Bài tập ôn tập phần kim loại môn Hóa học 12 năm 2019-2020

BÀI TẬP ÔN TẬP KIM LOẠI MÔN HÓA HỌC 12

 

I. BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

Câu 1: Một loại quặng đồng (Halcopirit) chứa 9,2% CuFeS₂

1. Hỏi từ một tấn quặng đó có thể điều chế tối đa bao nhiêu kg đồng kim loại và bao nhiêu lít dung dịch H₂SO₄ đặc 98% (d = 1,84 g.ml)

2. Trong một bình dung tích không đổi 1,68 lít chứa O₂ (dktc) và 3,68 g CuFeS₂ tinh khiết. Nung bình ở 819⁰C đến các phản ứng xày ra hoàn toàn, biết sản phẩm phản ứng là Fe₂O₃, CuO và SO₂. Tính áp suất trong bình ở nhiệt độ nung. Thể tích các chất rắn không đáng kể.

3. Hoàn tan hoàn toàn hỗn hợp Fe₂O₃ và CuO ở trên bằng dung dịch A. tiến hành điện phân dung dịch A với điện cực trơ, cường độ dòng 1,93 A trong vòng 33 phút 20 giây. Tính khối lượng kim loại thoat ra ở catot.

Giải

1. Số kmol FeCuS₂ = \(\frac{{1000.9,2}}{{100.184}}\) = 0,5 kmol

Vậy khối lượng Cu tối đa = 0,5.64 = 32 kg.

Theo các phản ứng :

  2CuFeS₂ + 6,5 O₂ → 2CuO + Fe₂O₃ + 4SO₂ (1)

  2SO₂ + O₂ → 2SO₃ (2)

  SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (3)

Thì số n(H₂SO₄) = 2n(CuFeS₂) = 2.0,5 = 1 kmol tức 98kg nguyên chất.

Vậy thể tích axit sunfuric = \(\frac{{98.100}}{{98.1,84}}\) = 54,35 lít.

2. Tính n(CuFeS₂) = \(\frac{{3,68}}{{184}}\) =0,02 mol

n(O₂) ban đầu = \(\frac{{1,68}}{{22,4}}\)  =0,075 mol

Theo (1) số mol khí giảm = \(\frac{{6,5 - 4}}{2}.0,02\) =0,025 mol

Vậy tổng số mol khí = 0,075 – 0,025 = 0,05 mol

(có thể tích theo số mol SO₂; O₂ dư)

Gọi P là áp suất trong bình ở 819⁰C, ta có

\(\frac{{1.0,05.22,4}}{{273}} = \frac{{p.1,68}}{{273 + 819}} \Rightarrow p = 2,67atm\)

3. Các phản ứng hòa tan:

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O (3)

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O (4)

Các phản ứng lần lượt xảy ra ở điện cực:

Ở Catot :

Fe³⁺ + 1e  → Fe²⁺

Cu²⁺ + 2e → Cu

2H⁺ + 2e → H₂

Fe²⁺ + 2e → Fe

(nếu nồng độ H⁺ nhỏ, thì ion Fe²⁺ có thể bị điện phân đồng thời với H+)

Ở anot: 2Cl^- - 2e →Cl₂

Thời gian điện phân = 33.60 + 20 = 2000s

Theo các phản ứng (1), (3), (4):

n(CuCl₂) = n(FeCl₃) = n(CuFeS₂) = 0,02 mol

Tổng điện lượng Q = 2000.1,93 = 3860 C.

Tính điện lượng Q₁ cần để khử Fe³⁺ → Fe²⁺

\(\frac{{56{Q_1}}}{{1.9650}} = 0,02 \Rightarrow {Q_1} = 1936\) C

Vì Q₁3+ bị khử hết thành Fe²⁺

Điện lượng còn lại Q₂ = 3860 – 1930 = 1930 C dành cho các quá trình sau. Trước hết tính lượng Cu thoát ra:

\({m_{Cu}} = \frac{{64.193}}{{2.9650}} = 0,64\) g hay 0,01 mol

Chứng tỏ chưa bị điện phân hết, nên không xảy ra quá trình khử H⁺ và Fe²⁺ (có thể tính theo thời gian khử Fe³⁺ → Fe²⁺, và sau đó tính thời gian khử Cu²⁺ → Cu).

Câu 2:  X là quặng hematit chứa 60% Fe₂O₃, Y là quặng manhetit chứa 69,6% Fe₃O₄.

1. Hỏi từ một tấn quặng X hoặc Y có thể điều chế tối đa bao nhiêu kg sắt kim loại ?

2. Cần trộn X, Y theo tỉ lệ khối lượng như thế nào để được quặng Z mà 1 tấn quặng Z có thể điều chế được 0,5 tấn gang chau 71 4% cacbon?

3. Cần bao nhiêu kg sắt phế liệu chứa 32% Fe₂O₃, 67% Fe và 1% cacbon đề luyện với 1 tấn gang nói trên trong lò Mactanh nhằm thu được một loại thép chứa 1% cacbon ? Biết rằng trong quá trình luyện thép cacbon chỉ cháy thành CO.

4. Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đốt nóng đựng 70 gam quặng Z ( cho biết ngoài 2 oxit sắt , trong quặng Z chì còn lại tạp chất trơ), khí thoát ra khỏi ống sứ cho qua dung dịch Ba(OH)₂ dư thu được kết tủa T, chất rắn R còn lại trong ống sứ nặng 60 gam. Hòa tan chất rắn R bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 8,96 lít H₂ (đktc).

a. Tính khối lượng kết tủa T

b. Tính % khối lượng các chất trong chất rắn R.

Giải

1. Theo các công thức oxit Fe, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ thì 1 tấn quặng X hoặc Y có thể điều chế được những lượng Fe như nhau:

\({m_X} = \frac{{60.1}}{{100}}.\frac{{168}}{{160}} = 0,42\) tấn = 420 kg

\({m_Y} = \frac{{69,6.1}}{{100}}.\frac{{168}}{{232}} = 0,504\) tấn = 504 kg

2. Lượng Fe có trong 1 tấn quặng Z bằng Z bằng : \({m_Z} = 0,5 - \frac{{96}}{{100}} - 0,48\) tấn

Gọi x,y là số tấn quặng X và quặng Y cần trộn lẫn, ta có hệ phương trình:

\(\left\{ \begin{array}{l}
x + y = 1\\
0,42x + 0,504y = 0,48
\end{array} \right.\) giải hệ \(\left\{ \begin{array}{l}
x = 2/7\\
y = 5/7
\end{array} \right.\)

Nghĩa là phải trộn X, Y theo tỉ lệ 2: 5.

3. Phản ứng xảy ra trong lò Mactanh:

Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO (1)

Gọi a là số kg sắt phế liệu, trong đó có 0,32a kg Fe₂O₃, nên theo (1), lượng cacbon tham gia phản ứng bằng:

\(\frac{{0,32a}}{{160}}.3.12 = 0,072a\) kg và có \(\frac{{0,32a}}{{160}}.3.28 = 0,168a\) kg CO bay ra.

Lượng cacbon có trong thép: m_C = 40 + 0,01a + 0,072a = 40 – 0,062a

Khối lượng thép bằng bằng: m_t = 1000 + a – 0,168a = 1000  + 0,832a

Theo hàm lượng cacbon trong thép, ta có tỉ lệ:

\(\frac{{{m_C}}}{{{m_t}}} = \frac{{40 - 0,062a}}{{1000 + 0,832a}} = \frac{1}{{100}}\)

Rút ra a = 426,6 kg.

4. Các phản ứng khử oxit sắt:

a. 3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂    (2)

  Fe₃O₄ + CO →  3FeO + CO₂         (3)

  FeO + CO → Fe + CO₂                   (4)

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O (5)

Theo các phản ứng (2, 3, 4) khối lượng hụt: 70 – 60 = 10 gam chính là khối lượng oxi bị khử, do đó số mol nguyên tử O bằng số mol CO₂ = 0,625 mol và theo phản ứng (5) bằng số mol kết tủa BaCO₃.

Vậy khối lượng kết tủa T = 0,625.197 = 123,125 g.

b. Các phản ứng hoà tan R bằng dung dịch HCl chắc chắn xảy ra:

  Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂                                (6)

Có thể xảy ra:

  FeO + 2HCl  → FeCl₂ + H₂O             (7)

  Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3 H₂O                   (8)

  Fe₃O₄ + 8HCl →FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O (9)

Tổng khối lượng tạp chất trơ trong Z cũng bằng trong R:

\(\begin{array}{l}
 = \frac{{70.2}}{7}.\frac{{100 - 60}}{{100}} + \frac{{70.5}}{7}.\frac{{100 - 69,6}}{{100}}\\
 = 23,2gam
\end{array}\)

Theo phản ứng (6) n_Fe + n(H₂) = \(\frac{{8,96}}{{22,4}} = 0,4\) mol

Do đó khối lượng Fe trong R bằng : 0,4.56 = 22,4 gam

Do đó khối lượng 3 oxit còn lại bằng : 60 – 23,2 – 22,4 =14,4 gam.

Gọi x, y lần lượt là số mol của FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ trong chất rằn R, ta có hệ phương trình:

\(\left\{ \begin{array}{l}
72x + 160y + 232z = 14,4\\
x + 2y + 2z = 0,2
\end{array} \right.\)

(tồng số mol Fe có trong 3 oxit trên, cách tính như sau: tính số gam Fe₂O₃ suy ra số mol Fe₂O₃, tương tự tính số gam Fe₃O₄ suy ra số mol Fe).

Từ hệ phương trình này, về phương diện toán học ta dễ dàng nhận thấy nghiệm  duy nhất x = 0,2, tức khối lượng FeO = 0,2.72 = 14,4 g

Vậy   %Fe = \(\frac{{22,4.100}}{{60}} = 37,33\% \)

  %FeO = \(\frac{{14,4.100}}{{60}} = 24\% \)

% tạp chất trơ = \(\frac{{23,2.100}}{{60}} = 38,67\% \)

Câu 3: Người ta nướng một tấn quặng calcoxit có hàm lượng 9,2% Cu₂S và 0,77% Ag₂S.

a. Tính khối lượng khí SO₂ tạo ra.

b. Tính lượng H₂SO₄ có thể điều chế nếu thu hồi được 93% và 87% khí SO2 ở hai phản ứng nướng quặng rồi chuyển thành axit.

c. Tính lượng Cu và Ag thu được biết quặng hiệu suất tách và tinh chế chỉ lần lượt đạt 75% và 82%.

d. Nêu phương pháp tinh chế đồng bằng điện phân.

Thường đồng thô còn chứa từ 1 đến 2% tạp chất Ni, Zn, Fe, Ag, Au, Pt.

Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân. 

Giải

Phản ứng xảy ra khi nướng Cu₂S và Ag₂S

Cu₂S(nóng chảy) + O₂(k) → 2Cu(r) + SO₂(k)            (1)

Ag₂S(r) + O2(k) → 2Ag + SO₂(k)                              (2)

Trong 1 tấn quặng calcoxit có 9,2% Cu₂S tức là 92 kg Cu₂S hay \(\frac{{92000}}{{159}} = 578,61\) mol Cu₂S.

Theo phản ứng (1) thì sẽ tạo ra 578,61 mol SO₂.

a. Trong 1 tấn quặng calcoxit có 0,77% Ag₂S tức là 7,7 kg Ag₂S hay \(\frac{{7700}}{{248}} = 31,04\) mol Ag₂S.

Theo phản ứng (2), sẽ tạo ra 31,04 mol SO₂.

Lượng SO₂ tạo ra trong cả hai phản ứng:

(578,61 + ,31,04)64 = 39018 g hay 39,018 kg

b. Sơ đồ điều chế H₂SO₄ từ SO₂

SO₂ →  SO₃ →  H₂SO₄    (3)

Lượng SO₂ thu hồi được từ hai phản ứng trên.

\(\frac{{578,61.93}}{{100}} + \frac{{31,04.87}}{{100}} = 565,11\) mol SO₂

Theo sơ đồ (3), lượng H₂SO₄ thu được là 565,11 mol hay : 565,11.98 = 55380,78 g hay: 55,4 kg H₂SO₄.

c. Lượng Cu thu được: theo phương trình phản ứng (1)

578,61.2.63,5. \(\frac{{75}}{{100}}\) = 55112,6 g hay 55,11 kg Cu

Lượng Ag thu được: theo phương trình phản ứng (2)

31,04.2.108.\(\frac{{82}}{{100}}\) = 5497,80 g hay 5,497 kg Ag

d. Tinh chế đồng bằng phương pháp điện

Lấy đồng thô điều chế được theo phản ứng (1) làm anot, catot làm bằng một thanh Cu, nguyên chất mỏng, dung dịch điện phân là CuSO₄.

Nồng độ của CuSO₄ hầu không đổi trong quá trình điện phân

Ở anot

Xảy ra quá trình oxi hóa

- các chất dễ bị oxi hóa hơn đồng lần lượt nhường electron và đi vào dung dịch:

  Zn(r) → Zn²⁺(aq) + 2e

  Fe(r) → Fe²⁺(aq) + 2e

  Ni(r) → Ni²⁺(aq) + 2e

Rồi đến lượt đồng

  Cu(r) → Cu²⁺(aq) + 2e

- các chất khó bị oxi hóa hơn Cu: Ag, Au, Pt lắng xuống đáy thùng ở vùng anot.

Ở Catot xảy ra quá trình khử.

Ion Cu²⁺ bị khử trước:

  Cu²⁺(aq) + 2e → Cu(r) nguyên chất.

Nếu điện áp khống chế chặt chẽ, chỉ có Cu²⁺ bị khử và tinh chế được đồng nguyên chất tới bốn số 9 (99,99%).

Anot tan dần và Cu nguyên chất tích tụ dần ở catot.

Câu 4: Ngày nay ngành luyện kim bột rất phát triển nghĩa là để chế các hợp kim người ta ép hỗn hợp kim loại với áp suất rất lớn.

Cho A là hỗn hợp bột Al và Cu kim loại lấy m gam hỗn hợp A hòa tan bằng 500ml dung dịch NaOH, nồng độ x mol.l cho đến khi ngừng thoát ra khí thì thu được 6,72 lít H₂ (ở đktc) và còn lại m₁ gam kim loại không tan. Mặt khác hòa tan m gam hỗn hợp A bằng 500ml dung dịch HNO₃ nồng độ y mol.l cho tới khi ngừng thoát ra khí thì thu được 6,72 lít khí NO duy nhất (ở đktc) và còn lại m₂ gam kim loại không tan. Lấy riêng m₁ và m₂ kim loại không tan ờ trên đem oxi hóa hoàn toàn thành oxit thì thu được 1,6064 m₁ gam và 1,5421 m₂ gam oxit.

1. Tìm x, y.

2. Tính khối lượng m.

3. Tính % khối lượng Al, Cu trong hỗn hợp A.

4. Để điều chế hợp kim B chưa 32%Cu, 46% Al, và 22%Mg cần thêm bao nhiêu kg mỗi kim loại vào 100 kg hỗn hợp A ?

Giải

1. Theo các phản ứng:

Cu + 0,5O₂ → CuO                (1)

2Al + 1,5O₂  → Al₂O₃            (2)

Thì tỉ lệ tăng khối lượng đối với Cu bằng 1,25 lần, còn đối với Al bằng 1,89 lần.

Điều đó chứng tỏ trong cả 2 lần, phần kim loại còn lại phải chứa cả Al và Cu, nghĩa là lần đầu NaOH phải hết và lần thứ 2 coi như Cu phản ứng. Dĩ nhiên thực tế Cu có bị hòa tan trong HNO₃, nhưng vì Al dư nên Al dư đẩy Cu khỏi muối nitrat của nó. Dó đó ta coi chỉ có 2 phản ứng:

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Theo đề bài:

n(H₂) = n_NO = 0,3 mol.

Theo các phản ứng (3); (4) thì nồng độ các dung dịch NaOH và HNO₃ là:

\(x = \frac{{0,3}}{{0,5}}.\frac{2}{3} = 0,4M\)

\(y = \frac{{0,3}}{{0,5}}.4 = 2,4M\)

2. Theo phản ứng (3) lượng Al tan = \(\frac{2}{3}{n_{{H_2}}} = \frac{2}{3}.0,3 = 0,2\) mol; còn theo (4) lượng Al tan bằng n_NO = 0,3 mol, tức khối lượng m₁ khác m₂ ở lượng Al tan nhiêu hơn ta có:

m₁ – m₂ = (0,3 – 0,2).27 = 2,7 g

Và do đó khối lượng Al₂O₃ ở lần 1 nhiêu hơn lần 2

1,6064m₁ – 1,542 m₂ = \(\frac{{0,1}}{2}.102 = 5,1\) g

Giải hệ phương trình trên, ta có m₁ = 14,5 g

Vậy m = 14,5 + 0,2.27 = 19,9 g.

3. Gọi a, b là số mol của Cu và Al trong m₁ và trong hỗn hợp oxit tương ứng, ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}
64a + 27b = 14,5\\
80a + 102\frac{b}{2} = 14,5.1,6064 = 23,3
\end{array} \right.\)

Giải hệ ta được a = 0,1 mol. Vậy

\(\% Cu = \frac{{0,1.64.100}}{{19,9}} = 32,16\% \)

%Al  = 100% - 32,16% = 67,84%.

4. Vì % khối lượng của Al trong hợp kim B giảm nhiều nhất, nên ta chọn Al làm chuẩn trong hợp kim B tức trong 100 kg A có 67,84 kg Al ứng với 46% của hợp kim B bằng \(\frac{{67,84.100}}{{46}} = 147,48\) kg.

Do lượng Mg cần thêm vào bằng \(\frac{{147,48.22}}{{100}} = 32,45\) kg và hàm lượng Cu cần thêm vào bằng \(\frac{{147,48.32}}{{100}} - 32,16 = 15,03kg\)

...

Trên đây là phần trích dẫn 4 Dạng bài tập về kim loại môn Hóa học 12 năm 2019-2020, để xem toàn bộ nội dung chi tiết, mời các bạn cùng quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải về máy. 

Ngoài ra các em học sinh có thể tham khảo thêm một số tài liệu cùng chuyên mục:

• Bài tập Chương 5.1 - Đại cương Kim Loại
• Kim loại (Vị trí, cấu tạo), hợp kim, tính chất của kim loại

Chúc các em đạt điểm số thật cao trong kì thi sắp đến!