1. Bài tập về kim loại kiềm, kiềm thổ
Dạng 1: Kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng với phi kim
- Trong phản ứng với phi kim, kim loại kiềm thổ thể hiện tính khử mạnh:
Kim loại kiềm: M → M+ + e
Kim loại kiềm thổ: M → M2+ + 2e
- Phi kim phản ứng thể hiện tính oxi hóa: X + ne → Xn-
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M [có hoá trị không đổi trong hợp chất] trong hỗn hợp khí 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 [ở đktc]. Kim loại M là
A. Mg. B. Ca. C. Be. D. Cu.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có: số mol khí = 5,6/22,4 = 0,25 mol
Sơ đồ phản ứng: 7,2 gam kim loại M + 5,6 lít hỗn hợp Cl2 và O2 → 23,0 gam chất rắn
Áp dụng bảo toàn khối lượng ⇒ khối lượng hỗn hợp Cl2 và O2 = 23 – 7,2 = 15,8 gam
Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl2 và O2 ta có:
Tổng số mol x + y = 0,25 và tổng khối lượng 71x + 32y = 15,8 ⇒ x = 0,2; y = 0,05
Quá trình oxi hóa: M → Mn+ + ne
Quá trình khử Cl2 + 2e → 2Cl-
O2 + 4e → 2O2-
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : n. nM = 2.nClo + 4.noxi
⇒ [7,2/M].n = 0,2.2 + 0,05.4 ⇒ n = 2; M = 24 [Mg]. Đáp án A.
Dạng 2: Kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng với nước
Kim loại kiềm và kiềm thổ phản ứng mạnh với nước [trừ Be, Mg] và thể hiện tính khử, nước thể hiện tính oxi hóa sinh ra khí H2. Dung dịch thu được có môi trường kiềm.
H2O + 2e → OH- + H2↑
Ví dụ 2: Cho 3,9 gam kali vào 101,8 gam nước thu được dung dịch KOH có nồng độ % là bao nhiêu?
A. 5,31%. B. 5,20%. C. 5,30%. D. 5,50%.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có: số mol K = 0,1 mol
Phương trình phản ứng:
2K + 2H2O → 2KOH + H2 [1]
mol: 0,1 0,1 0,05
Theo [1] và áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :
mdd sau pư = khối lượng K + khối lượng H2O – khối lượng H2 = 105,6 gam
Nồng độ phần trăm của dung dịch KOH là [0,1.56]/105,6 = 5,3%. Đáp án C.
Ví dụ 3: Cho a gam kim loại M tan hết vào H2O thu được dung dịch có khối lượng lớn hơn khối lượng H2O ban đầu là 0,95a gam. M là
A. Na. B. Ba. C. Ca. D. Li.
Hướng dẫn giải
Gọi số mol M là x, khi đó x = a/M
Phương trình phản ứng
2M + 2nH2O → 2M[OH]n + nH2 [1]
mol: x [n/2]x
⇒ số mol H2 = [n/2][a/M] = an/[2M]
Khối lượng dung dịch tăng = mM – mH2 = 0,95a
⇒ mH2 = 0,05a ⇒ số mol H2 = [n/2]x = 0,025a [mol]
⇒ x = a/M = 0,025a/[n/2] ⇒ M = 20n [với n =1,2,3 thì nghiệm hợp lí là n = 2, M =40]
⇒ M là Ca ⇒ Đáp án C.
Dạng 3: Kim loại kiềm, kiềm thổ tác dụng với dung dịch axit
Trường hợp kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng được với nước, khi cho lượng dư vào dung dịch axit, ta coi như phản ứng của kim loại với axit xảy ra trước, sau đó mới xảy ra phản ứng với nước.
Kim loại kiềm, kiềm thổ khi tác dụng với H2SO4 đặc hoặc HNO3 có khả năng tạo ra các sản phẩm khử có số oxi hóa thấp [S, N2, N2O, NH4+]
Ví dụ 4: X là kim loại thuộc nhóm IIA. Cho 1,7 gam hỗn hợp gồm kim loại X và Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, sinh ra 0,672 lít khí H2 [ở đktc]. Mặt khác, khi cho 1,9 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng, thì thể tích khí hiđro sinh ra chưa đến 1,12 lít [ở đktc]. X là kim loại
A. magie. B. beri. C. canxi. D. bari.
Hướng dẫn giải
Gọi là kí hiệu tương đương của hai kim loại X và Zn có hoá trị II
+ 2HCl → + H2 [1]
0,03 mol 0,03 mol
X + H2SO4 → XSO4 + H2 [2]
số mol CO32- thì số mol kết tủa = số mol CO32-
Ví dụ 7: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO2 [ở đktc] vào dung dịch chứa 8 gam NaOH, thu được dung dịch X. Khối lượng muối tan có trong dung dịch X là
A. 10,6 gam. B. 5,3 gam. C. 21,2 gam. D. 15,9 gam.
Hướng dẫn giải
nCO2 = 0,1 mol
nNaOH = 0,2 mol
Ta có ⇒ Tạo muối Na2CO3
⇒ Khối lượng muối tan trong X là mNa2CO3 = 0,1.106 = 10,6 gam
Ví dụ 8: Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO2 [đktc] vào 2,5 lít dung dịch Ba[OH]2 nồng độ a mol/l, thu được 15,76 gam kết tủa. Giá trị của a là
A. 0,048. B. 0,032. C. 0,04. D. 0,06.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có: số mol CO2 = 2,688/22,4 = 0,12 mol
Kết tủa là BaCO3 do đó có số mol = 15,76/ 197 = 0,08 mol
Phương trình phản ứng: CO2 + Ba[OH]2 → BaCO3 + H2O [1]
mol: 0,08 0,08 0,08
⇒ Số mol CO2 tạo muối axit = 0,12 – 0,08 = 0,04
2CO2 + Ba[OH]2 → Ba[HCO3]2 [2]
mol: 0,04 0,02 0,02
Theo [1], [2] ⇒ số mol Ba[OH]2 = 0,08+0,02 =0,1 mol
⇒ CM Ba[OH]2 = 0,1/2,5 = 0,04 mol/lit ⇒ Đáp án C.
Ví dụ 9: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO2 [đktc] vào 100 ml dung dịch gồm K2CO3 0,2 M và KOH x mol/l, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y. Cho toàn bộ Y tác với dung dịch BaCl2 [dư], thu được 11,82 gam kêt tủa. Giá trị của x?
A. 1,14 B. 1,24 C. 1,4 D. 1.2
Hướng dẫn giải
Ta có sơ đồ phản ứng sau:
Ta có = 0,06 mol
Áp dụng bảo toàn nguyên tố C ta có
Áp dụng bảo toàn nguyên tố K ta có :
Dạng 2: Muối cacbonat phản ứng với axit
2.1. Cho từ từ H+ vào hỗn hợp CO32- và HCO3-
Cho từ từ dung dịch chứa ion H+ [HCl, H2SO4, HNO3] vào dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưu tiên :
CO32- + H+ → HCO3- [1]
HCO3- + H+ → CO2 + H2O [2]
Hiện tượng phản ứng: lúc đầu không có khí, sau đó có khí không màu thoát ra.
Bài toán thuộc dạng lượng dư - lượng hết. ⇒ Phương pháp giải : Viết phương trình dạng ion rút gọn, xác định chính xác chất phản ứng hết , chất còn dư, tính theo lượng chất phản ứng hết.
2.2. Cho từ từ H+ vào hỗn hợp CO32- và HCO3-
Cho từ từ dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- vào dung dịch chứa ion H+ [HCl, H2SO4, HNO3] thì phản ứng xảy ra đồng thời theo đúng tỉ lệ mol của các ion CO32- và HCO3- có trong dung dịch.
Phản ứng [1] và [2] xảy ra đồng thời.
Lưu ý:
- Trong dạng bài tập này thì lượng H+ mà đề bài cho thường không đủ để chuyển hết các ion CO32- và HCO3- thành CO2 nên cho từ từ dung dịch chứa ion H+ [HCl, H2SO4, HNO3]vào dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- và làm ngược lại thì sẽ thu được lượng CO2 khác nhau.
- Trong trường hợp axit dư thì: CO32- + 2H+ → CO2 + H2O [1]
HCO3- + H+ → CO2 + H2O [2]
Ví dụ 10: Cho từ từ đến hết dung dịch chứa 0,48 mol HCl vào dung dịch X chứa đồng thời x mol Na2CO3 và 0,2 mol NaHCO3. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 4,032 lít CO2 [đktc]. Giá trị của x là
A. 0,15. B. 0,28. C.0,14. D.0,30.
Hướng dẫn giải
Thứ tự và lượng chất phản ứng như sau
Ví dụ 11: Hoà tan hoàn toàn 4 gam hỗn hợp MCO3 và M’CO3 vào dung dịch HCl thấy thoát ra V lít khí [đktc]. Dung dịch thu được đem cô cạn thu được 5,1 gam muối khan. Giá trị của V là
A. 1,12 lít. B. 1,68 lít. C. 2,24 lít. D. 3,36 lít.
Hướng dẫn giải
Đặt công thức trung bình của hai muối cacbonat là
Phương trình phản ứng :
+ 2HCl → + CO2 + H2O [1]
mol: x x x
Theo [1] ta thấy sau phản ứng khối lượng muối tăng là do muối clorua sinh ra có khối lượng lớn hơn khối lượng muối cacbonat ban đầu.
Ta có : [M + 71]x – [M + 60]x = 5,1 – 4
⇒ x = 0,1 mol
⇒ VCO2 = 0,1.22,4 = 2,24 lít ⇒ Đáp án C.
Ví dụ 12: Thêm từ từ đến hết dung dịch chứa 0,2 mol KHCO3 và 0,1 mol K2CO3 vào dung dịch chứa 0,3 mol HCl. Thể tích khí CO2 [đktc] thu được là
A. 4,48 lít. B. 5,04 lít. C. 3,36 lít. D. 6,72 lít.
Hướng dẫn giải
Để phản ứng hết với các muối KHCO3 và K2CO3 thì lượng HCl cần dùng là
0,02 + 0,1.2= 0,4 mol > 0,3 mol ⇒ HCl thiếu, lượng CO2 tính theo HCl.
Theo giả thiết ta có số mol HCO3- : số mol CO32- = 2:1
Do đó ta gọi số mol củacác ion HCO3- và CO32- tham gia phản ứng là 2x và x.
Khi cho từ từ dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- vào dung dịch chứa ion H+ thì phản ứng xảy ra đồng thời [1] và [2]:
CO32- + 2H+ → CO2 + H2O [1]
mol: x 2x x
HCO3- + H+ → CO2 + H2O [2]
mol 2x 2x 2x
⇒ số mol H+ = 4x = 0,3 ⇒ x 0,075 ⇒ VCO2 = 3x.22,4 = 5,04 lit
⇒ Đáp án B.
Dạng 3: P2O5, H3PO4 phản ứng với dung dịch kiềm
3.1. H3PO4 tác dụng với kiềm
Tính tỉ lệ số mol OH- / số mol axit để từ đó xác định sản phẩm sinh ra trong phản ứng.
Phương trình phản ứng là một trong các trường hợp sau:
+ Nếu số mol NaOH- ≤ số mol H3PO4 thì xảy ra
NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + 2H2O [1]
+ Nếu số mol NaOH- = 1/2 số mol H3PO4 thì xảy ra
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O [2]
+ Nếu số mol NaOH- ≥ 1/3 số mol H3PO4 thì xảy ra
3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O [3]
3.2. P2O5 tác dụng với kiềm
Đối với P2O5 thì ta coi như P2O5 + 3H2O → 2H3PO4 sau đó làm như cách trên.
Ví dụ 13: Cho 200 ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 200 ml dung dịch H3PO4 0,5M, muối thu được có khối lượng là
A. 14,2 gam. B. 15,8 gam. C.16,4 gam. D.11,9 gam.
Hướng dẫn giải
Ta có: số mol NaOH = 0,2.1 = 0,2 mol
số mol H3PO4 = 0,2.05 = 0,1 mol
Vì số mol số mol NaOH : số mol H3PO4 = 2:1 nên sản phẩm là Na2HPO4.
Phương trình phản ứng
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O [1]
mol: 0,2 → 0,1 → 0,1
Khối lượng muối thu được = 142.0,1 = 14,2 gam ⇒ Đáp án A.
Dạng 4: Phản ứng nhiệt phân muối cacbonat
Các muối hidrocacbonat dễ bị nhiệt phân: 2HCO3- CO32- + CO2 + H2O
Muối cacbonat của Na, K bền, muối cacbonat của kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao
CaCO3 CaO + CO2
Ví dụ 14: X là 1 loại đá vôi chứa 80% CaCO3, phần còn lại là tạp chất trơ. Nung 50 gam X một thời gian, thu được 39 gam chất rắn. % CaCO3 đã bị phân huỷ là
A. 50,5%. B. 60%. C. 62,5%. D. 65%.
Hướng dẫn giải
Giả sử có 100 gam đá vôi thì khối lượng của CaCO3 là 80 gam. Do đó trong 50 gam X có 40 gam CaCO3.
Phương trình phản ứng hóa học
CaCO3 → CaO + CO2
mol: x x
Theo phương trình và theo giả thiết ta có
100x – 56x = 50 – 39 = 11 x = 0,25
Vậy % CaCO3 bị phân hủy là 0,25 : 40 = 0,625 ⇒ Đáp án C.
Dạng 5: Các muối chứa ion Ca2+, Ba2+, Mg2+ phản ứng với dung dịch muối CO32-
* Phản ứng trong dung dịch tạo kết tủa:
Mg2+ + CO32– → MgCO3
Ba2+ + CO32– → BaCO3
Ca2+ + CO32– → CaCO3
Ví dụ 15: Dung dịch A có chứa 5 ion: Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0,1 mol Cl– và 0,2 mol NO3–. Thêm dần V lít dung dịch K2CO3 1M vào A đến khi được lượng kết tủa lớn nhất. V có giá trị là
A. 150 ml. B. 300 ml. C. 200 ml. D. 250 ml.
Hướng dẫn giải
Phương trình ion rút gọn :
Mg2+ + CO32– → MgCO3
Ba2+ + CO32– → BaCO3
Ca2+ + CO32– → CaCO3
Khi phản ứng kết thúc, các kết tủa tách khỏi dung dịch, phần dung dịch chứa K+, Cl– và NO3–.
Theo định luật bảo toàn điện tích thì số mol K+ = số mol Cl– + số mol NO3– = 0,3 mol
⇒ số mol K2CO3 = 1/2.số mol K+ = 0,15 mol ⇒ V = 0,15 lít = 150 ml.
⇒ Đáp án A.