Chuyên đề 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 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 + Kim loại phản ứng với HNO 3 có thể tạo ra nhiều sản phẩm như : NO, NO 2, 
N2O, NO2, N2 ,NH4NO3tùy 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
 n   0,2 (mol)
 Fe 56
PTHH: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 
 1 2 1 1 (mol)
a) Theo phương trình (1): n  n  0,2 (mol)
 H2 FeCl2
 Thể tích khí H2 thu được (ở đktc) là: 
 V  n.22,4  0,2.22,4  4,48 (lit)
 H2
b) Theo phương trình (1): nHCl  2nFe  0,4 (mol)
 Khối lượng dung dịch HCl 7,3% cần dùng là: 0,02→ 0,04 0,06
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 HNO3 dư thu được 
một muối duy nhất có khối lượng là m gam. Cũng cho kim loại đó đem hòa tan hết 
 127
trong dung dịch HCl thì thu được 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: 
 HNO3
 M  M (NO3 )n
 HCl
 M  MClm
 M  62n 242
Ta có : 
 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 HNO3 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 H 2 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: n = 0,46 mol ; n  n  0,03mol
 Al N2O N2
 Quá trình oxi hóa: 
 Al – 3e → Al3+ (1)
 Mol pư: 0,46 → 1,38 0,46
 Quá trình khử: 
 +5 +1 
 -
 2NO3 + 8e → N2O (2)
 Mol pư: 0,24 ← 0,03
 +5 0
 -
 2NO3 + 10e → N2 (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. - Theo phương trình: nHCl =2 (x + y) = 2 . 0.225 = 0,45 (mol)
 - Nồng độ mol của dung dịch HCl là: 
 n 0,45
 C    0,9(M )
 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 MgCl2 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)
 (2x  2y)36,5
 m  100  (365x  365y ) (gam)
 dd HCl 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
  giải ra x  y 
 387x  419y 100
 m 127y 127x ( gam) 
 FeCl2
 Vì nồng độ % tỷ lệ thuận với khối lượng chất tan trong dung dịch nên :
 127x
 C%  11,787  15,76 %
 FeCl2 95x
 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)
 (2x  2y) 40
 m = 100  (800x  800y) ( gam)
 dd NaOH 10% 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%  100%  100% 10,36%
 NaCl 1129(x  y) 1129 ( 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)
 22
Giả sử hỗn hợp chỉ gồm Fe => n   0,39 (mol)
 Fe 56
 mhh
Do Fe = 56 > Mhh nên :  n thật.
 56 hh
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 .
 2Al + 6 HCl  2AlCl3 + 3H2 
 0,2 0,6 0,3 (mol)
 Do đó : V  0,3.22,4  6,72 (l)
 H 2
 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  0,2.133,5  26,7 (g)
 AlCl3
 26,7.100%
 Vậy : C%   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 tổng khối 
 2
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.