Giải bài tập SBT Hóa 9 Bài 22: Luyện tập chương 2: Kim loại

Kim loại nhôm và kim loại sắt có những tính chất hóa học nào giống nhau và khác nhau? Dẫn ra những phản ứng hoá học để minh hoạ.

Phương pháp giải

Xem lại lí thuyết về nhôm

Xem lại lí thuyết về sắt 

Hướng dẫn giải

Những tính chất hoá học giống nhau: Nhôm, sắt có những tính chất hoá học của kim loại, như:

- Tác dụng với phi kim tạo oxit hoặc muối.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃      

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃                      

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

- Tác dụng với axit (HCl, H₂SO₄ loãng) giải phóng khí hiđro; Nhưng không tác dụng với H₂SO₄ đặc, nguội và HNO₃ đặc, nguội.

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂                       

Fe + 2HCl  → FeCl₂ + H₂

- Tác dụng với dung dịch của một số muối.

2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu

Fe + CuSO₄  → FeSO₄ + Cu

Những tính chất hoá học khác nhau.

- Al tan trong dung dịch kiềm, Fe không tan trong dung dịch kiềm.

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

- Al tác dụng với các chất tạo hợp chất trong đó Al có hoá trị duy nhất là III, Fe tác dụng với các chất tạo hợp chất trong đó Fe có hoá trị II, hoá trị III. 

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Fe + 2HCl  → FeCl₂ + H₂

- Al là kim loại hoạt động hoá học mạnh hơn Fe:

2Al + Fe₂O₃  → 2Fe + Al₂O₃

Có một dung dịch gồm hai muối: Al₂(SO₄)₃ và FeSO₄. Trình bày một phương pháp hoá học để từ dung dịch trên điều chế ra dung dịch Al₂(SO₄)₃. Viết phương trình hoá học.

Phương pháp giải

Vận dụng tính chất kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi muối của kim loại yếu hơn.

Hướng dẫn giải

Cho một lượng bột Al dư vào dung dịch 2 muối, chỉ có Al tác dụng với dung dịch muối FeSO₄:

2Al + 3FeSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Fe.

Tách kết tủa thu được dung dịch Al₂(SO₄)₃.

Trong phòng thí nghiệm có các kim loại sau: natri, đồng, sắt, nhôm, bạc. Hãy cho biết những tính chất hoá học của chúng bằng cách đánh dấu (x) vào các ô trong bảng sau :

Phương pháp giải

Xem lại tính chất hóa học của kim loại

Hướng dẫn giải

Một phần dãy hoạt động hoá học của kim loại được viết như sau: Mg Zn Fe Pb Cu Ag

Phát biểu nào sau đây là đúng ?

A. Kim loại magie có thể thế chỗ kim loại kẽm trong dung dịch muối.

B. Kim loại sắt có thể thê chỗ kim loại kẽm trong dung dịch muối.

C. Kim loại chi có thể thế chỗ kim loại sắt trong dung dịch muối.

D. Kim loại bạc có thể thế chỗ kim loại đồng trong dung dịch muối.

Phương pháp giải

Xem lại cách xây dựng dãy hoạt động hóa học của kim loại

Hướng dẫn giải

Mg + ZnSO₄  → MgSO₄ + Zn

Đáp án A.

Có các kim loại: Al, Na, Cu, Ag.

a) Sắp xếp các kim loại trên theo thứ tự mức độ hoạt động hoá học tăng dần.

b) Chọn những phản ứng hoá học thích hợp để chứng minh cho sự sắp xếp các kim loại. Viết các phương trình hoá học.

Phương pháp giải

Xem dãy hoạt động hóa học của kim loại.

Hướng dẫn giải

a) Sắp xếp theo thứ tự hoạt động hoá học tăng dần: Ag, Cu, Al, Na.

b) Phương trình hoá học chứng minh.

- Na tác dụng mãnh liệt với H₂O còn Al tác dụng chậm:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

- Kim loại Al và Na tác dụng với dung dịch HCl, còn Ag, Cu không tác dụng:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂

- Khi cho các kim loại Cu, Ag tác dụng với oxi chỉ có Cu tác dụng, còn Ag không tác dụng:

2Cu + O₂ → 2CuO

Viết phương trình hoá học biểu diễn chuyển đổi hoá học sau: Fe → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe.

Phương pháp giải

Xem lại tính chất hóa học của Fe và các hợp chất vô cơ của sắt

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học :

(1) 2Fe + 3Cl₂ t^o→ 2FeCl₃

(2) FeCl₃ + NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl

(3) 2Fe(OH)₃ t^o→ Fe₂O₃ + 3H₂O

(4) Fe₂O₃ + 3CO t^o → 2Fe + 3CO₂

Cho một lá sắt có khối lượng 5 gam vào 50 ml dung dịch CuSO₄ 15% có khối lượng riêng là 1,12 g/ml. Sau một thời gian phản ứng, người ta lấy lá sắt ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, làm khô, cân nặng 5,16 gam.

a) Viết phương trình hoá học.

b) Tính nồng độ phần trăm các chất còn lại trong dung dịch sau phản ứng.

Phương pháp giải

Áp dụng phương pháp tăng-giảm khối lượng:

- 1 mol Fe phản ứng thu được 1 mol Cu, khối lượng kim loại tăng: 8 gam.

- Tính khối lượng tăng thực tế → số mol và khối lượng các chất đã phản ứng và muối sắt (II) sunfat sinh ra.

- Khối lượng dung dịch sau phản ứng bằng khối lượng dung dịch và chất tham gia trừ khối lượng Cu tách ra khỏi dung dịch

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hoá học:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu

b) Ta có: m_{dd CuSO4} = 1,12 x 50 = 56 (gam).

64x - 56x = 5,16 - 5 = 0,16 (gam) ⇒ x = 0,02 mol

mCuSO₄ tham gia phản ứng = 0,02 x 160 = 3,2 (gam)

100 gam dung dịch CuSO₄ có 15 gam CuSO₄ nguyên chất.

56 gam dung dịch CuSO₄ có X gam CuSO₄ nguyên chất.

x = 56x15/100 = 8,4g; m_{CuSO4 còn lại} = 8,4 - 3,2 = 5,2g

m_FeSO4 = 0,02.152 = 3,04g

m_{dd sau p/u} = 56 - 0,16 = 55,84g

C%CuSO₄ = 5,2/55,84 x 100% = 9,31%

C%FeSO₄ = 3,04/55,84 x 100% = 5,44%

Cho 10 gam hỗn hợp bột các kim loại sắt và đồng vào dung dịch CuSO₄ dư. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn có khối lượng 11 gam. Thành phần phần trăm theo khối lượng của sắt và đồng trong hỗn hợp đầu là

A. 35% và 65%      

B. 40% và 60% 

C. 70% và 30%    

D. 50% và 50%

Phương pháp giải

Viết phương trình hóa học, chỉ có Fe tác dụng với dung dịch CuSO₄ nên từ khối lượng ban đầu và khối lượng chất rắn có thể tìm số mol của Fe.

Hướng dẫn giải

Ta có phương trình:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

nFe = x mol

Khối lượng Fe phản ứng (cũng là khối lượng sắt trong hỗn hợp đầu) là 56x →khối lượng Cu sinh ra 64x.

CuSO₄ dư nên chất rắn sau phản ứng là đồng :

10 - 56x + 64x = 11 → x = 1/8 mol

mFe trong hỗn hợp đầu là: 56 x 1/8 = 7g

%mFe = 7/10 x 100% = 70%

%mCu = 100% - 70% = 30%

Cho 6,5 gam muối sắt clorua tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư thu được 17,22 gam kết tủa. Công thức phân tử của muối sắt clorua là công thức nào dưới đây ? (Hiệu suất phản ứng đạt 100%).

A. FeCl₂  

B. FeCl₃ 

C. FeCl 

D. FeCl₄

Phương pháp giải

Đặt công thức của muối sắt, viết phương trình hóa học và tính toán để tìm hóa trị của sắt.

Hướng dẫn giải

Đặt công thức muối sắt clorua là FeCl_n

FeCl_n + nAgNO₃ → nAgCl + Fe(NO₃)_n

Ta có phương trình: 6,5 x n(108 + 35,5) = 17,22 x (56 + 35,5n)

Giải phương trình 1 ẩn ta được n = 3

→ Công thức muối sắt là FeCl₃

Người ta dùng quặng boxit để sản xuất Al. Hàm lượng Al₂O₃ trong quặng là 40%. Để có được 4 tấn nhôm nguyên chất cần bao nhiêu tấn quặng ? Biết rằng hiệu suất của quá trình sản xuất là 90%.

Phương pháp giải

Xem lại điều chế nhôm từ quặng boxit. 

Từ khối lượng nhôm tính được khối lượng oxit (tính cả hiệu suất phản ứng).

Từ khối lượng theo lí thuyết chia 40% được khối lượng quặng cần dùng

Hướng dẫn giải

Ta có:

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

Hiệu suất phản ứng là 90%, có nghĩa là 7,55 tấn Al₂O₃ chỉ chiếm 90% khối lượng phải dùng.

Khối lượng oxit phải dùng: 7,55x100/90 = 8,39 tấn

Khối lượng quặng boxit: 8,39x100/40 = 20,972 tấn

Người ta dùng 200 tấn quặng hematit hàm lượng Fe₂O₃ là 30% để luyện gang. Loại gang này chứa 95% Fe. Tính lượng gang thu được, biết hiệu suất của quá trình sản xuất là 96%.

Phương pháp giải

Xem lại phương trình hóa học sản xuất gang. 

Tính khối lượng oxit (30%) trong quặng.

Dựa vào hiệu suất tính khối lượng oxit tham gia phản ứng.

Tính theo PTHH được khối lượng sắt, chia 95% thu được khối lượng gang.

Hướng dẫn giải

Khối lượng Fe₂O₃ trong quặng: 200.30/100 = 60 tấn

Khối lượng Fe₂O₃ tham gia phản ứng: 60.96/100 = 57,6 tấn

Phương trình của phản ứng luyện gang:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

m_Fe = x gam

x = 57,6.112/160 = 40,32 tấn

Lượng sắt này hoà tan một số phụ gia (C, Si, P, S...) tạo ra gang.

Khối lượng sắt chiếm 95% gang. Vậy khối lượng gang là: 40,32x100/95 = 42,442 tấn

Khi hoà tan 6 gam hợp kim gồm Cu, Fe và Al trong axit clohiđric dư thì tạo thành 3,024 lít H₂ (đktc) và còn lại 1,86 gam kim loại không tan.

a) Viết các phương trình hoá học.

b) Xác định thành phần phần trăm khối lượng các kim loại.

Phương pháp giải

Viết và tính toán theo phương trình hóa học, Cu không tác dụng với HCl nên 1,86g là khối lượng của Cu.

Lập hệ phương trình hai ẩn là số mol của Fe và Al, một phương trình tổng khối lượng của hai kim loại và một phương trình tống số mol khí sinh ra. 

Từ đó tính được số mol từng chất và % khối lượng mỗi kim loại.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hóa học:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

b) Khi hoà tan hợp kim gồm 3 kim loại Fe, Cu và Al trong dung dịch HCl dư thì Cu không tác dụng, khối lượng 1,86 gam là khối lượng Cu.

Gọi số mol Fe là x mol, Al là y mol.

nFe = x mol

nAl = y mol

nH₂ = 3,024/22,4 = 0,135

Ta có hệ phương trình

56x + 27y = 6 - 1,86 = 4,14 và x + 3/2y = 0,135

⇒ x = 0,045; y = 0,06

m_Fe = 0,045 x 56 = 2,52g; m_Al = 0,06 x 27 = 1,62g

Từ đó ta tính được thành phần phần trăm khối lượng các kim loại.

%mFe = (2,52 : 6).100% = 42%

%mAl = (1,62 : 6).100% = 27%

%mCu = 100% - 42% - 27% = 31%

Đốt 6,7 gam hỗn hợp X gồm các kim loại Fe, Al, Cu và Ag trong không khí. Sau phản ứng thu được 8,7 gam hỗn hợp chất rắn Y. Hoà tan Y bằng dung dịch HCl dư thấy còn lại 2,7 gam một chất rắn.

a) Viết các phương trình hoá học.

b) Tính thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để hoà tan Y.

Phương pháp giải

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng tính khối lượng O₂ tác dụng với kim loại và số mol O trong oxit.

Viết các phương trình hóa học xảy ra, nhận xét quan hệ số mol của HCl và nước. Chú ý: Ag không tác dụng với oxi.

Số mol HCl gấp đôi số mol của O trong oxit → tính thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hoá học của phản ứng:

Ag không tác dụng với oxi, không tác dụng với dung dịch HCl nên 2,7 garn chất rắn không tan là Ag.

Hỗn hợp kim loại với oxi.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄

2Cu + O₂ → 2CuO

Hỗn hợp chất rắn Y với dung dịch HCl

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl3 + 3H20

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

b) So sánh các phản ứng của hỗn hợp X với oxi và hỗn hợp Y với dung dịch HCl, ta thấy :

n_HCl = 2n_{trong oxit} ; mO₂ = 8,7 - 6,7 = 2g

n_{O(trong oxit)} = 0,125 mol; n_HCl = 0,25 mol

V_HCl = 0,25/2 = 0,125 lít

Để hoà tan 1,95 gam kim loại X cần dùng V ml dung dịch HCl và thu được 0,672 lít khí H₂ (ở đktc). Mặt khác nếu hoà tan 1,6 gam oxit của kim loại Y cũng cần dùng V ml dung dịch HCl ở trên. Xác định hai kim loại X và Y.

Phương pháp giải

Dựa vào phương trình hóa học và dữ kiện đề bài, biện luận về hóa trị và M của X. 

Đặt CTTQ oxit của Y, viết phương trình hóa học và biện luận.

Hướng dẫn giải

Thể tích dung dịch HCl dùng cho cả 2 phản ứng bằng nhau, nên có cùng số mol. Kí hiệu X, Y là khối lượng mol nguyên tử của 2 kim loại.

Phương trình hoá học của phản ứng :

2X + 2nHCl → 2XCl_n + nH₂ ↑

nH₂ = 0,672 /22,4 = 0,O3 mol

Theo đề bài: 0,06/n x X = 1,95 → X = 32,5n

Với n = 2 → X = 65

→ Vậy X là Zn

Y₂O_m + mHCl → YCl_m + mH₂O

Theo đề bài, ta có:

(2Y + 16m) = 1,6 → Y = 56/3.m

Với n = 3 → Y = 56

→ Vậy Y là Fe.

Vậy 2 kim loại cần tìm là Zn và Fe.

Hoà tan hoàn toàn 57,6 gam hỗn hợp X gồm Fe₃O₄, Fe₂O₃, FeO và Fe trong dung dịch HCl thì cần dùng 360 gam dung dịch HCl 18,25% để tác dụng vừa đủ. Sau phản ứng thu được V lít khí H₂ và dung dịch Y. Cho toàn bộ H₂ sinh ra tác dụng hết với CuO dư ở nhiệt độ cao, sau phản ứng thu được hỗn hợp rắn gồm Cu và CuO có khối lượng nhỏ hơn khối lượng CuO ban đầu là 3,2 gam. Nếu cô cạn dung dịch Y thì thu được bao nhiêu gam muối khan ?

Phương pháp giải

Viết phương trình hóa học. Nhận xét quan hệ số mol HCl và nước. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải.

Hướng dẫn giải

Ta có:

n_HCl = 360 x 18,25/(100x36,5) = 1,8 mol

H₂ + CuO t^o→ Cu + H₂O

nCuO = x

Theo đề bài

m_{CuO (dư)} + m_Cu = m_{CuO (dư)} + m_{Cu p/u} - 3,2

m_Cu = m_{Cu p/u} - 3,2 ⇒ 64x = 80x - 3,2

⇒ x= 0,2 mol → mH₂ = 0,4g

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Số mol HCl tác dụng với Fe₃O₄, Fe₂O₃, FeO là 1,8 - 0,4 = 1,4 mol

Phương trình hóa học của phản ứng:

Fe₃O₄ + 8HCl → 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O(1)

Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O (2)

FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O (3)

Qua các phản ứng (1), (2), (3) ta nhận thấy nH₂O = 1/2n_HCl = 1,4 : 2 = 0,7 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_{hỗn hợp} + mHCl = m_muối + mH₂O + mH₂

57,6 + 1,8 x 36,5 = m_muối + 0,7 x 18 +0,4

m_muối = 57,6 + 65,7 - 12,6 - 0,4 = 110,3 (gam)

Cho một lá sắt vào 160 gam dung dịch CuSO₄ 10%. Sau khi Cu bị đẩy hết ra khỏi dung dịch CuSO₄ và bám hết vào lá sắt, thì khối lượng lá sắt tăng lên 4%. Xác định khối lượng lá sắt ban đầu.

Phương pháp giải

Viết phương trình hóa học. Áp dụng phương pháp tăng-giảm khối lượng. 

Hướng dẫn giải

Ta có:

Số mol CuSO₄ = 10/100 = 0,1 mol

Phương trình hóa học của phản ứng:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Khối lượng Fe phản ứng: 0,1 .56 = 5,6(gam)

Khối lượng Cu sinh ra: 0,1 . 64 = 6,4 (gam)

Gọi x là khối lượng lá sắt ban đầu

Khối lượng lá sắt khi nhúng vào dung dịch CuSO₄ tăng lên là: 4x/100 = 0,04x (gam)

Khối lượng lá sắt tăng lên = m_{Cu sinh ra} - m_{Fe phản ứng} = 0,04x = 6,4 -5,6 = 0,8

⇒ x= 20 gam