Chủ đề Kim loại tác dụng với nước và dung dịch kiềm

Nội dung text: Chủ đề Kim loại tác dụng với nước và dung dịch kiềm

1. Vấn đề 3: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC VÀ DUNG DỊCH KIỀM I. Cơ sở lí thuyết và phương pháp giải  Khi bài tốn cho hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với nước hay dung dịch kiềm cần lưu ý: Chỉ cĩ kim loại kiềm, Ca, Ba mới tan trong nước ở nhiệt độ thường: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2 Khi cho kim loại kim loại kiềm, kiềm thổ (trừ Be, Mg) vào dung dịch axit. Đầu tiên kim loại tác dụng với axit, nếu dư mới tác dụng với nước. + n+ 2M + 2nH 2M + nH2 Khi cho kim loại kim loại kiềm, kiềm thổ (trừ Be, Mg) vào dung dịch muối của hydroxit khơng tan. Đầu tiên kim loại tác dụng với nước sinh ra dung dịch kiềm, đồng thời cĩ thể xảy ra phản ứng trao đổi giữa kiềm với muối (tạo kết tủa hoặc chất điện li yếu) n+ - 2M + 2nH2O 2M + 2nOH + nH2 2+ - Cu + 2OH Cu(OH)2 - 2 Hoặc HCO3 + OH CO3 + H2O Chỉ cĩ Be, Zn, Pb, Al, Cr mới tan trong dung dịch kiềm.
2. 2 Zn + 2OH ZnO2 + H2 Be + 2OH Be + H2 3 Al + OH + H2O AlO + H2 2 2 3 Cr + OH + H2O Cr + H2 2  Khi bài tốn cho hỗn hợp gồm 2 kim loại kiềm hoặc kiềm thổ và Al hoặc Zn tác dụng với nước thì: 1 + Na + H2O Na + OH + H2 2 3 Al + OH + H2O AlO 2 + H2 2 Muốn biết Al đã tan hết hay chưa ta phải biện luận: Nếu nNa = nOH nAl Al tan hết Nếu nNa = nOH < nAl Al chưa tan hết Nếu chưa biết nAl, nNa ban đầu thì ta cần xét hai trường hợp trên. Rút ra trường hợp thỏa mãn đề ra.  Nếu bài tốn cho hịa tan hỗn hợp gồm một kim loại kiềm A và một kim loại B hĩa trị n vào nước thì ta phải xét 2 trường hợp sau: B là kim loại tan trực tiếp vào nước (Ca, Ba) + 2A + 2H2O 2A + 2OH + H2 n+ 2B + 2nH2O 2B + 2nOH + n H2
3. B là kim loại cĩ hiđroxit lưỡng tính, khi đĩ: + 2A + 2H2O 2A + 2OH + H2 n 4 n B + (4 – n) OH + (n – 2)H2O BO + H2 2 2  Nếu bài tốn cho nhiều kim loại tan trực tiếp vào nước tạo dung dịch kiềm và sau đĩ lấy dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch hỗn hợp axit thì để đơn giản ta nên viết các phương trình phản ứng xảy ra dưới dạng ion thu gọn. Ví dụ 1: Cho 1,15 gam một kim loại kiềm X tan hết vào nước. Để trung hồ dung dịch thu được cần 50 gam dung dịch HCl 3,65%. Kim loại X là A. K. B. Na. C. Cs. D. Li. Hướng dẫn giải 2X + H2O  2XOH + H2 ROH + HCl RCl + H2O 50.3,65 n = =0,05(mol) HCl 100.36,5 nHCl = nn ROH = R = 0,05(mol) 1,15 M = =23(Na) R 0,05 Chọn đáp án B
4. Ví dụ 2: Hồ tan hết m gam K vào 200 ml dung dịch Cu(NO3)2 0,5M, kết thúc phản ứng thu được 7,35 gam kết tủa. Giá trị của m là A. 11,70 B. 15,60 C. 5,85 D. 17,91 Hướng dẫn giải + - 2K + 2H2O  2K + 2OH + H2 2+ - Cu + 2OH Cu(OH)2 7,35 nCu(OH) 0,075 (mol) 2 98 nCu(NO ) 0,1 (mol) 32 Tính số mol K theo Cu(OH)2 nK n 2.n Cu(OH) 0,15 (mol) OH 2 mK 0,15.39 5,85 (gam) Chọn đáp án C Ví dụ 3: Cho hỗn hợp các kim loại kiềm Na, K hịa tan hết vào nước được dung dịch X và 0,672 lít khí H2 (đktc). Thể tích dung dịch HCl 0,1M cần để trung hịa hết một phần ba dung dịch X là A. 100 ml. B. 200 ml. C. 300 ml. D. 600 ml. Hướng dẫn giải - 2R + 2H2O 2 + 2OH + H2 + - H + OH H2O
5. 0,672 nH 0,03 (mol) 2 22,4 0,06 n 2.nH 0,06 (mol) n 0,02 (mol) OH 2 OH (ddX) 3 nHCl n n 2.n H 0,02 (mol) H OH 2 0,02 VddHCl 0,02 (lit) = 200 (ml) 1 Chọn đáp án B Ví dụ 4: Cho 2,7 gam Al và 4,6 gam Na tác dụng hồn tồn với dung dịch NaOH dư. Sau khi phản ứng kết thúc, thể tích khí H2 (ở đktc) thốt ra là A. 3,36 lít. B. 5,60 lít. C. 4,48 lít. D. 6,72 lít. Hướng dẫn giải Tính số mol Al, Na dùng định luật bảo tồn e để tìm số mol H2 tính thể tích H2 nNa 0,2 (mol) nAl 0,1 (mol) Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hĩa 2.n n 3.n 0,2 3.0,1 0,5 (mol) H2 Na Al 0,5 nH 0,25 (mol) VH 0,25.22,4 5,6 (l) 2 2 2 Chọn đáp án B
6. Ví dụ 5: Cĩ hỗn hợp X gồm chất rắn Mg, Al, Al2O3. Cho 9 gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH dư, kết thúc phản ứng thu được 3,36 lít H2 (đktc). Nếu cũng cho một lượng hỗn hợp như trên tan hồn tồn trong dung dịch HCl dư sinh ra 7,84 lít H2 (đktc). Số gam Al2O3 trong hỗn hợp ban đầu là A. 0,15 gam B. 2,55 gam C. 2,85 gam D. 1,5 gam Hướng dẫn giải 3,36 nH (1) 0,15 (mol) 2 22,4 7,84 nH (2) 0,35 (mol) 2 22,4 X + NaOH dư: Mg khơng phản ứng Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O 3 Al + NaOH + H2O NaAlO2 + H2 2 X + HCl dư: Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 Mg + 2HCl MgCl2 + H2 Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hĩa 3.nAl 2.n H (1) n Al 0,1 (mol) 2 3.nAl 2.n Mg 2.n H (2) n Mg 0,2 (mol) 2
7. m m m m 9 27.0,1 24.0,2 1,5 (gam) Al23 O hh Al Mg Chọn đáp án D Ví dụ 6: Chia 39,9 gam hỗn hợp X ở dạng bột gồm Na, Al và Fe thành 3 phần bằng nhau: Phần 1: Cho tác dụng với nước lấy dư, giải phĩng ra 4,48 lít (đktc) khí H2. Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch NaOH dư, giải phĩng ra 7,84 lít (đktc) khí H2. Hịa tan hồn tồn phần 3 trong dung dịch HCl dư, thấy giải phĩng ra V lít H2(đktc). Giá trị của V là A. 4,48 B. 7,84 C. 10,08 D. 12,32 Hướng dẫn giải 4,48 nH (1) 0,2 (mol) 2 22,4 7,84 nH (2) 0,35 (mol) 2 22,4 Phần 1 + H2O dư: Vì n 0,35 (mol) >n 0,2 (mol) Al dư, OH hết H2 (2) H2 (1) + 1 Na + H2O Na + + H2 2 2Al + 2H2O + 2 2AlO 2 + 3H2 Vì n n n NaOH Alpứ(1)
8. 2n n 3n 4n n 0,1mol H2 (1) Na Al(pứ) Na Na Phần 2 + NaOH dư : Al phản ứng hết. + 1 Na + H2O Na + OH + H2 2 2Al + 2H2O + 2 2AlO2 + 3H2 2n n 3n 0,7 n 0,2mol H2 (2) Na Al Al 1 m .39,9 m m 13,3 23.0,1 27.0,2 5,6 (gam) Fe3 Na Al nFe 0,1 (mol) Phần 3 + HCl dư : 2Na + 2HCl 2NaCl + H2 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 Fe + 2HCl FeCl2 + H2 Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hĩa 2.nH(3) n Na 3.n Al 2.n Fe n n 0,45 (mol) 2 H2 (3) VH (3) 0,45.22,4 10,08 (lit) 2 Chọn đáp án C Ví dụ 7: Hịa tan hồn tồn 18,3 gam hỗn hợp 2 kim loại Na và M (hĩa trị n khơng đổi) trong nước thu được dung dịch X và 4,48 lít H2 (đktc). Để trung hịa bằng dung dịch X cần vừa hết 1 lít dung dịch HCl + H2SO4 cĩ pH = 1. Tên kim loại M là A. Mg B. Ba C. Al D. Zn
9. Hướng dẫn giải 4,48 pH nH 0,2 (mol) ; n 10 .V 0,1.1 0,1 (mol) 2 22,4 H Nếu M cĩ hiđroxit lưỡng tính + 1 Na + H2O Na + OH + H2 2 x x 0,5x n4 n M + (n – 2)H2O + (n – 2)OH MO + H2 2 2 y ( n – 2)y 0,5ny nOH dư = x - (n – 2)y; nH = 0,5x + 0,5ny = 0,2 2 x + ny = 0,4 (1) + OH + H H2O 0,1  0,1 1 [ x - (n – 2)y] = 0,1 x - ny + 2y = 0,2 y = - 0,1 2 mol < 0 (loại) M tác dụng trực tiếp với H2O M chỉ cĩ thể là Ba đáp án B. II. Vận dụng Bài 1: Nồng độ phần trăm của dung dịch thu được khi cho 3,9 gam kali tác dụng với 108,2 gam H2O là A. 5,00% B. 6,00% C. 4,99%. D. 4,00%
10. Hướng dẫn Viết phương trình phản ứng tính số mol K từ số mol K suy ra số mol KOH, số mol H2 tính khối lượng KOH (n n 2.n ) KOH K H2 Tính khối lượng dung dịch sau phản ứng tính C% của KOH. Bài 2: Hồ tan m gam Na kim loại vào nước thu được dung dịch X. Trung hồ dung dịch X cần 100ml dung dịch H2SO4 1M. Giá trị m là A. 6,9. B. 4,6. C. 9,2. D. 2,3. Hướng dẫn Viết phương trình phản ứng từ số mol H2SO4 suy ra số mol NaOH từ số mol NaOH suy ra số mol Na tính m. nH SO (n n24 ) Na NaOH 2 Bài 3: Cho một mẫu hợp kim Na-Ba tác dụng với nước (dư) thu được dung dịch X và 3,36 lít H2 (ở đktc). Thể tích dung dịch axit H2SO4 2M cần dùng để trung hịa dung dịch X là A. 150 ml. B. 60 ml. C. 75 ml. D. 30 ml. Hướng dẫn Dùng cơng thức tương đương viết phương trình phản ứng từ số mol H2 suy ra số mol bazơ từ số mol bazơ suy ra số mol H2SO4 tính thể tích dung dịch H2SO4. (n n ) H2 H 2 SO 4
11. Bài 4: Cho hỗn hợp hai kim loại kiềm Na, K hịa tan hết vào nước thu được dung dịch X và 13,44 lít khí H2 (đktc). Thể tích dung dịch hỗn hợp H2SO4 0,5M và HCl 1M cần để trung hịa hết dung dịch X là A. 120 ml B. 300 ml C. 450 ml D. 600 ml Bài 5: Hịa tan hồn tồn m gam hỗn hợp gồm Na, K và Ca vào nước được dd A và 0,12 mol H2. Thể tích dd H2SO4 0,5M cần để trung hịa dd A la bao nhiêu? A. 120 ml B. 60 ml C. 1,2 lít D. 240 ml Bài 6: Hỗn hợp X gồm Na và một kim loại kiềm thổ A cĩ tổng khối lượng 3,15 gam. Hồ tan X trong nước dư kết thúc phản ứng thấy cĩ 1,68 lít khí thốt ra (đktc). Kim loại A là A. Ba B. Mg C. Ca D. Sr Bài 7: Hồ tan hết m gam K vào 200 ml dung dịch Cu(NO3)2 1M, kết thúc phản ứng thu được 14,7 gam kết tủa. Giá trị của m là A. 11,70 B. 15,60 C. 5,85 D. 17,91 Bài 8: Hồ tan hết 7,6 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm thổ A và B trong dung dịch HCl dư. Kết thúc phản ứng thu được dung dịch Y và 5,6 lít khí (đktc). Lấy1/10 dung dịch Y cho tác dụng dung dịch Na2CO3 để thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là
12. A. 15,60 B. 19,60 C. 3,76 D. 2,26 Bài 9: Cho 5,4 gam bột nhơm tác dụng với 100 ml dung dịch NaOH 0,2M. Sau khi phản ứng xảy ra hồn tồn thu được V lít khí hiđro (ở đktc). Giá trị của V A. 0,336. B. 0,672. C. 0,448. D. 0,224. Hướng dẫn Tính số mol NaOH, Al viết phương trình phản ứng từ số mol NaOH và số mol Al suy ra số mol của H2 (tính theo số mol của chất thiếu) tính V. Bài 10: Xử lý 9 gam hợp kim nhơm bằng dung dịch NaOH đặc, nĩng (dư) thốt ra 10,08 lít khí (đktc), cịn các thành phần khác của hợp kim khơng phản ứng. Thành phần % của Al trong hợp kim là A. 75%. B. 80%. C. 90%. D. 60%. Hướng dẫn Tính số mol H2 sử dụng định luật bảo tồn e để tìm số mol của Al( dựa vào số mol H2) tính khối lượng Al tính %Al. Bài 11: Cho m gam hỗn hợp X ở dạng bột gồm Al, Al2O3 tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M thu được 6,72 lít khí H2 (ở đktc). Giá trị của m là A. 15,6. B. 10,4. C. 5,4. D. 16,2. Hướng dẫn
13. Tính số mol NaOH, H2 viết phương trình phản ứng từ số mol NaOH và số mol H2 suy ra số mol của Al, Al2O3 tính m. Bài 12: 31,2 gam hỗn hợp bột Al và Al2O3 tác dụng với dung dịch NaOH dư thốt ra 13,44 lít khí (đktc). Số gam của Al, Al2O3 lần lượt là A. 21,6 và 9,6. B. 5,4 và 25,8. C. 16,2 và 15,0. D. 10,8 và 20,4. Hướng dẫn Tính số mol H2 sử dụng định luật bảo tồn e để tìm số mol của Al( dựa vào số mol H2) tính khối lượng Al, Al2O3. Bài 13: Cho m gam hỗn hợp bột Al và Fe tác dụng với dung dịch NaOH dư thốt ra 6,72 lít khí (đktc). Nếu cho m gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch HCl dư thì thốt ra 8,96 lít khí (đktc). Khối lượng của Al và Fe trong hỗn hợp lần lượt là A. 10,8 gam và 5,6 gam. B. 5,4 gam và 5,6 gam. C. 5,4 gam và 8,4 gam. D. 5,4 gam và 2,8 gam. Bài 14: Hịa tan hồn tồn hợp kim Al - Mg trong dung dịch HCl, thu được 8,96 lít khí H2 (đktc). Nếu cũng cho một lượng hợp kim như trên tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được 6,72 lít khí H2 (đktc). Thành phần phần trăm theo khối lượng của Al trong hợp kim là A. 69,2%. B. 65,4%. C. 80,2%. D. 75,4%.
14. Bài 15: Hỗn hợp X gồm Na và Al. Cho m gam X vào một lượng dư nước thì thốt ra V lít khí. Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH (dư) thì được 1,75V lít khí. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Na trong X là (biết các thể tích khí đo trong cùng điều kiện) A. 39,87%. B. 29,87%. C. 49,87%. D. 77,31%. Hướng dẫn Dùng phương pháp tự chọn lượng chất , đặt V = 22,4 lít suy ra số mol H2 từ số mol H2 suy ra số mol Na, Al tính %Na. Bài 16: Cho hỗn hợp gồm Na và Al cĩ tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 2 vào nước (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hồn tồn, thu được 8,96 lít khí H2 (ở đktc) và m gam chất rắn khơng tan. Giá trị của m là A. 43,2. B. 7,8. C. 5,4. D. 10,8. Bài 17: Hồ tan hồn tồn m gam hỗn hợp hai kim loại Al, Zn trong dung dịch HCl thấy cĩ 10,08 lít H2 (đktc) và dung dịch X. Mặt khác, cho hỗn hợp hai kim loại trên tác dụng với dung dịch NH3 dư thu được 3,36 lít H2 (đktc). Giá trị của m là A. 20,550 B. 14,022 C. 12,500 D. 15,150