Chuyên Đề Lý Thuyết và BT Hóa 9

CHUYÊN ĐỀ 2: KIM LOẠI

1. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA KIM LOẠI

2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TRỰC TIẾP.

a. Nhiệt luyện kim

* Đối với các kim loại trung bình và yếu :Khử các oxit kim loại bằng H2,C,CO, Al …

Ví dụ:  CuO   +    H2   Cu     +   H2O 

* Đối với các kim loại mạnh: điện phân nóng chảy muối clorua

Ví dụ: 2NaCl       2Na    +   Cl2 

b. Thuỷ luyện kim:  điều chế các kim loại không tan trong nước

* Kim loại mạnh hơn đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dd muối

Ví dụ: Fe    +     CuSO4        FeSO4     +  Cu 

* Điện phân dd muối của kim loại trung bình và yếu:

Ví dụ: FeCl2    Fe    +    Cl2 

c. Điện phân oxit kim loại mạnh :

Ví dụ: 2Al2O3  4Al     +   3O2 

d. Nhiệt phân muối của kim loại yếu hơn Cu:

Ví dụ: 2AgNO3   2Ag   +   O2    +  2NO2 

3. DÃY HOẠT ĐỘNG HÓA HỌC

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

   (Khi Nào May Aó Záp Sắt Phải Hỏi Cúc Bạc Vàng)

Ý nghĩa:

+ O2:   nhiệt độ thường   Ở nhiệt độ cao   Khó phản ứng

      Tác dụng với nước   Không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường

 Tác dụng với các axit thông thường giải phóng Hidro Không tác dụng.

    Kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi muối

H2, CO không khử được oxit khử được oxit các kim loại này ở nhiệt độ cao

Chú ý:

-         Các kim loại đứng trước Mg phản ứng với nước ở nhiệt độ thường tạo thành dd Kiềm và giải phóng khí Hidro.

-         Trừ Au và Pt, các kim loại khác đều có thể tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc nhưng không giải phóng Hidro.

4. SO SÁNH TÍNH CHẤT CỦA NHÔM VÀ SẮT

 * Giống:

- Đều có các tính chất chung của kim loại.

- Đều không tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc nguội

 * Khác:

3. GANG – THÉP

1. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1:Tính chất của kim loại

Bài 1: Tính chất vật lý nào là đặc trưng của kim loại.

Hướng dẫn:

Tính chất vật lý đặc trưng của kim loại là tính dẻo, tính dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim

Bài 2: Dung dịch ZnCl2 có lẫn CuCl2. Kim loại nào sau đây dùng làm sạch dung dịch ZnCl2: Ba, Cu, Mg, Zn.

Hướng dẫn:

Dung dịch ZnCl2 có lẫn CuCl2. Kim loại dùng làm sạch dung dịch ZnCl­2 là: Zn.

Do có phản ứng Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu

Lọc kết tủa ta thu được dd ZnCl2 tinh khiết

Dạng 2:  Nhận biết kim loại và hợp chất của kim loại

Dựa vào tính chất hoá học và các dấu hiệu nhận biết các chất (kết tủa, khí, đổi màu dung dịch…) đã được học để tiến hành nhận biết.

- Bước 1: Trích mẫu thử (có thể đánh số các ống nghiệm để tiện theo dõi).

- Bước 2: Chọn thuốc thử để nhận biết (tuỳ theo yêu cầu của đề bài: thuốc thử tuỳ chọn, hạn chế hay không dùng thuốc thử nào khác).

- Bước 3: Cho thuốc thử vào mẫu, trình bày hiện tượng quan sát, rút ra kết luận đã nhận ra hoá chất nào.

- Bước 4: Viết phương trình phản ứng minh hoạ.

Chú ý: Để giải dạng bài tập này ta cần:

+ Dựa vào màu sắc của các dung dịch.

+ Các phản ứng hóa học đặc trưng của các hóa chất cần nhận biết.

+ Lập bảng để nhận biết.

Bài 1: Có 8 dung dịch chứa: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4. Hãy nêu các thuốc thử và trình bày phương án phân biệt 8 dung dịch nói trên.

Hướng dẫn:

Thuốc thử để phân biệt là: dd BaCl2, dd NaOH. Cách làm như sau:

- Trích mẫu thử và đánh số thứ tự.

- Cho dd BaCl2 vào 8 dung dịch sẽ thấy ở 4 dung dịch có kết tủa là: Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4 (nhóm A) còn 4 dung dịch không có hiện tượng gì là: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 (nhóm B).

- Trong mỗi nhóm A, B đều dùng dd NaOH để thử:

+ Nhận ra Na2SO4 và NaNO3 không có hiện tượng gì

+ Nhận ra CuSO4 và Cu(NO3)2 tạo kết tủa màu xanh:

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ (Xanh) + Na2SO4

Nhận ra MgSO4 và Mg(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng:

Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ (Trắng) + 2NaNO3

+ Nhận ra FeSO4 và Fe(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng hơi xanh, sau đó một lúc kết tủa sẽ chuyển thành màu nâu đỏ

FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO4

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ (nâu đỏ)

Bài 2: Nhận biết các chất trong mỗi cặp dưới đây chỉ bằng dung dịch HCl

a) 4 dung dịch : MgSO4, NaOH, BaCl2, NaCl

b) 4 chất rắn : NaCl, Na2CO3, BaCO3, BaSO4

Hướng dẫn:

a) Xét khả năng phản ứng của 4 chất, nhận được chỉ có MgSO4 tạo được kết tủa với 2 dung dịch khác:

MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2SO4

MgSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + MgCl2

Suy ra dung dịch còn lại không kết tủa là NaCl.

- Dùng axit HCl hòa tan 2 kết tủa thấy kết tủa không tan là BaSO4 → nhận được BaCl2, kết tủa tan là Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O thì nhận được NaOH

b) Hòa tan 4 chất rắn bằng dung dịch HCl nhận được BaSO4 không tan, NaCl tan mà không có khí bay ra. Còn:

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O

BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + CO2↑ + H2O

- Thả lần lượt 2 chất rắn Na2CO3, BaCO3 vào 2 dung dịch vừa tạo ra → sẽ nhận ra Na2CO3 có kết tủa: Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3↓ + 2NaCl

→ Còn lại là BaCO3.

Dạng 3: Tách, tinh chế kim loại và hợp chất của kim loại

Nguyên tắc:

- Bước 1. Chọn chất X chỉ tác dụng với A (mà không tác dụng với B) để chuyển A thành dạng A1 kết tủa, bay hơi, hoặc hòa tan; tách ra khỏi B (bằng cách lọc hoặc tự tách).

- Bước 2. Điều chế lại chất A từ chất A1

Bài 1: Nêu phương pháp tách hỗn hợp gồm MgO, Fe2O3, CuO ở thể rắn thành các chất nguyên chất.

Hướng dẫn:

- Trước tiên ta sẽ khử các oxit kim loại trên bằng hiđro ở nhiệt độ cao (chỉ có oxit kim loại đứng sau nhôm mới bị khử)

    + Ta có phản ứng khử như sau: CuO + H2 → Cu + H2O;

        Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

    + Còn lại MgO không bị khử. Sau đó ta cho các chất thu được tác dụng với axit HCl thì Cu không phản ứng và bị oxi hóa ở ngoài không khí tạo thành CuO:

        2Cu + O2 → 2CuO.

    + Ta tách được CuO ra khỏi hỗn hợp.

        MgO + 2HCl → MgCl2 + H2

        Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

    + Hai muối thu được là MgCl2 và FeCl2 ta cho điện phân dung dịch thì FeCl2 bị điện phân tạo thành Fe, sau đó Fe bị oxi hóa thành Fe2O3 ta tách được Fe2O3.

    + Muối MgCl2 không bị điện phân dung dịch thì ta điện phân nóng chảy tạo thành Mg, sau đó đốt nóng thì Mg bốc cháy trong không khí tạo ra MgO:

        MgCl2 → Mg + Cl2

        2Mg + O2 → 2MgO

- Cuối cùng ta tách được cả ba chất trên ra khỏi hỗn hợp thành các chất nguyên chất.

Bài 2: Bằng phương pháp hóa học hãy tách riêng từng kim loại sau ra khỏi hỗn hợp: Al, Fe, Cu?

Hướng dẫn:

- Cho hỗn hợp phản ứng với dung dịch kiềm chỉ có Al tan do phản ứng:

        2Al + 2NaOH + H2O → 2NaAlO2 + 3H2

- Lọc tách Fe và Cu. Phần nước lọc thu được cho phản ứng với dung dịch HCl vừa đủ sẽ sinh ra kết tủa keo trắng:

        2NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3 + NaCl

- Lọc kết tủa rồi nung với H2 trong điều kiện nung nóng ta sẽ thu được Al

        2Al(OH)3 + 3H2 → 2Al + 6H2O

- Hỗn hợp Fe và Cu cho phản ứng với dung dịch HCl chỉ có Fe phản ứng

        Fe + HCl → FeCl2 + H2

- Lọc thu được Cu. Phần nước lọc thu được cho phản ứng với dung dịch kiềm sẽ cho kết tủa trắng xanh

        FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl

- Lọc kết tủa nung nóng ở nhiệt độ cao được FeO

        Fe(OH)2 → FeO + H2O

        FeO + H2 → Fe + H2O

Dạng 4: Hỗn hợp kim loại tác dụng với axit

Dãy hoạt động kim loại

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

Khi Nào May Áo Záp Sắt Phải Hỏi Cúc Bạc Vàng

Dãy được sắp xếp theo chiều giảm dần tính hoạt động hoá học (từ trái sang phải).

- Một số kim loại vừa tác dụng được với axit và với nước: K, Na, Ba, Ca.

    Kim loại + H2O → Dung dịch bazơ + H2

- Kim loại vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ: (Be), Al, Zn, Cr

    2A + 2(4 – n)NaOH + 2(n – 2)H2O → 2Na4 –nAO2 + nH2

Ví dụ: 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2

- Kim loại đứng trước H tác dụng với dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng tạo muối và giải phóng H2.

    Kim loại + Axit → Muối + H2

Lưu ý:

- Kim loại trong muối có hoá trị thấp (đối với kim loại đa hoá trị).

- Trừ Au và Pt, các kim loại khác đều có thể tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc, nóng nhưng không giải phóng Hidro.

Phương pháp giải:

- B1: Viết PTHH.

- B2: Xử lí số liệu theo dữ kiện đề bài, đặt ẩn số, lập hệ (nếu cần).

- B3: Tính số mol chất cần tìm theo PTHH và hệ PT.

- B4: Tính toán theo yêu cầu của bài toán.

Bài 1: Cho 3,79g hỗn hợp hai kim loại là Zn và Al tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư, thu được 1792 ml khí (đktc). Tính khối lượng từng kim loại trong hỗn hợp.

Hướng dẫn:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2        (1)

2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2        (2)

Số mol khí H2 thu được:

Gọi a và b lần lượt là số mol Zn và Al trong hỗn hợp.

Khối lượng Zn: 65.0,05 = 3,25 g

Khối lượng Al: 27.0,02 = 0,54 gam

Bài 2: Hỗn hợp 3 kim loại Fe, Al, Cu nặng 17,4 gam. Nếu hòa tan hỗn hợp bằng axit H2SO4 loãng dư thì thoát ra 8,96 dm3 H2 (ở đktc). Còn nếu hòa tan hỗn hợp bằng axit đặc nóng, dư thì thoát ra 12,32 lít SO2 (ở đktc). Tính khối lượng mỗi kim loại ban đầu.

Hướng dẫn:

- Cu không tan trong H2SO4 loãng, chỉ có Fe và Al tan được trong axit loãng

        Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑

        2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑

- H2SO4 đặc nóng hòa tan cả 3 kim loại:

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

        2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

        Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

- Gọi số mol của Fe, Al, Cu lần lượt là x, y, z ta có hệ phương trình :

Khối lượng của sắt ban đầu là : mFe = 0,1. 56 = 5,6 (gam)

Khối lượng của nhôm ban đầu là : mAl = 0,2. 27 = 5,4 (gam)

Khối lượng của đồng ban đầu là : mCu = 0,1. 64 = 6,4 (gam)