Kim loại với chlorine và hydrochloric acid: tính theo phương trình và hỗn hợp

Kim loại đứng trước $\mathrm{H}$ trong dãy hoạt động mới đẩy được $\mathrm{H_2}$ khỏi dung dịch $\mathrm{HCl}$. Với $\mathrm{Cl_2}$, hầu hết kim loại phản ứng và lên mức oxi hoá cao nhất.

Theo phương trình: đổi ra mol ($n = m/M$ hoặc $n = V/24{,}79$), nhân tỉ lệ hệ số, đổi lại thành gam hoặc lít.

Theo bảo toàn:

• Khối lượng muối chloride $=$ khối lượng kim loại $+$ khối lượng $\mathrm{Cl}$ trong muối. Với $\mathrm{Cl_2}$: $m(\text{muối}) = m(\text{kim loại}) + m(\mathrm{Cl_2})$. Với $\mathrm{HCl}$: $m(\text{muối}) = m(\text{kim loại}) + 71 \cdot n(\mathrm{H_2})$ (mỗi mol $\mathrm{H_2}$ mang đi $2$ mol $\mathrm{H}$, tương ứng $2$ mol $\mathrm{Cl}$ vào muối, $2 \times 35{,}5 = 71$ g).
• Electron: số mol electron kim loại nhường $=$ electron chất oxi hoá nhận. Với $\mathrm{Cl_2}$: $n(e) = 2\,n(\mathrm{Cl_2})$; với $\mathrm{HCl}$: $n(e) = 2\,n(\mathrm{H_2})$.

Khi đề cho lượng cả hai chất, so tỉ lệ mol thực tế với tỉ lệ hệ số. Ví dụ $\mathrm{2Fe} + \mathrm{3Cl_2} \rightarrow \mathrm{2FeCl_3}$: nếu $n(\mathrm{Cl_2}) < 1{,}5\,n(\mathrm{Fe})$ thì $\mathrm{Cl_2}$ hết, $\mathrm{Fe}$ dư; ngược lại $\mathrm{Fe}$ hết, $\mathrm{Cl_2}$ dư. Tính sản phẩm theo chất hết.

Với $\mathrm{Mg}$ và $\mathrm{Al}$ (cùng tan hết trong $\mathrm{HCl}$ dư):

$$\mathrm{Mg} + \mathrm{2HCl} \rightarrow \mathrm{MgCl_2} + \mathrm{H_2}, \qquad \mathrm{2Al} + \mathrm{6HCl} \rightarrow \mathrm{2AlCl_3} + \mathrm{3H_2}.$$

Đặt $x = n(\mathrm{Mg})$, $y = n(\mathrm{Al})$. Mỗi mol $\mathrm{Mg}$ cho $1$ mol $\mathrm{H_2}$, mỗi mol $\mathrm{Al}$ cho $1{,}5$ mol $\mathrm{H_2}$:

$$24x + 27y = m_{\text{hỗn hợp}}, \qquad x + 1{,}5\,y = n(\mathrm{H_2}).$$

Hai phương trình hai ẩn: giải ra $x$, $y$ rồi tính các đại lượng còn lại. Số mol $\mathrm{HCl}$ phản ứng $= 2\,n(\mathrm{H_2})$.

• Với dung dịch $\mathrm{HCl}$ dư: chỉ $\mathrm{Fe}$ tan, $\mathrm{Fe} + \mathrm{2HCl} \rightarrow \mathrm{FeCl_2} + \mathrm{H_2}$; $\mathrm{Cu}$ còn lại nguyên. $n(\mathrm{H_2}) = n(\mathrm{Fe})$.
• Với $\mathrm{Cl_2}$ dư (đun nóng): cả hai phản ứng, $\mathrm{Fe}$ lên $+3$, $\mathrm{Cu}$ lên $+2$: $3\,n(\mathrm{Fe}) + 2\,n(\mathrm{Cu}) = 2\,n(\mathrm{Cl_2})$.