PP ION-ELECTRON

Huỳnh Thị Long - Trường THPT Sào Nam Duy Xuyên Quảng Nam - ĐT: 0978739996 PHƯƠNG PHÁP ION-ELECTRON: Áp dụng giải các bài toán phản ứng oxi hóa –khử có môi trường ;cân bằng các phản ứng oxi hóa –khử có môi trường phức tạp; tính lượng môi trường H + tham gia phản ứng và ngược lại ; biết lượng sản phẩm khử,tính lượng H + . Chỉ áp dụng cho dạng toán kim loại hoặc hỗn hợp các kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh H 2 SO 4 đặc , HNO 3 là tối ưu nhất . Nếu học sinh không biết phương pháp ion-electron này mà sử dụng phương pháp khác để giải những bài toán hóa dạng trên , sẽ mất thời gian và có thể không tìm ra kết quả của bài toán . Đối với bài toán oxit kim loại hoặc hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit theo phản ứng oxi hóa khử , khi sử dụng phương pháp ion – electron thì ngoài số mol H + tính theo bán phản ứng ion – electron còn có số mol H + lấy oxi của oxit để tạo H 2 O . I. PHƯƠNG PHÁP: Cân bằng theo phương pháp ion-electron áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử xẩy ra trong dung dịch có sự tham gia của môi trường : axit , bazơ , nước . Khi cân bằng cũng sử dụng theo 4 bước như phương pháp thăng bằng electron nhưng chất oxi hóa , chất khử được viết đúng dạng mà nó tồn tại trong dung dịch theo nguyên tắc sau : 1. Nếu phản ứng có axit tham gia : + Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm bấy nhiêu H 2 O để tạo ra H + ở vế kia và ngược lại . Ví dụ : NO 3 - → NO Vế phải thiếu 2 O , thêm vế phải 2H 2 O để tạo vế trái 4 H + sau đó cân bằng điện tích của bán phản ứng . NO 3 - + 4H + + 3e → NO +2H 2 O 2. Nếu phản ứng có bazơ tham gia : + Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm lượng OH - gấp đôi để tạo H 2 O ở vế kia và ngược lại . Ví dụ : Cr 2 O 3 → 2CrO 4 2- Vế trái thiếu 5 O thêm vế trái 10 OH - để tạo 5H 2 O ở vế phải , sau đó cân bằng điện tích bán phản ứng . Cr 2 O 3 +10 OH - → 2CrO 4 2- + 5H 2 O + 6e Ngoài ra học sinh cần phải linh hoạt trong các trường hợp ngoài lệ . 3. Nếu phản ứng có H 2 O tham gia : * Sản phẩm phản ứng tạo ra axit , theo nguyên tắc 1. * Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ , theo nguyên tắc 2. MnO 4 - + 2H 2 O +3e → MnO 2 + 4OH - Chú ý: sự thay đổi số oxi hóa của một số chất theo môi trường : Trong môi trường bazơ : tạo K 2 MnO 4 KMnO 4 Trong môi trường trung tính và kiềm yếu : tạo MnO 2 , KOH Trong môi trường axit :tạo Mn 2+ II. BÀI TẬP VẬN DỤNG: Dạng 1 : Cân bằng phản ứng oxi hóa khử có môi trường. 1.Bổ túc và cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp ion-electron : a. FeSO 4 +KMnO 4 +H 2 SO 4 → . + … + … + … b. SO 2 + KMnO 4 + H 2 O → . + … + … c. CH 2 =CH 2 + KMnO 4 +H 2 O → HOCH 2 -CH 2 OH + … + … Huỳnh Thị Long - Trường THPT Sào Nam Duy Xuyên Quảng Nam - ĐT: 0978739996 d. Cu + NaNO 3 +HCl → e. FeS + HNO 3đ → Bài làm: a.Ta có : FeSO 4 +KMnO 4 +H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O 2Fe 2+ → 2Fe 3+ + 2e x 5 MnO 4 - + 8H + + 5e → Mn 2+ + 4H 2 O x 2 10FeSO 4 +2KMnO 4 +8H 2 SO 4 → 5Fe 2 (SO 4 ) 3 +2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O b. Ta có : SO 2 + KMnO 4 +H 2 O → K 2 SO 4 +MnSO 4 +H 2 SO 4 SO 2 + 2H 2 O → SO 4 2- + 4H + +2e x 5 MnO 4 - +8H + +5e → Mn 2+ + 4H 2 O x 2 5SO 2 + 2MnO 4 2- +2H 2 O → 5SO 4 2- + 4H + +2Mn 2+ 5SO 2 + 2KMnO 4 +2H 2 O → K 2 SO 4 +2MnSO 4 +2H 2 SO 4 c. Ta có: CH 2 =CH 2 + KMnO 4 +H 2 O → HOCH 2 -CH 2 OH + MnO 2 + KOH MnO 4 - + 2H 2 O +3e → MnO 2 + 4OH - x 2 CH 2 =CH 2 + 2OH - → HOCH 2 -CH 2 OH +2e x 3 3 CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 +4H 2 O → 3HOCH 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH d. Cu + NaNO 3 +HCl → Cu 2+ + NO + … Cu → Cu 2+ +2e x 3 NO 3 - +4H + +3e → NO+ 2H 2 O x 2 3Cu + 8H + + 2NO 3 - → 3Cu 2+ + 2NO + 4H 2 O Có 2 phương trình phân tử phù hợp : 3Cu + 8NaNO 3 + 8HCl → 3Cu(NO 3 ) 2 + 8NaCl + 2NO + 4H 2 O 3Cu + 2NaNO 3 + 8HCl → 3CuCl 2 + 2NaCl + 2NO + 4H 2 O e. . FeS + HNO 3đ → FeS +4H 2 O → Fe 3+ + SO 4 2- + 8H + + 9e x 1 NO 3 - +2H + +1e → NO 2 + H 2 O x 9 FeS + 9NO 3 - + 10H + → Fe 3+ + SO 4 2- + 9NO 2 + 5H 2 O ; Có 2 phương trình phân tử phù hợp : FeS + 12HNO 3đ → Fe(NO 3 ) 3 + H 2 SO 4 + 9NO 2 + 5H 2 O 3FeS + 30HNO 3đ → Fe(NO 3 ) 3 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + 27NO 2 + 15H 2 O Dạng 2 : Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa 2. Hỗn hợp A gồm nhiều kim loại có hóa trị không đổi hòa tan vừa hết trong 800ml dung dịch HNO 3 sinh ra hỗn hợp gồm 0,2 mol N 2 + 0,1 mol NO (là sản phẩm khử duy nhất) . Giả sử không có phản ứng kim loại tác dụng với dd muối .Tính nồng độ C M của dung dịch HNO 3 đã dùng ? A. 1,5M B. 2,5M C.3,5M D.4,5M Bài làm: Ta có : 2NO 3 - +12H + +10e → N 2 + 6H 2 O (1) 2,4 0,2 mol NO 3 - +4H + +3e → NO+ 2H 2 O (2) Huỳnh Thị Long - Trường THPT Sào Nam Duy Xuyên Quảng Nam - ĐT: 0978739996 0,4 0,1 mol Từ (1), (2) → n HNO3 = n H+ = 2,4 +0,4 = 2,8 mol ; [HNO 3 ] = 2,8 : 0,8 = 3,5M → Chọn 2C 3. Cho m gam hỗn hợp X gồm Zn , Al , Mg tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 6,72 lit hiđro ở (đktc) . Tính thể tích dung dịch HNO 3 2M đã dùng để hòa tan hết cũng m gam hỗn hợp X trên ? Biết lượng HNO 3 đã dùng dư 20% so với lượng cần thiết và NO là sản phẩm khử duy nhất . Bài làm: Vì cũng m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư hoặc dung dịch HNO 3 dư nên tổng số mol electron nhận trong 2 trường hợp này phải bằng nhau . Ta có : 2H + +2e → H 2 (1) mol 0,6 6,72/22,4 NO 3 - + 4H + + 3e → NO + 2H 2 O (2) mol 0.8 0,6 Từ (1), (2) suy ra số mol H + =số mol HNO 3 phản ứng = 0,8 mol Vì lượng HNO 3 đã dùng dư 20% so với lượng cần thiết nên : Số mol HNO 3 đã dùng =0,8 + 20%.0,8 = 0,96 mol V dd HNO 3 = 0,96 : 2 = 0,48 lit Dạng 3 : Oxit kim loại hoặc hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit theo phản ứng oxi hóa khử . 4. Hòa tan m gam hỗn hợp Y gồm FeO , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 (với n FeO : n Fe2O3 = 1 : 1 ) cần 200ml dd HNO 3 1,5M thu được x lit khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất . Giá trị của m,x lần lượt là : A. 7,46 gam ; 0,24 lit B. 52,2gam ; 1,68 lit C. 52gam ; 0.07 lit D. 51,2gam ; 1,68 lit Bài làm: Vì hỗn hợp Y gồm FeO , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 có tỉ lệ mol FeO và Fe 2 O 3 là 1:1 , nên ta xem hỗn hợp Y chỉ có Fe 3 O 4 . Số mol H + =số mol HNO 3 = 0,2 . 1,5 = 0,3 mol Cách 1 (Fe 3 O 4 ) 3Fe +8/3 → 3Fe 3+ +1e (1) x 3 3. 0,3/28 3. 0,3/28 Ta có : NO 3 - + 4H + + 3e → NO + 2H 2 O (2) x 1 3. 0,3/28 0,3/28 mol Từ (1) , (2) ⇒ để tạo 1 mol NO phải cần 3 mol Fe 3 O 4 → 12 mol O → 12 mol H 2 O → 24 mol H + (3) Từ (2) , (3) → Để tạo 1 mol NO cần 4 mol H + tham gia vào quá trình khử và 24 mol H + tạo môi trường Cần 28 mol H + Vậy: 28 mol H + tạo 1mol NO 0,3 mol H + tạo số mol NO là :0,3/28 mol V NO =22,4 . 0,3/28 = 0,24 lit Từ (1) , (2) ⇒ 232. 3. 0,3/28 = 7,46 gam Cách 2 : 3Fe 3 O 4 + 28 HNO 3 → 9 Fe(NO 3 ) 3 + NO + 14 H 2 O Mol : 3. 0,3/28 0,3 0,3/28 Suy ra kết quả như trên. Chọn A Nếu HS giải theo cách sau : (Fe 3 O 4 ) 3Fe +8/3 → 3Fe 3+ +1e (1) Mol : 0,225 0,225 Ta có : NO 3 - + 4H + + 3e → NO + 2H 2 O (2) Huỳnh Thị Long - Trường THPT Sào Nam Duy Xuyên Quảng Nam - ĐT: 0978739996 mol 0,3 0,225 0,075 Từ (1) , (2) ⇒ m= 0,225 . 232 = 52,2gam ; x = 0,075. 22,4 = 1,68 lit Chọn B là sai .Vì còn có H + lấy oxi của oxit tạo nước. Đối với dạng này khi giải HS phải cẩn thận! Cách 3 : Đúng theo pp ion-electron : Fe 3 O 4 +8H + → 3Fe 3+ + 1e + 4H 2 O (1) Mol : a 8a a Ta có : NO 3 - + 4H + + 3e → NO + 2H 2 O (2) mol 4a/3 a a/3 (1) , (2)  8a+ 4a/3 = 28a/3 = 0,3  a = 3 x 0,3/8 V NO =22,4 . 0,3/28 = 0,24 lit Từ (1) , (2) ⇒ 232. 3. 0,3/28 = 7,46 gam III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN : 1. Bổ túc và cân bằng phản ứng sau theo phương pháp ion-electron : FeS 2 + HNO 3 đặc → 2 . Hòa tan 3,085 gam hỗn hợp gồm Al , Zn , Fe trong 0,04 lit dung dịch H 2 SO 4đăcnong dư x mol/lit vừa đủ thu được dung dịch A ; 1,792 lit ( đktc) khí SO 2 và 0,32gam S . Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan . Giá trị của m và x là : A. 13,645g và 10M B. 13,645 g và 5M C. 13,55g và 12M D. 13,55g và 22M 3. Để m gam bột Fe trong không khí thu được 3g hỗn hợp chất rắn X . Hòa tan vừa hết 3g hỗn hợp X này cần 500ml dung dịch HNO 3 a mol/lit thu được 0,56 lit NO sản phẩm khử duy nhất . Giá trị của m và a lần lượt là : A. 0,4M ; 2,152g B. 0,3M ; 2,152g C. 0,32 M ; 2,52g D. 0,2M; 2,52g 4. Có 2 dung dịch X , Y thỏa mãn : X + Y → không phản ứng ; Cu + X → không phản ứng Cu + Y → không phản ứng ; Cu + X + Y → Cu 2+ + NO + … X , Y là : A. NaNO 3 ; K 2 SO 4 B. Na 3 PO 4 ; KNO 3 C. NaNO 3 ; KHSO 4 D. NaCl ; AgNO 3 5. Cho hỗn hợp Al , Zn vào dung dịch NaOH , NaNO 3 thấy thoát ra 2 khí X , Y . X , Y là : A. H 2 ; NO B. H 2 ; N 2 O C. H 2 ; NO 2 D. H 2 ; NH 3 6. Hòa tan 10,71gam hỗn hợp gồm Al , Zn , Fe trong 4 lit dung dịch HNO 3 x mol/lit dư thu được dung dịch A và 1,792 lit ( đktc) hỗn hợp khí gồm N 2 và N 2 O có tỉ khối so với heli là 9 . Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan .Giá trị của m và x là : A. 55,35g và 2,2M B. 55,35g và 0,22M C. 53,55g và 2,2M D. 53,55g và 0,22M 7. Cho m gam bột Fe tác dụng với dung dịch chứa 1 mol HNO 3 đun nóng khuấy đều , phản ứng toàn , giải phóng ra 0,25 mol khí NO là sản phẩm khử duy nhất của HNO 3 , sau phản ứng còn lại 1 g kim loại . Tính m ? A. 14g B. 15g C. 22g D. 29g 8. Cho 13,4g hỗn hợp Fe , Al , Mg tác dụng hết với một lượng dung dịch HNO 3 2M (lấy dư 10% ) thu được 4,48 lit hỗn hợp NO và N 2 O có tỉ khối so với hiđro bằng 18,5 và dung dịch không chứa muối amoni . Thể tích dung dịch HNO 3 đã dùng và khối lượng muối có trong dung dịch sau phản ứng lần lượt là : A. 15,4 lit và 81g B. 0,77 lit và 81,6g C. 1,4 lit và 86g D. 0,7 lit và 80,6g 9. Hòa tan hoàn hỗn hợp X gồm 2 kim loại A và B trong dung dịch HNO 3loãng . Kết thúc phản ứng thu dược hỗn hợp khí Y gồm 0,1mol NO ; 0,15mol NO 2 ; 0,05 mol N 2 O . Biết rằng không có phản ứng tạo NH 4 NO 3 . Số mol HNO 3 phản ứng là : A. 0,75mol B. 0,9mol C. 1,2mol D. 1,05mol 10. Hòa tan 1,68 g kim loại M trong dung dịch HNO 3 3,5M lấy dư 10% thu được sản phẩm khử gồm 0,03mol NO 2 và 0,02mol NO . Thể dung dịch HNO 3 đã dùng và kim loại M là : A. 40ml , Fe B. 44ml , Fe C. 40ml , Al D. 44ml , Al 2 B 3 C 4 C 5 D 6 B 7 C 8 B 9 C 10 B . oxit tạo nước. Đối với dạng này khi giải HS phải cẩn thận! Cách 3 : Đúng theo pp ion-electron : Fe 3 O 4 +8H + → 3Fe 3+ + 1e + 4H 2 O (1) Mol : a 8a a Ta có. mạnh H 2 SO 4 đặc , HNO 3 là tối ưu nhất . Nếu học sinh không biết phương pháp ion-electron này mà sử dụng phương pháp khác để giải những bài toán hóa dạng