Trả lời nhanh
Ở nhiệt độ thường, chỉ các kim loại mạnh như Li, K, Ba, Ca, Na tác dụng với nước, tạo dung dịch bazơ kiềm và khí hiđro: 2M + 2H2O → 2MOH + H2 (kim loại hóa trị I). Mg phản ứng chậm khi đun nóng, Fe chỉ phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao, còn Cu, Ag, Au không phản ứng.
1. Kim loại nào tác dụng với nước?
Khả năng phản ứng với nước phụ thuộc vị trí của kim loại trong dãy hoạt động hóa học. Kim loại càng đứng đầu dãy thì phản ứng càng mạnh.
| Nhóm kim loại | Điều kiện | Sản phẩm |
|---|---|---|
| K, Na, Ba, Ca (Li) | Nhiệt độ thường | Bazơ kiềm + H2 |
| Mg | Đun nóng, phản ứng chậm | Mg(OH)2 + H2 |
| Fe | Hơi nước, nhiệt độ cao | Oxit sắt + H2 |
| Cu, Ag, Au… | Không phản ứng | — |
2. Các phương trình hóa học cần nhớ
- 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
- 2K + 2H2O → 2KOH + H2↑
- Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ (Ca(OH)2 ít tan nên dung dịch bị đục)
- Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑
- Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑ (đun nóng)
- 3Fe + 4H2O (hơi) → Fe3O4 + 4H2 (dưới 570°C)
Hiện tượng khi cho mẩu Na vào nước: Na nóng chảy thành giọt tròn, chạy trên mặt nước, tan dần và có khí không màu thoát ra. Dung dịch sau phản ứng làm quỳ tím hóa xanh, phenolphtalein hóa hồng.
Mẹo nhớ: “Kali, Natri, Bari, Canxi – gặp nước là cho bazơ và khí”. Na, K phải bảo quản trong dầu hỏa vì rất dễ phản ứng với nước và oxi của không khí.
3. Cách giải nhanh bài toán kim loại + nước
- Tính số mol kim loại (hoặc số mol H2) từ dữ kiện đề.
- Viết phương trình, cân bằng, lập tỉ lệ mol.
- Với kim loại kiềm (hóa trị I): nH2 = nkim loại / 2. Với Ca, Ba (hóa trị II): nH2 = nkim loại.
- Tổng quát: nOH trong bazơ = 2 × nH2.
- Khối lượng dung dịch sau phản ứng = mkim loại + mnước − mH2.
Lỗi sai thường gặp: quên trừ khối lượng H2 khi tính C%; nhầm tỉ lệ 2 : 1 của Na với tỉ lệ 1 : 1 của Ca, Ba; dùng 22,4 lít cho điều kiện không phải đktc.
4. Bài tập trắc nghiệm (bài 1–8)
Bài 1. Kim loại nào sau đây không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường? A. Na B. K C. Ca D. Cu
Bài 2. Dãy nào gồm các kim loại đều tan trong nước ở nhiệt độ thường? A. Na, K, Ba B. Na, Mg, Ca C. K, Fe, Ba D. Na, Cu, Ca
Bài 3. Cho mẩu Na vào cốc nước có nhỏ vài giọt phenolphtalein, dung dịch chuyển sang màu nào? A. Không màu B. Hồng C. Xanh D. Vàng
Bài 4. Sản phẩm của phản ứng giữa Ca và nước là: A. CaO và H2 B. Ca(OH)2 và O2 C. Ca(OH)2 và H2 D. CaH2 và O2
Bài 5. Cho 2,3 gam Na vào nước dư, thể tích khí H2 (đktc) thu được là: A. 2,24 lít B. 1,12 lít C. 0,56 lít D. 4,48 lít
Bài 6. Tổng hệ số cân bằng (số nguyên tối giản) của phản ứng Na + H2O → NaOH + H2 là: A. 5 B. 6 C. 7 D. 8
Bài 7. Vì sao Na được bảo quản trong dầu hỏa? A. Na tan trong dầu hỏa B. Na không phản ứng với nước và oxi nên chỉ cần ngăn bụi C. Dầu hỏa không phản ứng với Na và ngăn Na tiếp xúc với nước, oxi D. Dầu hỏa làm Na bền hơn nhờ phản ứng hóa học
Bài 8. Dung dịch thu được khi cho K vào nước có pH: A. nhỏ hơn 7 B. lớn hơn 7 C. bằng 7 D. không xác định
Đáp án và giải thích
- Bài 1: D. Cu đứng sau hiđro, rất kém hoạt động, không phản ứng với nước.
- Bài 2: A. Mg (B), Fe (C), Cu (D) đều không phản ứng với nước ở nhiệt độ thường.
- Bài 3: B. Tạo NaOH là bazơ nên phenolphtalein hóa hồng.
- Bài 4: C. Kim loại đẩy hiđro của nước, sản phẩm là bazơ và H2; không thể có O2.
- Bài 5: C. nNa = 2,3/23 = 0,1 mol → nH2 = 0,05 mol → V = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít. Vậy đáp án đúng là B. 1,12 lít (0,56 lít là lỗi chia 2 hai lần).
- Bài 6: C. 2 + 2 + 2 + 1 = 7.
- Bài 7: C. Dầu hỏa trơ với Na và tách Na khỏi nước, oxi.
- Bài 8: B. Dung dịch KOH có tính bazơ.
5. Bài tập tự luận (bài 9–17)
Bài 9
Cho 3,9 gam K vào nước dư, thu được 200 ml dung dịch. Tính thể tích H2 (đktc) và nồng độ mol của dung dịch KOH.
Giải: nK = 3,9/39 = 0,1 mol. 2K + 2H2O → 2KOH + H2. Suy ra nKOH = 0,1 mol, nH2 = 0,05 mol → VH2 = 1,12 lít. CM(KOH) = 0,1/0,2 = 0,5M.
Bài 10
Cho 4,6 gam Na vào 95,6 gam nước. Tính nồng độ phần trăm của dung dịch thu được.
Giải: nNa = 0,2 mol → nNaOH = 0,2 mol (m = 8 gam), nH2 = 0,1 mol (m = 0,2 gam). Khối lượng dung dịch = 4,6 + 95,6 − 0,2 = 100 gam. C% = 8/100 × 100% = 8%.
Bài 11
Hòa tan hết 13,7 gam Ba vào nước dư. Tính khối lượng Ba(OH)2 và thể tích H2 (đktc).
Giải: nBa = 13,7/137 = 0,1 mol. Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2. nBa(OH)2 = nH2 = 0,1 mol. M(Ba(OH)2) = 171 → m = 17,1 gam; VH2 = 2,24 lít.
Bài 12
Cho 3,1 gam hỗn hợp Na và K vào nước dư, thu được 1,12 lít H2 (đktc). Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại.
Giải: nH2 = 0,05 mol → tổng nkim loại = 0,1 mol. Gọi x, y là số mol Na, K: x + y = 0,1 và 23x + 39y = 3,1. Thay y = 0,1 − x: 3,9 − 16x = 3,1 → x = 0,05; y = 0,05. mNa = 1,15 gam → %Na ≈ 37,1%; %K ≈ 62,9%.
Bài 13
Cho 2,74 gam một kim loại M (hóa trị II) tan hết trong nước dư, thu được 0,448 lít H2 (đktc). Xác định M.
Giải: M + 2H2O → M(OH)2 + H2. nM = nH2 = 0,02 mol → M = 2,74/0,02 = 137. Vậy M là Ba.
Bài 14
Cho 1,56 gam kim loại kiềm R vào nước dư, thu được 0,448 lít H2 (đktc). Xác định R.
Giải: 2R + 2H2O → 2ROH + H2. nR = 2 × 0,02 = 0,04 mol → R = 1,56/0,04 = 39. Vậy R là K.
Bài 15
Cho 4 gam Ca vào nước dư, sau đó sục 2,24 lít CO2 (đktc) vào dung dịch thu được. Tính khối lượng kết tủa.
Giải: nCa = 0,1 mol → nCa(OH)2 = 0,1 mol (m = 7,4 gam). nCO2 = 0,1 mol. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O. Tỉ lệ 1 : 1, hai chất vừa đủ nên nCaCO3 = 0,1 mol → m = 10 gam.
Bài 16 (nâng cao)
Cho 2,3 gam Na và 2,7 gam Al vào nước dư. Tính thể tích H2 (đktc) và cho biết chất rắn có còn dư không.
Giải: nNa = 0,1 mol; nAl = 0,1 mol.
- 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 → nNaOH = 0,1 mol; nH2 = 0,05 mol.
- 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2. Tỉ lệ Al : NaOH = 1 : 1, đều 0,1 mol nên vừa đủ, Al tan hết; nH2 = 0,15 mol.
Tổng nH2 = 0,2 mol → V = 4,48 lít; không còn chất rắn dư. (Al không tự phản ứng với nước, chỉ tan nhờ NaOH sinh ra.)
Bài 17
Cho 16,8 gam Fe tác dụng hoàn toàn với hơi nước ở nhiệt độ dưới 570°C. Tính khối lượng Fe3O4 và thể tích H2 (đktc).
Giải: nFe = 16,8/56 = 0,3 mol. 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2. nFe3O4 = 0,1 mol → m = 0,1 × 232 = 23,2 gam. nH2 = 0,4 mol → V = 8,96 lít.
6. Luyện thêm
- Cho 0,69 gam Na vào nước dư. Tính VH2 (đktc). Đáp án: 0,336 lít (nNa = 0,03 mol → nH2 = 0,015 mol).
- Cho 1,37 gam Ba vào 98,63 gam nước. Dung dịch có C% Ba(OH)2 bằng bao nhiêu? Đáp án: 1,71% (nBa = 0,01 mol; mBa(OH)2 = 1,71 g; mH2 = 0,02 g nên mdd = 99,98 g ≈ 100 g, C% ≈ 1,71%).
Câu hỏi thường gặp
Kim loại nào tác dụng với nước ở nhiệt độ thường?
Các kim loại kiềm như Li, Na, K và kiềm thổ nặng như Ca, Ba. Chúng tạo dung dịch bazơ kiềm và giải phóng khí H2.
Vì sao Mg và Fe không phản ứng với nước ở nhiệt độ thường?
Mg và Fe kém hoạt động hơn kim loại kiềm. Mg chỉ phản ứng chậm khi đun nóng, còn Fe cần hơi nước ở nhiệt độ cao mới tạo oxit sắt và H2.
Khi cho Na vào nước, số mol H2 tính thế nào?
Theo phương trình 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 nên số mol H2 bằng một nửa số mol Na. Với Ca, Ba thì số mol H2 bằng số mol kim loại.
Tính nồng độ phần trăm dung dịch sau phản ứng cần lưu ý gì?
Phải lấy khối lượng kim loại cộng khối lượng nước rồi trừ khối lượng khí H2 bay ra để được khối lượng dung dịch.