Kim loại tác dụng với dung dịch muối (phần 1)

${{n}_{F{{e}_{2}}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}}}}=\text{ }0,03\text{ }mol\,\,\to \,\,{{n}_{F{{e}^{3+}}}}=0,06\,\,mol$

Zn + 2Fe³⁺ → Zn²⁺ + 2Fe²⁺  (1)

Zn + Fe²⁺ → Zn²⁺ + Fe         (2)

Theo (1): ${{n}_{Zn}}=\frac{1}{2}{{n}_{F{{e}^{3+}}}}$ = 0,03 mol

Đặt n_{Fe sinh ra} = x mol => n_{Zn (2)}  = x mol

m_{dung dịch tăng} = m_Zn – m_Fe = 2,13

=> 0,03.65 + 65x – 56x = 2,13  => x = 0,02

=> m_Zn = m_{Zn (1)} + m_{Zn (2)}  = 65.(0,03 + 0,02) = 3,25 gam

n_Mg = 0,2 mol;

Ta thấy : n_{e Fe3+ nhận tạo Fe2+} = 0,2  <  n_{e Mg cho tối đa} = 0,2.2 = 0,4  <  n_{e Fe3+ nhận tạo Fe} = 0,2.3 = 0,6

=> Mg phản ứng hết, FeCl₃ phản ứng tạo thành Fe và FeCl₂

=> n_MgCl2 = n_Mg = 0,2 mol

Bảo toàn nguyên tố Cl: n_FeCl2 = (3n_FeCl3  - 2n_MgCl2) / 2 = 0,1 mol

=> m_muối = m_MgCl2 + m_FeCl2 = 31,7

Cách 2: Ta có n_Cl = 0,2.3 = 0,6 mol

Cl kết hợp với Mg trước để tạo thành muối MgCl₂, sau đó nếu còn Cl sẽ kết hợp với Fe tạo FeCl₂

=> n_MgCl2 = n_Mg = 0,2 mol và tiêu tốn 1 lượng Cl = 0,2.2 = 0,4 mol

=> 0,2 mol Cl còn lại sẽ kết hợp với Fe tạo FeCl₂ => n_FeCl2 = 0,2 / 2 = 0,1 mol

n_Fe = 0,15 mol;  n_AgNO3 = 0,39 mol

Ta thấy n_{e Fe cho tạo thành Fe2+}  = 0,15.2 = 0,3 mol < n_{e Ag+ nhận} = 0,39  <  n_{e Fe cho tạo thành Fe3+} = 0,15.3 = 0,45

=> phản ứng tạo 2 muối Fe(NO₃)₂ và Fe(NO₃)₃

=> Ag⁺ phản ứng tạo hết thành Ag

=> n_Ag = n_AgNO3 = 0,39 mol => m = 42,12 gam

n_FeCl3 = 0,15mol => m_{Fe tối đa sinh ra} = 0,15 . 56 = 8,4 gam > 3,92 gam

=> chất rắn chỉ có Fe, còn Zn đã phản ứng hết

n_Fe  = 3,92 / 56 = 0,07 mol

FeCl₃ phản ứng với Zn tạo thành Fe (0,07 mol) và FeCl₂ (0,15 – 0,07 = 0,08 mol)

Bảo toàn e: 2n_Zn = 3n_Fe + n_FeCl2 => n_Zn = 0,145 mol

=> m = 9,425 gam

Dãy điện hóa :             Fe²⁺/Fe     Cu²⁺/Cu     Ag⁺/Ag

          → dung dịch X gồm 2 muối có tính oxi hóa yếu hơn là Fe²⁺ và Cu²⁺

          Chất rắn Y gồm 2 kim loại có tính khử yếu hơn là Ag và Cu

Mg + 2Ag⁺ → Mg²⁺ + 2Ag  (1)

Mg + Cu²⁺ → Mg²⁺ + Cu     (2)

=> dung dịch sau phản ứng thu được 2 muối là Mg²⁺ và Cu²⁺

Xảy ra 2 trường hợp:

TH1: Cu²⁺ chưa phản ứng => Ag⁺  ở phản ứng (1) thiếu hoặc vừa đủ

=> n_{e cho} = n_{e nhận}  = n_Ag+ = z mol

Mg có thể dư hoặc vừa đủ \({{n}_{Mg}}\ge \dfrac{{{n}_{e\text{ }cho}}}{2}=>\text{ }x\ge 0,5z\)

TH2: Cu²⁺ phản ứng 1 phần => Ag⁺ ở (1) đã phản ứng hết và Mg hết

=> n_{e cho} = 2n_Mg = 2x

n_{e nhận}  = n_Ag+ + n_{Cu2+ phản ứng} <  2y + z

=> 2x < 2y + z  =>  x < y + 0,5z

n_Al  = 0,03 mol;  n_Fe(NO3)2 = 0,05 mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,045 mol

Nhận thấy : n_{e Al cho tối đa}  = 0,03.3 = 0,09 mol = n_{Cu2+ nhận e}

=> Al phản ứng vừa đủ với Cu(NO₃)₂; còn  Fe(NO₃)₂ chưa phản ứng

=> chất rắn thu được chỉ là Cu

n_Cu  = n_Cu(NO3)2 = 0,045 mol  => m = 2,88 gam

n_Mg = 0,06 mol;  n_Zn(NO3)2 = 0,05 mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,01

n_{e Mg cho tối đa} = 0,06.2 = 0,12 mol

n_{e Cu2+ nhận} = 0,01.2 = 0,02 mol;  n_{e Zn2+ nhận} =  0,1 mol => n_{e nhận tối đa} = 0,02 + 0,1 = 0,12 mol

Ta thấy n_{e cho tối đa} = n_{e nhận tối đa} = 0,12 mol => Mg phản ứng vừa đủ với Cu²⁺ và Zn²⁺

=> chất rắn thu được gồm Cu (0,01 mol) và Zn (0,05 mol)

=> m = 3,89 gam

n_Al = 0,025 mol;  n_Fe(NO3)3 = 0,075 mol;  n_Cu(NO3)2  = 0,075 mol

Thứ tự dãy điện hóa: $\frac{A{{l}^{3+}}}{Al}\,\,\,\,\frac{F{{e}^{2+}}}{Fe}\,\,\,\,\frac{C{{u}^{2+}}}{Cu}\,\,\,\frac{F{{e}^{3+}}}{F{{e}^{2+}}}$

Ta thấy: n_{e Al cho tối đa} = 0,025.3 = 0,075 = n_{e Fe3+ nhận tạo Fe2+} 

=> Al phản ứng vừa đủ với Fe³⁺ tạo thành Al³⁺ và Fe²⁺ 

=> Sau phản ứng không thu được chất rắn

n_Al = 0,075 mol;  n_Fe(NO3)3 = 0,075 mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,03 mol

Xét: n_{e Al cho tối đa} = 0,075.3 = 0,225 mol

n_{e Fe3+ nhận tạo Fe2+} = 0,075.1 = 0,075 mol

n_{e Cu2+ nhận tạo Cu} = 0,03.2 = 0,06 mol

n_{e Fe2+ nhận tạo Fe} = 0,075.2 = 0,15 mol

Ta thấy :

n_{e Fe3+ nhận tạo Fe2+} + n_{e Cu2+ nhận tạo Cu} < n_{e Al cho tối đa} < n_{e Fe3+ nhận tạo Fe2+} + n_{e Cu2+ nhận tạo Cu} + n_{e Fe2+ nhận tạo Fe}

được biểu diễn theo sơ đồ sau:

=> Cu(NO₃)₂ phản ứng hết;  Fe(NO₃)₃ phản ứng tạo thành Fe và Fe(NO₃)₂

=> n_{e nhận tạo Fe} = 0,225 – 0,075 – 0,06 = 0,09 mol  => n_Fe = 0,09 / 2 = 0,045 mol

=> m = 0,03.64 + 0,045.56 = 4,44 gam

n_Fe = 0,01 mol;  n_AgNO3 = 0,03 mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,05 mol

Ta thấy : n_{e Fe cho tối đa} = 0,01.3 = 0,03 mol = n_{e Ag+ nhận tối đa}

=> Fe phản ứng hết với Ag, tạo thành Fe³⁺ và Ag

=> n_Ag  = n_AgNO3 = 0,03 mol => m = 0,03.108 = 3,24 gam

n_Fe = 0,08 mol;  n_AgNO3 = 0,06 mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,1 mol

Nhận xét: 2n_Fe > n_Ag => không xảy ra phản ứng Ag⁺ + Fe²⁺ → Ag + Fe³⁺  => Fe tạo muối Fe²⁺

n_{e Fe cho tối đa} = 0,08.2 = 0,16 mol

n_{e Ag+ nhận tối đa} = 0,06 mol

n_{e Cu2+ nhận tối đa} = 0,1.2 = 0,2 mol

Ta thấy : 0,06 < n_{e Fe cho tối đa} < 0,06 + 0,2

=> Ag⁺ phản ứng hết, Cu²⁺ phản ứng 1 phần

=> n_{e Cu2+ nhận tạo Cu} = 0,16 – 0,06 = 0,1 mol  => n_Cu = 0,05 mol

=> m = m_Ag + m_Cu = 0,06.108 + 0,05.64 = 9,68 gam

n_Al2(SO4)3 = 0,1 mol;  n_­CuSO4 = 0,3 mol  → n_Al3+ = 0,2 mol; n_Cu2+ = 0,3 mol

Mốc 1: phản ứng vừa đủ với Cu²⁺  => m₁ = 0,3.64 = 19,2 gam > 5,12 gam

=> Mg phản ứng hết với Cu²⁺ (Cu²⁺ còn dư và chưa phản ứng với Al³⁺)

=> n_Mg = n_Cu = 5,12 / 64 = 0,08 mol  => m = 1,92 gam

n_Al(NO3)3 = 0,2 mol;  n_Cu(NO3)2 = 0,3 mol

Mốc 1: phản ứng vừa đủ với Cu²⁺  => m₁ = 0,3.64 = 19,2 gam < 21,36 gam

Mốc 2: Phản ứng với Cu²⁺ và Al³⁺  => m_­2 = 0,3.64 + 0,2.27 = 24,6 > 21,36

=> Cu²⁺ phản ứng hết, Al³⁺ phản ứng 1 phần; chất rắn sau phản ứng gồm Cu (0,3 mol) và Al

m_{Al sinh ra} = 21,36 – 0,3.64 = 2,16 gam => n_Al = 0,08 mol

Bảo toàn e: 2n_Mg = 2n_Cu + 3n_Al => n_Mg = (2.0,3 + 3.0,08) / 2 = 0,42 mol

=> m = 0,42.24 = 10,08 gam

n_Al2(SO4)3 = 0,1 mol;  n_CuSO4 = 0,3 mol  => n_Al3+ = 0,2 mol;  n_Cu2+  = 0,3 mol

Mốc 1: phản ứng vừa đủ với Cu²⁺  => m₁ = 0,3.64 = 19,2 gam < 25,8 gam

Mốc 2: Phản ứng với Cu²⁺ và Al³⁺  => m_­2 = 0,3.64 + 0,2.27 = 24,6 < 25,8 gam

=> cả Cu²⁺ và Al³⁺ phản ứng hết, Mg dư => chất rắn sau phản ứng gồm Cu (0,3 mol), Al (0,2 mol) và Mg

=> m_{Mg dư} = 25,8 – 24,6 = 1,2 gam

Bảo toàn e: 2n_{Mg phản ứng}  = 3n_Al + 2n_Cu => n_{Mg phản ứng} = (3.0,2 + 0,3.2) / 2 = 0,6 mol

=> m = 0,6.24 + 1,2 = 15,6

n_Ag+ = 0,1 mol;  n_Cu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag⁺ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1     => m_tăng = 0,1.108 – 0,05.56 = 8 > 4

=> Ag⁺ chưa phản ứng hết;  Cu²⁺ chưa phản ứng

Gọi n_{Ag+ phản ứng} = x mol

m_tăng = 108x – 0,5x.56 = 4  => x = 0,05 mol

=> khối lượng kim loại bám là m_Ag = 108.0,05 = 5,4 gam

n_Ag+ = 0,1 mol;  n_Cu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag⁺ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1     => m_tăng = 0,1.108 – 0,05.56 = 8 < 8,8

=> Ag⁺ phản ứng hết;  Cu²⁺ phản ứng 1 phần

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

x   → x            →     x          => m_tăng = 64x – 56x = 8x

=> tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là: m_tăng = 8 + 8x = 8,8  => x = 0,1 mol

=> m_{kim loại bám vào} = m_Ag + m_Cu = 17,2 gam