg, b=nAl suy ra: mx = 24°+27b=3,9

do b=2a24a+54ª=3,9a=0,05(mol)b=0,1(mol)Khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp x là:

b Hai axit HCl và H2SO4 1M (loãng) tác dụng do tính oxi hoá của H+.

Nếu Mg và Al tan hết, tổng số mol electron (cho):

H+ =0,1.(3+2.1)=0,5(mol)

Chú ý: H2SO42H+ nên 0,5 mol H+ có thể nhận 0,5 mol electron > 0,4 mol Vậy axit dư nên hỗn hợp X tan hết

d Một kim loại tác dụng với 2 axit:

Ví dụ 1:

Khi hoà tan một lương kim loại R vào dung dịch HNO3 đặc, nóng và vào dung dịch H2SO4 loãng thì thể tích khí NO2 thu được gấp 3 lần thể tích khí H2 ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Khối lượng muối sunfat thu được bằng 62,81% khối lượng muối nitrat tạo thành Hảy tính khối lượng nguyên tử của R

và R là kim loaik gì?

Hướng dẫn giải:

Vì kim loại khi tác dụng axit

khác nhau có thể biểu hiện hoá trị khác nhau, nên gọi n là hoá trị của R khi tác dụng với HNO3 đặc, ; m là hoá trị của R khi tác dụng với H2SO4 loãng Gọi số mol kim loại R tham gia phản ứng là a mol (a>0) Với nguyên dương

2R + mH2SO4 R2(SO4)m + mH2

R + 2nHNO3 R(NO3)n + nNO2 + H2O

Ta có: na = 3.0,5ma n = 1,5m

Nghiệm thích hợp: n = 3, m = 2

Theo đề: mmuối sunfat =m.0,6281.mmuối nitrat

(R+96).a=(R+186).a.0,6281R=56Vậy kim loại đó là sắt (Fe)

Ví dụ 2:

Cho bột sắt dư tác dụng với 100ml dung dịch gồm 2 axit HCl 1M và H2SO4

0,5 M Hãy tính khối lượng sắt tham gia phản ứng và thể tích khí bay ra ở đktc

Phương pháp này áp dụng cho các bài toán mà các chất tham gia phản ứng

có sự thay đổi số oxi hóa (các phản ứng oxi hóa khử), các bài toán phức tạp sảy

ra qua nhiều quá trình, thậm chí nhiều bài không xác định được chất dư chất hết điều đặc biệt của phương pháp này là không cần viết bất cứ một phương trình

Fe H

phản ứng nào, không cần quan tâm tới giai đoạn trung gian.

b Các dạng bài tập thường gặp:

1 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) không

có tính oxi hóa (HCl, H2SO4 loãng…)

2 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc, nóng…) tạo 1 khí hoặc hỗn hợp khí

3.Oxit kim lọa (hoặc hỗn hợp oxits kim lọai) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc, nóng…)

4 Các bài toán lien quan tới sắt (điển hình là các bài toán để sắt ngoài không khí)

5 Bài toán nhúng kim loại vào dung dịch muối

Nói chung bất kỳ bài toán nào lien quan tới sự thay đổi số oxi hóa đều có thể giải

được bằng phương pháp này.

- Giả sử Zn phản ứng một phần, Cu chưa tham gia phản ứng

Gọi số mol Zn ban đầu là x; số mol Zn phản ứng là x'Gọi số mol Cu ban đầu là y

→ Khối lượng kim loại tăng:

108.2x' - 65.x' = 1,144 - 0,387 = 0,757 (gam)

→ 151x' = 0,757 → x' = 0,00501

Số mol này lớn hơn 0,005 mol, điều này không phù hợp với đề bài, do đó

Zn phản ứng hết và x = x'.

- Zn phản ứng hết, Cu tham gia phản ứng một phần

Gọi số mol Cu tham gia phản ứng là y

Ta có phương trình khối lượng kim loại tăng:

108.2x - 65.x + 108 2y' - 64 y' = 0,757 (*)Giải phương trình (*) kết hợp với phương trình:

x + y' = 0,005

Ta có: x = 0,003 và y = 0,002Vậy: mZn = 0,003 65 = 0,195 (gam) mCu = 0,387 - 0,195 = 0,192 (gam)

Bài 2:

Phản ứng xảy ra với Al trước, sau đó đến Fe Theo giả thiết, kim loại sinh

ra là Cu (kim loại II)

Gọi x là số mol Al, y là số mol Fe phản ứng và z là mol Fe dư:

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu

Vậy V dd HNO3 = 0,36 /2 = 0,18 (lít)

Bài 3:

Vì phản ứng giữa Al và AgNO3 xảy ra trước nên kim loại sau phản ứng phải có Ag, kế đến là CuSO4 có phản ứng tạo thành Cu Theo giả thiết, có ba kim loại → kim loại thứ ba là Fe còn dư

Ta có phản ứng sau (có thể xảy ra):

Al + 3AgNO3 → 3Ag¯ + Al(NO3)2

→ Al + 3Ag+ → 3Ag¯ + Al3+.2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)2 + Cu¯

→ 2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu¯

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag¯

→ Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag¯

Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu¯

→ Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu¯

→ Ta có sự trao đổi electron như sau:

Al → Al3+ + 3e0,03 0,09 (mol)

Fe → Fe2+ + 2e0,02 0,04 (mol)

Ag+ + 1e → Ag

x x x (mol)

Cu2+ + 2e → Cu