a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loóng:
M + nH+ Mn+ + n/2H2
(M đứng trước hiđro trong dóy thế điện cực chuẩn)
b) Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit cú tớnh oxi húa mạnh):
- Kim loại thể hiện nhiều số oxi húa khỏc nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 sẽ đạt số oxi húa cao nhất
- Hầu hết cỏc kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc núng (trừ Pt, Au) và H2SO4 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đú S+6 trong H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2) ; So hoặc S-2 (H2S)
- Hầu hết cỏc kim loại phản ứng được với HNO3 đặc núng (trừ Pt, Au) và HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đú N+5 trong HNO3 bị khử thành N+4 (NO2)
- Hầu hết cỏc kim loại phản ứng được với HNO3 loóng (trừ Pt, Au), khi đú N+5 trong HNO3 bị khử thành N+2 (NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) hoặc N-3 (NH4+)
c) Kim loại tan trong nước (Na, K, Ba, Ca,…) tỏc dụng với axit: cú 2 trường hợp
- Nếu dung dịch axit dựng dư: chỉ cú phản ứng của kim loại với axit
- Nếu axit thiếu thỡ ngoài phản ứng giữa kim loại với axit (xảy ra trước) cũn cú phản ứng kim loại dư tỏc dụng với nước của dung dịch
- Kim loại tỏc dụng với hỗn hợp axit HCl, H2SO4 loóng (H+ đúng vai trũ là chất oxi húa) thỡ tạo ra muối cú số oxi húa thấp và giải phúng H2: M + nH+ → Mn+ + n/2H2 (nH+ = nHCl + 2nH2SO4)
- Kim loại tỏc dụng với hỗn hợp axit HCl, H2SO4 loóng, HNO3 → viết phương trỡnh phản ứng dưới dạng ion thu gọn (H+ đúng vai trũ mụi trường, NO3– đúng vai trũ chất oxi húa) và so sỏnh cỏc tỉ số giữa số mol ban đầu và hệ số tỉ lượng trong phương trỡnh xem tỉ số nào nhỏ nhất thỡ chất đú sẽ hết trước (để tớnh theo)
- Cỏc kim loại tỏc dụng với ion NO3– trong mụi trường axit H+ xem như tỏc dụng với HNO3 - Cỏc kim loại Zn, Al tỏc dụng với ion NO3– trong mụi trường kiềm OH– giải phúng NH3
4Zn + NO3– + 7OH– → 4ZnO22– + NH3 + 2H2O (4Zn + NO3– + 7OH– + 6H2O → 4[Zn(OH)4]2– + NH3)
8Al + 3NO3– + 5OH– + 2H2O → 8AlO2– + 3NH3 (8Al + 3NO3– + 5OH– + 18H2O → 8[Al(OH)4]– + 3NH3
- Khi hỗn hợp nhiều kim loại tỏc dụng với hỗn hợp axit thỡ dựng định luật bảo toàn mol electron và phương phỏp ion – electron để giải cho nhanh. So sỏnh tổng số mol electron cho và nhận để biện luận xem chất nào hết, chất nào dư - Khi hỗn hợp kim loại trong đú cú Fe tỏc dụng với H2SO4 đặc núng hoặc HNO3 cần chỳ ý xem kim loại cú dư khụng. Nếu kim loại (Mg → Cu) dư thỡ cú phản ứng kim loại khử Fe3+ về Fe2+. Vớ dụ: Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+ ; Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+
- Khi hũa tan hoàn hoàn hỗn hợp kim loại trong đú cú Fe bằng dung dịch HNO3 mà thể tớch axit cần dựng là nhỏ nhất → muối Fe2+
- Kim loại cú tớnh khử mạnh hơn sẽ ưu tiờn phản ứng trước
- Nếu đề bài yờu cầu tớnh khối lượng muối trong dung dịch, ta ỏp dụng cụng thức sau: mmuối = mcation + manion tạo muối = mkim loại + manion tạo muối
(manion tạo muối = manion ban đầu – manion tạo khớ) - Cần nhớ một số cỏc bỏn phản ứng sau:
2H+ + 2e → H2 NO3- + e + 2H+ → NO2 + H2O SO42– + 2e + 4H+ → SO2 + 2H2O NO3- + 3e + 4H+ → NO + 2H2O SO42– + 6e + 8H+ → S + 4H2O 2NO3- + 8e + 10H+ N2O + 5H2O SO42– + 8e + 10H+ → H2S + 4H2O 2NO3- + 10e + 12H+ → N2 + 6H2O NO3- + 8e + 10H+ → NH4+ + 3H2O - Cần nhớ số mol anion tạo muối và số mol axit tham gia phản ứng:
nSO42–tạo muối = Σ . nX (a là số electron mà S+6 nhận để tạo sản phẩm khử X) nH2SO4 phản ứng = 2nSO2 + 4nS + 5nH2S
nNO3–tạo muối = Σ a.nX (a là số electron mà N+5 nhận để tạo ra sản phẩm khử X) nHNO3 phản ứng = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O + 12nN2
3) Một số vớ dụ minh họa
Vớ dụ 1: Cho 3,68 gam hỗn hợp gồm Al và Zn tỏc dụng với một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 10 %, thu được 2,24
lớt khớ H2 (ở đktc). Khối lượng dung dịch thu được sau phản ứng là:
A. 101,68 gam B. 88,20 gam C. 101,48 gam D. 97,80 gam
Hướng dẫn: nH2 = nH2SO4 = 0,1 mol → m (dung dịch H2SO4) = 98 gam → m (dung dịch sau phản ứng) = 3,68 + 98 -
0,2 = 101,48 gam → đỏp ỏn C
Vớ dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 14,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Sn bằng dung dịch HCl (dư), thu được 5,6 lớt khớ H2 (ở
đktc). Thể tớch khớ O2 (ở đktc) cần để phản ứng hoàn toàn với 14,6 gam hỗn hợp X là: A. 2,80 lớt B. 1,68 lớt C. 4,48 lớt D. 3,92 lớt
Hướng dẫn: Gọi nAl = x mol ; nSn = y mol → 27x + 119y = 14,6 (1) ; nH2 = 0,25 mol
- Khi X tỏc dụng với dung dịch HCl:
Vớ dụ 3: Cho 7,68 gam hỗn hợp X gồm Mg và Al vào 400 ml dung dịch Y gồm HCl 1M và H2SO4 0,5M. Sau khi
phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 8,512 lớt khớ (ở đktc). Biết trong dung dịch, cỏc axit phõn li hoàn toàn thành cỏc ion. Phần trăm về khối lượng của Al trong X là:
Hướng dẫn: Σ nH+ = 0,8 mol ; nH2 = 0,38 mol → nH+phản ứng = 0,76 mol < 0,8 mol → axit dư, kim loại hết
- Gọi nMg = x mol ; nAl = y mol → → % Al = %
→ đỏp ỏn A
Vớ dụ 4: Cho 0,10 mol Ba vào dung dịch chứa 0,10 mol CuSO4 và 0,12 mol HCl. Sau khi cỏc phản ứng xảy ra hoàn
toàn, lọc lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng khụng đổi thu được m gam chất rắn. Giỏ trị của m là: A. 23,3 gam B. 26,5 gam C. 24,9 gam D. 25,2 gam
Hướng dẫn: Cỏc phản ứng xảy ra là:
Ba + 2HCl → BaCl2 + H2 BaCl2 + CuSO4 → BaSO4 + CuCl2 0,06 ←0,12 → 0,06 0,06 → 0,06 0,06
Ba + 2H2O →Ba(OH)2 + H2 Ba(OH)2 + CuSO4 → BaSO4 + Cu(OH)2 0,04 → 0,04 0,04 → 0,04 0,04 0,04 Cu(OH)2 CuO + H2O
0,04 0,04
→ m (chất rắn) = mBaSO4 + mCuO = (0,06 + 0,04).233 + 0,04.80 = 26,5 gam → đỏp ỏn B
Vớ dụ 5: Thể tớch dung dịch HNO3 1M (loóng) ớt nhất cần dựng để hoà tan hoàn toàn 18 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu
trộn theo tỉ lệ mol 1 : 1 là: (biết phản ứng tạo chất khử duy nhất là NO)
A. 1,0 lớt B. 0,6 lớt C. 0,8 lớt D. 1,2 lớt
Hướng dẫn: nFe = nCu = 0,15 mol
- Do thể tớch dung dịch HNO3 cần dựng ớt nhất → muối Fe2+ → ∑ ne cho = 2.(0,15 + 0,15) = 0,6 mol
- Theo đlbt mol electron nH+ = nHNO3 = mol → VHNO = 0,8 lớt → đỏp ỏn C
Vớ dụ 6: Hũa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch hỗn hợp HNO3 1M và H2SO4 0,5M, kết thỳc phản ứng thu được V
lớt (ở đktc) khớ khụng màu duy nhất thoỏt ra, húa nõu ngoài khụng khớ. Giỏ trị của V là: A. 1,344 lớt B. 4,032 lớt C. 2,016 lớt D. 1,008 lớt
Hướng dẫn: nCu = 0,15 mol ; nNO3– = 0,18 mol ; Σ nH+ = 0,36 mol
3Cu + 8H+ + 2NO3– → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Do → H+ hết ; Cu dư 0,36→ 0,09
→ VNO = 0,09.22,4 = 2,016 lớt → đỏp ỏn C
Vớ dụ 7: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và
NaNO3 0,2M. Sau khi cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khớ NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thỡ lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giỏ trị tối thiểu của V là:
A. 360 ml B. 240 ml C. 400 ml D. 120 ml
Hướng dẫn: nFe = 0,02 mol ; nCu = 0,03 mol → Σ ne cho = 0,02.3 + 0,03.2 = 0,12 mol ; nH+ = 0,4 mol ; nNO3– = 0,08 mol (Ion NO3– trong mụi trường H+ cú tớnh oxi húa mạnh như HNO3)
- Bỏn phản ứng: NO3– + 3e + 4H+ → NO + 2H2O Do → kim loại kết và H+ dư 0,12→ 0,16
→ nH+ dư = 0,4 – 0,16 = 0,24 mol → Σ nOH– (tạo kết tủa max) = 0,24 + 0,02.3 + 0,03.2 = 0,36 → V = 0,36 lớt hay 360 ml → đỏp ỏn A
Vớ dụ 8: Cho 24,3 gam bột Al vào 225 ml dung dịch hỗn hợp NaNO3 1M và NaOH 3M khuấy đều cho đến khi khớ
ngừng thoỏt ra thỡ dừng lại và thu được V lớt khớ (ở đktc).Giỏ trị của V là:
A. 11,76 lớt B. 9,072 lớt C. 13,44 lớt D. 15,12 lớt
Hướng dẫn: nAl = 0,9 mol ; nNO3– = 0,225 mol ; nOH– = 0,675 mol
8Al + 3NO3– + 5OH– + 18H2O → 8[Al(OH)4]– + 3NH3 (1) Do → NO3– hết Bđ: 0,9 0,225 0,675
Pư: 0,6 ← 0,225 → 0,375 0,225 Dư: 0,3 0 0,3
Al + OH– (dư) + H2O → AlO2– + H2 (2) 0,3 0,3 0,45
Vớ dụ 9: Hũa tan hoàn toàn 100 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu , Ag trong dung dịch HNO3 (dư). Kết thỳc phản ứng thu
được 13,44 lớt hỗn hợp khớ Y gồm NO2, NO, N2O theo tỉ lệ số mol tương ứng là 3 : 2 : 1 và dung dịch Z (khụng chứa muối NH4NO3). Cụ cạn dung dịch Z thu được m gam muối khan. Giỏ trị của m và số mol HNO3 đó phản ứng lần lượt là:
A. 205,4 gam và 2,5 mol B. 199,2 gam và 2,4 mol