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]
(1)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 kim loại và hợp chất chúng là phần không thể thiếu đề thi đại học, cao đẳng Theo xu 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 kim loại và hợp chất nó đã dần đạt đến bớc phát triển thực thử thách trÝ th«ng minh vµ nhanh nhÑn cña c¸c b¹n häc sinh Mong r»ng bµi viÕt nµy sÏ mét phÇn gióp c¸c b¹n tÝch lòy thªm kinh nghiÖm vµ tù tin h¬n lµm bµi D¹ng 1: oxit kim lo¹i t¸c dung víi nhãm chÊt khö Câu 1: Thổi thật chậm 2,22 (l) hỗn hộp khí gồm CO và H2 qua ống sứ đựng hçn hîp c¸c chÊt r¾n Al2O3, CuO, Fe2O3, Fe3O4 nung nãng cã khèi lîng 24 (g), phÈn øng x¶y hoµn toµn, khèi lîng chÊt r¾n cßn l¹i èng lµ? A: 22,4 g B: 11,2 g C: 20,8 g D: 16,8 g C¸ch gi¶i: Ta cã: nhh khÝ = 0,1 mol XÐt ph¶n øng gi÷a c¸c oxit vµ hçn hîp chất khử, dựa trên định luật bảo toàn nguyên tố, ta đợc: O2-trong oxit + CO CO2 O2-trong oxit + H2 H2O 2=> tæng n O oxit = nCO + n H2 = nhh khÝ = 0,1 mol => khèi lîng chÊt r¾n cßn l¹i hçn hîp sau ph¶n øng lµ: 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 oxit sắt nhiệt độ cao cần vừu đủ V(l) CO đktc Sau phản ứng thu đợc 0,84 g Fe và 0,448 l CO2 đktc Công thức oxit sắt và gi¸ trÞ cña V lµ? A: Fe3O4 vµ 0,224 l B: FeO vµ 0,224 l C: Fe3O4 vµ 0,448 l D: Fe2O3 vµ 0,448 l C¸ch gi¶i: 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 nO = 0,02 = => c«ng thøc cña oxit lµ Fe3O4 Chọn đáp án C D¹ng II: Ph¶n øng nhiÖt nh«m Mét sè ph¶n øng nhiÖt nh«m thêng gÆp 2yAl + 3FexOy yAl2O3 + 3xFe 2yAl + 3CrxOy yAl2O3 + 3xCr Câu 1: ( Trích đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2009) Nung nãng hçn hîp gåm Al vµ Fe3O4 ®iÒu kiÖn kh«ng cã kh«ng khÝ Phản ứng xảy 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 đktc Mặt khác sục CO2 d vào dd Y thu đợc 39 g kết tủa Khối lợng hỗn hợp Al và Fe3O4 lµ? A: 48,3 g B: 52,4 g C: 45,8 g D: 54,3 g (2) Al2O3 NaAlO2 + CO2 d Al(OH)3 Al + Fe3O4 Al d H2 0,5 mol 0,5 mol 0,1 mol 0,15 mol => lîng Al ph¶n øng víi Fe3O4 lµ: 0,5 – 0,1 = 0,4 mol Ta cã ph¶n øng: 8Al + 3Fe3O4 t0 4Al2O3 + 9Fe 0,4 0,15 0,2 => khèi lîng hçn hîp Al vµ Fe3O4 ban ®Çu lµ: 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 đktc qua ống sứ đựng (g) oxit sắt nung nóng phản ứng xảy hoàn toàn hỗn hợp khí thu đợc sau phản ứng có tỉ khèi so víi H2 lµ 20 C«ng thøc cña oxit s¾t vµ tØ lÖ % thÓ tÝch CO2 hçn hîp khÝ sau ph¶n øng lµ: A: FeO vµ 75% B: Fe2O3 vµ 75% C: Fe2O3 vµ 65% D: Fe3O4 vµ 75% C¸ch gi¶i: Ta cã: Tæng nCO = 0,2 mol, xÐt ph¶n øng: FexOy + yCO t0 xFe + yCO2 (1) Theo (1), nCO d = 0,2 56x+ 16y Ta cã: nCO M=28 Mtb =40 n CO2 M=44 12 nCO/nCO2 = 1/3 0,2.(56x + 16y) – 8y = <=> x = <=> 8y y C«ng thøc cña oxit s¾t lµ Fe2O3 % V CO2 = 8.3/160.0,2 100% = 75 % Vậy câu trả lời đúng là B D¹ng II: Kim lo¹i t¸c duujng víi axit cã tÝnh OXH m¹nh §Ó lµm nhanh d¹ng bµi tËp nµy, chóng ta nªn vËn dông mét sè c«ng thøc sau: * §èi víi HNO3: 1, n NO3- t¹o muèi = n NO2 => n HNO3 pø = 2nNO2 2, n NO3- t¹o muèi = 3nNO => n HNO3 pø = 4nNO 3, n NO3- t¹o muèi = 8nN2O => n HNO3 pø = 10nN2O 4, n NO3- t¹o muèi = 8nNH4NO3 => n HNO3 pø = 10n NH4NO3 5, n NO3- t¹o muèi = 10nN2 => n HNO3 pø = 12nN2 * Đối với H2SO4 đặc: 6, nSO42- t¹o muèi = nSO2 => nH2SO4 pø = 2nSO2 7, nSO42- t¹o muèi = 3nSkÕt tña => nH2SO4 pø = 4nSkÕt tña 8, nSO42- t¹o muèi = 4nH2S => nH2SO4 pø = nH2S XÐt kim lo¹i m víi sè OXH cao nhÊt lµ n, ta cã: M + H2SO4 M≤ Fe M>Fe M≤ Fe M2(SO4)n + SO2 + H2O M2(SO4)n + H2S, S, SO2 M(NO3)n + NO + H2O + H2O (3) M + HNO3(l) M>Fe NH3, N2, N2O, NO (NH4NO3) + H2O M + HNO3(đặc) t0 M(NO3)n + NO2 + H2O Câu 1: Dùng 100 quặng pirit chứa 72% FeS2 để điều chế H2SO4 Toàn lợng H2SO4 thu đợc cho tác dụng với lợng vừa đủ Cu để tạo CuSO4.5H2O Biết hiệu suất 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% C¸ch gi¶i: Ta cã: n FeS2 = = 0,6 mol Ta có sơ đồ sau: 120 FeS2 2H2SO4 CuSO4.5H2O 0,6 mol 1,2 mol SO2 L¹i cã 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 vµ 1,344(l) hçn hîp khÝ gåm N2 vµ N2O cã tØ khèi so víi H2 b»ng 18 Cô cạn cẩn thận dd X thu đợc m (g) muối khan, giá trị m là: A: 105,32 g B: 106,38 g C: 98,72 g D: 110,05 g C¸ch gi¶i: n Al= 0,46 mol Ta cã: Al Al3+ + 3e 0,46 1,38 => tæng necho = 1,38 mol Ta cã: ,n N2, MN2 = 28 Mtb => n N2 = n N2O= 1,344/22,4= 0,03(mol) ,n N2O MN2O=44 2N+5 + 8e N2 O 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 cã: 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 D¹ng IV: Oxit kim lo¹i hoÆc hçn hîp gåm oxit kim lo¹i vµ kim lo¹i t¸c dông víi axit cã tÝnh OXH m¹nh C©u1: Cho 3,76 g hçn hîp gåm MgO vµ Mg cã tØ lÖ mol n MgO/ n Mg = 1/14 tác dụng với V(l) HNO3 0,5M Sau phản ứng xảy hoàn toàn thu đợc khí có thể tích là 0,448 (l) đktc và dd Y Cô cạn cẩn thận dd Y thu đợc 23 g muối khan Giá trị V là: A: 0,6(l) B: 0,64(l) C: 0,68(l) D: 0,72(l) C¸ch gi¶i: Gäi x lµ sè mol MgO th× sè mol Mg lµ 14x Ta cã: 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 (4) Tæng n Mg = tæng n Mg(NO3)2 = 0,15 mol => m Mg(NO3)2 = 0,15.148= 22,2 g < m muèi Y => dd Y cã chøa muèi NH4NO3 víi n = (23-22,2)/80= 0,01 mol Ta cã b¸n Pø sau: 10H+ + NO3- + 8e NH4+ + 3H2O (2) 0,1 0,08 0,01 Ta cã tæng necho = n Mg.2= 0,28 mol ne nhËn tao khÝ X = necho – ne nhËn (2) = 0,28 – 0,08 = 0,2 mol ,nX = 0,448/22,4 = 0,02 mol Do chØ cã khÝ X lµ nhÊt nªn ta cã: Sè e nhËn t¹o X = ne nhËn tao khÝ X / nX = 0,2/0,02 = 10e VËy khÝ X lµ N2 + Ta cã: 12H + 2NO3 + 10e N2 + 6H2O (3) 0,24 0,2 0,02 =>tæng 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 lợng khí CO vừa đủ qua hỗn hợp Fe2O3 và Fe nung nóng đến phản ứng xảy hoàn toàn thu đợc chất rắn D và khí CO2 Hấp thụ toàn lợng CO2 này lợng d Ca(OH)2 thu đợc g kết tủa Hòa tan D dd H2SO4(đn) d thấy tạo 4,032 g SO2 và dd E Cô cạn dd E thu đợc 24 g muèi khan MÆt kh¸c hßa tan hoµn toµn hçn hîp ban ®Çu b»ng dd HNO3 d thu đợc V(l) N2O là sản phẩm khử đktc Giá trị 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 L¹i cã: n SO2 = n SO42-t¹o muèi = 0,18 mol tæng mFe = mmuèi khan – m SO42-t¹o muèi = 24- 0,18.96= 6,72 g Ta lại dùng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: Fe2O3 3O2Fe2O3 2Fe3+ 0,02 0,06 mol 0,02 0,04 => khèi lîng Fe hçn hîp ban ®Çu lµ: mFe = 6,72- 0,04.56= 4,48 g => nFe = 0,08 mol => tæng n e cho = 0,08.3= 0,24 mol Ta cã: 2N+5 + 8e N2O 0,24 0,03 => V = 0,672(l) Chọn đáp án C D¹ng V: Muèi cña kim lo¹i t¸c dông víi axit cã tÝnh OXH m¹nh Câu 1: ( Trích đề thi tuyển sinh đại học khối A năm 2012) Cho 18,4 g hçn hîp gåm Cu2S, CuS, FeS2 vµ FeS t¸c dông hÕt víi dd HNO3 đặc nóng d thu đợc V(l) khí có NO2 đktc là sản phẩm khử và dd Y Cho dd Y vào lợng d dd BaCl2 thu đợc 44,6 g kết tủa Còn cho toàn Y tác dụng với dd NH3 d thì thu đợc 10,7 g kết tủa.giá trị V là: A: 24,64(l) B: 38,08(l) C: 11,2(l) D: 16,8(l) C¸ch gi¶i: Quy hçn hîp ban ®Çu vÒ Fe, Cu vµ S, ta cã: 0,2 BaSO4 2+ + Cu , H , NO3 Fe0, Cu0, S0 dd HNO3 ®n ddA 0,1 Fe3+, 0,2 SO42- (5) NO2 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 cã c¸c qu¸ tr×nh sau: Fe0 Fe3+ + 3e, S0 S+6 + 6e, Cu0 Cu2+ + 2e 0,1 0,3 0,2 1,2 0,1 0,2 => tæng necho = 0,3 + 0,2+ 1,2 = 1,7 mol Mµ: N+5 +1e N+4 V= 1,7.22,4= 38,08(l) Chọn đáp án B C©u 2: Hßa tan hoµn toµn hçn hîp gåm 0,02 mol FeS2 vµ 0,03 mol FeS vµo 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 lợng vừ đủ dd KMnO4 thu đợc dd Z kh«ng mµu, suèt, cã pH= 12 ThÓ tÝch cña dd Z lµ: A: 11,4(l) B: 5,7(l) C: 22,8(l) D: 17,2(l) C¸ch gi¶i: Ta cã: 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) => tæng n SO2 = n S+4 (1), (2), (3) = 0,285 mol 0,43 0,215 HÊp thô hoµn toµn 0,285 mol SO2 vµo dd KMnO4 d, ta cã: 5SO2 + 2H2O + KMnO4 K2SO4 + MnSO4 + 2H2SO4 0,285 0,114 => tæng nH+ dd Z= 0,144.2= 0,228 mol => Vdd = 0,228/10-2= 28,8(l) Chọn đáp án C VI: Bµi tËp vËn dông Câu 1: Cho nớc qua than nóng đỏ thu đợc hỗn hợp A gồm CO2, CO và H2 Toàn lợng khí A vừa đủ khử hết 48 gam Fe2O3 thành Fe và thu đợc 10,8 g nớc % thể tích CO2 hỗn hợp khí A là: A: 14,29% B: 13,24% C: 28,57% D: 16,14% C©u 2: Hçn hîp X gåm Al vµ Fe2O3 cã khèi lîng 21,67 g, tiÕn hµnh ph¶n øng nhiÖt nh«m hçn hîp X ®iÒu kiÖn kh«ng cã kh«ng khÝ Hßa tan hoàn hỗn hợp chất rắn sau phản ứng dd NaOH d thu đợc 2,016 (l) H2 ®ktc vµ 12,4 g chÊt r¾n kh«ng tan HiÖu suÊt cña ph¶n øng nhiÖt mhoom lµ: A: 80% B: 75% C: 60% D: 71,43% C©u 3: Cho 35,48 g hçn hîp X gåm Cu vµ FeCO3 vµo d® HNO3 lo·ng, phản ứng xảy 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 r¾n khan lµ: A: 38,82 g B: 36,42 g C: 38,28 g D: 36,24 g (6) Câu 4: Cho m g Fe vào dd chứa đồng thời H2SO4 và HNO3 thu đợc dd X và 4,44(l) NO lµ s¶n phÈm khö nhÊt ë ®ktc Thªm tiÕp H2SO4 vµo X l¹i thu đợc thêm 1,792(l) NO và dd Y, dd Y có khả hòa tan tối đa 8,32 g Cu vµ kh«ng cã khÝ tho¸t Gi¸ trÞ cña m lµ: A: 16,24 g B: 16,8 g C: 11,2 g D: 9,6 g C©u 5: Hçn hîp X gåm FeS2 vµ MS cã sè mol nh nhau( M cã hãa trÞ kh«ng đổi) Hòa tan hoàn toàn 6,51 g hỗn hợp X dd HNO3 đn d thu đợc dd Y( kh«ng chøa muèi amoni) vµ 13,216(l) hçn hîp khÝ X gåm NO2 vµ NO ë ®ktc cã khèi lîng lµ 26,34 g Kim lo¹i M lµ: A: Mg B: Zn C: Cu D: Ca (7)