Phương pháp giải toán : kim loại tác dụng với phi kim

a. Kim loại tác dụng với oxi

Hầu hết các kim loại đều tác dụng với oxi ( trừ Au, Ag, Pt) 4M + xO2 t0→2M2Ox(1)

Để giải nhanh cần chú ý :

m chất rắn ( hoặc oxit) = m kim loại + mO ( và nO = no2−( trong oxit) Sau quá trình (1) thường cho oxit (hoặc sản phẩm rắn) tác dụng với

• Dung dịch axit (HCl hay H2SO4 loãng ) 2H+ + O2- → H2O

⇒ số mol H+ = 2.số mol O2- (trong oxit)

Lưu ý:

-Cứ 1 mol O2- ( trong oxit) thay bằng 2 mol Cl- ( định luật bảo toàn điện tích) khối lượng tăng =71-16 = 55 (gam)

-Cứ 1 mol O2- ( trong oxit) thay bằng 1 mol SO42- ( định luật bảo toàn điện tích) khối lượng tăng = 96-16 = 80 (gam)

• Dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh (HNO3 hoặc H2SO4 đặc)

Cần chú ý trạng thái đầu và cuối cùng, rồi vận dụng định luật bảo toàn e và sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để tính mO = m chất rắn( hoặc oxit) – mkim loại

R Rx+ + xe ( R là kim loại, x là số e cho) ⇒số mol e cho = x.nR

O2 + 4e2O2-⇒số mol e nhận = 4.số mol O2

Theo định luật bảo toàn e, ta có: x.nR = 4.số mol O2

b.Kim loại tác dụng với lưu huỳnh

- Hầu hết các kim loại đều tác dụng với lưu huỳnh khi đun nóng ( riêng Hg phản ứng với S ngay ở nhiệt độ thường)

M + S t0→MS

- Phản ứng xảy ra không hoàn toàn( sản phẩm gồm MS, M, S ) khi hòa tan trong oxit ( HCl, H2SO4 loãng ) được hỗn hợp 2 khí H2S; H2 và một phần không tan là S (cũng có thể là CuS, PbS)

- Các muối sunfua thu được khi đốt ngoài không khí cho các kim loại ( số oxi hóa cao hơn) và khí SO2

2MS +3O2

t0

→2MO + 2SO2

4FeS + 7O2

t0

→2Fe2O3+ 4SO2

- Vì số mol O2 phản ứng > số mol SO2 mên phản ứng trên làm giảm số mol khí ⇒áp suất trong bình giảm tỉ lệ với số mol

( , )

T T

S S

n p

V T const n = p = - Nắm vững tính tan của các muối sunfua.

- Trong một số trường hợp ta có thể áp dụng định luật bảo toàn e hoặc bảo toàn nguyên tố sẽ cho kết quả nhanh chóng.

c. Kim loại tác dụng với clo

- Hầu hết các kim loại đều tác dụng với clo ở nhiệt độ thường hoặc nung nóng cho muối clorua

2M + xCl2

t0

→2MClx

Khi giải bài toán này thường áp dụng:

-Định luật bảo toàn khối lượng: m rắn = m muối clorua= m kim loại + mCl2(pứ) -Định luật bảo toàn nguyờn tố: nCl−(muoỏi) 2.= nCl2( )pử

-Định luật bảo toàn e.

R Rx+ + xe ( R là kim loại, x là số e cho) ⇒số mol e cho = x.nR

Cl2 + 4e2Cl-⇒số mol e nhận = 2.số mol Cl2

Theo định luật bảo toàn e, ta có: x.nR = 2.số mol Cl2

2.2.3.2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đốt cháy m gam hỗn hợp X gồm Mg, Cu, Zn ở dạng bột thu được 34,5 gam hỗn hợp rắn Y. Để hòa tan hỗn hợp Y cần vừa đủ 400 ml dung dịch HCl 2 M. Giá trị của m là

A.28,1. B.21,7. C.31,3. D.24,8.

Hướng dẫn giải

Số mol HCl = 0,8 mol = số mol H+ 2H+ + O2- H2O (mol) 0,8 0,4

2 16.0,4 6,4( ) ( ) mO − = = gam =m oxitO m chất rắn ( hoặc oxit) = m kim loại + mO

⇒ m kim loại = 34,5- 6,4 = 28,1(gam) (Đáp án A)

Ví dụ 2: Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm Mg, Cu, Fe, Al tác dụng hoàn toàn với O2 thu được hỗn hợp Y có khối lượng 3,33 gam .Thể tích dung dịch HCl 1M cần để hoàn tan hết hỗn hợp Y là

A.0,15 lít. B.0,30 lít. C.0,45 lít. D.0,5 lít.

Hướng dẫn giải

mO= 3,33-2,13=1,2 (gam)nO= 1,2 0,07516 = = no2−( trong oxit) 2H+ + O2- H2O

(mol) 0,15 0,075 0,15 0,15( )

1

VHCl = = l

(Đáp án A)

Ví dụ 3: Cho 40 gam hỗn hợp X gồm Au, Ag, Fe, Zn tác dụng với oxi dư nung nóng thu được 46,4 gam chất rắn.Thể tích dung dịch H2SO4 20% (d=1,14 g/ml) cần để phản ứng với chất rắn Y là

A.257,96 ml. B.334,86ml. C.85,96 ml. D.171,93ml.

Hướng dẫn giải

mO= 46,4 – 40 = 6,4 (gam)nO= 6,4 0,416 = = no2−( trong oxit) 2H+ + O2- H2O

(mol) 0,8 0,4

2 4

2 4

0,4( )

0,4.98.100 171,93( ) 20.1,14

nH SO H SO

mol

V ml

⇒ =

= =

(Đáp án D)

Ví dụ 4: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 5,68 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3(dư), thoát ra 0,672 lít NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m là

A. 2,62. B. 4,48. C. 4,84. D. 2,52.

Hướng dẫn giải nNO = 0,03(mol)

Chất khử là Fe ( Fe cho 3 e)

Chất oxi hóa là O2 và HNO3 ( O2 nhận 4 e, HNO3 nhận 3e) Gọi a, b lần lượt là số mol của Fe, O2

Theo định luật bảo toàn e, ta có : 3a= 4b + 0,03.3⇒ 3a - 4b = 0,09(1) Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có : 56a+32b = 5,68(2)

Từ (1) và (2) ta có a = 0,08(mol), b= 0,0375 (mol) mFe= m = 56.0,08= 4,48 (gam)

(Đáp án B)

Ví dụ 5: Trộn 4,48 gam bột sắt với 1,92 gam bột lưu huỳnh rồi nung nóng (trong điều kiện không có không khí), thu được hỗn hợp rắn M. Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phóng hỗn hợp khí X và còn lại một phần không tan G. Để đốt cháy hoàn toàn X và G cần vừa đủ V lít khí O2 (ở đktc). Giá trị của V là

A.1,12. B.2,24. C.5,60. D.3,36.

Hướng dẫn giải nFe = 0,08(mol) nS = 0,06(mol)

Fe, S là những chất khử ( Fe cho 2 e; S cho 4 e) O2 là chất oxi hóa ( O2 nhận 4 e)

Theo định luật bảo toàn e, ta có

2 2

2. 4. 2.0,08 4.0,06 0,1( )

4 4

0,1.22,4 2,24( )

O O

nFe nS

n mol

V l

+ +

= = =

= =

(Đáp án B)

Ví dụ 6: Nung m gam hỗn hợp gồm bột Fe và S trong bình kín không có không khí. Sau phản ứng đem phần rắn thu được hòa tan bằng lượng dư dung dịch HCl được 3,8 gam chất rắn X không tan, dung dịch Y và 0,2 mol khí Z. Dẫn Z qua dung dịch Cu(NO3)2 dư, thu được 9,6 gam kết tủa đen. Giá trị của m là

A.11,2. B.18,2. C.15,6. D.18,6.

Hướng dẫn giải

nCuS = 0,1(mol) = số mol H2S= nS(pư) = nFe (pư)

Hỗn hợp Z gồm H2S và H2  số mol H2 = 0,2-0,1= 0,1(mol) = nFe(dư) mFe = (0,1+ 0,1).56 = 11,2(gam)

mS(ban đầu) = 32.0,1+ 3,8 = 7(gam) m = 11,2+7=18,2(gam)

(Đáp án B)

Ví dụ 7: Cho V lít ( ở đktc) hỗn hợp khí X gồm clo và oxi tác dụng vừa hết với hỗn hợp gồm 4,8 gam Mg và 8,1 gam Al tạo ra 37,05 gam hỗn hợp các muối và oxit của hai kim loại.

Giá trị của V là

A.10,08. B.8,96. C.6,72. D.13,44.

Hướng dẫn giải

nMg = 0,2(mol) nAl = 0,3(mol)

2 2 37,05 (4,8 8,1) 24,15( )

O Cl

m +m = − + = gam

Gọi a, b lần lượt là số mol của O2, Cl2

32a + 71b = 24,15(1)

Theo định luật bảo toàn e, ta có:

4a+2b = 0,2.2 + 0,2.3 = 1,3 (2)

Từ (1) và (2) ta có a = 0,2 mol ; b = 0,25 (mol) V = (0,2 + 0,25).22,4=10,08 (l)

(Đáp án A)

Ví dụ 8: Cho 11,2 lít ( ở đktc) hỗn hợp khí X gồm clo và oxi tác dụng vừa hết với 16,98 gam hỗn hợp Y gồm Mg và Al tạo ra 42,34 gam hỗn hợp các muối và oxit của hai kim loại. Số gam của Al có trong hỗn hợp Y là

A.3,57. B.7,35. C.4,05. D.3,44.

Hướng dẫn giải

2 2 42,34 16,98 25,36( )

O Cl

m +m = − = gam

nX = 0,5(mol)

Gọi a, b lần lượt là số mol của O2, Cl2

0,5 0,26( )

32 71 25,36 0,24( )

a b a mol

a b a mol

 + = → =

 + =  =

 

Số mol e nhận = 4a + 2b = 1,52 (mol) Gọi x, y lần lượt là số mol của Mg, Al Số mol e cho = 2x+3y

Theo định luật bảo toàn, e ta có: 2x+3y = 1,52(1)

mY=16,89 24x+27y=16,89 (1)

Từ (1) và (2) ta có x = 0,535 mol ; y = 0,15 (mol) mAl = 0,15.27 = 4,05(gam)

(Đáp án C)

Ví dụ 9: Cho hỗn hợp X gồm Mg, Al tác dụng vừa đủ với 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp Y gồm O2, Cl2 có tỉ khối so với H2 là 27,375. Sau phản ứng thu được 5,055 gam chất rắn. Số gam của Al, Mg có trong hỗn hợp X lần lượt là

A.0,81 và 0,72. B.0,81 và 0,24. C.0,27 và 0,24. D.0,81 và 0,96.

Hướng dẫn giải 0,06( )

27,375.2 54,75 54,75.0,06 3,285( )

Y

Y Y

n mol

M m gam

=

= = ⇒ = =

Gọi a, b lần lượt là số mol của O2, Cl2

32 71 3,285 0,025( )

0,06 0,035( )

a b a mol

a b b mol

 + =  =

 + = → =

 

Số mol e nhận = 4a+2b = 0,17(mol) Gọi x, y lần lượt là số mol của Mg, Al Số mol e cho = 2x+3y (mol)

Theo định luật bảo toàn e ta có : 2x+3y = 0,17(1)

mX= 5,055 - 3,285 = 1,77 (gam)⇒24x+27y = 1,77 (2) Từ (1) và (2) ta có x = 0,04 mol ; y = 0,03 (mol)

mAl = 0,03.27= 0,81 (gam) mMg = 24.0,04 = 0,96(gam (Đáp án D)

2.2.3.3. Bài tập vận dụng

Câu 1: Cho m gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe, Zn ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được 2,81 gam hỗn hợp Y gồm các oxit. Hòa tan hoàn toàn hết lượng hỗn hợp Y nói trên

bằng dung dịch H2SO4 loãng (đủ). Sau phản ứng cô cạn dung dịch thu được 6,81 gam muối khan. Giá trị của m là

A.4,0. B.4,02 C.2,01 D.6,03.

Câu 2: Nung m gam bột Fe trong O2 thu được 11,36 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3. Cho toàn bộ chất rắn X tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m là

A.8,40. B.11,20. C.11,36. D.8,96.

Câu 3: Trộn 5,6 gam bột sắt với 2,4 gam bột lưu huỳnh rồi nung nóng (trong điều kiện không có không khí), thu được hỗn hợp rắn M. Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phóng hỗn hợp khí X và còn lại một phần không tan G. Để đốt cháy hoàn toàn X và G cần vừa đủ V lít khí O2 (ở đktc). Giá trị của V là

A. 2,80. B. 3,36. C. 3,08. D. 4,48.

Câu 4: Cho 4,26 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu và Al ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 6,66 gam. Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là

A. 90 ml. B. 57 ml. C. 75 ml. D. 50 ml.

Câu 5: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 0,56 lít NO (phẩm khử duy nhất, ở đktc).

Giá trị của m là

A. 2,62. B. 2,32. C. 2,22. D. 2,52.

Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hoá trị hai không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí Cl2 và O2. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (ở đktc). Kim loại M là

A. Be B. Cu C. Ca D. Mg