www.nguoithay.org ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HOÁ HỌC Chu Anh Tuấn V THPT Số Nghĩa Hành – Quảng Ngãi iệc áp dụng nhuần nhuyễn ñịnh luật bảo toàn kết hợp với phương pháp giải tập khác ñại lượng trung bình, ghép ẩn số giúp ta dễ dàng ñi ñến kết cách ngắn gọn Chúng muốn giới thiệu số tập có liên quan ñến ñịnh luật bảo toàn electron áp dụng cho ba khối lớp 10,11,12 Vì thời gian biên tập ngắn khuôn khổ tài liệu nhỏ nên tránh thiếu sót, mong thầy cô giáo góp ý bổ sung Nguyên tắc chung ñể giải toán theo phương pháp bảo toàn electron phải viết ñầy ñủ trình oxihóa ñầy ñủ trình khử ñể xác ñịnh tổng số electron chất khử nhường tổng số electron chất oxi hóa nhận dựa vào kiện ñề ñể thiết lập phương trình toán học liên hệ Do toán không cho kiện ñể thiết lập phương trình ñại số theo số mol theo khối lượng chất có phản ứng Để giải toán lập phương trình ñại số vào số mol electron trao ñổi ( bảo toàn ñiện tích) Trong phản ứng oxihóa - khử diễn hai trình Quá trình o xi hóa: Kh1 → Ox1 Quá trình khử: Ox2 + me → Kh2 + ne x y Phản ứng liên quan ñến hai cặp o xi hóa - khử Ox1 Ox2 Kh1 Kh2 < E 02 Phản ứng xảy ra: Kh1 + Ox2 → Ox1 Định luật bảo toàn electron : xn = ym E + Kh2 Bài tập minh hoạ: Bài 1: Hỗn hợp A gồm kim loại hoạt ñộng X,Y có hóa trị không ñổi Lấy 3,94gam A nung oxi dư ñể oxihóa hoàn toàn thu ñược 4,74gam hỗn hợp oxit Lấy 3,84gam A hòa tan hoàn toàn dung dịch HCl H2SO4 loãng thu ñược V lít khí H2 1,5atm 54,6oC Tính V? Giải: Gọi m,n hóa trị X,Y Phản ứng xảy ra: 2X + m O2 → X 2O m (1) 2Y + n n N O O → Y 2O n x y (2) Ap dụng ñịnh luật bảo toàn khối lượng m O2 phản ứng = 0,8 gam Quá trình khử O2: Từ (3) : O2 + 2.2e n e (O2 nhân ) = 4.n O2 = 0,1 mol Quá trình oxi hóa kim loại: → 2O2- (3) www.nguoithay.org X → Y Xm+ + me (4) n+ + ne (5) → Y Áp dụng ñịnh luật bảo toàn e lectron Số mol e nhận = số mol e nhường X,Y tác dụng với H2SO4 loãng X + m H+ → Xm+ + H2 (6) Y + n H+ → Yn+ + H2 (7) → H2 + Quá trình khử iom H : 2H+ + 2e (8) Quá trình oxi hóa kim loại hai phản ứng (6) (7) (4) (5) nên Số mol e A nhường cho O2 = số mol e A nhường cho H+ = 0,1mol n H = 0,05 mol Từ (8) ta có VH = 0,896 lít Bài 2: Cho 12,6 gam hỗn hợp Mg Al theo tỉ lệ mol 3:2 tác dụng với H2SO4 ñặc, nóng vừa ñủ thu ñược 0,15mol sản phẩm có lưu huỳnh Xác ñịnh sản phẩm SO2, S hay H2S? Giải: Gọi x,y số mol Mg Al 24x + 27y = 12,6 x = y => x = 0,3, y = 0,2 Gọi n số oxi hóa lưu huỳnh sản phẩm Mg Mg2+ → Al 3+ Al → +6 S + (6 − n) → + 2e (1) + 3e (2) n (3) S Suy ra: n e nhường = 0,12 mol Theo ñịnh luật bảo toàn e lec tron : 0,12 = (6−n)0,15 => => Sản phẩm H2S n =2 Bài 3: Cho 13,92 gam Fe3O4 tác dụng hết với HNO3 thu ñược 0,448 lít khí NxOy (ñktc) a Xác ñịnh công thức phân tử NxOy ? b Tính thể tích dung dịch HNO3 2M ñã dùng, biết thí nghiệm ñã dùng axit dư 25% so với lượng phản ứng Giải: a n Fe3O4 = 0,06 mol, n N x O y = 0,02mol Quá trình khử NO3(6x - y) H+ + xNO3- + (5x - 2y)e ne nhận = 0,02( 5x -2y) → N xO y + ( 3x-2y)H2O (a) (1) Quá trình oxi hóa Fe3O4 Fe3O4 + 8H+ ne nhường = 0,06 mol → 3Fe3+ + 4H2O (2) + 1e (b) www.nguoithay.org Từ (1) (2) áp dụng ñịnh luật bảo toàn e lec tron 0,02(5x -2y)= 0,06 5x - 2y = ( x,y ≥ 1, nguyên) x=y=1 Vậy công thức phân tử NxOy NO b Từ (a) (b) suy : n HNO3 pư= n H+ n HNO3 n H + = 0,56 + (a) dùng (b) = 0,7 mol VHNO3 = 0,35 lít Bài 4: Cho 0,03mol Al 0,05mol Fe tác dụng với 100ml dung dịch A có chứa Cu(NO3)2 AgNO3 Sau phản ứng thu ñược dung dịch B 8,12gam chất rắn C gồm kim loại Cho chất rắn C tác dụng với dung dịch HCl dư thu ñược 0,672 lít H2 (ñkc) Các phản ứng xảy hoàn toàn Tính nồng ñộ mol/lít Cu(NO3)2 AgNO3 dung dịch A Giải: Các phương trình phản ứng xảy Al + 3Ag+ → 2+ Al3+ 3+ + 3Ag 2Al + 3Cu → 2Al + 3Cu Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag Fe 2+ + Cu Fe 2+ + H2 Fe + Fe + 2+ Cu 2H → + → n H2 = 0,03 mol => nFedư = 0,03 mol B gồm có: Ag, Cu, Fe dư Gọi a,b số mol AgNO3 , Cu(NO3)2 Quá trình o xi hóa: Al → Al3+ + 3e Fe → Fe2+ +2e → Ag n e nhường = 0,19 mol Quá trình khử: Ag+ + Cu2+ +2e → Cu +2e → H2 2H + 1e = a + 2b + 0,06 nenhận Ap dụng ñịnh luật bảo toàn e lec tron Tổng số mol e nhường = Tổng số mol e nhận 0,19 = a +2b + 0,06 => a + b = 0,13 Theo ñề ta có hệ phương trình a + b = 0,13 a = 0,03 => 108a + 64b + 0,03.56 = 8,12 b = 0,05 CM AgNO3 = 0, 3M, C M Cu ( NO3 ) = 0,5M www.nguoithay.org Bài 5: Cho m1 gam hỗn hợp gồm Mg Al vào m2 gam dung dịch HNO3 24% Sau kim loại tan hết có 8,96 lít hỗn hợp khí X gồm NO N2O, N2 bay ( ñkc) dung dịch A Thêm lượng O2 vừa ñủ vào X, sau phản ứng ñược hỗn hợp Y Dẫn Y từ từ qua dung dịch NaOH, có 4,48 lít hỗn hợp khí Z ñi ( ñkc) Tỉ khối Z ñối với H2 20 Nếu cho dung dịch NaOH vào A ñể ñược lượng kết tủa lớn thu ñược 62,2 gam kết tủa Tính m1 m2 biết lượng HNO3 ñã lấy dư 20% so với lượng cần thiết Giải: nhỗn hợp X = 0,4mol Khi cho O2 vào hỗn hợp X : 2NO + O2 → NO2 Số mol hỗn hợp không ñổi : nX = nY = 0,4 mol Dẫn Y vào dung dịch NaOH : NO2 + 2NaOH → NaNO3 + NaNO2 + H 2O n ( N2 O + N2 ) = 0,2 mol nNO = 0,4 - 0,2 = 0,2 mol Ta có MZ = 40 Hỗn hợp Z gồm : N2O N2 có số mol 0,2 Giải ta ñược n N2 O = 0,15 mol ; n N2 = 0,05 mol Al Mg tác dụng với dung dịch HNO3 ta có trình Mg → x Al Mg2+ + 2e x 2x 3+ Al → y + y (1) 3e (2) 3y Tổng số mol e nhường = 2x + 3y NO3- + 4H+ + + + 3e NO → + 2H2O (3) + 5H2O (4) + 6H2O (5) 0,02mol 2NO3 - 10H + 8e N 2O → 0,15mol 2NO3- + 12H+ + 10e → N2 0,05mol Theo ñịnh luật bảo toàn electron Tổng số mol e nhường = Tổng số mol e nhận 2x + 3y = 2,3 (*) Lượng kết tủa Mg(OH)2 x mol Al(OH)3 ymol Ta có : 58x + 78y = 62,2 (**) Giải hệ phương trình (*) (**) ta ñược x = 0,4 mol, y = 0,5 mol m1 = 23,8gam , Từ (3) (4) (5) ta có n H + = n HNO3 tham gia = 2,9mol mHNO3 = 182,7 gam m2 = 913,5gam www.nguoithay.org Bài tập áp dụng Hoà tan hết 4,431 gam hỗn hợp Al Mg dung dịch HNO3 loãng thu ñược dung dịch A 1,568 lít ( ñkc) hỗn hợp hai khí ñều màu có khối lượng 2,59 gam, ñó khí bị hóa nâu không khí a Tính % khối lượng kim loại hỗn hợp b Tính số mol HNO3 ñã phản ứng c Khi cô cạn dung dịch A thu ñược gam muối khan Đáp số: a %Al = 12,8% ; %Mg = 87,2% b nHNO3 = 0,49mol c m = 28,301gam Cho hỗn hợp A gồm kim loại R ( hóa trị I) kim loại X ( hóa trị II) Hòa tan gam hỗn hợp A vào dung dịch chứa HNO3 H2SO4 thu ñược 2,49 gam hỗn hợp B gồm khí NO2 khí D , tích 1,344 lít ( ñkc) Tính khối lượng muối khan thu ñược Đáp số: 7,06gam Hỗn hợp X gồm Fe,FeO , Fe2O3 Fe3O4 (tỉ lệ mol 1:2:3:4) Hòa tan hoàn toàn 76,8gam hỗn hợp X lượng HNO3 thu ñược 4,48 lít (ñkc) hỗn hợp Y gồm NO NO2 a Tìm tỉ khối Y so với O xi? b Tính thể tích HNO3 4M tối thiểu cần dùng Đáp số: a dY/O2 = 1,1875 b V = 0,8 lít 4.Hòa tan 62,1gam kim loại M HNO3 loãng thu ñược 16,8 lít hỗn hợp khí X (ñkc)gồm khí không màu, không hóa nâu không khí Tỉ khối hỗn hợp X so với H2 17,2 a Xác ñịnh công thức phân tử muối tạo thành b.Nếu sử dụng dung dịch HNO3 2M thể tích ñã dùng lít, biết ñã lấy dư 25% so với lượng cần thiết Đáp số: a AlCl3 b V = 5,25 lít Hòa tan hoàn toàn 9,28 gam hỗn hợp X gồm Mg,Al,Zn với số mol lượng vừa ñủ dung dịch H2SO4 ñặc, nóng thu ñược dung dịch Y 0,07 mol sản phẩm có chứa lưu huỳnh Hãy xác ñịnh xem sản phẩm chứa lưu huỳnh chất số chất sau : H2S ; S ; SO2 Đáp số : H2S Bài toán hóa học thân ñã chứa hệ thống tình mặt hóa học ñược ñặt Giải toán hóa học giúp em hoàn thiện kiến thức nâng cao kĩ giải tập hóa học Khi viết ñề tài này, muốn sưu tầm dạng toán có liên quan ñến ñịnh luật bảo toàn electron Tuy chưa ñầy ñủ hy vọng giúp em có sở giải ñược số dạng toán khó, vận dụng kiến thức hóa học khối 10,11,12 ñể giải toán nâng cao, toàn thi vào ñại học , cao ñẳng Qua ñó tạo cho em lòng say mê học tập môn hóa , hứng thú giải tập hóa học