Định luật bảo toàn Electron

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HOÁ HỌC Chu Anh Tuấn THPT Số 1 Nghĩa Hành – Quảng Ngãi iệc áp dụng nhuần nhuyễn các ñịnh luật bảo toàn kết hợp với các phư

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON

ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HOÁ HỌC

Chu Anh Tuấn

THPT Số 1 Nghĩa Hành – Quảng Ngãi

iệc áp dụng nhuần nhuyễn các ñịnh luật bảo toàn kết hợp với các phương pháp giải bài tập khác như các ñại lượng trung bình, ghép ẩn số giúp ta dễ dàng ñi ñến các kết quả một cách ngắn gọn nhất

Chúng tôi muốn giới thiệu một số bài tập có liên quan ñến ñịnh luật bảo toàn electron áp dụng cho cả

ba khối lớp 10,11,12 Vì thời gian biên tập quá ngắn và trong khuôn khổ tài liệu nhỏ nên không thể tránh những thiếu sót, rất mong thầy cô giáo góp ý bổ sung

Nguyên tắc chung ñể giải bài toán theo phương pháp bảo toàn electron là phải viết ñầy ñủ các quá trình oxihóa và ñầy ñủ các quá trình khử ñể xác ñịnh tổng số electron của chất khử nhường và tổng số electron của chất oxi hóa nhận rồi dựa vào dữ kiện ñề bài ñể thiết lập phương trình toán học liên hệ

Do các bài toán này không cho dữ kiện ñể thiết lập phương trình ñại số theo số mol và theo khối lượng các chất có trong phản ứng Để giải bài toán lập phương trình ñại số căn cứ vào số mol electron trao ñổi ( sự bảo toàn ñiện tích)

Trong mọi phản ứng oxihóa - khử diễn ra hai quá trình

Quá trình o xi hóa: Kh1 → Ox1 + ne x

Quá trình khử: Ox2 + me → Kh2 y

Phản ứng liên quan ñến hai cặp o xi hóa - khử

Ox1 Ox2

Kh1 Kh2

E01 < E02

Phản ứng xảy ra: Kh1 + Ox2 → Ox1 + Kh2

Định luật bảo toàn electron : xn = ym

Bài tập minh hoạ:

Bài 1:

Hỗn hợp A gồm 2 kim loại hoạt ñộng X,Y có hóa trị không ñổi

Lấy 3,94gam A nung trong oxi dư ñể oxihóa hoàn toàn thu ñược 4,74gam hỗn hợp 2 oxit

Lấy 3,84gam A hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HCl và H2SO4 loãng thu ñược V lít khí H2 ở 1,5atm và 54,6oC Tính V?

Giải:

Gọi m,n là hóa trị của X,Y

Phản ứng xảy ra: 2X + m

2 O2 → X2Om (1)

2Y + n

2 nN O x yO2 → Y2On (2)

Ap dụng ñịnh luật bảo toàn khối lượng

2 O

m phản ứng = 0,8 gam

Quá trình khử của O2: O2 + 2.2e → 2O2- (3)

Từ (3) :

e (O nhân) O

n = 4.n 0,1 mol =

Quá trình oxi hóa của kim loại:

V

Y → Yn+ + ne (5)

Áp dụng ñịnh luật bảo toàn e lectron

Số mol e nhận = số mol e nhường

X,Y tác dụng với H2SO4 loãng

X + m H+ → Xm+ + H2 (6)

Y + n H+ → Yn+ + H2 (7) Quá trình khử của iom H+ :

Quá trình oxi hóa của kim loại hai phản ứng (6) và (7) cũng là (4) và (5) nên

Số mol e do A nhường cho O2 = số mol e do A nhường cho H+ = 0,1mol

Từ (8) ta có

2 H

n = 0,05 mol

2 H

V = 0,896 lít

Bài 2:

Cho 12,6 gam hỗn hợp Mg và Al theo tỉ lệ mol 3:2 tác dụng với H2SO4 ñặc, nóng vừa ñủ thu ñược 0,15mol sản phẩm có lưu huỳnh Xác ñịnh sản phẩm trên là SO2, S hay H2S?

Giải:

Gọi x,y lần lượt là số mol của Mg và Al

24x + 27y = 12,6

x 3

=

y 2 => x = 0,3, y = 0,2

Gọi n là số oxi hóa của lưu huỳnh trong sản phẩm

Mg → Mg2+ + 2e (1)

Al → Al3+ + 3e (2) Suy ra: n e nhường = 0,12 mol

S+6 + (6 − n) → Sn (3)

Theo ñịnh luật bảo toàn e lec tron :

0,12 = (6−n)0,15 => n =2 => Sản phẩm là H2S

Bài 3:

Cho 13,92 gam Fe3O4 tác dụng hết với HNO3 thu ñược 0,448 lít khí NxOy (ñktc)

a Xác ñịnh công thức phân tử của NxOy ?

b Tính thể tích dung dịch HNO3 2M ñã dùng, biết trong thí nghiệm ñã dùng axit dư 25% so với lượng phản ứng

Giải:

a

3 4

Fe O

n = 0,06 mol,

x y

N O

n = 0,02mol Quá trình khử của NO3

-(6x - 2 y) H+ + xNO3- + (5x - 2y)e → NxOy + ( 3x-2y)H2O (a)

ne nhận = 0,02( 5x -2y) (1)

Quá trình oxi hóa của Fe3O4

Fe3O4 + 8H+ → 3Fe3+ + 4H2O + 1e (b)

ne nhường = 0,06 mol (2)

Từ (1) và (2) áp dụng ñịnh luật bảo toàn e lec tron

0,02(5x -2y)= 0,06

5x - 2y = 3 ( x,y ≥ 1, nguyên)

x = y = 1

Vậy công thức phân tử của NxOy là NO

b Từ (a) và (b) suy ra :

3 HNO

(a) H

n + +

(b) H

n = 0,56

3 HNO

n dùng = 0,7 mol 3

HNO

V = 0,35 lít

Bài 4:

Cho 0,03mol Al và 0,05mol Fe tác dụng với 100ml dung dịch A có chứa Cu(NO3)2 và AgNO3 Sau phản ứng thu ñược dung dịch B và 8,12gam chất rắn C gồm 3 kim loại Cho chất rắn C tác dụng với dung dịch HCl dư thu ñược 0,672 lít H2 (ñkc) Các phản ứng xảy ra hoàn toàn Tính nồng ñộ mol/lít của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong dung dịch A

Giải:

Các phương trình phản ứng xảy ra

Al + 3Ag+ → Al3+ + 3Ag

2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu

Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2

2 H

n = 0,03 mol => nFedư = 0,03 mol

B gồm có: Ag, Cu, Fe dư

Gọi a,b là số mol của AgNO3 , Cu(NO3)2

Quá trình o xi hóa: Al → Al3+ + 3e

Fe → Fe2+ +2e

n e nhường = 0,19 mol

Quá trình khử: Ag+ + 1e → Ag

Cu2+ +2e → Cu 2H+ +2e → H2

nenhận = a + 2b + 0,06

Ap dụng ñịnh luật bảo toàn e lec tron

Tổng số mol e nhường = Tổng số mol e nhận

0,19 = a +2b + 0,06

=> a + b = 0,13

Theo ñề ra ta có hệ phương trình

a + b = 0,13 a = 0,03

=>

108a + 64b + 0,03.56 = 8,12 b = 0,05

( )

M AgNO M Cu NO

Bài 5:

Cho m1 gam hỗn hợp gồm Mg và Al vào m2 gam dung dịch HNO3 24% Sau khi các kim loại tan hết có 8,96 lít hỗn hợp khí X gồm NO và N2O, N2 bay ra ( ñkc) và dung dịch A Thêm một lượng O2 vừa ñủ vào X, sau phản ứng ñược hỗn hợp Y Dẫn Y từ từ qua dung dịch NaOH, có 4,48 lít hỗn hợp khí Z ñi ra ( ñkc) Tỉ khối của Z ñối với H2 bằng 20 Nếu cho dung dịch NaOH vào A ñể ñược lượng kết tủa lớn nhất thu ñược 62,2 gam kết tủa

Tính m1 và m2 biết lượng HNO3 ñã lấy dư 20% so với lượng cần thiết

Giải:

nhỗn hợp X = 0,4mol

Khi cho O2 vào hỗn hợp X : 2NO + O2 → NO2

Số mol của hỗn hợp không ñổi : nX = nY = 0,4 mol

Dẫn Y vào dung dịch NaOH :

NO2 + 2NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H2O

2 2

( N O N )

n + = 0,2 mol và nNO = 0,4 - 0,2 = 0,2 mol

Ta có MZ = 40 Hỗn hợp Z gồm : N2O và N2 có số mol bằng 0,2 Giải ra ta ñược

2

N O

n = 0,15 mol ;

2 N

n = 0,05 mol

Al và Mg tác dụng với dung dịch HNO3 ta có quá trình

Mg → Mg2+ + 2e (1)

Al → Al3+ + 3e (2)

Tổng số mol e nhường = 2x + 3y

NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (3)

0,02mol 2NO3- + 10H+ + 8e → N2O + 5H2O (4)

0,15mol 2NO3- + 12H+ + 10e → N2 + 6H2O (5)

0,05mol Theo ñịnh luật bảo toàn electron

Tổng số mol e nhường = Tổng số mol e nhận

2x + 3y = 2,3 (*) Lượng kết tủa Mg(OH)2 x mol và Al(OH)3 ymol

Ta có : 58x + 78y = 62,2 (**)

Giải hệ phương trình (*) và (**) ta ñược x = 0,4 mol, y = 0,5 mol

m1 = 23,8gam ,

Từ (3) (4) và (5) ta có

+

H

n =

3 HNO

n tham gia = 2,9mol

mHNO3 = 182,7 gam

m2 = 913,5gam

Bài tập áp dụng

1 Hoà tan hết 4,431 gam hỗn hợp Al và Mg trong dung dịch HNO3 loãng thu ñược dung dịch A và 1,568 lít ( ñkc) hỗn hợp hai khí ñều không có màu có khối lượng 2,59 gam, trong ñó một khí bị hóa nâu trong không khí

a Tính % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp

b Tính số mol HNO3 ñã phản ứng

c Khi cô cạn dung dịch A thì thu ñược bao nhiêu gam muối khan

Đáp số: a %Al = 12,8% ; %Mg = 87,2%

b nHNO3 = 0,49mol

c m = 28,301gam

2 Cho hỗn hợp A gồm kim loại R ( hóa trị I) và kim loại X ( hóa trị II) Hòa tan 3 gam hỗn hợp A vào dung dịch

chứa HNO3 và H2SO4 thu ñược 2,49 gam hỗn hợp B gồm khí NO2 và khí D , có thể tích 1,344 lít ( ñkc) Tính khối lượng muối khan thu ñược

Đáp số: 7,06gam

3 Hỗn hợp X gồm Fe,FeO , Fe2O3 và Fe3O4 (tỉ lệ mol lần lượt là 1:2:3:4) Hòa tan hoàn toàn 76,8gam hỗn hợp X bằng lượng HNO3 thu ñược 4,48 lít (ñkc) hỗn hợp Y gồm NO và NO2

a Tìm tỉ khối hơi của Y so với O xi?

b Tính thể tích HNO3 4M tối thiểu cần dùng

Đáp số: a dY/O2 = 1,1875

b V = 0,8 lít

4.Hòa tan 62,1gam một kim loại M trong HNO3 loãng thu ñược 16,8 lít hỗn hợp khí X (ñkc)gồm 2 khí không màu, không hóa nâu trong không khí Tỉ khối hơi của hỗn hợp X so với H2 bằng 17,2

a Xác ñịnh công thức phân tử của muối tạo thành

b.Nếu sử dụng dung dịch HNO3 2M thì thể tích ñã dùng bao nhiêu lít, biết rằng ñã lấy dư 25% so với lượng cần thiết

Đáp số: a AlCl3

b V = 5,25 lít

5 Hòa tan hoàn toàn 9,28 gam một hỗn hợp X gồm Mg,Al,Zn với số mol bằng nhau trong một lượng vừa ñủ dung

dịch H2SO4 ñặc, nóng thu ñược dung dịch Y và 0,07 mol một sản phẩm duy nhất có chứa lưu huỳnh Hãy xác ñịnh xem sản phẩm chứa lưu huỳnh là chất nào trong số các chất sau : H2S ; S ; SO2

Đáp số : H2S

Bài toán hóa học bản thân nó ñã chứa một hệ thống các tình huống về mặt hóa học ñược ñặt ra Giải bài toán hóa học giúp các em hoàn thiện kiến thức và nâng cao kĩ năng giải bài tập hóa học

Khi viết ñề tài này, chúng tôi muốn sưu tầm các dạng bài toán có liên quan ñến ñịnh luật bảo toàn electron Tuy chưa ñầy ñủ nhưng hy vọng giúp các em có cơ sở giải ñược một số dạng toán khó, vận dụng các kiến thức hóa học ở khối 10,11,12 ñể giải các bài toán nâng cao, các bài toàn thi vào ñại học , cao ñẳng Qua ñó tạo cho các em lòng say mê học tập môn hóa , hứng thú khi giải các bài tập hóa học