Tài liệu Bài toán kim loại tác dụng với axit

Phßng gi¸o dôc - ®µo t¹o B×nh xuyªn Trêng THCS Gia Kh¸nh TÊN Chuyªn ®Ò: BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT Tác giả chuyên đề : Trần Thị Lan Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác : TRƯỜNG THCS GIA KHÁNH HUYỆN BÌNH XUYÊN – TỈNH VĨNH PHÚC N¨m häc 2019 - 2020 THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ 1. Tên chuyên đề: “BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT” 2. Tác giả: Họ và tên : Trần Thị Lan Năm sinh: 1980 Trình độ chuyên môn: Đại học hóa học Chức vụ công tác: Giáo viên Nơi làm việc: Trường THCS Gia Khánh - huyện Bình Xuyên – tỉnh Vĩnh Phúc. 3. Đối tượng học sinh bồi dưỡng: Đội tuyển HSG lớp 9 dự thi cấp huyện, cấp tỉnh 4. Thời gian bồi dưỡng: 3 tiết PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU I. Cơ sở lí luận: “Nâng cao dân trí - Đào tạo nhân lực – Bồi dưỡng nhân tài” là nhiệm vụ hàng đầu của ngành Giáo dục – Đào tạo. Chất lượng Giáo dục – Đào tạo phải đặt bên cạnh yêu cầu nâng cao chất lượng nguồn nhân lực và phát triển khoa học công nghệ trong thời đại kinh tế tri thức đang diễn ra trên phạm vi toàn thế giới. Việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh có năng khiếu về các môn học nói chung và môn hóa học nói riêng ngay từ cấp THCS được coi là một trong những nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu góp phần thực hiện tốt mục tiêu giáo dục của trường THCS, là bước khởi đầu quan trọng để đào tạo các em thành những người đi đầu trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ sau này. Vì vậy . bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ quan trọng và thường xuyên của mỗi nhà trường và mỗi giáo viên. Số lượng và chất lượng HSG là một trong những thước đo để đánh giá chất lượng dạy học của mối giáo viên và mỗi nhà trường. Hóa học là bộ môn khoa học thực nghiệm đòi hỏi tính hệ thống và tính logic cao. Một trong những biện pháp quan trọng trong dạy học hóa học là người thầy giáo coi trọng hơn việc chỉ dẫn cho học sinh con đường tìm ra kiến thức mà không chỉ dừng lại ở việc cung cấp những kiến thức có sẵn, chú ý rèn luyện kĩ năng , khả năng vận dụng kiến thức thức, dạy cách học và tự học. Tạo điều kiện cho học sinh được rèn luyện năng lực độc lập tư duy sáng tạo thông qua bài tập hóa học là cơ sở để hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh. Qua thực tiễn giảng dạy và học tập, học sinh còn gặp nhiều trở ngại vướng mắc khi giải quyết những vấn đề của hóa học nhất là bài toán kim loại tác dụng với axit. Vì vậy, tôi đã lựa chọn chuyên đề : “ BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT” nhắm giúp cho học sinh tháo gỡ phần nào những khó khăn ,vướng mắc về kiến thức cũng như phương pháp giải nhanh gọn, dễ hiểu . Từ đó, các em có thể đề xuất được những bài tập mới phát huy tiềm năng sáng tạo , tự tin chiếm lĩnh kiến thức và đạt kết quả cao trong các kì thi HSG cấp huyện và cấp tỉnh. II. Mục đích và phạm vi của đề tài: 1.Mục đích: - Giúp học sinh hình thành kĩ năng phân tích tổng hợp, xác định dạng bài, tìm ra phương pháp giải phù hợp để tham gia dự thi HSG cấp huyện, tỉnh - Đưa ra một số phương pháp phù hợp để học sinh có thể giải nhanh, chính xác bài toán liên quan, tiết kiệm thời gian làm bài, đảm bảo bài làm đạt hiệu quả cao. 2. Phạm vi của chuyên đề: - Áp dụng đối với HSG lớp 9 - Thời gian dự kiến bồi dưỡng : 3 tiết PHẦN HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ I.Một số biện pháp thực hiện: 1. Đối với giáo viên: - Ôn tập , củng cố cho học sinh kiến thức về tính chất của kim loại, axit, bazơ, muối và hợp chất hữu cơ; dãy hoạt động hóa học của các nguyên tố kim loại. Tổng hợp,hệ thống hóa kiến thức. - Tổng hợp các bài tập mẫu và các bài tập tự giải trong tài liệu, - Phân loại bài tập theo mức độ. 2. Đối với học sinh: - Nắm vững những kiến thức đã học, đặc biệt là những tính chất riêng của chất. - Nắm chắc các phương pháp giải bài tập. - Đọc thêm sách tham khảo, tài liệu liên quan, đề thi học sinh giỏi cấp huyện,tỉnh qua các năm …. 3. Lưu ý sau khi giải bài tập: - Khắc sâu những vấn đề trọng tâm, chỉ ra những điểm khác biệt. - Mở rộng khái quát hóa kiến thức. - Phương pháp vận dụng. II. Nội dung: 1.Cơ sở lí thuyết: a.Phân loại axit: Axit loại 1: Gồm HCl, H2SO4 loãng, HBr… trừ HNO3 và H2SO4đặc Axit loại 2: HNO3 và H2SO4đặc,nóng b. Công thức phản ứng: - Công thức 1: Kim loại + Axit loại 1 → Muối + H2  +) Điều kiện: Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học Bêketop: K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au +)Đặc điểm: * Muối thu được có hóa trị thấp ( đối với kim loại có nhiều hóa trị ). * Ví dụ: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2  Cu + HCl → Không phản ứng - Công thức 2: Kim loại + Axit loại 2 → Muối + sản phẩm khử + H2O Đặc điểm: + Phản ứng xảy ra với tất cả các kim loại ( Trừ Au ,Pt). + Tạo muối có hóa trị cao nhất ( đối với kim loại đa hóa trị) Ví dụ: 2Fe +6H2SO4(đ)  t Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O 3Cu + 8HNO3→ 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O Chú ý: o + Kim loại phản ứng với HNO3 có thể tạo ra nhiều sản phẩm như : NO, NO 2, N2O, NO2, N2 ,NH4NO3…tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại, điều kiện phản ứng và nồng độ axit. + Với những kim loại vừa phản ứng với nước , vừa phản ứng với axit, khi cho vào dung dịch axit, kim loại sẽ phản ứng với axit trước, nếu dư kim loại mới phản ứng với nước. Vd: Cho Ba dư vào dung dịch H2SO4 Ba + H2SO4 → BaSO4↓ + H2↑ Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑ ( Trong hai phản ứng trên khi lọc bỏ kết tủa, dung dịch thu được là Ba(OH)2). + Al, Fe ,Cr không tác dụng với HNO3 đặc, nguội và H2SO4 đặc, nguội. 2.Phân loại bài tập: Dựa vào các chất tham gia trong phản ứng tôi chia bài toán thành 3 dạng: Một kim loại tác dụng với một dung dịch axit Hỗn hợp kim loại tác dụng với một dung dịch axit Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp dung dịch axit 3.Phương pháp giải bài tập: - Dựa vào số mol các chất theo phương trình phản ứng Phương pháp đại số Bảo toàn electron Bảo toàn khối lượng III. Một số bài tập minh họa: Dạng 1: Một kim loại tác dụng với một axit Bài 1: Cho 11,2 gam Fe phản ứng vừa đủ với dung dịch HCl 7,3%. Sau phản ứng thu được khí A và dung dịch B. a) Tính thể tích khí A (ở đktc) b) Tính khối lượng dung dịch axit tham gia. c) Tính C% dung dịch B. Hướng dẫn: Bài toán dựa vào số mol tính theo PTHH 11, 2 nFe  0, 2 (mol) 56 PTHH: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2  1 2 1 1 (mol) nH nFeCl 0, 2 (mol) a) Theo phương trình (1): Thể tích khí H2 thu được (ở đktc) là: VH n.22, 4 0, 2.22, 4 4, 48 (lit) b) Theo phương trình (1): nHCl 2nFe 0, 4 (mol) Khối lượng dung dịch HCl 7,3% cần dùng là: 2 2 2 0, 4.36,5.100 200 (g) 7,3 nH 2 nFe 0, 2 (mol) mdd  c) Theo phương trình, ta có : nFeCl Khối lượng dung dịch sau phản ứng (ddB): mdd = 11,2 +200 – 0,2.2 =210,8 (g). Nồng độ % của dung dịch B: 2 C%  25, 4 .100% 12, 05% 210,8 Bài 2: Để hòa tan hoàn toàn 5,4 gam kim loại cần 300 gam dung dịch HCl 7,3%. Đó là kim loại nào. Hướng dẫn: Đây là bài toán xác định kim loại nhưng chưa biết hóa trị của chúng, Vì vậy cần lập mối liên hệ giữa khối lượng mol (M) với hóa trị của kim loại, sau đó biện luận để tìm kim loại. 300.7,3 nHCl  0.6mol 100.36,5 Gọi KHHH của kim loại là A, hóa trị x PTHH: 2A + 2xHCl → 2AClx + xH2  1 x (mol) Theo phương trình: 1 0, 6 nA  .nHCl  x x (mol) Khối lượng mol của kim loại A: M A 5, 4 : 0, 6 9 x x Vì x là hóa trị của kim loại nên nhận giá trị 1,2,3 x M Kết luận 1 9 Loại 2 18 Loại 3 27 Al Vậy kim loại cần tìm là Al Bài 3: Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO 3 1M, khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được khí NO ( sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu. Tính giá trị của m. Hướng dẫn: Ta thấy nFe tạo Fe(NO3)3 = 0,1 < 0,12 => Dung dịch X chứa 2 muối. nFe  6, 72 0,12 (mol) 56 PTHH: nHNO3 0, 4.1 0, 4 (mol) Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) 0,1 ← 0,4→ 0,1 Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 0,02→ 0,04 0,06 (2) Dung dịch X chứa: Fe(NO3)3 = 0,1- 0,04 = 0,06 mol và Fe(NO3)2 = 0,06 mol. Dung dịch X tác dụng với Cu: 2Fe(NO3)3 + Cu → 2Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2 0,1→ 0,03 => m = 0,03 . 64= 1,92 (g) Lưu ý : Fe và Cu đều tác dụng với muối sắt (III). Bài 4: Hòa tan hoàn toàn một lượng kim loại M trong dung dịch HNO 3 dư thu được một muối duy nhất có khối lượng là m gam. Cũng cho kim loại đó đem hòa tan hết trong dung dịch HCl thì thu được 127 m (g) muối. Xác định kim loại M. 242 Hướng dẫn: Kim loại M có thể là kim loại đa hóa trị nên khi tác dụng với 2 axit này thì có thể bị oxi hóa lên các số oxi hóa khác nhau. Theo bài ra ta có: 3 M  HNO   M ( NO3 ) n Ta có : M  HCl   MClm M  62n 242  M  35,5m 127 Ta có kết quả phù hợp là: n = 3 ; m = 2 và M = 56 Chú ý : Khi giải bài toán có 2 gốc axit hóa trị I cần chú ý đến tính oxi hóa của nó. Bài 5: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO 3 loãng(dư), thu được dung dịch X và 1,344lit (đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N 2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Tính giá trị của m. Hướng dẫn: Cần xác định trong dung dịch X có muối NH4NO3 hay không ? Sử dụng phương pháp bảo toàn e để giải (có chất khử và chất oxi hóa) Từ đề bài ta có: nAl = 0,46 mol ; nN O nN 0, 03mol Quá trình oxi hóa: Al – 3e → Al3+ (1) Mol pư: 0,46 → 1,38 0,46 Quá trình khử: 2 +5 +1 3 2NO Mol pư: 2 + 8e → N2O 0,24 +5 ← (2) 0,03 0 2NO3- + 10e → (3) Mol pư: 0,3 ← 0,03 Ta có số mol e nhường = 1,38 > số mol e thu ( Trái định luật bảo toàn e) do đó sản phẩm khử phải có muối amoni. +5 N2 -3 NO3- + 8e → NH4+ (4) Mol pư: 0,84 → 0,105 Khối lượng chất rắn thu được bằng khối lương muối tạo thành. m = 0,46 . 213 + 0,105 . 80 = 106,38 (g) Dạng 2: Hỗn hợpkim loại tác dụng với một dung dịch axit Bài 1: Cho 18,6 gam hỗn hợp A gồm Zn và Fe vào 500 ml dung dịch HCl. Khi phản ứng hoàn toàn, cô cạn dung dịch được 34,575 gam chất rắn. Lập lại thí nghiệm trên với 800 ml dung dịch HCl rồi cô cạn thu được 39,9 gam chất rắn. Tính nồng độ mol của dung dịch HCl và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp. Hướng dẫn: Trong thí nghiệm 1, nếu kim loại hết thì chất rắn thu được ở thí nghiệm 2 bằng lần thứ nhất. Theo đầu bài , khối lượng chất rắn lần 2 nhiều hơn lần 1 nên ở thí nghiệm 1 dư kim loại, ở thí nghiệm 2 kim loại hết. Thí nghiệm 2: Gọi a và b lần lượt là số mol của Zn và Fe. PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 a 2a a a (mol) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 b 2b b b (mol) Ta có: 18,6  65a 56 136a  127b 39, 9 mZn + mFe = 65a + 56b = 18,6 => b  (1) mZnCl  mFeCl Theo phương trình : (2) Từ (1) , (2) => a= 0,2 Nên : mZn = 65a = 65.0,2 = 13 (g) mFe = 18,6 - 13 = 5,6 (g) Thí nghiệm 1: Gọi x và y lần lượt là số mol của Zn và Fe. PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 x 2x x x (mol) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 y 2y y y (mol) Theo phương trình: mZnCl  mFeCl 136 x  127 y 2 2 2 2 Ta có : mZn dư = 13 – 65x mFe dư = 5,6 – 56y  mRắn = 136x +127y +13- 65x + 5,6 – 56y = 34,575  x +y = 0,225 - Theo phương trình: nHCl =2 (x + y) = 2 . 0.225 = 0,45 (mol) - Nồng độ mol của dung dịch HCl là: n 0, 45 CM   0,9( M ) V 0,5 Bài 2 : ( Đề thi chọn HSG lớp 9 cấp tỉnh Vĩnh Phúc năm học 2012-2013) Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl 20% thu được dung dịch Y. Biết nồng độ của MgCl 2 trong dung dịch Y là 11,787%. 1. Tính nồng độ % của muối sắt trong dung dịch Y. 2. Nếu thêm vào dung dịch Y nói trên một lượng dung dịch NaOH 10% vừa đủ thì nồng độ % của chất tan có trong dung dịch sau phản ứng là bao nhiêu. Hướng dẫn: Dựa vào PTHH dể tính toán. 1) Gọi số mol của Mg và Fe lần lượt là x,y (đk: x,y>0) Mg + 2HCl  MgCl2 + H2  x 2x x x (mol) Fe + 2HCl  FeCl2 + H2  y 2y y y (mol) m dd HCl  (2x  2y) 36,5 100 (365x  365y ) (gam) 20 m dd Y = 24x + 56y + 365x + 365y – (2x + 2y ) = ( 387x + 419y ) ( gam) Phương trình biểu diễn nồng độ % của MgCl2 trong dung dịch Y : 95x 11, 787  387x  419y 100 m FeCl 127y 127x ( gam) 2 giải ra x  y Vì nồng độ % tỷ lệ thuận với khối lượng chất tan trong dung dịch nên : 127x C%FeCl  11, 787  15,76 % 95x 2 2) Cho dung dịch Y tác dụng NaOH thì thu được dung dịch Z MgCl2 + 2NaOH  Mg(OH)2  + 2NaCl x 2x x 2x ( mol) FeCl2 + 2NaOH  Fe(OH)2  + 2NaCl y 2y y 2y (mol) mdd NaOH 10% = (2x  2y) 40 100 (800x  800y) ( gam) 10 m kết tủa = (58x + 90y ) ( gam) mdd Z 387x  419y  800x  800y  (58x  90y) 1129(x + y) (gam) 58,5(2x  2y) 117 C% NaCl  100%  100% 10,36% 1129(x  y) 1129 Bài 3: Hòa tan 13,2 gam hỗn hợp A gồm 2 kim loại có cùng hóa trị vào 400 ml dung dịch HCl 1,5M. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 32,7 g hỗn hợp muối khan. a) Chứng minh hỗn hợp A không tan hết. b) Tính thể tích khí hidro sinh ra (đktc). Hướng dẫn: Cần chứng minh khối lượng của A phản ứng nhỏ hơn khối lượng của A ban đầu. a) nHCl = 0,4 , 1,5 = 0,6 (mol) Gọi M và N là 2 kim loại trong hỗn hợp A có hóa trị x , a và b lần lượt là số mol của M và N. PTHH: 2M + 2xHCl  2MClx + xH2  a 2a 2a 0,5xa (mol) 2N + 2xHCl  2NClx + xH  2 b bx b 0,5xb (mol) Theo phương trình : n HCl  x(a  b) 0,6 (mol) Ta có: mMCl  m NCl (M  35,5 x)a  ( N  35,5 x)b 32,7 Hay: (Ma + Nb) + 35,5x(a + b) = 32,7 Nên: mM + mN = 11,4 < 13,2 => Do đó hỗn hợp không tan hết. b) Theo phương trình: n H 0,5 x(a  b) 0,5.0.6 0,3 (mol) Thể tích khí H2 thu được (đktc) là: x x x 2 V H 2 22,4.0,3 6,72(l ) Chú ý: Bài toán cho biết tổng khối lượng của 2 kim loại (không biết số mol mỗi kim loại) và số mol ban đầu của axit. Để biết hỗn hợp kim loại có tan hết trong lượng axit nói trên hay không ta có thể áp dụng phương pháp sau: Gọi A, B là khối lượng mol của hai kim loại A, B; M là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp ( với A < B). Ta có: mhh m m  nhh  hh  hh B M A ( vì A < M < B) + Muốn chứng minh hỗn hợp tan hết, ta giả sử hỗn hợp chỉ gồm kim loại nhẹ hơn A, Nếu ta đủ axit để hòa tan hết A, do nhh  mhh n A , A thì hỗn hợp thật ta sẽ dư axit => hỗn hợp tan hết. + Muốn chứng minh không đủ axit để hòa tan hết hỗn hợp , ta giả sử hỗn hợp chỉ gồm kim loại nặng hơn B ( n B  mhh B ). Nếu ta không có đủ axit để hòa tan hết B thì với hỗn hợp thật, với số mol lớn hơn, ta sẽ thiếu axit, suy ra hỗn hợp không tan hết. Khi đó kim loại nào hoạt động mạnh hơn trong dãy hoạt động hóa học của kim loại sẽ tan trước, kim loại đó tan hết rồi đến kim loại kia. ( Lưu ý: Các lí luận trên chỉ chắc chắn đúng khi A , B có cùng hóa trị). Bài 4: Một hỗn hợp X gồm Al và Fe nặng 22 gam. Cho hỗn hợp X tác dụng với 2 lít dung dịch HCl 0,3M (D= 1,05 g/ml). a) Chứng tỏ rằng hỗn hợp không tan hết. b) Tính thể tích khí H2(đktc), khối lượng chất rắn Y không tan và nồng độ % chất tan trong dung dịch Z thu được. Biết rằng trong 2 kim loại chỉ có 1 kim loại tan. Hướng dẫn: a) nHCl = 2.0,3 = 0,6 (mol) Giả sử hỗn hợp chỉ gồm Fe Do Fe = 56 > Mhh nên : mhh  nhh 56 => n Fe  22 0,39 56 (mol) thật. Để hòa tan hết 0,39 mol Fe này cần một số mol HCl là 0,78 mol Fe + 2HCl  FeCl2 + H2  1 2 (mol) 0,39 → 0,78 Ta không đủ axit để hòa tan hết 0,39 mol Fe . Vậy hỗn hợp X không tan hết. c) Do Al hoạt động mạnh hơn Fe nên Al tan trước .  2AlCl3 + 3H2  2Al + 6 HCl 0,2 0,6 0,3 (mol) Do đó : V H 0,3.22,4 6,72 (l) Chất rắn Y không tan gồm Al dư và Fe: my = mx – mAl tan = 22 – 0,2. 27 = 16,6 (g) Khối lượng dung dịch Z: mdd = 2000 . 1,05 + 5,4 – 0,3.2 = 2104,8 (g) Dung dịch Z chứa 0,2 mol AlCl3. Do đó : m AlCl 0,2.133,5 26,7 (g) 2 3 Vậy : C%  26,7.100% 1,27% 2104,8 Nhận xét: Với cách giải trên , HS làm bài nhanh , chính xác, khắc phục được nhược điểm mà các phương pháp khác không giải quyết được. Bài 5: ( Trích đề thi tuyển sinh lớp 10 chuyên năm 2013-2014 tỉnh Vĩnh Phúc) Cho hỗn hợp X gồm ba kim loại Na, Al, Fe phản ứng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 loãng ,dư thu được V lít khí H2 (đktc). Nếu thay kim loại Na và Fe trong hỗn hợp X bằng một kim loại M hóa trị II nhưng khối lượng bằng 1 2 tổng khối lượng Na và Fe rồi cho tác dụng hết với H2SO4 loãng ,dư thì thể tích khí H2 bay ra cũng đúng bằng V lít (đktc). Xác định kim loại M. Hướng dẫn: Gọi số mol của Na và Fe lần lượt là 2a mol và b mol. PTHH: 2Na + H2SO4(loãng) 2a Fe + H2SO4 (loãng) b Thay Na,Fe bằng M: M + H2SO4 (loãng) (a + b)  0 MSO4 +  Ta có: 2(a + b) M = 46a + 56b => Nhận xét: Na2SO4 + H2  a  FeSO4 + H2 b  M 23  H2  (a + b) (mol) (mol) (mol) 5b a b 5b 5b  5  23  M  28  M 24 a b b Vậy M là Mg. Bài 6: Hòa tan hoàn toàn 3,22 g hỗn hợp X gồm Fe, Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 loãng, thu được 1,344 lít khí H2 (đktc) và dung dịch chứa m gam muối. Tính m? Hướng dẫn : Ta thấy số phương trình lập được ít hơn số ẩn => dùng ĐLBT khối lượng để tính. Gọi KHHH chung của 3 kim loại là M M + H2SO4  MSO4 + H2  Theo phương trình : 1,344 n H 2 SO4 n H 2  0,06mol 22,4 Áp dụng ĐLBTKL: mmuối = m X  m H SO  mH 3,22  98.0,06  2.0,06 8,98 (g) 2 4 2 Dạng 3: Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp dung dịch axit Bµi 1: Hoµ tan 7,74g hçn hîp 2 kim lo¹i Mg, Al trong 500ml dung dÞch hçn hîp chøa HCl 1M vµ H2SO4 0,38M (lo·ng). Thu ®îc dung dÞch A vµ 8,736 lÝt khÝ H2(®ktc). a. Kim lo¹i ®· tan hÕt cha? gi¶i thÝch? b. TÝnh khèi lîng muèi cã trong dung dÞch A? Híng dÉn: n HCl = 0,5 (mol) ; n H SO = 0,19 (mol) ; n H 0,39 (mol) a/ C¸c PTHH:  Mg + 2HCl MgCl2 + H2  (1)  2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2  (2)   Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 (3)   2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (4) Tõ (1),(2) : 2 n H2 = Tõ (3), (4) 1 2 n HCl = n H 2 n H 2 SO4 0,19mol 4 1 2 2 .0,5 = 0,25 (mol). Suy ra: Tæng n H 0,25 + 0,19 = 0,44 (mol) Ta thÊy: 0,44 > 0,39 VËy: AxÝt d, kim lo¹i tan hÕt. b/ Theo c©u a: AxÝt d. * TH1: Gi¶ sö HCl ph¶n øng hÕt, H2SO4 d: nHCl = 0,5 mol  n H = 0,25 mol nH = 0,39 - 0,25 = 0,14 (mol) suy ra n H SO ( p / u ) = 0,14 mol Theo ®Þnh luËt BTKL: m muèi A = 7,74 + 0,5 .35,5 + 0,14 .96 = 38,93g * TH2: Gi¶ sö H2SO4 ph¶n øng hÕt, HCl d Suy ra n H SO = 0,19 mol suy ra n H = 0,19 mol nH = 0,39 - 0,19 = 0,2 (mol) suy ra n HCl ( pu ) = 0,2.2 =0,4 (mol) Theo ®Þnh luËt b¶o toµn khèi lîng: m muèi = 7,74 + 0,19.96 + 0,4.35,5 = 40,18 (g) V× thùc tÕ ph¶n øng x¶y ra ®ång thêi. Nªn c¶ 2 axÝt ®Òu d. Suy ra tæng khèi lîng muèi trong A thu ®îc lµ: 38,93 (g) < m muèi A <40,18 (g) Bài 2: Cho 3,72 gam hỗn hợp X gồm Zn và Fe vào 200 ml dung dịch Y gồm HCl 0,5M và H2SO4 0,15M (loãng), thu được dung dịch A. 1. Hỗn hợp A có tan hết trong dung dịch Y không? 2. Nếu lượng H2 thoát ra là 0,12 gam thì sau khi cô cạn dung dịch sẽ thu được bao nhiêu gam muối? Hướng dẫn: 1. nHC l= 0,5.0,2 = 0,1 (mol) ; n H SO 0,2.0,15 0,03 (mol) Gọi KHHH chung của 2 kim loại là M PTHH: M + 2H+  M2+ + H2  Ta có : n H n HCl  2n H SO 0,16mol  nM 0,08mol 2 2 (1 , 2 ) 2 ( 3, 4 ) 2 2 4 2 ( 3, 4 ) 4 2 (1 , 2 ) 2  Mặt khác: 2 4 4 3,72 3,72 0,057  n M  0,066   0,08 65 56  Axit còn dư và Zn,Fe tan hết. 2.Theo bài ra ta có: n H 0,06mol  nH ( pu ) 0,12mol . - Nếu H+ do HCl và một phần H2SO4 tạo ra: mmuối = m Kl  mCl  mSO 3,72  35,5.0,1  96.0,01 8,23gam - Nếu H+ do H2SO4và một phần HCl tạo ra: mmuối= 3,72 + 96.0,03 + 35,5 . 0,06 = 8,73 gam  8,23gam < mmuối < 8,73 gam. 2  IV. Bài tập tự giải: 2 4  Bài 1: Hòa tan hoàn toàn 7,8 gam hỗn hợp X gồm Mg và Fe vào 300 ml dung dịch HCl thấy thoát ra 5,04 lít khí (đktc). Xác định thành phần % khối lượng các chất trong hỗn hợp X và nồng độ mol dung dịch HCl ban đầu biết đã dùng dư 20%. ĐS: %mMg = 46,15% ; %mFe = 53,85%. CM (dd HCl) = 1,8M Bài 2: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp A chứa Mg và Cu bằng dung dịch H2SO4 98% dư thu được dung dịch B và khí D. Hấp thu hoàn toàn khí D vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 65,1 gam kết tủa. Tính thành phần % các kim loại trong hỗn hợp A và nồng độ % dung dịch B. ĐS: %mMg = 42,86% ; %mCu = 57,14%. C % CuSO 30,77% ; C % MgSO 46,15% Bài 3: Cho hỗn hợp gồm 13 gam Zn và 7,2 gam Mg vào 500 ml dung dịch chứa HCl 2M và H2SO4 1M. 1. Kim loại có tan hết không? Tính thể tích khí thu được ở đktc. 2. Khối lượng muối trong dung dịch thu được thuộc khoảng nào. ĐS: 1. Kim loại tan hết, axit dư. 2. 54,7 gam < mmuối <67,2 gam. Bài 4: Cho 7,5 gam hỗn hợp A gồm Al và Mg vào 500 ml dung dịch X chứa HCl 1M và H2SO4 0,5M và khuấy kĩ để các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Sau phản ứng thu được 10,08 lít khí (đktc) và dung dịch Y. 1. Chứng minh rằng dung dịch thu được làm đỏ giấy quỳ tím. 2. Để trung hòa dung dịch Ycần dùng bao nhiêu ml dung dịch NaOH 1M? 3. Cho dung dịch Ba(OH)2 0,5M tác dụng với dung dịch Y. Tính thể tích dung dịch Ba(OH)2 cần dùng để lượng kết tủa thu được là lớn nhất . Tính khối lượng kết tủa thu được. ĐS: 1. n H du 0,1mol 2. VddNaOH 1M =100 ml 3. VBa (OH ) 800ml ; mkết tủa Max = 77,65 gam. Bài 5: Cho 10,8 gam bột Al tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng thấy thoát ra 3 khí N2, NO, và N2O có tỉ lệ mol tương ứng là 1:2:1. Trong dung dịch thu được không có NH4NO3. Tính thể tích 3 khí trên. ĐS: Vkhí = 4,48 (l) Bài 6: Hòa tan 9,6 gam Cu vào 180 ml dung dịch chứa đồng thời 2 axit HNO3 1M và H2SO4 0,5M. Kết thúc phản ứng thu được V lít (đktc) khí NO duy nhất thoát ra, Tính giá trị của V. ĐS: VNO = 2,016 lít. Bài 7: Cho 37,8 gam một kim loại M tan hết vào dung dịch H2SO4 đặc ,nóng Thu được 36,96 lít (đktc) hỗn hợp hai khí SO2 và H2S, có khối lượng 101,1 gam (không có S trong dung dịch). Xác định tên kim loại M. ĐS: M là Al 4 4  2 Bài 8: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư) , thu được dung dịch X và 1,344 lit (đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Tính giá trị của m. ĐS: m = 97,98 gam Bài 9: Hòa tan hết m gam hỗn hợp Fe, Cu vào 99 gam dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Kết thúc phản ứng thu được dung dịch X và 10,08 lít SO2 (sản phẩm khử duy nhất, đktc). Cho dung dịch X tác dụng với dung dịch NaOH dư, kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi còn lại 28 gam chất rắn. a) Tính % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu. b) Tính nồng độ % ban đầu của H2SO4 đặc, nóng. Biết H2SO4 đã lấy dư 10% so với lượng cần thiết. c) Tính nồng độ % của các chất trong X. ĐS: a) %Fe = 53,84% ; %Cu = 46,16% b) C% H 2 SO4 98% c) C % H SO = 9,7% ; C % CuSO 26,37% 2 4 4 C % Fe2 ( SO4 )3 43,95% Bài 10: Hòa tan hoàn toàn 9,65 gam hỗn hợp Al, Fe trong dung dịch HCl dư , dung dịch thu được cho tác dụng với dung dịch NaOH dư , lọc lấy kết tủa , đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi còn lại 8 gam chất rắn. Tính phần trăm khối lượng của Fe có trong hỗn hợp đầu. ĐS: %mFe = 58,03% Bài 11: Hòa tan hết 4,431 gam hỗn hợp X gồm Al, Mg trong HNO3 loãng, thu được dung dịch A và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp khí B gồm NO và N2O. Hãy xác định % mỗi kim loại trong hỗn hợp X theo 3 cách. ĐS: %mMg = 87,2% ; %mAl = 12,8% Bài 12: (Trích đề thi HSG lớp 9 năm học 2008-2009 tỉnh Vĩnh Phúc) Cho 29,6 gam hỗn hợp A gồm kim loại Cu và sắt oxit tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng, dư. Sau phản ứng thu được dung dịch B và 3,36 lít khí SO2 duy nhất. Cô cạn dung dịch B được 76 gam muối khan. a. Xác định công thức của oxit sắt b. Lấy 29,6 gam hỗn hợp A ở trên tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ thu được dung dịch X. Cho tiếp dung dịch AgNO3 đến dư vào dung dịch X thu được m (g) kết tủa. Tính m? ĐS: a. Fe3O4 b.mkết tủa =147,2 gam Bài 13: (Trích đề thi HSG lớp 9 năm học 2010-2011 tỉnh Vĩnh Phúc) Hỗn hợp X gồm Fe và kim loại R có hóa trị không đổi.Hòa tan hết 3,3 gam X trong dung dịch HCl dư được 2,9568 lít khí ở 27,3oC và 1 atm. Mặt khác cũng hòa tan hết 3,3 gam trên trong dung dịch HNO3 1M lấy dư 10% thì thu được 8,96 ml hỗn hợp khí Y gồm N2O và NO ở đktc có tỉ khối so với hỗn hợp (NO + C2H6) là 1,35 và dung dịch Z chứa hai muối. 1. Tìm R và % khối lượng các chất trong X. 2. Cho Z phản ứng với 400 ml dung dịch NaOH thấy xuất hiện 4,77 gam kết tủa. Tính CM Của NaOH biết Fe(OH)3 kết tủa hoàn toàn. ĐS: 1. R là Al, %mAl =49,1% ; %mFe = 50,9% 2. CM = 0,46M và CM = 0,86M Bài 14: (Trích đề thi HSG lớp 9 năm học 2012-2013 tỉnh Vĩnh Phúc) Cho x (mol) Fe tác dụng vừa hết với dung dịch chứa y (mol) H2SO4 thu được khí A( nguyên chất) và dung dịch B chứa 8,28 gam muối. Tính khối lượng Fe đã dùng. Biết x = 0,375y ĐS: mFe = 2,52 gam Bài 15: (Trích đề thi HSG lớp 9 năm học 2008-2009 tỉnh Hà Nam) Hòa tan 0,71 gam hỗn hợp bột 3 kim loại là đồng, nhôm và magie trong dung dịch HCl dư thu được khí A, dung dịch B và chất rắn C. Cho dung dịch B tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa D, lọc lấy kết tủa D rồi nung D ở nhiệt độ cao cho đến khối lượng không đổi thì thu được 0,2 gam chất rắn. Đốt cháy hết chất rắn C trong không khí thì thu được 0,4 gam chất rắn màu đen. Tính phần trăm về khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu( Biết rằng nhôm hidroxit tan được trong dung dịch kiềm). ĐS: %mCu = 45,07% ; %mAl =38,02% ; %mMg = 16,91%) Bài 16: (Trích đề thi vào lớp 10 chuyên năm học 2012- 2013 tỉnh Quảng Ngãi). Nung hỗn hợp X gồm C và CuO đến khi phản ứng hoàn toàn thu được chất rắn A. Cho chất rắn A phản ứng vừa đủ với 0,5 lít dung dịch HCl 0,4M. Lọc lấy phần không tan sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được 1,344 lít khí (đktc). a) Tính khối lượng của hỗn hợp X. b) Cho lượng hỗn hợp như trên tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc 5M vừa đủ. Tính thể tích khí thoát ra (ở đktc) và thể tích dung dịch axit đã dùng. ĐS: a) m X = 13,16 gam b)Vkhí = 2,016 lít ; VddH SO 0,044 lít Bài 17: (Trích đề thi vào lớp 10 chuyên năm học 2009- 2010 tỉnh Bình Phước) Hòa tan hoàn toàn 6,93 gam hỗn hợp gồm Zn, Fe và Al trong dung dịch H2SO4 loãng thu được khí X và dung dịch Y. Cho khí X đi qua vôi sống, sau đó cho đi qua 32 gam CuO đốt nóng. Cuối cùng cho qua H2SO4 đặc. Sau thí nghiệm khối lượng bình đựng H2SO4 đặc tăng thêm 2,97 gam. Dung dịch Y cho tác dụng với dung dịch NaOH dư, nóng trong không khí. Lọc lấy kết tủa, rồi nung đến khối lượng không đổi, thu được 2,4 gam chất rắn. Hãy viết các phương trình phản ứng xảy ra và tính thành phần % mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu, biết rằng các phản ứng đều có hiệu suất là 100%. ĐS: %mZn =56,28% ; %mFe = 24,24% ; %mAl = 19,48%. 2 4 Bài 18: (Trích đề thi HSG lớp 9 năm học 2010- 2011 tỉnh Thái Bình). Hỗn hợp A gồm 3 kim loại: K, Al, Fe được chia thành 3 phần bằng nhau: Phần 1 cho tác dụng với nước dư thu được 4,48 lít khí. Phần 2 tác dụng với dung dịch KOH dư thu được 7,84 lít khí . Phần 3 hòa tan hoàn toàn trong 0,5 lít dung dịch H2SO4 1,2M thu được 10,08 lít khí và dung dịch B. a) Tính % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A (Cho các khí đo ở đktc). b) Cho dung dịch B tác dụng với 240 gam dung dịch NaOH 20%. Lọc kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Tính giá trị m?( Giả sử các muối tạo kết tủa đồng thời với NaOH). ĐS: a) %mK = 26,17% ; %mAl = 36,24% ; %mFe = 37,59% b)mcr = 13,1 gam. Bài 19: (Trích đề thi HSG lớp 9 năm học 2010- 2011 thành phố Hải Phòng). Cho 25,65 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe và Cu vào m1 gam dung dịch Y chứa HCl và H2SO4 thu được m2 gam dung dịch Z chỉ chứa các muối tan và V lít (đktc) khí H2, còn lại m3 gam một kim loại không tan. Cho từ từ dung dịch Na2CO3 tới dư vào dung dịch Z thì thu được 23,3 gam hỗn hợp chất rắn T. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra. b) Tính khối lượng của mỗi kim loại có trong hỗn hợp X. Biết m2 - m1 =9 gam. c) Tính khối lượng muối có trong dung dịch Z. ĐS: b) mAl = 4,05(g); mFe = 5,6 (g); mCu = 16 (g). c)32,725 (g) < m muối trong Z < 40,85 (g). Bài 20: (Trích đề thi tuyển sinh lớp 10 chuyên năm 2012, ĐHSP Hà Nội). Hòa tan hoàn toàn 3,28 gam hỗn hợp A gồm Mg và Fe vào dung dịch H2SO4 loãng, dư thu được 1,568 lít khí (đktc). Nếu ch hỗn hợp A trên vào một cốc chứa 400 ml dung dịch CuSO4, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 4,4 gam chất rắn B. Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO4 đã dùng. ĐS: CM CuSO4 0,15M PHẦN BA: KẾT LUẬN Bồi dưỡng học sinh giỏi, trong đó có môn Hoá học là công việc biết bao thầy cô giáo đã làm . Trong quá trình ấy, mỗi thầy cô có thể tự rút ra cho mình một số kinh nghiệm quý báu. Trong điều kiện khoa học kỹ thuật và công nghệ phát triển , trong thời đại bùng nổ thông tin điều quan trọng là dạy cho học sinh biết tự thu nhận tri thức , trang bị cho họ phương pháp nhận thức để các em có thể thường xuyên bổ sung đổi mới thông tin , dễ dàng thích ứng một thời đại mới để học tập suốt đời . Kết thúc bài viết về chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi của riêng tôi , tôi muốn khẳng định một điều : Ngoài kinh nghiệm , phương pháp, chính lòng say mê và lương tâm nghề nghiệp sẽ quyết định thành công. Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để chuyên đề của tôi ngày càng hoàn thiện hơn. Xin trân thành cảm ơn! ---------------------------------------------Gia Khánh, ngày 8 tháng 12 năm 2019 Người viết chuyên đề Trần Thị Lan TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Sách giáo khoa lớp 8,9 – NXB Giáo dục 250 bài toán hóa học chọn lọc – NXB Giáo dục- Đào Hữu Vinh Hóa học cơ bản và nâng cao – NXB Giáo dục – Ngô Ngọc An 400 bài tập hóa học – NXB Giáo dục – Ngô Ngọc An 250 bài tập hóa học – NXB Đại học sư phạm – Nguyễn Thị Nguyệt Minh Sổ tay hóa học sơ cấp – NXB Giáo dục- Lê Chí Kiên ( dịch từ bản tiếng nga) 500 bài tập Hóa học chuyên THCS- NXB ĐHQG Hà Nội – Trần Trung Ninh. 8. Bài tập bồi dưỡng HSG Hóa học THCS- NXB ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh – Nguyễn Xuân Trường. 9. Các chuyên đề bồi dưỡng HSG Hóa Học THCS - NXB ĐHQG Hà Nội – Cao Cự Giác MỤC LỤC Nội dung THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU……………………………… I. Cơ sở lí luận:………………………………… II. Mục đích và phạm vi của đề tài…………. PHẦN HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ……………. I. Một số biện pháp thực hiện:……………… II. Nội dung:…………………………………… 1.Cơ sở lí thuyết: ……………………….. 2.Phân loại bài tập:…………………. 3.Phương pháp giải bài tập:.................... III. Một số bài tập minh họa:…………………. Dạng 1: Một kim loại tác dụng với một axit........... Dạng 2: Hỗn hợpkim loại tác dụng với một dung dịch axit......................................................................... Dạng 3: Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp dung dịch axit ............................................................. IV. Bài tập tự giải:……………………………. PHẦN BA: KẾT LUẬN……………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………… Trang 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 6 8 13 15 19 20