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
Trang 1sử 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 HNO3 d thu đợc 0.224 lít khí N2 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 N2 = 0.01 Theo bảo toàn e có
M- n(e) Mn+ 2N+5 + 10 (e) N2
0.1/n 0.1 0.1 0.01
Suy ra
M n
2 1 1 0
2- Ví dụ 2
Cho 40.5 gam Al tác dụng với dung dịch HNO3 thu đợc 10.08 lít khí X ở đktc ( không có sản phẩm khử nào khác ) X là
A.NO2 B.NO C N2O D N2
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) Al3+ 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 N2
3- Ví dụ 3 Cho 8,3 gam hỗn hợp gồm Al,Fe vào 1 lít dung dịch AgNO3 0.1 M và Cu(NO3)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 %mAl trong X là :
Trang 2Trờng THPT Nguyễn Gia Thiều – Hà Nội Hà Nội
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(NO3)2 phản ứng hết
Vậy chất rắn Z gồm có Ag,Cu mZ = mAg + mCu = 0.1x108 + 0.2 x 64 = 23.6 gam
Gọi số mol của Al ,Fe lần lợt là a,b
Al -3(e) Al3+ Ag+ + 1(e) Ag
a 3a 0.1 0.1
Fe - 2(e) Fe2+ Cu2+ + 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 8 56 27
5 0 2 3
b a
b a
1 0 1 0
b a
%mAl = 100
3 8
27 1
0 x
=32.53%
4- Ví dụ 4
Hoà tan hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dd HNO3 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 1023 B 3,97 1023 C.3,25 1023 D 5,53 1023
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 1023 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 N2O Gọi số mol NO , N2O lần lợt là a , b Ta có hệ
44 4 44 30
12 0
b a b a
Khi cho Al,Fe vào dd HNO3 thì
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
Al - 3 e Al3+ N+5 + 3e N+2
Fe- 3 e Fe3+ 3a a
2N+5 + 8e N2+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
Trang 3 Số e mà hh X nhờng là : 0,66 x6.023 1023 = 3,97 1023 Đáp án B
5- Ví dụ 5
Hỗn hợp X gồm FeS2 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 HNO3 d đợc dd A và 13.216 lít khí ở đktc hỗn hợp khí B gồm
NO2 và NO có khối lợng 26.34 gam Thêm một lợng d dd BaCl2 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
nkhí B = 13.216 :22.4 = 0.5875 mol Gọi số mol NO2 và NO là a,b
Ta có hệ
34 26 30 46
5875 0
b a b a
05 0 54 0
b a
dd A + BaCl2 tạo ra kết tủa dd A có SO4
2-pt Ba2+ + SO42- = BaSO4
Gọi x là số mol của FeS2 và MS
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
FeS2 - 15 e Fe3+ + 2S+6 N+5 + 3e N+2
x 15x 3a a
MS - 8 e M2+ + 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 SO42- = nZnS + 2nFeS2 = 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 ,Fe2O3 ,FeO ,
Fe3O4 Hoà tan hết m gam chất rắn X vào dd HNO3 d đợc 2.24 lít khí NO2 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 O2 m gam X :FeO ,Fe2O3 ,FeO , Fe3O4 HNO 3 muối Fe3+
Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dới dạng muối Fe3+
Trang 4Trờng THPT Nguyễn Gia Thiều – Hà Nội Hà Nội
mO = m - 8.4 nO =
16
4 8
m
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
Fe- 3 e Fe3+ O + 2 e O-2
0.15 0.45
16
4 8
m
8
4 8
m
N+5 + e N+4
0.1 0.1
n e nhờng = 0.45 n e nhận =
8
4 8
m
+ 0.1mol
Theo định luật bảo toàn e : n e nhờng = n e nhận
8
4
.
8
m
+ 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 ,Fe2O3 ,Fe , Fe3O4 Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO3 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 O2 12 gam X :FeO,Fe2O3 ,FeO , Fe3O4 HNO 3 muối Fe3+
Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dới dạng muối Fe3+
mO =12 - m nO =
16
12 m
nFe = m/56
Quá trình oxi hoá Quá trình khử
Trang 5Fe - 3 e Fe3+ 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 HNO3thì thu đợc 2.24 lít khí A ở
đktc Khí A là :
A- NO B- NO2 C- N2 D- N2O
Bài tập 2
Lấy 0.03 mol Al và 0.05 mol Fe cho tác dụng với 100 ml dd chứa AgNO3 và Cu(NO3)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 H2 ở đktc Hiệu suất các phản ứng là 100
% Nồng độ mol/l của AgNO3 và Cu(NO3)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 HNO3 nóng thì thu đợc 1.792 lít khí
NO ,NO2 ở đktc có tỷ khối hơi đối với H2 là 21 %mCu và %mFe 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 CuSO4 ,sau một thời gian nhấc thanh Al ra thấy thanh Al tăng m
gam Al có 3,613.1023 electron tham gia phản ứng trao đổi trong quá trình phản ứng với CuSO4 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
Trang 6Trờng THPT Nguyễn Gia Thiều – Hà Nội Hà Nội
Khi cho một thanh Fe vào dd CuSO4 ,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 CuSO4 :
A-1,44.1024 B- 4,818.1023 C- 9,636.1023 D - 0.8
Bài 1: Hỗn hợp A gồm 0,06 mol Mg, 0,02 mol Al và 0,04 mol Fe tỏc dụng hết với dd HNO3
thu được V lit hỗn hợp khớ gồm N2 và N2O cú tỉ khối so với Hidro bằng 20
a) Hóy biểu diễn cỏc ptpư ở dạng ion thu gọn
b) V=? ( đo ở đktc ).
c) Tớnh số mol HNO3 đó phản ứng
Bài2: Cho hỗn hợp bột kim loại A gồm 0,02 mol Fe, 0,04 mol Al, 0,03 mol Cu và 0,01 mol Zn
hũa tan hết vào dung dịch HNO3 thu được V lit hỗn hợp khớ gồm NO và N2O cú tỉ khối so với Hidro là 16,75
Tớnh V (ở đktc).
Bài 3: Cho hỗn hợp bột kim loại A gồm 0,04 mol Al, 0,02 mol Fe và 0,05 mol Cu tỏc dụng với
dd HNO3 12,6% được V lit hỗn hợp khớ gồm NO và N2 cú tỉ khối so với Hidro là 14,75
Tớnh V (ở đktc), khối lượng dd HNO3 đó phản ứng biết axit HNO3 dư 10% so với lượng cần dựng
Bài 4: m(g) Fe để trong khụng khớ bị oxi húa 1 phần thành 12(g) hỗn hợp cỏc oxit và Fe dư.
Hũa tan hỗn hợp này vào dd HNO3 dư thu được 2,24 lit khớ NO duy nhất (đkc) Tỡm m.
Bài 5: m’(g) Fe2O3 nung với CO thiếu thu được 6,52(g) hỗn hợp Y gồm 4 chất Hũa tan Y hết
vào dd HNO3 thỡ thu được 0,15 mol khớ NO duy nhất Tỡm m’.
Bài 6: Cho m(g) hh bột kim loại A gồm Mg và Al hũa tan hết vào dd HCl dư thấy giải phúng
0,25 mol khớ Thờm 1 lượng Cu bằng 1,255m (g) vào hh A được hh B Hũa tan B vào dd
HNO3 dư thỡ thu được 0,5 mol hh khớ gồm NO và NO2 cú tỉ khối so với Hidro bằng 21,4 Tớnh tfần % theo klượng cỏc chất trong hh A
Bài 7: Hỗn hợp X gồm 1,56(g) Mg và 0,486(g) Al được hũa tan hết vào V lit dd HNO3 2M
thấy giải phúng 0,4704 lit (đkc) hỗn hợp khớ gồm N2 và N2O Cũng V lit dd HNO3 đú hũa tan vừa hết 3,3335(g) kim loại M giải phúng khớ N2O duy nhất Xỏc định kim loại M và
tớnh V.
Bài 8: Hũa tan hết kim loại Mg vào dd chứa 1,5 mol HNO3 thu được dd A và 0,2 mol hh khớ
gồm NO và N2O Hỏi để kết tủa hết lượng Mg2+ cú trong dd A cần tối thiểu bao nhiờu mol NaOH?
Bài 9: Hũa tan 12,9(g) hh A gồm Zn và 1 kim loại M húa trị II vào dd H2SO4 loóng dư thu
được 2,24 lit H2 Cũn khi hũa tan hết 12,9(g) hh A vào dd H2SO4 đặc được 4,144 lit hỗn hợp gồm SO2 và H2S cú tỉ khối so với Hidro bằng 31,595 Xỏc định kim loại M biết thể tớch cỏc khớ đo ở đktc
Bài 10: Hỗn hợp kim loại A gồm Mg, Al, Cu nặng 20,3(g) được hũa tan vào 200ml dd HCl dM
thu được 6,72 lit khớ và cũn lại 9,2(g) chất X khụng tan Lọc lấy X, chia thành 2 phần bằng nhau Hũa tan hết phần 1 vào dd HNO3 thấy giải phúng 2,8 lit hh khớ ( NO và NO2 )
cú tỉ khối so với Hidro bằng 21,4 Đem đốt chỏy phần 2 bằng 1 lượng oxi xỏc định được
Trang 7khí NO2 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 HNO3 được dd B và giải phóng
1,2992 lit hỗn hợp khí ( N2O và N2) Mặt khác hòa tan hết A vào dd NaOH có đủ thì thu được 5,376 lit H2 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 + H2O NaAlO2 + 1,5H2
Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2
2NaAlO2 + H2SO4 + H2O 2Al(OH)3 + Na2SO4 Nếu dư axit: 2Al(OH)3 + 3H2SO4 Al 2(SO4)3 + 3H2O