Phương pháp giải nhanh bài toán hỗn hợp kim loại Al-Zn và Na-Ba tác dụng với nước

GV: LƯU HUỲNH VẠN LONG( Trường THPT Thanh Hòa – Bù Đốp – Bình Phước) -1- Phone: 0986.616.225 Email: Vanlongthpt@gmail.com or vanlongthpt@yahoo.com PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HỖN HỢP KIM LOẠI Al/Zn VÀ Na/Ba TÁC DỤNG VỚI NƯỚC LƯU HUỲNH VẠN LONG Trường THPT Thanh Hòa – Huyện Bù Đốp Tỉnh Bình Phước I- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bài toán hỗn hợp Al/Zn và Na/Ba tác dụng với nước dư sinh ra khí thì chúng ta cần lưu ý: + Kim loại Na/Ba + H2O → dung dịch bazơ NaOH/Ba(OH)2 + H2 + Kim loại Al/Zn + dung dịch bazơ sinh ra → muối + H2 Ta thấy khí H2 thoát ra do 2 quá trình tạo nên. Cụ thể: a/ Hỗn hợp Na và Al tác dụng với H2O Na + H2O → NaOH + 1 2 H2 Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3 2 H2 Ta có: nNa = nNaOH = nAl(pư) b/ Hỗn hợp Ba và Al tác dụng với H2O Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2 2Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2 Ta có: nBa = nBa(OH)2 = 1 2 nAl(pư) Nhận xét: Dựa vào đặc điểm và dữ kiện bài toán ta có thể viết hai phương trình phản ứng rồi tính toán. Tuy nhiên với dạng bài tập này ta thấy là cả 2 ptpư trên đều là phản ứng oxi hóa khử nên có thể làm nhanh bằng phương pháp bảo toàn electron.Trường hợp Zn làm tương tự. II- MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Na và Al. Cho m gam hỗn hợp X vào một lượng dư nước thoát ra V lit khí (đktc). Nếu cũng cho m gam X vào dung dịch NaOH dư thì thu được 1,75V lit khí (đktc). Phần trăm khối lượng của Na trong X là: A. 39,87% B. 77,31% C. 59,87% D. 29,87% Hướng dẫn giải Cách 1: Giải bình thường (Đa số HS thường làm) TN1: Na + H2O → NaOH + 1 2 H2 x(mol) x 0,5x Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3 2 H2 x ← x 1,5x TN2: Na + H2O → NaOH + 1 2 H2 x(mol) x 0,5x Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3 2 H2 y(mol) → 1,5y So sánh thể tích ở 2 TN → ở TN1 Al còn dư và ở TN2 Al tan hết. Ta có: 0,5x + 1,5y = 1,75(0,5x + 1,5x) GV: LƯU HUỲNH VẠN LONG( Trường THPT Thanh Hòa – Bù Đốp – Bình Phước) -2- Phone: 0986.616.225 Email: Vanlongthpt@gmail.com or vanlongthpt@yahoo.com → y = 2x Xét 3 mol hỗn hợp X thì mNa = 23g và mAl = 54g %Na = 23 *100% 29,87% 23 54 =+ → Chọn D Cách 2: Theo phương pháp bảo toàn electron TN1: Chất khử là Na và Al nên: Na → Na+ + 1e x(mol) x Do Al dư và tỷ lệ Na : Al là 1:1 nên: Al → Al3+ + 3e x 3x H2O là chất oxi hóa nên: 2H+ + 2e → H2 V*2 22,4 ← V ( ) 22,4 mol Bảo toàn electron: x + 3x = V*2 22,4 (1) TN2: Na → Na+ + 1e x(mol) x Do Al pư hết nên: Al → Al3+ + 3e y(mol) 3y Và: 2H+ + 2e → H2 1,75V*2 22,4 ← 1,75V ( ) 22,4 mol Bảo toàn electron: x + 3y = 1,75V*2 22,4 (2) Từ (1) và (2) → y = 2x Giải tương tự Cách 1 Ví dụ 2: Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol Na và 0,05 mol Al tác dụng với lượng nước dư thì thu được thể tích khí ở đktc là bao nhiêu ? A. 2,8 lit B. 1,12lit C. 1,67 lit D. 2,24lit Hướng dẫn giải Nhận xét: Tỷ lệ Na : Al là 0,1 2 0,05 = nên Al pư hết nên: 0,1 Na → Na+ + 1e 0,05 Al → Al3+ + 3e x 2H+ + 2e → H2 Bảo toàn electron: 0,1 + 0,05.3 = 2x → x = 0,125 → V = 0,125.22,4 = 2,8 (lit) → Chọn A Ví dụ 3(TSĐH A 2008): Cho hỗn hợp gồm Na và Al có tỷ lệ số mol tương ứng là 1:2 vào nước dư. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 8,96 lit H2(đktc) và m gam chất rắn không tan. Giá trị của m là: A. 43,2g B. 5,4g C. 7,8g D. 10,8g Hướng dẫn giải GV: LƯU HUỲNH VẠN LONG( Trường THPT Thanh Hòa – Bù Đốp – Bình Phước) -3- Phone: 0986.616.225 Email: Vanlongthpt@gmail.com or vanlongthpt@yahoo.com Tỷ lệ Na : Al là 1 2 nên Al dư Ta có: x Na → Na+ + 1e x Al(pư) → Al3+ + 3e 0,4 2H+ + 2e → H2 Bảo toàn electron: x + 3x = 0,4.2 → x = 0,2. Do đó: nAl = 2nNa = 0,2.2 = 0,4 (mol) → mAl = 0,4 . 27 = 10,8 (g) → Chọn D Ví dụ 4: Cho m gam hỗn hợp Na và Al vào nước dư, thu được 4,48 lit khí. Mặt khác m gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 7,84 lit khí (các khí đều đo ở đktc). Trị số của m là: A. 5g B. 7,7g C. 6,55g D. 12,5g Hướng dẫn giải Gọi số mol Na là x Gọi số mol Al là y TN1: Nhôm dư nên nNa = nAl(pư) = x x Na → Na+ + 1e x Al → Al3+ + 3e 0,2 2H+ + 2e → H2 Bảo toàn electron: x + 3x = 2.0,2 → x = 0,1 → mNa = 0,1.23 = 2,3 (g) TN 2: Nhôm pư hết nên: 0,1 Na → Na+ + 1e y Al → Al3+ + 3e 0,35 2H+ + 2e → H2 Bảo toàn electron: 0,1 + 3y = 0,35.2 → y = 0,2 → mAl = 0,2.27 = 5,4 (g) Vậy m = 2,3 + 5,4 = 7,7 (g) → Chọn B Ví dụ 5: Chia hỗn hợp X gồm kim loại Al và Ba thành 2 phần bằng nhau: Phần 1: Cho vào nước dư thì thu được 448 ml khí (đktc) Phần 2: Cho vào dung dịch NaOH dư thì thu được 784 ml khí (đktc) Khối lượng hỗn hợp trong mỗi phần là: A. 0,685g B. 2,45g C. 1,225g D. 2,45g Hướng dẫn giải Gọi số mol Ba là x Gọi số mol Al là y TN1: Nhôm dư nên nBa = 1 2 nAl(pư) = x x Ba → Ba2+ + 2e 2x Al → Al3+ + 3e 0,02 2H+ + 2e → H2 Bảo toàn electron: 2x + 3.2x = 2.0,02 → x = 0,005 → mBa = 0,005.137= 0,685 (g) TN 2: Nhôm pư hết nên: GV: LƯU HUỲNH VẠN LONG( Trường THPT Thanh Hòa – Bù Đốp – Bình Phước) -4- Phone: 0986.616.225 Email: Vanlongthpt@gmail.com or vanlongthpt@yahoo.com 0,005 Ba → Ba2+ + 2e y Al → Al3+ + 3e 0,035 2H+ + 2e → H2 Bảo toàn electron: 0,005.2 + 3y = 0,035.2 → y = 0,02 → mAl = 0,02.27 = 0,54 (g) Vậy m = 0,685 + 0,54 = 1,225 (g) → Chọn C