giải bài toán bằng phương pháp bảo toàn e

Đồng thời để có điều kiện trao đổi với các bạn đồng nghiệp trong nhà trường học tập , rút kinh nghiệm lẫn nhau và giúp học sinh củng cố , nâng cao , rèn luyện thêm một số bài tập , đáp ứ

Để góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục và đào tạo trong nhà trường phổ thông , nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập Đồng thời để có điều kiện trao đổi với các bạn đồng nghiệp trong nhà trường học tập , rút kinh nghiệm lẫn nhau và giúp học sinh củng

cố , nâng cao , rèn luyện thêm một số bài tập , đáp ứng nhu cầu về kỷ năng tự luận , cũng như hình thành phương pháp trắc nghiệm nhanh một số bài tập trăc nghiệm thường gặp

Bài tập hóa học vô cùng đa dạng và phong phú Song tài liệu chỉ chú trọng đến việc giải bài toán bằng phương pháp bảo toàn electron

Nội dung tài liệu gồm có 2 phần :

+ Phần 1 : Cơ sở phương pháp giải toán bằng bảo toàn electron và phương pháp giải các dạng bài tập thường gặp

+ Phần 2 : Các bài tập đề nghị có kèm theo đáp số hoặc hướng dẫn giải để học sinh rèn luyện thêm

Mặc dù hết sức cố gắng biên soạn tài liệu này Nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết Rất mong được sự góp ý của các bạn đồng nghiệp và các em học sinh

Giáo viên thực hiện

PHẦN I

CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN BẰNG BẢO TOÀN ELECTRON VÀ

PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP

I.NGUYÊN TẮC :

Khi có nhiều phản ứng o xi hóa khử trong một hỗn hợp phản ứng ( nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn ) thì tổng số electron mà chất khử nhường sẽ bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa khử , thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng , đặc biệt đối với các bài toán cần phải biện luận nhiêu trường hợp có thể xảy

II MỘT SỐ VÍ DỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP THƯỜNG GẶP :

Bài 1 : Đốt cháy m gam bột sắt nguyên chất trong không khí một thời gian ta thu được chất rắn A nặng 12 gam gồm Fe , FeO , Fe2O3 , Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn rắn A trong dung dịch HNO3 loãng thấy có 2,24 lít khí duy nhất NO thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn và thu được dung dich chỉ có muối sắt duy nhất Viết phương trình hóa học của phản ứng đã xảy ra và tính m ?

Giải

Cách 1 Phương pháp bảo toàn electron :

PTHH xảy ra :

2Fe + O2 2 FeO ( 1 )

y/2 y

3Fe + 2O2 Fe3O4 ( 2 )

2z z

4Fe + 3O2 2Fe2O3 ( 3 )

3t/2 t

Fe + 4HNO3 Fe ( NO3 )3 + NO + 2H2O ( 4 ) 3FeO + 10 HNO3 3 Fe ( NO3 )3 +NO + 5 H2O ( 5 )

3Fe3O4 + 28 HNO3 9 Fe (NO3)3 +NO +14 H2O ( 6 )

Fe2O3 + 6HNO3 2 Fe (NO3)3 + 3 H2O ( 7 )

Sau các phản ứng trên ,tất cả sắt đều tạo thành Fe 3+ :

Quá trình oxi hóa :

Fe Fe 3+ + 3e

m/56 3m/56

Quá trình khử :

O2 + 4e 2 O

2-(12-m)/32 4 ( 12 –m ) / 32

N+5 + 3e N+2

3m/56 = 4 ( 12 – m ) / 32 + 3 0.1 => m = 10,08 gam

Cách 2 : phương pháp đại số :

Gọi x , y , z , t lần lượt là số mol Fe , FeO , Fe3O4 , Fe2O3 trong chất rắn A Theo điều kiện cho và theo phương trình phản ứng , ta lập được hệ phương trình :

56x + 72y +232z + 160t = 12 56x + 72y + 232z + 160t = 12

{ x + y/3 + z/3 = 2,24 /22,4 = 0.1 => { x + y /3 + z /3 = 0.1

y /2 + 2z + 3t /2 =(12 – m ) /32 y + z/4 + 3t = ( 12 – m ) /32

=> m = 10 ,08 gam

Cách 3 : phương pháp bảo toàn khối lượng

m A + m ( HNO3 ) = m ( Fe(NO3)3 ) + m( NO ) + m ( H2O )

12 +(0,1 + 3m/56 ) = m/56 242 + 30 0,1 + [1/2(0,1 + 3m/56) }.18

=> m = 10,08 gam

Cách 4 : phương pháp số học

Giả sử lượng sắt tác dụng với oxi đều sinh ra Fe2O3

4Fe + 3O2 2 Fe2O3 ( 8 )

4/3 (12-mm)/32 (12-m )/32

từ 4 và 8 => 4/3 (12 – m )/32 + 0,1 = m/56 = > m = 10,08 gam

+ Bài tập Trắc nghiệm : 11,2 gam sắt tác dụng với oxi tạo thành m gam hỗn hợp A gồm Fe ,

FeO , Fe2O3 , Fe3O4 Hòa tan hết hỗn hợp A vào dung dịch axit nitric ta thu được dung dịch chứa một muối Fe (NO3)3 và thấy thoát ra 896ml (đktc ) một chất khí duy nhất là NO Giá trị của m là : A.15,7 g B.15.04g

C.14,05 g D.17.5g

Hướng dẫn

Quá trình oxi hóa :

Fe Fe3+ + 3e

0,2mol 0,6 mol

Quá trình khử :

O2 + 4e 2O

2-32g 4mol

( m-12 ) g 4 (m-11,2 )/32mol e

N+5 + 3e N+2

0,12mol 0,04 mol

Theo BTE : 0,6 = 4 ( m – 11,2 )/32 + 0,12

 m =15,04 g

Chọn đáp án B

Bài 2 : Đốt cháy mgam sắt trong không khí , sau một thời gian thu được 5,04 gam hỗn hợp

A gồm các oxit sắt Hòa tan hỗn hợp A trong dung dịch HNO3 thì thu được 0,784 lít hỗn hợp khí B ở đktc gồm 2 chất NO va NO2 Tỉ khối của B đối với hyđro bằng 19 Tính m?

Hướng dẫn

Đặt a ,b lần lượt là số mol của NO , NO2 có trong hỗn hợp khí B

Ta có hệ phương trình :

a + b = 0,784/22,4 = 0,035

( 30a + 46b )/ ( a + b ) 2 = 19 => a = b = 0,0175

Quá trình trao đổi electron :

Fe Fe 3+ + 3e

x 3x

O2 + 4e 2O

N+5 + 3e N+2

0,0525mol 0,0175 mol

N+5 + 1e N+4

0,0175 mol 0,0175 mol

Đăt x , y lần lượt là số mol sắt,số mol oxi

Theo BTKL : 56x + 32y 5,04

Theo BTE : 3x = 4y + 0,525 + 0,0175 => x = 0,07 ; y = 0,035

n Fe = 0,07 => m Fe = 0,07 56 = 3,92 g

Bài 3 : Hòa tan hết 8,862gam hỗn hợp Al ,Mg trong thể tích vừa đủ là 500ml dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và 3,136 lít (đktc ) hỗn hợp hai khí có khối lượng 5,18 gam , trong đó có một khí bị hóa nâu trong không khí

a tinh thành phần % theo khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ?

b Cô cạn dung dịch thì thu được bao nhiêu gam muối khan ?

c Tính nồng độ mol dung dịch HNO3 đã dùng ?

d Cho dung dịch A vào dung dịch NaOH dư Tính khối lượng kết tủa tạo thành ? Hướng dẫn

n hh = 3,136 : 22,4 = 0,14 mol

M = 5,18 : 0,14 = 37

Khí 1 là NO Giả sử hỗn hợp gồm 1 mol NO và 1 mol khí B có khối lượng MB

Ta có :(30.1 + MB 1) /2 = 37 => MB = 74 -30 = 44 Vậy khí thứ 2 là N2O Đặt a ,b lần lượt là số mol NO , N2O ta có hệ phương trình :

a + b = 0,4

(30a + 44b) /(a + b ) = 37 => a = b = 0,07

Quá trình oxi hóa :

Al Al3+ + 3e

x mol 3xmol

Mg Mg2+ + 2e

ymol 2y m

_

N+5 + 3e N+2 ( NO )

3 0,07 mol 0,07 mol

2 N+5 + 8e 2N+1 ( N2O )

8 0,07 mol 0,07 mol

Ta có hệ phương trình :

3x + 2y = 3 0,07 + 8 0,07 = 0,77

27x + 24y = 8,862 => x =0,042 ; y = 0,322

% Al =( 0,042 27) 100% / 8,862 = 12,79 %

% Mg = 100% - 12,79 = 87,21 %

b mmuối = 0,042 213 + 0,322 148 = 8,946 + 47,656 = 56,602 g

c n( HNO3) = nAl + nMg + n NO + 2 n ( N2O ) = 3.0,042 + 0, 322 + 0,07 + 2.0,07 = 0,098 mol

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

Mg (NO3)2 + 2 NaOH dư Mg (OH)2 + 2 NaNO3

Số mol kết tủa Mg(OH)2 = số mol Mg (NO3)2 = số mol Mg = 0,322 mol

Khối lượng kết tủa Mg ( OH )2 = 0,322 58 = 18,676 gam

Bài 4 : Để hòa tan 9,18 gam bột nhôm nguyên chất cần dùng dung dịch a xit A nồng độ 0,25 M , thu được một khí X và dung dich muối Y Biết trong khí X số nguyên tử của nguyên tố có sự thay đổi số õi hóa là 0,3612 1023 ( số Avogađro là 6,02 1023 )

Để tác dung hoàn toàn với dung dich Y tạo ra một dung dịch trong suốt thì cân 290 gam dung dịch NaOH 20 %

Hãy tính thể tich dung dịch a xit A cần dùng để hòa tan 9,18 gam nhôm

Hướng dẫn

+ Xác định a xit A :

n NaOH = ( 290 20 ) : ( 100 40 ) = 1,45 mol

+ Trong phản ứng kim loại với dung dịch a xit số mol kim loại = số mol kation kim loại

=> số mol Al3+ = số mol Al = 9,18 : 27 = 0,34 mol

Al3+ tác dụng với OH- đến dung dich trong suốt chứng tỏ Al ( OH )3 tan hoàn toàn

Al3+ + 4OH - AlO2- + 2H2O

0,34mol 4 0,34 mol

Số mol OH- phản ứng = 4.0,34 = 1,36 < số mol OH- ban đầu = số mol NaOH = 1,45 mol Nên trong muối dung dịch muối Y phải có một muối tác dụng với kiềm tạo thành dung dịch trong suốt đó là NH4NO3 và a xit A là HNO3

+ Xác định X :

PTHH :

NH4+ + OH- NH3 + H2O

0,09 mol 0,09 mol

Số mol OH- phản ứng với NH4+ : 1,45 - 1,36 = 0,09 mol

Số mol nitơ trong khí X : 0,3612.1023 : 6,02 1023 = 0,06 mol nguyên tử

Gọi x là số oxi hóa có trong x

Quá trinh oxi hóa :

Al Al3+ + 3e ( 1 )

0,34 mol 3.0,34 =1,02 mol

Quá trình khử :

NO3- + 8e + 10 H+ NH4+ + 3H2O ( 2 )

0,72 mol 0,9mol 0,09 mol

NO3- + ( 5 – x ) e + 6H+ Nx + 3 H2O ( 3 ) 0,06 ( 5 – x ) 0,36 mol 0,06 mol

Theo bảo toàn electron :

0,06 ( 5 – x ) + 0,72 = 1,02 => x =0 vậy X là N2

+ Thể tich dung dịch HNO3 0,5 M :

V = 1,26 : 0,25 = 5,04 lít

Bài 5 : cho hỗn hợp Y gồm sắt và kim loại M có hóa trị n duy nhất

1 hòa tan hoàn toàn 3,61 gam hỗn hợp Y bằng dung dịch HCl thu được 2,128 lít hyđro ,còn khi hòa tan 3,61 gam hỗn hợp Y bằng dung dịch HNO3 loãng dư thì thu được 1,792 lít khí NO duy nhất Hãy xác định kim loại M

2 Lấy 3,61 gam hỗn hợp Y cho tác dụng với 100 ml dung dịch chứa AgNO3 và Cu (

NO3)2 , khuấy kỹ tới khi phản ứng hoàn toàn chỉ thu được 8,12 gam chất rắn gồm 3 kim loại Hòa tan chất rắn đó bằng dung dịch HCl dư thấy bay ra 0,672 lít khí hyđro Tính nồng độ mol của AgNO3 và Cu ( NO3 ) 2 trong dung dịch ban đầu Biết thể tích các khí đo ở đktc và hiệu suất của phản ứng là 100%

Hướng dẫn

1.PTHH :

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

a a

M + n HCl MCln + n/2 H2

b nb/2

Fe + 4 HNO3 Fe ( NO3 )3 + NO + 2H2O

3M + 4n HNO3 3 M ( NO3)n + nNO + 2n H2O

b nb/3

Đạt a , b lần lượt là số mol sắt và số mol kim loại M

Theo các dữ kiện đầu bài ta có hệ phương trình

56a + Mb = 3,16 M = 9n M =Al

{ a + nb/2 = 2,128/22,4 = 0,095 { a =0,05 => { a = 0,05

a + nb/3 = 1,792/22,4 = 0,08 nb = 0,09 b = 0,03

2 PTHH :

Al + 3 Ag + Al3+ + 3 Ag

2Al + 3 Cu2+ 2 Al3+ + 3Cu

Fe + 2 Ag+ Fe 2+ + 2Ag

Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu

Fe + 2H+ Fe2+ + H2

Số mol hyđro : 0,672 : 22,4 = 0,03 => Fe dư

Vậy rắn B gồm 3 kim loại : Ag , Cu , Fe dư

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

Vì không biết số mol các chất tham gia phản ứng , nhưng dù phản ứng xảy ra như thế nào vẫn có sự bảo toàn electron

Quá trình oxi hóa :

Al Al3+ + 3e

0,03mol 3 0,03 mol

Fe Fe2+ + 2e

0,05 mol 2 0,05 mol

Quá trình khử :

Ag+ + 1e Ag

amol a.1mol

Cu2+ + 2e Cu

amol 2b mol

2H+ + 2e H2

2.0,03 mol 0,03 mol

Theo bảo toàn electron :

( 0,03 x 3 ) + ( 0,05 x 2 ) = a + 2b + ( 0,03 x 2 ) => a + 2b = 0,13

Ta có hệ phương trình :

a + 2b = 0,13

108a + 64b +( 0,03 x56 ) = 8,12 => a = 0,03 ; b 0,05

[ AgNO3 ] = 0,03 : 0.1 = 0,3 M

[ Cu ( NO3 )2 ] = 0,05 :0,01 = 0,5 M

Bài tập trắc nghiệm 1 : Hỗn hợp A gồm 2 kim loại R1 , R2 có hóa trị x , y không đổi ( R1 ,

R2 không tác dụng được với nước và đứng trước Cu trong dãy điện hóa của kim loại ) Cho A phản ứng hoàn toàn với dung dịch CuSO4 dư , lượng Cu thu được cho tác dụng với dung dịch HNO3 dư thấy có 1,12 lít khí NO duy nhất (đktc ) bay ra Khi cho lượng hỗn hợp

A như trên phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thì thể tích khí nitơ thu được ở đktc

là :

A 3,36 l B 0,336 l

C 2,24 l D 0,224 l

Hướng dẫn

Số mol NO : 1,12 : 22,4 = 0,05 mol

N+5 + 3e N+2

0,15 mol 0,05 mol

=> số mol e mà R1 , R2 nhường là : 0,15 mol

Khi cho R1 , R2 tác dụng trực tiếp với HNO3 thì N+5 ( trong HNO3 ) nhận 0,15 mol e để chuyển thành N2

2 N+5 + 10e N2

10x mol x mol

Ta có : 10x = 0,15 => x = 0,015 mol

Thể tích khí nitơ : 0,015 22,4 = 0,336 lít = > đáp án B

Bài tập trắc nghiệm2 : cho 1,92 gam hỗn hợp bột kim loại gồm Mg , Al , Zn tác dụng hết

v lít dung dịch HNO3 1M vừa đủ thu được dung dịch Y và sản phẩm khử chỉ gồm 0,02 mol

NO và 0,01 mol N2 O Khối lượng muối trong Y và giá trị của v là :

A 6,25g và 0,25 l B.10,59 g và 0,18 l

C 1,36 g và 0,5 l D 8,11g và 0,3 l

Bài tập trắc nghiệm 3 : Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào axit HNO3 vừa đủ thu được dung dịch X chỉ chứa 2 muối sun fat và khí duy nhất NO Giá trị của a là :

A 0,04 B 0,075

C 0,12 D 0,06

_ _

Bài tập trắc nghiệm 4 : Cho 19,2 gam đồng tác dụng hết với axit HNO3 tạo ra NO ,lấy toàn bộ NO cho tác dụng với oxi tạo thành NO2 , sau đó tiếp tục hòa tan NO2 vào nước có chứa oxi tạo thành HNO3 Các khí sinh ra ở đktc Thể tích oxi tham gia phản ứng các quá trình trên là :

A 2,24 l B 3,36 l

C 4,48 l D 6,72 l

PHẦN II : BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài tập 1 : Nung m gam sắt trong không khí , thu được 104,8 gam hỗn hợp rắn A gồm :Fe , FeO , Fe2O3 , Fe3O4 Hòa tan A trong dung dịch HNO3 dư , thu được dung dịch B và

12,096 lít hỗn hợp khí NO và NO2 (đktc ) có tỉ khối đối với He là 10,167

a Viết phương trình phản ứng xảy ra ?

b Tính khối lượng m ?

c Cho dung dịch B tác dụng với dung dịch NH3 dư , lọc lấy kết tủa và nung đến khối lượng không đổi , thu được rắn D Tính khối lượng D ?

ĐS : m = 78,4 gam

MD = 112 gam

Bài tập 2 : Chia 9,67 gam hỗn hợp X gồm Cu và oxit của sắt làm 2 phần bằng nhau :

1 Hòa tan hoàn toàn phần thứ nhất vào dung dịch HNO3 , thu được dung dịch A và 1,12 lít (đktc ) hỗn hợp khí B gồm NO và NO2 có tỉ khối đói với hyđro bằng

19,8 cô cạn dung dịch A thu được 14,78 gam hỗn hợp muối khan Xác định công thức oxit sắt Tính khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp X ban đầu

Cho phần 2 vào 100 ml dung dịch HCl 0,8 M Sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch C và chất rắn D

a.Tính nồng độ mol/l dung dịch C Biết rằng thể tích dung dịch không đổi

b Hòa tan hoàn toàn D trong dung dịch HNO3 thu được V lít (đktc ) khí không màu

và hóa nâu trong không khí Tính V ?

ĐS :1 Fe3O4 ;mCu = 5,12 g

m ( Fe3O4 ) = 4,64g

2 [CuCl2 ] = 0,1 M

[FeCl2 ] = 0,3 M

VNO = 0,448 l

Bài tập 3 : Cho a gam hỗn hợp A gồm 3 oxit FeO , CuO , Fe2O3 có số mol bằng nhau tác dụng hoàn toàn với một lượng vừa đủ là 250 ml dung dịch HNO3 khi đun nóng nhẹ , thu được dung dịch B và 0,3136 lít hỗn hợp khí C (đktc ) gồm NO2 và NO có tỉ khối hơi so với hyđro là 20,134 Tính a và nồng độ mol của dung dịch HNO3

ĐS : a = 7,488g

[ HNO3 ] = 1,112 M

Bài tập 4 : cho hỗn hợp Y gồm 2,8 gam Fe và 0,81 gam Al vào 250 ml dung dich C chứa AgNO3 và Cu(NO3)2 Khi phản ứng kết thúc , thu được dung dịch D và 8,12 gam chất rắn

E gồm 3 kim loại cho chất rắn E tác dụng với dung dịch HCl dư thi thu được 0,672 lit khí

H2 (đktc ) Tính nồng mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong dung dịch C ?

ĐS : [ AgNO3 ] = 0,15 M

[ Cu(NO3 )2 ] = 0,25 M

Bài tập 5 : Hòa tan 62,1gam kim loại M trong dung dịch HNO3 loãng , được 16,8 lít hỗn hợp khí X (ở đktc ) gồm 2 khí không màu , không hóa nâu ngoài không khí Tỉ khối hơi của hỗn hợp X so với hyđro bằng 17,2

a xác định công thức phân tử muối tạo thành ?

A Cu (NO3)2 B Fe(NO3)2 C Al(NO3)3 D.Zn(NO3)2

b.Nếu sử dụng dung dịch HNO3 2M thì thể tích đã dùng bằng bao nhiêu lít ? biiết rằng đã lấy dư 25% so với lượng cần thiết ?

ĐS : a đáp án C

b đáp án D

Bài tập 6 :Hòa tan hết 4,431 gam hỗn hơp Al và Mg trong HNO3 loãng thu được dung dịch A và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khí đều không màu có khối lượng 2,59 gam trong

đó có một khí dễ hóa nâu trong không khí Phần trăm theo khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp là :

A 12% và 88% B 12,8 % và 87,2 %

C 13% và 87% D 20 % và 80 %

ĐS : đáp án B

*********************************************************************