Bài tập hòa tan kim loại và chất rắn vào dung dịch axit

${{n}_{F\text{e}}}=\frac{16,8}{56}=0,3\,mol$

${{m}_{HCl}}=\frac{200.12,775%}{100%}=25,55\,(gam)=>{{n}_{HCl}}=0,7\,mol$

PTHH: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

Xét tỉ lệ: $\frac{{{n}_{F\text{e}}}}{1}=\frac{0,3}{1}=0,3$ và $\frac{{{n}_{HCl}}}{2}=\frac{0,7}{2}=0,35$

Ta thấy: 0,3 < 0,35 => Fe phản ứng hết, HCl còn dư

=> tính toán theo số mol Fe

Theo PTHH: ${{n}_{{{H}_{2}}}}={{n}_{F\text{e}}}=0,3\,mol\,=>{{V}_{{{H}_{2}}}}=0,3.22,4=6,72$ lít

${{n}_{Al}}=\frac{5,4}{27}=0,2\,mol$

${{m}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=\frac{400.9,8%}{100%}=39,2\,gam\Rightarrow {{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=\frac{39,2}{98}=0,4\,mol$

PTHH: 2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂ ↑

Xét tỉ lệ: $\frac{{{n}_{Al}}}{2}=\frac{0,2}{2}=0,1$ và $\frac{{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}}{3}=\frac{0,4}{3}=0,133$

Vì 0,1 < 0,133 => Al phản ứng hết, H₂SO₄ còn dư

=> tính toán theo số mol Al

Theo PTHH: ${{n}_{{{H}_{2}}}}=\frac{3}{2}.{{n}_{Al}}=\frac{3}{2}.0,2=0,3\,mol$

Vì phản ứng sinh ra khí H₂ => m_{dd sau pứ \(={{m}_{dd\text{ }A}}={{m}_{Al}}+{{m}_{dd\text{ }{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}-{{m}_{{{H}_{2}}}}\)}

=> m_{dd A} = 5,4 + 400 – 0,3.2 = 404,8 gam

${{n}_{Zn}}=\frac{9,75}{65}=0,15\,mol$

${{m}_{HCl}}=\frac{100.9,125%}{100%}=9,125\,gam\Rightarrow {{n}_{HCl}}=\frac{9,125}{36,5}=0,25\,mol$

PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ ↑

Xét tỉ lệ: $\frac{{{n}_{Zn}}}{1}=0,15$ và $\frac{{{n}_{HCl}}}{2}=\frac{0,25}{2}=0,125$

Vì 0,15 > 0,125 => Zn còn dư, HCl phản ứng hết

=> tính theo số mol HCl

Theo PTHH: ${{n}_{ZnC{{l}_{2}}}}={{n}_{{{H}_{2}}}}=\frac{1}{2}.{{n}_{HCl}}=\frac{0,25}{2}=0,125\,mol$

n_{Zn phản ứng} = $\frac{1}{2}.{{n}_{HCl}}=\frac{0,25}{2}=0,125\,mol$

Vì lượng Zn dư không nằm trong dung dịch và khí H₂ sinh ra bay khỏi dung dịch

=> m_{dd sau pứ} = m_{Zn phản ứng} + m_{dd HCl} – m_H2 = 0,125.65 + 100 – 0,125.2 = 107,875 gam

=> $C{{\%}_{dd\,ZnC{{l}_{2}}}}=\frac{0,125.136}{107,875}.100\%=15,76\%$

${{n}_{F\text{e}}}=\frac{11,2}{56}=0,2\,mol$

n_HCl = C_{M .} V = 0,5.1,2 = 0,6 mol

PTHH: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Xét tỉ lệ: $\frac{{{n}_{F\text{e}}}}{1}=0,2<\frac{{{n}_{HCl}}}{2}=\frac{0,6}{2}=0,3$

=> Fe phản ứng hết, HCl còn dư => tính toán theo số mol Fe

Theo PTHH: ${{n}_{{{H}_{2}}}}={{n}_{F\text{e}}}=0,2\,mol$

$\Rightarrow {{V}_{{{H}_{2}}}}=0,2.22,4=4,48$ lít

${{n}_{Al}}=\frac{8,1}{27}=0,3\,mol$

n_HCl = 0,6.1,25 = 0,75 mol

PTHH: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

Xét tỉ lệ: $\frac{{{n}_{Al}}}{2}=\frac{0,3}{2}=0,15>\frac{{{n}_{HCl}}}{6}=\frac{0,75}{6}=0,125$

=> Al dư, HCl phản ứng hết, tính toán theo số mol HCl

=> chất tan trong dung dịch A chỉ gồm AlCl₃

Theo PTHH: ${{n}_{AlC{{l}_{3}}}}=\frac{1}{3}.{{n}_{HCl}}=\frac{1}{3}.0,75=0,25\,mol$

Vì thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể => V_{dd sau pứ}  = V_{dd HCl bđầu} = 600 ml = 0,6 lít

=> ${{C}_{M\,AlC{{l}_{3}}}}=\frac{n}{V}=\frac{0,25}{0,6}=0,4167M$

${{n}_{Mg}}=\frac{3,6}{24}=0,15\,mol$

PTHH: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

Theo PTHH: ${{n}_{MgC{{l}_{2}}}}={{n}_{{{H}_{2}}}}={{n}_{F\text{e}}}=0,15\,mol$

Khối lượng dung dịch HCl đã dùng là: m_{dd HCl} = D . V = 1,125 . 400 = 450 gam

Vì sau phản ứng có khí H₂ bay ra => m_{dd sau pứ} = m_Mg + m_{dd HCl} – m_H2 = 3,6 + 450 – 0,15.2 = 453,3 gam

Dung dịch A chỉ chứa MgCl₂

=> Nồng độ dung dịch MgCl₂ là: $C\%=\frac{0,15.95}{453,3}.100\%=3,14\%$

${{n}_{F\text{e}}}=\frac{5,6}{56}=0,1\,mol$

n_HCl = 0,2.1,5 = 0,3 mol

PTHH: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Xét tỉ lệ: $\frac{{{n}_{F\text{e}}}}{1}=0,1<\frac{{{n}_{HCl}}}{2}=\frac{0,3}{2}=0,15$

=> Fe phản ứng hết, HCl còn dư => Dung dịch A gồm FeCl₂ và HCl dư

Theo PTHH: ${{n}_{F\text{e}C{{l}_{2}}}}={{n}_{{{H}_{2}}}}={{n}_{F\text{e}}}=0,1\,mol$

n_{HCl phản ứng} = 2.n_Fe = 2.0,1 = 0,2 mol => n_{HCl dư} = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

m_{dd HCl ban đầu} = D . V = 1,25.200 = 250 (gam)

Vì Fe phản ứng hết và sau phản ứng có khí H₂ sinh ra

=> m_{dd sau pứ} = m_Fe + m_{dd HCl ban đầu} – m_H2 = 5,6 + 250 – 0,1.2 = 255,4 gam

$\begin{array}{l}\Rightarrow C{\% _{dd\,F{\rm{e}}C{l_2}}} = \frac{{0,1.127}}{{255,4}}.100\%  = 4,97\% \\C{\% _{dd\,HCl}} = \frac{{0,1.36,5}}{{255,4}}.100\%  = 1,43\%\end{array}$

Vì đầu bài chỉ cho nồng độ phần trăm các chất mà không cho số mol cụ thể nên ta có thể giả sử lấy 1 mol kim loại M để thuận tiện tính toán.

Gọi kim loại M có hóa trị n (n = 1, 2, 3, 4)

PTHH:  2M   +   2nHCl → 2MCl_n + nH₂ ↑

P/ứng:  1 mol → n mol  → 1 mol → 0,5n mol

=> Khối lượng HCl phản ứng là: m_HCl = 36,5.n (gam)

=> m_{dd HCl} = $\frac{36,5.n.100%}{14,6%}=250n\,\,(gam)$

Khối lượng muối MCl_n thu được là: ${{m}_{MC{{l}_{n}}}}=M+35,5.n\,(gam)$

Phản ứng sinh ra khí H₂ => m_{dd sau pứ} = m_M + m_{dd HCl} – m_H2 = M + 250n – 0,5.n.2 = M + 249.n (gam)

=> Nồng độ phần trăm của muối clorua thu được là:

$C{{\%}_{MC{{l}_{n}}}}=\frac{M+35,5.n}{M+249n}.100\%=22,92\%$

=> M + 35,5.n = 0,2292.(M + 249n) => M = 28n

Xét bảng giá trị:

Vậy kim loại M cần tìm là Fe

Vì đầu bài chỉ cho nồng độ phần trăm các chất mà không cho số mol cụ thể nên ta có thể giả sử lấy 1 mol kim loại R để thuận tiện tính toán.

Gọi kim loại R có hóa trị n (n = 1, 2, 3, 4)

PTHH:   2R   +   nH₂SO₄  →  R₂(SO₄)_n  +  nH₂ ↑

P/ứng:  1 mol → 0,5.n mol → 0,5 mol → 0,5.n mol

=> Khối lượng H₂SO₄ phản ứng là: ${{m}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=0,5.n.98=49.n\,(gam)$

 $\Rightarrow {{m}_{dd\,{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=\frac{49.n.100%}{24,5%}=200n\,\,(gam)$

Khối lượng muối R₂(SO₄)_n thu được là: ${{m}_{{{R}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{n}}}}=0,5.(2R+96.n)=R+48n\,(gam)$

Phản ứng sinh ra khí H₂ => m_{dd sau pứ} = m_R + m_{dd HCl} – m_H2 = R + 200n – 0,5.n.2 = M + 199.n (gam)

=> Nồng độ phần trăm của muối sunfat thu được là:

$C{{\%}_{{{R}_{2}}{{(S{{O}_{4}})}_{n}}}}=\frac{R+48.n}{R+199n}.100\%=27,4\%$

=> R + 48.n = 0,274.(R + 199n) => R = 9n

Xét bảng giá trị:

Vậy kim loại R là Al

${{n}_{{{H}_{2}}}}=\frac{6,72}{22,4}=0,3\,mol$

Gọi số mol của Mg và Fe trong hỗn hợp X lần lượt là x và y mol

=> m_{hỗn hợp X} = m_Mg + m_Fe => 24x + 56y = 10,4   (I)

PTHH:  Mg   +   2HCl  →  MgCl₂  +  H₂ ↑   (1)

P/ứng:  x mol → 2x mol → x mol → x mol

PTHH:  Fe   +   2HCl   →   FeCl₂   +  H₂ ↑    (2)

P/ứng:  y mol → 2y mol → y mol → y mol

$\Rightarrow \sum{{{n}_{{{H}_{2}}(\sinh \,ra)}}={{n}_{{{H}_{2}}(1)}}}+{{n}_{{{H}_{2}}(2)}}\Rightarrow x+y=0,3\,(II)$

Từ (I) và (II), ta có hệ phương trình: $\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{24{\rm{x}} + 56y = 10,4}\\{x + y = 0,3}\end{array}} \right. \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x = 0,2}\\{y = 0,1}\end{array}} \right.$

=> Khối lượng của Mg trong hỗn hợp X là: m_Mg = 0,2.24 = 4,8 gam

Khối lượng của Fe trong hỗn hợp X là: m_Fe = 0,1.56 = 5,6 gam

${{m}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=\frac{500.9,8%}{100%}=49\,(gam)\Rightarrow {{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=0,5\,mol$

${{n}_{{{H}_{2}}}}=\frac{8,96}{22,4}=0,4\,mol$

PTHH: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂ ↑

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂ ↑

Từ 2 PTHH, ta nhận thấy số mol H₂ sinh ra đúng bằng số mol H₂SO₄ phản ứng

=> ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}$_{phản ứng}  = ${{n}_{{{H}_{2}}}}$= 0,4 mol < ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}$_{ban đầu}

=> H₂SO₄ còn dư

_{${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}$dư} = ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}$_{ban đầu} - ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}$_{phản ứng} = 0,5 – 0,4 = 0,1 mol

=> ${{m}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}$_dư = 0,1.98 = 9,8 gam

${{m}_{HCl}}=\frac{200.21,9%}{100%}=43,8\,(gam)=>{{n}_{HCl}}=\frac{43,8}{36,5}=1,2\,mol$

${{n}_{{{H}_{2}}}}=\frac{10,08}{22,4}=0,45\,mol$

PTHH:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ ↑   (1)

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ ↑     (2)

Từ 2 PTHH, ta nhận thấy số mol HCl phản ứng gấp đôi số mol H₂ sinh ra

=> n_{HCl phản ứng}  = 2.${{n}_{{{H}_{2}}}}$= 2.0,45 = 0,9 mol

Nhận thấy: n_{HCl phản ứng} < n_{HCl ban đầu} => HCl còn dư, kim loại phản ứng hết

=> tính số mol ZnCl₂ theo số mol Zn

Gọi số mol Zn và Al lần lượt là x và y mol

=> m_{hỗn hợp A} = m_Zn + m_Al => 65x + 27y = 15,15  (I)

Từ PTHH (1): ${{n}_{{{H}_{2}}(1)}}={{n}_{Zn}}=x\,(mol)$

Từ PTHH (2): ${{n}_{{{H}_{2}}(2)}}=\frac{3}{2}.{{n}_{Al}}=1,5y\,(mol)$

$\Rightarrow {{n}_{{{H}_{2}}\sinh \,ra}}={{n}_{{{H}_{2}}(1)}}+{{n}_{{{H}_{2}}(2)}}\Rightarrow x+1,5y=0,45\,\,(II)$

Từ (I) và (II) ta có hệ PT: $\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{65{\rm{x + 27y = 15}},{\rm{15}}}\\{x + 1,5y = 0,45}\end{array}} \right. \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x = 0,15}\\{y = 0,2}\end{array}} \right.$

Theo PTHH (1): ${{n}_{ZnC{{l}_{2}}}}={{n}_{Zn}}=0,15\,mol=>{{m}_{ZnC{{l}_{2}}}}=0,15.136=20,4\,(gam)$

Vì sau phản ứng sinh ra khí H₂ => m_{dd sau pứ} = m_KL + m_{dd HCl bđầu} – m_H2 = 15,15 + 200 – 0,45.2 = 214,25 gam

=> Nồng độ dd ZnCl₂ là: $C\%=\frac{20,4}{214,25}.100\%=9,52\%$

Gọi kim loại R có hóa trị n (n = 1, 2, 3, 4) => Muối cacbonat của R có dạng R₂(CO₃)_n

Giả sử lấy 1 mol R₂(CO₃)_n => ${{m}_{{{R}_{2}}{{(C{{O}_{3}})}_{n}}}}=2\text{R}+60n\,(gam)$

PTHH: R₂(CO_­3)_n + 2nHCl → 2RCl_n + nCO₂ ↑ + nH₂O

P/ứng:  1 mol   →   2n mol → 2 mol → n mol

=> Khối lượng HCl phản ứng là: m_HCl = 36,5 . 2n = 73n (gam)

$\Rightarrow {{m}_{dd\,HCl}}=\frac{73.n.100%}{18,25%}=400n\,(gam)$

Khối lượng muối RCl_n thu được là: ${{m}_{RC{{l}_{n}}}}=2.(R+35,5n)=2\text{R}+71n$(gam)

Khối lượng khí CO₂ sinh ra là: ${{m}_{C{{O}_{2}}}}=44n\,(gam)$

Vì phản ứng sinh ra khí CO₂ => m_{dd sau pứ} = ${{m}_{{{R}_{2}}{{(C{{O}_{3}})}_{n}}}}+{{m}_{dd\,HCl}}-{{m}_{C{{O}_{2}}}}$= 2R + 60n + 400n – 44n = 2R + 416n (gam)

=> Nồng độ muối thu được là : $C\%=\frac{2R+71n}{2\text{R}+416n}.100\%=21,591\%$

=> 2R + 71n = 0,21591.(2R + 416n)

=> R = 12n

Xét bảng giá trị :

Vậy R là kim loại Mg => muối cacbonat của R là MgCO₃