Bài toán xác định kim loại dựa trên phản ứng với axit là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông. Bài viết này sẽ hướng dẫn chi tiết cách giải bài tập: “Cho 2,34 g kim loại M (hóa trị n) tác dụng với dung dịch H2SO4 (đặc, nóng, dư) thu được 3,2227 L khí SO2 (điều kiện chuẩn). Xác định kim loại M.”
Phân tích bài toán:
- Dữ kiện: Khối lượng kim loại M (2,34g), thể tích khí SO2 thu được (3,2227 L ở điều kiện chuẩn).
- Yêu cầu: Xác định kim loại M.
- Phương pháp: Sử dụng phương trình phản ứng, định luật bảo toàn electron và biện luận theo hóa trị của kim loại.
Lời giải chi tiết:
Trước hết, cần nắm vững kiến thức về phản ứng của kim loại với axit H2SO4 đặc, nóng. Phản ứng này là phản ứng oxi hóa khử, trong đó kim loại M bị oxi hóa và H2SO4 bị khử thành SO2.
Sơ đồ phản ứng tổng quát:
2M + 2nH2SO4 (đặc, nóng) → M2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O
Bước 1: Tính số mol SO2
Ở điều kiện chuẩn, 1 mol khí chiếm thể tích 24,79 L. Do đó:
nSO2 = VSO2 / 24,79 = 3,2227 L / 24,79 L/mol ≈ 0,13 mol
Bước 2: Thiết lập mối quan hệ giữa số mol M và số mol SO2
Từ phương trình phản ứng, ta thấy:
nM = (2/n) nSO2 = (2/n) 0,13 mol = 0,26/n mol
Bước 3: Tính khối lượng mol của kim loại M (MM)
Ta có công thức:
MM = m / n = 2,34 g / (0,26/n mol) = 9n g/mol
Bước 4: Biện luận để xác định kim loại M
Vì n là hóa trị của kim loại M, nên n là số nguyên dương (1, 2, 3…). Ta xét các trường hợp:
- Nếu n = 1: MM = 9 g/mol (loại, vì không có kim loại phổ biến nào có khối lượng mol như vậy)
- Nếu n = 2: MM = 18 g/mol (loại, tương tự)
- Nếu n = 3: MM = 27 g/mol (chọn, đây là khối lượng mol của nhôm (Al))
Kết luận:
Vậy kim loại M là nhôm (Al).
Lưu ý:
- Bài toán này có thể giải bằng phương pháp bảo toàn electron, cho kết quả tương tự.
- Cần kiểm tra lại kết quả để đảm bảo tính hợp lý về mặt hóa học.
- Nắm vững các kiến thức cơ bản về phản ứng oxi hóa khử và cách tính số mol là rất quan trọng để giải quyết các bài toán tương tự.
Hy vọng với hướng dẫn chi tiết này, bạn có thể dễ dàng giải quyết các bài tập liên quan đến việc xác định kim loại dựa trên phản ứng với axit. Chúc bạn học tốt!
