Dạng Bài: Kim Loại Tác Dụng Với Axit (HCl, H2SO4 Loãng)

A. Tổng quan kiến thức và phương pháp giải bài tập

Kim loại + Axit loại → Muối + H2

Điều kiện:

• Kim loại là kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học
• Dãy hoạt động hoá học

K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Ví dụ:

Mg + HCl →MgCl2 + H2 Fe  + H2SO4 → FeSO4 + H2

1. Axit tác dụng vừa đủ với axit

Dữ kiện cho: Cho số mol kim loại hoặc số mol của axit.

Phương pháp giải:

• Bước 1: Đổi dữ kiện của đề bài đã cho ra số mol.
• Bước 2: Viết PTHH xảy ra.
• Bước 3: Tìm tỉ lệ số mol của các chất tham gia, các chất tạo thành.
• Bước 4: Từ  tỉ lệ số mol theo PTHH tìm số mol có liên quan, rồi tính toán theo yêu cầu của đề bài và kết luận.

Ví dụ 1: Cho m g Fe tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch HCl 1M  thấy khí H2 thoát ra. Tính giá trị của m.

Ta có: nHCl  = V.CM = 0,2.1  = 0,2 (mol)

PTHH: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Tỉ lệ       1        2              1       1

P/ư        0,1<-  0,2

Từ PTHH => nFe= 0,1 (mol)

=> m = nFe. MFe = 0,1 .56 = 5,6 (g)

2. Kim loại dư hoặc axit dư

Dữ kiện cho:  Cho số mol của kim loại và axit.

Phương pháp giải:

• Bước 1: Đổi dữ kiện của đề bài đã cho ra số mol.
• Bước 2: Viết PTHH xảy ra.
• Bước 3: Tìm tỉ lệ số mol của các chất tham gia, các chất tạo thành. Từ đó xác định chất dư, chất phản ứng hết.
• Bước 4: Tìm số mol có liên quan theo số mol chất phản ứng hết, rồi tính toán theo yêu cầu của đề bài và kết luận.

Ví dụ 2: Cho 2,6 g Zn tác dụng với 50 g dung dịch H2SO4 9,8%. Thấy V lít khí H2 thoát ra. Tính giá trị của V.

Ta có: nZn = $ \frac{2,6}{65} = 0,04$ (mol) 

mH2SO4 = C%. mdd H2SO4 = $ \frac{9,8}{100}. 50 = 4,9 (g)$ => nH2SO4 = $ \frac{4,9}{98}= 0,05$ (mol)

PTHH: Zn +  H2SO4 → ZnSO4 + H2

Tỉ lệ       1            1              1          1

Có       0,04     0,05

P/ư      0,04   ->0,04                   ->0, 04

Ta thấy H2SO4 dư => nH2 = nZn  = 0,04 (mol)

=> V= VH2 = 0,04 . 22,4  = 0,896 (l) 

3. Hỗn hợp 2 kim loại tác dụng với axit.

Dữ kiện cho:  Cho khối lượng hỗn hợp kim loại, số mol axit phản ứng.

Phương pháp giải:

• Bước 1: Đổi dữ kiện của đề bài đã cho ra số mol.
• Bước 2: Viết PTHH xảy ra.
• Bước 3: Đặt số mol của từng kim loại lần lượt là x, y => Khối lượng hỗn hợp kim loại theo x, y. => pt (*)
• Bước 4: Từ  tỉ lệ số mol theo PTHH tìm số mol của axit theo x, y.  => pt (**)
• Bước 5: Giải hệ pt (*) (**)  => tìm được x, y. Rồi tính toán theo yêu cầu của đề bài và kết luận.

Ví dụ 3: Cho 13,9 gam hỗn hợp Fe, Al  tác dụng vừa đủ mới 700ml dung dịch H2SO4 loãng 0,5 M. Tính thành phần phần trăm của hỗn hợp kim loại ban đầu?

Ta có: nH2SO4 = V. CM = 0,7. 0,5 = 0,35 (mol)

Gọi số mol của Fe, Al trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là x, y (mol)

PTHH:

            Fe + H2SO4 →  FeSO4 + H2     (1)

Tỉ lệ :     1          1              1           1

P/ư:       x           x              x

            2Al  + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2        (2)

Tỉ lệ :      2        3                   1            3

P/ư:        2y        3y                y           3y        

Ta có : mhh Kl = mFe + mAl = 56x + 27y = 13,9 (g)     (*)

nH2SO4 = nH2SO4 (1) + nH2SO4 (2) = x + $ \frac{3}{2}$y = 0,35 (mol)     (**)

Giải hệ phương trình (3) và (4) => x = 0,2 ; y = 0,1

Trong hỗn hợp ban đầu:

mFe = 0,2. 56 = 11,2 (g)

mAl = 13,9 – 11,2 = 2,7 (g)

%Fe = $ \frac{m_{Fe}}{m_{hh}}$.100% = 80,58(%)

%Fe = 100% - 80,568 = 19,42%

4. Hỗn hợp 3 kim loại trở lên tác dụng với axit.

Dữ kiện cho: Cho khối lượng muối khan hoặc khối lượng kim loại. Số mol axit hoặc số mol H2 sinh ra.

Phương pháp giải

• Bước 1: Đổi dữ kiện của đề bài đã cho ra số mol.
• Bước 2: Viết PTHH xảy ra.
• Bước 3: Tính khối lượng các chất có thể tính. Biết :

nH2SO4 = nH2 ; nHCl = ½ nH2

• Bước 4: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, rồi tính toán theo yêu cầu đề bài và kết luận.

mKL + maxit  = mmuối  + mhidro

Ví dụ 4: Hòa tan hoàn toàn 33,1g hỗn hợp Mg, Fe, Zn vào trong dung dịch H2SO4 loãng dư thấy có 13,44 lít khí (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X được m gam muối khan. Tính giá trị của m.

Ta có :  nH2 = $ \frac{13,44}{22,4}= 0,6$ (mol)

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Theo PTHH ta thấy: nH2SO4 ­p/ư= nH2 = 0,6 (mol)

=> mH2SO4 p/ư­ = 0,6. 98 = 58,8 (g )  ; mH2 = 0,6.2 = 1,2 (g)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

mKL + maxit  = mmuối  + mhidro

=> mmuối = mKL + maxit  -  mhidro = 33,1 + 58,8 – 1,2 = 90,7 (g)

5. Xác định công thức kim loại

Dữ kiện cho: Khối lượng của kim loại; số mol axit phản ứng. Xác định CT oxit.

Phương pháp giải:

• Bước 1: Gọi hóa trị của kim loại trong muối (n) .Tính số mol các chất đã biết.
• Bước 2: Viết PTHH.
• Bước 3: Tìm tỉ lệ số mol của các chất tham gia, các chất tạo thành. Từ đó tính số mol kim loại.
• Bước 4. Tìm khối lượng mol của kim loại theo n  => MKL => Tên kim loại.

Ví dụ 5 : Hoà tan hoàn toàn 6,5g một kim loại A chưa rõ hoá trị vào dung dịch axit HCl, thì thu được 2,24 lit H2 (đktc). Xác định kim loại A.

Ta có:  nH2 = $ \frac{2,24}{22,4}= 0,1 $ (mol) PTHH:   2A + 2nHCl →  2ACln + nH2

Tỉ lệ       2           2n            2             1

P/ư       $\frac{0,2}{n}$<-                             0,1

Ta có : MA = $ \frac{m_A}{n_A}= \frac{6,5}{\frac{0,2}{n}} $ = 32,5n

Ta có bảng sau:

Hóa trị (n)	1	2	3
MA	32,5 (loại)	65 => Kẽm (Zn)	97,5 (loại)

 Vậy khi n = 2 thì MA = 65 => A là kim loại kẽm (Zn)