PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI KIỀM THỔ VÀ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI KIỀM THỔ VÀ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ I. Kim loại kiềm thổ Phương pháp giải ● Bản chất phản ứng của kim loại kiềm thổ với các chất (nước, axit, muối, phi kim...) là phản ứng oxi hóa - khử. ● Phương pháp giải các bài tập dạng này chủ yếu là sử dụng định luật bảo toàn electron và phương trình ion rút gọn. Ngoài ra có thể sử dụng định luật b ảo toàn kh ối l ượng, b ảo toàn nguyên tố và tính toán theo phương trình phản ứng. Đối với bài tập liên quan đến hỗn hợp các kim loại kiềm thổ thì nên sử dụng phương pháp trung bình. ► Các ví dụ minh họa ◄ 1. Phản ứng với phi kim Ví dụ 1: Cho V lít hỗn hợp khí Cl2 và O2 (đktc) tác dụng vừa đủ với hỗn hợp chứa 2,7 gam Al và 3,6 gam Mg, thu được 22,1 gam sản phẩm rắn. Giá trị của V là : A. 1,12 lít. B. 3,36 lít. C. 5,6 lít. D. 4,48 lít. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng hóa học : 4Al + 3O2 ® 2Al2O3 2Mg + O2 ® 2MgO 2Al + 3Cl2 ® 2AlCl3 Mg + Cl2 ® MgCl2 Từ các phản ứng ta thấy : Chất khử là Al và Mg ; chất oxi hóa là Cl2 và O2. Gọi số mol Cl2 là x và số mol O2 là y ta có : 71x + 32y = 22,1 – (2,7 + 3,6) = 15,8 Þ 71x + 32y = 15,8 (1) Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 2.n Mg +3.n Al =4.n O2 +2.n Cl2 Þ 2.0,15 + 3.0,1 = 4y + 2x Þ 2x + 4y = 0,6 (2) n V(O2 , Cl2 ) Từ (1) và (2) ta có : x = 0,2 và y = 0,05 Þ (O2 , Cl2 ) = 0,25 mol Þ = 5,6 lít. Đáp án C. Ví dụ 2: Đun nóng 6,96 gam MnO2 với HCl đặc vừa đủ cho tới khi phản ứng xong. Tách lấy toàn bộ đơn chất Z cho phản ứng hết với kim loại M hóa trị II được 7,6 gam mu ối. Kim loại M là : A. Cu. B. Mg. C. Fe. D. Zn. Hướng dẫn giải Gọi M là kim loại cần tìm. Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : ìï 2.nMnO =2.nCl 7,6 - 0,08.71 1,92 1,92 2 2 Þ nCl2 =0,08Þ nM = = Þ 2. =2.0,08 Þ M =24 (Mg). í M M M 2.n = 2.n ïî M Cl2 Đáp án B. Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hoá trị không đ ổi trong h ợp ch ất) trong hỗn hợp khí Cl2 và O2. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (ở đktc). Kim loại M là : A. Mg. B. Ca. C. Be. D. Cu. Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : ån m =15,8 mol ; å (Cl2 ,O2 ) gam. Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl2 và O2 ta có : ì x+y =0,25 ì x =0, 2 Û í í î 71x+32y =15,8 î y =0,05 (Cl2 ,O2 ) =0, 25 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : n.n M =2.n Cl2 +4.n O2 ì n =2 7, 2 .n =0, 2.2 +0, 05.4 Þ M =12n Þ í Þ M î M =24 (Mg) Đáp án A. 2. Phản ứng với nước Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 8,94 gam hỗn hợp gồm Na, K và Ba vào n ước, thu đ ược dung d ịch X và 2,688 lít khí H2 (đktc). Dung dịch Y gồm HCl và H 2SO4, tỉ lệ mol tương ứng là 4 : 1. Trung hòa dung dịch X bởi dung dịch Y, tổng khối lượng các muối được tạo ra là : A. 13,70 gam. B. 18,46 gam. C. 12,78 gam. D. 14,62 gam. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng : 2K + 2H2O ® 2K+ + 2OH- + H2 2Na + 2H2O ® 2Na+ + 2OH- + H2 Ba + 2H2O ® Ba2+ + 2OH- + H2 H+ + OH- ® H2O Từ các phản ứng và giả thiết ta có : (1) (2) (3) (4) nH+ =nOH- =2.nH =0,24 mol. 2 n =4x mol, nH2SO4 =x mol Þ 4x +2x =0,24 Þ x =0,04. Đặt HCl Khối lượng muối thu được là : m =m(Na+, K + Ba2+) +mCl- +mSO 2- =8,94+4.0,04.35,5+0,04.96 =18,46 gam. 4 Đáp án B. Ví dụ 2: Cho a gam kim loại M tan hết vào H 2O thu được dung dịch có khối lượng lớn hơn khối lượng H2O ban đầu là 0,95a gam. M là : A. Na. B. Ba. C. Ca. D. Li. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng : 2M + 2nH2O ® mol: a M 2M(OH)n ® + nH2 an 2M (1) Khối lượng dung mM - mH =0,95a Þ mH =0,05a (gam) Þ nH =0,025a (mol). 2 2 2 dịch tăng = ì M =40 M an =20 Þ í n î n =2 Theo (1) ta thấy : 2M = 0,025a Þ Vậy kim loại M là Ca. Đáp án C. Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 2,9 gam hỗn hợp gồm kim loại M và oxit của nó vào nước, thu được 500 ml dung dịch chứa một chất tan có nồng độ 0,04M và 0,224 lít khí H 2 (đktc). Kim loại M là : A. Ca. B. K. C. Na. D. Ba. Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng : (M, M2On) mol: + Theo giả thiết ta thấy : ® H2O ¬ (0,01n + 0,01) M(OH)n 0,02 + H2 (1) 0,01 nH =0,01 mol, nM(OH) =0,02 mol. 2 n Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với H ta suy ra : Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : 2,9 + 18(0,01n + 0,01) = 0,02(M + 17n) + 2.0,01 nH O =(0,01n +0,01) mol. 2 ì M =137 í Þ 0,02M + 0,16n = 3,06 Þ î n =2 Vậy kim loại M là Ba. Đáp án D. 3. Phản ứng với axit a. Phản ứng với axit HCl, H2SO4 loãng Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng một lượng vừa đ ủ dung d ịch HCl 20%, thu được dung dịch Y. Nồng độ của FeCl2 trong dung dịch Y là 15,76%. Nồng độ phần trăm của MgCl2 trong dung dịch Y là : A. 15,76%. B. 28,21%. C. 11,79%. D. 24,24%. Hướng dẫn giải Chọn số mol của Fe bằng 1 mol ; số mol của Mg bằng x mol. Phương trình phản ứng : Fe + 2HCl ® FeCl2 + H2 (1) ® ® ® mol: 1 2 1 1 Mg + 2HCl ® MgCl2 + H2 (2) mol: x ® 2x ® x ® x Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : m(Mg, Fe) +mdd HCl =mdd (FeCl 2 , MgCl 2 ) +mH 2 (2x +2).36,5 Þ mdd (FeCl2 , MgCl2 ) =(1.56 +24x) + - 2.(1+x) =(419 +387x) gam. 20% mFeCl2 =1.(56 +71) =127 gam. Þ C%(FeCl ) = 2 127 =15,76% Þ x =1 419+387x . Þ C%(MgCl ) = 2 1.(24 +71) .100% =11,79% 419 +387.1 . Đáp án C. Ví dụ 2: Kim loại R hóa trị không đổi vào 100 ml dung dịch HCl 1,5M được 2,24 lít H 2 (đktc) và dung dịch X. Tính khối lượng kết tủa thu được khi cho dung d ịch AgNO 3 dư vào dung dịch X. A. 21,525 gam. B. 26,925 gam. C. 24,225 gam. D. 27,325 gam. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng : 2R + 2nHCl ® 2Rn+ + 2nCl- + nH2 (1) ® ® mol: 0,15 0,15 0,075 n+ ® 2R + 2nH2O 2R + 2nOH + nH2 (2) ¬ mol: 0,05 0,025 1 nH2 = nHCl =0,075 mol n =0,1 mol 2 Theo (1) ta thấy , mặt khác theo giả thiết H2 . Từ đó suy ra đã có phản ứng của kim loại R với nước và giải phóng 0,025 mol H2. Phản ứng của AgNO3 với dung dịch X : Ag+ + Cl- ® AgCl (3) mol: 0,15 ® 0,15 Ag+ + OH- ® AgOH (4) ® mol: 0,05 0,05 Vì AgOH không bền nên chuyển hóa thành Ag2O. 2AgOH ® Ag2O + H2O (5) mol: 0,05 ® 0,025 Kết tủa thu được gồm AgCl và Ag2O. Khối lượng kết tủa là : m(Ag O, AgCl) =232.0,025+0,15.143,5 =27,325 gam. 2 Đáp án D. Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn một lượng kim loại R hóa trị n bằng dung d ịch H 2SO4 loãng rồi cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được một lượng muối khan có khối lượng gấp 5 lần khối lượng kim loại R ban đầu đem hoà tan. Kim loại R đó là : A. Al. B. Ba. C. Zn. D. Mg. Hướng dẫn giải Chọn số mol của R tham gia phản ứng là 1 mol. Sơ đồ phản ứng : H SO 2 4 2R ¾¾¾ ® R2(SO4 )n ® mol: 1 0,5 Theo giả thiết ta có : ì n =2 Þ í R =24 (Mg) 0,5.(2R + 96n) =5R Þ R= 12n î Vậy M là magie. Đáp án D. Ví dụ 4: Hoà tan một lượng oxit của kim loại R vào trong dung dịch H 2SO4 4,9% (vừa đủ) thì thu được một dung dịch muối có nồng độ 5,87%. Công thức của oxit kim loại là : A. CuO. B. FeO. C. MgO. D. ZnO. Hướng dẫn giải Đặt công thức tổng quát của oxit là R2Ox (x là hoá trị của R). Giả sử hoà tan 1 mol R2Ox. R2Ox + xH2SO4  R2 (SO4)x + mol: 1 x 1 gam: (2MR + 16x) 98x (2MR + 96x) Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : 98.x mdd sau pö =(2M R +16x) + =(2M R +2016x) gam. 4,9% Phương trình nồng độ % của dung dịch muối là : ïì x =2 í M =24 MR = 12x Þ ïî R Vậy kim loại R là Mg ; oxit kim loại là MgO. Đáp án C. 2M R +96x × 100 =5,87 2M R +2016x Þ xH2O Ví dụ 5: Hoà tan hoàn toàn 2,45 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm th ổ vào 200 ml dung dịch HCl 1,25M, thu được dung dịch Y chứa các chất tan có nồng độ mol bằng nhau. Hai kim loại trong X là : A. Mg và Ca. B. Be và Mg. C. Mg và Sr. D. Be và Ca. Hướng dẫn giải Sau phản ứng thu được các chất tan đó là hai muối clorua của 2 kim lo ại ki ềm th ổ và có thể có HCl còn dư. ● Trường hợp 1: Hai chất tan là hai muối clorua có số mol bằng nhau nên hai kim lo ại ban đầu cũng có số mol bằng nhau. Phương trình phản ứng hóa học : X + 2HCl ® XCl2 + H2 mol: 0,125 ¬ 0,25 2, 45 M= =19, 6 g / mol 0,125 Þ có Be trong hỗn Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp là : hợp. Gọi khối lượng mol của kim loại còn lại là M, ta có : M= 0,0625.9 +0,0625.M =19,6 Þ M =30,2 (loaïi) 0,125 . ● Trường hợp 2: HCl dư, dung dịch chứa 3 chất tan có nồng độ bằng nhau Đặt số mol của các muối clorua và của HCl d ư trong dung d ịch là x, theo b ảo toàn nguyên tố clo ta có : Þ nHCl (pö) =0,25- 0,05 =0,2 mol 2x + 2x + x = 0,25 Þ x = 0,05 . Phương trình phản ứng hóa học : X + 2HCl ® XCl2 + H2 mol: 0,1 ¬ 0,2 2, 45 M= =24,5 g / mol 0,1 Þ có Be trong hỗn Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp là: hợp. Gọi khối lượng mol của kim loại còn lại là M, ta có : M= 0,05.9 +0,05.M =24,5 Þ M =40 0,1 Þ M là Ca. Đáp án D. Ví dụ 6: Để hoà tan hoàn toàn 6,4 gam hỗn hợp gồm kim loại R (chỉ có hoá trị II) và oxit của nó cần vừa đủ 400 ml dung dịch HCl 1M. Kim loại R là : A. Ba. B. Ca. C. Be. D. Mg. Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng : (R, RO) + 2HCl ® RCl2 + H2O + H2(1) mol : 0,2 ¬ 0,4 Theo (1) và giả 6,4 M (R, RO) = =32 gam/ mol Þ R <32 =38 gam/ mol (**). 0,05 Theo (2) và giả thiết ta suy ra Từ (*) và (**) ta suy ra X là Ca. Đáp án B. Ví dụ 8: Cho 7,1 gam hỗn hợp gồm một kim loại kiềm X và một kim loại kiềm th ổ Y tác dụng hết với lượng dư dung dịch HCl loãng, thu được 5,6 lít khí (đktc). Kim loại X, Y là : A. natri và magie. B. liti và beri. C. kali và canxi. D. kali và bari. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng hóa học: 2X + 2HCl ® 2XCl + H2 Y+ 2HCl ® YCl2 + H2 (1) (2) n 0,38 nên suy ra phản ứng đã tạo ra cả NH4NO3. 0, 46 - 0,38 +5 -3 =0, 01 mol 8 Số mol NH4NO3 là : (Vì quá trình khử N thành N đã nhận vào 8e). Vậy khối lượng muối thu được là : mmuèi =mMg(NO3 )2 +mNH4NO3 =0,23.148+0,01.80 =34,84 gam. Đáp án C. Ví dụ 15: Cho hỗn hợp gồm 6,72 gam Mg và 0,8 gam MgO tác d ụng h ết v ới l ượng d ư dung dịch HNO3. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu đ ược 0,896 lít m ột khí X (đktc) và dung dịch Y. Làm bay hơi dung dịch Y thu được 46 gam muối khan. Khí X là : A. NO2. B. N2O. C. NO. D. N2. Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng : ì Mg HNO3 ¾¾¾ ® X í î MgO + dung dÞch Y chøa 46 gam muèi Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có : n Mg( NO3 )2 =n Mg +n MgO =0,3 mol Þ m Mg( NO3 )2 =0,3.148 =44, 4 gam <46 gam . 46 - 44, 4 =0, 02 mol Þ Phản ứng đã tạo ra muối NH4NO3, số mol NH4NO3 bằng 80 . +5 Gọi n là số electron mà N đã nhận để tạo ra khí X. Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : 2.n Mg =n.n X +8.n NH4 NO3 Þ n =10 Þ 2N +5 +10e ® N 2 Vậy X là N2. Đáp án D. Ví dụ 16: Hòa tan hoàn toàn 5,525 gam một kim loại trong dung dịch HNO3 loãng được duy nhất dung dịch X. Cô cạn dung dịch X được 17,765 gam chất rắn khan. Tính s ố mol axit HNO3 tham gia phản ứng. A. 0,17. B. 0,425. C. 0,85. D. 0,2125. Hướng dẫn giải Theo giả thiết suy ra kim loại đã phản ứng với HNO3 tạo ra muối amoni, ta có : mChaátraén =mmuoáintrat kim loaïi +mNH4NO3 =(mkim loaïi +mNO 3 ) +mNH4NO3 = taïo muoá i nelectron trao ñoåi (mkim loaïi +62.nelectron trao ñoåi) + .80 8 nelectron trao ñoåi Þ 17,765 =5,525+62.nelectron trao ñoåi + .80 Þ nelectron trao ñoåi =0,17mol 8 0,17 Þ nHNO3 =nN +nN =0,17+ .2 =0,2125 mol. 8 muoá i nitrat kim loaïi muoá i amoni nitrat Đáp án D. ● Dạng 4: Phản ứng của Mg với ion NO3- trong môi trường H+ Ví dụ 17: Cho 1,2 gam Mg vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm H2SO4 0,75M và NaNO3 0,5M. Sau phản ứng chỉ thu được V lít khí dạng đơn chất (không có sản ph ẩm kh ử nào khác) và dung dịch X. a. Thể tích V ở đktc bằng : A. 5,600. B. 0,560. C. 1,120. D. 0,224. b. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là : A. 11,44. B. 9,52. C. 8,4. D. 9,55. Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : n Mg =0, 05 mol, n H2SO4 =0, 075 mol, n NaNO3 =0, 05 mol Þ n H+ =0,15 mol, n NO - =0, 05 mol. 3 Phương trình phản ứng : 5Mg + 12H+ + 2NO3- ® 5Mg2+ + N2 + 6H2O bđ: 0,05 0,15 0,05 ® ® pư: 0,05 0,12 0,02 ® 0,05 ® 0,01 spư: 0 0,03 0,03 0,05 Vậy thể tích khí N2 thu được là 0,01.22,4 =0,224 lít. Đáp án D. :mol :mol :mol ì Mg 2+ : 0, 05 mol ï 2ï SO 4 : 0, 075 mol ï í NO3 : 0, 03 mol ï + ï H : 0, 03 mol ï Na + : 0, 05 mol î b. Dung dịch sau phản ứng gồm : Khi cô cạn dung dịch X, 0,03 mol NO 3- và 0,03 mol H+ kết hợp vừa đủ với nhau thành 0,03 mol HNO3 bay hơi thoát ra khỏi dung dịch. Muối khan thu được là MgSO4 và Na2SO4. Khối lượng muối khan là : m = 0,05.24 + 0,075.96 + 0,05.23 = 9,55 gam. Đáp án D. 4. Phản ứng với dung dịch muối Ví dụ 1: Cho m gam Mg vào dung dịch chứa 0,12 mol FeCl 3. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 gam chất rắn. Giá trị của m là : A. 2,88. B. 2,16. C. 4,32. D. 5,04. Hướng dẫn giải Khi cho Mg vào dung dịch muối Fe3+, đầu tiên Mg khử Fe3+ thành Fe2+, sau đó Mg khử Fe2+ về Fe. Vậy phản ứng (1) xảy ra xong sau đó mới đến phản ứng (2). Giả sử tất cả lượng Fe 2+ chuyển hết thành Fe thì khối lượng sắt tạo thành là 6,72 gam. Trên thực tế khối lượng chất rắn thu được chỉ là 3,36 gam, suy ra Fe2+ chưa phản ứng hết, Mg đã phản ứng hết, 3,36 gam chất rắn là Fe tạo thành. Phương trình phản ứng : Mg + 2Fe3+ ® Mg2+ + 2Fe2+ (1) ¬ ® ® mol: 0,06 0,12 0,06 0,12 2+ 2+ ® Mg + Fe Mg + Fe (2) ¬ 0,06 ¬ 0,06 mol: 0,06 ¬ 0,06 Căn cứ vào (1) và (2) suy ra : Đáp án A. nMg =0,12 mol Þ mMg =0,12.24 =2,88 gam. Ví dụ 2: Nhúng một thanh Mg vào 200 ml dung dịch Fe(NO3)3 1M, sau một thời gian lấy thanh kim loại ra cân lại thấy khối lượng tăng 0,8 gam. Số gam Mg đã tan vào dung dịch là : A. 1,4 gam. B. 4,8 gam. C. 8,4 gam. D. 4,1 gam. Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng : Mg + 2Fe3+ ® Mg2+ + 2Fe2+ (1) mol: 0,1 ¬ 0,2 ® 0,1 ® 0,2 Mg + Fe2+ ® Mg2+ + Fe (2) ¬ ® ® mol: x x x x Khối lượng thanh Mg tăng = khối lượng Fe sinh ra – khối lượng Mg phản ứng. Suy ra : 56x – 24(0,1 + x) = 0,8 Þ x = 0,1 Vậy khối lượng Mg đã phản ứng là 24(0,1 + 0,1) = 4,8 gam. Đáp án B. Ví dụ 3: Cho a mol kim loại Mg vào dung dịch hỗn hợp ch ứa b mol CuSO 4 và c mol FeSO4. Kết thúc phản ứng dung dịch thu được chứa 2 muối. Xác định điều kiện phù h ợp cho k ết qu ả trên. A. a  b. B. b  a < b +c. C. b  a  b +c. D. b < a < 0,5(b + c). Hướng dẫn giải 2+ 2+ Tính oxi hóa : Cu > Fe . Thứ tự phản ứng : Mg + Cu2+ ® Mg2+ + Cu (1) 2+ 2+ ® Mg + Fe Mg + Fe (2) Theo giả thiết, sau phản ứng thu được dung dịch chứa 2 mu ối, suy ra hai mu ối là Mg 2+ và 2+ Fe . Vì trong dung dịch có muối Fe 2+ nên số mol electron mà Mg nhường nhỏ hơn số mol 2n <2n Cu 2+ +2.n Fe2+ Þ a Zn ; thứ tự oxi hóa : Ag+ > Cu2+. Căn cứ vào thứ tự khử của các kim loại và thứ tự oxi hóa c ủa các ion suy ra dung d ịch sau phản ứng chứa các ion là Mg2+, Zn2+ và Cu2+. Vậy chứng tỏ Mg, Zn đã phản ứng hết, Cu2+ dư. n n Ca 2+ Þ So sánh số mol ta thấy CO3 Lượng kết tủa sinh ra tính theo ion Ca2+. Ca2+ + CO32- ® CaCO3 (3) ® ® mol: 0,0125 0,0125 0,0125 m Vậy CaCO3 = 0,0125.100 = 1,25 gam. Đáp án D. T = Từ ví dụ này ta thấy nếu nOH nCO2 vaø1