Bài tập về Axit Sunfuric H2SO4 (loãng, đặc nóng) có lời giải và đáp án - hóa lớp 10

Đặc biệt đối với axit sunfuric khi phản ứng với các kim loại sẽ tạo ra các sản phẩm khử khác nhau, ví dụ, cùng 1 kim loại khi tác dụng với axit sunfuric loãng (H₂SO₄ loãng) cho sản phẩm là chất khử khác với axit sunfuric đặc nóng (H₂SO₄ đặc nóng).

Vì vậy, trong bài viết này chúng ta cùng hệ thống lại một số dạng bài tập về dung dịch axit sunfuric H₂SO₄ (loãng, đặc nóng) và cách giải.

Sơ lược về axit sunfuric với các tính chất hóa học đặc trưng, cách điều chế vào ứng dụng nếu chưa nắm vững kiến thức các em có thể tham khảo ở bài viết sau:

• xem thêm: Tính chất hóa học của Axit Sunfuric H₂SO₄ điều chế và ứng dụng

- Nội dung bài tập axit sunfuric ngoài việc nhớ tính chất hoá học của axit sunfuric ở các trạng thái loãng, đặc nóng hoặc nguội các em cũng cần nhớ nội dung các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron,...

I. Dung dịch Axit Sunfuric loãng (H₂SO₄ loãng) tác dụng với kim loại

1. Phương pháp

- PTPƯ tổng quát: xM + yH₂SO₄ → M_x(SO₄)_y + yH₂↑

- Theo PTPƯ ta có:  (1)

- Trường hợp cho m gam hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch Axit Sunfuric loãng thu được V lít khí H₂ (duy nhất ở ĐKTC) thu được a gam khối lượng muối thì áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta có:   (2)

2. Bài tập vận dụng kim loại tác dụng với dung dịch Axit Sunfuric loãng

Bài tập 1: Hoà tan hết 11,1 gam hỗn hợp 3 kim loại trong dung dịch H₂SO₄ loãng dư thu được dung dịch A và 8,96 lít khí ở đktc. Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan. tính m?

* Lời giải:

-  Theo bài ra, n_H2 = 8,96/22,4 = 0,4(mol).

- Áp dụng công thức (2) ta có: m_muối =

⇒ m_muối = 11,1 + 96.0,4 = 11,1 + 38,4 = 49,5(g).

Bài tập 2: Cho 2,81 gam hỗn hợp gồm 3 oxit Fe₂O₃ , MgO , ZnO tan vừa đủ trong 300ml dung dịch H₂SO₄ 0,1M thì thu được m gam muối sunfat khan tạo thành, tính m?

* Lời giải:

- Theo bài ra, n_H2SO4 = C_M.V = 0,1.0,3 = 0,03(mol)

- Áp dụng công thức (2): m_muối = m_KL + m_SO4^2- - m_O

⇒  m_muối = 2,81 + (96-16).0,03 = 2,81 + 2,4 = 5,21(g).

II. Axit Sunfuric đặc nóng (H₂SO₄ đặc nóng) tác dụng với kim loại hoặc hỗn hợp oxit kim loại

1. Phương pháp:

- PTPƯ tổng quát: M + H₂SO₄ → M_x(SO₄)_y + {SO₂ , H₂S , S} + yH₂O

- Các sản phẩm khử có thể có của phản ứng: {SO₂ , H₂S , S}

- Lưu ý: Al, Fe, Cr thụ động (không phản ứng) với H₂SO₄ đặc nguội

* Như vậy, ta có:

  + Số mol H₂SO_{4 (môi trường ≡ tham gia tạo muối)} = số mol gốc SO₄^2- trong muối M_x(SO₄)_y = ½(số electron trao đổi x số mol sản phẩm khử)

  + Số mol H₂SO_{4 (đóng vai trò chất oxi hoá ≡ tham gia tạo sản phẩm khử )} = số mol nguyên tử S trong sản phẩm khử

  + Tổng số mol H₂SO_{4 (tham gia pư)} = số mol H₂SO_{4 (môi trường)} + số mol H₂SO₄ (_{đóng vai trò chất oxi hoá)}

* Cụ thể:

a) Tính khối lượng của muối:

 m_muối = m_{KL pư} + m_{SO4^2- trong muối} 

 m_{SO4^2- trong muối} = ½(6n_s + 2n_SO2 + 8n_H2S).96

 m_muối = m_{KL pư} + ½(6n_s + 2n_SO2 + 8n_H2S).96

- Lưu ý: sản phầm khử nào không có trong phản ứng thì số mol=0

b) Tính số mol axit phản ứng

 n_H2SO4 = 4n_S + 2n_SO2 + 5n_H2S

- Lưu ý: sản phầm khử nào không có trong phản ứng thì số mol=0

c) Tìm sản phẩm khử

 A + H₂SO_a đặc → A₂(SO₄)_a + sp khử S^x (SO₂ , S, H₂S)

 B + H₂SO_a đặc → B₂(SO)_b + sp khử S^x (SO₂ , S, H₂S)

 C + H₂SO_a đặc → C₂(SO₄)_c + sp khử S^x (SO₂ , S, H₂S)

- Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có (với a,b,c là số electron kim loại nhường):

 a.n_A + b.n_B + c.n_C = 6n_s + 2n_SO2 + 8n_H2S

- Với i_KL = số oxi hóa cao nhất của kim loại, thì

 i_A.n_A + i_B.n_B + i_C.n_C = (6-x).n_spk

 (i_spk = (6-x) ⇐ i_SO2 = 2; i_S = 6; i_H2S = 8)

2. Bài tập vận dụng kim loại (oxit kim loại) tác dụng axit sunfuric đặc nóng

Bài tập 1: Cho 15,82 gam hỗn hợp Al, Fe, Cu tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng thu được dung dịch A và 9,632 lít khí SO₂ ở đktc. Cô cạn dung dịch A sẽ thu được số m gam muối khan, tìm m?

* Lời giải:

- Theo bài ra, n_SO2 = 9,632/22,4 = 0,43(mol).

- Áp dụng công thức trên ta có: m_muối = m_{KL pư} + ½(2n_SO2).96

⇒ m_muối = 15,82 + (½)2.0,43.96 = 15,82 + 41,28 = 57,1(g).

Bài tập 2: Cho 13,428 gam một kim loại M tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư thu được V lít khí H₂S ở đktc và dung dịch A. Cô cạn dung dịch A thu được 66,24 gam muối khan. Tìm V?

* Lời giải:

- Áp dụng công thức: n_H2S = ¼.n_{SO4^2- trong muối}

⇒ V_H2S = 0,1375.22,4 = 3,0807 (lít).

Bài tập 3: Cho 18 gam kim loại M tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư thu được 3,36 lít khí SO₂ (ở đktc) 6,4 gam S và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được số m gam muối khan, tính m?

* Lời giải:

- Theo bài ra: n_SO2 = 3,36/22,4 = 0,15(mol); n_S = 6,4/32 = 0,2(mol).

- Ta có: n_{SO4^2- trong muối} = ½(6n_s + 2n_SO2) = n_SO2 + 3n_S = 0,15 + 3.0,2 = 0,75(mol).

- Áp dụng công thức: m_muối = m_{KL pư} + m_{SO4^2- trong muối} = 18 + 0,75.96 =90(g).

Bài tập 4: Hoà tan hoàn toàn 12,9 gam hỗn hợp A gồm Zn và một kim loại M hoá trị II vào dung dịch H₂SO₄ đặc thu được 4,144 lít (đktc) hỗn hợp gồm SO₂ và H₂S có tỉ khối so với hiđro bằng 31,595. Tìm số mol axit H₂SO₄ đặc đã phản ứng.

* Lời giải:

- Gọi x, y lần lượt là số mol SO₂ và H₂S

- Theo bài ra, ta có: x + y = 4,144/22,4 = 0,185(mol).  (*)

- Tỉ khối so với H₂ = 31,595, ta có: 64x + 34y = 2(x+y).31,595 = 63,19(x+y)

⇒ 64x - 63,19x + 34y - 63,19y = 0

⇒ 0,81x - 29,19y = 0  (**)

- Giải hệ (*) và (**) ta được: x = 0,18(mol); y = 0,005(mol)

- Áp dụng công thức: n_H2SO4 = 2n_SO2 + 5n_H2S = 2.0,18 + 5.0,005 = 0,385(mol).

Bài tập 5: Cho 45 gam hỗn hợp Zn và Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng 98% thu được 15,68 lít khí SO₂ (đktc). Tính khối lượng dung dịch H₂SO₄ đã dùng?

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_SO2 = 15,68/22,4 = 0,7(mol).

- Áp dụng công thức: n_H2SO4 = 2n_SO2 = 2.0,7 = 1,4(mol).

- Từ công thức tính C% H₂SO₄ ta có: 

Bài tập 6: Cho 2,52 gam hỗn hợp gồm Al và Mg trộng theo tỉ lệ mol là 2:3 tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc thì thu được muối sunfat và 0,03 mol một chất khử duy nhất chứa lưu huỳnh. Xác định sản phẩm khử?

* Lời giải:

- Gọi x và y là số mol của Al và Mg trong 2,52g hỗn hợp, ta có: 27x + 24y = 2,52  (1)

- Tỉ lệ mol là 2:3 nên ta có: x/y = 2/3 ⇒ 3x = 2y  (2)

- Giải hệ pt (1) và (2) ta được: x = 0,04(mol); y = 0,06(mol).

⇒ n_Al = 0,04 và n_Mg = 0,06(mol)

- Gọi a là số oxi hoá của lưu huỳnh S trong chất khử thu được, áp dụng công thức:

  i_A.n_A + i_B.n_B + i_C.n_C = 6n_s + 2n_SO2 + 8n_H2S

⇔ 3.0,04 + 2.0,06 = 0,03(6-a)

⇔ a = -2 ⇒ Vậy chất khử là H₂S

Bài tập 7: Cho 9,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc thấy có 49 gam axit phản ứng thu được muối, sản phẩm khử X và nước. Xác định X?

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_Mg = 9,6/24 = 0,4(mol), n_H2SO4 = 49/98 = 0,5(mol).

⇒ n_{SO4^2- muối} = n_Mg = 0,4(mol) ⇒ n_{S (sp khử)} = 0,5 - 0,4 = 0,1(mol).

- Gọi a là số oxi hoá của lưu huỳnh S trong chất khử thu được, áp dụng công thức:

 2.n_Mg = n_S(6-a) ⇔ 2.0,4 = 0,1(6-a) ⇔ a = -2

⇒ Vậy sản phẩm khử là: H₂S

III. Một số bài tập luyện tập về Axit sunfuric

Câu 1: (Đề tuyển sinh ĐH- khối A-2007) Hoà tan hoàn toàn 2,81 gam hỗn hợp gồm Fe₂O₃, MgO, ZnO trong 500 ml dung dịch H₂SO₄ 0,1M vừa đủ. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thì thu được số gam muối khan là:

A.6,81 gam    B. 4,81 gam     C. 3,81 gam     D. 5,81 gam

Câu 2: Hoà tan hết 1,72 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al, Zn, Fe bằng dung dịch H₂SO₄ loãng thu được V lít khí ở đktc và 7,84 gam muối sunfat khan. Giá trị của V là:

A. 1,344 lít     B. 1,008 lít      C.  1,12 lít       D. 3,36 lít

Câu 3: Hoà tan hết hỗn hợp X gồm Fe và 0,24 mol kim loại M trong dung dịch H₂SO₄ loãng dư thu được dung dịch A và 10,752 lít khí H ở đktc. Cô cạn dung dịch A thu được 59,28 gam muối khan. M là :

A. Mg     B. Ca      C. Al      D. Na

Câu 4: Cho 21 gam hỗn hợp 3 kim loại Fe, Zn, Al tan hoàn toàn trong dung dịch H₂SO₄ 0,5M thu được 6,72 lít khí H₂ (đo ở 0⁰C và 2atm). Khối lượng muối khan thu được sau khi cô cạn dung dịch và thể tích dung dịch axit tối thiểu cần dùng là:

A. 78,6gam và 1,2 lít      B. 46,4gam và 2,24lít

C. 46,4gam và 1,2 lít     D. 78,6gam và 1,12 lít 

Câu 5: Hoà tan hỗn hợp A gồm 16,8 gam Fe, 2,7 gam Al, 5,4 gam Ag tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng chỉ thoát ra khí SO₂. Số mol H₂SO₄ tác dụng là :

A. 0,95 mol     B. 0,9 mol     C. 1,25 mol      D. 0,85 mol

Câu 6: Hỗn hợp X gồm 2 kim loại Cu và Ag. Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X trong dung dịch chứa 2 axit HNO₃, H₂SO₄ thu được dung dịch Y chứa 7,06 gam muối và hỗn hợp khí Z chứa 0,05 mol NO₂ và 0,01 mol SO₂. Giá trị của m là :

A. 2,85 gam     B. 3,32 gam     C. 3,00 gam    D. 0,85 gam

Câu 7: Cho M là kim loại hoá trị II. Cho m gam M tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư thu được 0,672 lít khí có tỷ khối so với amoniac là 2 và dung dịch A. Cô cạn dung dịch A thu được 14,4 gam muối khan . M là :

A. Ca     B. Mg     C. Zn      D. Ba

Câu 8: Cho m gam hỗn hợp gồm 2 kim loại tác dụng với H₂SO₄ đặc nóng dư thu được 3,36 lít khí SO₂ (đktc); 2,88 gam S và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được 52,8 gam muối khan. Mặt khác nếu hoà tan hết m gam hỗn hợp kim loại ban đầu với dung dịch HCl dư thu được 8,064 lít khí H ở đktc. Hỗn hợp 2 kim loại đầu là:

A. Be và Mg      B. Mg và Fe      C. Zn và Fe     D.  Zn và Ba

Câu 9: Hoà tan 6,4 gam Cu bằng axit H₂SO₄ đặc, nóng (dư), sinh ra V lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính V?

A. 2,24 lít     B. 1,12 lít     C. 4,48 lít      D.  2,56 lít