Phương pháp giải một số dạng bài tập về tính chất hóa học của kim loại

Một số lưu ý cần nhớ:

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 → 2O^2-

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 n_Mg = x và n_Zn = 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 → n_H2SO4 = n_H2 = 1,344/22,4 = 0,06 mol

Bảo toàn khối lượng

→ m_muối = m_KL + m_H2SO4 - m_H2 = 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 2n_Mg + 3n_Al + 2n_Cu = 3n_NO = 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

=> n_OH^- = 2n_Mg + 3n_Al + 2n_Cu = 0,15 mol

=> m_{kết tủa} = m_KL + m_OH = 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:

n_Fe = 0,12 mol;  n_HNO3 = 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:

n_Fe = n_Fe(NO3)2 + n_Fe(NO3)3 => x + y = 0,12  (1)

Ta có: n_HNO3 = 4n_NO  => n_NO = 0,4 / 4 = 0,1 mol

Bảo toàn e: 2n_Fe(NO3)2 + 3n_Fe(NO3)3 = 3n_NO  

=>  2x + 3y = 0,1.3   (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,06 và y = 0,06 mol

=> m_muối = m_Fe(NO3)2 + m_Fe(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:

n_Ag+ = 0,1 mol;  n_Cu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag⁺ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1    

=> m_tăng = 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         

=> m_tăng = 64x – 56x = 8x

=> tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

m_tăng = 8 + 8x = 8,8  => x = 0,1 mol

=> m_{kim loại bám vào} = m_Ag + m_Cu = 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:

n_Al2(SO4)3 = 0,1 mol;  n_CuSO4 = 0,3 mol  => n_Al3+ = 0,2 mol;  n_Cu2+  = 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⁺  => m_­2 = 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

=> m_{Mg dư} = 25,8 – 24,6 = 1,2 gam

Bảo toàn e: 2n_{Mg phản ứng}  = 3n_Al + 2n_Cu

=> n_{Mg 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: n_Al = 2/3.n_H2 = 2/3.0,3 = 0,2 (mol)

→ m_Cu = m_X - m_Al = 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

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_H2(đktc) = V_H2/22,4 = 6,72/22,4 = 0,3 (mol)

PTHH: 2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑

(mol)               0,2                                       ←  0,3

Theo PTHH: n_NaOH = 2/3 n_H2 =2/3×0,3 =0,2 (mol)

→ V_NaOH = n_NaOH : C­_M = 0,2 : 1 = 0,2 (lít) = 200 (ml)