Chuyên đề Kim loại phản ứng với muối (tiếp)

muối của Y:
- X phải đứng trước Y trong dãy điện hóa.
Ví dụ: Xét phản ứng sau:
Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag¯
Phản ứng trên luôn xảy ra vì: Cu có tính khử mạnh hơn Ag và Ag+ có tính oxi hóa mạnh hơn Cu2+.
Fe + Al3+: Phản ứng này không xảy ra vì Fe đứng sau Al trong dãy điện hóa.
- Muối của kim loại Y phải tan trong nước.
Zn + Fe(NO3)3 → Zn(NO3)2 + Fe
phản ứng này xảy ra vì Zn đứng trước Fe và muối sắt nitrat tan tốt trong nước.
Al + PbSO4: Phản ứng này không xảy ra vì muối chì sunfat không tan trong nước.
Chú ý: Không được lấy các kim loại kiềm (Na, K, ...) và kiềm thổ (Ca, Sr, Ba) mặc dù chúng đứng trước nhiều kim loại nhưng khi cho vào nước thì sẽ tác dụng với nước trước tạo ra một bazơ, sau đó sẽ thực hiện phản ứng trao đổi với muối tạo hiđroxit (kết tủa).
Ví dụ: Cho kali vào dung dịch Fe2(SO4)3 thì có các phản ứng sau:
K + H2O → KOH + 1/2 H2.
Fe2(SO4)3 + 6KOH → 2Fe(OH)3¯ + 3K2SO4
Dạng II: Cho một kim loại X vào dung dịch chứa hai muối của hai ion kim loại Yn+ và Zm+.
- Để đơn giản trong tính toán, ta chỉ xét trường hợp X đứng trước Y và Z, nghĩa là khử được cả hai ion Yn+ và Zm+ (Y đứng trước Z).
- Do Zm+ có tính oxi hóa mạnh hơn Yn+ nên X phản ứng với Zm+ trước:
mX + qZm+ → mXq+ + qZ ¯ (1) (q là hóa trị của X)
Nếu sau phản ứng (1) còn dư X thì có phản ứng:
nX + qYn+ → nXq+ + qY¯ (2)
Vậy, các trường hợp xảy ra sau khi phản ứng kết thúc:
+ Nếu dung dịch chứa 3 ion kim loại (Xq+, Yn+ và Zm+) thì không có phản ứng (2) xảy ra, tức là kim loại X hết và ion Zm+ còn dư.
+ Nếu dung dịch chứa hai ion kim loại (Xq+, Yn+) thì phản ứng (1) xảy ra xong (tức hết Zm+), phản ứng (2) xảy ra chưa xong (dư Yn+), tức là X hết.
+ Nếu dung dịch chỉ chứa ion kim loại (Xq+) thì phản ứng (1), (2) xảy ra hoàn toàn, tức là các ion Yn+ và Zm+ hết, còn  X hết hoặc dư.
Chú ý:
- Nếu biết số mol ban đầu của X, Yn+ và Zm+ thì ta thực hiện thứ tự như trên.
- Nếu biết cụ thể số mol ban đầu của Yn+ và Zm+ nhưng không biết số mol ban đầu của X, thì:
+ Khi biết khối lượng chất rắn D (gồm các kim loại kết tủa hay dư), ta lấy hai mốc để so sánh:
Mốc 1: Vừa xong phản ứng (1), chưa xảy ra phản ứng (2). Z kết tủa hết, Y chưa kết tủa, X tan hết.
mChất rắn = mZ = m1
Mốc 2: Vừa xong phản ứng (1) và phản ứng (2), Y và Z kết tủa hết, X tan hết.
mChất rắn = mZ + mY = m2
Ta tiến hành so sánh khối lượng chất rắn D với m1 và m2
Nếu mD < m1: Z kết tủa một phần, Y chưa kết tủa.
Nếu m1 < mD < m2 : Z kết tủa hết, Y kết tủa một phần
Nếu mD > m2 : Y và Z kết tủa hết, dư X.
+ Khi biết khối lượng chung các oxit kim loại sau khi nung kết tủa hidroxit tạo ra khi thêm NaOH dư vào dung dịch thu được sau phản ứng giữa X với Yn+ và Zm+, ta có thể sử dụng 1 trong 2 phương pháp sau:
Phương pháp 1: Giả sử chỉ có phản ứng (1) (Z kết tủa hết, X tan hết, Yn+ chưa phản ứng) thì:
m1 = m các oxit
Giả sử vừa xong phản ứng (1) và (2) (Y và Z kết tủa hết, X tan hết) thì:
m2 = mcác oxit
Để xác định điểm kết thúc phản ứng, ta tiến hành so sánh mchất rắn với m1, m2 như:
m2 < mchất rắn < m1: Z kết tủa hết, Y kết tủa một phần, X tan hết.
mchất rắn > m1: Z kết tủa một phần, Y chưa kết tủa, X tan hết.
Phương pháp 2: Xét 3 trường hợp sau:
Dư X, hết Yn+ và Zm+.
Hết X, dư Yn+ và Zm+.
Hết X, hết Zm+ và dư Yn+.
Trong mỗi trường hợp, giải hệ phương trình vừa lập. Nếu các nghiệm đều dương và thỏa mãn một điều kiện ban đầu ứng với các trường hợp khảo sát thì đúng và ngược lại là sai.
Dạng 3: Hai kim loại X,Y vào một dung dịch chứa một ion Zn+.
- Nếu không biết số mol ban đầu của X, Y, Zn+, thì ta vẫn áp dụng phương pháp chung bằng cách chia ra từng trường hợp một, lập phương trình rồi giải.
- Nếu biết được số mol ban đầu của X, Y nhưng không biết số mol ban đầu của Zn+, thì ta áp dụng phương pháp dùng 2 mốc để so sánh.
Nếu chỉ có X tác dụng với Zn+ → mchất rắn = m1.
Nếu cả X, Y tác dụng với Zn+ (không dư Zn+) → mchất rắn =m2
Nếu X tác dụng hết, Y tác dụng một phần → m1 < mchất rắn < m2.
Dạng 4: Hai kim loại X, Y cho vào dung dịch chứa 2 ion kim loại Zn+, Tm+ (X, Y đứng trước Z, T).
Giả sử X > Y, Zn+ > Tm+, ta xét các trường hợp sau:
Trường hợp 1: Nếu biết số mol ban đầu của X, Y, Zn+, Tm+, ta chỉ cần tính số mol theo thứ tự phản ứng.
X + Tm+ → ...
X + Zn+ → ... (nếu dư X, hết Tm+)
Y + Tm+ → ... (nếu hết X, dư Tm+)
Trường hợp 2: Nếu không biết số mol ban đầu, dựa trên số ion tồn tại trong dung dịch sau phản ứng để dự đoán chất nào hết, chất nào còn.
Ví dụ: Nếu dung dịch chứa ba ion kim loại (Xa+, Yb+, Zn+) → Hết Tm+, hết X, Y (còn dư Zc+), ... thì ta sử dụng phương pháp tính sau đây:
Tổng số electron cho bởi X, Y = tổng số electron nhận bởi Zn+, Tm+.
Ví dụ: Cho a mol Zn và b mol Fe tác dụng với c mol Cu2+.
Các bán phản ứng.
Zn → Zn2+ + 2e
(mol)       a               2a
Fe → Fe2+ + 2e
(mol)       b                   2b
Cu → Cu2+ + 2e
(mol)       c                   2c
Tổng số mol electron cho: 2a + 2b (mol)
Tổng số mol electron nhận: 2c (mol)
Vậy: 2a + 2b = 2c → a + b = c.
II. VÍ DỤ ÁP DỤNG
Ví dụ 1: Cho 0,387 gam hỗn hợp A gồm Zn và Cu vào dung dịch Ag2SO4 có số  mol là 0,005 mol. Khuấy đều tới phản ứng hoàn toàn thu được 1,144gam chất rắn. Tính khối lượng mỗi kim loại.
Hướng dẫn giải:
- Phản ứng:
Zn + Ag2SO4 = ZnSO4 + 2Ag¯
Cu + Ag2SO4 = CuSO4 + 2Ag¯
- Vì tổng số mol Zn và Cu nằm trong giới hạn:
0,387/65 < nhh < 0,387/64
→ 0,0059 < nhh < 0,00604
→ nhh lớn hơn 0,005 mol, chứng tỏ Ag2SO4 hết.
- Giả sử Zn phản ứng một phần, Cu chưa tham gia phản ứng.
Gọi số mol Zn ban đầu là x; số mol Zn phản ứng là x'
Gọi số mol Cu ban đầu là y.
→ Khối lượng kim loại tăng:
108.2x' - 65.x' = 1,144 - 0,387 = 0,757 (gam)
→ 151x' = 0,757 → x' = 0,00501.
Số mol này lớn hơn 0,005 mol, điều này không phù hợp với đề bài, do đó Zn phản ứng hết và x = x'.
- Zn phản ứng hết, Cu tham gia phản ứng một phần.
Gọi số mol Cu tham gia phản ứng là y.
Ta có phương trình khối lượng kim loại tăng:
108.2x - 65.x + 108 . 2y' - 64 . y' = 0,757 (*)
Giải phương trình (*) kết hợp với phương trình:
x + y' = 0,005
Ta có: x = 0,003 và y = 0,002
Vậy: mZn = 0,003 . 65 = 0,195 (gam)
mCu = 0,387 - 0,195 = 0,192 (gam)
Ví dụ 2: Cho 4,15 gam hỗn hợp Fe, Al phản ứng với 200ml dung dịch CuSO4 0,525M. Khuấy kĩ hỗn hợp để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đem lọc kết tủa (A) gồm hai kim loại nặng 7,84 gam và dung dịch nước lọc (B). Để hòa tan kết tủa (A) cần ít nhất bao nhiêu mililit dung dịch HNO3 2M, biết phản ứng tạo NO?
Hướng dẫn giải:
Phản ứng xảy ra với Al trước, sau đó đến Fe. Theo giả thiết, kim loại sinh ra là Cu (kim loại II).
Gọi x là số mol Al, y là số mol Fe phản ứng và z là mol Fe dư:
2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu
x        1,5x                              1,5x           (mol)
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
y         y                            y    (mol)
Ta có: 27x + 56(y + z) = 4,15 (1)
1,5x + y = 0,2 . 0,525 = 0,105 (2)
64(1,5x + y) + 56z = 7,84 (3)
Giải hệ (1), (2), (3)
→ x = 0,05, y = 0,03 và z = 0,02.
Phản ứng với HNO3:
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
z          4z                                                                (mol)
3Cu         +   8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
(1,5x + y)    8/3(1,5x +y)                        (mol)
→ nHNO3 = 8,3(1,5x + y) + 4z = 0,36 (mol)
Vậy V dd HNO3 = 0,36 /2 = 0,18 (lít)
Ví dụ 3: Cho hỗn hợp (Y) gồm 2,8 gam Fe và 0,81 gam Al vào 200ml dung dịch (C) chứa AgNO3 và Cu(NO3)2. Kết thúc phản ứng thu được dung dịch (D) và 8,12 gam chất rắn (E) gồm ba kim loại. Cho (E) tác dụng với dung dịch HCl dư, ta thu được 0,672 lít H2 (đktc). Tính nồng độ mol/l AgNO3, Cu(NO3)2 trước khi phản ứng.
Hướng dẫn giải:
Vì phản ứng giữa Al và AgNO3 xảy ra trước nên kim loại sau phản ứng phải có Ag, kế đến là CuSO4 có phản ứng tạo thành Cu. Theo giả thiết, có ba kim loại → kim loại thứ ba là Fe còn dư.
Ta có: nFe = 2,8/5,6 = 0,05 (mol);
nAl = 0,81/27 = 0,03 (mol)
và nH2 = 0,672/22,4 = 0,03 (mol)
Phản ứng: Fedư + 2HCl → 2FeCl2 + H2
(mol)        0,03                                0,03
→ Số mol Fe phản ứng với muối:
0,05 - 0,03 = 0,02 (mol)
Ta có phản ứng sau (có thể xảy ra):
Al + 3AgNO3 → 3Ag¯ + Al(NO3)2
→ Al + 3Ag+ → 3Ag¯ + Al3+.
2Al + 3Cu(NO3)2 → 2Al(NO3)2 + Cu¯
→ 2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu¯
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag¯
→ Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag¯
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu¯
→ Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu¯
→ Ta có sự trao đổi electron như sau:
Al → Al3+ + 3e
0,03           0,09 (mol)
Fe → Fe2+ + 2e
0,02            0,04  (mol)
Ag+ + 1e → Ag
x        x         x   (mol)
Cu2+ + 2e → Cu
y         2y        y     (mol)
Tổng số electron nhường = Tổng số electron nhận
→ x + 2y = 0,09 + 0,04 = 0,13 (1)
108x + 64y + 56 . 0,03 = 8,12 (2)
Giải hệ phương trình (1) và (2), ta được x = 0,03; y = 0,05.
Vậy: CM AgNO3 = 0,03 / 0,2 = 0,15M
CM Cu(NO3)2 = 0,05/0,2 = 0,25M.
Ví dụ 4: Cho 9,16 gam bột A gồm Zn, Fe, Cu vào cốc đựng 170ml dung dịch CuSO4 1M. Sau phản ứng thu được dung dịch B và kết tủa D, nung D trong không khí ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi được 12 gam chất rắn. Thêm dung dịch NaOH vào một nửa dung dịch B, lọc kết tủa, rửa và nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 5,2 gam chất rắn E. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
Hướng dẫn giải
- Theo đầu bài các phản ứng xảy ra hoàn toàn nên Zn phản ứng trước, sau đến Fe và ion Cu2+ có thể hết hoặc còn dư.
nCuSO4 = 0,17 . 1 = 0,17 (mol)
- Giả sử 9,16 gam A hoàn toàn là Fe (khối lượng nguyên tử nhỏ nhất) thì nhỗn hợp = 9,16/56 = 0,164 (mol). Vì vậy nA < nCuSO4. Do đó phản ứng CuSO4 còn dư, hỗn hợp kim loại hết.
- Phương trình phản ứng:
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu¯
x        x               x           x    (mol)
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu¯
y         y               y          y     (mol)
Gọi nCu ban đầu là z mol
Ta có: 65x + 56y + 64z = 9,16 (1)
Chất rắn D là Cu: Cu + 1/2O2 = CuO
(x + y + z) = 12/80 = 0,15(mol) (2)
- Khi cho 1/2 dung dịch B + NaOH sẽ xảy ra các phản ứng:
Ta có phương trình:
(0,25y . 160) + 0,5(0,17 - x - y) . 80 = 5,