Kim loại tác dụng với axit - Hoá học lớp 10

---

Kim loại tác dụng với axit

Với Kim loại tác dụng với axit Hoá học lớp 10 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Kim loại tác dụng với axit từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá học lớp 10.

A. Phương pháp & Ví dụ

Lý thuyết và Phương pháp giải

1. Với axit giải phóng H₂

- Công thức liên hệ giữa số mol kim loại và số mol khí H₂

2.n_H2 = n₁ . n_M1 + n₂.n_M2 + ….. (với n₁, n₂ là số electron nhường của kim loại M₁ và M₂ ; n_M1 , n_M2 là số mol của kim loại M₁, M₂).

- Công thức tính khối lượng muối trong dung dịch:

m_muối = m_KL + m_{gốc ax} (m_SO4^2- , m_X^-…)

Trong đó, số mol gốc axit được cho bởi công thức:

n_{gốc ax} = tổng e trao đổi/ điện tích gốc axit.

+ Với H₂SO₄: m_Muối = m_KL + 96.n_H2

+ Với HCl: m_muối = m_KL + 71.n_H2

+ Với HBr: m_muối = m_KL + 160.n_H2

2. Bài toán kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh

Trong các phản ứng oxy hóa khử, sản phẩm tạo thành có chứa các muối mà ta thường gặp như muối sunfat SO₄^2- (có điện tích là -2), muối nitrat NO₃-, ( có điện tích là -1), muối halogen X^- ( có điện tích là -1), ... Thành phần của muối gồm caction kim loại (hoặc cation NH₄⁺),và anion gốc acid. Muốn tính khối lượng muối tạo thành trong dung dịch ta tính như sau:

m_muối = m_{kim loại} + m_{gốc acid}

Trong đó: m_{gốc acid} = M_{gốc acid} .ne (nhận)/(số điện tích gốc acid)

Một số lưu ý:

- Với kim loại có nhiều số oxy hóa khác nhau khi phản ứng với dung dịch axit HNO₃ loãng, HNO₃ đặc nóng sẽ đạt số oxi hóa cao nhất.

- 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 dó N⁺⁵ trong HNO₃ bị khử về mức oxi hóa thấp hơn trong những đơn chất khi tương ứng.

- Các kim loại tác dụng với ion trong môi trường axit H⁺ coi như tác dụng với HNO₃. Các kim loại Zn, Al tác dụng với ion trong môi trường kiềm OH^- giải phóng NH₃.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hoà tan 7,8g hỗn hợp bột Al và Mg trong dung dịch HCl dư. Sau phản ứng khối lượng dung dịch axit tăng thêm 7,0g. Khối lượng nhôm và magie trong hỗn hợp đầu là:

A. 2,7g và 1,2g        B. 5,4g và 2,4g        C. 5,8g và 3,6g        D. 1,2g và 2,4g

Hướng dẫn:

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_H2 = 7,8 - 7,0 = 0,8 gam

Mặt khác theo công thức 1 và theo đề ta có hệ phương trình:

(Khi tham gia phản ứng nhôm nhường 3 e, magie nhường 2 e và H₂ thu về 2 e)

3.n_Al + 2.n_Mg = 2.n_H2 = 2.0.8/2 (1)

27.n_Al +24.n_Mg = 7,8 (2)

Giải phương trình (1), (2) ta có n_Al = 0.2 mol và n_Mg = 0.1 mol

Từ đó ta tính được m_Al = 27.0,2 =5,4 gam và m_Mg = 24.0,1 = 2,4 gam

Ví dụ 2. Hòa tan 15 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại Mg và Al vào dung dịch Y gồm HNO₃ và H₂SO₄ đặc thu được 0,1 mol mỗi khí SO₂, NO, NO₂, N₂O. Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là:

A. 63% và 37%.        B. 36% và 64%.        C. 50% và 50%.        D. 46% và 54%.

Hướng dẫn:

Ta có 24 n_Mg + 27 n_Al =15 (1)

- Xét quá trình oxi hóa

Mg → Mg²⁺ + 2e

Al → Al³⁺ +3e

⇒ Tổng số mol e nhường = 2_nMg + 3 n_Al

- Xét quá trình khử

2N⁺⁵ +2.4e → 2 N⁺¹

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

⇒ Tổng số mol e nhận = 2.0,4 + 0,2 = 1,4 mol

Theo định luật bảo toàn e ta có:

2n_Mg + 3 n_Al = 1,4 (2)

Giải hệ (1) và (2) ta được n_Mg = 0,4 mol, n_Al = 0,2 mol

⇒ %Al = 27.0,2/15 = 36%

⇒ %Mg = 64%

Ví dụ 3. Cho 6,3 g hỗn hợp Mg và Zn tác dụng hết với dung dịch HCl thấy thoát ra 3,36 lít H₂ (đktc). Khối lượng muối tạo ra trong dung dịch là:

A. 15,69g        B. 16,95g        C. 19,65g        D. 19,56g

Hướng dẫn:

Ta có: 2H⁺ + 2e → H₂

           0,3      0,15 mol

Vậy khối lượng muối trong dung dịch là:

m_muối = m_{kim loại} + m_{gốc acid} = 6,3 + 35,5.0,3/1 = 16,95 g.

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Hòa tan hoàn toàn 20g hỗn hợp Mg và Fe vào dung dịch axit HCl dư thấy có 11,2 lít khí thoát ra ở đktc và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thì thu được bao nhiêu gam muối khan?

A. 55,5g.        B. 91,0g.       C. 90,0g.        D. 71,0g.

Lời giải:

Đáp án:

Áp dụng công thức ta có: m_muối = m_{kim loại} + m_{ion tạo muối}

                                     = 20 + 71.0,5 = 55.5g

Câu 2. Một hỗn hợp X có khối lượng 18,2g gồm 2 Kim loại A (hóa trị 2) và B (hóa trị 3). Hòa tan X hoàn toàn trong dung dịch Y chứa H₂SO₄ và HNO₃. Cho ra hỗn hợp khí Z gồm 2 khí SO₂ và N₂O. Xác định 2 kim loại A, B (B chỉ co thể là Al hay Fe). Biết số mol của hai kim loại bằng nhau và số mol 2 khí SO₂ và N₂O lần lượt là 0,1 mol mỗi khí.

A. Cu, Al       B. Cu, Fe       C. Zn, Al       D. Zn, Fe

Lời giải:

Đáp án:

Quá trình khử hai anion tạo khí là:

4H⁺ + SO₄^2- + 2e → SO₂ + 2H₂O

                     0,2          0,1 mol

10H⁺ + 2NO^3- + 8e → N₂O + 5H₂O

                        0,8         0,1 mol

Tổng e (nhận) = 0,2 + 0,8 = 1 mol

A → A²⁺ + 2e

a                   2a

B → B³⁺ + 3e

b                   3b

Tổng e (cho) = 2a + 3b = 1 (1)

Vì số mol của hai kim loại bằng nhau nên: a = b (2)

Giải (1), (2 ) ta có a = b = 0,2 mol

Vậy 0,2A + 0,2B = 18,2 ⇒ A + B = 91 ⇒ A là Cu và B là Al.

Câu 3. Hòa tan 15g hỗn hợp X gồm 2 kim loại Mg, Al vào dung dịch Y gồm HNO₃ và H₂SO₄ đặc thu được 0,1 mol mỗi khí SO₂, NO, NO₂, N₂O. Phần trăm khối lượng của Al, Mg trong X lần lượt là bao nhiêu ?

Lời giải:

Đáp án:

Ta có: 24 n_Mg + 27n_Al= 15. (1)

Quá trình oxy hóa:

Mg → Mg²⁺ + 2e

n_Mg           2.n_Mg

Al → Al³⁺ + 3e

n_Al           3.n_Al

Tổng số mol e nhường bằng (2.n_Mg + 3.n_Al).

Quá trình khử:

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,3        0,1

2N⁺⁵ + 2.4e → 2N⁺¹

0,8        0,2

N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

0,1        0,1

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

0,2        0,1

⇒ Tổng mol e nhận bằng 1,4 mol.

Theo định luật bảo toàn electron:

2.n_Mg + 3.n_Al = 1,4 (2)

Giải hệ (1), (2) ta được n_Al =0,4 mol; n_Mg = 0,2 mol

%m_Al = 36% ; %m_Mg = 64%

Câu 4. Cho H₂SO₄ loãng dư tác dụng với 6,660g hỗn hợp 2 kim loại X và Y đều hóa trị II thu được 0,1 mol khí đồng thời khối lượng giảm 6,5 g. Hòa tan phần rắn còn lại bằng H₂SO₄ đặc nóng thì thu được 0,16g SO₂. Xác định X, Y?

Lời giải:

Đáp án:

Khối lượng giảm 6,5g < 6,66g → chỉ có một kim loại tan trong H₂SO₄ loãng.

Giả sử kim loại đó là X

X + H₂SO₄ (l) → XSO₄ + H₂

n_X = n_H2 = 0,1 → M_X = 6,5/0,1 = 65 (Zn)

Phần rắn còn lại là kim loại Y

Y – 2e → Y²⁺ ; S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴ (SO₂)

Theo định luật bảo toàn e:

n_Y = n_SO2 = 0,16/64 = 0,0025 → M_Y = (6,66-6,5 )/0,0025 = 64 (Cu)

Câu 5. Hòa tan hoàn toàn 16,2 gam một kim loại chưa rõ hoá trị bằng dung dịch HNO₃ được 5,6 lít (đktc) hỗn hợp A nặng 7,2 gam gồm NO và N₂. Tìm kim loại đã cho.

Lời giải:

Đáp án:

Hỗn hợp khí A

Chọn n = 3 → M = 27 (Al)

Câu 6. Cho hợp kim A gồm Fe và Cu. Hòa tan hết 6 gam A bằng dung dịch HNO₃ đặc nóng thì thoát ra 5,6 lít khí nâu đỏ duy nhất (đktc). Phần trăm khối lượng đồng trong mẫu hợp kim là bao nhiêu ?

Lời giải:

Đáp án: