Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba sử dụng phơng pháp bảo toàn electron I.. Nguyên tắc của phơng pháp bảo toàn e Khi có nhiều chất oxi hoá hoặc chất khử trong
Trang 1(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
sử dụng phơng pháp bảo toàn electron
I Nguyên tắc của phơng pháp bảo toàn e
Khi có nhiều chất oxi hoá hoặc chất khử trong hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn ) thì "Tổng số mol e mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol e mà các chất oxi hoá nhận " Tức là :
∑ n e nhờng = ∑ n e nhận
II Các giải pháp để tổ chức thực hiện.
Mấu chốt quan trọng nhất là học sinh phải nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất o xi hoá ,chất khử ,nhiều khi không cần quan tâm tới cân bằng phản ứng
Phơng pháp này đặc biệt lý thú đối với các bài toán phải biện luận nhiều trờng hợp xảy ra III.Các ví dụ
1- Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 1.2 gam Kim loại M vào dung dịch HNO3 d thu đợc 0.224 lít khí N2 duy nhất ở đktc Kim loại M là :
A- Mg B- Fe C- Al D- Cu
Hớng dẫn : Chọn đáp án A
Số mol của N2 = 0.01 Theo bảo toàn e có
M- n(e) Mn+ 2N+5 + 10 (e) N2
0.1/n 0.1 0.1 0.01
Suy ra
M n
2 1 1 0
= ⇒ M = 12n Lập bảng ⇒ M= 24 ( Mg)
2- Ví dụ 2
Cho 40.5 gam Al tác dụng với dung dịch HNO3 thu đợc 10.08 lít khí X ở đktc ( không có sản phẩm khử nào khác ) X là
A.NO2 B.NO C N2O D N2
Hớng dẫn : Chọn đáp án D
Số mol của Al = 1.5 ( mol) và số mol khí X = 0.45 mol Theo bảo toàn e có
Trang 2(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
Al- 3(e) Al3+ N+5 + n (e) sản phẩm
1.5 4.5 0.45n 0.45
Suy ra 0.45 n = 4.5 ⇒ n = 10 Vậy khí X là N2
3- Ví dụ 3 Cho 8,3 gam hỗn hợp gồm Al,Fe vào 1 lít dung dịch AgNO3 0.1 M và Cu(NO3)2 0.2
M Sau khi phản ứng kết thúc thu đợc chất rắn Z ( không tác dụng với dung dịch HCl ) và dung dịch T không còn màu xanh Khối lọng của Z và %mAl trong X là :
A 23.6 gam & 32.53% B 2.36 gam & 32.53%
C 23.6 gam & 45.53% D 12.2 gam & 28.27%
Hớng dẫn : Chọn đáp án A
Z không tác dụng với với dung dịch HCl ⇒ Al, Fe hết
Dung dịch T không còn màu xanh ⇒ Cu(NO3)2 phản ứng hết
Vậy chất rắn Z gồm có Ag,Cu ⇒ mZ = mAg + mCu = 0.1x108 + 0.2 x 64 = 23.6 gam
Gọi số mol của Al ,Fe lần lợt là a,b
Al -3(e) Al3+ Ag+ + 1(e) Ag
a 3a 0.1 0.1
Fe - 2(e) Fe2+ Cu2+ + 2(e) Cu
b 2b 0.2 0.4
Theo Bảo toàn e ta có phơng trình 3a + 2b =0.5
Vậy ta có hệ phơng trình
= +
=
+
3.
8 56 27
5.
0 2
3
b a
b
a
⇔
=
=
1.
0
1.
0
b a
%mAl = 100
3 8
27 1
0 x
=32.53%
4- Ví dụ 4
Hoà tan hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dd HNO3 d sau phản ứng hoàn toàn thu đợc dd A và 4.4 gam hh khí Y có thể tích 2.688 lít (đktc) gồm 2 khí không màu trong đó có một khí tự hoá nâu ngoài không khí Số e mà hh X nhờng là :
Trang 3(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
A 2,53 1023 B 3,97 1023 C.3,25 1023 D 5,53 1023
Giáo viên gợi ý :
Muốn tìm số e nhờng phải tìm đợc số mol e nhờng vì khi đó 1 mol bao giờ cũng có 6.023
1023 e ,nên học sinh sẽ nghĩ ngay ra phơng pháp sử dụng bảo toàn e
Cách giải : Số mol khí Y là 2.688 : 22.4 = 0.12 mol
Suy ra M =
12 0
44 4
= 37 mà có khí NO (M = 30) ⇒ khí còn lại là N2O
Gọi số mol NO , N2O lần lợt là a , b Ta có hệ
= +
=
+
44 4 44 30
12
.0
b a
b
a
⇒ a=b=0.06
Khi cho Al,Fe vào dd HNO3 thì
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
Al - 3 e → Al3+ N+5 + 3e →N+2
Fe- 3 e → Fe3+ 3a ← a
2N+5 + 8e →N2+1
8a ← a
∑ n e nhờng ∑ n e nhận = 11 a = 0.66 mol
Theo định luật bảo toàn e : ∑ n e nhờng = ∑ n e nhận = 0.66 mol
⇒ Số e mà hh X nhờng là : 0,66 x6.023 1023 = 3,97 1023 Đáp án B
5- Ví dụ 5
Hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol bằng nhau ,M là kim loại hoá trị không đổi Cho 6.51g
X tác dụng hoàn toàn với dd HNO3 d đợc dd A và 13.216 lít khí ở đktc hỗn hợp khí B gồm NO2 và
NO có khối lợng 26.34 gam Thêm một lợng d dd BaCl2 vào ddA thấy tạo ra m gam kết tủa Kim
loại M và khối lợng m là :
A- Zn và 20.97g B Al và 15.57g C Mg và 4.55 g D Cu và 45.69g
Hớng dẫn
n = 13.216 :22.4 = 0.5875 mol Gọi số mol NO và NO là a,b
Trang 4(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
Ta có hệ
= +
=
+
34 26 30 46
5875
.0
b a
b
a
⇒
=
=
05 0
54
.0
b a
dd A + BaCl2 tạo ra kết tủa ⇒ dd A có SO4
2-pt Ba2+ + SO42- = BaSO4 ↓
Gọi x là số mol của FeS2 và MS
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
FeS2- 15 e → Fe3+ + 2S+6 N+5 + 3e →N+2
x → 15x 3a a
MS - 8 e → M2+ + 2S+6 N+5 + e →N+4
x → 8x b b
Theo định luật bảo toàn e : ∑ n e nhờng = ∑ n e nhận ⇒ 23 x =0.69 ⇒ x = 0.03
Mặt khác 120.0,03 + (M+32) 0,03 = 6.51 ⇒ M = 65 (Zn)
số mol SO42- = nZnS + 2nFeS2 = 0.03 + 2.0,03 = 0.09
⇒ m = 0.09 x 233 = 20.97 gam Đáp án A
6- Ví dụ 6
Nung 8.4 gam Fe trong không khí sau p thu đợc m gam chất rắn X gồm Fe ,Fe2O3 ,FeO ,
Fe3O4 Hoà tan hết m gam chất rắn X vào dd HNO3 d đợc 2.24 lít khí NO2 ở đktc là sản phẩm khử duy nhất Giá trị của m là :
A- 11.2 gam B- 10.2 gam C-7.2 gam D- 6.9 gam
Hớng dẫn
8.4 gam Fe →O2 m gam X :FeO ,Fe2O3 ,FeO , Fe3O4 →HNO 3 muối Fe3+
Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dới dạng muối Fe3+
Trang 5(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
mO = m - 8.4 ⇒ nO =
16
4 8
−
m
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
Fe- 3 e → Fe3+ O + 2 e → O-2 0.15 0.45 m16−8.4 →
8
4 8
−
m
N+5 + e →N+4
0.1 0.1
Theo định luật bảo toàn e : ∑ n e nhờng = ∑ n e nhận
⇒
8
4
.
8
−
m
+ 0.1 =0.45 ⇒ m = 11.2 gam Đáp án A
7- Ví dụ 7
Để m gam phoi sắt A trong không khí sau p thu đợc 12.0 gam chất rắn B gồm FeO ,Fe2O3 ,Fe , Fe3O4 Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO3 d đợc 2.24 lít khí NO ở đktc là sản phẩm khử
duy nhất Giá trị của m là :
A- 11.2 gam B- 10.08 gam C-11.08 gam D- 1.12 gam
Hớng dẫn
m gam Fe →O2 12 gam X :FeO,Fe2O3 ,FeO , Fe3O4 →HNO 3 muối Fe3+
Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dới dạng muối Fe3+
mO =12 - m ⇒ nO =
16
12 −m
nFe = m/56
Trang 6(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
Fe - 3 e → Fe3+ O + 2 e → O-2
56
m
56
3m
16
12 −m
→
8
12 −m
N+5 + 3e →N+2 0.3 0.1
Theo định luật bảo toàn e : ∑ n e nhờng = ∑ n e nhận
⇒
8
12 −m + 0.3 =
56
3m ⇒ m = 10.08 gam Đáp án B
IV.Các bài tập đề nghị Bài tập 1
Hoà tan hoàn toàn 9.6 gam Mg trong một lợng dd HNO3thì thu đợc 2.24 lít khí A ở đktc .Khí A là :
A- NO B- NO2 C- N2 D- N2O
Bài tập 2
Lấy 0.03 mol Al và 0.05 mol Fe cho tác dụng với 100 ml dd chứa AgNO3 và Cu(NO3)2
khuyâý kỹ tới phản ứng xảy ra hoàn toàn chỉ thu đợc 8.12 g chất rắn gồm 3 kim loại Hoà tan chất rắn đó bằng dd HCl d thấy bay ra 0.672 lít khí H2 ở đktc Hiệu suất các phản ứng là 100 % Nồng
độ mol/l của AgNO3 và Cu(NO3)2 lần lợt là :
A- 0.3 M và 0.5 M B- 0.3 M và 0.15 M
C- 0.13 M và 0.25 M D- 0.1 M và 0.2 M
Trang 7(Chuẩn Quốc gia-Đơn vị Anh hùng -Huan chơng Độc lập hạng Ba )
Bài tập3
Cho 3.04 gam hợp kim Fe ,Cu tan hoàn toàn trong dd HNO3 nóng thì thu đợc 1.792 lít khí
NO ,NO2 ở đktc có tỷ khối hơi đối với H2 là 21 %mCu và %mFe lần lợt là :
A-63.16% và 36.84 % B- 50% và 50 %
C- 27.1% và 72.9 % D- 19.4% và 80.6%
Bài tập 4
Cho thanh Al vào dd CuSO4 ,sau một thời gian nhấc thanh Al ra thấy thanh Al tăng m gam Al
có 3,613.1023 electron tham gia phản ứng trao đổi trong quá trình phản ứng với CuSO4 Vậy m có giá trị là :
A-13.8 gam B- 1.38 gam C- 2.7 gam D - 27.8 gam
Bài tập 5
Khi cho một thanh Fe vào dd CuSO4 ,sau một thời gian nhấc thanh Fe ra làm khô và cân nặng thấy thanh sắt tăng lên 6.4 gam Số electron tham gia phản ứng trao đổi của Fe trong quá trình phản ứng với CuSO4 :
A-1,44.1024 B- 4,818.1023 C- 9,636.1023 D - 0.8