Để có thể dễ dàng giải được loại bài tập này, các em cần nắm rõ được các định luật bảo toàn electron, định luật bảo toàn khối lượng, … để áp dụng
Dạng 1: Kim loại tác dụng với phi kim
* Một số ví dụ điển hình:
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 3 gam hỗn hợp T gồm Al và Cu cần vừa đủ 1,456 lít hỗn hợp khí gồm O2 và Cl2 thu được 6,64 gam chất rắn. Phần trăm khối lượng của Al trong T là?
Hướng dẫn giải chi tiết:
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
\=> m O2 + m Cl2 = m Chất rắn – m KL = 6,64 – 3 = 3,64 gam
n O2 + n Cl2 = 1,456 : 22,4 = 0,065 [mol]
Gọi số mol O2, Cl2 lần lượt là a, b
\=> Ta có hệ phương trình:
a + b = 0,065
32a + 71b = 3,64
\=> a = 0,025 ; b = 0,04
Gọi số mol Al, Cu lần lượt là x, y
Áp dụng định luật bảo toàn electron:
\=> Tổng lượng e nhường của KL bằng tổng lượng e nhận của phi kim [O2, Cl2]
\=> 3x + 2y = 4. n O2 + 2. n Cl2
\=> 3x + 2y = 4 . 0,025 + 2 . 0,04 = 0,18 [I]
Khối lượng của 2 kim loại bằng 3 gam
\=> 27x + 64y = 3 [II]
Từ [I] và [II] => x = 0,04 ; y = 0,03
% Al = [0,04 . 27] : 3 . 100% = 36%
Ví dụ 2: Chia hỗn hợp Al, Cu thành 2 phần bằng nhau. Đốt cháy hoàn toàn phần 1 cần vừa đủ 1,344 lít O2. Cho phần 2 tác dụng với tối đa V lít khí Cl2 [dktc] thì giá trị cuả V là?
Hướng dẫn giải chi tiết:
n O2 = 1,344 : 22,4 = 0,06 [mol]
Phần 1 phản ứng vừa đủ với 0,06 mol O2
\=> Ta có quá trình nhận e của oxi như sau:
O2 + 4e → 2O2-
0,06 → 0,24
\=> Tổng số e nhận trong phản ứng này là 0,24 mol
Cl2 + 2e → Cl-
0,12 0,24
\=> V Cl2 = 0,12 . 22,4 = 2,688 [lít]
Dạng 2: Kim loại tác dụng với axit
Ví dụ 1: Cho 8,85 g hỗn hợp Mg, Cu và Zn vào lượng dư dung dịch HCl thu được 3,36 lít H2 [đktc]. Phần chất rắn không phản ứng với axit được rửa sạch rồi đốt cháy trong oxi tạo ta 4 g chất bột màu đen. Phần trăm khối lượng của Mg, Cu, Zn lần lượt là
Hướng dẫn giải chi tiết:
\[{n_{Cu}} = {n_{CuO}} = \frac{4}{{80}} = 0,05[mol] \to {m_{Cu}} = 0,05.64 = 3,2[g]\]
Đặt nMg = x và nZn = y mol
Ta có hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{m_{hh}} = 24x + 65y + 3,2 = 8,85\\{n_{{H_2}}} = x + y = 0,15\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}x = 0,1\\y = 0,05\end{array} \right.\]
Vậy:
\[\% {m_{Mg}} = \frac{{0,1.24}}{{8,85}}.100\% = 27,12\% \]
\[\% {m_{Cu}} = \frac{{3,2}}{{8,85}}.100\% = 36,16\% \]
\[\% {m_{Zn}} = 100\% - 27,12\% - 36,16\% = 36,72\% \]
Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 1,9 gam hỗn hợp gồm Fe, Mg và Al bằng dung dịch H2SO4 loãng vừa đủ, thu được 1,344 lít H2 [đktc]. Khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch sau phản ứng là
Hướng dẫn giải chi tiết:
Sơ đồ: KL + H2SO4 → Muối + H2
Bảo toàn H → nH2SO4 = nH2 = 1,344/22,4 = 0,06 mol
Bảo toàn khối lượng
→ mmuối = mKL + mH2SO4 - mH2 = 1,9 + 0,06.98 - 0,06.2 = 7,66 gam
Ví dụ 3: Cho 2,91 gam hỗn hợp X gồm Mg, Cu, Al tan hết trong dung dịch HNO3 loãng, dư thu dược 1,12 lít khí NO ở đktc [ không còn sản phẩm khử khác] và dung dịch Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thì thu được lượng kết tủa lớn nhất là m gam. Giá trị của m là
Hướng dẫn giải chi tiết:
Bảo toàn e có 2nMg + 3nAl + 2nCu = 3nNO = 0,15 mol
Khối lượng kết tủa thu được lớn nhất khi kết tủa hoàn toàn Mg[OH]2, Al[OH]3 và Cu[OH]2
\=> nOH- = 2nMg + 3nAl + 2nCu = 0,15 mol
\=> mkết tủa = mKL + mOH = 2,91 + 0,15.17 = 5,46 gam
Ví dụ 4: Cho 6,72 gam Fe phản ứng với 125 ml dung dịch HNO3 3,2M thu được dung dịch X và khí NO [sản phẩm khử duy nhất của N+5]. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng muối trong dung dịch X là
Hướng dẫn giải chi tiết:
nFe = 0,12 mol; nHNO3 = 0,125.3,2 = 0,4 mol
Giả sử tạo thành 2 muối Fe[NO3]2 x mol và Fe[NO3]3 y mol
Bảo toàn nguyên tố Fe:
nFe = nFe[NO3]2 + nFe[NO3]3 => x + y = 0,12 [1]
Ta có: nHNO3 = 4nNO => nNO = 0,4 / 4 = 0,1 mol
Bảo toàn e: 2nFe[NO3]2 + 3nFe[NO3]3 = 3nNO
\=> 2x + 3y = 0,1.3 [2]
Từ [1] và [2] => x = 0,06 và y = 0,06 mol
\=> mmuối = mFe[NO3]2 + mFe[NO3]3 = 25,32 gam
Dạng 3: Kim loại tác dụng với dung dịch muối
Ví dụ 1: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,1 mol AgNO3 và 0,2 mol Cu[NO3]2. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 8,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt
Hướng dẫn giải chi tiết:
nAg+ = 0,1 mol; nCu2+ = 0,2 mol
Nếu Ag+ phản ứng hết :
Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
0,05 ← 0,1 → 0,1
\=> mtăng = 0,1.108 – 0,05.56 = 8 < 8,8
\=> Ag+ phản ứng hết; Cu2+ phản ứng 1 phần
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
x → x → x
\=> mtăng = 64x – 56x = 8x
\=> tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:
mtăng = 8 + 8x = 8,8 => x = 0,1 mol
\=> mkim loại bám vào = mAg + mCu = 17,2 gam
Ví dụ 2: Cho a gam Mg vào 100 ml dung dịch Al2[SO4]3 1M và CuSO4 3M thu được 25,8 gam chất rắn. Giá trị của a là
Hướng dẫn giải chi tiết:
nAl2[SO4]3 = 0,1 mol; nCuSO4 = 0,3 mol => nAl3+ = 0,2 mol; nCu2+ = 0,3 mol
Mốc 1: phản ứng vừa đủ với Cu2+ => m1 = 0,3.64 = 19,2 gam < 25,8 gam
Mốc 2: Phản ứng với Cu2+ và Al3+ => m2 = 0,3.64 + 0,2.27 = 24,6 < 25,8 gam
\=> cả Cu2+ và Al3+ phản ứng hết, Mg dư
\=> chất rắn sau phản ứng gồm Cu [0,3 mol], Al [0,2 mol] và Mg
\=> mMg dư = 25,8 – 24,6 = 1,2 gam
Bảo toàn e: 2nMg phản ứng = 3nAl + 2nCu
\=> nMg phản ứng = [3.0,2 + 0,3.2] / 2 = 0,6 mol
\=> m = 0,6.24 + 1,2 = 15,6
Dạng 4: Kim loại tác dụng với dung dịch kiềm
* Một số ví dụ điển hình:
Ví dụ 1: Cho 11,8 gam hỗn hợp X gồm Al và Cu vào dung dịch NaOH [loãng, dư]. Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 6,72 lít khí H2 [đktc]. Khối lượng của Cu trong hỗn hợp X là
Hướng dẫn giải chi tiết:
Khi cho hỗn hợp X gồm Al và Cu vào dung dịch NaOH loãng dư thì chỉ có Al phản ứng.
Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2 H2
Ta có: nAl = 2/3.nH2 = 2/3.0,3 = 0,2 [mol]
→ mCu = mX - mAl = 11,8 - 0,2. 27 = 6,4 [g]
Ví dụ 2: Hòa tan hết m gam nhôm vào dung dịch NaOH 1M, thu được 6,72 lít khí [đktc]. Thể tích dung dịch NaOH tối thiểu cần dùng là