Phương pháp giải bài tập kim loại môn Hóa học 12 năm 2019-2020

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP KIM LOẠI MÔN HÓA HỌC 12

 

I – BÀI TẬP VỀ XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI

1) Có thể tính được khối lượng mol nguyên tử kim loại M theo các cách sau:

- Từ khối lượng (m) và số mol (n) của kim loại → M = m/n

- Từ M_{hợp chất} → M_{kim loại}

- Từ công thức Faraday → \(M = \frac{{m.n.F}}{{I.t}}\)  (n là số electron trao đổi ở mỗi điện cực)

- Từ a < m < b và α < n < β →  \(\frac{a}{\beta } < M = \frac{m}{n} < \frac{b}{\alpha }\) → tìm M thỏa mãn trong khoảng xác định đó

- Lập hàm số M = f(n) trong đó n là hóa trị của kim loại M (n = 1, 2, 3), nếu trong bài toán tìm oxit kim loại M_xO_y thì n = 2y/x → kim loại M

- Với hai kim loại kế tiếp nhau trong một chu kì hoặc phân nhóm → tìm Mtb → tên 2 kim loại

2) Một số chú ý khi giải bài tập:

- Biết sử dụng một số định luật bảo toàn như bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn mol electron,… Biết viết các phương trình ion thu gọn, phương pháp ion – electron …

- Khi đề bài không cho kim loại M có hóa trị không đổi thì khi kim loại M tác dụng với các chất khác nhau có thể thể hiện các số oxi hóa khác nhau → đặt kim loại M có các hóa trị khác nhau

- Khi hỗn hợp đầu được chia làm hai phần không bằng nhau thì phần này gấp k lần phần kia tương ứng với số mol các chất phần này cũng gấp k lần số mol các chất phần kia

3) Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO₃ loãng, thu được 940,8 ml khí N_xO_y (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H₂ bằng 22. Khí N_xO_y và kim loại M là:

A. NO và Mg                   B. NO₂ và Al                      C. N₂O và Al                            D. N₂O và Fe

Hướng dẫn:

M(N_xO_y) = 44 → nN₂O = 0,042 mol 

M → Mⁿ⁺ + ne                                        

2NO₃- + 8e + 10H⁺ → N₂O + 5H₂O

Theo đlbt mol electron: n_e cho = n_e nhận → \(\frac{{0,042.8.M}}{n} = 2,024 \to \frac{M}{n} = 9\) → No duy nhất n = 3 và M = 27 → Al → đáp án C

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm Mg và kim loại M. Hòa tan hoàn toàn 8 gam hỗn hợp X cần vừa đủ 200 gam dung dịch HCl 7,3 %. Mặt khác cho 8 gam hỗn hợp X tác dụng hoàn toàn với khí Cl₂ cần dùng 5,6 lít Cl₂ (ở đktc) tạo ra hai muối clorua. Kim loại M và phần trăm về khối lượng của nó trong hỗn hợp X là:

A. Al và 75 %                        B. Fe và 25 %                      C. Al và 30 %                         D. Fe và 70 %

Hướng dẫn: nHCl = 0,4 mol ; nCl₂ = 0,25 mol ; nMg = x mol ; nM = y mol 24x + My = 8 (1)

- X tác dụng với dung dịch HCl (M thể hiện hóa trị n) → 2x + ny = 0,4 (2)

- X tác dụng với Cl2 (M thể hiện hóa trị m) → 2x + my = 0,5 (3)

- Từ (2) ; (3) → y(m – n) = 0,1 → m > n → No duy nhất m = 3 và n = 2 → x = y = 0,1 mol

- Từ (1) → M = 56 → Fe và % M = 70 % → đáp án D

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm hai muối cacbonat của 2 kim loại kiềm thổ ở hai chu kì liên tiếp. Cho 7,65 gam X vào dung dịch HCl dư. Kết thúc phản ứng, cô cạn dung dịch thì thu được 8,75 gam muối khan. Hai kim loại đó là:

A. Mg và Ca                      B. Ca và Sr                      C. Be và Mg                         D. Sr và Ba

Hướng dẫn:
- Đặt công thức chung của hai muối là MCO₃. Phương trình phản ứng:

MCO₃ + 2HCl → MCl₂ + CO₂ + H₂O

- Từ phương trình thấy: 1 mol MCO₃ phản ứng thì khối lượng muối tăng: 71 – 60 = 11 gam

- Theo đề bài khối lượng muối tăng: 8,75 – 7,65 = 1,1 gam → có 0,1 mol MCO₃ tham gia phản ứng

→ M + 60 = 76,5 → M  = 16,5 → 2 kim loại là Be và Mg → đáp án C

Ví dụ 4: Hòa tan hoàn toàn 6 gam hỗn hợp X gồm Fe và một kim loại M (hóa trị II) vào dung dịch HCl dư, thu được 3,36 lít khí H₂ (ở đktc). Nếu chỉ hòa tan 1,0 gam M thì dùng không đến 0,09 mol HCl trong dung dịch. Kim loại M là:

A. Mg                            B. Zn                                     C. Ca                                  D. Ni

Hướng dẫn: nH₂ = 0,15 mol

- nX = nH₂ = 0,15 mol → M_X = 40

- Để hòa tan 1 gam M dùng không đến 0,09 mol HCl → 2/M < 0,09 → 22,2 < M < 40 < 56 → M là Mg  → đáp án A

Ví dụ 5: Để hòa tan hoàn toàn 6,834 gam một oxit của kim loại M cần dùng tối thiểu 201 ml dung dịch HCl 2M. Kim loại M là:

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

Hướng dẫn: Gọi công thức oxit là M_xO_y ; nHCl = nH⁺ = 0,402 mol

- Ta có nO^2– (trong oxit) = nH⁺ / 2 mol → nM_xO_y = nH+ / 2Y mol → (Mx + 16y) = (6,834.2Y) : 0,402 → Mx = 18y

→ M = 18y/x → No duy nhất 2y/x = 3 và M = 27 → Al → đáp án C

II – BÀI TOÁN VỀ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC, KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH BAZƠ KIỀM

1) Một số chú ý khi giải bài tập:

- Chỉ có kim loại kiềm, Ca, Sr, Ba mới tan trong nước ở nhiệt độ thường

- Các kim loại mà hiđroxit của chúng có tính lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác dụng được với dung dịch kiềm (đặc)

- Nếu đề bài cho nhiều kim loại tác dụng với nước tạo dung dịch kiềm, rồi sau đó lấy dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch hỗn hợp axit thì: 

+ Giải bằng cách viết phương trình ion thu gọn  

+ nOH^– = 2nH₂

- Nếu đề bài cho hỗn hợp kim loại kiềm hoặc kiềm thổ và kim loại M hóa trị n vào nước thì có thể có hai khả năng: 

+ M là kim loại tan trực tiếp (như kim loại kiềm, Ca, Sr, Ba) 

+ M là kim loại có hiđroxit lưỡng tính (như Al, Zn) 

M + (4 – n)OH^– + (n – 2)H₂O → MO₂^{n – 4} + n/2H₂ (dựa vào số mol kim loại kiềm hoặc kiềm thổ → số mol OH^– rồi biện luận xem kim loại M có tan hết không hay chỉ tan một phần)

2) Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Na, K, Ba hòa tan hết trong nước dư tạo dung dịch Y và 5,6 lít khí (ở đktc). Tính V ml dung dịch H₂SO₄ 2M tối thiểu để trung hòa Y

A. 125 ml                            B. 100 ml                            C. 200 ml                               D. 150 ml

Hướng dẫn:

nH₂ = 0,25 mol

Ta có nOH^– = 2nH₂ mà nOH^– = nH⁺ → nH₂SO₄ = nH₂ = 0,25 mol → V = 0,125 lít hay 125 ml → đáp án A

Ví dụ 2: Thực hiện hai thí nghiệm sau:

• Thí nghiệm 1: Cho m gam hỗn hợp Ba và Al vào nước dư, thu được 0,896 lít khí (ở đktc)

• Thí nghiệm 2: Cũng cho m gam hỗn hợp trên cho vào dung dịch NaOH dư thu được 2,24 lít khí (ở đktc) Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là:

A. 2,85 gam                         B. 2,99 gam                   C. 2,72 gam                               D. 2,80 gam

Hướng dẫn:

nH₂ ở thí nghiệm 1 = 0,04 < nH₂ ở thí nghiệm 2 = 0,1 mol → ở thí nghiệm 1 Ba hết, Al dư còn thí nghiệm 2 thì cả Ba và Al đều hết

- Gọi nBa = x mol và nAl = y mol trong m gam hỗn hợp

- Thí nghiệm 1:

Ba + 2H₂O → Ba²⁺ + 2OH^– + H₂ 

x →                            2x       x 

Al + OH^– + H₂O → AlO₂– + H₂ 

2x→                               3x

→ nH₂ = 4x = 0,04 → x = 0,01 mol

- Thí nghiệm 2: tương tự thí nghiệm 1 ta có: x + = 0,1 → y = 0,06 mol

→ m = 0,01.137 + 0,06.27 = 2,99 gam → đáp án B

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 7,3 gam hỗn hợp X gồm kim loại Na và kim loại M (hóa trị n không đổi) trong nước thu được dung dịch Y và 5,6 lít khí hiđro (ở đktc). Để trung hòa dung dịch Y cần dùng 100 ml dung dịch HCl 1M. Phần trăm về khối lượng của kim loại M trong hỗn hợp X là:

A. 68,4 %                         B. 36,9 %                                  C. 63,1 %                               D. 31,6 %

III – BÀI TOÁN VỀ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT

1) Kim loại tác dụng với dung dịch axit:

a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng:

M + nH⁺ → Mⁿ⁺ + n/2H₂

(M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn)

b) Đối với H₂SO₄ đặc, HNO₃ (axit có tính oxi hóa mạnh):

- Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H₂SO₄ đặc, HNO₃ sẽ đạt số oxi hóa cao nhất

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với H₂SO₄ đặc nóng (trừ Pt, Au) và H₂SO₄ đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó S⁺⁶ trong H₂SO₄ bị khử thành S⁺⁴ (SO₂) ; So hoặc S^-2 (H₂S)

- 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 thành N⁺⁴ (NO₂)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO₃ loãng (trừ Pt, Au), khi đó N⁺⁵ trong HNO₃ bị khử thành N⁺² (NO) ; N⁺¹ (N₂O) ; N^o (N₂) hoặc N^-3 (NH⁴⁺)

c) Kim loại tan trong nước (Na, K, Ba, Ca,…) tác dụng với axit: có 2 trường hợp

- Nếu dung dịch axit dùng dư: chỉ có phản ứng của kim loại với axit

- Nếu axit thiếu thì ngoài phản ứng giữa kim loại với axit (xảy ra trước) còn có phản ứng kim loại dư tác dụng với nước của dung dịch

2) Một số chú ý khi giải bài tập:

- Kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl, H₂SO₄ loãng (H⁺ đóng vai trò là chất oxi hóa) thì tạo ra muối có số oxi hóa thấp và giải phóng H₂: M + nH⁺ → Mⁿ⁺ + n/2H₂ (nH⁺ = nHCl + 2nH₂SO₄)

- Kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl, H₂SO₄ loãng, HNO₃ → viết phương trình phản ứng dưới dạng ion thu gọn (H⁺ đóng vai trò môi trường, NO₃– đóng vai trò chất oxi hóa) và so sánh các tỉ số giữa số mol ban đầu và hệ số tỉ lượng trong phương trình xem tỉ số nào nhỏ nhất thì chất đó sẽ hết trước (để tính theo)

- Các kim loại tác dụng với ion NO₃– trong môi trường axit H⁺ xem như tác dụng với HNO₃

- Các kim loại Zn, Al tác dụng với ion NO₃– trong môi trường kiềm OH^– giải phóng NH₃

4Zn + NO₃– + 7OH^– → 4ZnO₂^2– + NH₃ + 2H₂O

(4Zn + NO₃– + 7OH^– + 6H₂O → 4[Zn(OH)₄]^2– + NH₃)

8Al + 3NO₃– + 5OH^– + 2H₂O → 8AlO₂– + 3NH₃

(8Al + 3NO₃– + 5OH^– + 18H₂O → 8[Al(OH)₄]^– + 3NH₃

- Khi hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với hỗn hợp axit thì dùng định luật bảo toàn mol electron và phương pháp ion – electron để giải cho nhanh. So sánh tổng số mol electron cho và nhận để biện luận xem chất nào hết, chất nào dư

- Khi hỗn hợp kim loại trong đó có Fe tác dụng với H₂SO₄ đặc nóng hoặc HNO₃ cần chú ý xem kim loại có dư không. Nếu kim loại (Mg → Cu) dư thì có phản ứng kim loại khử Fe³⁺ về Fe²⁺.

Ví dụ: Fe + 2Fe³⁺ → 3Fe²⁺ ; Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺

- Khi hòa tan hoàn hoàn hỗn hợp kim loại trong đó có Fe bằng dung dịch HNO₃ mà thể tích axit cần dùng là nhỏ nhất → muối Fe²⁺

- Kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ ưu tiên phản ứng trước

- Nếu đề bài yêu cầu tính khối lượng muối trong dung dịch, ta áp dụng công thức sau:

m_muối = m_cation + _{manion tạo muối} = m_{kim loại} + m_{anion tạo muối}

(m_{anion tạo muối} = m_{anion ban đầu} – m_{anion tạo khí})

- Cần nhớ một số các bán phản ứng sau:

2H⁺ + 2e → H2                                                             NO₃- + e + 2H⁺ → NO₂ + H₂O

SO₄^2– + 2e + 4H⁺ → SO₂ + 2H₂O                                 NO₃- + 3e + 4H⁺ → NO + 2H2O

SO₄^2– + 6e + 8H⁺ → S + 4H₂O                                     2NO3- + 8e + 10H+ N2O + 5H2O

SO₄^2– + 8e + 10H⁺ → H₂S + 4H₂O                               2NO₃- + 10e + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O 

 NO₃- + 8e + 10H⁺ → NH₄⁺ + 3H₂O

- Cần nhớ số mol anion tạo muối và số mol axit tham gia phản ứng:

nSO₄^2–_{tạo muối} = Σ . n_X (a là số electron mà S⁺⁶ nhận để tạo sản phẩm khử X)

nH₂SO_{4 phản ứng} = 2nSO₂ + 4nS + 5nH₂S

nNO₃^–_{tạo muối} = Σ a.n_X (a là số electron mà N⁺⁵ nhận để tạo ra sản phẩm khử X) 

nHNO_{3 phản ứng} = 2nNO₂ + 4nNO + 10nN₂O + 12nN₂

3) Một số ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho 3,68 gam hỗn hợp gồm Al và Zn tác dụng với một lượng vừa đủ dung dịch H₂SO₄ 10 %, thu được 2,24 lít khí H₂ (ở đktc). Khối lượng dung dịch thu được sau phản ứng là:

A. 101,68 gam                   B. 88,20 gam                         C. 101,48 gam                            D. 97,80 gam

Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 14,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Sn bằng dung dịch HCl (dư), thu được 5,6 lít khí H₂ (ở đktc). Thể tích khí O₂ (ở đktc) cần để phản ứng hoàn toàn với 14,6 gam hỗn hợp X là:

A. 2,80 lít                         B. 1,68 lít                         C. 4,48 lít                               D. 3,92 lít

Ví dụ 3: Cho 7,68 gam hỗn hợp X gồm Mg và Al vào 400 ml dung dịch Y gồm HCl 1M và H₂SO₄ 0,5M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 8,512 lít khí (ở đktc). Biết trong dung dịch, các axit phân li hoàn toàn thành các ion. Phần trăm về khối lượng của Al trong X là:

A. 56,25 %                B. 49,22 %                         C. 50,78 %                               D. 43,75 %

Ví dụ 4: Cho 0,10 mol Ba vào dung dịch chứa 0,10 mol CuSO₄ và 0,12 mol HCl. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc lấy kết tủa nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là:

A. 23,3 gam                   B. 26,5 gam                      C. 24,9 gam                            D. 25,2 gam

Ví dụ 5: 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

...

Trên đây là toàn bộ nội dung Phương pháp giải bài tập kim loại môn Hóa học 12 năm 2019-2020, để xem thêm nhiều tài liệu hữu ích khác các em vui lòng đăng nhập vào hệ thống Chúng tôi chọn chức năng xem online hoặc tải về máy tính!

Chúc các em học tốt!