Nội dung tổng quát:
M O2 (1) + → hỗn hợp rắn (M, MxOy) HNO (H SO )3 2 4 (2) → M+n + sản phẩm khử m gam m1 gam (n là số oxi hóa cao nhất của M)
(M là kim loại Fe hoặc Cu và dung dịch HNO3 (H2SO4 đặc nóng) lấy vừa đủ hoặc dư).
- Gọi: nM = x (mol); ne (2) nhận = y (mol) → ∑ ne nhường = x.n (mol) - Theo ĐLBT khối lượng từ (1) → nO = m1 m
16 − (mol) - ∑ ne nhận = ne (oxi) + ne (2) = m1 m 16 − .2 + y = m1 m 8 − + y (mol) Theo ĐLBT số mol electron: ∑ ne nhường = ∑ ne nhận → x.n = m1 m
8
−
+ y - Nhân cả hai vế với M ta được:
(M.x).n = M(m1 m )2 8 − + M.y → m.n = M 1 M m m My 8 − 8 + → M M 1 m(n ) m My 8 8 + = + → 1 M m My 8 m M n 8 + = + (*)
- Thay M = 56 (Fe); n = 3 vào (*) ta được: m = 0,7.m1 + 5,6.y (1)
- Thay M = 64 (Cu); n = 2 vào (*) ta được: m = 0,8.m1 + 6,4.y (2)
(Khi biết 2 trong 3 đại lượng m, m1, y ta sẽ tính được đại lượng còn lại)
Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất,
đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị m là bao nhiêu?
Hướng dẫn
nNO = 0,06 mol → y = 0,06.3 = 0,18 mol
Theo công thức (1) ta có: Fe 0,7.11,36 5,6.0,18
n 0,16
56
+
= = mol
→ nFe(NO )3 3 =0,16mol → mmuối khan = 0,16.242 = 38,72 gam
Ví dụ 2: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 cần 0,05 mol H2. Mặt khác, hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc thu được V ml khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, đktc). Tính giá trị của V?
Hướng dẫn
Thực chất phản ứng khử các oxit là: H2 + O(oxit) → H2O.
Vì vậy nO(oxit) = nH2= 0,05 mol → mFe = 3,04 – 0,05.16 = 2,24 gam. Theo công thức (1) ta có: ne nhận (S+6 → S+4) = y =2,24 0,7.3,04 0,02 5,6 − = mol → 2 SO n = 0,01 mol → V = 0,01.22,4 = 0,224 lít hay 224 ml
Ví dụ 3: Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 37,6 gam hỗn hợp rắn X gồm Cu, CuO và Cu2O. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thấy thoát ra 3,36 lít khí (đktc). Giá trị của m là
A. 25,6 gam B. 32 gam C. 19,2 gam D. 22,4 gam
Hướng dẫn
2 SO (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
n = 0,15 mol → y = 0,15.2 = 0,3 mol
Theo công thức (2) ta có: m = 0,8.37,6 + 6,4.0,3 = 32 gam → đáp án B
2.5. Hệ thống bài tập phần kim loại dùng để bồi dưỡng NLTH cho học sinh THPT [3], [4], [6], [9], [10], [11], [12], [17], [18], [28]
Để thuận tiện cho việc sử dụng hệ thống BTHH nhằm bồi dưỡng NLTH của HS. Trên cơ sở mục tiêu của các chương phần kim loại thuộc hoá học 12 nâng cao, chúng tôi tuyển chọn, xây dựng và sắp xếp các bài tập theo các mức độ tư duy từ dễ đến khó được thể hiện qua các bài tập trắc nghiệm và bài tập tự luận.
2.5.1.1. Bài tập hướng dẫn học sinh tự học lý thuyết
Hãy tóm tắt lí thuyết phần đại cương về kim loại qua các nội dung sau: - Vị trí, cấu tạo của kim loại.
- Tính chất vật lí, tính chất hoá học của kim loại. - Dãy điện hoá của kim loại. Pin điện hoá
- Sự điện phân. - Sự ăn mòn kim loại.
- Các phương pháp điều chế kim loại. ( Nội dung cụ thể xem phần phụ lục 2) 2.5.1.2. Bài tập có hướng dẫn
* Bài tập về cấu tạo, tính chất vật lí của kim loại
Câu 1: Tính thể tích và bán kính nguyên tử Mg biết rằng khối lượng riêng của Mg là 1,74 g/cm3 và thể tích các quả cầu Mg chiếm 74% thể tích của mạng tinh thể ?
Hướng dẫn Thể tích thực của 1 mol Mg là: MMg V .0,74 d = ⇒ Thể tích thực của 1 nguyên tử Mg là: Mg 3 A M 4 .0,74 . .R d.N = π3 ⇒ R = 1,59A0. VMg = 1,68.10-23 cm3.
Câu 2: Xác định nguyên tố X, biết X có bán kính nguyên tử là 1,36 A0 và đơn chất kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện, khối lượng riêng d = 22,4 g/cm3 ?
Hướng dẫn
dX = X3 A n.M
N .a = 22,4 g/cm3, ⇒ MX = 192 g/mol (Ir).
* Bài tập về pin điện hoá
Câu 3: Cho E0(Pb2+/Pb) = - 0,13V, E0(Cu2+/Cu) = + 0,34V. Một pin được ghép bởi 2 cặp oxi hoá – khử trên. Tính suất điện động của pin?
Hướng dẫn
Vì E0(Cu2+/Cu) = + 0,34V > E0(Pb2+/Pb) = - 0,13V
* Bài tập về ăn mòn kim loại
Câu 4: Ngâm một lá sắt trong dung dịch HCl, sắt bị ăn mòn chậm. Nếu thêm vài giọt dd CuSO4 vào dung dịch axit thì sắt sẽ ăn mòn nhanh hơn. Hãy giải thích điều quan sát được?
Hướng dẫn
Fe ăn mòn chậm trong dd HCl là do có bọt khí sinh ra bọc kín lá sắt, cản trở sự tiếp xúc của H+ với các nguyên tử Fe ...
Thêm vài giọt Cu2+, Fe sẽ khử Cu2+ thành Cu và bám trên lá Fe⇒có đủ điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hoá học.
Cực âm là Fe, tại đây Fe bị oxi hoá: Fe → Fe2+ + 2e Cực dương là Cu, tại đây H+ bị khử: 2H+ + 2e → H2
⇒ Fe ăn mòn nhanh hơn vì khí H2 sinh ra tại nơi có Cu không làm cản trở sự nhường electron của Fe.
* Bài tập về điều chế kim loại
Câu 5: Từ 4 chất Zn, CuSO4, ZnSO4 và Cu, có thể tách Cu từ CuSO4 bằng 3 phương pháp khác nhau. Hãy cho biết 3 PP đó và chỉ rõ điểm giống nhau, khác nhau cơ bản để thực hiện mỗi phương pháp?
Hướng dẫn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ PTHH sau: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu - PP1: Thuỷ luyện: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
- PP2: Điện phân: 2CuSO4 + 2H2O dpdd→2Cu + 2H2SO4 + O2 - PP3: Tạo pin điện: (-) Zn | ZnSO4|| CuSO4|| ZnSO4| Cu (+)
- Cực dương: Cu2+ + 2e → Cu - Cực âm : Zn → Zn2+ + 2e
+ Giống nhau: Cả 3 PP đều dựa trên cơ sở phản ứng oxi hoá khử. + Khác nhau:
- PP 1: Phản ứng oxi hoá khử xảy ra trực tiếp giữa nguyên tử và ion, kèm theo toả nhiệt (hoá năng chuyển thành nhiệt năng).
- PP 2: Phản ứng oxi hoá - khử xảy ra nhờ dòng điện (điện năng biến thành hoá năng).
- PP 3: Phản ứng oxi hoá - khử xảy ra phát sinh dòng điện (hoá năng biến thành điện năng).
- Bài tập về điện phân
Câu 6: Cho 4 dd muối: CuSO4, K2SO4,NaCl, KNO3, dd nào sau đây khi điện phân cho ra một dd axit (điện cực trơ) ?
Hướng dẫn
Để có được một dd axit sau khi điện phân thì muối phải chứa 1 cation có thể bị khử bên catot và một anion không thể bị oxi hóa bên anot (NO3−, SO24−). Khi đó bên anot H2O sẽ bị oxi hóa cho ra H+. Chỉ có CuSO4 thỏa mãn.
Catot: Cu2+ + 2e → Cu↓
Anot: H2O → 2H+ + 12 O2↑ + 2e.
PTHH: CuSO4 + H2O Cu + H2SO4 +
2 1
O2↑
Câu 7: Điện phân 100 ml dd chứa 2,7 gam muối clorua của kim loại X cho tới khi khí bắt đầu xuất hiện ở catot thì ngừng điện phân, thu được 0,448 lít khí ở anot (đktc). Tìm kim loại X? Hướng dẫn XCln → nCl-. Theo đề: nCl2= 4 , 22 448 , 0 = 0,0 (mol).
Tại anot: 2Cl-→ Cl2 + 2e Tại catot: Xn+ + ne → X. 0,02 0,04 (mol) n 04 , 0 0,04 (mol) Catot bắt đầu xuất hiện khí nên Xn+ vừa hết.
n XCl 2,7 M 0,04 n = = 67,5n ⇒ MX = 32n ⇒ n = 2, X = 62 (X là Cu).
* Bài tập về kim loại tác dụng với axit
Câu 8: Hòa tan hoàn toàn 3,22 gam hỗn hợp gồm Fe, Mg, Zn bằng một lượng vừa đủ dd H2SO4 loãng, thu được 0,06 mol khí H2 và dd chứa m gam muối. Tìm m?
Hướng dẫn
2 4 SO H 1 n n 2 − = + = 0,06 (mol) => mmuối = mFe2++ mMg2++ 2 Zn m ++ 2 4 SO m −= 3,22 + 0,06.96 = 8,98 (gam)
Câu 9: Cho 7,68 gam Cu vào 200 ml dung dịch gồm HNO3 0,6M và H2SO4 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn (sản phẩm khử duy nhất là NO), cô cạn cẩn thận toàn bộ dung dịch sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là
A. 20,16 gam. B. 19,76 gam. C. 19,20 gam. D. 22,56 gam.
Hướng dẫn nCu = 0,12 ; − 3 NO n = 0,12 và nH+ = 0,32 và 2 4 − SO n = 0,1 3 Cu + 8 H+ + 2 − 3 NO → 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O 0,12 0,32 0,08 → dư − 3 NO n = 0,04 → m = 7,68 + 0,1.96 + 0,04.62 = 19,76g → Đáp án B
* Bài tập về phản ứng khử oxit kim loại
Câu 10: Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ, thu được 15,68 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm CO, CO2 và H2. Cho toàn bộ X tác dụng hết với CuO (dư) nung nóng, thu được hỗn hợp chất rắn Y. Hòa tan toàn bộ Y bằng dung dịch HNO3 (loãng, dư) được 8,96 lít NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính phần trăm thể tích khí CO trong X ?
Hướng dẫn
H2O + C ˆ ˆ ˆ†‡ ˆ ˆˆto CO + H2 x x x (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2H2O + C ˆ ˆ ˆ†‡ ˆ ˆˆto CO2 + 2H2 2y y 2y
Theo phương trình và theo giả thiết ta có : 2x+ 3y = 0,7 (1) CO + CuO →t0 CO2 + Cu
H2 + CuO →t0 H2 O + Cu Áp dụng ĐLBT mol eletron ta có:
Vậy %CO = 28,57%
* Bài tập về kim loại tác dụng với muối
Câu 11: Cho 2,7 gam hỗn hợp bột X gồm Fe và Zn tác dụng với dung dịch CuSO4. Sau một thời gian, thu được dung dịch Y và 2,84 gam chất rắn Z. Cho toàn bộ Z vào dung dịch H2SO4 (loãng, dư). sau khi các phản ứng kết thúc thì khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam và dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất. Tính phần trăm khối lượng của Fe trong X ?
Hướng dẫn
nCu = 2,84 – 0,28 = 0,56 → nCu = 0,04 → mhh đầu = 2,42
65x + 56y = 2,42 và bảo toàn e: 2(x + y) = 0,04.2 → x = y = 0,02 %Fe = 0,02.562,7+0,28= 0,5185
* Bài tập về hỗn hợp kim loại tác dụng với phi kim
Câu 12: Cho m gam hỗn hợp gồm ba kim loại gồm Mg, Al và Fe vào một bình kín có thể tích không đổi 10 lít chứa khí oxi, ở 136,50C và áp suất trong bình là 1,428 atm. Nung nóng bình một thời gian, sau đó đưa nhiệt độ bình về bằng nhiệt độ 136,50C, áp suất trong bình giảm 10% so với lúc đầu. Trong bình có 3,82 gam các chất rắn (thể tích chất rắn thay đổi không đáng kể). Giá trị của m là
A. 2,46. B. 1,18. C. 3,24. D. 2,12 Hướng dẫn Áp suất giảm 10% 2 O 0, 425.10 n 0, 0425(mol) 100 ⇒ = = ⇒ m = 3,82 - 0,425.32 = 2,46 (gam)
2.6.1.3. Bài tập không có hướng dẫn
Câu 13: Viết các PTHH xảy ra khi cho Mg, Fe lần lượt tác dụng với các axit H2SO4 loãng, H2SO4 đặc, HNO3 (đặc và loãng)?
Câu 14: a) Nêu hiện tượng xảy ra khi cho sắt kim loại vào: - Dung dịch H2SO4 loãng.
- Dung dịch H2SO4 loãng có nhỏ vài giọt CuSO4.
Câu 15: Khối lượng riêng của canxi kim loại là 1,55 g/cm3. Giả thiết rằng, trong tinh thể canxi các nguyên tử là những hình cầu chiếm 74% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe rỗng. Tính bán kính nguyên tử canxi tính theo lí thuyết?
ĐS: 0,196 nm
Câu 16: Một hợp chất A tạo thành từ 3 ion có cùng cấu hình là: 1s22s22p63s23p6. Xác định CTPT của A, biết rằng A tan trong nước tạo thành dd làm xanh giấy quỳ ?
ĐS: A là K2S.
Câu 17: Hợp chất A được tạo thành từ cation X+ và anion Y2-. Mỗi ion đều do 5 nguyên tử của hai nguyên tố tạo thành. Tổng số proton trong X+ là 11, tổng số electron trong Y2- là 50. Xác định CTPT và gọi tên A, biết rằng hai nguyên tố trong Y2- thuộc cùng một nhóm A và thuộc hai chu kỳ liên tiếp?
ĐS: A là (NH4)2SO4
Câu 18: Nhúng một thanh graphit được phủ một lớp kim loại hóa trị II vào dd CuSO4 (dư). Sau phản ứng, khối lượng thanh graphit giảm đi 0,24 gam. Cũng thanh này được nhúng vào dd AgNO3 (dư), khi phản ứng xong khối lượng thanh tăng lên 0,52 gam. Xác định kim loại trên?
ĐS: Cd.
Câu 19: Điện phân nóng chảy một muối của KL X với cường độ dòng điện là 10A, thời gian điện phân là 80 phút 25 giây, thu được 0,25 mol KL X ở catot. Xác định số oxi hóa của kim loại X trong muối?
ĐS: +2.
Câu 20: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến khi dung dịch NaOH trong bình có nồng độ 25 % thì ngừng điện phân. Tính thể tích khí (đktc) thoát ra ở anot và catot?
ĐS: 74,7 lít và 149,3 lít
Câu 21: Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 ( d = 1,25 g/ml) với điện cực graphit (than chì) thấy khối lượng dung dịch giảm 8 gam. Để làm kết tủa hết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch H2S 0,5 M. Nồng độ phần trăm của dung dịch CuSO4 ban đầu là bao nhiêu?
Câu 22: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M với cường độ dòng điện 9,65A. Tính khối lượng Cu bám vào catot khi thời gian điện phân t1 = 200 s và t2 = 500 s. Biết hiệu suất điện phân là 100 %. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ĐS: 0,64 gam và 1,28 gam
Câu 23: Thổi V lít hỗn hợp X gồm CO và H2 đi qua ống sứ đựng hỗn hợp CuO, Fe2O4, Al2O3. Sau phản ứng, thu được hỗn hợp khí và hơi nước nặng hơn hỗn hợp X là 0,32 gam. Tính giá trị của V (đktc)?
ĐS: 0,448 lít
Câu 24: Tại sao để điều chế hiđro cần chế hoá kẽm bằng dd axit clohiđric chứ không dùng dd axit sufuric?
Câu 25: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu được V lít hỗn hợp khí X (đktc, gồm NO và NO2) và dung dịch Y chỉ chứa 2 muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Xác định V?
ĐS: V = 5,6 lít
Câu 26: Xác định sức điện động tiêu chuẩn của pin được tạo bởi các điện cực: Sn2+/Sn và Pb2+/Pb. Nếu [Sn2+] = 1M, [Pb2+] = 10-5M thì sức điện động của pin là bao nhiêu ? Biết 2 0 Sn /Sn E + = - 0,14V, 2 0 Pb /Pb E + = - 0,13V. ĐS: E0pin = 0,01V; Epin = 0,1375V
Câu 27: Trong một dd hỗn hợp có KMnO4 0,01M, H2SO4 0,5M, FeSO4 0,02M và Fe2(SO4)3 0,005M. Hãy tính nồng độ của các ion khi phản ứng kết thúc (K = 1062,7)?
ĐS: [MnO−
4] = 0,006M; [H+] = 0,068M; [Mn2+] = 0,004M; [Fe3+] = 0,03M; [K+] = 0,01M; [SO2−
4 ] = 0,535M; [Fe2+] = 0M
2.5.1.4. Bài tập tự kiểm tra, đánh giá kết quả học tập
Câu 28: Cho các ion: Li+, Na+, K+, Be2+, Mg2+. Ion nào trong số các ion trên có bán kính nhỏ nhất?
A. Li+ B. Be2+ C. K+ D. Mg2+
Câu 29: Kim loại dẫn được điện là do kim loại có A. Các ion dương kim loại và electron.
D. Mật độ electron trong kim loại lớn.
Câu 30: Tính chất hoá học chung của kim loại là
A. Dễ bị khử. B. Năng lượng ion hoá lớn.
C. Khó bị oxi hoá. D. Dễ bị oxi hoá.
Câu 31: Có các cặp chất sau:
1. Ni và dung dịch MgSO4 4. Sn và dung dịch Pb(NO3)2
2. K và dung dịch NaCl 5. Dung dịch SnCl2 và dung dịch FeCl3 3. Ni và dung dịch CuSO4.
Các cặp chất xảy ra phản ứng là:
A. 1,3,4 B. 2,3,4 C. 3,4,5 D. 2,3,4,5
Câu 32: Cặp nào không có khả năng xảy ra phản ứng A. Dung dịch Cu(NO3)2 và dung dịch NaOH.
B. Nung hỗn hợp Fe và ZnO.
C. Dung dịch ZnCl2 và dung dịch NaOH. D. Na2CO3 và dung dịch HCl.
Câu 33: Có 3 chất rắn là Mg, Al, Al2O3 đựng trong 3 lọ riêng biệt. Thuốc thử duy nhất có thể dùng để nhận biết mỗi chất là chất nào sau đây?
A. HCl đặc. B. H2SO4 đặc.
C. HNO3 đặc. D. dung dịch NaOH. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Câu 34: Kết luận nào sau đây không đúng về tính chất của hợp kim?