Bài toán đốt cháy kim loại là một dạng bài tập quan trọng trong hóa học, thường xuất hiện trong các kỳ thi. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào việc giải quyết bài toán “Đốt cháy hoàn toàn 7.2 gam kim loại M”, phân tích các phương pháp giải và mở rộng kiến thức liên quan.
Đề bài: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hoá trị II không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí X gồm Cl2 và O2. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (đktc). Kim loại M là gì?
Phân tích bài toán
Đây là một bài toán đốt cháy kim loại M trong hỗn hợp khí clo (Cl2) và oxi (O2). Điểm mấu chốt của bài toán là xác định kim loại M dựa trên các dữ kiện về khối lượng, thể tích và hóa trị. Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần áp dụng các định luật bảo toàn và kiến thức về phản ứng hóa học.
Phương pháp giải
-
Tính số mol khí Cl2 và O2:
-
Đổi thể tích khí X về số mol: nX = V/22.4 = 5.6/22.4 = 0.25 mol
-
Gọi số mol Cl2 là x, số mol O2 là y. Ta có hệ phương trình:
- x + y = 0.25 (1)
- 71x + 32y = 23 – 7.2 = 15.8 (2) (áp dụng định luật bảo toàn khối lượng)
Giải hệ phương trình trên, ta được: x = 0.2 mol (nCl2) và y = 0.05 mol (nO2)
-
-
Xác định hóa trị của kim loại M:
-
Gọi hóa trị của M là n.
-
Viết phương trình phản ứng tổng quát:
- M + Cl2 -> MCl2
- 2M + O2 -> 2MO
-
Áp dụng định luật bảo toàn electron: Số mol e M nhường = Số mol e Cl2 và O2 nhận
- n(M) n = 2n(Cl2) + 4*n(O2)
- (7.2/M) n = 20.2 + 4*0.05 = 0.6
- => M = (7.2/0.6) * n = 12n
-
-
Tìm kim loại M:
- Vì M có hóa trị II không đổi, nên n = 2.
- => M = 12 * 2 = 24.
- Vậy kim loại M là Magie (Mg).
Lời giải chi tiết
m(rắn sau) – m(M) = m(X) => 71n(Cl2) + 32n(O2) = 23 – 7.2 = 15.8 (1)
n(khí) = n(Cl2) + n(O2) = 0.25 mol (2)
Giải hệ (1) và (2) => n(Cl2) = 0.2 mol; n(O2) = 0.05 mol
Gọi hóa trị của M là x
Bảo toàn e
Alt text: Sơ đồ minh họa nguyên tắc bảo toàn electron trong phản ứng giữa kim loại M, clo và oxi, thể hiện sự nhường và nhận electron giữa các chất.
M = 7.2 / (0.6/x) = 12x, x = 2 => M = 24 (Mg)
Đáp án: A. Mg (Magie)
Mở rộng và nâng cao
- Các dạng bài tập tương tự: Bài tập đốt cháy kim loại có thể biến đổi bằng cách thay đổi kim loại, hỗn hợp khí hoặc cung cấp thêm dữ kiện khác.
- Ứng dụng thực tế: Phản ứng đốt cháy kim loại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, ví dụ như sản xuất oxit kim loại, luyện kim, và trong các thiết bị chiếu sáng.
Alt text: Quá trình đốt cháy magie trong không khí tạo ra ánh sáng trắng mạnh, thể hiện phản ứng oxi hóa khử tỏa nhiệt.
Kết luận
Bài toán đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M là một ví dụ điển hình về ứng dụng định luật bảo toàn và kiến thức hóa học để giải quyết vấn đề. Bằng cách nắm vững phương pháp giải và kiến thức liên quan, bạn có thể tự tin giải quyết các bài toán tương tự.
