Giải nhanh hóa học bằng phương pháp bảo toàn electron trung bình

Nội dung phương pháp Khi cĩ nhiều chất oxi hĩa, nhiều chất khử tham gia phản ứng cĩ thể cùng 1 giai đoạn hoặc qua nhiều giai đoạn thì tổng số mol electron mà các chất khử cho phải bằng

I- PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1 Nội dung phương pháp

Khi cĩ nhiều chất oxi hĩa, nhiều chất khử tham gia phản ứng (cĩ thể cùng 1 giai đoạn hoặc qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hĩa nhận:

e cho = e nhận

ðiều quan trọng nhất là xác định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối cùng của các chất oxi hĩa và chất khử (trước và sau quá trình phản ứng), khơng cần tới các phương trình phản ứng trung gian

Viết các quá trình oxi hĩa ( cho electron) và quá trình khử (nhận electron) tùy vào yêu cầu của bài tốn và sử dụng các bán phản ứng electron hoặc phương pháp ion electron

Tìm được ∑e cho và ∑e nhận sau đĩ áp dụng định luật bảo tồn electron

2 Phạm vi áp dụng và một số chú ý

a/ Phạm vi áp dụng: Phương pháp bảo tồn electron cho phép giải rất nhanh nhiều bài tốn

trong đĩ cĩ nhiều chất oxi hĩa và chất khử tham gia vì theo phương pháp này chúng ta khơng cần viết các phương trình phản ứng và dĩ nhiên chúng ta khơng cần cân bằng phương trình phản ứng

b/ Một số chú ý khi giải tốn

 Cần xác định đúng trạng thái oxi hĩa của các chất (nguyên tố), đặc biệt đối với Fe:

+ Nếu dùng Fe dư → muối Fe2+

+ Thể tích dung dịch HNO3 ( hoặc H2SO4 đặc nĩng) cần dùng là nhỏ nhất → muối Fe2+

 ðể xác định đúng số mol axit HNO3 (hoặc H2SO4) phản ứng chúng ta nên sùng phương pháp bảo tồn nguyên tố đối với N hoặc S

3 Các bước giải

Xác định chất khử ( cho electron) và chất oxi hĩa (nhận electron) ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối(

bỏ qua các giai đoạn trung gian)

Viết các quá trình khử và quá trình oxi hĩa( cĩ thể theo phương pháp thăng bằng electron hoặc ion electron)

Tìm ∑e cho và ∑e nhận

Áp dụng ðLBT electron

PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN ELECTRON

II- BÀI TẬP ÁP DỤNG BÀI 1: Hịa tan 5,4g Al bằng một lượng dung dịch H2SO4 lỗng (dư) Sau phản ứng thu được V lit khí

H2(đktc) Tính giá trị của V:

A 4,48 lit B 3,36 lit C. 2,24 lit D. 6,72 lit

HƯỚNG DẪN GIẢI

+ Các em cĩ thể viết phương trình sau đĩ tính tốn

+ Dùng phương pháp bảo tồn electron

→ 2x = 0,6 → x = 0,3 → V(H2) = 0,3.22,4 = 6,72 (lit)

→ Chọn D

BÀI 2: Cho 5,6 g Fe tác dụng với H2SO4 đặc, nĩng, dư thu được bao nhiêu lit khí SO2(đktc):

A. 2,24lit B. 3,36lit C. 4,48lit D. 5,6lit

→

← ∑e cho =∑e nhận → 3x + 2y = 0,6 (1)

Theo ựề bài: 27x + 56y = 8,3 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) → x = y = 0,1 (mol)

mAl = 0,1.27 = 2,7 (g)

mFe = 0,1.56 = 5,6 (g)

→ đáp án A

BÀI 4: Hòa tan 15 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại Mg và Al vào dung dịch Y gồm HNO3 và H2SO4

ựặc thu ựược 0,1 mol mỗi khắ SO2, NO, NO2, N2O Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là:

A. 63% và 37% B. 36% và 64% C. 50% và 50% D. 46% và 54%

HƯỚNG DẪN GIẢI

đặt nMg = x mol ; nAl = y mol Ta có:

24x + 27y = 15 (1) Quá trình oxi hóa:

S + (6-a)e S 0,1 0,1(6-a)

→

→

Tổng số mol H2SO4 ñã dùng: 49 0,5( )

Số mol H2SO4 ñã dùng ñể tạo muối bằng số mol Mg = 0,4 mol

Số mol H2SO4 ñã dùng ñể oxi hóa Mg là: 0,5 – 0,4 = 0,1 (mol)

Ta có: 0,1(6 – a) = 0,8 → a = - 2 → H2S

→ Chọn C

BÀI 7: (ðTS A 2007): Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu( tỷ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu ñược V lit( ñktc) hỗn hợp khí X( gồm NO và NO2) và dung dịch Y( chỉ chứa 2 muối và axit dư) Tỷ khối của X ñối với H2 bằng 19 Giá trị của V là:

A. 4,48lit B. 5,6 lit C. 3,36lit D. 2,24lit

NO2

NO

2

NO NO

BÀI 8: Cĩ 3,04g hỗn hợp Fe và Cu hịa tan hết trong dung dịch HNO3 tạo thành 0,08 mol hỗn hợp NO

và NO2 cĩ M 42 = Hãy xác định thành phần % hỗn hợp kim loại ban đầu

Ta giải theo phương pháp bảo tồn electron:

Phương pháp đường chéo:

(46)

(30)

42

124

NO2

NO

2

NO NO

Theo ∑e cho =∑e nhận → 3a + 2b = 0,02.3 + 0,06 = 0,12

Khối lượng kim loại: 56a + 64b = 3,04

→ a = 0,02 → mFe = 0,02.56 = 1,12 g → 36,84%

→ b = 0,03 → mCu = 0,03.64 = 1,92 g → 63,16%

BÀI 9: Oxi hĩa hồn tồn 0,728 gam bột Fe ta thu được 1,016 gam hỗn hợp hai oxit sắt (hỗn hợp A).1

Hịa tan hỗn hợp A bằng dung dịch axit nitric lỗng dư Tính thể tích khí NO duy nhất bay ra (ở đktc)

A. 2,24 ml B. 22,4 ml C. 33,6 ml D. 44,8 ml

2 Cũng hỗn hợp A trên trộn với 5,4 gam bột Al rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhơm (hiệu suất 100%) Hịa tan hỗn hợp thu được sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư Tính thể tích bay ra (ở đktc)

A. 6,608 lít B. 0,6608 lít C. 3,304 lít D. 33,04 lít

HƯỚNG DẪN GIẢI

1 Các phản ứng có thể có:

2Fe + O2 →to 2FeO (1) 2Fe + 1,5O2 →to Fe2O3 (2) 3Fe + 2O2 →to Fe3O4 (3) Các phản ứng hòa tan có thể có:

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (4)

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (5) 3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O (6)

Ta nhận thấy tất cả Fe từ Fe0 bị oxi hóa thành Fe+3, còn N+5 bị khử thành N+2, O20 bị khử thành 2O−2 nên phương trình bảo toàn electron là:

0,7283n 0,009 4 3 0,039

56+ ừ = ừ = mol

trong ựó, n là số mol NO thoát ra Ta dễ dàng rút ra

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑ (10) 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑

(11) Xét các phản ứng (1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11) ta thấy Fe0 cuối cùng thành Fe+2, Al0 thành Al+3, O20

thành 2O−2 và 2H+ thành H2 nên ta có phương trình bảo toàn electron như sau:

5,4 30,013 2 0,009 4 n 2

V =0,295 22,4ừ =6,608lắt

→ đáp án A

Nhận xét: Trong bài toán trên các bạn không cần phải băn khoăn là tạo thành hai oxit sắt (hỗn

hợp A) gồm những oxit nào và cũng không cần phải cân bằng 11 phương trình như trên mà chỉ cần quan tâm tới trạng thái ựầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa và chất khử rồi áp dụng luật bảo toàn electron ựể tắnh lược bớt ựược các giai ựoạn trung gian ta sẽ tắnh nhẩm nhanh ựược bài toán

BÀI 10: (TSðH B 2007): Nung m gam bột sắt trong oxi, thu ñược 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan

hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3( dư), thoát ra 0,56 lit (ở ñktc) NO( là sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là:

N + 3e N 0,075 0,025

N + 3e N 0,18 0,06

BÀI 12: ðể a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối

lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4

ñậm ñặc, nóng thu ñược 6,72 lít khí SO2 (ñktc) Khối lượng a gam là:

A. 56 gam B. 11,2 gam C. 22,4 gam D. 25,3 gam

75,2 an

Các em dùng phương pháp ghép ẩn số bằng cách nhân (2) với 62 rồi cộng (1) ta ñược :

m(muối) = m(kim loại) + m(NO3-)

mà n(NO3-) = 3n(NO) + 8n(N2O) = 3.0,15 + 8.0,05 = 0,85 (mol) [Vì sao?]

m(muối) = 58 + 0,85.62 = 116,9(g)

Hoặc nhẩm nhanh:

m(muối) = 58 + 62(3.0,15 + 8.0,05) = 116,9 (g) BÀI 14: Hòa tan hết 16,3 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe trong dung dịch H2SO4 ñặc, nóng thu ñược 0,55 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu ñược là:

Muối thu ñược gồm: MgSO4, Al2(SO4)3 và Fe2(SO4)3 = 120x + 171y + 200z

Các em dùng phương pháp ghép ẩn số bằng cách nhân (1) với 48 rồi cộng (2) ta ñược :

m = 69,1 (g)

→ Chọn C

Nhẩm nhanh: n(SO42-) = n(SO2) = 0,55 (mol) [Vì sao?]

m(muối) = 16,3 + 0,55.96 = 69,1 (g) BÀI 15: Cho 18,4 g hỗn hợp kim loại A,B tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 ñặc và H2SO4

ñặc, nóng thấy thoát ra 0,2 mol NO và 0,3 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn thu ñược là:

A. 42,2g B. 63,3g C. 79,6g D. 84,4g

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trong bài toán này ta chưa biết A,B có hóa trị mấy và khối lượng nguyên tử là bao nhiêu thì làm sao viết phương trình và ñặt ẩn → gặp khó khăn trong việc ñặt ẩn, giải hệ phương trình

Nhưng ta có thể giải dễ dàng một cách tuyệt vời như thế này:

Muối thu ñược chính là nitrat và sunfat

m = 18,4 + 0,3*96 + 3.0,2*62 = 84,4 (g) [Vì sao?]

→ Chọn D

Qua 3 bài tập trên các em thấy rằng “ có những cách giải bài tập hóa học rất nhanh” tuy nhiên ñể làm

ñược ñiều ñó thì các em phải thật sự nổ lực nhiều

BÀI 16: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu ñược hỗn hợp

khí gồm 0,01 mol NO và 0,04 mol NO2 Tính khối lượng muối tạo ra trong dung dịch

A. 10,08 gam B. 6,59 gam C. 5,69 gam D. 5,96 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI

Cách 1: ðặt x, y, z lần lượt là số mol Cu, Mg, Al

Nhường e: Cu → Cu2+ + 2e Mg → Mg2+ + 2e Al → Al3+ + 3e

x → x → 2x y → y → 2y z → z → 3z Thu e:

5

N+ + 3e → N+2 (NO)

5

N+ + 1e → N+4 (NO2) 0,03 ← 0,01 0,04 ← 0,04

n = ×2 0,04 4 0,01+ × =0,12mol

A. 2,24lit B. 4,48lit C 3,36lit D. 6,72lit

+ Nitơ coi như không có sự thay ñổi số oxi hóa ( HNO3 ban ñầu → HNO3 cuối)

+ Chỉ có Cu và O2 thay ñổi số oxi hóa

BÀI 18: Trộn 60 gam bột Fe với 30 gam bột lưu huỳnh rồi ñun nóng (không có không khí) thu ñược

chất rắn A Hoà tan A bằng dung dịch axit HCl dư ñược dung dịch B và khí C ðốt cháy C cần V lít O2

(ñktc) Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn V có giá trị là

Nhường e: Fe → Fe2+ + 2e

60mol

56

60256

ừ mol Thu e: Gọi số mol O2 là x mol

V =22,4 1,4732ừ =33lắt (đáp án C)

BÀI 19: Hỗn hợp A gồm 2 kim loại R1, R2 có hóa trị x,y không ựổi( R1 và R2 không tác dụng với nước

và ựứng trước Cu trong dãy hoạt ựộng hóa học) Cho hỗn hợp A phản ứng hoàn toàn với dung dịch CuSO4 dư, lấy Cu thu ựược cho phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 dư thu ựược 1,12 lit NO duy nhất( ựktc) Nếu cho hỗn hợp A trên phản ứng hoàn toàn với HNO3 thì thu ựược N2 với thể tắch là:

A. 0,336lit B. 0,2245lit C. 0,448lit D. 0,112lit

HƯỚNG DẪN GIẢI

Trong bài toán này có 2 thắ nghiệm:

TN1: R1 và R2 nhường electron cho Cu2+ ựể chuyển thành Cu sau ựó Cu lại nhường electron cho

- Phần 1: Hòa tan hoàn toàn trong dung dịch chứa HCl và H2SO4 loãng tạo ra 3,36 lit khắ H2

- Phần 2: Tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thu ựược V lit khắ NO (sản phẩm khử duy nhất) Biết các khắ ựều ựo ở ựktc Giá trị V là:

A. 2,24lit B. 3,36lit C. 4,48lit D. 6,72lit

Al → Al+3

+ 3e 0,81

27 → 0,09 mol

và N+5 + 3e → N+2

0,09 mol → 0,03 mol

⇒ VNO = 0,03×22,4 = 0,672 lít → ðáp án D

Nhận xét: Phản ứng nhiệt nhôm chưa biết là hoàn toàn hay không hoàn toàn do ñó hỗn hợp A

không xác ñịnh ñược chính xác gồm những chất nào nên việc viết phương trình hóa học và cân bằng phương trình phức tạp Khi hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A trong axit HNO3 thì Al0 tạo thành Al+3, nguyên tử Fe và Cu ñược bảo toàn hóa trị

Có bạn sẽ thắc mắc lượng khí NO còn ñược tạo bởi kim loại Fe và Cu trong hỗn hợp A Thực chất lượng Al phản ứng ñã bù lại lượng Fe và Cu tạo thành

BÀI 22: Trộn 0,54 g bột Al với hỗn hợp bột Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong ñiều kiện không có không khí một thời gian, thu ñược hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO3 ñặc nóng, dư thì thể tích NO2(sản phẩm khử duy nhất ở ñktc) thu ñược là:

A. 0,672lit B 0,896lit C. 1,12lit D. 1,344lit

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gợi ý: Nếu ta giải theo cách bình thường thì sẽ gặp khó khăn vì:

+ Phản ứng nhiệt nhôm không hoàn toàn do ñó sẽ có nhiều sản phẩm nên viết nhiều phương trình + Số ẩn ta ñặt nhiều trong khi dữ kiện bài toán ít

→ Ta giải thep phương pháp bảo toàn electron:

Chỉ có Al và N(trong HNO3) có sự thay ñổi số oxi hóa nên:

Al → Al3+ + 3e N+5 + 1e → N+4 (NO2)

0,02 → 0,06 0,06 → 0,06

→ V(NO2) = 0,06.22,4 = 1,344 (lit) → đáp án D

BÀI 23: Cho 8,3 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe (nAl = nFe) vào 100 ml dung dịch Y gồm Cu(NO3)2 và AgNO3 Sau khi phản ứng kết thúc thu ựược chất rắn A gồm 3 kim loại Hòa tan hoàn toàn chất rắn A vào dung dịch HCl dư thấy có 1,12 lắt khắ thoát ra (ựktc) và còn lại 28 gam chất rắn không tan B Nồng

ựộ CM của Cu(NO3)2 và của AgNO3 lần lượt là





→ ChÊt rớn A(3 kim loỰi)

2 HCl d −

3 AgNO

n =x mol và

3 2 Cu( NO )

n =y mol

⇒ X + Y → Chất rắn A gồm 3 kim loại

⇒ Al hết, Fe chưa phản ứng hoặc còn dư Hỗn hợp hai muối hết

Quá trình oxi hóa:

Al → Al3+

+ 3e Fe → Fe2+

+ 2e 0,1 0,3 0,1 0,2

⇒ Tổng số mol e nhường bằng 0,5 mol

⇒ 108x + 64y = 28 (2)

Giải hệ (1), (2) ta ựược:

x = 0,2 mol ; y = 0,1 mol

Bảo toàn nguyên tố Fe: 0,2.x = 0,6 → x = 3 → Fe3O4 → Chọn B

BÀI 26: Cho 3 kim loại Al, Fe, Cu vào 2 lít dung dịch HNO3 phản ứng vừa ñủ thu ñược 1,792 lít khí X (ñktc) gồm N2 và NO2 có tỉ khối hơi so với He bằng 9,25 Nồng ñộ mol/lít HNO3 trong dung dịch ñầu

BÀI 28 (Cð 2013): Hòa tan hết 0,2 mol FeO bằng dung dịch H2SO4 ñặc, nóng (dư), thu ñược khí SO2

(sản phẩm khử duy nhất) Hấp thụ hoàn toàn khí SO2 sinh ra ở trên vào dung dịch chứa 0,07 mol KOH

và 0,06 mol NaOH, thu ñược dung dịch chứa m gam muối Giá trị của m là

0,2(mol) FeO→ SO → muoái ?

• Bảo toàn electron:

BÀI 29 (ðH B 2013) : Nhúng một thanh sắt vào dung dịch hỗn hợp chứa 0,02 mol AgNO và 0,05 mol 3

→ mtăng = mCu + mAg – mFe pư = 0,05.64 + 0,02.108 – 0,06.56 = 2 (g)

 ðÁP ÁN C

BÀI 30 (ðH A 2013) : Hỗn hợp X gồm Ba và Al Cho m gam X vào nước dư, sau khi các phản ứng

xảy ra hoàn toàn, thu ñược 8,96 lít khí H2 (ñktc) Mặt khác, hòa tan hoàn toàn m gam X bằng dung dịch NaOH, thu ñược 15,68 lít khí H2 (ñktc) Giá trị của m là:

HƯỚNG DẪN GIẢI

Gọi số mol Ba là x Gọi số mol Al là y

TN1: Nhôm dư nên nAl(pư) = 2.nBa = 2x

x Ba → Ba2+ + 2e

2x Al → Al3+ + 3e

0,4 2H+ + 2e → H2

Bảo toàn electron: 2x + 6x = 2.0,4 → x = 0,1 → mBa = 0,1.137 = 13,7 (g)

TN 2: Nhôm pư hết nên:

+ Cu ban ñầu chuyển thành Cu2+

BÀI 33 (ðH B 2012) : ðốt cháy hỗn hợp gồm 1,92 gam Mg và 4,48 gam Fe với hỗn hợp khí X gồm

clo và oxi, sau phản ứng chỉ thu ñược hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua (không còn khí dư) Hòa tan Y bằng một lượng vừa ñủ 120 ml dung dịch HCl 2M, thu ñược dung dịch Z Cho AgNO3 dư vào dung dịch Z, thu ñược 56,69 gam kết tủa Phần trăm thể tích của clo trong hỗn hợp X là:

Nhận xét: 56,69 gam kết tủa gồm Ag: b (mol) và AgCl: (2a + 0,24) (mol)

Bảo toàn electron cho quá trình:

O2, Cl2, Ag nhận electron và Mg và Fe nhường electron

01 Hoà tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng thì thu ñược hỗn hợp gồm 0,015 mol khí

N2O và 0,01mol khí NO (phản ứng không tạo NH4NO3) Giá trị của m là

A. 13,5 gam B. 1,35 gam C. 0,81 gam D. 8,1 gam

02 Cho một luồng CO ñi qua ống sứ ñựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 ñốt nóng Sau khi kết thúc thí nghiệm thu ñược chất rắn B gồm 4 chất nặng 4,784 gam Khí ñi ra khỏi ống sứ hấp thụ vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thì thu ñược 4,6 gam kết tủa Phần trăm khối lượng FeO trong hỗn hợp A là

A. 68,03% B. 13,03% C. 31,03% D. 68,97%

03 Một hỗn hợp gồm hai bột kim loại Mg và Al ñược chia thành hai phần bằng nhau:

- Phần 1: cho tác dụng với HCl dư thu ñược 3,36 lít H2

- Phần 2: hoà tan hết trong HNO3 loãng dư thu ñược V lít một khí không màu, hoá nâu trong không khí (các thể tích khí ñều ño ở ñktc) Giá trị của V là

A. 2,24 lít B. 3,36 lít C. 4,48 lít D. 5,6 lít

04 Dung dịch X gồm AgNO3 và Cu(NO3)2 có cùng nồng ñộ Lấy một lượng hỗn hợp gồm 0,03 mol Al; 0,05 mol Fe cho vào 100 ml dung dịch X cho tới khí phản ứng kết thúc thu ñược chất rắn Y chứa 3 kim loại.Cho Y vào HCl dư giải phóng 0,07 gam khí Nồng ñộ của hai muối là

A. 0,3M B. 0,4M C. 0,42M D 0,45M

05 Cho 1,35 gam hỗn hợp Cu, Mg, Al tác dụng với HNO3 dư ñược 896 ml hỗn hợp gồm NO và NO2 có

M=42 Tính tổng khối lượng muối nitrat sinh ra (khí ở ñktc)

A. 9,41 gam. B. 10,08 gam C. 5,07 gam D. 8,15 gam

06 Hòa tan hết 4,43 gam hỗn hợp Al và Mg trong HNO3 loãng thu ñược dung dịch A và 1,568 lít (ñktc) hỗn hợp hai khí (ñều không màu) có khối lượng 2,59 gam trong ñó có một khí bị hóa thành màu nâu trong không khí Tính số mol HNO3 ñã phản ứng