Bảo toàn electron: kim loại với acid loãng

Cho $5{,}6\ \text{g}$ Fe tác dụng hết với $\mathrm{H_2SO_4}$ loãng. Tính thể tích $\mathrm{H_2}$ (25 °C, 1 bar) và khối lượng $\mathrm{FeSO_4}$.

Giải. $n(\mathrm{Fe}) = 5{,}6/56 = 0{,}1$ mol. Fe lên $\mathrm{Fe^{2+}}$: $n(e) = 0{,}2$ mol, nên $n(\mathrm{H_2}) = 0{,}1$ mol, $V = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479$ L. $n(\mathrm{FeSO_4}) = 0{,}1$ mol, $m = 0{,}1 \times 152 = 15{,}2$ g.

Hoà tan hết $6{,}5\ \text{g}$ kim loại M (hoá trị II) trong HCl dư thu $2{,}479\ \text{L}$ khí $\mathrm{H_2}$. Xác định M.

Giải. $n(\mathrm{H_2}) = 2{,}479 / 24{,}79 = 0{,}1$ mol. Với hoá trị II: $n(M) = n(\mathrm{H_2}) = 0{,}1$ mol, $M = 6{,}5 / 0{,}1 = 65$ g/mol: kẽm (Zn).

$10\ \text{g}$ hỗn hợp Cu và Zn tác dụng với HCl dư, thu $2{,}479\ \text{L}$ $\mathrm{H_2}$. Tính phần trăm khối lượng Cu.

Giải. Cu không phản ứng. $n(\mathrm{H_2}) = 0{,}1$ mol nên $n(\mathrm{Zn}) = 0{,}1$ mol, $m(\mathrm{Zn}) = 6{,}5$ g, $m(\mathrm{Cu}) = 10 - 6{,}5 = 3{,}5$ g, $\% \mathrm{Cu} = 35\%$.

$5{,}1\ \text{g}$ hỗn hợp Mg và Al tác dụng hết với HCl dư, thu $6{,}1975\ \text{L}$ $\mathrm{H_2}$ (25 °C, 1 bar). Tính khối lượng Al và phần trăm.

Giải. $n(\mathrm{H_2}) = 6{,}1975 / 24{,}79 = 0{,}25$ mol, nên $n(e) = 2 \times 0{,}25 = 0{,}5$ mol. Gọi $x$ là mol Mg, $y$ là mol Al: khối lượng $24x + 27y = 5{,}1$; electron $2x + 3y = 0{,}5$. Giải: nhân phương trình thứ hai với $12$: $24x + 36y = 6$; trừ phương trình khối lượng: $9y = 0{,}9$, $y = 0{,}1$, $x = 0{,}1$. $m(\mathrm{Al}) = 2{,}7$ g, $\% \mathrm{Al} = 2{,}7 / 5{,}1 \approx 52{,}9\%$.

Với dữ kiện ví dụ 4, tính khối lượng muối clorua trong dung dịch.

Giải. $n(\mathrm{Cl^-}) = 2\,n(\mathrm{H_2}) = 0{,}5$ mol, $m(\mathrm{Cl^-}) = 0{,}5 \times 35{,}5 = 17{,}75$ g. $m(\text{muối}) = 5{,}1 + 17{,}75 = 22{,}85$ g. Kiểm: $0{,}1 \times 95 + 0{,}1 \times 133{,}5 = 22{,}85$ g ($\mathrm{MgCl_2}$ và $\mathrm{AlCl_3}$).