PP bảo toàn electron trong giải BT KL tác dụng với axit có tính oxi hóa

Cập nhật lúc: 17:33 20-05-2016 Mục tin: Hóa học lớp 10


Bài viết này đề cập đến phản ứng của kim loại với dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh điển hình là axit nitric và axit sulfuric đặc nóng hoặc hỗn hợp của axit nitric với axit khác. Đây là một dạng bài tập quen thuộc và rất quan trọng, tuy nhiên nếu biết cách học chúng ta sẽ thấy loại bài tập này hoàn toàn không khó.

BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT CÓ TÍNH OXI HÓA

 

 1.      Bài toán:  Cho một kim loại (hoặc hỗn hợp các kim loại) tác dụng với dung dịch acid HNO3 loãng, dung dịch acid HNO3 đặc nóng cho ra hỗn hợp khí hợp chất của nitơ như NO2, NO, N2O, N2,hoặc NH3 (tồn tại dạng muối NH4NO3  trong dung dịch).

Khi gặp bài tập dạng này cần lưu ý:

-          Kim loại có nhiều số oxy hóa khác nhau khi phản ứng với dung dịch acid HNO3 loãng, dung dịch acid HNO3 đặc nóng sẽ đạt số oxy hóa cao nhất .

-          Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử về các mức oxy hóa thấp hơn trong những hơn chất khí tương ứng.

-          Các kim loại tác dụng với ion  trong môi trường axit H+ xem như tác dụng với HNO3. Các kim loại Zn, Al tác dụng với ion  trong môi trường kiềm OH-  giải phóng NH3.

Để áp dụng định luật bảo toàn eledtron, ta ghi các bán phản ứng (theo phương pháp thăng bằng điện tử hoặc phương pháp ion-electron). Gọi ni, xi  là hóa trị cao nhất và số mol của kim loại thứ i; nj là số oxy hóa của N trong hợp chất khí thứ j và xj là số mol tương ứng. Ta có:

Ví dụ 7: Hỗn hợp X gồm hai kim loại A và B đứng trước H trong dãy điện hóa và có hóa trị không đổi trong các hợp chất. Chia m gam X thành hai phần bằng nhau:

   - Phần 1: Hòa tan hoàn toàn trong dung dịch chứa axit HCl và H2SO4 loãng tạo ra 3,36 lít khí H2.

   - Phần 2: Tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thu được V lít  khí NO (sản phẩm khử duy nhất).

   Biết các thể tích khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Giá trị của V là:

              A. 2,24 lít.         B. 3,36 lít.         C. 4,48 lít.          D. 6,72 lít

 

Ví dụ 8: Cho 3 kim loại Al, Fe, Cu vào 2 lít dung dịch HNO3 phản ứng vừa đủ thu được 1,792 lít khí X (đktc) gồm N2 và NO2 có tỉ khối hơi so với He bằng 9,25. Nồng độ mol/lít HNO3 trong dung dịch đầu là:

              A. 0,28M.         B. 1,4M.           C. 1,7M.             D. 1,2M.

Ví dụ 9: 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

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1. Hoà tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng thì thu được hỗn hợp gồm 0,015 mol khí N2O và 0,01mol khí NO (phản ứng không tạo NH4NO3). Giá trị của m là:

                        A. 13,5 gam.     B. 1,35 gam.     C.  0,81 gam.     D. 8,1 gam.

Bài 2. Hòa tan hoàn toàn 1,2g kim loại X vào dung dịch HNO3 dư thu được 0,224 lít khí N2 (đktc). Giả thiết phản ứng chỉ tạo ra khí N2. Vậy X là:

               A. Zn                 B. Cu                 C. Mg                  D. Al

Bài 3. Một hỗn hợp gồm hai bột kim loại Mg và Al được chia thành hai phần bằng nhau:

- Phần 1: cho tác dụng với HCl dư thu được 3,36 lít H2.

- Phần 2: hoà tan hết trong HNO3 loãng dư thu được V lít một khí không màu, hoá nâu trong không khí (các thể tích khí đều đo ở đktc). Giá trị của V là:

                        A. 2,24 lít.         B. 3,36 lít.         C. 4,48 lít.          D. 5,6 lít.

Bài 4. (Đề tuyển sinh ĐH-CĐ khối A-2007)

 Hoàn tan hoàn toàn 12 g hỗn hợp Fe, Cu ( tỉ lệ mol 1: 1) bằng HNO3 thu được V lít hỗn hợp khí ( đktc) gồm NO, NO2 và dung dịch Y chứa 2 muối và axit dư. Tỉ khối của X so với H2 là 19. Giá trị V là:

                        A. 5,6                B. 2,8                C. 11,2               D. 8,4

Bài 5. Cho 1,35 gam hỗn hợp Cu, Mg, Al tác dụng với HNO3 dư được 896 ml hỗn hợp gồm NO và NO2 có . Tính tổng khối lượng muối nitrat sinh ra (khí ở đktc).

                         A. 9,41 gam.    B. 10,08 gam.   C. 5,07 gam.     D. 8,15 gam.

Bài 6. Hòa tan hết 4,43 gam hỗn hợp Al và Mg trong HNO3 loãng thu được dung dịch A và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khí (đều không màu) có khối lượng 2,59 gam trong đó có một khí bị hóa thành màu nâu trong không khí. Tính số mol HNO3 đã phản ứng.

                        A. 0,51 mol.      A. 0,45 mol.        C. 0,55 mol.    D. 0,49 mol.

Bài 7. Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm ba kim loại bằng dung dịch HNO3 thu được 1,12 lít hỗn hợp khí D (đktc) gồm NO2 và NO. Tỉ khối hơi của D so với hiđro bằng 18,2. Tính thể tích tối thiểu dung dịch HNO3 37,8% (d = 1,242g/ml) cần dùng.

                        A. 20,18 ml.      B. 11,12 ml.      C. 21,47 ml.       D. 36,7 ml.

Bài 8. Hòa tan 6,25 gam hỗn hợp Zn và Al vào 275 ml dung dịch HNO3 thu được dung dịch A, chất rắn B gồm các kim loại chưa tan hết cân nặng 2,516 gam và 1,12 lít hỗn hợp khí D (ở đktc) gồm NO và NO2. Tỉ khối của hỗn hợp D so với H2 là 16,75. Tính nồng độ mol/l của HNO3 và tính khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch sau phản ứng.

                        A. 0,65M và 11,794 gam.         B. 0,65M và 12,35 gam.     

                        C. 0,75M và 11,794 gam.           D. 0,55M và 12.35 gam.

Bài 9. Hòa tan hoàn toàn 9,4 gam đồng bạch (hợp kim Cu – Ni ) vào dun dịch HNO3 loãng dư. Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,09 mol NO và 0,003 mol N2. Phần trăm khối lượng Cu trong hỗn hợp là:

                        A. 74, 89%       B. 69.04%         C. 27.23%          D. 25.11%

Bài 10. Hòa tan hết 35,4 g hỗn kim loại Ag và Cu trong dung dịch HNO3 loãng dư thu được 5,6 lít khí duy nhất không màu hóa nâu trong không khí. Khối lượng Ag trong hỗn hợp.

                        A. 16,2 g           B. 19,2 g           C. 32,4 g            D. 35,4g

 

 

 

 

2. Bài toán:  Cho một kim loại (hoặc hỗn hợp các kim loại) tác dụng với một dung dịch acid acid H2SO4 đặc nóng cho sản phẩm là khí SO2 (khí mùi sốc), S (kết tủa màu vàng), hoặc khí H2S (khí mùi trứng thối).

Khi gặp bài tập dạng này cần lưu ý:

-          Kim loại có nhiều số oxy hóa khác nhau khi phản ứng với dung dịch acid H2SO4 đặc nóng sẽ đạt số oxy hóa cao nhất.

-          Hầu hết các kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) khi đó S+6 trong H2SOđặc nóng bị khử về các mức oxy hóa thấp hơn trong những  sản phẩm như là khí SO2, H2S hoặc S.

-          Mốt số kim loại như Al, Fe, Cr, …thụ động trong H2SO4 đặc nguội.

Để áp dụng định luật bảo toàn electron, ta ghi các bán phản ứng (theo phương pháp thăng bằng điện tử hoặc phương pháp ion-electron). Gọi ni, xi  là hóa trị cao nhất và số mol của kim loại thứ i; nj là số oxy hóa của S trong sản phẩm khử thứ j và xj là số mol tương ứng. Ta có:

  • Ø Liên hệ giữa số mol kim loại và sản phẩm khử:

åni.xi = ånj.xj

  • Ø Liên hệ giữa H2SO4 và sản phẩm khử:

số mol sản phẩm khử + số mol electron nhận

           Với SO2:          

           Với S:              

           Với H2S:          

  • Ø Tính khối lượng muối trong dung dịch:

mmuối = mkim loại+  = mkim loại+ 96.åe (trao đổi)

VÍ DỤ MINH HỌA

Ví dụ 1: Hòa tan hết 29,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, Mg, Cu theo tỉ lệ           mol 1:2:3 bằng H2SO4 đặc nguội được dung dịch Y và 3,36 lít SO2 (đktc). Cô cạn dung dịch Y được khối lượng muối khan là:

   A. 38,4 gam                B. 21,2 gam                 C. 43,4 gam                 D. 36,5 gam

Giải: Gọi x là số mol Fe trong hỗn hợp X, Þ nMg = 2x, nCu=3x.

               Þ 56x+24.2x+64.3x=29,6 Þ x= 0,1 mol.

               Þ nFe = 0,1 mol, nMg=0,2 mol, nCu=0,3 mol

Do acid H2SO4 đặc nguội, nên sắt không phản ứng.   

          SO42-           +          2e        ® S+4

                                       0,3     ¬

Theo biểu thức: mmuối=mCu +mMg +  = mCu +mMg + 96.åe (trao đổi)

                           =64.0,3+24.0,2 +96.0,3 = 38,4 gam.

Chọn đáp án A.

 

Ví dụ 2: Hòa tan 0,1 mol Al và 0,2 mol Cu trong dung dịch H2SO4 đặc dư thu được V lít SO2 (ở 00C, 1 atm). Giá trị của V là:

          A. 3,36                 B. 4,48                        C. 7,84                        D. 5,6

Giải: Ở  00C, 1 atm là điều kiện tiêu chuẩn. Áp dụng định luật bảo toàn electron:

                        2.nCu+3.nAl=(6-4).n Þ 2.0,1+3.0,2=(6-4).n 

                                Þ n = 0,35 mol         Þ V=0,35.22,4=7,84 lít.

Chọn đáp án A.

 

Ví dụ 3: Hòa tan vừa đủ hỗn hợp X  10,08 lít SO2 duy nhất. Nông độ % của dung dịch H2SO4 là:

            A. 82,89%                  B. 89,2%                     C. 7,84%                     D. 95,2%

Giải: Áp dụng định luật bảo toàn electron:

 mol

. Chọn đáp án A.

 

Ví dụ 4: Cho 5,94g Al tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được 1,848 lít sản phẩm (X) có  lưu huỳnh ( đktc), muối sunfat và nước. Cho biết ( X ) là khí  gì trong hai khí SO2, H2S ?

            A. H2S             B. SO2                 C. Cả hai khí               D. S

Giải:                                        nAl = 5,94 : 27 = 0,22 mol

                                          nX = 1,848 : 22,4 = 0,0825 mol

Quá trình oxy hóa Al :      Al     -      3e   ®      Al3+

                                       0,22     ®   0,66

                           ne (cho) = 0,22.3 = 0,66 mol

Quá  trình khử S6+ :    S+6          +   ( 6-x )e    ®  Sx     

                                                   0,0825(6-x)     ¬  0,0825

                           ne (nhận) = 0,0825(6-x) mol

( x là số oxy hóa của S trong khí X )

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có : 0,0825(6-x) = 0,66 Þ x = -2

Vậy X là H2S ( trong đó S có số oxy hóa là -2). Chọn đáp án A.

 

Ví dụ 5: Hoà tan hết 16,3 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được 0,55 mol SO2. Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu được là:

  1. 51,8 gam                     B. 55,2 gam                 C. 69,1 gam                D. 82,9 gam

Giải: Sử dụng phương pháp bảo toàn electron với chất khử là các kim loại Mg, Al, Fe,  chất oxy hoá H2SO4.

S+6          + 2e     ®        S+4

               0,55.2              0,55

Khối lượng muối khan là: 

                        mmuối=mkim loại+  = mkim loại+ 96.åe (trao đổi)

                     gam . Chọn đáp án C.

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1. Hòa tan 2,4 g hỗn hợp Cu và Fe có tỷ lệ số mol 1:1 vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Kết thúc phản ứng thu được 0,05 mol một sản phẩm khử duy nhất có chứa lưu  huỳnh. Xác định sản phẩm đó:

            A. SO2                 B. H2S             C. S                             D. H2

Bài 2. Thổi một luồng CO qua hỗn hợp Fe và Fe2O3 nung nóng được chất khí B và hỗn hợp D gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4. Cho B lội qua dung dịch nước vôi trong dư thấy tạo 6 gam kết tủa. Hòa tan D bằng H2SO4 đặc, nóng thấy tạo ra 0,18 mol SO2 còn dung dịch E. Cô cạn E thu được 24g muối khan. Xác định thành phần %  của Fe:

            A.  58,33%                 B. 41,67%                   C. 50%                        D. 40%

Bài 3. Cho 8,3 gam hỗn hợp hai kim loại Al và Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc dư thu được 6,72 lit khí SO2 (đktc). Khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu:

            A. 2,7g; 5,6g               B. 5,4g; 4,8g               C. 9,8g; 3,6g               D. 1,35g; 2,4g

Bài 4.   Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối lượng 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4. Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lit khí SO2( đktc). Khối lượng a gam là:

            A. 56g                         B. 11,2g                      C. 22,4g                      D. 25,3g

Bài 5.   Khi cho 9,6gam Mg tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc thấy có 49gam H2SO4 tham gia phản ứng tạo muối MgSO4, H2O và sản phẩm khử X. X là:

            A. SO2             B. S                            C. H2S             D. SO2,H2S

Bài 6.  Hòa tan hết 16,3 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được 0,55 mol SO2. Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu được là:

            A. 51,8g                      B. 55,2g                      C. 69,1g                      D. 82,9g

Bài 7.  Hòa tan hoàn toàn 4,0 gam hỗn hợp Mg, Fe, Cu bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thu được 2,24 lít khí SO2 duy nhất (đktc) và dung dịch chứa m gam muối. Giá trị của m là:

            A. 23,2.           B. 13,6.                       C. 12,8.                       D. 14,4.

Bài 8.  Cho 0,01 mol một hợp chất của sắt tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, thoát ra 0,112 lít khí (đktc) khí SO2 (là sản phẩm khử duy nhất). Công thức của hợp chất đó là:      

A. FeCO3.                   B. FeS2.                       C. FeS.            D. FeO.

Bài 9. Hòa tan 23,4 gam hỗn hợp gồm Al, Fe, Cu bằng một lượng vàu đủ dung dịch H2SO4, thu được 15,12 lít khí SO2 (đktc) và dung dịch chứa m gam muối. Giá trị  của m là:

            A. 153,0.                     B. 95,8.                       C. 88,2.                       D. 75,8.

Bài 10. Hòa tan hoàn toàn 9,6 gam một kim loại M trong dung dịch  H2SO4 đặc nóng thoát ra 3,36 lít khí SO2 (đktc). Kim loại M là:

            A. Mg.             B. Al.                          C. Fe.                          D. Cu. 

Tất cả nội dung bài viết. Các em hãy xem thêm và tải file chi tiết dưới đây:

>>Học trực tuyến Lớp 10 trên Tuyensinh247.com, mọi lúc, mọi nơi tất cả các môn. Các thầy cô giỏi nổi tiếng, dạy hay dễ hiểu



Cập nhật thông tin mới nhất của kỳ thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia 2018