Phương pháp bảo toàn electron

Phương pháp bảo toàn electron 

 I. Nguyên tắc của phương 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 nhường} =  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

       Phương pháp này đặc biệt lý thú đối với các bài toán phải biện luận nhiều trường 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 dư thu được 0.224 lít khí N₂ duy nhất ở đktc . Kim loại M là :

    A- Mg                           B- Fe                          C- Al                              D- Cu

Hướng 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     \[\frac{0.1}{n}=\frac{1.2}{M}\]  \[\Rightarrow \]   M = 12n   Lập bảng  \[\Rightarrow \]  M= 24  ( Mg)

  2- Ví dụ 2

  Cho 40.5 gam Al tác dụng với dung dịch HNO₃ thu được 10.08 lít khí X ở đktc ( không có sản phẩm khử nào khác ) . X là

              A.NO₂                     B.NO                        C. N₂O                   D. N₂

 Hướng 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 được chất rắn Z ( không tác dụng với dung dịch HCl ) và dung dịch T không còn màu xanh . Khối lưọng 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%

Hướng dẫn :       Chọn đáp án A

Z không tác dụng với với dung dịch HCl   \[\Rightarrow \]  Al, Fe hết

Dung dịch T không còn màu xanh     \[\Rightarrow \]   Cu(NO₃)₂  phản ứng hết

Vậy chất rắn Z gồm có Ag,Cu  \[\Rightarrow \] m_Z = m_Ag + m_Cu = 0.1x108 + 0.2 x 64 = 23.6 gam

           Gọi số mol của Al ,Fe lần lượt 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 phương trình       3a + 2b =0.5

%m_Al = \[\frac{0.1x27}{8.3}.100\]=32.53%

4- Ví dụ 4

       Hoà tan hỗn hợp X gồm Al và Fe vào dd HNO₃ dư sau phản ứng hoàn toàn thu được 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 nhường 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 nhường phải tìm được số mol e nhường vì khi đó 1 mol bao giờ cũng có 6.023 .10²³  e ,nên học sinh sẽ nghĩ ngay ra phương pháp sử dụng bảo toàn e

Cách giải :   Số mol khí Y là 2.688 : 22.4 = 0.12 mol

Suy ra  M_tb= \[\frac{4.44}{0.12}\] = 37  mà có khí NO (M = 30) → khí còn lại là N₂O

Gọi số mol NO , N₂O lần lượt là a , b

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

           \[\sum \]n _{e nhường}                                       \[\sum \]n _{e nhận}  = 11 a = 0.66 mol

Theo định luật bảo toàn e : \[\sum \]n _{e nhường} =  \[\sum \]n _{e nhận}  = 0.66 mol

⇒ Số e mà hh X nhường 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 dư được dd A và 13.216 lít khí ở đktc hỗn hợp khí B gồm NO₂ và NO có khối lượng 26.34 gam  .Thêm một lượng dư dd BaCl₂ vào ddA thấy tạo ra m gam kết tủa .Kim loại M và khối lượng m là :

A- Zn và 20.97g  B. Al và 15.57g     C. Mg và 4.55 g  D. Cu và 45.69g

Hướng dẫn

              n_{khí B} = 13.216 :22.4 = 0.5875 mol .Gọi số mol NO₂ và NO là a,b

dd A +  BaCl₂ tạo ra kết tủa \[\Rightarrow \] dd A có SO₄^2-

pt        Ba²⁺ +  SO₄^2- = BaSO₄ \[\downarrow \]

 

                

Gọi x là số mol của FeS₂ và MS

Quá trình oxi hoá                                       Quá trình khử      

FeS₂ -  15 e \[\to \] Fe³⁺ + 2S⁺⁶                              N⁺⁵  + 3e \[\to \]N⁺²

x  \[\to \]    15x                                                              3a      a

MS  -  8 e \[\to \] M²⁺  +  2S⁺⁶                                  N⁺⁵  + e \[\to \]N⁺⁴                                                                                                         x  \[\to \]   8x                                                                   b      b

\[\sum \]n _{e nhường}  = 15x+8x                 \[\sum \]n _{e nhận}  = 3a+b = 0.69 mol

Theo định luật bảo toàn e : \[\sum \]n _{e nhường} =  \[\sum \]n _{e nhận}   \[\Rightarrow \]  23 x =0.69  \[\Rightarrow \] x = 0.03

Mặt khác     120.0,03 + (M+32) .0,03  = 6.51  ⇒ M = 65 (Zn)

số mol  SO₄^2- = 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 pư thu được m gam chất rắn X gồm Fe ,Fe₂O₃ ,FeO , Fe₃O₄ . Hoà tan hết m gam chất rắn X vào dd HNO₃ dư được 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

Hướng dẫn

 8.4 gam Fe \[\xrightarrow{{{O}_{2}}}\]m gam  X :FeO ,Fe₂O₃ ,FeO , Fe₃O₄ \[\xrightarrow{HN{{O}_{3}}}\]muối Fe³⁺

Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dưới dạng muối Fe³⁺

m_O = m - 8.4  \[\Rightarrow \] n_O = \[\frac{m-8.4}{16}\]

        

\[\sum \]n _{e nhường}  = 0.45                     \[\sum \]n _{e nhận}  = \[\frac{m-8.4}{8}\] + 0.1mol

Theo định luật bảo toàn e : \[\sum \]n _{e nhường} =  \[\sum \]n _{e nhận}   

\[\Rightarrow \] \[\frac{m-8.4}{8}\] + 0.1  =0.45 \[\Rightarrow \] m = 11.2 gam      Đáp án A

7- Ví dụ 7

       Để m gam phoi sắt A trong không khí sau pư thu được 12.0 gam chất rắn B gồm FeO ,Fe₂O₃ ,Fe , Fe₃O₄ . Cho B tác dụng hoàn toàn với dd HNO₃ dư được 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

Hướng dẫn

m gam Fe \[\xrightarrow{{{O}_{2}}}\] 12 gam X :FeO,Fe₂O₃ ,FeO , Fe₃O₄ \[\xrightarrow{HN{{O}_{3}}}\]muối Fe³⁺

Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dưới dạng muối Fe³⁺

         m_O =12 - m  \[\Rightarrow \] n_O = \[\frac{12-m}{16}\]

                  n_Fe = m/56  

\[\sum \]n _{e nhường}  =  \[\frac{3m}{56}\]                    \[\sum \]n _{e nhận}  = \[\frac{12-m}{8}\] + 0.3             mol

Theo định luật bảo toàn e : n _{e nhường} =  n _{e nhận}   

\[\Rightarrow \]\[\frac{12-m}{8}\] + 0.3 = \[\frac{3m}{56}\]\[\Rightarrow \] m = 10.08 gam      Đáp án B

Ví dụ 8 : Cho 13,92 gam Fe₃O₄ tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ sau phản ứng thu được dung dịch X và 0,448 lít khí N_xO_y (Sản phẩm khử duy nhất ở (đktc). Khối lượng HNO₃ nguyên chất đã tham ra phản ứng là

A. 35,28 gam.                      B. 33,48 gam.              C. 12,6 gam.                   D. 17,64 gam.

Giải:

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

Câu 7: Hoà tan hết 4,43 gam hỗn hợp Al và Mg trong HNO₃ loãng thu được dung dịch X (không chứa muối amoni) và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khí (đều không màu) có khối lượng 2,59 gam trong đó có một khí bị hoá thành màu nâu trong không khí. Số mol HNO₃ đã phản ứng là

A. 0,51.                                B. 0,45.                        C. 0,55.                                    D. 0,49.

Câu 8: Hoà tan hoàn toàn m gam Mg hợp gồm ba kim loại (có hóa trị không đổi) bằng dung dịch HNO₃ thu được 1,12 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO₂ và NO. Tỉ khối hơi của X so với hiđro bằng 18,2. Thể tích tối thiểu dung dịch HNO₃ 37,8% (d =1,242g/ml) cần dùng là

A. 20,18ml.                          B. 11,12ml.                  C. 21,47ml.                          D. 36,7ml.

Câu 9: Hoà tan 6,25 gam hỗn hợp Zn và Al vào 275ml dung dịch HNO₃ thu được dung dịch X (không chứa muối amoni), chất rắn Y gồm các kim loại chưa tan hết cân nặng 2,516 gam và 1,12 lít hỗn hợp khí Z (ở đktc) gồm NO và NO₂. Tỉ khối của hỗn hợp Z so với H₂ là 16,75. Tính nồng độ mol/l của HNO₃ và tính khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch sau phản ứng.

A. 0,65M và 11,794 gam.                                                                B. 0,65M và 12,35 gam.

C. 0,75M và 1l,794 gam.                                                                  D. 0,55M và 12,35 gam.

Câu 10: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp 9,75 gam Zn và 2,7 gam Al vào 200ml dung dịch chứa đồng thời HNO₃ 2,5M và H₂SO₄ 0,75M thì thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X chỉ gồm các muối. Cô cạn dung dịch X thu được khối lượng muối khan là

A. 57,85 gam.                      B. 52,65 gam.              C. 45,45 gam.                 D. 41,25 gam.

Câu 11: Cho a gam nhôm tác dụng với b gam Fe₂O₃ thu được hỗn hợp X. Hoà tan X trong HNO₃ dư, thu được 2,24 lít (đktc) một khí không màu hoá nâu trong không khí. Khối lượng nhôm đã dùng là :

1. 2,7 gam                            B. 5,4 gam                   C. 4,0 gam                   D. 1,35 gam Câu 12: Đốt cháy 5,6 gam bột Fe trong bình đựng O₂ thu được 7,36 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe₂O₃ Fe₃O₄ và Fe. Hoà tan hoàn toàn lượng hỗn hợp X bằng dung dịch HNO₃ thu được V lít hỗn hợp khí Y gồm NO và NO₂ Tỉ khối của Y so với H₂ bằng 19. Thể tích V ở đktc là

A. 672ml.                             B. 336ml.                     C. 448ml.                     D. 896ml.

Câu 13: Cho dòng khi CO đi qua ống sứ chứa 0,12 mol hỗn hợp gồm FeO và Fe₂O₃ nung nóng, phản ứng tạo ra 0,138 mol CO₂. Hỗn hợp chất rắn còn lại trong ống nặng 14,352 gam gồm bốn chất. Hoà tan hết hỗn hợp bốn chất này vào dung dịch HNO₃ dư được V lít NO (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của V (đktc) là

 

          

Bài viết gợi ý: