PHƯƠNG PHÁP ION-ELECTRON: Huỳnh Thị Long - Trường THPT Sào Nam Duy Xuyên Quảng Nam - ĐT: 0978739996 Áp dụng giải các bài toán phản ứng oxi hóa –khử có môi trường ;cân bằng các phản ứng
Trang 1PHƯƠNG PHÁP ION-ELECTRON: ( Huỳnh Thị Long - Trường THPT Sào Nam Duy Xuyên Quảng Nam - ĐT: 0978739996)
Áp dụng giải các bài toán phản ứng oxi hóa –khử có môi trường ;cân bằng các phản ứng oxi hóa –khử có môi trường phức tạp; tính lượng môi trường H+
tham gia phản ứng và ngược lại ; biết lượng sản phẩm khử,tính lượng H+ Chỉ áp dụng cho dạng toán kim loại hoặc hỗn hợp các kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh H2SO4 đặc , HNO3 là tối ưu nhất
Nếu học sinh không biết phương pháp ion-electron này mà sử dụng phương pháp khác để giải những bài toán hóa dạng trên , sẽ mất thời gian và có thể không tìm ra kết quả của bài toán
Đối với bài toán oxit kim loại hoặc hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit theo phản ứng oxi hóa khử , khi sử dụng phương pháp ion – electron thì ngoài số mol H+ tính theo bán phản ứng ion – electron còn có số mol H+ lấy oxi của oxit để tạo H2O
*PHƯƠNG PHÁP: Cân bằng theo phương pháp ion-electron áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử xẩy ra trong dung dịch có sự tham gia của môi trường
: axit , bazơ , nước Khi cân bằng cũng sử dụng theo 4 bước như phương pháp thăng bằng electron nhưng chất oxi hóa , chất khử được viết đúng dạng mà nó tồn tại trong dung dịch theo nguyên tắc sau :
1 Nếu phản ứng có axit tham gia : + Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm bấy nhiêu H2O để tạo ra H+ ở vế kia và ngược lại Ví dụ : NO3- →NO
Vế phải thiếu 2 O , thêm vế phải 2H2O để tạo vế trái 4 H+ sau đó cân bằng điện tích của bán phản ứng NO3- + 4H+ + 3e →NO +2H2O
2 Nếu phản ứng có bazơ tham gia : + Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm lượng OH- gấp đôi để tạo H2O ở vế kia và ngược lại Ví dụ : Cr2O3 → 2CrO4
2-Vế trái thiếu 5 O thêm vế trái 10 OH- để tạo 5H2O ở vế phải , sau đó cân bằng điện tích bán phản ứng Cr2O3 +10 OH- → 2CrO42- + 5H2O + 6e
Ngoài ra học sinh cần phải linh hoạt trong các trường hợp ngoài lệ
3 Nếu phản ứng có H2O tham gia : * Sản phẩm phản ứng tạo ra axit , theo nguyên tắc 1 * Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ , theo nguyên tắc 2
MnO4- + 2H2O +3e→ MnO2 + 4OH-
***Chú ý sự thay đổi số oxi hóa của một số chất theo môi trường : KMnO4 +Trong môi trường bazơ : tạo K2MnO4 +Trong môi trường trung tính và kiềm yếu : tạo MnO2 , KOH + Trong môi trường axit : tạo Mn 2+ * BÀI TẬP VẬN DỤNG: Dạng 1 : Cân bằng phản ứng oxi hóa khử có môi trường 1.Bổ túc và cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp ion-electron : a FeSO4+KMnO4 +H2SO4 → + … + … + …
b SO2 + KMnO4 + H2O → + … + …
c CH2=CH2 + KMnO4 +H2O → HOCH2-CH2OH + … + … d Cu + NaNO3 +HCl → e FeS + HNO3đ→ Bài làm: a.Ta có :FeSO4+KMnO4 +H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 +K2SO4 +H2O
2Fe2+ → 2Fe3+ + 2e x 5 MnO4- + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O x 2
10FeSO4+2KMnO4 +8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 +2MnSO4 +K2SO4 +8H2O b Ta có : SO2 + KMnO4 +H2O → K2SO4 +MnSO4 +H2SO4 SO2 + 2H2O →SO42- + 4H+ +2e x 5 MnO4- +8H+ +5e→ Mn2+ + 4H2O x 2 5SO2 + 2MnO42- +2H2O → 5SO42- + 4H+ +2Mn2+ 5SO2 + 2KMnO4 +2H2O → K2SO4 +2MnSO4 +2H2SO4 c Ta có: CH2=CH2 + KMnO4 +H2O →HOCH2-CH2OH + MnO2 + KOH MnO4- + 2H2O +3e → MnO2 + 4OH- x 2 CH2=CH2 + 2OH- → HOCH2-CH2OH +2e x 3 3 CH2=CH2 + 2KMnO4 +4H2O →3HOCH2-CH2OH + 2MnO2 + 2KOH d Cu + NaNO3 +HCl →Cu2+ + NO + … Cu →Cu2+ +2e x 3 NO3- +4H+ +3e → NO+ 2H2O x 2
3Cu + 8H+ + 2NO3-→3Cu2+ + 2NO + 4H2O Có 2 phương trình phân tử phù hợp : 3Cu + 8NaNO3 + 8HCl → 3Cu(NO3)2 + 8NaCl + 2NO + 4H2O 3Cu + 2NaNO3 + 8HCl → 3CuCl2 + 2NaCl + 2NO + 4H2O e FeS + HNO3đ →
FeS +4H2O →Fe3+ + SO42- + 8H+ + 9e x 1 NO3- +2H+ +1e → NO2+ H2O x 9
FeS + 9NO3- + 10H+ →Fe3+ + SO42- + 9NO2 + 5H2O
Có 2 phương trình phân tử phù hợp : FeS + 12HNO3đ → Fe(NO3)3+ H2SO4 + 9NO2 + 5H2O 3FeS + 30HNO3đ → Fe(NO3)3+ Fe2(SO4)3+ 27NO2 + 15H2O Dạng 2 : Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa 2 Hỗn hợp A gồm nhiều kim loại chưa biết hóa trị hòa tan vừa vặn trong 800ml dung dịch HNO3 sinh ra hỗn hợp gồm 0,2 mol N2 + 0,1 mol NO Tính nồng độ CM của dung dịch HNO3 đã dùng ? A 1,5M B 2,5M C.3,5M D.4,5M Ta có : 2NO3- +12H+ +10e → N2 + 6H2O (1)
2,4 0,2 mol NO3- +4H+ +3e → NO+ 2H2O (2)
0,4 0,1 mol Từ (1), (2) →n HNO3 = nH+ = 2,4 +0,4 = 2,8 mol ; [HNO3] = 2,8 : 0,8 = 3,5M 3 Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe , Al , Mg tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 6,72 lit hiđro ở (đktc) Tính thể tích dung dịch HNO3 2M đã dùng để hòa tan hết cũng m gam hỗn hợp X trên ? Biết lượng HNO3 đã dùng dư 20% so với lượng cần thiết và NO là sản phẩm khử duy nhất Bài làm: Vì cũng m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư hoặc dung dịch HNO3 dư nên tổng số mol electron nhận trong 2 trường hợp này phải bằng nhau
Ta có : 2H+ +2e → H2 (1)
mol 0,6 6,72/22,4
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (2)
mol 0.8 0,6
Từ (1), (2) suy ra số mol H+=số mol HNO3 phản ứng = 0,8 mol Vì lượng HNO3 đã dùng dư 20% so với lượng cần thiết nên : Số mol HNO3 đã dùng =0,8 + 20%.0,8 = 0,96 mol V dd HNO3 = 0,96 : 2 = 0,48 lit Dạng 3 : Oxit kim loại hoặc hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit theo phản ứng oxi hóa khử 4 Hòa tan m gam hỗn hợp Y gồm FeO , Fe2O3 , Fe3O4 (với nFeO : n Fe2O3 = 1 : 1 ) cần 200ml dung dịch HNO3 1,5M thu được x lit khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Giá trị của m,x lần lượt là : A.7,46 gam;0,24 lit B.52,2gam;1,68 lit C 52gam; 0.07 lit D.51,2gam; 1,68 lit Bài làm: Vì hỗn hợp Y gồm FeO , Fe2O3 , Fe3O4 có tỉ lệ mol FeO và Fe2O3 là 1:1 , nên ta xem hỗn hợp Y chỉ có Fe3O4 Số mol H+=số mol HNO3 = 0,2 1,5 = 0,3 mol
Cách 1 (Fe3O4) 3Fe+8/3 → 3Fe3+ +1e (1) x 3 3 0,3/28 3 0,3/28
Ta có : NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (2) x 1 3 0,3/28 0,3/28 mol Từ (1) , (2) ⇒ để tạo 1 mol NO phải cần 3 mol Fe3O4 → 12 mol O → 12 mol H2O → 24 mol H+ (3)
Từ (2) , (3) → Để tạo 1 mol NO cần 4 mol H+ tham gia vào quá trình khử
và 24 mol H+ tạo môi trường Cần 28 mol H+
Vậy: 28 mol H+ tạo 1mol NO ; 0,3 mol H+ tạo số mol NO là : 0,3/28 mol
VNO =22,4 0,3/28 = 0,24 lit Từ (1) , (2) ⇒ 232 3 0,3/28 = 7,46 gam
Trang 2Cách 2 : 3Fe3O4 + 28 HNO3 → 9 Fe(NO3)3 + NO + 14 H2O
Mol : 3 0,3/28 0,3 0,3/28
Suy ra kết quả như trên
Nếu HS giải theo cách sau :
(Fe3O4) 3Fe+8/3 → 3Fe3+ +1e (1)
Mol : 0,225 0,225
Ta có : NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (2)
mol 0,3 0,225 0,075
Từ (1) , (2) ⇒ m= 0,225 232 = 52,2gam ; x = 0,075 22,4 = 1,68 lit
Chọn B là sai Vì còn có H+ lấy oxi của oxit tạo nước Đối với dạng này khi
giải HS phải cẩn thận!
III BÀI TẬP TỰ LUYỆN :
1 Bổ túc và cân bằng phản ứng sau theo phương pháp ion-electron :
FeS2 + HNO3 đặc →
2 Hòa tan 3,085 gam hỗn hợp gồm Al , Zn , Fe trong 0,04 lit dung dịch
H2SO4đăcnong x mol/lit vừa đủ thu được dung dịch A ; 1,792 lit ( đktc) khí SO2
và 0,32gam S Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan Giá trị của m
và x là : A 13,645g và 10M B 13,645 g và 5M
C 13,55g và 12M D 13,55g và 22M
3 Để m gam bột Fe trong không khí thu được 3g hỗn hợp chất rắn X Hòa tan
vừa hết 3g hỗn hợp X này cần 500ml dung dịch HNO3 a mol/lit thu được 0,56
lit NO sản phẩm khử duy nhất Giá trị của m và a lần lượt là :
A 0,4M ; 2,152g B 0,3M ; 2,152g C 0,32 M ; 2,52g D 0,2M; 2,52g
4 Có 2 dung dịch X , Y thỏa mãn :
X + Y → không phản ứng ; Cu + X → không phản ứng
Cu + Y → không phản ứng ; Cu + X + Y → Cu2+ + NO + …
X , Y là : A NaNO3 ; K2SO4 B Na3PO4 ; KNO3
C NaNO3 ; KHSO4 D NaCl ; AgNO3
5 Cho hỗn hợp Al , Zn vào dung dịch NaOH , NaNO3 thấy thoát ra 2 khí X ,
Y X , Y là : A H2 ; NO B H2 ; N2O C H2 ; NO2 D H2 ; NH3
6 Hòa tan 10,71gam hỗn hợp gồm Al , Zn , Fe trong 4 lit dung dịch HNO3 x mol/lit vừa đủ thu được dung dịch A và 1,792 lit ( đktc) hỗn hợp khí gồm N2
và N2O có tỉ khối so với heli là 9 Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan Giá trị của m và x là : A 55,35g và 2,2M B 55,35g và 0,22M
C 53,55g và 2,2M D 53,55g và 0,22M
7 Cho m gam bột Fe tác dụng với dung dịch chứa 1 mol HNO3 đun nóng khuấy đều , phản ứng toàn , giải phóng ra 0,25 mol khí NO là sản phẩm khử duy nhất của HNO3 , sau phản ứng còn lại 1 g kim loại Tính m ?
A 14g B 15g C 22g D 29g
8 Cho 13,4g hỗn hợp Fe , Al , Mg tác dụng hết với một lượng dung dịch
HNO3 2M (lấy dư 10% ) thu được 4,48 lit hỗn hợp NO và N2O có tỉ khối so với hiđro bằng 18,5 và dung dịch không chứa muối amoni Thể tích dung dịch HNO3 đã dùng và khối lượng muối có trong dung dịch sau phản ứng lần lượt
là : A 15,4 lit và 81g B 0,77 lit và 81,6g C 1,4 lit và 86g D 0,7 lit và 80,6g
9 Hòa tan hoàn hỗn hợp X gồm 2 kim loại A và B trong dung dịch HNO3loãng Kết thúc phản ứng thu dược hỗn hợp khí Y gồm 0,1mol NO ; 0,15mol NO2 ; 0,05 mol N2O Biết rằng không có phản ứng tạo NH4NO3 Số mol HNO3
phản ứng là : A 0,75mol B 0,9mol C 1,2mol D 1,05mol
10 Hòa tan 1,68 g kim loại M trong dung dịch HNO3 3,5M lấy dư 10% thu được sản phẩm khử gồm 0,03mol NO2 và 0,02mol NO Thể dung dịch HNO3
đã dùng và kim loại M là :
A 40ml , Fe B 44ml , Fe C 40ml , Al D 44ml , Al
2 B 3 C 4 C 5 D 6 B 7 C 8
8,96 lit(đktc) hỗn hợp gồm NO2 và NO có tỉ lệ thể tích 3:1.Xác định kim loại M
hỗn hợp khí B gồm NO và một khí X với tỉ lệ thể tích là 1:1 Xác định khí X
0,224 lit khí X( đktc) là sản phẩm khử duy nhất Xác định X
Câu 4: Hòa tan 2,4 g hỗn hợp Cu và Fe có tỷ lệ số mol 1:1 vào dung dịch
H2SO4 đặc, nóng Kết thúc phản ứng thu được 0,05 mol một sản phẩm khử duy
nhất có chứa lưu huỳnh Xác định sản phẩm đó
Câu 5: Có 3,04g hỗn hợp Fe và Cu hòa tan hết trong dung dịch HNO3 tạo thành
0,08 mol hỗn hợp NO và NO2 có M 42 = Hãy xác định thành phần % hỗn
hợp kim loại ban đầu
kim loại có 0,03 mol Al và 0,05 mol Fe Sau phản ứng được dung dịch C và
8,12 gam chất rắn B gồm 3 kim loại Cho B tác dụng với dd HCl dư thì thu
được 0,672 lit H2( đktc) Tính nồng độ mol/l của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong A
Bài 7: Đề p gam bột sắt ngoài không khí sau một thời gian thu được chất rắn R
nặng 7,52 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4 Hòa tan R bằng dung dịch HNO3 đặc, nóng
thu được 0,672 lit( đktc) hỗn hợp NO và NO2 có tỷ lệ số mol 1:1 Tính p
Bài 8: Trộn 2,7 gam Al vào 20 g hỗn hợp Fe2O3 và Fe3O4 rồi tiến hành phản
ứng nhiệt nhôm được hỗn hợp A Hòa tan A trong HNO3 thấy thoát ra 0,36 mol
NO2 là sản phẩm khử duy nhất Xác định khối lượng của Fe2O3 và Fe3O4
Bài 9: tiến hành điện phân hoàn toàn dung dịch X chứa AgNO3 và Cu(NO3)2
thu được 56 gam hỗn hợp kim loại ở catôt và 4,48 lit khí ở anôt( đktc) Tính số
mol mỗi muối trong X
Bài 10: Thổi một luồng CO qua hỗn hợp Fe và Fe2O3 nung nóng được chất khí
B và hỗn hợp D gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Cho B lội qua dung dịch nước vôi
trong dư thấy tạo 6 gam kết tủa Hòa tan D bằng H2SO4 đặc, nóng thấy tạo ra
0,18mol SO2 còn dung dịch E Cô cạn E thu được 24g muối khan Xác định
thành phần hỗn hợp ban đầu
Bài 11: Cho 5,1 gam hỗn hợp hai kim loại Al và Mg tác dụng với dung dịch
HCl dư thu được 5,6 lit H2(đktc) Tính thành phần % theo khối lượng của Al và
Mg trong hỗn hợp đầu:
Bài 12: Cho 8,3 gam hỗn hợp hai kim loại Al và Fe tác dụng với dung dịch
H2SO4 đặc dư thu được 6,72 lit khí SO2 (đktc) Khối lượng của mỗi kim loại
trong hỗn hợp ban đầu:
Bài 13: Trộn 60g bột Fe với 30 g bột lưu huỳnh rồi đun nóng( không có không
khí) thu được chất rắn A Hòa tan A bằng dung dịch HCl dư được dung dịch B
và khí C Đốt cháy C cần V lit O2 (đktc) ( biết các pư xảy ra hoàn toàn) V có
giá trị: A 32,928lit B 16,454lit C 22,4lit D 4,48lit
Bài 14: Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành
hỗn hợp A có khối lượng 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lit khí
SO2( đktc) Khối lượng a gam là: A 56g B 11,2g C 22,4g D
25,3g
Thể tích V và khối lượng HNO3 đã phản ứng:
A 0,048lit; 5,84g B 0,224lit; 5,84g C 0,112lit; 10,42g D 1,12lit; 2,92g Bài 16: Hỗn hợp A gồm 2 kim loại R1, R2 có hóa trị x,y không đổi( R1 và R2
không tác dụng với nước và đứng trước Cu trong dãy hoạt động hóa học) Cho hỗn hợp A phản ứng hoàn toàn với dung dịch CuSO4 dư, lấy Cu thu được cho phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 dư thu được 1,12 lit NO duy nhất( đktc) Nếu cho hỗn hợp A trên phản ứng hoàn toàn với HNO3 thì thu được
N2 với thể tích là: A 0,336lit B 0,2245lit C 0,448lit D 0,112lit Bài 17: Khi cho 9,6gam Mg tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc thấy có 49gam H2SO4 tham gia phản ứng tạo muối MgSO4, H2O và sản phẩm khử X X
1,12lit NO và NO2 có khối lượng trung bình là 42,8 Biết thể tích khí đo ở đktc Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là:
dụng hoàn toàn với lượng vừa đủ là 250ml dung dịch HNO3, khi đun nóng nhẹ được dung dịch B và 3,136 lit hỗn hợp khí C( đktc) gồm NO2 và NO có tỷ khối
so với H2 bằng 20,143
Bài 20(ĐTS A 2007): Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu( tỷ lệ mol 1:1)
bằng axit HNO3, thu được V lit( đktc) hỗn hợp khí X( gồm NO và NO2) và dung dịch Y( chỉ chứa 2 muối và axit dư) Tỷ khối của X đối với H2 bằng 19
Giá trị của V là: A 4,48lit B 5,6lit C 3,36lit D 2,24lit Bài 21: Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 ở nhiệt độ cao một thời gian người ta thu được 6,72 g hỗn hợp gồm 4 chất rắn khác nhau A Đem hòa tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO3 dư thấy tạo thành 0,448 lit khí B duy nh6at1 có tỷ khối so với H2 bằng 15 m nhận giá trị là:
Bài 22: Nung m gam sắt trong không khí, sau một thời gian người ta thu được
104,8 gam hỗn hợp rắn A gồm Fe,FeO,Fe2O3 và Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn A trong HNO3 dư thu được dung dịch B và 12,096 lit hỗn hợp khí NO và NO2
(đktc) có tỷ khối so với He là 10,167 Giá trị m là: