Chuyên đề: Kim loại nhóm chính và Sắt — Lý thuyết và Phương pháp giải

a) Tính thể tích khí $\mathrm{H_2}$:

$$n_{\mathrm{Na}} = \frac{4{,}6}{23} = 0{,}2\text{ mol}$$

Phương trình: $\mathrm{Na + H_2O \rightarrow NaOH + \frac{1}{2}H_2\uparrow}$.

$$n_{\mathrm{H_2}} = \frac{0{,}2}{2} = 0{,}1\text{ mol} \implies V = 0{,}1 \times 24{,}79 = 2{,}479\text{ L}$$

$$n_{\mathrm{NaOH}} = n_{\mathrm{Na}} = 0{,}2\text{ mol}$$

b) Phản ứng sục $\mathrm{CO_2}$ vào dung dịch $\mathrm{NaOH}$:

Xét tỉ lệ $T = \frac{n_{\mathrm{NaOH}}}{n_{\mathrm{CO_2}}} = \frac{0{,}2}{0{,}15} \approx 1{,}333$.

Vì $1 < T < 2$ nên phản ứng tạo ra 2 muối: $\mathrm{NaHCO_3}$ ($x\text{ mol}$) và $\mathrm{Na_2CO_3}$ ($y\text{ mol}$).

Hệ phương trình bảo toàn nguyên tố:

$$\begin{cases} x + 2y = n_{\mathrm{Na}} = 0{,}2 \\ x + y = n_{\mathrm{C}} = 0{,}15 \end{cases} \implies \begin{cases} x = 0{,}10\text{ mol (}\mathrm{NaHCO_3}\text{)} \\ y = 0{,}05\text{ mol (}\mathrm{Na_2CO_3}\text{)} \end{cases}$$

Khối lượng các muối thu được:

$$m_{\mathrm{NaHCO_3}} = 0{,}10 \times 84 = 8{,}4\text{ g}$$

$$m_{\mathrm{Na_2CO_3}} = 0{,}05 \times 106 = 5{,}3\text{ g}$$

a) Xác định loại nước cứng:

Kiểm tra bảo toàn điện tích: Điện tích dương = $2 \times 0{,}02 + 2 \times 0{,}01 = 0{,}06\text{ mol}$; Điện tích âm = $0{,}04 + 0{,}01 + 2 \times 0{,}005 = 0{,}06\text{ mol}$.

Mẫu nước chứa đồng thời ion $\mathrm{HCO_3^-}$ (gây tính cứng tạm thời) và các ion $\mathrm{Cl^-, SO_4^{2-}}$ (gây tính cứng vĩnh cửu) $\Rightarrow$ Mẫu nước thuộc loại nước cứng toàn phần.

b) Tính lượng $\mathrm{Na_2CO_3}$ cần dùng:

Để làm mềm hoàn toàn, cần kết tủa hết toàn bộ ion $\mathrm{Ca^{2+}}$ và $\mathrm{Mg^{2+}}$ thành $\mathrm{CaCO_3}$ và $\mathrm{MgCO_3}$:

$$\mathrm{Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow}$$

$$\mathrm{Mg^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow MgCO_3\downarrow}$$

Tổng số mol ion $\mathrm{CO_3^{2-}}$ cần thiết:

$$n_{\mathrm{CO_3^{2-}}} = n_{\mathrm{Ca^{2+}}} + n_{\mathrm{Mg^{2+}}} = 0{,}02 + 0{,}01 = 0{,}03\text{ mol}$$

$$n_{\mathrm{Na_2CO_3}} = 0{,}03\text{ mol} \implies m_{\mathrm{Na_2CO_3}} = 0{,}03 \times 106 = 3{,}18\text{ g}$$

a) Phản ứng với $\mathrm{HNO_3}$ loãng dư:

$$n_{\mathrm{Al}} = \frac{5{,}4}{27} = 0{,}2\text{ mol}$$

Phương trình: $\mathrm{Al + 4HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O}$.

$$n_{\mathrm{NO}} = n_{\mathrm{Al}} = 0{,}2\text{ mol} \implies V_1 = 0{,}2 \times 24{,}79 = 4{,}958\text{ L}$$

b) Phản ứng với dung dịch $\mathrm{NaOH}$:

Phương trình: $2\mathrm{Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow}$.

Tỉ lệ phản ứng: $1\text{ mol Al} : 1\text{ mol NaOH}$. Với $0{,}2\text{ mol Al}$ cần $0{,}2\text{ mol NaOH} < 0{,}3\text{ mol} \implies \mathrm{Al}$ tan hết, $\mathrm{NaOH}$ dư.

$$n_{\mathrm{H_2}} = 1{,}5 \times n_{\mathrm{Al}} = 1{,}5 \times 0{,}2 = 0{,}3\text{ mol}$$

$$V_2 = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437\text{ L}$$

a) Tính thể tích khí $\mathrm{NO}$:

$$n_{\mathrm{Fe}} = \frac{11{,}2}{56} = 0{,}2\text{ mol}$$

Phương trình: $\mathrm{Fe + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O}$.

$$n_{\mathrm{NO}} = n_{\mathrm{Fe}} = 0{,}2\text{ mol} \implies V = 0{,}2 \times 24{,}79 = 4{,}958\text{ L}$$

Dung dịch $A$ chứa $0{,}2\text{ mol }\mathrm{Fe(NO_3)_3}$.

b) Phản ứng của $\mathrm{Cu}$ với dung dịch $A$:

$$n_{\mathrm{Cu}} = \frac{6{,}4}{64} = 0{,}1\text{ mol}$$

Phương trình: $\mathrm{Cu + 2Fe(NO_3)_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Fe(NO_3)_2}$.

So sánh tỉ lệ: $\frac{n_{\mathrm{Fe(NO_3)_3}}}{2} = \frac{0{,}2}{2} = 0{,}1 = n_{\mathrm{Cu}} \implies$ Phản ứng vừa đủ.

Dung dịch sau phản ứng gồm có:

• $0{,}1\text{ mol } \mathrm{Cu(NO_3)_2}$ ($M = 188\text{ g/mol}$) $\implies m = 0{,}1 \times 188 = 18{,}8\text{ g}$.
• $0{,}2\text{ mol } \mathrm{Fe(NO_3)_2}$ ($M = 180\text{ g/mol}$) $\implies m = 0{,}2 \times 180 = 36{,}0\text{ g}$.

Tổng khối lượng muối thu được:

$$m_{\text{muối}} = 18{,}8 + 36{,}0 = 54{,}8\text{ g}$$