Dạng toán hỗn hợp kim loại tác dụng với axit

DẠNG TOÁN HỖN HỢP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT

- Dãy được sắp xếp theo chiều giảm dần tính hoạt động hoá học (từ trái sang phải)

- Một số kim loại vừa tác dụng được với axit và với nước:  K, Na, Ba, Ca

- Kim loại + H₂O ----> Dung dịch bazơ + H₂

- Kim loại vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ:  (Be), Al, Zn, Cr

2A + 2(4 – n)NaOH + 2(n – 2)H₂O ---> 2Na_{4 – n}AO₂ + nH₂

Ví dụ:

2Al + 2NaOH + 2H₂O ----> 2NaAlO₂+ 3H₂

2Al + Ba(OH)₂ + 2H₂O ----> Ba(AlO₂)₂ + 3H₂

Zn + 2NaOH --->  Na₂ZnO₂ + H₂

Zn + Ba(OH)₂ ---> BaZnO₂ + H₂

- Kim loại đứng trước H tác dụng với dung dịch axit HCl, H₂SO₄ loãng tạo muối và giải phóng H₂.

Kim loại + Axit ----> Muối + H₂

Lưu ý: Kim loại trong muối có hoá trị thấp (đối với kim loại đa hoá trị)

- Kể từ Mg trở đi kim loại đứng trước đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi muối của chúng. theo quy tắc:

Chất khử mạnh + chất oxi hóa mạnh  chất oxi hoá yếu + chất khử yếu.

Lưu ý: những kim loại đầu dãy (kim loại tác dụng được với nước) thì không tuân theo quy tắc trên mà nó xảy ra theo các bước sau:

Kim loại kiềm (hoặc kiềm thổ)  +  H₂O     Dung dịch bazơ   +    H₂

Sau đó:  

Dung dịch bazơ  +  dung dịch muối    Muối mới   + Bazơ mới  (*)

Điều kiện(*): Chất tạo thành phải có ít nhất 1 chất kết tủa (không tan).

VD: cho Ba vào dung dịch CuSO₄.

Trước tiên:                  Ba  +   2H₂O       Ba(OH)₂   +    H₂ 

Sau đó:

                                    Ba(OH)₂    +    CuSO₄       Cu(OH)₂       +       BaSO₄

Đặc biệt:                     Cu + 2FeCl₃ ---> CuCl₂ + 2FeCl₂

                                    Cu + Fe₂(SO₄)₃ ---> CuSO₄ + 2FeSO₄

II. BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1: Cho 10g hỗn hợp gồm Zn và Cu tác dụng với dung dịch axit H₂SO₄ loãng thì thu được 2,24 lit H₂ (đktc). Tính thành phần % về khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.

Bài 2: Hoà tan 5,2g hỗn hợp gồm Mg và Fe bằng dung dịch axit HCl 1M, thì thu dược 3,36 lit H₂ (đktc).

a/ Tính thành phần % theo khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp.

b/ Tính thể tích dung dịch axit HCl đã dùng.

Bài 3: Cho một lượng hỗn hợp gồm Ag và Zn tác dụng với lượng dư dung dịch axit H₂SO₄, thu được 5,6 lit khí H₂ (đktc). Sau phản ứng thấy còn 6,25g một chất rắn không tan. Tính thành phần % về khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp.

Bài 4: Hoà tan hoàn toàn 15,3g hỗn hợp gồm Mg và Zn bằng dung dịch axit HCl 1M thì thu được 6,72 lit H₂ (đktc).

a/ Xác định khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu.

b/ Tính thể tích dung dịch axit HCl cần dùng.

Bài 5: A là hỗn hợp gồm: Ba, Al, Mg.

Lấy m gam A cho tác dụng với nước tới khi hết phản ứng thấy thoát ra 3,36 lit H₂ (đktc).

Lấy m gam A cho vào dung dịch xút dư tới khi hết phản ứng thấy thoát ra 6,72 lít H₂ (đktc). Lấy m gam A hoà tan bằng một lượng vừa đủ dung dịch axit HCl thì thu được một dung dịch và 8,96 lit H₂ (đktc).

Hãy tính m gam và thành phần % theo khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp.

Bài 6: Hoà tan hỗn hợp gồm Fe, Zn trong 500ml dung dịch HCl 0,4M được dung dịch A và 10,52g muối khan.

a/ Tính thành phần % theo khối lượng mỗi kim loại.

          b/ Tính thể tích dung dịch B gồm NaOH 0,02M và Ba(OH)₂ cần dùng để trung hoà dung dịch A.

Bài 7: Hoà tan hết 12g hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (hoá trị II không đổi) vào 200ml dung dịch HCl 3,5M thu được 6,72 lit khí (đktc). Mặt khác lấy 3,6g kim loại M tan hết vào 400ml dung dịch H₂SO₄ nồng độ 1M thì H₂SO₄ còn dư.

a/ Xác định kim loại M.

b/ Tính thành phần % theo khối lượng của Fe, M trong hỗn hợp.

Bài 8: Hoà tan hết 11,3g hỗn hợp A gồm Fe và kim loại R (hoá trị II không đổi) vào 300ml dung dịch HCl 2,5M thu được 6,72 lit khí (đktc). Mặt khác lấy 4,8g kim loại M tan hết vào 200ml dung dịch H₂SO₄ nồng độ 2M thì H₂SO₄ còn dư.

a/ Xác định kim loại R.

b/ Tính thành phần % theo khối lượng của Fe, R trong hỗn hợp.

Bài 9: Hoà tan hết 12,1g hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (hoá trị II không đổi) vào 150ml dung dịch HCl 3M thì thu được 4,48 lit khí (đktc). Mặt khác muốn hoà tan hết 4,875g kim loại M thì cần phải dùng 100ml dung dịch H₂SO₄ 0,75M, dung dịch thu được không làm đổi màu giấy quỳ.

Bài 10: Hỗn hợp A gồm Mg và kim loại M hoá trị III, đứng trước hiđrô trong dãy hoạt động hoá học. Hoà tan hoàn toàn 1,275 g A vào 125ml dd B chứa đồng thời HCl nồng độ C₁(M) và H₂SO₄ nồng độ C₂(M). Thấy thoát ra 1400 ml khí H₂ (ở đktc) và dd D. Để trung hoà hoàn toàn lượng a xít dư trong D cần dùng 50ml dd Ba(OH)₂ 1M. Sau khi trung hoà dd D còn thu được 0,0375mol một chất rắn không hoà tan trong HCl.

a/ Viết các PTPƯ xảy ra.

b/ Tính C₁ và C₂ của dd B.

c/ Tìm NTK của kim loại M (A_M) và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A đem thí nghiệm.

Biết rằng để hoà tan 1,35g M cần dùng không quá 200ml dd HCl 1M.

Bài 11: Cho 9,86g hỗn hợp gồm Mg và Zn vào 1 cốc chứa 430ml dung dịch H₂SO₄ 1M loãng. Sau khi phản ứng hoàn toàn, thêm tiếp vào cốc 1,2 lit dung dịch hỗn hợp gồm Ba(OH)₂ 0,05M và NaOH 0,7M, khuấy đều cho phản ứng hoàn toàn, rồi lọc lấy kết tủa và nung nóng đến khối lượng không đổi thì thu được 26,08g chất rắn. Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu.

III. ĐÁP SỐ VÀ LỜI GIẢI

Bài 1, 2, 3, 8, 9. Học sinh tự giải

Bài 4.

Đáp số:

a/ m_Mg = 2,46g và m_Zn = 12,84g    và     

b/ V_{dd HCl 1M} = 0,6 lit.

Bài 5.

Đáp số:

m = 24,65g trong đó m_Ba = 19,55g, m_Al = 2,7g, m_Mg = 2,4g.

Bài 6.

Đáp số:

a/ %Fe = 46,28% và %Zn = 53,72%

b/ V_{dd B} = 1(lit)

Bài 7.

Đáp số:

a/ M là Mg.

b/ %Mg = 30% và %Fe = 70%.

Bài 10

a/ các PTHH xảy ra.

Mg    +     2H⁺            Mg²⁺     +       H₂        (1)

2M    +      6H⁺         2M³⁺      +     3H₂        (2)

Trong dd D có các Ion:  H⁺dư ,   Cl^- ,    SO₄^2- ,   Mg²⁺,  M³⁺.

Trung hoà dd D bằng Ba(OH)₂.

H⁺        +      OH^-           H₂O             (3)

Ba²⁺      +     SO₄^2-          BaSO₄         (4)

Theo bài ra ta có:

Số mol OH^-  =   2 số mol Ba(OH)₂ = 0,05 . 1 . 2 = 0,1 mol                                                        

Số mol Ba²⁺   =   số mol Ba(OH)₂   =   0,05 mol.

b/ Số mol H⁺ trong dd B = 0,125C₁  +  2 . 0,125C₂

số mol H⁺  tham gia các phản ứng (1,2,3) là: 0,0625 . 2 + 0,1 = 0,225 mol  

( Vì số mol của H₂ thoát ra = 0,0625 mol )

Ta có:  0,125C₁  +   2 . 0,125C₂  =  0,225  (*)

Mặt khác , số mol Ba²⁺  = 0,05 mol  >  số mol của BaSO₄ = 0,0375 mol.

Như vậy chứng tỏ SO₄^2-  đã phản ứng hết và Ba²⁺  còn dư.

Do đó số mol của SO₄^2-  =  số mol của BaSO₄  =  0,0375 mol.

Nên ta có nồng độ mol/ lit của dd H₂SO₄ là: C₂  =   0,0375 :  0,125  = 0,3M

Vì số mol của H₂SO₄  =  số mol của SO₄^2-   =  0,0375 (mol)

Thay và ( * ) ta được:  C₁  =   1,2 M

c/ PTPƯ hoà tan M trong HCl.

2M  +  6HCl     2MCl₃    +     3H₂     (5)

Số mol HCl = 0,2 x 1 = 0,2 mol

Theo (5): Số mol của kim loại M    0,2 : 3  (Vì theo bài ra M bị hoà tan hết)

Do đó NTK của M là:   A_M   1,35 : ( 0,2 : 3 ) = 20,25

Vì M là kim loại hoá trị III nên M phải là: Al (nhôm)

Gọi x, y lần lượt là số mol của Mg và Al trong 1,275 g hỗn hợp A

Ta có:  24x  +   27y   =   1,275     (I)

Theo PT (1, 2):  x +  1,5 y  =  0,0625      (II)

Giải hệ pt (I) và (II) ta được:  x = y = 0,025.

Vậy khối lượng của các chất trong hỗn hơp là: m_Mg  =  0,6 g và  m_Al  =  0,675 g.

Bài 11.

Đặt số mol Mg và Zn là x và y.

Ta có: 24x + 65y = 9,86    (I)

Số mol H₂SO₄ = 043.1= 0,43 mol

Đặt HX là công thức tương đương của H₂SO₄ ---> n_HX = 2n_{H SO} = 0,43.2 = 0,86 mol

Số mol Ba(OH)₂ = 1,2 . 0,05 = 0,06 mol

Số mol NaOH = 0,7 . 1,2 = 0,84 mol

Đặt ROH là công thức tưng đương cho 2 bazơ đã cho.

Ta có: n_ROH = 2n_Ba(OH) + n_NaOH = 0,06.2 + 0,84 = 0,96 mol

PTHH xảy ra

Giả sử hỗn hợp chỉ chứa mình Zn ---> x = 0.

Vậy y = 9,86 : 65 = 0,1517 mol

Giả sử hỗn hợp chỉ Mg ---> y = 0

Vậy x = 9,86 : 24 = 0,4108 mol

0,1517 < n_{hh kim loại} < 0,4108

Vì x > 0 và y > 0 nên số mol axit tham gia phản ứng với kim loại là:

0,3034 < 2x + 2y < 0,8216 nhận thấy lượng axit đã dùng < 0,86 mol.

Vậy axit dư --> Do đó Zn và Mg đã phản ứng hết.

Sau khi hoà tan hết trong dung dịch có.

x mol MgX₂ ; y mol ZnX₂ ; 0,86 – 2(x + y) mol HX và 0,43 mol SO₄.

Cho dung dịch tác dụng với dung dịch bazơ.

            HX        +                     ROH --->       RX   +       H₂O.

0,86 – 2(x + y)            0,86 – 2(x + y)                             mol

             MgX₂      +      2ROH   ---->    Mg(OH)₂  +  2RX

             x                     2x                      x                       mol

            ZnX₂        +       2ROH  ---->   Zn(OH)₂    + 2RX

            y                        2y                       y                   mol

Ta có n_{ROH đã phản ứng} = 0,86 – 2(x + y) + 2x + 2y = 0,86 mol

Vậy n_{ROH dư} = 0,96 – 0,86 = 0,1mol

Tiếp tục có phản ứng xảy ra:

             Zn(OH)₂     +    2ROH ---->     R₂ZnO₂ + 2H₂O

bđ:    y                       0,1                                           mol

Pứ:   y₁                      2y₁                                           mol

còn: y – y₁                0,1 – 2y₁                                   mol

( Điều kiện: y  y₁)

Phản ứng tạo kết tủa.

     Ba(OH)₂   +  H₂SO₄  --->  BaSO₄    +   2H₂O

bđ: 0,06             0,43               0                   mol

pứ: 0,06            0,06               0,06                mol

còn:  0            0,43 – 0,06       0,06             mol

Nung kết tủa.

Mg(OH)₂ ----->   MgO   + H₂O

 x                          x                      mol

Zn(OH)₂ ------->  ZnO     + H₂O

 y – y₁                y – y₁                  mol

BaSO₄ ----> không bị nhiệt phân huỷ: 0,06 mol

Ta có: 40x + 81(y – y₁) + 233.0,06 = 26,08

---> 40x + 81(y – y₁) = 12,1          (II)

Khi y – y₁ = 0 ---> y = y₁ ta thấy 0,1 – 2y₁  0 ---> y₁  0,05

Vậy 40x = 12,1 ---> x = 12,1 : 40 = 0,3025 mol

Thay vào (I) ta được y = 0,04 ( y = y₁  0,05) phù hợp

Vậy m_Mg = 24 . 0,3025 = 7,26g và m_Zn = 65 . 0,04 = 2,6g

Khi y – y₁ > 0 --> y > y₁ ta có 0,1 – 2y₁ = 0 (vì n_ROH phản ứng hết)

----> y₁ = 0,05 mol, thay vào (II) ta được: 40x + 81y = 16,15.

Giải hệ phương trình (I, II) ---> x = 0,38275 và y = 0,01036

Kết quả y < y₁ (không phù hợp với điều kiện y  y₁ ) ---> loại.