Bài giảng Chương hai kim loại

Chương 2 Kim loại A - Một số kiến thức cần nhớ I - Tính chất vật lí của kim loại - Kim loại có tính dẻo, dễ dát mỏng, kéo sợi. Những kim loại khác nhau thì có tính dẻo khác nhau. - Kim loại có tính dẫn điện, kim loại khác nhau thì có khả năng dẫn điện khác nhau, kim loại dẫn điện tốt nhất là bạc sau đó đến đồng, nhôm, sắt … - Kim loại có tính dẫn nhiệt, kim loại khác nhau thì có khả năng dẫn nhiệt khác nhau, kim loại dẫn điện tốt thì thường cũng dẫn điện tốt. - Các kim loại đều có ánh kim. - Ngoài ra kim loại còn có một số tính chất vật lí riêng khác: + Các kim loại khác nhau có khối lượng riêng khác nhau, những kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 gam/cm3 được gọi là kim loại nhẹ, còn các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 gam/cm3 được gọi là kim loại nặng. + Các kim loại khác nhau có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khác nhau. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Thuỷ ngân (Hg) - 39oC và cao nhất là vonfram (W) ở 3410oC. + Các kim loại khác nhau có độ cứng khác nhau. II - Tính chất hoá học chung của kim loại 1. Phản ứng của kim loại với phi kim a. Tác dụng với oxi Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt …) phản ứng với oxi ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao tạo thành oxit (thường là oxit bazơ). Thí dụ 1: Natri phản ứng với oxi tạo thành natri oxit: 4Na + O2 2Na2O Thí dụ 2: Sắt cháy trong oxi không khí tạo thành sắt từ oxit: 3Fe + 2O2 Fe3O4 Thí dụ 3: Đồng cháy trong oxi tạo thành đồng (II) oxit: 2Cu + O2 2CuO b. Tác dụng với phi kim khác ở nhiệt độ cao kim loại phản ứng với nhiều phi kim khác tạo thành muối. Thí dụ 1: Natri nóng chảy phản ứng với khí clo tạo thành muối natri clorua tinh thể: 2Na + Cl2 2NaCl Thí dụ 2: Sắt phản ứng với lưu huỳnh ở nhiệt độ cao tạo thành sắt (II) sunfua: Fe + S FeS Thí dụ 3: Đồng phản ứng clo tạo thành đồng (II) clorua: Cu + Cl2 CuCl2 2. Phản ứng của kim loại với dung dịch axit Một số kim loại phản ứng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng …) tạo thành muối và giải phóng khí hidro. Thí dụ: Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 3. Phản ứng của kim loại với dung dịch muối Kim loại hoạt động hoá học mạnh hơn (trừ các kim loại tác dụng với nước ở nhiệt độ thường như: K, Ca, Na …) có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối tạo thành muối mới và kim loại mới. Thí dụ 1: Sắt đẩy đồng ra khỏi dung dịch muối đồng (II) sunfat: Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 Thí dụ 2: Nhôm đẩy bạc ra khỏi dung dịch muối bạc nitrat: Al + 3AgNO3 3Ag + Al(NO3)3 Thí dụ 3: Đồng đẩy bạc ra khỏi dung dịch muối bạc nitrat: Cu + 2AgNO3 2Ag + Cu(NO3)2 III - Dãy hoạt động hoá học Dãy hoạt động hoá học là dãy các kim loại được xếp theo chiều giảm dần mức hoạt động hoá học. Dãy hoạt động hoá học của một số kim loại thường gặp: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, (H), Cu, Ag, Au Dựa vào tính chất hoá học chung của kim loại ta có bảng tổng kết sau: Tính chất Kim loại 1. Tác dụng với oxi K, Ba Na, Ca … Phản ứng ngay cả ở nhiệt độ thường 4K + O2 đ 2K2O Mg, Al, Zn, Fe, Pb, Cu cần nhiệt độ cao để khơi mào phản ứng 2Cu + O2 2CuO Au, Pt … Không phản ứng với O2 ngay cả ở nhiệt độ cao 2. Tác dụng với nước Kim loại đứng trước Mg phản ứng với nước ở nhiệt độ thường giải phóng H2 2K+2H2Ođ 2KOH+H2 Một số kim loại hoạt động tương đối mạnh phản ứng với nước ở nhiệt độ cao tạo thành oxit và giải phóng H2 Mg+H2O2MgO+H2 Không phản ứng 3. Tác dụng với dung dịch axit Kim loại đứng trước H phản ứng với một số axit (HCl, HBr, H2SO4 loãng …) tạo thành muối và giải phóng H2 Fe + H2SO4 đ FeSO4 + H2 Kim loại đứng sau H không phản ứng với các HCl, H2SO4 loãng 4. Tác dụng với các dung dịch muối Kim loại đứng trước (trừ các kim loại tác dụng với nước ở nhiệt độ thường) đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối. Cu + 2AgNO3 đ Cu(NO3)2 + 2Ag IV - Nhôm 1. Tính chất vật lí Nhôm là kim loại phổ biến nhất màu trắng bạc, có ánh kim, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, nhẹ (khối lượng riêng 2,7 gam/cm3), dẻo … nên có nhiều ứng dụng trong đời sống như đồ dùng gia đình, chế tạo hợp kim … 2. Tính chất hoá học a. Phản ứng của nhôm với phi kim * Tác dụng với oxi Nhôm cháy sáng trong oxi tạo thành nhôm oxit: 4Al + 3O2 2Al2O3 ở điều kiện thường nhôm phản ứng với oxi tạo thành lớp Al2O3 mỏng bền vững bảo vệ không cho nhôm phản ứng với oxi trong không khí và nước. * Nhôm tác dụng với nhiều phi kim khác tạo thành muối Thí dụ: Nhôm tác dụng với S, Cl2, Br2 … 2Al + 3S Al2S3 b. Phản ứng của nhôm loại với dung dịch axit Nhôm phản ứng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng …) tạo thành muối và giải phóng khí hidro. Thí dụ: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 Chú ý: Nhôm không phản ứng với axit H2SO4 đặc nguội và axit HNO3 đặc nguội. Có thể phản ứng với dung dịch axit H2SO4 đặc nóng, và dung dịch axit HNO3 không giải phóng ra H2. Thí dụ: 2Al + 6H2SO4 đặc Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Al + 4HNO3 loãng Al(NO3)3 + NO + 2H2O c. Phản ứng của nhôm với dung dịch muối của kim loại kém hoạt động hơn Thí dụ 1: Nhôm đẩy sắt ra khỏi dung dịch muối sắt (II) sunfat: 2Al + 3FeSO4 3Fe + Al2(SO4)3 Thí dụ 2: Nhôm đẩy bạc ra khỏi dung dịch muối bạc nitrat: Al + 3AgNO3 3Ag + Al(NO3)3 d. Phản ứng của nhôm với dung dịch kiềm 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 NaAlO2 là muối natri aluminat 3. Sản xuất nhôm Trong tự nhiên nhôm tồn tại chủ yếu dưới dạng oxit, muối. Người ta sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân nóng chảy hỗn hợp nhôm oxit với criolit (Na3AlF6): Điện phân nóng chảy 2Al2O3 4Al + 3O2 V - Sắt 1. Tính chất vật lí Sắt là kim loại màu trắng xám, có ánh kim, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, sắt là kim loại nặng (khối lượng riêng 7,86 gam/cm3), dẻo … nên có nhiều ứng dụng trong đời sống như đồ dùng gia đình, chế tạo hợp kim … 2. Tính chất hoá học a. Phản ứng của với phi kim * Tác dụng với oxi Sắt cháy trong oxi không khí tạo thành sắt từ oxit: 3Fe + 2O2 Fe3O4 * Sắt tác dụng với nhiều phi kim khác tạo thành muối Thí dụ: Sắt tác dụng với S, Cl2, Br2 … Fe + S FeS 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 b. Phản ứng của sắt với dung dịch axit Sắt phản ứng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng …) tạo thành muối và giải phóng khí hidro. Thí dụ: Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 Fe + 2HCl FeCl2 + H2 Chú ý: Sắt không phản ứng với axit H2SO4 đặc nguội và axit HNO3 đặc nguội. Có thể phản ứng với dung dịch axit H2SO4 đặc nóng, và dung dịch axit HNO3 không giải phóng ra H2. Thí dụ: 2Fe + 6H2SO4 đặc Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Fe + 4HNO3 loãng Fe(NO3)3 + NO + 2H2O c. Phản ứng của sắt với dung dịch muối của kim loại kém hoạt động hơn Thí dụ 1: Sắt đẩy đồng ra khỏi dung dịch muối đồng (II) sunfat: Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 Thí dụ 2: Sắt đẩy chì ra khỏi dung dịch muối chì nitrat: Fe + Pb(NO3)2 Pb + Fe(NO3)2 VI - hợp kim sắt 1. Hợp kim Hợp kim là chất rắn thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim. 2. Hợp kim của sắt Gang Thép Các hợp kim của sắt - Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2 - 5%. Ngoài ra trong gang còn có một số nguyên tố khác như Mn, Si, S … - Có hai loại gang: + Gang trắng thường dùng để luyện thép. + Gang xám thường dùng để chế tạo máy móc, thiết bị … - Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%. - Thép thường được dùng trong chế tạo máy móc, công cụ lao động, trong xây dựng … Sản xuất - Nguyên liệu chính: Các loại quặng sắt: manhetit Fe3O4, hematit Fe2O3 … than cốc, không khí … - Nguyên tắc sản xuất: Dùng CO khử các oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim. - Quá trình sản xuất: + Phản ứng tạo CO C + O2 CO2 C + CO2 2CO + Khử sắt oxit Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 + Tạo xỉ CaO + SiO2CaSiO3 … - Nguyên liệu chính: Gang, sắt phế liệu và khí oxi. - Nguyên tắc sản xuất: oxi hoá các kim loại, phi kim để loại khỏi gang phần lớn các nguyên tố C, S, P, Mn, Si … - Quá trình sản xuất: + O2 phản ứng với Fe tạo FeO 2Fe + O2 2FeO + FeO oxi hoá các nguyên tố khác có trong gang như: C, S, P, Mn, Si …thành oxit loại ra khỏi thép. FeO + Mn Fe + MnO VII - sự ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại không bị ăn mòn 1. Sự ăn mòn kim loại Sự phá huỷ kim loại, hợp kim trong môi trường tự nhiên do tác dụng hoá học gọi là ăn mòn kim loại. Thí dụ: Sắt thép để trong không khí bị gỉ xốp, giòn dễ gãy vỡ … 2. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại - ảnh hưởng của các chất trong môi trường: Tuỳ theo môi trường mà kim loại tiếp xúc bị ăn mòn nhanh hay chậm. Thí dụ trong môi trường ẩm, có nhiều chất oxi hoá kim loại bị phá huỷ nhanh chóng hơn trong môi trường khô, không có mặt các chất oxi hoá … - Khi nhiệt độ cao kim loại bị ăn mòn nhanh hơn ở nhiệt độ thấp ... 3. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại - Ngăn không cho kim loại tiếp xúc với môi trường xung quanh như: sơn, mạ, tráng men … - Chế tạo các hợp kim có khả năng chống chịu ăn mòn như: thép crom, thép niken … B - câu hỏi và Bài tập 2.1 Trong các kim loại sau: Al, Cu, Ag, Au kim loại nào có khả năng dẫn điện tốt nhất? A. Al B. Ag C. Au D. Cu Đáp án: B đúng 2.2 Vonfram (W) được dùng làm dây tóc bóng đèn vì: A. Có khả năng dẫn điện tốt. B. Có khả năng dẫn nhiệt tốt. C. Có độ cứng cao. D. Có nhiệt độ nóng chảy cao. Đáp án: D đúng 2.3 Trong các kim loại sau: Na, Cu, Fe, Cr kim loại nào có độ cứng cao nhất? A. Na B. Fe C. Cr D. Cu Đáp án: C đúng 2.4 Hãy tính thể tích 1 mol của mỗi kim loại trong phòng thí nghiệm, biết rằng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất trong phòng thí nghiệm các kim loại có khối lượng riêng tương ứng là: Li 0,5 (g/cm3), Fe 7,86 (g/cm3). Trong các phương án sau phương án nào đúng nhất: A. Li 13,88 cm3, Fe 7,11 cm3 B. Li 7,11 cm3, Fe 13,88 cm3 C. Li 6,84 cm3, Fe 56,0 cm3 D. Li 3,42 cm3, Fe 7,11 cm3 Đáp án: A đúng 2.5 Sắp xếp các kim loại sau theo chiều hoạt động hoá học tăng dần: A. Ag, K, Fe, Zn, Cu, Al. B. Al, K, Fe, Cu, Zn, Ag. C. K, Fe, Zn, Cu, Al, Ag. D. K, Al, Zn, Fe, Cu, Ag. Đáp án: D đúng 2.6 Có dung dịch A chứa FeSO4 có lẫn CuSO4, có thể sử dụng kim loại nào trong số các kim loại cho dưới đây để loại bỏ CuSO4 khỏi dung dịch A. A. Na B. Fe C. Al D. Cu Đáp án: B đúng 2.7 Cho các phản ứng sau: X + HCl đ A + H2ư A + NaOH đ B¯ + D B H + H2O H + CO X + Eư X là kim loại nào trong số các kim loại sau: A. Na B. Ag C. Fe D. Cu Đáp án: C đúng 2.8 Một tấm kim loại bằng vàng (Au) bị bám ít Fe trên bề mặt có thể dùng dung dịch nào trong số các dung dịch sau để hoà tan lớp bột sắt. A. H2O B. Dung dịch HCl C. Dung dịch AlCl3 D. Dung dịch FeCl2 Đáp án: B đúng 2.9 Một tấm kim loại bằng vàng (Au) bị bám ít Fe trên bề mặt có thể dùng dung dịch nào trong số các dung dịch sau để hoà tan lớp bột sắt. A. Dung dịch NaOH B. Dung dịch CuCl2 C. Dung dịch AlCl3 D. Dungdịch FeCl3 Đáp án: D đúng 2.10 Các nhóm kim loại nào cho dưới đây thoả mãn điều kiện tất cả các kim loại đều tác dụng với dung dịch axit HCl A. Fe, Al, Ag, Zn, Mg B. Al, Fe, Au, Mg, Zn C. Fe, Al, Ni, Zn, Mg D. Zn, Mg, Cu, Al, Ag Đáp án: C đúng 2.11 Các nhóm kim loại nào cho dưới đây thoả mãn điều kiện tất cả các kim loại đều tác dụng với dung dịch axit H2SO4 đặc nóng. A. Fe, Al, Ag, Zn, Mg B. Al, Fe, Au, Mg, Zn C. Fe, Al, Ni, Zn, Mg D. Cả hai nhóm kim loại a và c đều đúng Đáp án: D đúng 2.12 Cho các phản ứng sau: X + HCl đ A + H2ư A + NaOHvừa đủ đ B¯ + D B¯ + NaOHdư đ H + E X là kim loại nào trong số các kim loại sau: A. Al B. Ag C. Fe D. Cu Đáp án: A đúng 2.13 Có ba kim loại bề ngoài giống nhau Ag, Ba, Al có thể dùng dung dịch nào cho dưới đây có thể phân biệt đồng thời cả ba kim loại. A. Nước B. Dung dịch axit HCl C. Dung dịch axit H2SO4 loãng D. Cả b và c đều đúng Đáp án: C đúng 2.14 Có dung dịch MgSO4, KOH, HCl có thể dùng chất nào cho dưới đây có thể phân biệt đồng thời cả dung dịch. A. Dung dịch axit H2SO4 loãng B. Dung dịch axit HCl C. Giấy quỳ tím D. Cả a và b đều đúng Đáp án: C đúng 2.15 Cho m gam hỗn hợp Al và Ag tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng thu được 6,72 lít khí (đo ở đktc). Sau phản ứng thấy còn 4,6 gam kim loại không tan. Tính thành phần % theo khối lượng hỗn hợp kim loại ban đầu. Giải - Ag đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học nên không phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng. Vậy khối lượng của Ag trong hỗn hợp đầu là mAg = 4,60 gam. - Al phản ứng với dung dịch H2SO4: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (1) = 0,30 mol - Số mol Al có trong hỗn hợp: nAl = = 0,20 mol - Khối lượng Al có trong hỗn hợp: mAl = 27.0,20 = 5,4 mol - % Khối lượng Al trong hỗn hợp: mAl = = 54,0% - % Khối lượng Ag trong hỗn hợp: mAg = = 46,0% 2.16 Hoà tan hoàn toàn 5,4 gam bột nhôm vào 200,0 ml dung dịch H2SO4 1,50 M. a. Tính thể tích khí thu được đo ở điều kiện tiêu chuẩn. b. Tính nồng độ các chất trong dung dịch thu được sau phản ứng. Thể tích dung dịch coi như không đổi. Giải Số mol Al = mol, số mol H2SO4 = V.CM = 0,2.1,5 = 0,3 mol. Phương trình phản ứng: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (1) Theo phương trình phản ứng: 2mol 3mol 1mol 3mol Theo bài ra: 0,2mol 0,3mol xmol ymol Ta có tỉ lệ: các chất phản ứng với nhau vừa đủ. a. Tính thể tích khí thoát ra (H2). Theo phương trình phản ứng (1): y = mol Thể tích H2 đo ở điều kiện tiêu chuẩn: lít b. Chất tan trong dung dịch thu được sau phản ứng là Al2(SO4)3 có số mol là: x = mol Thể tích dung dịch không đổi V = 200,0 ml = 0,2 lít. Nồng độ chất tan trong dung dịch thu được sau phản ứng: M 2.17 Hoà tan hoàn toàn 2,7 gam bột nhôm vào 200,0 ml dung dịch H2SO4 1,0 M. a. Tính thể tích khí thu được đo ở điều kiện tiêu chuẩn. b. Tính nồng độ các chất trong dung dịch thu được sau phản ứng. Thể tích dung dịch coi như không đổi. Giải Số mol Al = mol, số mol H2SO4 = V.CM = 0,2.1,0 = 0,2 mol. Phương trình phản ứng: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (1) Theo phương trình phản ứng: 2mol 3mol 1mol 3mol Theo bài ra: 0,1 mol 0,2mol xmol ymol Ta có tỉ lệ: H2SO4 dư, Al phản ứng hết ị tính các chất phản ứng theo Al. a. Tính thể tích khí thoát ra (H2). Theo phương trình phản ứng (1): mol Thể tích H2 đo ở điều kiện tiêu chuẩn: lít b. Chất tan trong dung dịch thu được sau phản ứng là Al2(SO4)3 và H2SO4 dư: mol mol Thể tích dung dịch không đổi V = 200,0 ml = 0,2 lít. Nồng độ chất tan trong dung dịch thu được sau phản ứng: 2.18 Hoà tan 19,00 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al vào dung dịch axit HCl dư, sau phản ứng thu được 13,44 lít khí ở điều kiện tiêu chuẩn và còn 6,40 gam chất rắn không tan. Hãy tính thành phần % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp trên. Giải - Vì Cu không phản ứng với axit HCl nên chất rắn không tan chính là Cu và mCu = 6,4 gam. Khối lượng kim loại Mg và Al tan ra là: mMg + mAl = 19.0 - 6,4 = 12,6 gam Gọi số mol Mg và Al trong hỗn hợp lần lượt là x mol và y mol. Ta có phương trình phản ứng: Mg + 2HCl MgCl2 + H2 (1) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (2) Theo các phương trình phản ứng (1) và (2) ta có hệ phương trình: Giải hệ phương trình này thu được x = 0,3 mol; y = 0,2 mol Vậy % khối lượng các kim loại trong hỗn hợp dầu là: %mCu = =33,68% %mMg = =37,89% %mAl = =28,42% 2.19 Cho 22,2 gam hỗn hợp gồm Al, Fe hoà tan hoàn toàn trong dung dịch HCl thu được 13,44 lít H2 (đktc). Tính thành phần % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp và khối lượng muối clorua khan thu được. Giải Gọi số mol Fe và Al trong 22,2 gam hỗn hợp lần lượt là x mol và y mol. Ta có phương trình phản ứng: 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (1) Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (2) Theo các phương trình phản ứng (1) và (2) ta có hệ phương trình: Giải hệ phương trình này thu được x = 0,3 mol; y = 0,2 mol Vậy % khối lượng các kim loại trong hỗn hợp dầu là: %mFe = =75,68% %mAl = =24,32% Khối lượng muối clorua thu được: m = =127x + 133,5y = 64,8 gam 2.20 Nhúng một thanh nhôm có khối lượng 50,00 gam vào 400,0 ml dung dịch CuSO4 0,50 M một thời gian. Lấy thanh nhôm ra sấy khô và đem cân thấy thanh kim loại lúc này nặng 51,38 gam. Giả sử tất cả lượng Cu giải phóng đều bám vào thanh nhôm. Tính khối lượng Cu thoát ra và nồng độ các muối có trong dung dịch (giả sử không có sự thay đổi thể tích trong quá trình phản ứng). Giải Phương trình phản ứng: 2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu (1) Gọi số mol CuSO4 có trong 400,0 ml dung dịch ban đầu là: x = 0,4.0,5 = 0,2 mol. Giả sử lượng CuSO4 đã tham gia phản ứng là y mol. Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: 50 - .27y + 64y = 51,38 ị y = 0,03 mol Khối lượng Cu thoát ra là: mCu = 64y = 64.0,03 = 1,92 gam. Số mol CuSO4 còn lại sau phản ứng: x - y = 0,2 - 0,03 = 0,17 mol. Số mol Al2(SO4)3 tạo thành sau phản ứng: y = 0,01 mol. Nồng độ dung dịch sau phản ứng: 2.21 Hoà tan m gam hỗn hợp Al và một kim loại R hoá trị II đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học vào 500,0 ml dung dịch HCl 2,0 M thu được 10,08 lít H2 (đo ở đktc) và dung dịch A. Trung hoà dung dịch A bằng NaOH sau đó cô cạn dung dịch thu được 46,8 gam hỗn hợp muối khan. a. Tính khối lượng m hỗn hợp kim loại đã hoà tan. b. Xác định kim loại R biết rằng tỉ lệ số mol của R và Al trong hỗn hợp là 3:4. Giải a. Tính khối lượng hỗn hợp kim loại - Gọi số mol Al trong hỗn hợp là x mol. Gọi số mol R trong hỗn hợp là y mol. Ta có x:y = 3:4 => 4x = 3y - Số mol HCl: nHCl = 0,5.2 = 1,0 mol - Các phương trình phản ứng: 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (1) R + 2HCl RCl2 + H2 (2) NaOH + 2HCl RCl2 + H2 (3) - Số mol H2 thu được: = 1,5x + y = = 0,45 mol => x = 0,2 mol; y = 0,15 mol - Số mol HCl tham gia phản ứng (1) và(2): nHCl = 2= 2.0,45 = 0,90 mol - Số mol HCl tham gia phản ứng (3) bằng số mol NaOH: NNaOH = nHCl = 1,0 - 0,90 = 0,10 mol - Khối lượng muối thu được: mmuối = = 46,8 - mNaCl = 46,8 - 58,5.0,1 = 40,95 gam - Khối lượng hỗn hợp kim loại ban đầu: m = mAl + mR = 40,95 + mHCl - = 9,0 gam b. Xác định R: - Ta có khối lượng hỗn hợp kim loại ban đầu: m = mAl + mR = 27x + Ry = 9 gam => R = 24 là Mg 2.22 Hoà tan 15,80 gam hỗn hợp Al, Mg và Fe vào 500,0 ml dung dịch HCl 2,50 mol/lít thu được 13,44 lít H2 (đo ở đktc) và dung dịch A. Trong hỗn hợp có số mol Al bằng số mol Mg. Tính % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đã hoà tan và tính khối lượng muối có trong dung dịch A. Giải - Gọi số mol Al, Mg và Fe trong hỗn hợp lần lượt là: x mol, x mol, z mol. - Số mol HCl: nHCl = 0,500.2,5 = 1,250 mol - Các phương trình phản ứng: Mg + 2HCl MgCl2 + H2 (1) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (2) Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (3) - Số mol H2 sinh ra: mol (I) - Số mol HCl tham gia phản ứng (1), (2) và (3): nHCl = 2 = 2.0,60 = 1,20 mol < 1,25 mol nên HCl dư, kim loại tan hết. - Khối lượng hỗn hợp kim loại: mhỗn hợp kim loại = mAl + mMg + mFe = 27x + 24x + 56y = 15,80 gam (II) Giải phương trình (I) và (II) thu được: x = 0,20 mol, y = 0,010 mol %mAl = 34,18%; %mMg = 30,38%; %mFe = 35,44%; - Khối lượng hỗn hợp muối: mmuối = + += 58,40 gam 2.23 Cho hỗn hợp X gồm Fe, Al và một kim loại A có hoá trị II, trong hỗn hợp X có tỉ lệ số mol Al và Fe là 1:3. Chia 43,8 gam kim loại X làm 2 phần bằng nhau: Phần I cho tác dụng với dung dịch H2SO4 1,0 M. Khi kim loại tan hết thu được 12,32 lít khí. Phần II cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 3,36 lít H2. Xác định kim loại A (A không phản ứng được với dung dịch NaOH) và tính thể tích dung dịch H2SO4 tối thiểu cần dùng. Các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Giải Gọi số mol Fe, Al và A trong mỗi phần lần lượt là 3x, x và y mol. Phần I tác dụng với dung dịch H2SO4, vì kim loại tan hết nên A cũng phản ứng với dung dịch H2SO4: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (1) Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 (2) A + H2SO4 ASO4 + H2 (3) Theo các phương trình phản ứng ta có: mol (I) mhh = 2(56.3x + 27x + Ay) = 43,8 gam (II) Phần II tác dụng với dung dịch NaOH 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (4) Theo phương trình phản ứng (4): mol ị x = 0,1 mol Thay x vào phương trình (I) thu được: y = 0,1 mol. Thay x và y vào phương trình (II) thu được: A = 24 Vậy kim loại A là Mg Theo các phương trình phản ứng từ (1) đến (3) số mol H2SO4 tối thiểu cần dùng bằng số mol H2 sinh ra: mol Thể tích dung dịch H2SO4 tối thiểu cần dùng: = 0,55 lít = 550,0 ml 2.24 Hoà tan a gam nhôm kim loại trong dung dịch H2SO4 đặc nóng có nồng độ 98% (d =1,84 g/ml). Khí SO2 sinh ra được hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch NaOH 1,0 M. a. Tính thể tích dung dịch H2SO4 98% (d =1,84 g/ml) cần lấy, biết lượng dung dịch lấy dư 20% so với lượng cần phản ứng. b. Tính thể tích dung dịch NaOH cần lấy để hấp thụ hoàn toàn lượng SO2 trên tạo thành muối trung hoà. Giải a. Tính thể tích dung dịch H2SO4 98% (d =1,84 g/ml) cần lấy - Số mol Al: nAl = = 0,20 mol - Phương trình phản ứng: 2Al + 6H2SO4 Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (1) - Số mol SO2 sinh ra: = 1,5nAl = 0,30 mol - Số mol H2SO4 cần dùng: = 3nAl = 0,60 mol - Khối lượng dung dịch H2SO4 cần dùng: = = 60 gam - Thể tích dung dịch H2SO4 cần dùng: = = 39,13 ml b. Tính thể tích dung dịch NaOH cần lấy - Phương trình phản ứng: SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O (2) - Số mol NaOH cần dùng: nNaOH = 2 = 0,60 mol - Thể tích dung dịch NaOH cần dùng: Vdd NaOH = = 0,60 lít = 600,0 ml 2.25 Hoà tan 5,1 gam Al2O3 vào 200,0 ml dung dịch H2SO4 nồng độ 1,0 M. Tính nồng độ các chất trong dung dịch thu được. Giả sử thể tích dung dịch không đổi khi hoà tan Al2O3. Giải - Số mol Al2O3: = = 0,05 mol - Phương trình phản ứng: Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O (1) - Số mol H2SO4 đã lấy: = 0,2.1,0l = 0,20 mol - Số mol H2SO4 đã phản ứng: = 3 = 3.0,05= 0,15 mol - Số mol H2SO4 dư: = 0,20 - 0,15 = 0,05 mol - Nồng độ H2SO4 trong dung dịch thu được: = = 0,25 M - Nồng độ Al2(SO4)3 trong dung dịch thu được: = = 0,25 M 2.26 Nhúng một thanh Al có khối lượng 5,00 gam vào 100,0 ml dung dịch CuSO4 đến phản ứng hoàn toàn, dung dịch không còn màu xanh của CuSO4. Lấy cẩn thận thanh kim loại ra rửa sạch, sấy khô cân được 6,38 gam. (Giả sử Cu thoát ra bám hết vào thanh kim loại). Tính thể tích nồng độ dung dịch CuSO4 đã lấy và khối lượng Cu bám vào thanh kim loại. Giải - Phương trình phản ứng: 2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu - Gọi số mol Al đã phản ứng là 2x mol thì số mol CuSO4 phản ứng và số mol Cu sinh ra là 3x mol. - Theo định luật bảo toàn khối lương: mthanh kim loại = mAl + mCu - mAl pu = 5 + 64.3x - 27.2x = 6,38 gam => x = 0,01 mol - Nồng độ CuSO4 trong dung dịch ban đầu: = = 0,30 M - Khối lượng Cu bám vào thanh kim loại: mCu = 64.3x = 1,92 gam 2.27 Nguyên tố R phản ứng với lưu huỳnh tạo thành hợp chất RaSb. Trong một phân tử RaSb có 5 nguyên tử, và có khối lượng phân tử là 150. Xác định nguyên tố R. Giải - Phương trình phản ứng: aR + bS RaSb - Ta có: a + b = 5 (I) và Ra + 32b = 150 (II) => R = trong đó 1 < b < 5 Cặp nghiệm phù hợp là b = 3 và R = 27 => R là Al và muối là Al2S3. 2.28 Hoà tan a gam một kim loại vào 500,00 ml dung dịch HCl thu được dung dịch A và 11,2 lít khí H2 (đktc). Trung hoà lượng HCl dư trong dung dịch A cần 100,0 ml dung dịch Ca(OH)2 1M. Cô cạn dung dịch sau khi trung hoà thu được 55,6 gam muối khan. Tính nồng độ dung dịch axit HCl đã dùng, xác định kim loại đem hoà tan và tính a. Gọi kim loại đem hoà tan là M có hoá trị n và có x mol trong a gam. - Số mol Ca(OH)2 là y = 0,1.1 = 0,1 mol. - Số mol H2 sinh ra: Các phương trình phản ứng: 2M + 2nHCl 2MCln + nH2 (1) 2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O (2) - Số mol HCl có trong dung dịch ban đầu: Nồng độ dung dịch HCl ban đầu: Khi cô cạn dung dịch sau khi trung hoà: ị áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho phương trình phản ứng (1): Theo phương trình phản ứng (1): x = Mặt khác a = Mx = 9gam ị M = 9n Cặp nghiệm phù hợp là: n = 3 và M = 27 vậy M là Al. 2.29 Tính khối lượng nhôm sản xuất được từ 1,0 tấn quặng boxit chứa 61,2% Al2O3 bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Biết hiệu suất của quá trình đạt 80%. Giải - Khối lượng Al2O3 có trong 1,0 tấn quặng: = = 612 kg - Phương trình phản ứng: Điện phân nóng chảy 2Al2O3 4Al + 3O2 - Theo phương trình phản ứng cứ 102 gam điện phân được 54 gam Al => mAl = = 259,2 kg 2.30 Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: AlCl3 Al(NO3)3 Al(OH)3 Al2O3 (1) Al (9) (10) (11) (5) Al2O3 Al Al2(SO4)3 AlCl3 Giải 2Al + 3Cl2 2AlCl3 (1) AlCl3 + 3AgNO3 Al(NO3)3 + 3AgCl¯ (2) Al(NO3)3 + 3NaOH Al(OH)3¯ + 3NaNO3 (3) 2Al(OH)3¯ Al2O3 + 3H2O (4) 4Al + 3O2 2Al2O3 (5) Điện phân nóng chảy 2Al2O3 4Al + 3O2 (6) 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (7) Al2(SO4)3 + 3BaCl2 2AlCl3 + 3BaSO4 (8) 2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu (9) 2Al(OH)3¯ + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O (10) Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O (11) 2.31 Hoàn thành các phương trình phản ứng sau: Al + HCl A + .... A + NaOH B¯ + .... B¯ + NaOHdư C + .... C + HCl B¯ + .... Điện phân nóng chảy B¯ D + .... D Al + ... Giải 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (1) AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3¯ + 3NaCl (2) Al(OH)3¯ NaOH NaAlO2 + 2H2O (3) NaAlO2 + HCl + H2O Al(OH)3¯ + NaCl (4) 2Al(OH)3¯ Al2O3 + 3H2O (5 Điện phân nóng chảy 2Al2O3 4Al + 3O2 (6)