BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI

I. Kiến thức chung

1)Kim loại tác dụng với dung dịch muối

• Để kim loại M đẩy được kim loại X ra khỏi dung dịch muối của nó với phản ứng: xM (r) + nX⁺ (dd) → xMn⁺ (dd) + nX (r)
• M đứng trước X trong dãy thế điện cực chuẩn
• Cả M và X đều không tác dụng được với nước ở điều kiện thường
• Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan
• Khối lượng chất rắn tăng: ∆m↑ = mX tạo ra – mM tan
• Khối lượng chất rắn giảm: ∆m↓ = mM tan – mX tạo ra
• Khối lượng chất rắn tăng = khối lượng dung dịch giảm
• Ngoại lệ:
• Nếu M là kim loại kiềm, kiềm thổ (Ca, Sr, Ba) thì M sẽ khử H⁺ của H₂O thành H₂ và tạo thành dung dịch bazơ kiềm. Sau đó là phản ứng trao đổi giữa muối và bazơ kiềm
• Ở trạng thái nóng chảy vẫn có phản ứng: 3Na + AlCl₃ (khan) → 3NaCl + Al

+ Với nhiều anion có tính oxi hóa mạnh như NO₃^–; MnO₄^– , …thì kim loại M sẽ khử các anion trong môi trường axit (hoặc bazơ)

• Hỗn hợp các kim loại phản ứng với hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ưu tiên: kim loại khử mạnh nhất tác dụng với cation oxi hóa mạnh nhất để tạo ra kim loại khử yếu nhất và cation oxi hóa yếu nhất
• Thứ tự tăng dần giá trị thế khử chuẩn (E^o) của một số cặp oxi hóa – khử:

Mg²⁺/Mg < Al³⁺/Al < Zn²⁺/Zn < Cr³⁺/Cr < Fe²⁺/Fe < Ni²⁺/Ni < Sn²⁺/Sn < Pb²⁺/Pb < 2H⁺/H₂ < Cu²⁺/Cu < Fe³⁺/Fe²⁺ < Ag⁺/Ag < Hg²⁺/Hg < Au³⁺/Au

2) Một số chú ý khi giải bài tập:

• Phản ứng của kim loại với dung dịch muối là phản ứng oxi hóa – khử nên thường sử dụng phương pháp bảo toàn mol electron để giải các bài tập phức tạp, khó biện luận như hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp nhiều muối. Các bài tập đơn giản hơn như một kim loại tác dụng với dung dịch một muối, hai kim loại tác dụng với dung dịch một muối,…có thể tính toán theo thứ tự các phương trình phản ứng xảy ra
• Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng để tính khối lượng thanh kim loại sau phản ứng,…
• Từ số mol ban đầu của các chất tham gia phản ứng → biện luận các trường hợp xảy ra
• Nếu chưa biết số mol các chất phản ứng thì dựa vào thành phần dung dịch sau phản ứng và chất rắn thu được → biện luận các trường hợp xảy ra
• Kim loại khử anion của muối trong môi trường axit (bazơ) thì nên viết phương

trình dạng ion thu gọn

• Kim loại (Mg → Cu) đẩy được Fe ³⁺ về Fe ²⁺. Ví dụ:

Fe + 2Fe ³⁺ → 3Fe ²⁺ 

Cu + 2Fe ³⁺ → Cu ²⁺ + 2Fe ²⁺

Fe + 2Ag+  → Fe ²⁺ + 2Ag.

Nếu Fe hết, Ag⁺ còn dư thì:

Fe ²⁺ + Ag ⁺ → Fe ³⁺ + Ag

II. VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 2: Ngâm một cái đinh sắt vào 200 ml dung dịch CuSO₄. Sau khi phản ứng kết thúc, lấy đinh ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, làm khô thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 0,8 gam. Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO₄ ban đầu.

Hướng dẫn:

    Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng

    Theo phương trình: Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

    Cứ 1 mol Fe (56 gam) tác dụng với 1 mol CuSO₄ → 1 mol Cu (64 gam).

    Khối lượng đinh sắt tăng: 64 – 56 = 8 (gam)

    Thực tế khối lượng đinh sắt tăng 0,8 (gam)

    Vậy, n_CuSO4 phản ứng = 0,8/8 = 0,1(mol)và C_MCuSO4 = 0,1/0,2 = 0,5M

Bài 3: Cho 2,24 gam bột Fe vào 200 ml dung dịch hỗn hợp gồm có AgNO₃ 0,1M và Cu(NO₃)₂ 0,5M, khuấy đều tới phản ứng hoàn toàn, thu được chất rắn A và dung dịch B.

    a) Tính số gam chất rắn A.

    b) Tính nồng độ mol của các chất trong dung dịch B.

Hướng dẫn:

    n_AgNO3 = 0,02 (mol); n_Fe = 0,04 (mol); n_Cu(NO3)₂ = 0,1(mol)

    n_{Fe phản ứng (1)} = 0,01(mol); n_{Fe pư (2)} = 0,04 - 0,01 = 0,03 (mol)

    n_Cu(NO3)₂dư = 0,1 - 0,03 = 0,07 (mol)

    Chất rắn A gồm: 0,02 mol Ag và 0,03 mol Cu

⇒ m_A = 0,02.108 + 0,03.64 = 4,08(gam)

    Dung dịch B: Fe(NO₃)₂: 0,04 (mol) ⇒ C_M = 0,2 M

    Cu(NO₃)₂: 0,07 (mol) ⇒ C_M = 0,35M

III. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Ngâm một lá kẽm trong dung dịch chứa 2,24 gam ion kim loại M²⁺ trong muối sunfat sau phản ứng, khối lượng lá Zn tăng lên 0,94 gam. Vậy M là:

    A. Pb

    B. Cu

    C. Fe

    D. Cd

Đáp án: D

    Phương trình phản ứng:

Khối lượng lá Zn tăng: 2,24 - 65a = 0,94 → a = 0,02 mol

    M = 2,24/0,02 = 112 → M là Cd

Bài 1: Cho m gam hỗn hợp bột các kim loại Ni và Cu vào dung dịch AgNO₃ dư. Khuấy kĩ cho đến khi phản ứng kết thúc thu được 54 gam kim loại. Mặt khác cũng cho m gam hỗn hợp bột các kim loại trên vào dung dịch CuSO₄ dư, khuấy kĩ cho đến khi phản ứng kết thúc, thu được kim loại có khối lượng bằng 

(m + 0,5) gam. Giá trị của m là:

Bài 2: Hòa tan hỗn hợp bột kim loại gồm 8,4 gam Fe và 6,4 gam Cu vào 350 ml dung dịch AgNO₃ 2M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là:

Bài 3: Cho 2,24 gam bột sắt vào 200 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm AgNO₃ 0,1M và Cu(NO₃)₂ 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và m gam chất rắn Y. Giá trị của m là:

A. 2,80 gam           B. 4,08 gam           

C. 2,16 gam           D. 0,64 gam

Hướng dẫn: 

nFe = 0,04 mol ;nAg⁺ = 0,02 mol ; nCu²⁺ = 0,1 mol

Thứ tự các phản ứng xảy ra là:

(Fe^2+/Fe < Cu²⁺/Cu < Fe³⁺ < Fe²⁺ < Ag⁺ < Ag)

Fe + 2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag (1)

0,01← 0,02 →         0,02

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu    (2)

0,03→                     0,03

Từ (1) & (2) → m_Y = 0,02.108 + 0,03.64 = 4,08 gam →  đáp án B

Bài 4: Ngâm một vật bằng đồng có khối lượng 10 gam trong 250 gam dung dịch AgNO₃ 4%. Khi lấy vật ra thì lượng AgNO₃ trong dung dịch giảm 17%. Vậy khối lượng của vật sau phản ứng là:

    A. 10,5g

    B. 10,76g

    C. 11,2g

    D. 12,8g

Đáp án: B

    Khối lượng AgNO₃ = 250.4/100 = 10 (g)

    Khối lượng AgNO₃ trong dung dịch giảm 17% = khối lượng AgNO₃ phản ứng = 1,7 (g)

    Số mol AgNO₃ = 0,01 mol

    Phương trình phản ứng:

Khối lượng vật bằng Cu = 10 - 0,005.64 + 0,01.108 = 10,76 (g)

Bài 5: Nhúng một đinh sắt vào 200ml dung dịch CuSO₄ 1M. Sau một thời gian lấy đinh sắt ra, sấy khô và đem cân thì thấy khối lượng đinh sắt tăng lên 0,4g. Xem như thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể. Vậy nồng độ của CuSO₄ còn lại sau phản ứng là:

    A. 0,75M

    B. 0,5M

    C. 0,65M

    D. 0,8M

Đáp án: C

    Số mol CuSO₄ ban đầu là 0,2 mol

    Gọi a là số mol Fe phản ứng:

Khối lượng định sắt tăng lên là: 64a - 56a = 8a

    Ta có: 8a = 0,4 → a = 0,05 mol

    Số mol CuSO₄ dư = 0,2 - 0,05 = 0,15 mol → [CuSO₄] = 0,75M

Bài 6: Ngâm một lá Zn trong dung dịch có hòa tan 8,32 gam CdSO₄. Phản ứng xong thấy khối lượng là Zn tăng 2,35%. Vậy khối lượng của là Zn trước khi tham gia phản ứng là:

    A. 60g

    B. 70g

    C. 80g

    D. 85g

Đáp án: C

Số mol CdSO₄ = 8,32/208 = 0,04 (mol)

Khối lượng lá Zn tăng: 112.0,4 - 65.0,04 = 1,88 (g)

⇒ Khối lượng lá Zn trước khi phản ứng: 1,88.100/2,35 = 80 (g)

Bài 7: Nhúng thanh kim loại kẽm vào một dung dịch chứa hỗn hợp 3,2 gam CuSO₄ và 6,4 gam CdSO₄. Hỏi sau khi Cu và Cd bị đẩy hoàn toàn khỏi dung dịch thì khối lượng thanh kẽm tăng hay giảm bao nhiêu?

Hướng dẫn:

    Ta có: n_CuSO4 = 3,2/160 = 0,02 (mol); n_CdSO4 = 6,24/208 = 0,03(mol)

Từ (1) và (2) ⇒ ∑m_{Cu + Cd} = (0,02.64) + (0,03.112) = 4,64(gam)

    Và m_{Zn tham gia phản ứng} = (0,02 + 0,03).65 = 3,25(gam)

    Vậy khối lượng thanh Zn tăng: 4,64 - 3,25 = 1,39(gam)