Bài tập kim loại phản ứng với axit có tính oxi hóa

n _Mg = 0,1 mol

Áp dụng định luật bảo toàn e: 2 n _Mg = n _NO  . 3 => n _NO = 2/3 mol

=> V _NO = 2/3 . 22,4 = 1.4933 l

n _hh = 0,4 mol

Ta có = 19 .2 = 38   => m _NO + m _NO2 = 38 . 0,4 = 15,2 g

=> Hệ phương trình: 

\(\left\{ \begin{gathered}
{n_{NO}}\; + {\text{ }}{n_{NO2}} = 0,4 \hfill \\
{n_{NO}}\;.{\text{ }}30{\text{ }} + {\text{ }}{n_{NO2}}.{\text{ 46}} = 15,2 \hfill \\
\end{gathered} \right\}\)

=> n _NO = 0,2   và  n _NO2 = 0,2 mol

Vận dụng định luật bảo toàn e: 2 n _Cu = n _NO  . 3 + n _NO2 . 1

=> n _Cu = (0,2 .3 + 0,2): 2 = 0,4 mol

=> m _Cu = 0,4 .  64 = 25,6 g

Biện luận tìm M

Lời giải

Ta có  M → M⁺ⁿ + n e

         S ⁺⁶ + 2 e → S⁺⁴

Số mol SO₂ là  0,135 mol

Theo định luật bảo toàn e ta có 

Vì n là hóa trị của kim loại nên n =1,2,3

Thỏa mãn n=3 và M =27 (Al)

Số mol Al là 8,1 : 27 =0,3 mol

Số mol khí X là 2,016 : 22,4 =0,09 mol

TH1 : khí tạo ra chỉ có 1 N trong công thức

Ta có Al → Al⁺³ + 3e

          N⁺⁵ + (5 - x) e→ N^+x

Theo định luật bảo toàn e thì 0,3.3=0,09.x suy ra x = 10 (loại vì x < 5)

TH2 : khí tạo ra có 2 N

  Ta có Al → Al⁺³ + 3e

         2N⁺⁵ + 2(5 - x) e→ 2N^+x

                    Khi đó 0,3.3 = 0,09.2.(5-x) suy ra x = 0

Vậy  N có số oxh O trong khí X do đó X là khí N₂

Phần 1 : nặng 14,9 g

Ta có Mg → Mg⁺² + 2e                                           K → K⁺¹ + 1e

          Na → Na⁺¹ + 1e                                           Ca → Ca⁺² + 2e

                          2N⁺⁵ + 10e → N₂

Theo định luật bảo toàn e mol e 

Ta có 

Suy ra x = 14,9 +62.0,7 =58,3 g

Phần 2 : tác dụng với oxi tạo oxit

Thì Mg → Mg⁺² + 2e                                           K → K⁺¹ + 1e

          Na → Na⁺¹ + 1e                                           Ca → Ca⁺² + 2e

                          O₂ + 4e →2O^-2

Theo định luật bảo toàn e  4n_O2= 0,7 ( do số e trao đổi ở phần 1 cũng là 0,7 mol e

Khối lượng oxit là 14,9 + 0,7:4.32 =20,5

n_Al = 0,04 mol

Al⁰ → Al⁺³ + 3e

n_{e cho} = 3.n_Al = 0,12 mol

Áp dụng định luật bảo toàn e => n_{e nhận} = n_{e cho} = 0,12 mol

Mà n_X = 0,015 mol => 1 mol X nhận số mol e là: 0,12 : 0,015 = 8 mol

=> X là N₂O

Quy đổi hh X gồm Fe và O₂

n_Fe = 0,2mol; n_NO= 0,1mol

Fe → Fe⁺³ + 3e                                   O₂ + 4e→ O^-2                                  N⁺⁵ +      3e   →  N⁺²

0,2       →     0,6 mol                              x→ 4xmol                                           0,3  ←0,1

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: 0,6 = 4x + 0,3 => x = 0,075mol

=> m = m_Fe + m_O2 = 11,2 + 0,075 . 32 = 13,6g

n_NO= 0,04mol

R → R⁺ⁿ + ne                                                                          N⁺⁵ + 3e →   N⁺²

0,12/n ←     0,12mol                                                           0,12 ← 0,04

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có n _{e cho} = n _{e nhận} = 0,12 mol

=> n_R = 0,12/n

=> M_R = 2,24 : (0,12/n) = 56n/3

n_NO= 0, 1mol

R → R⁺² + 2e                                                                          N⁺⁵ + 3e →N⁺²

0,15     ← 0,3 mol                                                               0,3 ← 0,1

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có n _{e cho} = n _{e nhận} = 0,3 mol

=> n_R = 0,15 mol

=> M_R = 3,6 : 0,15 = 24 (Mg)

n_Cu= x mol; n_Fe= y mol

=> m_X = 64x + 56y = 12,4 (1)

Cu → Cu⁺² + 2e                                                                                  N⁺⁵ + 3e → N⁺²

x          →      2x mol                                                                         0,3 ← 0,1

Fe → Fe⁺³ +3e                                                                        N⁺⁵ +1e →N⁺⁴

y          →   3y mol                                                                           0,15←0,15

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có n _{e cho} = n _{e nhận} = 2x + 3y = 0,45 mol (2)

Giải hệ (1) và (2) => x = 0,15 và y = 0,05

=> %Fe = [(0,05 . 56) : 12,4] . 100% = 22,58%

Cách 1: (nhanh)

n_NO=0,1 mol

NO₃^- + 4H⁺ + 3e → NO + 2H₂O

            0,4       ←      0,1

V_HNO3 = n_HNO3 : C_M = 0,4 : 1 = 0,4 lít

Cách 2:

n_NO = 2,24 :22,4 = 0,1 (mol)

Sau phản ứng Fe lên Fe⁺³; Cu lên Cu⁺²; N⁺⁵ xuống N⁺² (trong NO)

Qúa trình nhường e:

Fe → Fe⁺³ + 3e

x → x      → 3x    (mol)

Cu → Cu ⁺² + 2e

y   → y      → 2y   (mol)

Qúa trình nhận e

 N⁺⁵ +3e → N⁺² (NO)

         0,3 ←   0,1         (mol)

Bảo toàn e ta có:

∑n_{e KL nhường} = ∑n_{e N+5} nhận

=> (3x+2y) = 0,3  (1)

Ta có:

n_HNO3 ban đầu = n_NO3- (trong muối)  + n_NO

                       = 3n_Fe(NO3)3 + 2n_Cu(NO3)2 + n_NO

                       = 3x + 2y + 0,1

                       = 0,3 + 0,1  (do thế (1) vào)

                       = 0,4 (mol)

=> V_HNO3 đã dùng = n : C_M = 0,4 : 1 = 0,4 (lit)

Quy đổi hh X gồm Fe và O₂

n_NO2 = 0,1 mol; n_O2 = 0,05 mol

Fe → Fe⁺³ + 3e                                   O₂ + 4e→ O^-2                                  N⁺⁵ +      1e   →  N⁺⁴

x          →     3x mol                          0,05→ 0,2mol                                           0,1← 0,1

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có 3x = 0,2 + 0,1 => x = 0,1 mol

=> m = 5,6g

n_Cu= x mol; n_Fe= y mol

=> m_X = 64x + 56y = 15,2 (1)

Cu → Cu⁺² + 2e                                                                                  N⁺⁵ + 3e → N⁺²

x          →      2x mol                                                                         0,3 ← 0,1

Fe → Fe⁺³ +3e                                                                                    N⁺⁵ +1e →N⁺⁴

y          →   3y mol                                                                           0,3←0,3

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có n _{e cho} = n _{e nhận} = 2x + 3y = 0,6 mol (2)

Giải hệ (1) và (2) => x = 0,15 và y = 0,1

n _HNO3 = 2n_Cu(NO3)2 + 3n_Fe(NO3)3 + n_NO + n_NO2 = 0,15 . 2 + 0,1 . 3 + 0,1 + 0,3 = 1mol

=> V = 1 lít

n_Cu= x mol; n_Fe= y mol

=> m_X = 64x + 56y = 15,2 (1)

Cu → Cu⁺² + 2e                                                                                  N⁺⁵ + 3e → N⁺²

x          →      2x mol                                                                         0,3 ← 0,1

Fe → Fe⁺³ +3e                                                                                    N⁺⁵ +1e →N⁺⁴

y          →   3y mol                                                                           0,3←0,3

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có n _{e cho} = n _{e nhận} = 2x + 3y = 0,6 mol (2)

Giải hệ (1) và (2) => x = 0,15 và y = 0,1

m _muối = m_Cu(NO3)2 + m_Fe(NO3)3 = 0,15 . 188 + 0,1 . 242 = 52,4g

n_Mg = 0,1 mol

Bảo toàn electron: $2.{{n}_{Mg}}=10.{{n}_{{{N}_{2}}}}=>{{n}_{{{N}_{2}}}}=\frac{{{n}_{Mg}}}{5}=0,02\,\,mol$

=> V = 0,02.22,4 = 0,448 lít

Bảo toàn electron:

=> m_Al = 0,05.27 = 1,35 gam

Ở  0⁰C, 1 atm là điều kiện tiêu chuẩn.

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

2.n_Cu + 3.n_Al= 2.${{n}_{S{{O}_{2}}}}$=> 2.0,2 + 3.0,1 = (6 – 4).${{n}_{S{{O}_{2}}}}$

=> ${{n}_{S{{O}_{2}}}}$ = 0,35 mol => ${{V}_{S{{O}_{2}}}}=\frac{n.R.T}{p}=\frac{0,35.0,082.273}{1}=$ 7,84 lít

Bước 1: Tính n_N2

${{n}_{{{N}_{2}}}}=0,01\,\,mol$

Bước 2: Tìm X

Giả sử kim loại X tác dụng với HNO₃ lên số oxi hóa +a

Bảo toàn e: $a.{{n}_{X}}=10.{{n}_{{{N}_{2}}}}\,\,=>{{n}_{X}}=\dfrac{0,1}{a}\,\,=>\dfrac{1,2}{{{M}_{X}}}=\dfrac{0,1}{na}=>{{M}_{X}}=12a$

Với a = 2 => M = 24 => M là Mg

n_Al = 0,22 mol

n_X = 0,0825 mol

Quá trình cho e:

Al → $\overset{+3}{\mathop{Al}}\,$ + 3e

0,22    →   0,66

=> n_{e cho} = 0,22.3 = 0,66 mol

Quá  trình nhận e :  S⁺⁶  + (6 – x)e    →  S^x     

                                    0,0825(6-x)  ←  0,0825

=> n_{e nhận} = 0,0825.(6 – x) mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron, ta có : 0,0825.(6 – x) = 0,66 → x = -2

Vậy X là H₂S

Nhận e: $\overset{+5}{\mathop{N}}\,$ + 3e  → $\overset{+2}{\mathop{N}}\,$ (NO)        $\overset{+5}{\mathop{N}}\,$ + 1e   → $\overset{+4}{\mathop{N}}\,$ (NO₂)

                   0,03 ← 0,01                    0,04 ← 0,04

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận}  = 3.n_NO + 1.n_NO2 = 0,07 mol

=>  ${{m}_{NO_{3}^{-}}}$_{trong muối kim loại} = n_{e cho} = 0,07 mol

=> m_muối = m_KL + m_{gốc NO3} = 1,35 + 62.0,07 = 5,69 gam