Đề tài Tuyển chọn hệ thống bài tập vô cơ kim loại ở THCS

2O3, CuO ở thể rắn thành các chất nguyên chất. 
Hướng dẫn giải
Trước tiên ta sẽ khử các oxit kim loại trên bằng hiđro ở nhiệt độ cao (chỉ có oxit kim loại đứng sau nhôm mới bị khử)
Ta có phản ứng khử như sau: CuO + H2 → Cu + H2O; Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
Còn lại MgO không bị khử. Sau đó ta cho các chất thu được tác dụng với axit HCl thì Cu không phản ứng và bị oxi hóa ở ngoài không khí tạo thành CuO: 
2Cu + O2 → 2CuO. Ta tách được CuO ra khỏi hỗn hợp.
MgO + 2HCl → MgCl2 + H2 ; Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 
Hai muối thu được là MgCl2 và FeCl2 ta cho điện phân dung dịch thì FeCl2 bị điện phân tạo thành Fe, sau đó Fe bị oxi hóa thành Fe2O3 ta tách được Fe2O3 
Muối MgCl2 không bị điện phân dung dịch thì ta điện phân nóng chảy tạo thành Mg, sau đó đốt nóng thì Mg bốc cháy trong không khí tạo ra MgO: 
MgCl2 → Mg + Cl2; 2Mg + O2 → 2MgO 
Cuối cùng ta tách được cả ba chất trên ra khỏi hỗn hợp thành các chất nguyên chất.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Quặng nhôm có Al2O3 lẫn với các tạp chất là Fe2O3 và SiO2. Hãy nêu phản ứng nhằm tách riêng từng oxit ra khỏi quặng nhôm. 
Bài 2. Một hỗn hợp gồm Al, Fe, Cu và Ag. Bằng phương pháp hóa học hãy tách rời hoàn toàn các kim loại ra khỏi hỗn hợp trên. 
B. BÀI TẬP TÍNH TOÁN 
 I. Giới thiệu một số phương pháp giải
 Phương pháp 1. Áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố.
 - Nguyên tắc: Trong các phản ứng hóa học, nguyên tố và khối lượng của chúng được bảo toàn.
Từ đó suy ra:
tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng chất tạo thành.
Tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng. 
 Phương pháp 2. Áp dụng khi cho kim loại tác dụng với dd muối.
- Nguyên tắc: 
Khi đề bài cho kim loại tác dụng với dung dịch muối: 
- Kim loại mạnh (trừ những kim loại tác dụng với nước) đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của kim loại yếu.
- Khi cho thanh kim loại vào dung dịch muối, sau phản ứng khối lượng thanh kim loại tăng hoặc giảm: 
Viết phương trình hóa học. Dưới mỗi phương trình hóa học đặt ẩn số theo số mol chất, sau đó quy số mol ra khối lượng (theo ẩn số trên)
Nếu khối lượng thanh kim loại tăng. Lập phương trình đại số
 m kim loại giải phóng – m kim loại tan = m kim loại tăng
Nếu khối lượng thanh kim loại giảm: 
m kim loại tan – m kim loại giải phóng = m kim loại giảm 
- Khi cho thanh kim loại vào dung dịch muối, sau khi lấy miếng kim loại ra thì thấy khối lượng dung dịch giảm. Ta lập luận như sau: 
 ∑ m các chất tham gia = ∑ m chất tạo thành 
 m thanh kim loạAi + m dd = m' thanh kim loại + m'' dd 
Theo định luật bảo toànkhối lượng, nếu sau phản ứng khối lượng dung dịch nhẹ đi bao nhiêu có nghĩa là khối lượng dung dịch nhẹ đi bao nhiêu có nghĩa là khối lượng thanh kim loại tăng lên bấy nhiêu. 
 Phương pháp 3. Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng.
 - Nguyên tắc: So sánh khối lượng của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ khối lượng tăng (hay giảm) này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa hai chất này trong phản ứng mà giải quyết yêu cầu đặt ra.
 Theo trình tự các bước sau: 
Xác định mối liên hệ tỉ lệ mol giữa chất đã biết (chất A) với chất cần xác định (chất B) (có thể không cần thiết phải viết phương trình phản ứng, chỉ lập sơ đồ phản ứng giữa hai chất này nhưng phải dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố để xác định tỉ lệ mol giữa chúng).
Xét xem khi chuyển từ chất A thành B (hay ngược lại) thì khối lượng tăng lên hay giảm xuống bao nhiêu gam theo tỉ lệ phản ứng và theo đề cho.
Sau đó dựa vào quy tắc tam suất, lập phương trình toán học để giải.
 Phương pháp 4. Áp dụng phương pháp tăng giảm thể tích. 
 - Nguyên tắc: So sánh thể tích (hoặc số mol) của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ thể tích (hoặc số mol) tăng (hay giảm) này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa 2 chất này trong phản ứng mà giải quyết yêu cầu đặt ra.
 Theo trình tự các bước tương tự phương pháp 3.
 Phương pháp 5. Áp dụng phương pháp chuyển bài toán hỗn hợp thành một chất tương đương (hay phương pháp sử dụng đại lượng trung bình). 
 - Nguyên tắc: khi trong bài toán xảy ra nhiều phản ứng nhưng các phản ứng cùng loại và cùng hiệu suất phản ứng thì ta thay hỗn hợp nhiều chất thành một chất tương đương. Lúc đó: lượng (số mol, khối lượng hay thể tích) của chất tương đương bằng của hỗn hợp.
 Phương pháp 6. Phương pháp áp dụng sơ đồ đường chéo.
Khi pha trộn 2 dung cùng loại nồng độ, cùng loại chất tan thì có thể dùng phương pháp đường chéo: 
Trộn m1 gam dung dịch có nồng độ C1% với m2 gam dung dịch có nồng độ C2% thì thu được dung dịch mới có nồng độ C%: 
m1 gam dd C1 │C2 - C│
	 m1 │C2 - C│
 C => — = 
 m 2 │ C1 - C│
m2 gam dd C2 │C1 – C│
Trộn V1 ml dung dịch có nồng độ C1 mol với V2 ml dung dịch có nồng độ C2 mol thì thu được dung dịch mới có nồng độ C mol và giả sử có thể tích V1 + V2 ml: 
V1 gam dd C1 │ C2 - C│
	 V1 │C2 - C│
 C => — = 
 V2 │C1 - C│
V2 gam dd C2 │C1 – C │
Sơ đồ đường chéo còn có thể áp dụng trong việc tính khối lượng riêng D
V1 lít dd D1 │D2 - D│
 V1 │D2 - D│
 D => — = 
	 V2 │ D1 - D│
V2 lít dd D2 │D1 - D│
(Với giả thiết V = V1 + V2) 
II. Một số dạng bài tập nâng cao
 Dạng 1. Bài toán xác định tên kim loại và hợp chất của chúng
Ví dụ 1: Hòa tan hỗn hợp X gồm 11,2 gam kim loại M và 69,6 gam oxit MxOy của kim loại đó trong 2 lít dung dịch HCl, thu được dung dịch A và 4,48 lít khí H2 (đktc). Nếu cũng hòa tan hỗn hợp X đó trong 2 lít dung dịch HNO3 thì thu được dung địch B và 6,72 lít khí NO (đktc). 
a. Tìm kim loại M.
b. Tìm công thức oxit của kim loại đó. 
Hướng dẫn giải
 a. Ta có PTPƯ sau: M + nHCl → MCln + n/2H2 
 amol na/2 mol 
 MxOy + 2yHCl → xMCl2y + yH2O 
Số mol H2 = 0,2 mol => na/2 = 0,2 => na = 0,4 => a = 0,4/n (với a là số mol của kim loại M cần tìm). Ta có 0,4/n. M = 11,2 => M = 28n
Biện luận để tìm M
n
1
2
3
M
28 (loại)
56 (nhận)
84 (loại)
Với M = 56 thỏa mãn, vậy kim loại cần tìm là Fe ; nFe = 0,2 mol 
 b. Gọi công thức oxit MxOy là FexOy 
Ta có số mol của khí NO là: nNO = 0,3 (mol)
 Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1)
 0,2mol 0,2mol 
 Số mol NO ở phản ứng (2) là: nNO = 0,3 – 0,2 = 0,1 (mol) 
 3FexOy + (12x-2y)HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x-2y)NO + (6x-y)H2O (2)
 3mol (3x-2y)mol 
 69,6 0,1mol
56x + 16y 
Ta có : 69,6/(56x+16y) = (3x-2y)/0,1 => 64x = 48y => x = 3 ; y = 4 
Vậy công thức oxit FexOy cần tìm là Fe3O4 
Ví dụ 2: Khử hoàn toàn 4,06 gam 1 oxit kim loại bằng CO ở nhiệt độ cao thành kim loại. Dẫn toàn bộ khí sinh ra vào bình đựng dd Ca(OH)2 dư, thấy tạo thành 7 gam kết tủa. Nếu lấy lượng kim loại tạo thành (m gam) hòa tan hết vào dd HCl dư thì thu được 1,176 lít H2 (đktc). Tìm công thức của oxit kim loại và khối lượng của kim loại.
Hướng dẫn giải
Theo đề bài ta có sơ đồ sau : 
 Khử Ca(OH)2
 CO 	 CO2 	 CaCO3↓ 
 Oxit KL
 7
Theo sơ đồ trên => nCO = nCO2 = nCaCO3 = — = 0,07 (mol)
 100
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: moxit + mCO = mKL + mCO2 
mKL = moxit + mCO - mCO2 
= 4,06 + (0,07. 28) – (0,07. 44) = 2,94 (gam)
Gọi tên kim loại trên là M, hóa trị là a, ta có: 
 M + aHCl → MCla + a/2 H2↑ 
 1,176
 nH2 = 	 = 0,0525 (mol)
 22,4 
 0,0525 0,105
 nM = 	 =	 (mol)
 a/2 a 
 2,94
 = > MM = 	 = 28a
 0,105/a
 Biện luận: 
a
1
2
3
M
 28 (loại)
 56 (nhận)
84 (loại)
Vậy nghiệm phù hợp là: a = 2 => M = 56 (Fe) 
 0,105 
 nFe = = 0,0525 (mol)
 2
Khối lượng của kim loại sắt là : mFe = 0,0525. 56 = 2,94 (gam)
Đặt công thức của oxit sắt cần tìm là FexOy ta có PT : 
 FexOy + CO → xFe + yCO2 
Ta có tỉ lệ sau : 
 nFe x 0,0525 3
 — = — = 	 = — => x = 3, y = 4
 nCO2 y 0,07 4
Vậy công thức của oxit cần tìm là Fe3O4.
Bài tập vận dụng 
Bài 1. Khử m gam 1 oxit sắt chưa biết bằng CO nóng, dư đến hoàn toàn thu được Fe và khí A. Hòa tan hết lượng Fe trên bằng HCl dư thoát ra 1,68 lít H2 (đktc). Hấp thụ toàn bộ khí A bằng Ca(OH)2 dư thu được 10 gam kết tủa. Tìm công thức oxit.
Đáp số : Fe3O4
Bài 2. Đem khử hoàn toàn 4 gam hỗn hợp CuO và oxit sắt FexOy bằng khí CO ở nhiệt độ cao, sau khi phản ứng thu được 2,88 gam chất rắn, đem hòa tan chất rắn này vào 400 ml dung dịch HCl (vừa đủ) thì có 0,896 lít khí bay ra (ở đktc). 
Tính khối lượng hỗn hợp ban đầu. 
Xác định công thức phân tử của oxit sắt. 
Đáp số : a. mCuO = 0,8 gam, mFexOy = 3,2 gam. 
 b. Fe2O3
 Dạng 2. Bài toán hỗn hợp
Ví dụ 1: Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được B gồm 4 chất nặng 4,784 gam. Khi đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 9,602 gam kết tủa. Mặt khác hòa tan chất rắn B bằng dd HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít khí H2 (đktc).
 a. Tính % khối lượng oxit trong hỗn hợp A
 b. Tính % khối lượng các chất trong B, biết trong B 
 có nFe3O4 = 1/3 ∑ nFeO và nFe2O3 
Hướng dẫn: Áp dụng bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố
Hướng dẫn giải
a. Ta có 0,04 mol hh A (FeO và Fe2O3) + CO → 4,784 hh B + CO2
 CO2 + Ba(OH)2 dư → BaCO3↓ + H2O
 0,046 mol 0,046 mol 
nCO2 = nBaCO3 = 0,046 mol và nCOpư = nCO2 = 0,046 mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: 
mA + mCO = mCO2 + mB 
 => mA = 4,784 + 0,046.44 – 0,046.28 = 5,52 (gam)
Đặt nFeO = x mol, nFe2O3 = y mol trong hỗn hợp B, ta có : 
 x + y = 0,04 x = 0,01 mol
 72x + 160y = 5,52 → y = 0,03 mol 
 0,01.72
 => %mFeO = x 100% = 13,04%
 5,52
%mFe2O3 = 100 – 13,04 = 86,96%
 b. Ta có : nH2 = 0,028 mol 
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Theo phương trình ta có : nFe = nH2 = 0,028 mol
theo câu a, có 0,01 mol FeO, 0,03 mol Fe2O3 => tổng số mol sắt ban đầu bằng 0,07 mol.
Hỗn hợp B gồm: 0,028 mol Fe, a mol FeO, b mol Fe2O3, c mol Fe3O4 
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố sắt ta có: 
 a + 2b + 3c = 0,07 – 0,028 = 0,042 (1)
Lại có: a/3 + b/3 – c = 0 (2) 
 72a + 160b + 232c = 4,784 – (0,028. 56) = 3,216 (3)
Từ (1), (2) và (3) ta có hệ PT: a + 2b + 3c = 0,042
 a/3 + b/3 – c = 0
 72a + 160b + 232c = 3,216
Giải hệ ta được nghiệm : a = 0,012; b = 6.10-3 ; c = 6.10-3 
Ta có phần trăm khối