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

${{n}_{S{{O}_{2}}}}=0,34\,\,mol;\,\,{{n}_{S}}=0,02\,\,mol$

Nhận e: $\overset{+6}{\mathop{S}}\,$ + 2e  → $\overset{+4}{\mathop{S}}\,$ (SO₂)        $\overset{+6}{\mathop{S}}\,$ + 6e   → $\overset{0}{\mathop{S}}\,$

                   0,68 ← 0,34                        0,12 ← 0,02

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận}  = 2.n_SO2 + 6.n_S = 0,68 + 0,12 = 0,8 mol

=> ${{m}_{SO_{4}^{2-}}}$ _{trong muối kim loại} = $\frac{{{n}_{e\text{ }cho}}}{2}$ = 0,4 mol

=> m_muối = m_KL + m_{gốc SO4} = 11,9 + 0,4.96 = 50,3 gam

Gọi số mol Mg và Al lần lượt là x và y mol => m_{hỗn hợp} = 24x + 27y = 1,86  (1)

Theo đề bài ta thấy khi tham gia phản ứng Mg nhường 2e, Al nhường 3e và NO₃^- (+5e) thu 8e tạo N₂O

Áp dụng định luật bảo toàn e :2.n_Mg + 3.n_Al = 8.n_N2O => 2x + 3y = 8.0,025 = 0,2  (2)

Giải hệ phương trình ta có x  = 0,01 và y = 0,06 mol

=>  m_Mg = 0,24 gam => % m_Mg = $\frac{0,01.24}{1,86}.100%$ = 12,90 %

Phần 1: ${{n}_{{{H}_{2}}}}=0,15\,\,mol$

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận} = $2.{{n}_{{{H}_{2}}}}=0,3\,\,mol$

Vì số mol của Mg và Al ở 2 phần bằng nhau và Mg, Al phản ứng với HCl hay với HNO₃ đều có số oxi hóa như nhau

=> n_{e cho (phần 2)} = n_{e cho (phần 1)} = 0,3 mol

Phần 2: khí không màu, hóa nâu trong không khí là NO

Bảo toàn e: n_{e cho (phần 2)} = 3.n_NO => n_NO = 0,3 / 3 = 0,1 mol

=> V_NO = 0,1.22,4 = 2,24 lít

Gọi x là số mol Fe trong hỗn hợp X => n_Mg = 2x, n_Cu = 3x

=> 56x + 24.2x + 64.3x = 29,6 => x = 0,1 mol

=> n_Fe = 0,1 mol, n_Mg = 0,2 mol, n_Cu = 0,3 mol

Do axit H₂SO₄ đặc nguội, nên sắt không phản ứng. 

SO₄^2-  + 2e  →  S⁺⁴

              1  →     $\frac{11.2}{22,4}$

=> m_muối = m_Cu + m_Mg + ${{m}_{SO_{4}^{2-}}}$ = m_Cu + m_Mg + 96.$\frac{1}{2}\sum{{}}$e_{trao đổi}

= 64.0,3 + 24.0,2 + 96.$\frac{1}{2}$1 = 72 gam

Đặt n_Fe = n_Cu = a mol  =>  56a + 64a = 12 => a = 0,1 mol

Quá trình oxi hóa kim loại:

Fe  →  Fe³⁺ + 3e                       Cu → Cu²⁺ + 2e

0,1        →      0,3                      0,1       →      0,2

Quá trình khử N⁺⁵:     

N⁺⁵  + 3e   →   N⁺²                   N⁺⁵  +  1e   →   N⁺⁴

           3x   ←   x                                    y    ←    y

Áp dụng định luật bảo toàn electron => 3x + y  =  0,5

Mặt khác: Do tỉ khối của hỗn hợp X với H₂ là 19

=> 30x + 46y = 19.2.(x + y)

=> x = 0,125 ;  y = 0,125.

V_{hh khí (đktc)} = 0,125.2.22,4 = 5,6 lít

Ta có: ${{\bar{M}}_{X}}=9,25.4=37=\frac{\left( {{M}_{{{N}_{2}}}}+{{M}_{N{{O}_{2}}}} \right)}{2}=>{{n}_{{{N}_{2}}}}={{n}_{N{{O}_{2}}}}=\frac{{{n}_{X}}}{2}=0,04\,\,mol$

Bảo toàn e: n_{e nhận} = $10.{{n}_{{{N}_{2}}}}+1.{{n}_{N{{O}_{2}}}}$= 0,44 mol

=> ${{n}_{NO_{3}^{-}}}$= n_{e nhận} = 0,44 mol

Bảo toàn nguyên tố N: ${{n}_{HN{{O}_{3}}}}={{n}_{NO_{3}^{-}}}$_{trong muối} + n_{N (spk)} = 0,44 + 2.0,04 + 0,04 = 0,56 mol

=> $\left[ HN{{O}_{3}} \right]=\frac{0,56}{2}=0,28M$

Gọi n_Fe = n_Cu = a mol => 56a + 64a = 18 => a = 0,15 mol

Do thể tích dung dịch HNO₃ cần dùng ít nhất, nên sắt sẽ bị hòa tan hết bởi HNO₃ vừa đủ tạo muối Fe³⁺_, Cu tác dụng vừa đủ với Fe³⁺ tạo muối Cu²⁺ và Fe²⁺ => sau phản ứng chỉ thu được hai muối Cu(NO₃)₂ và Fe(NO₃)₂

$Fe~\,\,\to ~~~\overset{+2}{\mathop{Fe}}\,\,\,\text{+ }2e~~~$

0,15    →     0,3

$Cu~~\to \,\,\overset{+2}{\mathop{Cu}}\,\,\,+\,\,2e$

0,15   →      0,3

=> ∑n_{e cho} = 2.(0,15 + 0,15) = 0,6 mol  

=> n_{e nhận} = 3.n_NO = 0,6 => n_NO = 0,2 mol

Ta có:${{n}_{NO_{3}^{-}}}$ = n_{e cho} = 0,6 mol

Bảo toàn nguyên tố N: ${{n}_{HN{{O}_{3}}}}={{n}_{NO_{3}^{-}}}+{{n}_{NO}}=0,6+0,2=0,8\,\,mol$

=> [HNO₃] = $\frac{0,8}{1}$= 0,8 lít

n_X = 1,68 : 22,4 = 0,075 mol; M_X = 17,2.2 = 34,4

Đặt n_N2 = x mol và n_N2O = y mol

Ta có hệ phương trình: \(\left\{ \begin{array}{l}{n_{khi}} = x + y = 0,075\\{m_{khi}} = 28{\rm{x}} + 44y = 0,075.34,4\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}x = 0,045\\y = 0,03\end{array} \right.\)

R⁰ → R⁺ⁿ + n e                                          2N⁺⁵ + 10e → 2N⁰ (N₂)

0,69/n ←    0,69                                                    0,45 ←       0,045

                                                                   2N⁺⁵ + 8e → 2N⁺¹ (N₂O)

                                                                              0,24 ←         0,03

Ta có: \({m_R} = \dfrac{{0,69}}{n}.R = 6,21 \Leftrightarrow R = 9n\)

Dễ thấy nghiệm thỏa mãn là n = 3, R = 27 (Al).

Đặt n_Fe = x và n_Cu = y (mol)

Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e                                          N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴ (NO₂)

x →               3x                                                 0,45 ←        0,45

Cu⁰ → Cu⁺² + 2e                                         S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴ (SO₂)

y →                 2y                                                 0,2 ←         0,1

Từ khối lượng hỗn hợp và định luật bảo toàn e ta có hệ phương trình:

\(\left\{ \begin{array}{l}56{\rm{x}} + 64y = 14,8\\3x + 2y = 0,45 + 0,2\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}x = 0,15\\y = 0,1\end{array} \right.\)

⟹ m_Fe = 0,15.56 = 8,4 gam

n_Fe = 11,2 : 56 = 0,2 mol

n_{hh B} = 6,72 : 22,4 = 0,3 mol

Theo đề bài NO và X có số mol bằng nhau nên ta có n_NO = n_X = 0,15 mol

Giả sử 1 mol khí X trao đổi n mol e

Áp dụng bảo toàn e:

            3n_Fe = 3n_NO + n.n_X

⇔        3.0,2 = 3.0,15 + 0,15n

⇔        n = 1

⟹ Khí X là NO₂

Sơ đồ: \(F{\rm{e}} + {O_2} \to X\left\{ {F{\rm{e}}O,F{{\rm{e}}_2}{O_3},F{e_3}{O_4},F{\rm{e}}} \right\} + HN{O_3} \to F{\rm{e}}{\left( {N{O_3}} \right)_3} + NO + {H_2}O\)

Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e                                  O₂ + 4e → 2O^-2

x →               3x (mol)                         y → 4y (mol)

                                                             N⁺⁵ + 3e → N⁺² (NO)

                                                                     0,075 ←    0,025 (mol)

Ta có hệ phương trình: \(\left\{ \begin{array}{l}56{\rm{x}} + 32y = 3\\3x = 4y + 0,075\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}x = 0,045\\y = 0,015\end{array} \right.\)

⟹ m = m_Fe = 56.0,045 = 2,52 gam

Chất rắn khan thu được chứa Zn(NO₃)₂ và có thể có NH₄NO₃.

Ta có: n_Zn(NO3)2 = n_Zn = 0,2 mol

Giả sử 1 phân tử khí trao đổi n electron.

BT electron: n _{e cho} = n _{e nhận} => 2n_Zn = 8n_NH4NO3 + n.n _khí => 2.0,2 = 8.0,025 + n.0,02

=> n = 10 => X là N₂

Giả sử Z gồm a mol CO dư và b mol CO₂

+ BTNT "C": n_{CO bđ} = n_{CO dư} + n_CO2 => a + b = 0,4 (1)

+ m_Z = 28a + 44b = 0,4.19.2 (2)

Giải hệ (1) và (2) được a = 0,15 và b = 0,25

Quá trình khử oxit KL bằng CO có thể viết đơn giản là: CO + O → CO₂

→ n_O pư = n_CO2 = 0,25 mol

→ n_O dư = 0,2539m/16 - 0,25 mol

n_NO = 7,168/22,4 = 0,32 mol

Coi hỗn hợp Y gồm {KL: 0,7461m (gam); O: 0,2539m/16 - 0,25 (mol)}

Ta có các quá trình nhận electron:

O⁰                         +               2e        →                    O^-2

0,2539m/16-0,25   →       0,2539m/8-0,5

N⁺⁵                  + 3e  →              N⁺²

                         0,96         ←    0,32

Cô cạn dung dịch T thu được 3,456m gam muối khan gồm kim loại và NO₃^- (trong muối)

Ta có: n _{NO3- trong muối} = n _{e nhận} = 0,2539m/8 - 0,5 + 0,96 = 0,2539m/8 + 0,46 (mol)

→ m _muối = m _{kim loại} + m_{NO3-trong muối}

=> 0,7461m + 62.(0,2539m/8 + 0,46) = 3,456m

→ m = 38,4276 gam → b = 3,456m =  132,8 gam

Vậy giá trị của b gần nhất với giá trị 133,056.

Gọi số mol NO là 2a mol; số mol NO₂ là a mol

Quá trình cho - nhận electron:

Áp dụng định luật bảo toàn electron: n_{e cho} = n_{e nhận} suy ra 0,3 + 0,6 = 6a + a = 7a

Giải phương trình trên ta được a = 9/70 (mol) → V_{hỗn hợp A} = V_NO + V_NO2 = 3a.22,4 = 8,64 (lít)

n_NaOH = 0,5 . 0,6 = 0,3 mol

TH₁: nếu là NaHSO₃  => n_NaHSO3 = 18,9:  104 = 0,1817 < 0,3 mol  => loại

TH₂: nếu là  Na₂SO₃  => n_Na2SO3 = 18,9: 126  = 0,15 mol

Bảo toàn nguyên tố ta có  n_Na2SO3  . 2 =  n _NaOH <=> 0,15 . 2 = 0,3 (thỏa mãn)

=> Chất rắn chứa Na₂SO₃  

=> n _SO2 = n _Na2SO3  =  0,15 mol

=> n _M  . x  = n _SO2  . 2 = 0,3 mol

+ Với x = 1 => n _M = 0,3 mol  => M_M = 9,6: 0,3 = 32 (loại)

+ Với x = 2 => n _M = 0,15 mol  => M_M = 9,6: 0,15 =  64 (Cu chọn)

+ Với x = 3 => n _M = 0,1 mol  => M_M = 9,6: 0,1 =  96 (loại)

Vậy kim loại cần tìm là Cu

Vì khi cho NaOH vào dd X thì tạo ra khí NH₃ nên pư tạo muối NH₄NO₃

 Al → Al⁺³ + 3e                                    2N⁺⁵ +10e→ N₂                     N⁺⁵ + 8e→ N^-3

Số mol khí N₂ là 0,06 mol

Số mol khí NH₃ là 0,06 mol

Ta có NH₄NO₃ + NaOH → NaNO₃ + NH₃ +H₂O

Số mol NH₄NO₃ là 0,06 mol

Áp dụng đinh luật bảo toàn e thì 3n_Al = 10.0,06 + 8.0,06 nên n_Al=0,36 mol

Khối lượng của Al là 0,36 .27=9,72 g

Phần 1:

  \({n_{Cu}} = 0,09\)   

Số mol HNO₃  là 0,12 mol

Theo PTHH thì số mol H+ hết nên NO sẽ tính theo H+ suy ra n_NO= 0,03mol

V₁ = 0,672 lít

Phần 2

Số mol H+ là 0,12.1 + 0,12.0,5.2 = 0,24 mol

Số mol NO₃- là 0,12 mol

Theo phương trình hóa  học số mol H+ và Cu vừa đủ nên n_NO= 0,06 mol

V₂ = 1,344 lít

Suy ra V₂= 2V₁

Phần 1 : nặng 13,4 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 = 13,4 +62.0,6 =50,6 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= 0,6 ( do số e trao đổi ở phần 1 cũng là 0,7 mol e

Khối lượng oxit là 13,4 + 0,6:4.32 =18,5

Gọi số mol NO₂ và NO lần lượt là x, y

Ta có hệ phương trình:

x + y = 0,4

46x + 30y = 0,4.(1,3125.32)

=> x = 0,3 và y = 0,1

(có thể dùng phương pháp đường chéo để tìm số mol các chất)

%V_NO2 = 75% ; %V_NO = 25%

N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴ (NO₂)

         0,3 ← 0,3

N⁺⁵ + 3e → N⁺² (NO)

         0,3 ← 0,1

Fe⁰ → Fe⁺³ + 3e

0,2 ←            0,6

=> m_Fe = 0,2.56 = 11,2 gam

Do hai kim loại đứng trước H trong dãy điện hoá và có hoá trị không đổi trong các hợp chất => số mol e cho ở cả 2 phần là bằng nhau => số mol e nhận 2 phần bằng nhau

Phần I:

2H⁺ +  2e   →  H₂

           0,6  ←  0,3

Phần II:

N⁺⁵ + 3e → N⁺²

         0,6   →    0,2

=> V_NO = 0,2 . 22,4 = 4,48 lít