Phương pháp giải bài tập kim loại (tiết 1)

             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 → đáp án C
Ví 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 lít khí H2 (ở đktc). Thể tích khí O2 (ở đktc) cần để phản ứng hoàn toàn với 14,6 gam hỗn hợp X là: 
A. 2,80 lít                         B. 1,68 lít                         C. 4,48 lít                               D. 3,92 lít
Hướng dẫn: Gọi nAl = x mol ; nSn = y mol → 27x + 119y = 14,6 (1) ; nH2 = 0,25 mol 
- Khi X tác dụng với dung dịch HCl: 
Ví 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 lít khí (ở đktc). Biết trong dung dịch, các axit phân li hoàn toàn thành các ion. Phần trăm về khối lượng của Al trong X là: 
A. 56,25 %                B. 49,22 %                         C. 50,78 %                               D. 43,75 %
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 = % 
→ đáp án A
Ví dụ 4: Cho 0,10 mol Ba vào dung dịch chứa 0,10 mol CuSO4 và 0,12 mol HCl. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là: 
A. 23,3 gam                   B. 26,5 gam                      C. 24,9 gam                            D. 25,2 gam
Hướng dẫn: Các 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 → đáp án B 
Ví dụ 5: Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng 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 lít                            B. 0,6 lít                            C. 0,8 lít                                     D. 1,2 lít
Hướng dẫn: nFe = nCu = 0,15 mol 
- Do thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất → muối Fe2+ → ∑ ne cho = 2.(0,15 + 0,15) = 0,6 mol 
- Theo đlbt mol electron nH+ = nHNO3 = mol → VHNO = 0,8 lít → đáp án C
Ví dụ 6: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch hỗn hợp HNO3 1M và H2SO4 0,5M, kết thúc phản ứng thu được V lít (ở đktc) khí không màu duy nhất thoát ra, hóa nâu ngoài không khí. Giá trị của V là: 
A. 1,344 lít                      B. 4,032 lít                         C. 2,016 lít                               D. 1,008 lít
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 lít → đáp án C
Ví 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 các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá 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 môi trường H+ có tính oxi hóa mạnh như HNO3) 
- Bán 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 lít hay 360 ml → đáp án A
Ví 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 khí ngừng thoát ra thì dừng lại và thu được V lít khí (ở đktc).Giá trị của V là: 
A. 11,76 lít                            B. 9,072 lít                      C. 13,44 lít                            D. 15,12 lít
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 
Từ (1) ; (2) → V = (0,225 + 0,45).22,4 = 15,12 lít → đáp án D
Ví dụ 9: Hòa tan hoàn toàn 100 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu , Ag trong dung dịch HNO3 (dư). Kết thúc phản ứng thu được 13,44 lít hỗn hợp khí Y gồm NO2, NO, N2O theo tỉ lệ số mol tương ứng là 3 : 2 : 1 và dung dịch Z (không chứa muối NH4NO3). Cô cạn dung dịch Z thu được m gam muối khan. Giá trị của m và số mol HNO3 đã phản ứng lần lượt là: 
A. 205,4 gam và 2,5 mol                                                B. 199,2 gam và 2,4 mol 
C. 205,4 gam và 2,4 mol                                              D. 199,2 gam và 2,5 mol
Hướng dẫn: nY = 0,6 mol → nNO2 = 0,3 mol ; nNO = 0,2 mol ; nN2O = 0,1 mol 
- nNO– tạo muối = nNO + 3.nNO + 8.nNO = 0,3 + 3.0,2 + 8.0,1 = 1,7 mol → mZ = mKl + mNO– tạo muối = 100 + 1,7.62 = 205,4 gam (1) 
- nHNOphản ứng = 2.nNO+ 4.nNO + 10.nNO = 2.0,3 + 4.0,2 + 10.0,1 = 2,4 mol (2) 
- Từ (1) ; (2) → đáp án C
Ví dụ 10: Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Dung dịch X có thể hoà tan tối đa m gam Cu. Giá trị của m là: 
A. 1,92 gam                      B. 3,20 gam                            C. 0,64 gam                            D. 3,84 gam
Hướng dẫn: nFe = 0,12 mol → ne cho = 0,36 mol; nHNO3 = 0,4 mol → ne nhận = 0,3 mol 
- Do ne cho > ne nhận → Fe còn dư → dung dịch X có Fe2+ và Fe3+ 
- Các phản ứng xảy ra là: 
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 
0,1 ← 0,4 →        0,1 
Fe (dư) + 2Fe3+ → 3Fe2+ 
0,02 → 0,04 
Cu + 2Fe3+ (dư) → Cu2+ + 2Fe2+ 
0,03 ← 0,06 
→ mCu = 0,03.64 = 1,92 gam → đáp án A
Ví dụ 11: Hoà tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là: 
A. 38,34 gam                            B. 34,08 gam                      C. 106,38 gam                         D. 97,98 gam
Hướng dẫn: nAl = 0,46 mol → ne cho = 1,38 mol ; nY = 0,06 mol ; Y = 36 
- Dễ dàng tính được nN2O = nN2 = 0,03 mol → Σ ne nhận = 0,03.(8 + 10) = 0,54 mol < ne cho → dung dịch X còn chứa muối NH4NO3 → nNH4+ = NO3– = mol 
- Vậy mX = mAl(NO) + mNHNO = 0,46.213 + 0,105.80 = 106,38 gam → đáp án C 
(Hoặc có thể tính mX = mKl + mNO– tạo muối + mNH = 12,42 + (0,03.8 + 0,03.10 + 0,105.8 + 0,105).62 + 0,105.18 = 106,38 gam)
III – BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI
1) Kim loại tác dụng với dung dịch muối:
- Điều kiện để kim loại M đẩy được kim loại X ra khỏi dung dịch muối của nó:
xM (r) + nXx+ (dd) xMn+ (dd) + nX (r)
                        + M đứng trước X trong dãy thế điện cực chuẩn 
                        + Cả M và X đều không tác dụng được với nước ở điều kiện thường 
                        + Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan 
- Khối lượng chất rắn tăng: ∆m↑ = mX tạo ra – mM tan 
- Khối lượng chất rắn giảm: ∆m↓ = mM tan – mX tạo ra 
- Khối lượng chất rắn tăng = khối lượng dung dịch giảm 
- Ngoại lệ: 
                     + Nếu M là kim loại kiềm, kiềm thổ (Ca, Sr, Ba) thì M sẽ khử H+ của H2O thành H2 và tạo thành dung dịch bazơ kiềm. Sau đó là phản ứng trao đổi giữa muối và bazơ kiềm 
                     + Ở trạng thái nóng chảy vẫn có phản ứng: 3Na + AlCl3 (khan) → 3NaCl + Al 
                     + Với nhiều anion có tính oxi hóa mạnh như NO3-, MnO4-,thì kim loại M sẽ khử các anion trong môi trường axit (hoặc bazơ) 
- Hỗn hợp các kim loại phản ứng với hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ưu tiên: kim loại khử mạnh nhất tác dụng với cation oxi hóa mạnh nhất để tạo ra kim loại khử yếu nhất và cation oxi hóa yếu nhất 
- Thứ tự tăng dần giá trị thế khử chuẩn (Eo) của một số cặp oxi hóa – khử: 
Mg2+/Mg < Al3+/Al < Zn2+/Zn < Cr3+/Cr < Fe2+/Fe < Ni2+/Ni < Sn2+/Sn < Pb2+/Pb < 2H+/H2 < Cu2+/Cu < Fe3+/Fe2+< Ag+/Ag < Hg2+/Hg < Au3+/Au
2) Một số chú ý khi giải bài tập:
- Phản ứng của kim loại với dung dịch muối là phản ứng oxi hóa – khử nên thường sử dụng phương pháp bảo toàn mol electron để giải các bài tập phức tạp, khó biện luận như hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp nhiều muối. Các bài tập đơn giản hơn như một kim loại tác dụng với dung dịch một muối, hai kim loại tác dụng với dung dịch một muối,có thể tính toán theo thứ tự các phương trình phản ứng xảy ra 
- Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng để tính khối lượng thanh kim loại sau phản ứng, 
- Từ số mol ban đầu của các chất tham gia phản ứng → biện luận các trường hợp xảy ra 
- Nếu chưa biết số mol các chất phản ứng thì dựa vào thành phần dung dịch sau phản ứng và chất rắn thu được → biện luận các trường hợp xảy ra 
- Kim loại khử anion của muối trong môi trường axit (bazơ) thì nên viết phương trình dạng ion thu gọn 
- Kim loại (Mg → Cu) đẩy được Fe3+ về Fe2+. Ví dụ: Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+ ; Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ 
- Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag. Nếu Fe hết, Ag+ còn dư thì: Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag
3) Một số ví d