Sunday, 13/06/2021 - 18:42|
Chào mừng bạn đến với cổng thông tin điện tử của Trường THCS Xuân Phú

Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa

 

Cu2+

Fe3+

Ag+

Hg2+

Pt2+

 

Chuyên đề: KIM LOẠI

I. Dãy hoạt động hóa học của kim loại

 

Tính oxi hóa của các ion kim loại tăng dần

Li+

K+

Ba2+

Ca2+

Na+

Mg2+

Al3+

Mn2+

Zn2+

Cr3+

Fe2+

Ni2+

Sn2+

Pb2+

 

2H+

 

Au3+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Li

K

Ba

Ca

Na

Mg

Al

Mn

Zn

Cr

Fe

Ni

Sn

Pb

H2

Cu

Fe2+

Ag

Hg

Pt

Au

Description: untitled.png

Tính khử của các nguyên tố kim loại giảm dần

An+

 

Bb+

 

 

 

A

 

B

Quy tắc α:                    Ví dụ: Fe         + CuSO4     → FeSO4 + Cu¯ 

                                                AgNO3 + Fe(NO3)2 →Fe(NO3)3 + Ag¯              

 

II. Tính chất hóa học chung của kim loại

1. Tác dụng với oxi và phi kim khác

            - Tác dụng với oxi:

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn

Zn Cr Fe Ni Sn P (H) Cu Hg

Ag Pt Au

- Phản ứng ở điều kiện thường

- Đốt cháy sáng

- Phản ứng ở nhiệt độ cao

- Đốt không cháy (trừ Fe)

- Không phản ứng

            - Tác dụng với phi kim khác → muối. Kim loại càng hoạt động tác dụng với phi kim càng mạnh, phản ứng càng dễ xảy ra.

2. Tác dụng với nước

Kim loại

Kim loại kiềm và Ca, Sr, Ba

Mg

Al

Mn, Zn, Cr, Fe

Điều kiện

Nhiệt độ thường

80oC – 100oC

Phải chà sạch lớp Al2O3

200oC – 600oC

Sản phẩm

M(OH)n + H2

MgO + H2

Al(OH)3 + H2

MxOy + H2

Ghi chú

 

 

Ngưng lại ngay

 

3. Tác dụng với dung dịch axit

a. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa: HCl, H2SO4 loãng: Kim loại đứng trước H

2M + 2nHCl → nMCln + nH2­                        2M + nH2SO4 → M2(SO4)n + nH2­

b. Tác dụng với dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh: H2SO4 đặc, nóng, HNO3(Trừ Pt, Au)

2M +2nH2SO4 đặc, nóng →M2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O

(Với n là hóa trị cao nhất của M)

Các sản phẩm khử khác (S, H2S…) sẽ được học trong chương trình THPT

4. Tác dụng với dung dịch muối (Áp dụng quy tắc α): Bn+ + A → Am+ + B

            Điều kiện:        - A hoạt động hóa học mạnh hơn B

                                    - A và B đều không phản ứng với nước

                                    -Am+ và Bn+ phải tan

5. Tác dụng với dung dịch bazơ kiềm: Chỉ kim loại nào có hidroxit tan đươc trong bazơ kiềm thì kim loại đó mới tác dụng được với dung dịch kiềm. Ví dụ: Al, Zn

2Al  + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2­;               Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2­

6. Tác dụng với oxit của kim loại (trung bình hay yếu) kém hoạt động ở nhiệt độ cao

                                                2yAl + 3FexOyyAl2O3 + 3xFe

III. Điều chế

1. Nguyên tắc chung: khử ion dương kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại trung hòa

2. Các phương pháp

            a. Phương pháp thủy luyện: áp dụng để điều chế các kim loại có tính khử yếu (đứng sau hidro trong dãy điện hóa. Sử dụng kim loại A (có tính khử mạnh hơn) đẩy kim loại B (có tính khử yếu hơn) ra khỏi dung dịch muối của nó:             bA + aBb+ → bAa+ + aB.          Ví dụ:  Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu

            b. Phương pháp nhiệt luyện: Phương pháp này được áp dụng để điều chế kim loại có tính khử yếu hoặc trung bình (đứng sau Al trong dãy điện hóa). 

Dùng chất khử mạnh hơn (như C, CO, H2 hoặc Al…) để khử ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao.

                        Ví dụ:              CuO + H2Cu +  H2O;               Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2

            c. Phương pháp điện luyện: Phương pháp này được áp dụng để điều chế các kim loại có tính khử mạnh (từ Li đến Al) bằng cách điện phân nóng chảy oxit, hidroxit hay muối của chúng.

                        Ví dụ:              2Al2O3 4Al  + 3O2;               2NaCl 2Na + Cl2

IV. Một số kim loại thường gặp

1. Kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs) và Ca, Sr, Ba

            a. Tác dụng với oxi (phản ứng không cần điều kiện) và với phi kim khác

                                    4Li + O2 → 2Li2O;       2Na + Cl2 → 2NaCl;                3Ca + 2PCa3P2

            b. Tác dụng với nước (phản ứng ở nhiệt độ thường)

                                    2Na + H2O → 2NaOH + H2;                Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2

            c. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa (HCl, H2SO4 loãng, H3PO4…)                                                                  2Na + 2HCl → 2NaCl + H2 ;                Ba + H2SO4 → BaSO4 + H2

            d. Phản ứng với dung dịch muối: Trước hết phản ứng với nước trước, rồi sau đó là phản ứng của hidroxit và muối

            * Để điều chế kim loại kiềm và Ca, Sr, Ba chỉ có thể dùng phương pháp điện phân nóng chảy oxit, hidroxit hoặc muối tương ứng.  2NaCl 2Na + Cl2­; 2NaOH2Na + O2 + H2O

2. Nhôm (chất rắn, màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng và kéo sợi, d = 2,7 gam/cm3)

            a. Tác dụng với oxi và phi kim khác:   2Al + 3O2 Al2O3;         2Al + N2 2AlN

            b. Tác dụng với nước (phản ứng dừng ngay vì Al(OH)3¯ keo bao kín bề mặt nhôm)

                                    2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2­

            c. Tác dụng với dung dịch kiềm:          2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2­

                        Chú ý: Al2O3 và Al(OH)3 cũng phản ứng với dung dịch kiềm:

                        Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O;               Al(OH)3 + NaOH  →  NaAlO2  + 2H2O

d. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa:    2Al + 3H2SO4 loãng→ Al2(SO4)3 + 3H2­

            e. Phản ứng nhiệt nhôm (với oxit của kim loại kém hoạt động hơn Al)

                                                2Al + 3CuO Al2O3 + 3Cu

            * Điều chế nhôm: thường dùng phương pháp điện phân nóng chảy quặng boxit (chủ yếu Al2O3) với xúc tác criolit (3NaF.AlF6)                   2Al2O34Al + 3O2

3. Sắt (kim loại màu trắng xám, dẻo, có tính nhiễm từ)

            a. Tác dụng với oxi và phi kim khác:   2Fe + O22FeO; 3Fe + 2O2 Fe3O4;        

                                    (Khi nung nóng sắt trong không khí thường sinh ra oxit sắt từ Fe3O4)

                        2Fe + 3Cl22FeCl3;        (Lưu ý: sắt tác dụng với clo tạo ra sắt (III) clorua)   

            b. Tác dụng với nước:  3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2­;   Fe + H2O  FeO + H2­

            c. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa: HCl, H2SO4 loãng(Chỉ tạo ra muối sắt (II))

                        Fe + 2HCl → FeCl2 + H2­;                   Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2­

                        (Chú ý: Khi cho sắt phản ứng với dung dịch axit có tính oxi hóa như H2SO4 đặc nóng dư, HNO3 dư luôn luôn thu được muối sắt (III). Sắt bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc nguội)

            d. Tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn

                        Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4 ;                  Fe + 3AgNO3 → Fe(NO3)3 + 3Ag

            * Điều chế: Thường dùng phương pháp nhiệt luyện, cho oxit sắt tác dụng với các chất có tính khử mạnh như CO, Al :           Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2;        3FeO + 2Al  3Fe + Al2O3

                        (Để sản xuất sắt trong công nghiệp, thường đi từ quặng hematit (chủ yếu chứa Fe2O3), magnetit, chủ yếu chứa Fe3O4) phản ứng với CO)

V. Bài tập

Câu 1: Từ hỗn hợp rắn có chứa CuCl2, AlCl3. Hãy điều chế 2 kim loại Cu, Al ra riêng biệt.

Giải

Câu 2: Trình bày phương pháp hóa học để tách Ag ra khỏi hỗn hợp  Ag, Fe, Cu ở dạng bột (chỉ dùng một hóa chất để tách mà vẫn giữ nguyên được khối lượng ban đầu).

Giải

4Li + O2 → 2Li2O;       2Na + Cl2 → 2NaCl;                3Ca + 2PCa3P2

            b. Tác dụng với nước (phản ứng ở nhiệt độ thường)

                                    2Na + H2O → 2NaOH + H2;                Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2

            c. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa (HCl, H2SO4 loãng, H3PO4…)                                                                  2Na + 2HCl → 2NaCl + H2 ;                Ba + H2SO4 → BaSO4 + H2

            d. Phản ứng với dung dịch muối: Trước hết phản ứng với nước trước, rồi sau đó là phản ứng của hidroxit và muối

            * Để điều chế kim loại kiềm và Ca, Sr, Ba chỉ có thể dùng phương pháp điện phân nóng chảy oxit, hidroxit hoặc muối tương ứng.  2NaCl 2Na + Cl2­; 2NaOH2Na + O2 + H2O

2. Nhôm (chất rắn, màu trắng bạc, mềm, dễ dát mỏng và kéo sợi, d = 2,7 gam/cm3)

            a. Tác dụng với oxi và phi kim khác:   2Al + 3O2 Al2O3;         2Al + N2 2AlN

            b. Tác dụng với nước (phản ứng dừng ngay vì Al(OH)3¯ keo bao kín bề mặt nhôm)

                                    2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2­

            c. Tác dụng với dung dịch kiềm:          2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2­

                        Chú ý: Al2O3 và Al(OH)3 cũng phản ứng với dung dịch kiềm:

                        Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O;               Al(OH)3 + NaOH  →  NaAlO2  + 2H2O

            d. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa:    2Al + 3H2SO4 loãng→ Al2(SO4)3 + 3H2­

            e. Phản ứng nhiệt nhôm (với oxit của kim loại kém hoạt động hơn Al)

                                                2Al + 3CuO Al2O3 + 3Cu

            * Điều chế nhôm: thường dùng phương pháp điện phân nóng chảy quặng boxit (chủ yếu Al2O3) với xúc tác criolit (3NaF.AlF6)                   2Al2O34Al + 3O2

3. Sắt (kim loại màu trắng xám, dẻo, có tính nhiễm từ)

            a. Tác dụng với oxi và phi kim khác:  

2Fe + O22FeO; 3Fe + 2O2 Fe3O4;

                                    (Khi nung nóng sắt trong không khí thường sinh ra oxit sắt từ Fe3O4)

                        2Fe + 3Cl22FeCl3;        (Lưu ý: sắt tác dụng với clo tạo ra sắt (III) clorua)   

            b. Tác dụng với nước: 

3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2­;

Fe + H2O  FeO + H2­

            c. Tác dụng với dung dịch axit không có tính oxi hóa: HCl, H2SO4 loãng(Chỉ tạo ra muối sắt (II))

                        Fe + 2HCl → FeCl2 + H2­;                   Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2­

                        (Chú ý: Khi cho sắt phản ứng với dung dịch axit có tính oxi hóa như H2SO4 đặc nóng dư, HNO3 dư luôn luôn thu được muối sắt (III). Sắt bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc nguội)

Description: 2.png

            Biết A là một hợp chất của Fe.

Giải

            A: Fe3O4          B: FeCl2;          C: FeCl3;          D: Fe(OH)3;     E: Fe2O3           G: Fe;            H: Fe(OH)2

Câu 13: Cho hỗn hợp Al và Fe tác dụng với hỗn hợp dung dịch AgNO3 và Cu(NO3)2 thu được dung dịch B và chất rắn D gồm 3 kim loại. Xác định thành phần các chất có trong D.

Đáp án: Ag, Cu, Fe

Câu 14: Hòa tan 8,9 gam hỗn hợp hai kim loại Mg và Zn trong đó Mg chiếm 26,9663% về khối lượng bằng dung dịch H2SO4 0,2M. Tính thể tích khí thu được (đktc) và thể tích dung dịch H2SO4 đã dùng, biết rằng hiệu suất các phản ứng đạt 90%.

Đáp án: 4,032 lít và 1 lít

Câu 15: Nhúng một thanh sắt vào dung dịch 200ml CuSO4 1,5 M, sau một thời gian, lấy thanh sắt ra, làm sạch, lau khô, cân lại thấy khối lượng thanh sắt tăng lên 0,8g. Xác định nồng độ các chất có trong dung dịch thu được sau phản ứng.

Giải

Dm = 0,8 = (64-56)x → x = 0,1 mol →

Câu 16: Ngâm một miếng sắt vào 320 g dung dịch CuSO4 10%. Sau khi tất cả đồng bị đẩy ra, bám lên miếng sắt thì khối lượng miếng sắt tăng lên 8%. Xác định khối lượng miếng sắt ban đầu.

Giải

            Phương trình hóa học: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

                                                 x         x                x          x

            Ta có: Dm = 8x = 8. =1,6 gam → mFe ban đầu = = 20 gam

Câu 17: Hỗn hợp A chứa Fe và kim loại M có hóa trị không đổi. Tỷ lệ số mol của M và Fe trong A là 2 : 3. Chia A thành 2 phần đều nhau:

            - Phần 1: Đốt cháy hết trong oxi thu được 66,8 gam hỗn hợp gồm Fe3O4 và oxit của M

            - Phần 2: Hòa tan hết trong HCl dư thu được 26,88 lít H2 (đktc).

Xác định M và khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp

Đáp án: mAl = 10,8 gam, mFe = 33,6 gam

Câu 18: Hòa tan  1,42 (g)  hỗn hợp Mg; Al; Cu bằng dung dịch HCl dư thì thu được dung dịch A, khí B và chất rắn D. Cho A tác dụng với NaOH dư và lọc kết tủa nung ở nhiệt độ cao đến lượng không đổi thu được  0,4 (g) chất rắn E. Đốt nóng chất rắn D trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 0,8 (g) chất rắn F. Tính khối lượng mỗi kim loại.

Đáp án: mMg =0,24 gam, mAl = 0,54 gam, mCu = 0,64 gam

Câu 19: Cho m gam kim loại Na vào dung dịch CuSO4 dư, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch A, kết tủa B và khí C. Đem B nung trong không khí một thời gian thu được một chất rắn D. Khử D bằng khí H­2 dư ở nhiệt độ cao thu được chất rắn E. Hòa tan E bằng HCl vừa đủ thu được dung dịch F và chất rắn G có khối lượng 3,2 gam. Cô cạn dung dịch F thu được 3,375 gam một muối khan duy nhất.

a. Xác định A, B, C, D, E, F, G

b. Tìm m                                                                                  Đáp án: m = 3,45 gam

Câu 20: Hoà tan hết hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl 20% thu được dung dịch D. Nồng độ của FeCl2 trong dung dịch D là 15,757%.

a. Xác định nồng độ phần trăm của MgCl2 trong  dung dịch D

b. Xác định thành phần phần trăm về  khối lượng của Fe trong hỗn hợp X.

Đáp án: a. 11,787%;  b. %Fe = 70%

Câu 21: Một hỗn hợp X có khối lượng 27,2 gam (gồm kim loại M có hóa trị II, III và oxit của kim loại đó). Cho X tác dụng với 800ml dung dịch HCl 2M thì thu được dung dịch A và 4,48 lít khí (đktc). Để trung hòa hết lượng axit dư trong A cần 200ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 1M và Ba(OH)2 1M.

a. Xác định kim loại M và công thức oxit của nó biết rằng trong hỗn hợp X có một chất mà số mol bằng hai lần số mol chất kia

b. Hòa tan 27,2 gam hỗn hợp X bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau phản ứng thu được V lít khí SO2 (đktc) và dung dịch B. Cô cạn dung dịch B thu được m gam muối khan. Tính giá trị của V và m.  

Giải

            a. Phương trình hóa học:          2M         + 2nHCl   → 2MCln  + nH2­  (1)

                                                            M2Om     + 2mHCl  → 2MClm + mH2O            (2)

                                                            NaOH    + HCl       → NaCl    + H2O              (3)

                                                            Ba(OH)2 + 2HCl     → BaCl2   + H2O   (4)

                        Ta có:                                            (5)

                                                     (6)

                        Xét:

                        Với giá trị n = 2, m = 3 → mhh = MM.0,2 + (2.MM +48).0,1 = 27,2 → MM = 56 (Fe)

            b. Phương trình hóa học:          2Fe     + 6H2SO4 đặc, nóng → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 3H2O

                                                            Fe2O3 + 3H2SO4              → Fe2(SO4)3 + 3H2O

                       

                       

Câu 22: Cho 14,8 gam hỗn hơp X gồm kim loại M hoá trị II không đổi, oxit và muối sunfat của kim loại đó hòa tan vào dung dịch H2SO4 loãng dư thu được dung dịch A và 4,48 lít khí B (đktc). Cho NaOH dư vào dung dịch A thu được kết tủa C. Nung C ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi, thu được 14 gam D. Mặt khác, cho 7,9 gam hỗn hợp vào 0,1 lít dung dịch CuSO4 2M. Sau khi phản ứng kết thúc, tách bỏ chất kết tủa rồi đem cô cạn dung dịch thì thu được 26 gam chất rắn. Xác định M.

Giải

            Sơ đồ phản ứng:           (M,   MO,  MSO4)    MSO4 +            H2

                                                 2x     2y       2z                       2(z + y + z)      2x

                                                MSO4M(OH)2MO

                                                2(x+y+z)                                  2(x+y+z)

                                                (M, MO, MSO4) MSO4         + CuSO4 dư       + MO

                                                  x     y        z                       x+z               0,1 – x

                        Ta có: 2x  = 0,2 → x  = 0,1 mol

                                    Dm =0,8 gam → 96.2.z – 16.2.x = 0,8 → z = 0,05 mol

                                    (MM+96) (x+z) + 160.0,05 = 26 → MM = 24 (Mg)

Câu 23: Cho 4,18 gam hỗn hợp 3 kim loại Na, Al, Fe vào nước thu được 896 ml khí (đktc) và một lượng chất rắn không tan. Tách lượng chất rắn không tan này cho tác dụng với 120ml dung dịch CuSO4 1M. Sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 6,4 gam kim loại đồng và dung dịch X. Cho dung dịch X tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch KOH 0,5M để thu được kết tủa nhỏ nhất. Nung kết tủa trong không khí đến khối lượng không đổi thu được chất rắn Y.

a. Tính khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp đầu

b. Tính khối lượng chất rắn Y                                      c. Tính V

Giải

            a. Phương trình hóa học:

                                    2Na          + 2H2O                    → 2NaOH       + H2­                                       (1)

                                      x                                                        x            x/2

                                    2Al           + 2NaOH + 2H2O    → 2NaAlO2     + H2­                                       (2)

                                      x                    x                                  x             x/2

                                    2Al           + 3CuSO4                → Al2(SO4)3     + 3Cu                                       (3)

                                      y                                                    y/2               3y/2

                                    Fe             + CuSO4                  → FeSO4          + Cu                                         (4)

                                     z                                                      z                  z

                                    Al2(SO4)3 + 8KOH                   → 2KAlO2       + 3K2SO4 + 4H2O                    (5)

                                       y/2                4y

                                    FeSO4      + 2KOH                  → Fe(OH)2      + K2SO4                                       (6)

                                        z                  2z                             z

                                    CuSO4      + 2KOH                  → Cu(OH)2      + K2SO4                                   (7)

                                                          

                                    4Fe(OH)2  + O2                 2Fe2O3         + 4H2O                                    (8)

                                          z                                   z/2

                                    Cu(OH)2                          CuO             + 2H2O                                    (9)

                                                          

            * Trường hợp 1: nAl < nNa → Chỉ xảy ra các phản ứng (1), (2), (4), (6), (7), (8), (9)

                        Ta có: nFe = nCu (4) = 0,1 mol → mFe = 5,6 gam > 4,18 gam (loại)

            * Trường hợp 2: nAl + nNa → xảy ra tất cả các phản ứng trên.

                        Theo phương trình hóa học:

Gọi x, x + y, z lần lượt là số mol của Na, Al, Fe trong hỗn hợp. Ta có:

→ mNa = 0,92 gam                    (10)

                                    nAl = 0,04 + y;              nFe = z;             + z ==0,1 mol              (11)

                        Mà:      23.0,04 + 27.(0,04 + y) + 56.z = 4,18 gam

                        Þ        27y + 56z = 2,18                                                                                             (12)

                        Từ (11) và (12): y = 0,06 mol; z = 0,01 mol

                                    Þ

            b. Ta có:         

                                      →          mY = 4,8 gam

c. Kết tủa nhỏ nhất khi chỉ còn Fe(OH)2 :

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bài tin liên quan