Phương pháp bảo toàn electron và phân dạng bài tập ppsx

Sau đó oxi hoá hoàn toàn hỗn hợp bằng dung dịch HNO3 dư hoặc H2SO4 đặc nóng dư thu được một khí hoặc một hỗn hợp khí... và C với số mol khí tạo thành sau phản ứng với axit.. dụng định l

Phương pháp bảo toàn electron và phân dạng bài tập Một số dạng toán thường gặp áp dụng bảo toàn electron

Dạng1 Oxi hoá sắt bằng O2 thu được hỗn hợp Fe2O3 , Fe3O4 , FeO và Fe còn dư Sau đó oxi

hoá hoàn toàn hỗn hợp bằng dung dịch HNO3 dư hoặc H2SO4 đặc nóng dư thu được một khí hoặc một hỗn hợp khí.

Chất oxi hoá là O2 : O2 + 4e -> 2O

2-Chất oxi hoá là HNO3 N+5 + (5-x)e → N+x

Chất oxi hoá là H2SO4 đặc nóng : S+6 + (6-x)e → S+x

Viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử sau đó sử dụng định luật bảo toàn e

thí dụ1 Để m gam bột Fe ngoài không khí sau một thời gian thu được hỗn hợp B gồm Fe và các oxit

Tính khối lượng m của A

Giải : số mol NO = 2,24/22,4 = 0,1 mol

Quá trình oxi hoá Fe - 3e -> Fe3+

m/56 3m/56 Quá trình khử O2 + 4e > 2O

(12-m)/32 4(12-m)/32

NO3- + 4H+ + 3e - > NO + 2H2O

0,1 0,3 0,1

áp dụng định luật bảo toàn e ta có : 3m/56 =(12-m)/8 + 0,1

Ta có mO2 = 7,36- 5,6 = 1,76 gam => nO2 = 0,055 mol

Fe -> Fe+3 + 3e

0,1 0,3 (mol)

NO3- + 2H+ + 1e - > NO2 + H2O

a 2a a a

NO3- + 4H+ + 3e - > NO + 2H2O

b 4b 3b b

O2 + 4e > 2O-2

0,055 4.0.055 (mol)

Ta có 0,3 = a + 3b + 4 0,055 (mol)

b)2 (a

b 30 46a

= +

+

(II) Từ(I) và (II) => a= b = 0,02 mol

V = 22,4(a+b) = 0,896 (lít)

Tương tự thí dụ 1 ta có 3m/56 = (3-m)/8 + 0,075

thí dụ4 (HSGbảng A- 10-2007-2008)

Để m gam A ngoài không khí, sau một thời gian được hỗn hợp rắn có khối lượng 75,2 gam gồm FeO,

Ta có khối lượng oxi = 75,2 –m

Quá trình oxi hoá Fe > Fe3+ + 3e

m/56 3m/56

Quá trình khử: O2 + 4e > 2O-2

(75,2 –m)/32 (75,2 –m)/8

Quá trình khử : S+6 + 2e → S+4

2*0,3 mol 0,3 mol

áp dụng bảo toàn e : 3m/56 = (75.2-m)/8 + 0,6

> m = 56

đó hoà tan hoàn toàn hỗn hợp bằng dung dịch HNO 3 dư hoặc dung dịch gồm HNO 3 và H 2 SO 4

đặc dư thu được một khí hoặc hỗn hợp khí

Nhận xét:

mrắn sau = mrắn trước – nCO(hoặc CO2)*16 hay mrắn sau = mrắn trước – nH2( hay H2O) *16

2 số mol nguyên tử oxi trong oxit

và C với số mol khí tạo thành sau phản ứng với axit

B duy nhất hoá nâu ngoài không khí

Giải d B/H2 = 15 => B = 30 là NO

Gọi số mol CO phản ứng là a mol

Quá trình oxi hoá CO > CO2

C2+ > C4+ + 2e

a 2a

Quá trình khử NO3- + 4H+ + 3e - > NO + 2H2O

0,02 0,06 0,02 (mol)

Theo định luật bảo toàn ta có : 2a= 0,06 => a = 0,03 mol

Theo định luật bảo toàn khối lượng

mFe2O3 + mCO = m hhrắn + mCO2

 mFe2O3 = mhhrắn + mCO2 - mCO = 6,72 + 44.0,03 - 28 0,03 = 7,2 gam

thu được 24 gam muối khan Xác định thành phần hỗn hợp ban đầu

Giải

Fe > Fe2(SO4)3

a 0,5 a

Fe2O3 > Fe2(SO4)3’

b 0,5 b

-> nCO2 = nCaCO3 = 0,06 mol

a Fe > Fe+3 + 3e

0,06 C+2 -> C+4+ 2e

0,18 S+ 6 + 2e > S+ 4

Phương trình bảo toàn e :

3a + (2 0,06 ) = 0,18 2

> a= 0,08 mol (I)

Khối lượng muối 400(0,5 a+ b) = 24 gam

> 0,5 a + b = 0,06 mol (II)

Từ (I) và (II) a = 0,08 mol = nFe hay mFe = 4,48 gam

b = 0,02 mol = nFe2O3 hay m Fe2O3 = 3,2 gam

được hỗn hợp khí Trong trường hợp này chất khử là kim loại ,chất oxi hoá là axit Khi đó sử

dụng định luật bảo toàn ta sẻ lập được biểu thức liên hệ giữa số mol của các kim loại phản ứng với số mol của các sản phẩm tạo thành.

Thông thường dạng toán này xác định lượng muối tạo thành hoặc xác định sô mol axit tham gia phản ứng

Có thể áp dụng công thức tính nhanh sau:

khí hỗn hợp 2 khí không màu có khối lượng 2,59 gam Trong đó có 1 khí hoá nâu ngoài không khí

a Tính % về khối lượng của mỗi kim loại.

b Tính số mol HNO3 phản ứng

c Khi cô canh dung dịch A thu được bao nhiêu gam muối khan.

Giải.

hoặc N2O

Ta có 20 a + 44b = 2,59 (I)

a+ b = 0,07 (II)

từ (I) và (II) a=0,035 và b= 0,035 mol

Quá trình oxi hoá Mg và Al

Mg -> Mg2+ + 2 e

x x 2x

Al > Al3+ + 3e

y y 3y

NO3- + 4H+ + 3e - > NO + 2H2O (1)

a 4a 3a a

2NO3- + 10H+ + 8e - > N2 O + 5H2O (2)

2b 10b 8b b

Theo định luật bảo toàn e ta có : 2x + 3y = 3a + 80 b = 0,385 (III)

Từ (III) và (IV) => x= 0,161 và y = 0,021 (mol)

khối lượng muối = 28,301 gam

Thí dụ 2( Đề TSĐH -khối A -2007) Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu có tỉ lệ mol

dư Biết dX/ H2 = 19

Xác địnhgiá trị của V ?

Giải mFe + mCu = 12 gam

Do tỉ lệ mol 1: 1 nên nFe= nCu = 0,1 mol

Quá trình oxi hoá Fe và Cu Fe -> Fe+3 + 3e

0,1 0,3 0,1 (mol)

Cu > Cu+2 + 2e

NO3- + 4H+ + 3e - > NO + 2H2O

a 4a 3a a

NO3- + 2H+ + 1e - > NO2 + H2O

ta có hệ : a + b = 0,5 (mol) (I)

( 30 a + 46 b)/ (a+b) = 38 (II)

Từ (I) và (II) => a= b = 0,125 mol

Thí dụ 3 Một hỗn hợp X gồm hai kim loại A và B (đều có hóa trị II, MA ≈ MB) có khối lượng là 9,7

B

Giải:

Trước hết ta đi tính số mol mỗi chất trong hỗn hợp Z

:

SO x

NO y





 ⇒

2,688

22, 4

x y

+

X phản ứng với dung dịch Y thì xảy ra 4 phản ứng Hơn nữa lượng chất tham gia ở mỗi phản ứng ta chưa rõ nên chưa thể xác định Nhưng tóm lại chúng bao gồm các quá trình sau:

Phản ứng của chất oxi hóa:

S+6 + 2e → S+4 (SO2)

0,12 0,06

N+5 + 3e → N+2 (NO)

0,18 0,06

nên số mol e nhận bởi 2 axit là 0,12 + 0,18 = 0,3 mol

Phản ứng của chất khử:

A → A+2 + 2e

a 2a

B → B+2 + 2e

b 2b

nên số mol e cho của hai kim loại là 2a + 2b

và ta có: 2a + 2b = 0,3 hay a + b = 0,15

9, 7

64, 67 0,15

X

m

M

n

Vì MA ≈ MB nên MA = 64 (Cu) và MB = 65 (Zn)

Dạng4 Cho hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch chứa nhiều muối

Khi cho hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chứa nhiều muối thì các phản ứng xẫy ra

theo thứ tự : kim loại có tính khử mạnh hơn và muối có tính oxi hoá mạnh hơn sẻ phản ứng trước Các phản ứng xẩy ra sau đó phụ thuộc vào số mol của các kim loại và muối Nhìn chung

ta rất khó xác định được các phản ứng xẩy ra khi chưa biết được số mol các chất.

Thí dụ 1 Cho hỗn hợp gồm 0,1 mol Al và 0,1 mol Zn tác dụng hoàn toàn với 1 lít dung dịch A chứa

C tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 4,9 gam kết tủa Tính nồng độ mol/l của các muối trong dung dịch A

Giải:

Các phản ứng có thể xẫy ra khi cho hỗn hợp kim loại vào dung dịch A:

Al + 3 AgNO3 = Al(NO3)3 + 3 Ag

2Al + 3Cu(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3Cu

Zn + 2 AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2Ag

Zn + Cu(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Cu

tác dụng với NaOH dư :

Al(NO3)3 + 4 NaOH = NaAlO2 + 3NaNO3 +2 H2O

Zn(NO3)2 + 4 NaOH = Na2ZnO2 + 2 NaNO3 + 2H2O

Cu(NO3)2 + 2 NaOH = Cu(OH)2↓ + 2 NaNO3

- Gọi x và y là số mol của Ag và Cu trong B ta có: 108 x + 64 y = 31,2(1)

Vì các phản ứng có sự bảo toàn electron nên tổng số mol electron do Al và Zn nhường bằng tổng số electron do Ag+ và Cu2+ nhận , ta có:

x+ 2y = 0,1 3 + 0,1 2 = 0,5 (2)

từ (1) và (2) x = 0,2 ; y= 0,15

=> CM AgNO3 = 0,2 M , CM Cu(NO3)2 = 0,2 M

Thí dụ 2.Cho 0,03 mol Al và 0,05 mol Fe tác dụng với 200 ml dung dịch Y chứa AgNO3 và

muối trong Y

Giải:

Cu(NO3)2 phản ứng hết và không tạo ra Fe(NO3)3.

Các phản ứng cío thể xẫy ra :

Al + 3 AgNO3 = Al(NO3)3 + 3 Ag (1)

2Al + 3Cu(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3Cu (2)

Fe + 2 AgNO3 = Fe(NO3)2 + 2Ag (3)

Fe + Cu(NO3)2 = Fe(NO3 )2 + Cu (4)

Cho hỗn hợp tác dụng với HCl chỉ có Fe phản ứng:

Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2↑

=> nFe = n H2 = 0,03 mol

108 x + 64 y + 0,03 56= 8,12 <=.> 108 x + 64 y = 6,44 (I)

Số mol Fe phản ứng với dung dịch muối là 0,02 mol , theo sự bảo toàn electron: tổng số mol electron

⇒x + 2y = 0,13 mol (II)

Từ (I) và (II) => x=0,03 , y= 0,05

CM AgNO3 = 0,15 M ; CM Cu(NO3)2 = 0,25 M

Dạng 5 Xác định sản phẩm tạo thành của ở các quá trình oxi hoá - khử Ta thường gặp các dạng

toán xác định sản phẩm của sự khử S +6 trong H 2 SO 4 , N +5 trong HNO 3 khi cho các chất khử ( kim loại , FeO , Fe 3 O 4 .) tác dụng với các dung dịch axit trên

Ta có các quá trình : N+5 + ne -> N5-n

S+6 + me > S6- m

Như vậy ở đây muốn xác định được sản phẩm thì ta phải xác định được giá tri của m và n.

Thí dụ 1 Hoà tan hoàn toàn 2,52 gam hỗn hợp Mg và Al bằng dung dịch HCl thu được 2,688 lít

Giải ta có : x= nMg = 0,06 mol, y= nAl = 0,04 mol

Tổng số mol e mà Mg và Al nhường = 24x+ 3y = 0,24 mol

S+6 + me > S6- m

0,03 m 0,03 (mol)

Theo định luật bảo toàn e: 0,03 m = 0,24 => n= 8

Vậy sản phẩm của phản ứng là : H2S ( S+6 + 8e > S-2)

Giải

N+5 + n e > N5- n

0,08n 0,08

Ta có 0,08 n= 0,24 => n=3

Sản phẩm của phản ứng là NO

Ta có NO3- + 4H+ + 3e - > NO + 2H2O

=> Vdd = 63 0,32.100/10,5 1,2 = 160 ml

theo số mol khí tạo thành dựa vào quá trình khử ion NO 3 -

thúc phản ứng thu được 0,05 mol sản phẩm khử duy nhất có chứa S Xác định sản phẩm đó

Ta có nFe = nCu= 0,02 mol

Ta có 0,02 Fe > Fe+3 + 3e

0,02 Cu > Cu2+ + 2e

0,05 S+6 + ne -> S6-n

Theo định luật bảo toàn e : 0,02* 3 + 0,02*2 = 0,05 n > n =2

Vậy sản phẩm khử là SO2

Dang6 Phản ứng nhiệt nhôm.

Bài toán nhiệt nhôm thường gặp cho hỗn hợp gồm nhôm và oxit sắt như Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4

tiến hành ở nhiệt độ cao không có không khí sau đó hoà tan vào dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng , HNO 3 hoặc vào dd axit không có tính oxi hoá hoặc kiềm

Như vậy nhôm đóng vai trò chất khử, còn oxit săt , axit HNO 3 hay H 2 SO 4 đặc đóng vai trò chất oxi hoá.

Thí dụ1 Trộn 2,7 gam Al vào 20 gam hỗn hợp Fe2O3 và Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm

định khối lượng của Fe2O3 và Fe3O4?

Giải

Ta có 0,1 Al > Al+3 + 3e

a 3Fe+ 8/3 > 3 Fe+3 + 1e

0,36 N+5 + 1e > N+4

áp dụng bảo toàn e : 0,1 *3 + a = 0,36 *1 > a =0,06 mol

 n Fe3O4 =0,06 mol > m Fe3O4 = 13,92 gam

Thí dụ2 Trộn đều a gam bột Al với x gam bột Fe3O4 được hỗn hợp A Sau khi thực hiện phản ứng

khí (đktc) Thiết lập biểu thức tính x theo V, a áp dụng: a = 2,835 gam ; V = 2,805 lít

Thí dụ3 Khi nung hỗn hợp A gồm Al, Fe2O3 được hỗn hợp B (giả thiết hiệu suất 100%) Có thể chia

được 1,12 lít khí ở đktc Phần còn lại hoà tan trong dung dịch NaOH dư thì lượng chất rắn không tan

là 4,4 gam

a Viết các phương trình phản ứng xảy ra

b Xác định khối lượng các chất trong các hỗn hợp A, B (ĐH Thái Nguyên-92)

Dạng7 Bài toán điện phân

Điện phân là dùng năng lượng điện để thực hiện phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trên catot và anot

+ Tại catot (cực âm) xảy ra quá trình khử (nhận e)

+ Tại Anot (cực dương) xảy ra quá trình oxi hoá (cho e)

Sau khi viết các quá trình xẫy ra tại các điện cực ta áp dụng định luật bảo toàn e

Số mol e nhận ở cực âm(catot) = sô mol e nhường ở cực dương ( anot)

hợp kimloại ở catot và 4,48 lít khí hiđro ở anôt(đktc) Tính số mol mỗi muối trong X ?

Khí thoát ra là O2

a Ag+ +1 e > Ag

b Cu2+ + 2e > Cu

0,2 2O2- -4e > O2

áp dụng bảo toàn e : a + 2b =0,8

Khối lượng kimloại 108a + 64 b =56

lên Tìm?

Ta có các quá trình xẫy ra ở điện cực

0,04 Cu 2+ + 2e > Cu

0,03 2Cl- - 2e > Cl2

x 2O2- - 4e > O2

áp dụng bảo toàn e : 2* 0,04 = 2*0,03 + 4x

=> x = 0,005 mol

Thí dụ 3 Dung dịch X chứa HCl, CuSO4, Fe2(SO4)3. Lấy 400ml X đem điện phân với điện cực trơ, I

= 7,72A đến khi ở (K) được 0,08mol Cu thì dừng lại Khi đó ở (A) có 0,1 mol 1 chất khí bay ra Tính nồng độ [Fe2+]

Các quá trình xẫy ra ở điện cự c

ở catôt Fe3+ + 1e > Fe 2+ ở anôt : 2Cl - - 2e > Cl2

x x x 2*0,1 mol 0,1 mol

Cu2+ + 2e > Cu

2* 0,08 0,08 mol

áp dụng bảo toàn e : x + 2*0,08 = 2*0,1 => x =0,0a mol

=> [Fe2+] = 0,04/0,4 = 0,1 M

Ngoài các dạng bài tập trên ta có thể áp dụng phương pháp bảo toàn electron tính nhanh số mol axit

IV Kết luận

Kiến thức phần phản ứng oxi hoá khử là 1 nội dung quan trọng Công cụ giải toán nhanh cho phần này chính là phương pháp bảo toàn electron Để đạt được hiệu quả cao trong quá trình giảng dạy giáo viên phải phân loại bài tập và nêu phương pháp giải cho từng loại Bài tập liên quan đến

phản ứng oxi hoá quy về một số dạng trên rất mong các bạn đồng nghiệp cùng quan tâm trao đổi