Bài Tập Kim Loại Tác Dụng Với Axit: Tổng Hợp Lý Thuyết, Bài Giải Chi Tiết và Bài Tập Tự Luyện

Bài viết này tổng hợp kiến thức về phản ứng của kim loại với axit, một chủ đề quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 9. Chúng ta sẽ cùng nhau ôn lại lý thuyết, phương pháp giải bài tập và thực hành với các ví dụ minh họa, bài tập tự luyện có đáp án.

I. Lý Thuyết Cơ Bản và Phương Pháp Giải Bài Tập Kim Loại Tác Dụng Với Axit

1. Dãy Hoạt Động Hóa Học của Kim Loại

Dãy hoạt động hóa học của kim loại là một công cụ quan trọng để dự đoán khả năng phản ứng của kim loại với axit. Dưới đây là dãy hoạt động của một số kim loại phổ biến:

K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, (H), Cu, Ag, Au

• Nguyên tắc: Các kim loại đứng trước Hidro (H) trong dãy này có khả năng tác dụng với các dung dịch axit như HCl, H2SO4 loãng… tạo thành muối và giải phóng khí H2.

  • Ví dụ:

    • Mg + H2SO4 (loãng) → MgSO4 + H2↑
    • 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑

2. Lưu Ý Quan Trọng Khi Giải Bài Tập

• Hóa trị của kim loại: Các kim loại có nhiều hóa trị khi tác dụng với các axit như HCl, H2SO4 loãng… thường tạo ra muối, trong đó kim loại ở mức hóa trị thấp nhất.

  • Ví dụ: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑

• Kim loại tan trong nước: Đối với các kim loại tan trong nước như Na, K… khi tác dụng với dung dịch axit, cần xét đến các trường hợp sau:

  • Axit dư: Chỉ xảy ra phản ứng giữa kim loại và axit.
  • Kim loại dư: Xét phản ứng theo thứ tự:
    1. Kim loại + Axit
    2. Kim loại + Nước (trong dung dịch)

• Axit sunfuric đặc: Kim loại tác dụng với axit sunfuric đặc tạo thành muối sunfat và không giải phóng H2. Thay vào đó, các sản phẩm khử khác như SO2 có thể được tạo thành.

  • Ví dụ:
    • Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
    • 2Fe + 6H2SO4 (đặc) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

3. Phương Pháp Giải Bài Tập Kim Loại Tác Dụng Với Axit

• Bước 1: Xử lý số liệu đề bài, tính số mol các chất đã cho và viết phương trình hóa học của phản ứng.
• Bước 2: Đặt ẩn số (nếu cần) và lập hệ phương trình dựa trên dữ kiện đề bài.
• Bước 3: Giải hệ phương trình (nếu có) và thực hiện các tính toán theo yêu cầu của đề bài.

Ngoài ra, có thể áp dụng các phương pháp bảo toàn khối lượng, tăng giảm khối lượng, bảo toàn nguyên tố… để giải bài tập một cách hiệu quả.

II. Ví Dụ Minh Họa

Ví dụ 1: Hòa tan a gam bột sắt cần vừa đủ 600ml dung dịch H2SO4 thu được 10,08 lít khí H2 (đktc) và dung dịch A.

1. Tính a?
2. Tính nồng độ mol của dung dịch axit đã dùng?

Lời giải:

Ta có: nH2 = V/22.4 = 10.08/22.4 = 0,45 mol

Phương trình phản ứng hóa học:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

0,45 ← 0,45 ← 0,45 mol

a) Khối lượng Fe: mFe = a = 0,45 * 56 = 25,2g

b) Nồng độ mol của dung dịch H2SO4: CM = n/V = 0,45/0,6 = 0,75M

Ví dụ 2: Hòa tan 7g hỗn hợp 3 kim loại Al, Fe, Cu trong dung dịch H2SO4 loãng dư. Sau khi kết thúc phản ứng, thấy trong bình phản ứng còn 1,5g chất rắn và thu được 4,48 lít H2 (đktc). Tính % về khối lượng mỗi kim loại ?

Lời giải:

Ta có: nH2 = 4.48/22.4 = 0,2 mol

Chất rắn còn lại là Cu (1,5g) do Cu không phản ứng với H2SO4 loãng.

%mCu = (1.5/7) * 100 = 21,43%

Khối lượng Al và Fe: mAl,Fe = 7 – 1,5 = 5,5g

Đặt: nAl = x mol; nFe = y mol

Ta có phương trình khối lượng: 27x + 56y = 5,5 (1)

Phương trình phản ứng hóa học:

2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2

x → (3/2)x

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

y → y

Ta có: nH2 = (3/2)x + y = 0,2 (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

Giải hệ phương trình, ta được: x ≈ 0.055; y ≈ 0.117

%mAl = (27 0.055 / 7) 100% ≈ 21.2%

%mFe = (56 0.117 / 7) 100% ≈ 93.6%

Ví dụ 3: Cho 6,8 gam hỗn hợp X gồm Mg và Fe vào 150 ml dung dịch H2SO4 loãng a (M) thì thu được 3,36 lít khí bay ra (đktc) và dung dịch A.

a. Tính % khối lượng mỗi kim loại trong X và khối lượng muối có trong dung dịch tạo thành sau phản ứng và a ?

b. Nếu cho hỗn hợp X tác dụng vừa đủ với H2SO4 đặc nóng thì thu được dung dịch A và V lít khí SO2 (đktc) duy nhất. Tính giá trị của V và khối lượng H2SO4 tham gia phản ứng?

Lời giải:

Đặt: nMg = x mol; nFe = y mol

Phương trình phản ứng hóa học:

Mg + H2SO4(loãng) → MgSO4 + H2

x → x → x

Fe + H2SO4(loãng) → FeSO4 + H2

y → y → y

Ta có: mhhX = 24x + 56y = 6,8g (1)

nH2 = x + y = 3.36/22.4 = 0,15 (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,05; y = 0,1

a. %mMg = (24 0.05 / 6.8) 100% ≈ 17,65%

%mFe = 100% – 17,65% = 82,35%

mmuối = mMgSO4 + mFeSO4 = 0,05 120 + 0,1 152 = 21,2g

nH2SO4 = x + y = 0,15 mol => CM(H2SO4) = 0,15 / 0,15 = 1M

b. Phương trình phản ứng hóa học:

Mg + 2H2SO4 (đặc) → MgSO4 + SO2 + 2H2O

0,05 → 0,1 → 0,05 mol

2Fe + 6H2SO4 (đặc) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

0,1 → 0,3 → 0,15 mol

nSO2 = 0,05 + 0,15 = 0,2 mol => V = 0,2 * 22,4 = 4,48 lít

mH2SO4 = (0,1 + 0,3) * 98 = 39,2g

III. Bài Tập Tự Luyện

Bài 1: Cho 0,1 mol kim loại kẽm vào dung dịch HCl dư. Khối lượng muối có trong dung dịch thu được sau phản ứng là:

A. 13,6 g

B. 1,36 g

C. 20,4 g

D. 27,2 g

Bài 2: Cho 4,8 gam kim loại magie tác dụng vừa đủ với dung dịch axit sunfuric loãng. Thể tích khí hiđro thu được ở đktc là:

A. 44,8 lít

B. 4,48 lít

C. 2,24 lít

D. 22,4 lít

Bài 3: Hoà tan 12,1 g hỗn hợp bột kim loại Zn và Fe cần 400ml dung dịch HCl 1M. Khối lượng hỗn hợp muối thu được sau phản ứng là:

A. 26,3 g

B. 40,5 g

C. 19,2 g

D. 22,8 g

Bài 4: Cho 10,5 gam hỗn hợp hai kim loại Zn, Cu vào dung dịch H2SO4 loãng dư, người ta thu được 2,24 lít khí (đktc). Thành phần phần trăm theo khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu là:

A. 61,9% và 38,1%

B. 63% và 37%

C. 61% và 39%

D. 65% và 35%

Bài 5: Hoà tan hết 3,6 g một kim loại hoá trị II bằng dung dịch H2SO4 loãng được 3,36 lít H2 (đktc). Kim loại là:

A. Zn.

B. Mg.

C. Fe.

D. Ca.

Bài 6: Cho 8 g hỗn hợp Fe và Mg tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl dư sinh ra 4,48 lít khí H2 (đktc). Thành phần phần trăm về khối lượng của Fe và Mg lần lượt là:

A. 70% và 30%

B. 60% và 40%.

C. 50% và 50%.

D. 80% và 20%.

Bài 7: Hoà tan hoàn toàn m gam bột Cu trong dung dịch HNO3 được dung dịch Y và 4,48 lít khí NO duy nhất (đktc). Tính m?

A. 12,8g

B. 19,2g

C. 9,6g

D. 25,6g

Bài 8: Cho 10,38 gam hỗn hợp gồm Fe, Al và Ag chia làm 2 phần bằng nhau:

• Phần 1: Tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư thu được 2,352 lít khí (đktc).
• Phần 2: Tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được 2,912 lít khí SO2 (đktc).

Khối lượng từng kim loại trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là:

A. 1,12g; 5,4g và 1,08g

B. 3,24g; 1,35g và 0,6g

C. 1,68g; 1,35g và 2,16g

D. 2,8g; 0,54g và 1,8g

Bài 9: Cho m gam hỗn hợp Zn, Fe tác dụng với vừa đủ với 73g dung dịch HCl 10%.

Cô cạn dung dịch thu được 13,15 gam muối. Giá trị của m là

A. 7,05.

B. 5,3.

C. 4,3.

D. 6,05.

Bài 10: Cho 5,4 gam kim loại R tan hoàn toàn trong H2SO4 đặc nóng, phản ứng kết thúc thu được dung dịch muối X và 6,72 lít SO2 sản phẩm khử duy nhất (đktc). Tìm kim loại R?

A. Fe

B. Zn

C. Cu

D. Al

Đáp án tham khảo:

1A	2B	3A	4A	5B	6A	7B	8C	9D	10D