cơ sở lý thuyết - Trong một hệ oxi hoá khử: “tổng số e do chất khử nhờng bằng tổng số e mà chất oxi hoá nhận”.. + B3: áp dụng định luật bảo toàn e cho hai quá trình trên: “Tổng số mol e
Trang 1Chìa khóa vàng 4 ph ơng pháp bảo toàn electron
I cơ sở lý thuyết
- Trong một hệ oxi hoá khử: “tổng số e do chất khử nhờng bằng tổng số e mà chất oxi hoá nhận” Hay “tổng số mol e chất khử nhờng bằng tổng số mol e chất oxi hoá nhận”
Ví dụ:
Cr - 3e Cr3+
x 3x x
Cu - 2e Cu2+
y 2y y
Fe - 3e Fe3+
z 3z z
N5+ + 3e N2+
t 3t t
áp dụng phơng pháp bảo toàn e thì: 3x + 2y + 3z = 3t
- Quan trọng nhất là khi áp dụng phơng pháp này đó là việc phải nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ oxi hoá khử, ta không cần quan tâm đến việc cân bằng phản ứng oxi hoá khử xảy ra
- Khi áp dụng phơng pháp bảo toàn electron ta phải làm các bớc sau:
+ B1: Từ dữ kiện của bài toán đổi ra số mol
+ B2: Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử, đồng thời thiết lập các đại lợng theo số mol
+ B3: áp dụng định luật bảo toàn e cho hai quá trình trên: “Tổng số mol e chất nhờng bằng tổng số mol e chất nhận” Từ đó thiết lập phơng trình đại số (nếu cần), kết hợp với giả thiết của bài toán để tìm ra két quả nhanh nhất và chính xác nhất
II Phạm vi sử dụng:
Gặp nhiều chất trong bài toán mà khi xét phơng trình phản ứng là phản ứng oxi hóa khử (có sự thay
đổi số e) hoặc phản ứng xảy ra phức tạp, nhiều đoạn, nhiều quá trình thì ta áp dụng phơng pháp bảo toàn e
- Cần kết hợp các phơng pháp nh bảo toàn khối lợng, bảo toàn nguyên tố để giải bài toán
- Cần có nhiều chất oxi hoá và nhiều chất khử cùng tham gia trong bài toán ta cần tìm tổng số mol
e nhận và tổng số mol e nhờng rồi mới cân bằng
III Bài toán áp dụng
Bài toán 1: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A-2008) Cho 3.2 gam bột Cu tác dụng với 100 ml
dung dịch hỗn hợp HNO3 0.8 M và H2SO4 0.2 M Sau khi các phản ứng xẫy ra hoàn toàn sinh ra V lít khí
NO (đktc) sản phẩm khử duy nhất Giá trị V lít là:
A 0.746 lít B 0.448 lít C 1.792 lít D 0.672 lít
Bài giải:
áp dụng phản ứng oxi hoá khử:
NO 4H 3e NO 2H O
0,12 0,03
Ta có: 3
H (HNO )
H
H (H SO )
VNO = 0,03 x 22,4 = 0,672lít D đúng
Phân tích bài toán:
+ Học sinh A làm: Cu - 2e Cu2+
0,05 0,1 0,05
N 3e N (NO)
x 3x x
2
NO
=>saisai + Học sinh B làm:
Trang 2Cu - 2e Cu
x 2x x
2x 0,24 x 0,12
N 3e N (NO)
0,05 0,24 0,08
(không thoả mãn) vì nCu = 0,05mol
+ Học sinh C làm:
2+
Cu - 2e Cu
0,05 0,1 0,1 0,1
x (sai) 3
NO 4H 3e NO 2H O
+ Học sinh D làm:
+
3
2 4
H (HNO )
NO H
H (H SO )
n 0,1mol V 0,1.22,4 0,56(Sai)
+ Học sinh E nhận xét: Có thể Cu d hoặc Cu phản ứng hết nên làm nh A đúng
Bài toán 2: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A-2008) Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3
(trong môi trờng không có không khí) đến phản ứng xẫy ra hoàn toàn thu đợc hỗn hợp rắn Y, chia Y thành hai phần bằng nhần bằng nhau:
- Phần 1 tác dụng với H2SO4 loãng d sinh ra 3.08 lít khí hiđrô (đktc)
- Phần 2 tác dụng NaOH d sinh ra 0.84 lít khí hiđrô (đktc) Giá trị m gam là:
A 22.75 B 21.40 C 29.40 D 29.43
Bài giải:
Phân tích bài toán: Từ P2 + NaOH d nên Al d còn Fe2O3 hết:
Nh vậy hỗn hợp Y: Fe, Al2O3 và Al d
Gọi x, y, z lần lợt là số mol Al2O3, Fe và Al d trong mỗi phần:
P1:
3
2
2
Al 3e Al
z 3z z
Fe 2e Fe
0,275 0,1375
áp dụng ĐLBT e: 3z + 2y = 0,275 (1)
P2:
3
2
Al 3e Al
z 3z z
0,075 0,0375
áp dụng ĐLBT e: 3z = 0,075 z= 0,025M
Thay vào (1) y = 0,1mol: Fe2O3 + 2Al Al2O3 + 2Fe (3)
Từ (3)
2 3
1
2
m = 2.(0,05 102 + 56 0,1 + 27 0,025)= 22,75 A đúng
Trang 3Bài toán 3: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối B-2007) Nung m gam bột Fe trong ôxi thu đợc 3 gam
hỗn hợp chất rắn X Hoà tan hết hỗn hợp X bằng HNO3 d, thu đợc 0.56 lít khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Giá trị m gam là:
A 2.62 B 2.32 C 2.22 D 2.52
Bài giải.
Fe - 3e Fe3+
x 3x
N+5 + 3e N+2 (NO)
0,075 0,025
áp dụng ĐLBT e: 3x = 0,075 + 4y (1)
Mặt khác: mX = mFe +
2
O
m
56x+ 32y=3 (2)
O2 + 4e 2O-2
y 4y
Từ (1) và (2) x 0,045
y 0,015
m = 56 0,045 = 2,52g D đúng
Bài toán 4: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A-2007) Hoà tan 5.6 gam Fe bằng dung dịch H2SO4
loãng thu đợc dung dịch X Dung dịch X phản ứng vừa đủ với V ml dung dịch KMnO4 0.5 M Giá trị V ml là:
Bài giải
Fe
5,6
56
; Fe - 2e Fe2+
0,1 0,2 0,1
Fe2+ - 1e Fe3+
0,1 0,1 0,1
Mn+7 + 5e Mn2+
x 5x
áp dụng ĐLBT e: 5x = 0,1 x = 0,1
0,02
4
KMnO
0,02
0,5
Phân tích bài toán: Nếu Fe + H2SO4 tạo V1 lít H2 thì:
3
2
Fe 3e Fe
a 3a a
2H 2e H
3a 2b 5c 2b b
Bài toán 5 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A-2007) Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu
( tỉ lệ mol 1:1) bằng HNO3 thu đợc V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) và dung dịch Y ( chỉ chứa
2 muối và axit d ) Tỉ khối của X so với H2 bằng 19 Giá trị V lít là:
A 2.24 B 3.36 C 4.48 D 5.60.
Bài giải:
Xác định %V của NO và NO2 trong X:
Trang 430x 46(1 x)
1
Các phơng trình oxi hoá khử: nFe = a nCu = a;
56a + 64a = 12 a = 0,1mlol
3
2
2
N 3e N (NO)
Fe 3e Fe
3x x 0,1 0,3
N 1e N (NO )
Cu 2e Cu
áp dụng định luật bảo toàn e ta có: 0,3 + 0,2 = 3x + x x = 0,125
Vậy nX = 0,125 2 = 0,25mol VX = 0,25 22,4 = 5,6 lít D đúng
Bài toán 6: ( TN TH PT 2007) Hoà tan 5.4 gam Al bằng một lợng dung dịch H2SO4 loãng đ Sau phản ứng thu đợc dung dịch X và V lít khí H2 đktc Giá trị của V lít:
A 2.24 B 3.36 C 4.48 D 6.72
Bài giải:
2
3
2
27
0,6 0,3
ứng với 6,72 lít D đúng
Bài toán 7: (Đề thi thử ĐH Vinh) Hoà tan hết hỗn hợp bột gồm m gam Cu và 4.64 gam Fe3O4 vào dung dịch H2SO4 loãng d, sau phản ứng hoàn toàn thu đợc dung dịch X Dung dịch X làm mất màu vừa đủ 100
ml dung dịch KMnO4 0.1 M Giá trị của m gam là:
A 1.92 B 0.96 C 0.48 D 1.44
Bài giải:
Fe3O4 + 4 H2SO4 FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
0,02 0,02 0,02
Cu + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2FeSO4
Dung dịch X là H2SO4 d FeSO4, CuSO4
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8 H2SO4 5Fe2(SO4)3 + 2K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
0,05 0,01
2 4 3
Fe (SO )
n còn d Cu 0,03
2
Bài toán 8: Cho m gam Al tan hoàn toàn dung dịch HNO3 nóng d thu đợc 11.2 lít (đktc) hh khí A gồm: N2
, NO, N2O có tỉ lệ về số mol tơng ứng là 2:1:2 Giá trị m gam là:
A 35.1 B 18.9 C 27.9 D 26.1
Bài giải:
11,2
22,4
Trang 5+ Quá trình oxi hoá:
Al - 3e Al3+ (1)
a 3a a
+ Quá trình khử:
2N+5 + 10e N2 (2)
0,4 2 0,2
N+5 + 3e N+2 (NO) (3)
0,3 0,1
2N+5 + 8e N+1(N2O) (4)
1,6 0,2
áp dụng ĐLBT e:
3a = 2 + 0,3 + 1,6 = 3,9 a = 1,3
mAl = 27 1,3 = 35,1g A đúng
Phân tích bài toán:
+ Nếu (2, 3, 4) không cân bằng 3a = 1 + 0,3 + 0,8 a = 0,7 mAl = 18,9g B sai
+ Nếu (2, 3) cân bằng còn (4) không: 3a = 2 + 0,3 + 0,8 3,1
a 3
mAl = 27,9 C sai
+ Nếu (2) không cân bằng, (3,4) cân bằng 3a = 1 + 0,3 + 1,6 2,9
a 3
mAl = 26,1 D sai
Bài toán 10: Để m gam bột sắt ngoài không khí 1 thời gian thu đợc 11,8 gam hỗn hợp các chất rắn FeO,
Fe2O3, Fe, Fe3O4 Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp đó bằng dung dịch HNO3 loãng thu đợc 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc) Giá trị m gam là:
A: 9,52 gam B: 9,94 gam C: 8,96 gam D: 8,12 gam
Bài giải:
2
Chất khử là Fe; Chất oxi hoá gồm O2 và HNO3
FeO - 3e Fe3+
m
56 3m56
2-2
.4
11, 8 m 11, 8 m
N+5 + 3e N+2 (NO) 0,3 0,1
ne nhờng = ne chất oxi hoá nhận (O2 , NO3 )
3m 11,8 m
0,3
m = 9,94 gam B đúng
Bài toán 11: Hoà tan hoàn toàn 17.4 gam hỗn hợp 3 kim loại Al, Fe, Mg trong dung dịch HCl thấy thoát
ra 13.44 lít khí, nếu cho 34.8 gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch CuSO4 d, lọc lấy toàn bộ chất rắn thu đợc sau phản ứng tác dụng với dung dịch HNO3 nóng d, thu đợc V lít khí NO2 đktc Giá trị V là:
A 11.2 lit B 22.4 lít C 53.76 lít D 26.88 lít.
Bài giải:
Al, Fe, Mg nhờng e, số mol e này chính bằng số mol e Cu nhờng khi tham gia phản ứng với HNO3
số mol e mà H+ nhận cũng chính là số mol e mà HNO3 nhận
2H+ + 2e H2
1,2mol 13,44
0,6mol 22,4
17,4 gam hỗn hợp H+ nhận 1,2mol e
Vậy 34,8gam số mol mà H+ nhận là: 2,4 mol
Trang 617,4g hỗn hợp nH 1,2
34,8g hỗn hợp nH 2,4mol
N+5 + 1e NO2
2,4 2,4mol VNO2 2,4.22,4 53,76 lít C đúng
Chú ý: Nếu nH 1,2
2
NO
V 1,2.22,4 26,88 lít D sai
Bài toán 12: Hoà tan hoàn toàn 43.2 gam kim loại Cu vào dung dịch HNO3 loãng d, tất cả khí NO thu đợc
đem ôxi hoá thành NO2 rồi sục vào nớc có dòng oxi để chuyển hết thành dung dịch HNO3 V lít khí O2
đktc tham gia vào quá trình trên là:
A 15.12 lít B 7.56 lít C 6.72 lít D 8.96 lít
Bài giải:
Ta nhận thấy Cu nhờng e cho HNO3 tạo thành NO2 , sau đó NO2 lại nhờng cho O2 Vậy trong bài toàn này, Cu là chất nhờng với O2 là chất nhận e.
Cu - 2e Cu2+
0,675 1,35
O2 + 4e 2O
2-x 42-x 4x = 1,35 x = 0,3375
2
O
V 0,3375.22,4 7,56 lít B đúng
Phân tích: Nếu O2 + 2e 2O2-
2
O
1,35
2
lít A sai
Bài toán 13: Chia m gam hỗn hợp 2 kim loại A, B có hoá trị không đổi thành 2 phần bằng nhau – Phần 1 tan hết trong dung dịch HCl tạo ra 1.792 lít H2 đktc
- Phần 2 nung trong oxi thu đợc 2.84 gam hỗn hợp oxit Giá trị của m là
A 1.56 gam B 4.4 gam C 3.12 gam D 4.68 gam.
Bài giải:
A, B là chất khử H+ (ở, P1) và O2 (ở P2) là chất oxi hoá neH nhận =
2
eO
n
2H+ - 2.1e H2
0,16 0,08
O2 + 4e 2O
2-0,04 0,16
mKLP2 moxit moxi 2,84 0,04.32 1,56g
m = 1,56 x2 = 3,12g C đúng
Phân tích: Nếu
2
KLP
m 2,84 0,04 x16 2,2g m = 4,4g B sai
Bài toán 14: : Chia 44 gam hỗn hợp gồm Fe và kim loại M có hoá trị không đổi thành 2 phần bằng nhau.
- P1 tan hết trong 2 lít dung dich HCl tạo ra 14.56 lít H2 đktc
- P2 tan hoàn toàn trong dung dich HNO3 loãng nóng thấy thoát ra 11.2 lít khí NO duy nhất ở đktc
1 Nồng độ mol của dung dich HCl là:
A 0.45 M B 0.25 M C 0.55 M D 0.65 M.
2 Khối lợng hỗn hợp muối clorua khan thu đợc khi cô cạn dung dịch sau p ở P1 là:
A 65.54 gam B 68.15 gam C 55.64 gam D 54.65 gam.
3 Phần trăm khối lợng của Fe trong hỗn hợp ban đầu là:
A 49.01 % B 47.97 % C 52.03 % D 50.91 %.
4 Kim loại M là:
A Mg B Zn C Al D Cu
Bài giải:
a)
n 0,65mol n 2n 2.0,65 1,3mol
M
1,3
2
Đáp án D đúng
Trang 7b) mmuối mKL mCl Trong đó: nCl nHCl 1,3mol
mmuói = 22 + 1,3 35,5 = 68,15g Đáp án B
c) áp dụng định luật bảo toàn e:
P1: Fe: Fe - 2e Fe2+
x 2x
M - ae Ma+
y ay
2H+ + 2e H2
1,3 0,65
3
M - ae Ma+
N+5 + 3e N+2 (NO)
1,5 0,5
nFe = 0,2 Fe 0,2.56
22
d) mM = 22 - 0,2 56 = 10,8g, M 0,9 m 10,8.a
Vậy a = 2; M = 24(Mg) là phù hợp
Bài toán 15: Cho luồng khí CO qua m gam bột Fe2O3 nung nóng thu đợc 14 gam hỗn hợp X gồm 4 chất rắn Cho hỗn hợp X hòa tan hoàn toàn bằng HNO3 d, thu đợc 2.24 lít khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Giá trị m là:
A 16.4 gam B 14.6 gam C 8.2 gam D 20.5 gam.
Bài giải:
CO là chất khử (ta coi Fe2O3 không tham gia vào phản ứng oxi hoá khử)
moxi(trong oxit) = m - 14g nCO = nO(oxit) = m 14
16
C+2 + 2e C+4
m 14
16
m 14
8
- HNO3 là chất oxi hoá: N+5 + 3e N+2
0,3 0,1mol
Ta có: m 14
0,3 m 16,4g 8
Bài toán 16: Cho tan hoàn toàn 58 gam hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO3 2M loãng
nóng thu đợc dung dich B và 0.15 mol khí NO và 0.05 mol NO2 Cô cạn dung dich B khối lợng muối khan thu đợc là:
A 120.4 gam B 89.8 gam C 116.9 gam D kết quả khác.
Bài giải:
Trang 8Nếu chỉ dùng phơng pháp bảo toàn e thông thờng, ta cũng chỉ lập đợc 2 phơng trình 3 ẩn số và sẽ gặp khó khăn trong việc giải Để tính khối lợng muối NO3 trong bài toán trên ta có công thức
3
NO
n
(trong muối) = a nX
Trong đó a là số e mà N+5 nhận để tạo thành Y
Nh vậy: mmuối khan = mFe, Cu, Ag +
3
NO
2
NO
n 3.n 8n 3.0,15 8.0,05 0,95mol
Bài toán 17: Cho luồng khí CO qua m gam bột Fe2O3 nung nóng thu đợc X gồm 4 chất rắn chia X thành
2 phần bằng nhau
- Phần 1 hoà tan bằng HNO3 d, thu đợc 0.02 mol khí NO và 0.03 mol N2O
- Phần 2 hoà tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thu đợc V lít SO2 (đktc) Giá trị V là:
A 2.24 lít B 3.36 lít C 4.48 lít D 6.72 lít
Bài giải:
HNO3 là chất ôxi hóa:
N+5 + 3e N+2
0,06 0,02mol
2N+5 + 8e 2N+1 (N2O)
0,24 0,06 0,03
ne nhận = 0,06 + 0,24 = 0,3mol
- Chất khử ở hai phần là nh nhau, do đó số mol eletron H2SO4 nhận bằng số mol eletron HNO3
nhận Ta có
2
2 SO
S 2e S (SO )
V 0,15.22,4 3,36 0,3 0,15
lít B đúng
Bài toán 18: Chia hỗn hợp X gồm Al và Al2O3 thành 2 phần bằng nhau
- Phần 1 tác dụng NaOH d thu đợc 0.3 mol khí
- Phần 2 tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 thu đợc 0.075 mol khí Y duy nhất Y là:
A NO2 B NO C N 2 O D N2
Bài giải:
Trong X chỉ có Al có tính khử: 2H2O + 2e H2 + 2OH
0,6 0,3 Khi tác dụng với HNO3, chất oxi hoá là HNO3
N+5 + ne Y
0,075n….0,075mol ta có: 0,075n = 0,6.0,075mol ta có: 0,075n = 0,6
Với n là số e mà N+5 nhận để tạo thành Y n = 8 Vậy Y là N2O C đúng
Bài toán 19: Cho tan hoàn toàn 7.2 gam FexOy trong HNO3 thu đợc 0.1 mol NO2 Công thức phân tử của
ôxit là:
A FeO, B Fe2O3 C Fe3O4 D kết quả khác
Bài giải:
N+5 + 1e N+4….0,075mol ta có: 0,075n = 0,6 (NO2) , FexOy là chất khử
0,1 0,1 0,1
2y
3
Trang 97,2 7,2
Bài toán 20: Hoà tan hoàn toàn 19.2 gam kim loại M trong dung dịch HNO3 d thu đợc 8.96 lít (đktc) hỗn hợp khí NO2 và NO có tỉ lệ về thể tích 3:1
1 Kim loại M là:
A Al B Cu C Mg D Fe
2 Khối lợng HNO3 đã tham gia phản ứng là
A 44.1 gam B 25.2 gam C 63 gam D kết quả khác
Bài giải:
2
h
8,96
22,4
2
NO
3
4
nNO = 0,1mol
Chất khử M: M - ne Mn+ (1)
19,2
M
19,2
Chất oxi hoá:
0,3 0,3 0,6 0,3
áp dụng định luật bảo toàn e: ne nhận = ne nhờng 19,2
.n 0,6
1) 19,2
0,6
2)
3
n n 0,6 0,4 1mol mHNO3 1.63 63gam C đúng
Chú ý: + Nếu (2) và (3) cân bằng phơng trình bán oxi hoá khử:
3
n n 0,4mol
3
HNO
+ Nếu (2) cân bằng và (3) không cân bằng phơng trình bán oxi hoá khử:
3
n n 0,7mol
mHNO3 63.0,7 44,1mol A sai
+ Nếu (3) cân bằng mà (2) không cân bằng:
3
n n 0,7mol A sai
Bài toán 21: Hoà tan hoàn toàn 11,2g Fe trong dung dịch HNO3 d, thu đợc A và 6,72 lít hỗn hợp khí X gồm NO và một khí X với tỉ lệ thể tích là 1: 1 Khí X có công thức là:
A: NO 2 B: N2 C: N2O D: N2O3
Bài giải:
Trang 102 Fe
h
khí
- Quá trình oxi hoá: Fe - 3e Fe3+ (1)
0,2 0,6 0,2
- Quá trình khử: NO3 3e 4H H O NO2
(2)
5x 2y 0,15 0,15
x xNO (5x 2y)e N O
(3)
áp dụng định luật bảo toàn e: 5x 2y
x
NO
Bài toán 22: Một hỗn hợp 3 kim loại gồm Al , Fe, Mg có khối lợng 26.1 gam đợc chia làm 3 phần bằng
nhau
- Phần 1 cho tan hết trong dung dịch HCl thấy thoát ra 13.44 lít khí
- Phần 2 cho tác dụng với dung dịch NaOH d thu đợc 3.36 lít khí
- Phần 3 cho tác dung dịch CuSO4 d , lọc lấy toàn bộ chất rắn thu đợc sau phản ứng đem hoà tan trong dung dịch HNO3 d thì thu đợc V lít khí NO2 ( các khí đều đo đktc) Giá trị V lít thu đợc là:
A 26.88 B 53.70 C 13.44 D 44.8
Bài giải:
2Al + 6HCl AlCl3 + 3H2
Mg + 2HCl MgCl2 + H2
Fe + 2HCl FeCl2 + H2
Khối lợng mỗi phần 26,1
3
Gọi x, y, z là số mol Al, Mg, Fe trong 7,4 gam hỗn hợp
27x 24y 56z 8,7 x 0,1
1,5x y z 0,3 y 0,075
trong 34,7 g hỗn hợp nAl = 0,4; nMg = 0,3; nFe = 0,3
2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu
Mg + CuSO4 MgSO4 + Cu
Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- ở P3 khi các kim loại tác dụng với dung dịch CuSO4 tạo thành Cu, lợng Cu này tác dụng với HNO3 tạo ra Cu2+ Do đó: Al, Mg, Fe là chất khử, nhờng e
ne nhờng = 3 0,1 + 2 0,075 + 2 0,075 = 0,6mol
- HNO3 là chất oxi hoá, nhận e: N+5 + 1e N+4 (NO2) a = 0,6
a a
n 0,6mol V 0,6.22,4 13,44l it C đúng