- Áp dụng sự bảo tồn số mol nguyên tử và bảo tồn khối lượng hỗn hợp.
3. Hỗn hợp nhiều chất cĩ ít nguyên tố
2.4.1. Bài tập lí thuyết
Câu 1: Tính chất hĩa học chung của kim loại là gì ? Dựa vào cấu tạo của nguyên tử kim loại để giải thích tính chất đĩ. Hãy dẫn ra 3 phản ứng hĩa học để minh họa.
Câu 2: Viết các phương trình phản ứng xảy ra (nếu cĩ) trong các trường hợp sau:
a) Fe + dung dịch HCl. d) Fe dư + dung dịch AgNO3.
b) Ag + dung dịch HCl. e) Al dư + dung dịch CuSO4.
c) Mg + dung dịch H2SO4 . f) Ba + H2O.
Câu 3: Nêu hiện tượng và viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho từ từ: a) Na vào dung dịch FeSO4.
Câu 4: Cho kim loại A phản ứng với dung dịch muối của kim loại B sinh ra dung dịch muối kim loại A và kim loại B kết tủa.
a) Cho biết điều kiện đủđể phản ứng xảy ra theo cơ chế trên và cho ví dụ.
b) Cho 2 thí dụ khác nhau về phản ứng xảy ra giữa 1 kim loại với dung dịch muối kim loại khác nhưng khơng theo cơ chế trên.
Câu 5: Pin điện hố là gì ? Trình bày cơ chế phát sinh dịng điện trong pin điện hĩa Zn- Cu và cách tính suất điện động chuẩn của pin, biết EoCu2+/Cu =+0,34V và EoZn2+/Zn = - 0,76V.
Lược giải:
Cấu tạo pin điện hố: gồm 2 điện cực kim loại khác nhau, mỗi kim loại nhúng vào dung dịch chứa ion kim loại tương ứng, được liên kết với nhau qua một cầu muối (chứa chất điện li trơ
KNO3 NH4NO3...).
Ví dụ: Pin điện hĩa tạo thành từ 2 điện cực Zn2+/Zn và Cu2+/Cu.
Khi nối 2 điện cực bằng dây dẫn qua trung gian 1 Vơn kế, ta thấy cĩ dịng điện từ cực Cu sang Zn (nghĩa là cĩ dịng electron theo chiều ngược lại).
Tại cực Zn: Zn Zn2+ + 2e (Zn hoạt động mạnh hơn Cu).
Zn2+đi vào dung dịch, thanh Zn cĩ dư electron, nên là điện cực âm. Theo quy ước, điện cực xảy ra quá trình oxi hố là anot.
Tại cực Cu: Cu2++ 2e Cu (electron từ Zn di chuyển đến).
Điện cực Cu mất electron, trở thành dương điện hơn, nên gọi là điện cực dương, theo quy ước điện cực xảy ra quá trình khử là catot.
Tĩm lại trong pin xảy ra phản ứng: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu. Như vậy dịng điện phát sinh trong pin là nhờ phản ứng oxi hố khử tự diễn biến (nên ta gọi là pin điện hố)
Kí hiệu pin điện hố: (- ) Zn Zn2+ Cu2+ Cu (+) hay Zn
-Cu
.
Suất điện động của pin: Hiệu điện thế giữa 2 điện cực gọi là suất điện động của pin: Epin = E(+) E()
Nếu các kim loại tạo điện cực, được nhúng vào dung dịch cĩ nồng độ 1M (ở 25oC), gọi là
điện cực chuẩn (cĩ thế điện cực chuẩn Eo) và suất điện động được thiết lập cũng gọi là suất điện
động chuẩn. Eo pin = Eo (+) Eo () = Eo catot Eo anot. Ví dụ: EoZn-Cu = EoCu2+/Cu EoZn2+/Zn.= 0,34 –(- 0,76) = 1,1 V.
Câu 6: Cho suất điện động chuẩn Eo của các pin điện hố: EoCu- X = 0,46V; EoY- Cu = 1,1V; EoZ- Cu = 0,47V (X, Y, Z là ba kim loại). Hãy sắp xếp các kim loại theo chiều tăng dần tính khử.
Câu 7:
1) Nêu sự giống nhau và sự khác nhau giữa hiện tượng ăn mịn hĩa học và ăn mịn điện hĩa. 2) Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích và viết các phương trình phản ứng trong mỗi trường hợp sau:
a) Cho lá sắt kim loại vào dung dịch H2SO4 lỗng.
b) Nối lá sắt với lá đồng rồi cho vào dung dịch H2SO4 lỗng.
Lược giải:
1) Giống nhau:
– Đều là quá trình ăn mịn kim loại.
– Cĩ cùng bản chất đều là quá trình oxi hĩa khử. Khác nhau: Điểm khác nhau cơ bản là
– Trong ăn mịn hĩa học:
Các electron chuyển trực tiếp từ kim loại sang mơi trường nên khơng cĩ hiện tượng phát sinh dịng điện.
Nhiệt độ càng cao, vận tốc càng lớn. – Trong ăn mịn điện hĩa:
Các electron chuyển từđiện cực âm sang điện cực dương nên cĩ hiện tượng phát sinh dịng
điện.
Tốc độăn mịn càng nhanh khi nồng độ chất điện li càng lớn và giá trị thế điện cực chuẩn chênh lệch càng nhiều.
2) a) Fe bịăn mịn hĩa học do phản ứng oxi hĩa trực tiếp sắt bởi ion H+ nên bọt khí xuất hiện trên bề mặt lá Fe.
Fe + 2H+ Fe2+ + H2
b) Fe bịăn mịn điện hĩa học nhanh trong dung dịch điện li đồng thời với sự tạo thành dịng
điện, bọt khí H2 thốt ra ở cả lá đồng.
– Trong dung dịch H2SO4, sắt và đồng tạo một hệđiện hĩa trong đĩ lá sắt là cực âm, đồng là cực dương.
Cực âm (anot): Fe bị oxi hĩa Fe – 2e Fe2+
Cực dương (catơt): ion H+ bị khử 2H+ + 2e H2
Câu 8: Cĩ bốn thanh sắt được đặt tiếp xúc với những kim loại khác nhau và nhúng trong các dung dịch HCl như hình vẽ dưới đây:
Hình 2.1. Thí nghiệm ăn mịn điện hĩa
1. Thanh sắt sẽ bịăn mịn trong các trường hợp nào ? Giải thích. 2. Trường hợp nào thanh sắt bịăn mịn chậm nhất ? Giải thích.
Lược giải:
1. Thanh Fe tiếp xúc với Zn cĩ Zn bịăn mịn trước (vì tính khử Zn > Fe). Cực Zn (- ): Zn Zn2+ + 2e
Cực Fe (+): 2H+ + 2e H2
- Thanh Fe tiếp xúc với Sn, Ni, Cu sẽ cĩ Fe là cực âm và bịăn mịn trước (vì Fe cĩ tính khử
mạnh hơn).
Cực Fe (- ): Fe Fe2+ + 2e Cực (+): 2H+ + 2e H2
2. Sắt bịăn mịn chậm nhất khi tiếp xúc với thanh Zn vì thanh Zn bịăn mịn trước thanh Fe.
Câu 9: Giới thiệu phương pháp hĩa học làm sạch 1 loại Hg cĩ lẫn tạp chất Sn, Zn, Pb. Giải thích cách làm và viết phương trình dạng ion rút gọn? Cho biết vai trị các chất tham gia phản ứng ?
Câu 10: Nêu một phương pháp thích hợp và viết các phương trình phản ứng điều chế: a) Na từ dung dịch Na2SO4.
b) Mg từ dung dịch MgCl2. c) Al từ dung dịch Al2(SO4)3 d) Cu từ dung dịch Cu(NO3)2
Câu 11: Một số kim loại được điều chế theo cách mơ tả như hình sau:
Phương pháp nào đã được áp dụng để điều chế kim loại? Ứng dụng của phương pháp này. Lấy ví dụ minh họa.
Lược giải:
Do đun nĩng nên phương pháp điều chế kim loại được sử dụng là phương pháp nhiệt luyện tức là quá trình khử oxit kim loại bằng chất khử thơng dụng ở nhiệt độ cao.
Ứng dụng đểđiều chế một số kim loại hoạt động trung bình và yếu.
Do chỉ cĩ hỗn hợp rắn và cĩ sản phẩm là CO2 (tạo kết tủa với Ca(OH)2) nên hỗn hợp rắn gồm oxit kim loại (cĩ tính oxi hĩa mạnh) với C.
Ví dụ: 2 CuO + C to 2Cu + CO2 2 PbO + C to 2Pb + CO2
Câu 12: a) Nêu sự giống nhau và khác nhau trong phản ứng oxi hố khử và phản ứng điện phân. b) So sánh 2 quá trình: Cho Cu vào dung dịch AgNO3 và điện phân dung dịch AgNO3 với
điện cực anot bằng Cu.
Lược giải:
a) - Giống nhau: đều cĩ sự cho- nhận electron - Khác nhau: Phản ứng oxi hố khử Phản ứng điện phân Xảy ra với chất oxi hố và chất khử trong điều kiện thích hợp. Các cặp oxi hố khử cĩ thế điện cực khác biệt nhau đủ lớn. Sự cho nhận electron xảy ra trực tiếp giữa chất oxi hố và chất khử. Xảy ra với chất điện li và do dịng điện một chiều. Nguồn điện phải cĩ suất hiệu thế đạt giá trị nhất định.
Sự cho nhận electron gián tiếp qua dây dẫn, xảy ra tại điện cực của bình điện phân.
b) Cho Cu vào dung dịch AgNO3: phản ứng oxi hố khử hố học, xảy ra theo quy tắc “” giữa 2 cặp oxi hố khử: Cu2+/Cu và Ag+/Ag.
Cu + 2AgNO3 Cu(NO3)2 + 2Ag
Điện phân dung dịch AgNO3 với anot bằng Cu: phản ứng oxi hố khử điện phân. Quá trình oxi hố-khử xảy ra tại điện cực:
Catot: 2Ag+ + 2e 2Ag
Anot: Cu Cu2+ + 2e
Câu 13: Xét quá trình xảy ra ở catot khi điện phân dung dịch hỗn chứa các muối cĩ nồng độ bằng nhau: Cu(NO3)2, AgNO3 và Fe(NO3)3. Viết phương trình điện phân.
Câu 14: Điện phân (cĩ màng ngăn, điện cực trơ) dung dịch hỗn hợp CuSO4 và NaCl đều cùng nồng
độ với hiệu suất điện phân 100%. Hãy cho biết dung dịch sau điện phân cĩ pH nằm trong khoảng giá trị nào ? Giải thích.
2.4.2. Bài tốn