Phương pháp giải các bài toán về kim loại

Để học tốt môn Hóa học lớp 12

Chuyên đề Hóa học 12 Phương pháp giải các bài toán về kim loại. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh giải bài tập Hóa học lớp 12 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

Hóa học 12: Phương pháp giải các bài toán về kim loại

A. Phương pháp và ví dụ giải các bài toán về kim loại
B. Bài tập trắc nghiệm về giải các bài toán về kim loại

A. Phương pháp và ví dụ giải các bài toán về kim loại

Lý thuyết và Phương pháp giải

Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phầm.

Ví dụ. trong phản ứng kim loại tác dụng với axit → muối + H₂

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có:

m_{dung dịch muối} = m_{kim loại} + m_{dung dịch axit} - m_H₂

2. Phương pháp tăng giảm khối lượng:

Dựa vào sự tăng giảm khối lượng khi chuyển từ 1 mol chất A thành 1 hoặc nhiều mol chất B (có thể qua nhiều giai đoạn trung gian) ta có thể tính được số mol của các chất và ngược lại.

Ví dụ. Xét phản ứng: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Ta thấy: cứ 1 mol Fe (56 gam) tan ra thì có 1 mol Cu (64 gam) tạo thành, khối lượng thanh kim loại tăng 64 - 56 = 8 (gam). Như vậy nếu biết được khối lượng kim loại tăng thì có thể tính được số mol Fe phản ứng hoặc số mol CuSO₄ phản ứng,...

Phương pháp sơ đồ dường chéo:

Thường áp dụng trong các bai tập hỗn hợp 2 chất khí, pha trộn 2 dung dịch, hỗn hợp 2 muối khi biết nồng độ phần trăm của dung dịch (C%) hoặc phân tử khối trung bình ().

Ví dụ. tính tỉ lệ khối lượng của 2 dung dịch có nồng độ phần trăm tương ứng là C₁, C₂ cần lấy trộn vào nhau để được dung dịch có nồng độ C%.(C₁ < C < C₂)

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

Đối với bài toán có hỗn hợp 2 chất khử, biết phân tử khối trung bình cũng nên áp dụng phương pháp sơ đồ chéo để tính số mol từng khí.

4. Phương pháp nguyên tử khối trung bình:

Trong các bài tập có hai hay nhiều chất có cùng thành phần hóa học, phản ứng tương tự nhau có thể thay chúng bằng một chất có công thức chung, như vậy việc tính toán sẽ rút gọn được số ẩn.

+) Khối lượng phân tử trung bình của một hỗn hợp là khối lượng của 1 mol hỗn hợp đó.

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

+) Sau khi được giá trị , để tính khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp cũng áp dụng phương pháp sơ đồ chéo:

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

5. Phương pháp bảo toàn electron:

Phương pháp này áp dụng để gải các bài tập có nhiều quá trình oxi hóa khử xảy ra (nhiều phản ứng hoặc phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn). Chỉ cần viết các quá trình nhường, nhận electron của các nguyên tố trong các hợp chất. Lập phương trình tổng số mol electron nhường = tổng số mol electron nhận.

6. Phương pháp bảo toàn nguyên tố:

Trong các phản ứng hóa học số mol nguyên tử của các nguyên tố được bảo toàn trước và sau phản ứng.

Ví dụ. xét phản ứng CO + oxit kim loại → kim loại + CO₂

Bào toàn nguyên tử O: n_CO = n_CO₂ = n_{O trong các oxit}

7. Phương pháp viết pt phản ứng dưới dạng rút gọn:

Khi giải các bài toán có phản ứng của dung dịch hỗn hợp nhiều chất (dung dịch gồm 2 axit, 2 bazo,...) để tránh viết nhiều phương trình phản ứng, đơn giản tính toán ta viết phương trình ion rút gọn.

Ví dụ minh họa giải các bài toán về kim loại

Bài 1: Hòa tan 1,35 gam một kim loại M bằng dung dịch HNO₃ loãng dư thu được 2,24 lít hỗn hợp khí NO và NO₂ (đktc) có tỉ khối hơi so với hidro bằng 21. Tìm M.

Hướng dẫn:

Áp dụng phương pháp bảo toàn electron

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

Áp dụng phương pháp sơ đồ chéo:

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

⇒ n_NO = 0,025(mol) và n_NO₂ = 0,075 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn số mol electron, ta có:

n_X = 0,075 + 0,075 = 0,15 và M_X = 1,35 ⇒ M = 9n

+) Khi n = 1 ⇒ M = 9 (loại)

+) Khi n = 2 ⇒ M = 18 (loại)

+) Khi n = 3 ⇒ M = 27 (kim loại là Al)

Bài 2: Hòa tan 4,59 gam nhôm trong dung dịch HNO₃ 1M thu được hỗn hợp X gồm hai khí NO và NO₂, tỉ khối hơi của X đối với hidro bằng 16,75. Tính:

a) Thể tích mỗi khí đo ở đktc.

b) Khối lượng muối thu đươc.

c) Thể tích dung dịch HNO₃ đã dùng.

Hướng dẫn:

Ta có:

Áp dụng phương pháp sơ đồ chéo:

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

Áp dụng bảo toàn số mol electron: 17x = 0,51 ⇒ x = 0,03 (mol)

⇒ n_NO = 0,09 (mol); n_N₂O = 0,03 (mol)

V_NO = 0,09.22,4 = 2,016 (lít); V_H₂O = 0,03.22,4 = 0,672 (lit)

n_HNO₃ = n_{HNO₃ bị khử} + n_{HNO₃ tham gia tạo muối} = 5x + 3.n_Al = 0,03 + 3.0,17 = 0,66(mol)

m_muối = n_Al.M = 0,17.213 = 36,21 (gam)

V_{HNO₃ đã dùng} = 0,66/1 = 0,66 (lít)

Bài 3:

a) Hòa tan m gam hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (M có hóa trị không đổi) trong dung dịch HCl dư thì thu được 1,008 lít khí (đktc) và dung dịch chứa 4,575 gam muối khan. Tính m.

b) Hòa tan hết cùng lượng hỗn hợp A (ở phần 1) trong dung dịch chứa hỗn hợp HNO₃ và H₂SO₄ ở nhiệt độ thích hợp thì thu được 1,8816 lít hỗn hợp 2 khí (đktc) có tỉ khối so với H₂ là 25,25. Xác định tên kim loại M.

Hướng dẫn:

m_muối = m_FeCl₂ + m_{MCl_n}

⇔ (56 + 71)a + (M + 35,5)b = 4,575 ⇔ m = 1,38

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

3a + nb = x + 2y = 0,105

Từ (1) và (2) ⇒ a = 0,015 (mol) và nb = 0,06

Mặt khác: 56a + Mb = 1,38 ⇒ Mb = 0,54

M = 9n ⇒ Nghiệm thích hợp n = 3, M = 27 (Al)

B. Bài tập trắc nghiệm về giải các bài toán về kim loại

Bài 1: Một dung dịch có chứa các ion: x mol M³⁺, 0,2 mol Mg²⁺, 0,3 mol Cu²⁺, 0,6 mol SO₄^2-, 0,4 mol NO₃^-. Cô cạn dung dịch này thu được 116,8 gam hỗn hợp các muối khan. M là:

A. Cr

B. Fe.

C. Al

D. Zn

Đáp án: A

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích, ta có:

3x + 0,2.2 + 0,3.2 = 0,6.2 + 0,4 ⇒ x = 0,2 mol

Ta có: m_muối = m_M³⁺ + m_Mg²⁺ + m_Cu²⁺ + m_SO₄^2- + m_NO₃^-

116,8 = 0,2.MM + 0,2.44 + 0,3.64 + 0,6.96 + 0,4.62

M_M = 52 ⇒ M là Cr.

Bài 2: Ngâm một cái đinh sắt vào 200 ml dung dịch CuSO₄. Sau khi phản ứng kết thúc, lấy đinh ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, làm khô thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 0,8 gam. Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO₄ ban đầu.

A. 1M

B. 0,5M

C. 0,25M

D. 0,4M

Đáp án: B

Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng

Theo phương trình: Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

Cứ 1 mol Fe (56 gam) tác dụng với 1 mol CuSO₄ → 1 mol Cu (64 gam).

Khối lượng đinh sắt tăng: 64 – 56 = 8 (gam)

Thực tế khối lượng đinh sắt tăng 0,8 (gam)

Vậy n_{CuSO₄ phản ứng} = 0,8/8 = 0,1(mol) và C_{M_CuSO₄} = 0,1/0,2 = 0,5M

Bài 3: Oxi hóa hoàn toàn 0,792 gam hỗn hợp bột Fe và Cu ta thu được 1,032 gam hỗn hợp các oxit (hỗn hợp X). Hãy tính thể tích khí H₂ (đktc) tối thiểu cần để khử hoàn toàn các oxit thành kim loại.

A. 1,12l

B. 0,48l

C. 0,336l

D. 0,24l

Đáp án: C

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

n_CO₂ = (1,032 - 0,792)/32 = 0,0075(mol)

Do lượng kim loại không thay đổi nên số mol electron do O₂ nhận vào bằng số mol electron do H₂ mất.

⇒ n_H₂ = 2n_O₂ = 0,015 ⇒ V_H₂ = 0,336 (lít)

Bài 4: Hỗn hợp bột gồm 3 kim loại Mg, Al, Zn có khối lượng 7,18 gam được chia làm hai phần đều nhau. Phần 1 đem đốt cháy hoàn toàn trong oxi dư thu được 8,71 gam hỗn hợp oxit. Phần 2 hòa tan hoàn toàn trong HNO₃ đặc nóng dư thu được V lít (đktc) khí NO₂ (sản phẩm khử duy nhất). Hãy tính giá trị của V.

A. 14,336l

B. 11,2l

C. 20,16l

C. 14,72l

Đáp án: A

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng đối với phần 1 ta có:

Phương pháp giải các bài toán về kim loại

Do khối lượng kim loại ở hai phần bằng nhau nên số mol do hỗn hợp kim loại nhường là như nhau ⇒ số mol eletron do O₂ nhận bằng số mol eletron do N⁵⁺ nhận.

⇒ n_NO₂ = 4n_O₂ = 0,64 ⇒ V_NO₂ = 0,64.22,4 = 14,336 (lít)

Bài 5: Cho 3,68 gam hỗn hợp gồm Al và Zn tác dụng với một lượng vủa đủ dung dịch H₂SO₄ 10% thu được 2,24 lít khí H₂ (đktc). Khối lượng dung dịch thu được sau phản ứng là:

A. 101,48 gam

B. 101,68 gam

C. 97,80 gam

D. 88,20 gam

Đáp án: B

Ta có: n_H₂SO₄ = n_H₂ = 0,1 mol

m_H₂SO₄ = 0,1.98 = 9,8 gam

Áp dụng định luật bảo toàn khôi lượng:

m_{hỗn hợp KL} + m_{dd H₂SO₄} = m_{dd sau phản ứng} + m_H₂

m_{dd sau phản ứng} = m_{hỗn hợp KL} + m_{dd H₂SO₄} - m_H₂

= 3,68 + 98 - 0,1.2 = 101,48 gam

Bài 6: Hòa tan hết 7,74 g hỗn hợp bột M, Al bằng 500 ml dung dịch hỗn hợp HCl 1M và H₂SO₄ 0,28M thu được dung dịch X và 8,736 lít H₂ (ở đktc). Cô cạn dung dịch X thu được lượng muối khan là:

A. 38,93 gam

B. 103,85 gam

C. 25,95 gam

D. 77,86 gam.

Đáp án: A

Ta có: n_H₂ = 8,736/22,4 = 0,39 mol

n_HCl = 0,5.1 = 0,5 mol

n_H₂SO₄ = 0,28.0,5 = 0,14 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

m_hh + m_HCl + m_H₂SO₄ = m_muối + m_H₂

m_muối = 7,74 + 0,5.36,5 + 0,14.98 - 039.2 = 38,93 gam.

Bài 7: Đun nóng m gam hỗn hợp Cu và Fe có tỉ lệ khối lượng tương ứng 7:3 với một lượng dung dịch HNO₃. Khi các phản ứng kết thúc, thu được 0,75m gam chất rắn, dung dịch X và 5,6 lít hỗn hợp khí (đktc) gồm NO và NO₂ (không có sản phẩm khử khác của N⁺⁵). Biết lượng HNO₃ đã phản ứng là 44,1 gam. Giá trị của m là:

A. 448

B. 40,5

C. 33,6

D. 50,4

Đáp án: D

Khối lượng Fe = 0,3m gam và khối lượng Cu = 0,7m gam

Sau phản ứng còn 0,75m gam → Fe chỉ phản ứng 0,25m gam; Fe dư vậy sau phản ứng chỉ thu được muối Fe²⁺.

Ta có: n_HNO₃ = 0,7; n_NO + n_NO₂ = 0,25 mol; số mol của Fe(NO₃)₂ = 0,25m/56

Sơ đồ phản ứng:

Áp dụng ĐLBT nguyên tố N ta có:

0,7 = 2. 0,25m/56 + 0,25 → m = 50,4 (g)

Bài 8: Oxi hóa hoàn toàn 0,792 gam hỗn hợp bột Fe và Cu ta thu được 1,032 gam hỗn hợp các oxit (hỗn hợp X). hãy tính thể tích khí H₂ (đktc) tối thiểu cần để khử hoàn toàn các oxit thành kim loại.

A. 0,336 l

B. 0,224 l

C. 0,15l

C. 0,448l

Đáp án: A

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: