Phương pháp bảo toàn electron

Nội dung phương pháp Khi cĩ nhiều chất oxi hĩa, nhiều chất khử tham gia phản ứng cĩ thể cùng 1 giai đoạn hoặc qua nhiều giai đoạn thì tổng số mol electron mà các chất khử cho phải bằng

Trang 1

I- PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1 Nội dung phương pháp

Khi cĩ nhiều chất oxi hĩa, nhiều chất khử tham gia phản ứng (cĩ thể cùng 1 giai đoạn hoặc qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hĩa nhận:

e cho = e nhận

ðiều quan trọng nhất là xác định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối cùng của các chất oxi hĩa và chất khử (trước và sau quá trình phản ứng), khơng cần tới các phương trình phản ứng trung gian

Viết các quá trình oxi hĩa ( cho electron) và quá trình khử (nhận electron) tùy vào yêu cầu của bài tốn và sử dụng các bán phản ứng electron hoặc phương pháp ion electron

Tìm được ∑e cho và ∑e nhận sau đĩ áp dụng định luật bảo tồn electron

2 Phạm vi áp dụng và một số chú ý

a/ Phạm vi áp dụng: Phương pháp bảo tồn electron cho phép giải rất nhanh nhiều bài tốn

trong đĩ cĩ nhiều chất oxi hĩa và chất khử tham gia vì theo phương pháp này chúng ta khơng cần viết các phương trình phản ứng và dĩ nhiên chúng ta khơng cần cân bằng phương trình phản ứng

b/ Một số chú ý khi giải tốn

Cần xác định đúng trạng thái oxi hĩa của các chất (nguyên tố), đặc biệt đối với Fe:

+ Nếu dùng Fe dư → muối Fe2+

+ Thể tích dung dịch HNO3 ( hoặc H2SO4 đặc nĩng) cần dùng là nhỏ nhất → muối Fe2+

ðể xác định đúng số mol axit HNO3 (hoặc H2SO4) phản ứng chúng ta nên sùng phương pháp bảo tồn nguyên tố đối với N hoặc S

3 Các bước giải

Xác định chất khử ( cho electron) và chất oxi hĩa (nhận electron) ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối(

bỏ qua các giai đoạn trung gian)

Viết các quá trình khử và quá trình oxi hĩa( cĩ thể theo phương pháp thăng bằng electron hoặc ion electron)

Tìm ∑e cho và ∑e nhận

Áp dụng ðLBT electron

PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN ELECTRON

Trang 2

II- BÀI TẬP ÁP DỤNG BÀI 1: Hịa tan 5,4g Al bằng một lượng dung dịch H2SO4 lỗng (dư) Sau phản ứng thu được V lit khí

H2(đktc) Tính giá trị của V:

A 4,48 lit B 3,36 lit C. 2,24 lit D. 6,72 lit

HƯỚNG DẪN GIẢI

+ Các em cĩ thể viết phương trình sau đĩ tính tốn

+ Dùng phương pháp bảo tồn electron

Al → Al3+ + 3e

5,4 0,2( )

27 = mol → 0,6 (mol)

2H+ + 2e → H2

2x ← x (mol) Bảo tồn electron: ∑e cho = ∑e nhận

→ 2x = 0,6 → x = 0,3 → V(H2) = 0,3.22,4 = 6,72 (lit)

→ Chọn D

BÀI 2: Cho 5,6 g Fe tác dụng với H2SO4 đặc, nĩng, dư thu được bao nhiêu lit khí SO2(đktc):

Fe

5,6

n = 0,1( )

56 = mol

Fe → Fe3+ + 3e S+6 + 2e→S+4

0,1 mol → 0,3(mol) 2x ← x

e cho = e nhận

∑ ∑ → 2x = 0,3 → x = 0,15 → V(SO2) = 0,15.22,4 = 3,36 (lit)

→ Chọn B

BÀI 3: 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:

A. 2,7g; 5,6g B. 5,4g; 4,8g C. 9,8g; 3,6g D. 1,35g; 2,4g

2

SO

6,72

Al → Al3+ + 3e Mg →Mg2+ + 2e

x → 3x y → 2y

→ ∑e cho = 3 x + 2 y

2

S + 2e S(SO ) 0,6 0,3 (mol)

→

←

∑e cho =∑e nhận → 3x + 2y = 0,6 (1)

Trang 3

Theo ựề bài: 27x + 56y = 8,3 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) → x = y = 0,1 (mol)

mAl = 0,1.27 = 2,7 (g)

mFe = 0,1.56 = 5,6 (g)

→ đáp án A

BÀI 4: Hòa tan 15 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại Mg và Al vào dung dịch Y gồm HNO3 và H2SO4

ựặc thu ựược 0,1 mol mỗi khắ SO2, NO, NO2, N2O Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là:

A 63% và 37% B. 36% và 64% C. 50% và 50% D. 46% và 54%

đặt nMg = x mol ; nAl = y mol Ta có:

24x + 27y = 15 (1) Quá trình oxi hóa:

Mg → Mg2+ + 2e Al → Al3+ + 3e

x 2x y 3y

⇒ Tổng số mol e nhường bằng (2x + 3y)

Quá trình khử:

N+5 + 3e → N+2 2N+5 + 2ừ4e → 2N+1 0,3 0,1 0,8 0,2

N+5 + 1e → N+4 S+6 + 2e → S+4 0,1 0,1 0,2 0,1

⇒ Tổng số mol e nhận bằng 1,4 mol

Theo ựịnh luật bảo toàn electron:

2x + 3y = 1,4 (2) Giải hệ (1), (2) ta ựược: x = 0,4 mol ; y = 0,2 mol

⇒ %Al 27 0,2 100% 36%

15

ừ

%Mg = 100% − 36% = 64%

→ đáp án B

BÀI 5: Cho 1,92g Cu hòa tan vừa ựủ trong HNO3 thu ựược V lit NO( ựktc) Thể tắch V và khối lượng HNO3 ựã phản ứng:

A 0,048lit; 5,84g B 0,224lit; 5,84g C 0,112lit; 10,42g D 1,12lit; 2,92g

Theo phương pháp bảo toàn electron:

Cu → Cu2+ + 2e 0,03 mol 0,03 0,06 mol

Trang 4

+5 +2

N + 3e N(NO)

→

V(NO) = 0,02.22,4 = 0,448 (lit)

Các em chú ý là axit HNO3 tham gia phản ứng cần dùng ñể tạo muối Cu(NO3)2 và tạo sản phẩm khử

NO nên:

nHNO3 = n(NO3- tạo muối) + n(NO) = 0,03.2 + 0,02 = 0,08 (mol) [ Vì sao?]

→ m(HNO3) = 0,08.63 = 5,84 (g)

→ Chọn A

BÀI 6: Khi cho 9,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch H2SO4 ñậm ñặc thấy có 49 gam H2SO4 tham gia phản ứng tạo muối MgSO4, H2O và sản phẩm khử X X là:

Dung dịch H2SO4 ñậm ñặc vừa là chất oxi hóa vừa là môi trường Gọi a là số oxi hóa của S trong X:

Mg → Mg2+ + 2e 0,4 mol → 0,4 0,8

S + (6-a)e S 0,1 0,1(6-a)

→

Tổng số mol H2SO4 ñã dùng: 49 0,5( )

Số mol H2SO4 ñã dùng ñể tạo muối bằng số mol Mg = 0,4 mol

Số mol H2SO4 ñã dùng ñể oxi hóa Mg là: 0,5 – 0,4 = 0,1 (mol)

Ta có: 0,1(6 – a) = 0,8 → a = - 2 → H2S

→ Chọn C

BÀI 7: (ðTS A 2007): Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu( tỷ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu ñược V lit( ñktc) hỗn hợp khí X( gồm NO và NO2) và dung dịch Y( chỉ chứa 2 muối và axit dư) Tỷ khối của X ñối với H2 bằng 19 Giá trị của V là:

Dựa vào phương pháp ñường chéo:

(46)

(30)

38

8 8

NO2

NO

2

NO NO

Gọi số mol mỗi kim loại là y ta có:

56y + 64y = 12 → y = 0,1

Fe → Fe3+ + 3e

Cu → Cu2+ + 2e

Trang 5

+5 +2

2

N + 3e N(NO)

3x x

N + 1e N(NO )

x x

→

←

→

←

→ 4x = 0,5 → x = 0,125 (mol) → V(khí) = 0,125.2.22,4 = 5,6 (lit)

→ Chọn B

BÀI 8: Cĩ 3,04g hỗn hợp Fe và Cu hịa tan hết trong dung dịch HNO3 tạo thành 0,08 mol hỗn hợp NO

và NO2 cĩ M 42 = Hãy xác định thành phần % hỗn hợp kim loại ban đầu

Nếu các em viết phương trình phản ứng:

Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O

Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O Sau đĩ đặt ẩn dựa vào phương trình thì cĩ lẽ khơng biết cĩ giải được khơng ?

Ta giải theo phương pháp bảo tồn electron:

Phương pháp đường chéo:

(46)

(30)

42

12

4

NO2

NO

2

NO NO

n 12 3

Mà n(NO) + n(NO2) = 0,08

→ n(NO) = 0,02 mol và n(NO2) = 0,06 mol

a Fe → Fe3+ + 3e

b Cu → Cu2+ + 2e

0,02 N+5 + 3e → N+2

0,06 N+5 + 1e → N+4

Theo ∑e cho =∑e nhận → 3a + 2b = 0,02.3 + 0,06 = 0,12

Khối lượng kim loại: 56a + 64b = 3,04

→ a = 0,02 → mFe = 0,02.56 = 1,12 g → 36,84%

→ b = 0,03 → mCu = 0,03.64 = 1,92 g → 63,16%

BÀI 9: Oxi hĩa hồn tồn 0,728 gam bột Fe ta thu được 1,016 gam hỗn hợp hai oxit sắt (hỗn hợp A).1

Hịa tan hỗn hợp A bằng dung dịch axit nitric lỗng dư Tính thể tích khí NO duy nhất bay ra (ở đktc)

A. 2,24 ml B. 22,4 ml C. 33,6 ml D. 44,8 ml

2 Cũng hỗn hợp A trên trộn với 5,4 gam bột Al rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhơm (hiệu suất 100%) Hịa tan hỗn hợp thu được sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư Tính thể tích bay ra (ở đktc)

A. 6,608 lít B. 0,6608 lít C. 3,304 lít D. 33,04 lít

Trang 6

1 Các phản ứng có thể có:

Các phản ứng hòa tan có thể có:

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (4)

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (5) 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O (6)

Ta nhận thấy tất cả Fe từ Fe0 bị oxi hóa thành Fe+3, còn N+5 bị khử thành N+2, O20 bị khử thành 2O−2 nên phương trình bảo toàn electron là:

0,728 3n 0,009 4 3 0,039

56

trong ựó, n là số mol NO thoát ra Ta dễ dàng rút ra

n = 0,001 mol;

VNO = 0,001ừ22,4 = 0,0224 lắt = 22,4 ml

→ đáp án B

2. Các phản ứng có thể có:

2Al + 3FeO →to 3Fe + Al2O3 (7) 2Al + Fe2O3 →to 2Fe + Al2O3 (8) 8Al + 3Fe3O4 →to 9Fe + 4Al2O3 (9)

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑ (10)

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑

(11) Xét các phản ứng (1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11) ta thấy Fe0 cuối cùng thành Fe+2, Al0 thành Al+3, O20

thành 2O−2 và 2H+ thành H2 nên ta có phương trình bảo toàn electron như sau:

5,4 3 0,013 2 0,009 4 n 2

27

ừ

Fe0→ Fe+2 Al0→ Al+3 O20→ 2O−2 2H+→ H2

⇒ n = 0,295 mol

⇒

2

H

V =0,295 22,4ừ =6,608lắt

→ đáp án A

Nhận xét: Trong bài toán trên các bạn không cần phải băn khoăn là tạo thành hai oxit sắt (hỗn hợp A) gồm những oxit nào và cũng không cần phải cân bằng 11 phương trình như trên mà chỉ cần quan tâm tới trạng thái ựầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa và chất khử rồi áp dụng luật bảo toàn electron ựể tắnh lược bớ ựược các giai ự ạn trung gian ta sẽ tắnh nhẩm nhanh ựược bài toán

Trang 7

BÀI 10: (TSðH B 2007): Nung m gam bột sắt trong oxi, thu ñược 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan

hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3( dư), thoát ra 0,56 lit (ở ñktc) NO( là sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là:

NO

Fe

0,56

22,4 m

56

mol mol

=

Dựa vào ñịnh luật bảo toàn khối lượng, ta có:

mO = 3 – m(g) → n = O 3-m ( )

3+

→

O + 2e O 3-m 2(3-m)

N + 3e N 0,075 0,025

→

←

ta có: 3m

56 = 0,075 +

2(3-m)

16 → m = 2,52 → Chọn A

BÀI 11: (TSðH A 2008): Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng(dư), thu ñược 1,344 lit (ở ñktc) NO( là sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch

X Cô cạn dung dịch X thu ñược m gam muối khan Giá trị m là:

NO

Fe

1,344

22,4 m

56

mol mol

=

Dựa vào ñịnh luật bảo toàn khối lượng, ta có:

mO = 11,36 – m(g) → n = O 11,36-m ( )

Trang 8

→

O + 2e O 11,36-m 2(11,36-m)

N + 3e N 0,18 0,06

→

←

ta có:

3m

56 = 0,18 + 2(11,36-m)

16 → m = 8,96

mmuối = mFe + mNO3-= 8,96 + 62.3nFe = 8,96 + 62.3 8,96

56 = 38,72gam → Chọn D

BÀI 12: ðể a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối

lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4

ñậm ñặc, nóng thu ñược 6,72 lít khí SO2 (ñktc) Khối lượng a gam là:

A. 56 gam B. 11,2 gam C. 22,4 gam D. 25,3 gam

Số mol Fe ban ñầu trong a gam: nFe a

56

= mol

Số mol O2 tham gia phản ứng:

2

O

75,2 a n

32

−

Quá trình oxi hóa: Fe Fe3 3e

+

Số mol e nhường: ne 3a mol

56

= Quá trình khử: O2 + 4e → 2O−2 (2)

SO42− + 4H+ + 2e → SO2 + 2H2O (3)

Từ (2), (3) →

n =4n +2n

4 75,2 a 2 0,3 3a

−

⇒ a = 56 gam →ð áp án A

BÀI 13: Cho tan hoàn toàn 58g hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO3 2M thu ñược 0,15 mol NO, 0,05mol N2O và dung dịch D Cô cạn dung dịch D, khối lượng muối khan thu ñược là:

A 120,4g B 89,8g C 116,9g D 90,3g

Áp dụng phương pháp bảo toàn electron:

+ Chất khử :

Fe → Fe3+ + 3e

Cu → Cu2+ + 2e

Trang 9

y 2y

Ag → Ag +1 +1e

+ Chất oxi hóa:

N+5 + 3e → N+2 (NO)

0,45 ← 0,15

N+5 + 4e → N+1 (N2O)

0,4 ← 0,1 0,05

Ta có các phương trình:

56x + 64y + 108z = 58 (1) 3x + 2y + z = 0,85 (2) Muối thu ñược gồm: Fe(NO3)3 + Cu(NO3)2 + AgNO3 = 242x + 188y + 170z

Các em dùng phương pháp ghép ẩn số bằng cách nhân (2) với 62 rồi cộng (1) ta ñược :

m = 242x + 188y + 170z = 116,9 (g)

→ Chọn C

ðể làm ñược bài này ngoài kiến thức hóa học thì các em phải biết tính toán một cách nhanh và vững vàng mới làm tốt ñược

Chú ý : Bài toán này có một cách giải nhanh thật tuyệt vời ( chỉ mất 1 phút nếu các em làm

quen)

m(muối) = m(kim loại) + m(NO3-)

mà n(NO3-) = 3n(NO) + 8n(N2O) = 3.0,15 + 8.0,05 = 0,85 (mol) [Vì sao?]

m(muối) = 58 + 0,85.62 = 116,9(g)

Hoặc nhẩm nhanh:

m(muối) = 58 + 62(3.0,15 + 8.0,05) = 116,9 (g) BÀI 14: Hòa tan hết 16,3 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe trong dung dịch H2SO4 ñặc, nóng thu ñược 0,55 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu ñược là:

Áp dụng phương pháp bảo toàn electron:

+ Chất khử :

Mg → Mg2+ + 2e

Al → Al3+ + 3e

Fe → Fe 3+ +3e

+ Chất oxi hóa:

S+6 + 2e → S+4

1,1 ← 0,55

Ta có các phương trình:

24x + 27y + 56z = 16,3 (1) 2x + 3y + 3z = 1,1 (2)

Trang 10

Muối thu ựược gồm: MgSO4, Al2(SO4)3 và Fe2(SO4)3 = 120x + 171y + 200z

Các em dùng phương pháp ghép ẩn số bằng cách nhân (1) với 48 rồi cộng (2) ta ựược :

m = 69,1 (g)

→ Chọn C

Nhẩm nhanh: n(SO42-) = n(SO2) = 0,55 (mol) [Vì sao?]

m(muối) = 16,3 + 0,55.96 = 69,1 (g) BÀI 15: Cho 18,4 g hỗn hợp kim loại A,B tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 ựặc và H2SO4

ựặc, nóng thấy thoát ra 0,2 mol NO và 0,3 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn thu ựược là:

Trong bài toán này ta chưa biết A,B có hóa trị mấy và khối lượng nguyên tử là bao nhiêu thì làm sao viết phương trình và ựặt ẩn → gặp khó khăn trong việc ựặt ẩn, giải hệ phương trình

Nhưng ta có thể giải dễ dàng một cách tuyệt vời như thế này:

Muối thu ựược chắnh là nitrat và sunfat

m = 18,4 + 0,3*96 + 3.0,2*62 = 84,4 (g) [Vì sao?]

→ Chọn D

Qua 3 bài tập trên các em thấy rằng Ộ có những cách giải bài tập hóa học rất nhanhỢ tuy nhiên ựể làm

ựược ựiều ựó thì các em phải thật sự nổ lực nhiều

BÀI 16: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu ựược hỗn hợp

khắ gồm 0,01 mol NO và 0,04 mol NO2 Tắnh khối lượng muối tạo ra trong dung dịch

A. 10,08 gam B. 6,59 gam C. 5,69 gam D. 5,96 gam

Cách 1: đặt x, y, z lần lượt là số mol Cu, Mg, Al

Nhường e: Cu → Cu2+ + 2e Mg → Mg2+ + 2e Al → Al3+ + 3e

x → x → 2x y → y → 2y z → z → 3z Thu e:

5

N+ + 3e → N+2 (NO)

5

N+ + 1e →

4

N+ (NO2) 0,03 ← 0,01 0,04 ← 0,04

Ta có: 2x + 2y + 3z = 0,03 + 0,04 = 0,07

và 0,07 cũng chắnh là số mol NO3 −

Khối lượng muối nitrat là:

1,35 + 62ừ0,07 = 5,69 gam

→ đáp án C

Cách 2:

Nhận ựịnh mới: Khi cho kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch axit HNO3 tạo hỗn hợp 2 khắ NO và NO2 thì

n =2n +4n

3

HNO

n = ừ2 0,04 4 0,01+ ừ =0,12mol

Trang 11

⇒

2

H O

n =0,06mol

Áp dụng ựịnh luật bảo toàn khối lượng:

1,35 + 0,12ừ63 = mmuối + 0,01ừ30 + 0,04ừ46 + 0,06ừ18

⇒ mmuối = 5,69 gam

BÀI 17: Hòa tan hoàn toàn 19,2g Cu bằng dung dịch HNO3, toàn bộ lượng khắ NO (sản phẩm khử duy nhất) thu ựược ựem oxi hóa thành NO2 rồi chuyển hết thành HNO3 Thể tắch Oxi (ựktc) ựã tham gia phản ứng vào quá trình trên là:

Cá ch 1: Giải thông thường

Cu 19,2

64

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

2NO + O2 → 2NO2

0,2 → 0,1 → 0,2

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

0,2 → 0,05

2

O

n = 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) → V = 0,15.22,4 = 3,36 (lit) → đáp án C

Cá ch 2: Áp dụng phương pháp bảo toàn electron

Xét toàn bộ quá trình thì:

+ Nitơ coi như không có sự thay ựổi số oxi hóa ( HNO3 ban ựầu → HNO3 cuối)

+ Chỉ có Cu và O2 thay ựổi số oxi hóa

Cu → Cu2+ + 2e

O2 + 4e → 2O

2-0,15 ← 0,6

V(O2) = 0,15.22,4 = 3,36 (lit) → đáp án C

BÀI 18: Trộn 60 gam bột Fe với 30 gam bột lưu huỳnh rồi ựun nóng (không có không khắ) thu ựược

chất rắn A Hoà tan A bằng dung dịch axit HCl dư ựược dung dịch B và khắ C đốt cháy C cần V lắt O2

(ựktc) Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn V có giá trị là

A. 11,2 lắt B. 21 lắt C. 33 lắt D. 49 lắt

Vì nFe nS 30

32

> = nên Fe dư và S hết

Khắ C là hỗn hợp H2S và H2 đốt C thu ựược SO2 và H2O Kết quả cuối cùng của quá trình phản ứng là Fe và S nhường e, còn O thu e

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	650 KB