+ 1e Ag0 Ta thấy ne <
Ag
n nên thực tế Ag+ chƣa điện phân hết. Do đĩ ở catot khơng xảy ra sự điện phân nƣớc Catot khơng cĩ khí thốt ra.
■ Khối lƣơng bạc thu đƣơc là mA = 0,28.108 = 30,2 (gam).
VD16 (ĐHB – 2012): Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 0,1 mol FeCl3, 0,2 mol CuCl2 và 0,1 mol HCl (điện cực trơ). Khi ở catot bắt đầu thốt khí thì ở anot thu đƣợc V lít khí (đktc). Biết hiệu suất của quá trình điện phân là 100%. Giá trị của V là:
A. 5,60. B. 11,20. C. 22,40. D. 4,48.
Hƣớng dẫn
■ Ở catot (–): Cĩ Fe3+
, Cu2+, H+.
Thứ tự điện phân: Fe3+ > Cu2+ > H+ > Fe2+.
Quá trình điện phân đƣợc thực hiện cho tới khi catot bắt đầu thốt ra khí Fe3+, Cu2+ vừa bị khử hết. PTPƢ: Fe3+ + e Fe2+ (1) Cu2+ + 2e Cu0 (2) ne nhận = 3 2 Fe Cu n 2n = 0,5 (mol).
Ở anot (+): Cĩ Cl–, H2O Cl– bị oxi hĩa trƣớc. PTPƢ: 2Cl– – 2e Cl2 (3)
Số mol tối đa mà Cl– cĩ thể nhƣờng là ne (Cl–) = nCl– = 0,8 (mol) > ne
Thực tế Cl– vẫn cịn dƣ, do đĩ khơng xảy ra sự oxi hĩa nƣớc.
2 Cl e 1 n n 0,25 2 (mol) V = 5,6 (lít). BÀI TẬP
36. Điện phân nĩng chảy muối clorua của kim loại kiềm thu đƣợc 0,896 lít khí (đktc) ở anot và 1,84 gam kim loại ở catot. Cơng thức hĩa học của muối là
A. LiCl. B. NaCl C. KCl. D. RbCl.
37. Tính khối lƣợng Fe thu đƣợc khi điện phân dung dịch FeSƠ4 trong thời gian 9650 giây với cƣờng độ dịng điện 4 A.
A. 5,6 gam. B. 11,2 gam. C. 2,8 gam. D. 16,8 gam. 38. Điện phân bằng điện cực trơ dung dịch muối suníat của kim loại hố trị II với dịng điện cĩ cƣờng độ 6 A, sau 29 phút điện phân thấy khối lƣợng catot tăng 3,45g. Kim loại đĩ là
A. Zn. B. Cu. C. Ni. D. Sn.
39. Điện phân (điện cực trơ) dung dịch muối sunfat của kim loại M hĩa trị II với dịng điện cƣờng độ 3 A. Sau 1930 giây điện phân thấy khối lƣợng catot tăng 1,92 gam. Kim loại M là
A. Fe. B. Zn. C. Cu. D. Mg.
40. (CĐ – 2011) Điện phân 500 mI dung dịch CuSO4 0,2M (điện cực trơ) cho đến khi ở catot thu đƣợc 3,2 gam kim loại thì thể tích khí (đktc) thu đƣợc ở anot là
Ơn thi THPT Quốc gia năm 2017 | Mơn Hĩa học 105
41. (ĐHA – 2007) Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực trơ, sau một thời gian thu đƣợc 0,32 gam Cu ở catơt và một lƣợng khí X ở anot. Hấp thụ hồn tồn lƣợng khí X trên vào 200 ml dung dịch NaOH (ở nhiệt độ thƣờng). Sau phản ứng, nồng độ NaOH cịn lại là 0,05M (giả thiết thể tích dung dịch khơng thay đổi). Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là
A. 0,15M. B. 0,2M. C. 0,1M. D. 0,05M.
42. (CĐ – 2012) Tiến hành điện phân (với điện cực trơ) V lít dung dịch CuCl2 0,5M. Khi dừng điện phân thu đƣợc dung dịch X và 1,68 lít khí Cl2 (đktc) duy nhất. Tồn bộ dung dịch X tác dụng vừa đủ với 12,6 gam Fe. Giá trị của V là
A. 0,15. B. 0,60. C. 0,45. D. 0,80.
43. (ĐHA – 2010) Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,12 mol NaCl bằng dịng điện cĩ cƣờng độ 2A. Thể tích khí (đktc) thốt ra ở anot sau 9650 giây điện phân là
A. 1,344 lít. B. 2,240 lít. C. 1,792 lít. D. 2,912 lít.
Dạng 5: Bài tốn về suất điện động (*)
■ Suất điện động: Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai điện cực đƣợc gọi là suất điện động. Kí hiệu: Epin đƣợc tính theo cơng thức
Epin = E(+) – E(–)
Với E(+): Thế điện cực +. E(–): Thế điện cực –. – Thế điện cực chuẩn ( 0
pin
E ), tính theo cơng thức: E0pin= E0( ) E0( )
Thơng thƣờng, chất cĩ tính khử mạnh đĩng vai trị là điện cực âm (–), chất cĩ tính khử yếu hơn đĩng vai trị là điện cực dƣơng (+).
VD17:Cho 2 0 Zn /Zn E = –0,76 (V); 0 Ag /Ag E = +0,80 (V).
a. Viết kí hiệu của pin điện hĩa đƣợc hình thành từ hai điện cực trên. b. Tính suất điện động chuẩn của pin điện hĩa trên.
Hƣớng dẫn a. Vì 2 0 Zn /Zn E < 0 Ag /Ag
E nên Zn là cực âm (–), Ag là cực dƣơng (+)
Kí hiệu của pin là: Zn–Ag.
b. Suất điện động của pin Zn – Ag là: 0 pin( Zn Ag) E = 0 Ag /Ag E – 2 0 Zn /Zn E = 0,8 – (– 0,76) = 1,56 (V)
VD18 (ĐHA – 2012): Cho E0pin( Zn Cu) = 1,1 (V); 2
0 Zn /Zn
E = –0,76 (V); 0
Ag /Ag
E = +0,80 (V). Suất điện động chuẩn của pin điện hĩa Cu–Ag là
A. 0,46V. B. 0,56V. C. 1,14V. D. 0,34V. Hƣớng dẫn ■ Theo cơng thức: 0 pin( Zn Cu) E = 2 0 Cu /Cu E – 2 0 Zn /Zn E 2 0 Cu /Cu E = E0pin(Zn Cu) + 2 0 Zn /Zn E 1,1 + (–0,76) = 0,34 (V). ■ Suất điện động của pin Cu – Ag là
0 pin(Cu Ag) E = 0 Ag /Ag E – 2 0 Cu /Cu E = 0,80 – 0,34 = 0,46 (V).
106 Mơn Hĩa học | Ơn thi THPT Quốc gia năm 2017
44. (ĐHB – 2009) Cho các thế điên cƣc chuẩn: 3
0 Al /Al E = 1,66 (V); 2 0 Zn /Zn E = – 0,76 (V); 2 0 Pb / Pb E = – 0,13 (V); 2 0 Cu /Cu
E = +0,34 (V). Trong các pin sau đây, pin nào cĩ suất điện động chuẩn lớn nhất?
A. Pin Zn – Cu. B. Pin Zn – Pb. C. Pin Al – Zn. D. Pin Pb – Cu. 45. (CĐ – 2010) Cho biết: 2 0 Mg / Mg E = –2,37 (V); 2 0 Zn /Zn E = –0,76 (V); 2 0 Pb / Pb E = – 0,13 (V); 2 0 Cu /Cu
E = +0,34 (V). Pin điện hố cĩ suất điện động chuẩn bằng 1,61 V đƣợc cấu tạo bởi hai cặp oxi hố – khử
A. Zn2+/Zn và Pb2+/Pb. B. Zn2+/Zn và Cu2+/Cu. C. Pb2+/Pb và Cu2+/Cu. D. Mg2+/Mg và Zn2+/Zn.
46. (CĐ – 2008) Cho biết phản ứng oxi hố – khử xảy ra trong pin điện hố Fe – Cu là: Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu ; 2 0 Fe / Fe E = –0,44 (V); 2 0 Cu /Cu E = +0,34 (V). Suất điện động chuẩn của pin điện hố Fe – Cu là
A. 1,66 V. B. 0,10 V. C. 0,78 V. D. 0,92 V.
47. (ĐHA – 2009) Cho suất điện động chuẩn của các pin điện hố: Zn – Cu là 1,1 V; Cu – Ag là 0,46 V. Biết thế điện cực chuẩn 0
Ag / Ag E = +0,8 (V). Thế điện cực chuẩn 2 0 Zn / Zn E và 2 0 Cu /Cu E cĩ giá trị lần lƣợt là A. –0,76V và +0,34V. B. –1,46V và –0,34V. C. + 1,56V và +0,64V. D. –1,56V và +0,64V.
Dạng 6: Kim loại tác dụng với nhiều chất oxi hĩa (phi kim, dung dịch axit, bazơ, muối)
VD 19: Trộn 56 gam bột Fe với 16 gam bột lƣu huỳnh rồi đun nĩng (khơng cĩ khơng khí) thu đƣợc chất rắn A. Hồ tan A bằng dung dịch axit HCl dƣ đƣợc dung dịch B và khí D. Đốt cháy D cần V lít O2 (đktc). Biết các phản ứng xảy ra hồn tồn. V cĩ giá trị là:
A. 11,2 lít. B. 33,6 lít. C.22,4 lít. D. 44,8 lít.
Hƣớng dẫn
Khí D là hỗn hợp H2S và H2. Đốt D thu đƣợc SO2 và H2O. Kết quả cuối cùng của quá trình phản ứng là Fe và S nhƣờng electron, cịn O2 thu electron.
Áp dụng định luật bảo tồn electron ta cĩ:
nelectron cho = nelectron nhận = nFe + nS = 4nO2 nO2 = 1 VO2=22,4
VD20: Cho m gam Al tác dụng với O2, thu đƣợc 25,8 gam chất rắn X. Hồ tan hồn tồn X bằng dung dịch H2SO4 đặc nĩng, thu đƣợc 6,72 lít khí SO2 (đktc). Giá trị của m là:
A.21,6. B.16,2. C. 18,9. D.13,5.
Hƣớng dẫn
Bằng cách vẽ sơ đồ phản ứng ta thấy: Chất khử là Al; chất oxi hĩa là O2 và H2SO4. Đặt số mol của Al là x và số mol của O2 là y (x, y > 0)
Phƣơng trình theo tổng khối lƣợng của hỗn hợp X: 27x + 32y = 25,8 (1) Áp dụng định luật bảo tồn electron ta cĩ: nelectron cho = nelectron nhận
3x = 4y + 0,3.2 (2)
Ơn thi THPT Quốc gia năm 2017 | Mơn Hĩa học 107
Vậy khối lƣợng nhơm là: m = 0,6.27 = 16,2 gam.
ĐÁP ÁN 1. D 6. B 11. D 16. C 21. B 26. B 31. A 36. B 41. C 46. C 2. A 7. A 12. B 17. A 22. C 27. A 32. D 37. B 42. B 47. A 3. A 8. B 13. D 18. A 23. A 28. D 33. A 38. B 43. C 4. B 9. A 14. C 19. B 24. C 29. C 34. C 39. C 44. A 5. D 10. C 15. D 20. D 25. B 30. B 35. B 40. C 45. D
Chƣơng 2. KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ A. LÝ THUYẾT
I. Lý thuyết về kim loại kiềm
Kim loại kiềm và kiểm thổ là nhĩm kim loại điển hình nhất trong bảng hệ thống tuần hồn.
Chú ý
Tên gọi các kim loại kiềm và kiềm thổ
• Li = liti; Na = natri; K = kali; Rb = rubiđi; Cs = xesi
• Be = beri; Mg = magie; Ca = canxi; Sr = stronti; Ba = bari.
1. Cấu tạo và tính chất vật lí
Kim loại kiềm (nhĩm IA) và kim loại kiềm thổ (nhĩm IIA) là các nguyên tố đứng đầu mỗi chu kì của bảng hệ thống tuần hồn. Chúng cĩ nhiệt độ sơi, nhiệt độ nĩng chảy và tính cứng thấp nhất so với các kim loại cùng chu kì.
Phân loại Các nguyên tố
Cấu hình electron lớp ngồi cùng
Kim loại kiềm (nhĩm IA) Li, Na, K, Rb, Cs ns1 Kim loại kiềm thổ (nhĩm IIA) Be, Mg, Ca, Sr, Ba ns2
■ Các kim loại kiềm tồn tại ở thể rắn, phổ biến nhất là ở dạng tinh thể lập phƣơng tâm khối (gồm tất cả các kim loại kiềm và Ba).
■ Cấu hình electron lớp ngồi cùng của kim loại kiềm chỉ cĩ 1 electron nên các kim loại kiềm chỉ cĩ SOH +1 trong các hợp chất. Tƣơng tự, các kim loại kiềm thổ chỉ cĩ SOH +2.
CÂU HỎI
1. Dãy gồm các kim loại cĩ cấu tạo mạng tinh thể lập phƣơng tâm khối là:
A. Be, Mg, Ca. B. Li, Na, K. C. Na, K, Mg. D. Li, Na, Ca. 2. Dãy gồm các kim loại đều cĩ cấu tạo mạng tinh thể lập phƣơng tâm khối là
A. Na, K, Ca, Ba. B. Na, K, Ca, Be. C. Li, Na, K, Mg. D. Li, Na, K, Rb. 3. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Trong hợp chất, tất cả kim loại kiềm đều cĩ sổ oxi hĩa +1.
B. Tất cả các kim loại nhĩm IIAđều tồn tại ở dạng mạng tinh thể lập phƣơng tâm diện.
108 Mơn Hĩa học | Ơn thi THPT Quốc gia năm 2017
D. Trong nhĩm IA, tính khử giảm dần từ Li đến Cs.
Chú ý: Tính khử của các kim loại tăng từ trên xuống dƣới trong mỗi nhĩm.
2. Tính chất hĩa học
■ Tính chất chính của kim loại kiềm, kiềm thổ là tính khử, thể hiện qua các phản ứng sau:
■ Các kim loại Be, Mg và oxit tƣơng ứng khơng phản ứng với H2O.
■ Các hiđroxit (ngoại trừ của Be, Mg) đều tan tốt trong nƣớc và cĩ đầy đủ tính chất của bazơ điển hình nhƣ: làm quỳ tím hĩa xanh; phản ứng đƣợc với axit và oxit axit tạo thành muối.
VD1: NaOH + HCl NaCl + H2O. 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O.
BÀI TẬP
4. Phát biểu nào sau đây đúng
A. Trong hợp chất, tất cả kim loại kiềm thổ đều cĩ số oxi hĩa +1.
B. Tất cả các kim loại nhĩm IIAđều cĩ mạng tinh thể lập phƣơng tâm khối. C. Tất cả các hiđroxit của kim loại nhĩm IIAđều dễ tan trong nƣớc,
D. Phản ứng giữa Na2O với H2O và Na với H2 một hiđroxit. 5. Khi nĩi về kim loại kiềm, phát biểu nào sau đây là sai?
A. Các kim loại kiềm cĩ màu trắng bạc và cĩ ánh kim.
B. Trong tự nhiên, các kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, C. Từ Li đến Cs khả năng phản ứng với nƣớc giảm dần.
D. Kim loại kiềm cĩ nhiệt độ nĩng chảy và nhiệt độ sơi thấp. 6. Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, các kim loại kiềm thổ (từ beri đến bari) cĩ nhiệt độ nĩng chảy giảm dần.
B. Kim loại xesi đƣợc dùng để chế tạo tế bào quang điện, C. Kim loại magie cĩ kiểu mạng tinh thể lập phƣơng tâm diện,
D. Các kim loại: natri, bari, beri đều tác dụng với nƣớc ở nhiệt đơ thƣờng. 7. Hồn thành các phƣơng trình phản ứng sau
(a) Na + Cl2 (b) K + O2
(c) Na + H2O (d). K + HCl
Ơn thi THPT Quốc gia năm 2017 | Mơn Hĩa học 109 (g) KOH + CO2 (dƣ) (h) NaOH + Cl2 (i) KOH + Cl2 o 100 C (j) KOH + NaHCO3 (k) KOH + NaHSO4 (l) Ca(OH)2 + NaHCO3
8. Dãy nào sau đây gồm các chất đều phản ứng đƣợc với Na:
A. O2, S, Mg. B. O2, Cl2, Al. C. O2, Cl2, S. D. Cl2, Fe, CuCl2. 9. Kim loại X tác dụng với oxi nung nĩng đƣợc chất Y, hịa tan Y vào nƣớc thu đƣợc dung dịch Z, Z cĩ khả năng làm quỳ tím hĩa xanh. Y cĩ thể là
A. Na. B. K2O. C. FeO. D. NaOH. 10. Khi cho NaOH tác dụng với MgCl2, hiện tƣợng xảy ra là
A. xuất hiện kết tủa màu xanh. B. xuất hen kết tủa màu trắng.
C. dung dịch màu xanh lam. D. cĩ khí bay lên, xuất hen kết tủa màu trắng. 11. Cho một mẩu natri vào dung dịch CuSO4 thì xảy ra hiện tƣợng là
A. miếng Na tan đi, màu xanh của dung dịch đậm dần. B. miếng Na tan ra, cĩ kết tủa xanh xuất hiện,
C. miếng Na tan ra, sủi bọt khí và cĩ kết tủa xanh xuất hiện, D. miếng Na khơng tan nhƣng cĩ sủi bọt khí và kết tủa xanh.
3. Hợp chất của kim loại kiềm và kiềm thổ
- Tất cả các hợp chất của kim loại kiềm đều tan. Nhiều hợp chất của kim loại kiềm thổ cũng tan tốt, ngoại trừ
• Hiđroxit Be(OH)2, Mg(OH)2.
• Muối sunfat: CaSO4, BaSO4, SrSO4. • Tất cả các muối 2
3
CO (cacbonat), SO23(sunfit).
- Tất cả các hợp chất khơng tan trên (trừ muối suntat) đều dễ bị nhiệt phân tạo thành oxit kim loại kiềm thổ.
VD: Mg(OH)2 to MgO + H2O. CaCO3 to CaO + CO2.
- Phƣơng pháp nhận biết cation kim loại kiềm và kiềm thổ:
Cation Phƣơng pháp Hiện tƣợng Na+ Đốt trên ngọn lửa khơng màu (vơ
sắc). Ngọn lửa màu vàng K+ Ngọn lửa màu tím Mg2+ Phản ứng với ion OH – , CO23, SO23, 3 4
PO Tạo kết tủa (đều cĩ màu trắng)
Ca2+ Phản ứng với ion CO23, SO32, PO34 Tạo kết tủa (đều cĩ màu trắng)
Ba2+ Phản ứng với ion 2 3 CO , SO23, SO24, 2 4 CrO
Kết tủa BaCO3, BaSO3, BaSO4 Ba3(PO4)2 màu trắng, BaCrO4 màu vàng. Riêng BaSO4 và BaCrO4 khơng tan trong axit
■ Một số ứng dụng của các hợp chất của kim loại kiềm và kiềm thổ: • NaHCO3 dùng để sản xuất thực phẩm, nƣớc giải khát (soda).
• Ca(OH)2 là nƣớc vơi trong, dùng để khử chua đất trồng, trộn vữa xây nhà, sản xuất clorua vơi để khử trùng.
110 Mơn Hĩa học | Ơn thi THPT Quốc gia năm 2017
• CaSO4.H2O hoặc CaSO4.0,5H2O là thạch cao nung, đƣợc dùng để đúc tƣợng, làm phấn viết bảng, bĩ bột khi gãy xƣơng.
• CaCO3 là đá vơi, dùng để sản xuất thủy tinh, xi măng, gang, thép và điều chế CaO, CO2.
■ Tất cả các kim loại kiềm và kiềm thổ đều chỉ cĩ thể điều chế bằng phƣơng pháp điện phân nĩng chảy muối clorua tƣơng ứng.
VD2: NaCl Na + 0,5Cl2 MgCl2 Mg + Cl2
Nếu sử dụng phƣơng pháp điện phân dung dịch thì chỉ thu đƣợc các hiđroxit của chúng
VD3: 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2
BÀI TẬP
12. Cĩ các chất khí: CO2, Cl2, NH3, H2S đều cĩ lẫn hơi nƣớc. Cĩ thể dùng NaOH khan để làm khơ khí nào sau đây
A. NH3. B. CO2. C. Cl2. D. H2S. 13. Cĩ thể dùng NaOH (ở thể rắn) để làm khơ các chất khí
A. NH3, SO2, CO, Cl2. B. N2, NO2, CO2, CH4, H2. C. NH3, O2, N2, CH4, H2. D. N2, Cl2, O2, CO2, H2.
14. Để nhận biết các dung dịch: NaOH, KCl, NaCl, KOH, cĩ thể dùng A. Quỳ tím và dung dịch AgNO3.
B. Phenolphtalein và dung dịch AgNO3. C. Quỳ tím và thử bằng ngọn lửa khơng màu. D. Phenolphtalein và HCl.
15. Dãy các chất rắn khơng tan trong nƣớc là
A. Na2CO3, MgCO3, CaCO3. B. KHCO3, Ca(HCO3)2, Ba(HCO3)2. C. BaCO3, MgCO3, CaCO3. D. K2CO3, KHCO3, Ca(HCO3)2.
16. Nhiệt phân hồn tồn hỗn hợp NaHCO3, Ca(HCO3)2, K2CO3 thu đƣợc chất rắn gồm A. Na2CO3, CaCO3, K2CO3. B. Na2O, CaO, K2O.
C. Na2CO3, CaO, K2CO3. D. Na2O, CaCO3, K2O. 17. Thực hiện các thí nghiệm sau:
(I) Cho dung dịch NaCl vào dung dịch KOH.