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 HNO 3 d thu đợc 0.224 lít khí N 2 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 N 2 = 0.01 . Theo bảo toàn e có M- n(e) M n+ 2N +5 + 10 (e) N 2 0.1/n 0.1 0.1 0.01 Suy ra Mn 2.11.0 = M = 12n Lập bảng M= 24 ( Mg) 2- Ví dụ 2 Cho 40.5 gam Al tác dụng với dung dịch HNO 3 thu đợc 10.08 lít khí X ở đktc ( không có sản phẩm khử nào khác ) . X là A.NO 2 B.NO C. N 2 O D. N 2 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 Al- 3(e) Al 3+ 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 N 2 3- Ví dụ 3 Cho 8,3 gam hỗn hợp gồm Al,Fe vào 1 lít dung dịch AgNO 3 0.1 M và Cu(NO 3 ) 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 %m Al 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(NO 3 ) 2 phản ứng hết Vậy chất rắn Z gồm có Ag,Cu m Z = m Ag + m Cu = 0.1x108 + 0.2 x 64 = 23.6 gam Gọi số mol của Al ,Fe lần lợt là a,b Al -3(e) Al 3+ Ag + + 1(e) Ag a 3a 0.1 0.1 Fe - 2(e) Fe 2+ Cu 2+ + 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 =+ =+ 3.85627 5.023 ba ba = = 1.0 1.0 b a %m Al = 100. 3.8 271.0 x =32.53% 4- Ví dụ 4 Hoà tan hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dd HNO 3 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 : A. 2,53 .10 23 B .3,97 .10 23 C.3,25 .10 23 D. 5,53 .10 23 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 . 10 23 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 N 2 O Gọi số mol NO , N 2 O lần lợt là a , b .Ta có hệ =+ =+ 44.44430 12.0 ba ba a=b=0.06 Khi cho Al,Fe vào dd HNO 3 thì Quá trình oxi hoá Quá trình khử Al - 3 e Al 3+ N +5 + 3e N +2 Fe- 3 e Fe 3+ 3a a 2N +5 + 8e N 2 +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 . 10 23 = 3,97 .10 23 Đáp án B 5- Ví dụ 5 Hỗn hợp X gồm FeS 2 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 HNO 3 d đợc dd A và 13.216 lít khí ở đktc hỗn hợp khí B gồm NO 2 và NO có khối lợng 26.34 gam .Thêm một lợng d dd BaCl 2 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 khí B = 13.216 :22.4 = 0.5875 mol .Gọi số mol NO 2 và NO là a,b Ta có hệ =+ =+ 34.263046 5875.0 ba ba = = 05.0 54.0 b a dd A + BaCl 2 tạo ra kết tủa dd A có SO 4 2- pt Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 Gọi x là số mol của FeS 2 và MS Quá trình oxi hoá Quá trình khử FeS 2 - 15 e Fe 3+ + 2S +6 N +5 + 3e N +2 x 15x 3a a MS - 8 e M 2+ + 2S +6 N +5 + e N +4 x 8x b b n e nhờng = 15x+8x n e nhận = 3a+b = 0.69 mol 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 SO 4 2- = n ZnS + 2n FeS2 = 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 ,Fe 2 O 3 ,FeO , Fe 3 O 4 . Hoà tan hết m gam chất rắn X vào dd HNO 3 d đợc 2.24 lít khí NO 2 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 2 O m gam X :FeO ,Fe 2 O 3 ,FeO , Fe 3 O 4 3 HNO muối Fe 3+ Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dới dạng muối Fe 3+ m O = m - 8.4 n O = 16 4.8m Quá trình oxi hoá Quá trình khử Fe- 3 e Fe 3+ O + 2 e O -2 0.15 0.45 16 4.8m 8 4.8m N +5 + e N +4 0.1 0.1 n e nhờng = 0.45 n e nhận = 8 4.8m + 0.1mol Theo định luật bảo toàn e : n e nhờng = n e nhận 8 4.8m + 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 ,Fe 2 O 3 ,Fe , Fe 3 O 4 . Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO 3 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 2 O 12 gam X :FeO,Fe 2 O 3 ,FeO , Fe 3 O 4 3 HNO muối Fe 3+ Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dới dạng muối Fe 3+ m O =12 - m n O = 16 12 m n Fe = m/56 Quá trình oxi hoá Quá trình khử Fe - 3 e Fe 3+ O + 2 e O -2 56 m 56 3m 16 12 m 8 12 m N +5 + 3e N +2 0.3 0.1 n e nhờng = 56 3m n e nhận = 8 12 m + 0.3 mol 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 HNO 3 thì thu đợc 2.24 lít khí A ở đktc .Khí A là : A- NO B- NO 2 C- N 2 D- N 2 O Bài tập 2 Lấy 0.03 mol Al và 0.05 mol Fe cho tác dụng với 100 ml dd chứa AgNO 3 và Cu(NO 3 ) 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 H 2 ở đktc . Hiệu suất các phản ứng là 100 % . Nồng độ mol/l của AgNO 3 và Cu(NO 3 ) 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 Bài tập3 Cho 3.04 gam hợp kim Fe ,Cu tan hoàn toàn trong dd HNO 3 nóng thì thu đợc 1.792 lít khí NO ,NO 2 ở đktc có tỷ khối hơi đối với H 2 là 21 . %m Cu và %m Fe 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 CuSO 4 ,sau một thời gian nhấc thanh Al ra thấy thanh Al tăng m gam .Al có 3,613.10 23 electron tham gia phản ứng trao đổi trong quá trình phản ứng với CuSO 4 . 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 CuSO 4 ,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 CuSO 4 : A-1,44.10 24 B- 4,818.10 23 C- 9,636.10 23 D - 0.8 Bi 1: Hn hp A gm 0,06 mol Mg, 0,02 mol Al v 0,04 mol Fe tỏc dng ht vi dd HNO 3 thu c V lit hn hp khớ gm N 2 v N 2 O cú t khi so vi Hidro bng 20. a) Hóy biu din cỏc ptp dng ion thu gn. b) V=? ( o ktc ). c) Tớnh s mol HNO 3 ó phn ng. Bi2: Cho hn hp bt kim loi A gm 0,02 mol Fe, 0,04 mol Al, 0,03 mol Cu v 0,01 mol Zn hũa tan ht vo dung dch HNO 3 thu c V lit hn hp khớ gm NO v N 2 O cú t khi so vi Hidro l 16,75. Tớnh V ( ktc). Bi 3: Cho hn hp bt kim loi A gm 0,04 mol Al, 0,02 mol Fe v 0,05 mol Cu tỏc dng vi dd HNO 3 12,6% c V lit hn hp khớ gm NO v N 2 cú t khi so vi Hidro l 14,75. Tớnh V ( ktc), khi lng dd HNO 3 ó phn ng bit axit HNO 3 d 10% so vi lng cn dựng. Bài 4: m(g) Fe để trong không khí bị oxi hóa 1 phần thành 12(g) hỗn hợp các oxit và Fe dư. Hòa tan hỗn hợp này vào dd HNO 3 dư thu được 2,24 lit khí NO duy nhất (đkc). Tìm m. Bài 5: m’(g) Fe 2 O 3 nung với CO thiếu thu được 6,52(g) hỗn hợp Y gồm 4 chất. Hòa tan Y hết vào dd HNO 3 thì thu được 0,15 mol khí NO duy nhất. Tìm m’. Bài 6: Cho m(g) hh bột kim loại A gồm Mg và Al hòa tan hết vào dd HCl dư thấy giải phóng 0,25 mol khí. Thêm 1 lượng Cu bằng 1,255m (g) vào hh A được hh B. Hòa tan B vào dd HNO 3 dư thì thu được 0,5 mol hh khí gồm NO và NO 2 có tỉ khối so với Hidro bằng 21,4. Tính tfần % theo klượng các chất trong hh A. Bài 7: Hỗn hợp X gồm 1,56(g) Mg và 0,486(g) Al được hòa tan hết vào V lit dd HNO 3 2M thấy giải phóng 0,4704 lit (đkc) hỗn hợp khí gồm N 2 và N 2 O. Cũng V lit dd HNO 3 đó hòa tan vừa hết 3,3335(g) kim loại M giải phóng khí N 2 O duy nhất. Xác định kim loại M và tính V. Bài 8: Hòa tan hết kim loại Mg vào dd chứa 1,5 mol HNO 3 thu được dd A và 0,2 mol hh khí gồm NO và N 2 O. Hỏi để kết tủa hết lượng Mg 2+ có trong dd A cần tối thiểu bao nhiêu mol NaOH? Bài 9: Hòa tan 12,9(g) hh A gồm Zn và 1 kim loại M hóa trị II vào dd H 2 SO 4 loãng dư thu được 2,24 lit H 2 . Còn khi hòa tan hết 12,9(g) hh A vào dd H 2 SO 4 đặc được 4,144 lit hỗn hợp gồm SO 2 và H 2 S có tỉ khối so với Hidro bằng 31,595. Xác định kim loại M biết thể tích các khí đo ở đktc. Bài 10: Hỗn hợp kim loại A gồm Mg, Al, Cu nặng 20,3(g) được hòa tan vào 200ml dd HCl dM thu được 6,72 lit khí và còn lại 9,2(g) chất X không tan. Lọc lấy X, chia thành 2 phần bằng nhau. Hòa tan hết phần 1 vào dd HNO 3 thấy giải phóng 2,8 lit hh khí ( NO và NO 2 ) có tỉ khối so với Hidro bằng 21,4. Đem đốt cháy phần 2 bằng 1 lượng oxi xác định được m(g) hh Y gồm 2 oxit kim loại. Hòa tan hết Y vào dd HNO 3 đặc nóng thì được 1,68 lit khí NO 2 và dd B. Cho dd B tác dụng với 200g dd NaOH 12,4% được kết tủa, lọc tách và nung kết tủa tới khối lượng khôing đổi thu được m’(g) chất rắn khan Z. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và các thể tích khí đo ở đktc. Tìm d, m, m’ và tính % theo khối lượng các kim loại trong A. Bài 11: Hỗn hợp A gồm Al và Zn được hòa tan hết vào dd HNO 3 được dd B và giải phóng 1,2992 lit hỗn hợp khí ( N 2 O và N 2 ). Mặt khác hòa tan hết A vào dd NaOH có đủ thì thu được 5,376 lit H 2 và dd C. Cô cạn dd B thu được m(g) hh muối khan. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và các thể tích khí đo ở đktc. Hỏi m có giá trị trong khoảng nào? Thêm 0,48 lit dd H2SO4 1M và dd C, hỏi có bn gam kết tủa tạo thành? Các pư: Al + NaOH + H 2 O → NaAlO 2 + 1,5H 2 Zn + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 2NaAlO 2 + H 2 SO 4 + H 2 O → 2Al(OH) 3 + Na 2 SO 4 Nếu dư axit: 2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O . 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. 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. khi đó 1 mol bao giờ cũng có 6.023 . 10 23 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