Phương pháp áp dụng định luật bảo toàn electron

I - Nội dung

Trong phản ứng oxi hóa - khử, số mol electron mà chất khử cho đi bằng số mol electron mà chất oxi hóa nhận về. ‎


- Sử dụng cho các bài toán có phản ứng oxi hóa - khử, đặc biệt là các bài toán có nhiều chất oxi hóa, nhiều chất khử.

- Trong một phản ứng hoặc một hệ phản ứng, cần quan tâm đến trạng thái oxi hóa ban đầu và cuối của một nguyên tử mà không cần quan tâm đến các quá trình biến đổi trung gian.

- Cần kết hợp với các phương pháp khác như bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố để giải bài toán.

- Nếu có nhiều chất oxi hóa và nhiều chất khử cùng tham gia trong bài toán, ta cần tìm tổng số mol electron nhận và tổng số mol electron nhường rồi mới cân bằng.

II - Bài tập áp dụng

Bµi 1. Để m (g) bột sắt ngoài không khí một thời gian thu được12 gam hỗn hợp các chất rắn FeO, Fe3O4, Fe2 O3, Fe. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp đó bằng dung dịch HNO­3 loãng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc). Giá trị của m là

A. 5,04 gam B. 10,08 gam C. 15,12 gam D. 20,16 gam

Hướng dẫn giải.

nFe = ; ; nNO giải phóng = 0,1 mol

- Chất khử là Fe:


- Chất oxi hóa gồm O2 và HNO3 :


Smol e- Fe nhường = Sne- chất oxi hóa (O2, ) nhận:

Þ m = 10,08 (g).

Đáp án B.

Bµi 2. Hòa tan hoàn toàn 17,4 gam hỗn hợp 3 kim loại Al, Fe, Mg trong dung dịch HCl thấy thoát ra 13,44 lít khí. Nếu cho 34,8 gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch CuSO4 dư, lọc lấy toàn bộ chất rắn thu được sau phản ứng tác dụng với dung dịch HNO3 nóng dư thì thu được V lít khí NO2 (đktc). Giá trị V là

A. 11,2 lít B. 22,4 lít C. 53,76 lít D. 76,82 lít

Hướng dẫn giải. Al, Mg, Fe nhường e, số mol electron này chính bằng số mol e Cu nhường khi tham gia phản ứng với HNO3. Số mol electron mà H+ nhận cũng chính là số mol electron mà HNO3 nhận.


17,4 gam hỗn hợp H+ nhận 1,2 mol e. Vậy 34,8 gam số mol e mà H+ nhận là 2,4 mol.
.

Đáp án C

Bµi 3. Hòa tan hoàn toàn 28,8 gam kim loại Cu vào dung dịch HNO3 loãng, tất cả khí NO thu được đem oxi hóa thành NO2 rồi sục vào nước có dòng oxi để chuyển hết thành HNO­­­3. Thể tích khí oxi ở đktc đã tham gia vào quá trình trên là

A. 5,04 lít B. 7,56 lít C. 6,72 lít D. 8,96 lít

Hướng dẫn giải.

Ta nhận thấy, Cu nhường electron cho HNO3 tạo thành NO2, sau đó NO2 lại nhường cho O2. Vậy trong bài toán này, Cu là chất nhường, còn O2 là chất nhận electron.

Cu - 2e Cu2+

0,45 0,9

O2 + 4e 2O2-

x 4x

4x = 0,9 Þ x = 0,225 Þ = 0,225.22,4 = 5,04 lít

Đáp án A

Bµi 4. Chia m gam hỗn hợp 2 kim loại A, B có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau :

- Phần 1 tan hết trong dung dịch HCl, tạo ra 1,792 lít H2 (đktc).

- Phần 2 nung trong oxi thu được 2,84 g hỗn hợp oxit.

Giá trị của m là

A. 1,56 gam B. 2,64 gam C. 3,12 gam D. 4,68 gam

Hướng dẫn giải. A,B là chất khử, H+ (ở phần 1) và O2 (ở phần 2) là chất oxi hóa.

Số mol e- H+ nhận bằng số mol O2 nhận

2H+ + 2.1e- H2

0,16 ............ 0,08

O2 + 4e 2O2-

0,04 ...... 0,16

Þ mkl phần 2 = moxit - mO = 2,84 - 0,04.32 = 1,56 gam. m = 1,56.2 = 3,12 gam.

Đáp án C

Bµi 5. Chia 38,6 gam hỗn hợp gồm Fe và kim loại M có hóa trị duy nhất thành 2 phần bằng nhau:

- Phần 1: Tan vừa đủ trong 2 lít dung dịch HCl thấy thoát ra 14,56 lít H2 (đktc).

- Phần 2: Tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng nóng thấy thoát ra 11,2 lít khí NO duy nhất (đktc)

a. Nồng độ mol/l của dung dịch HCl là

A. 0,45 M B. 0,25M C. 0,55 M D. 0,65 M

b. Khối lượng hỗn hợp muối clorua khan thu được khi cô cạn dung dịch sau phản ứng ở phần 1 là

A. 65,54 gam B. 65,45 gam C. 55,64 gam D. 54,65 gam

c. %m của Fe trong hỗn hợp ban đầu là

A. 30,05 % B. 50,05 % C. 50,03 % D. Kết quả khác

d. Kim loại M là

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

Hướng dẫn giải.

a. = 0,65 (mol) Þ nH = 1,3 mol Þ n­HCl = nH = 1,3 mol

CM = 0,65M. Đáp án D

b. mmuối = mKl +

Trong đó

mmuối = 19,3 + 1,3.36,5 = 65,45 gam ?

Đáp án B

c. áp dụng phương pháp bảo toàn e:

- Phần 1:

Fe - 2e Fe2+

0,2 ........ 0,4 ........... 0,2

M - ae Ma+

....

2H+ + 2e H2

1,3 ........... 0,65

- Phần 2:

Fe - 3e Fe3+

M - ae Ma+

N+5 + 3e N+2 (NO)

1,5 0,5



x = 0,2, ay = 0,9

Þ nFe = 0,2 Þ %mFe =

Đáp án C

d.

Đáp án D

Bµi 6. Hòa tan hoàn toàn 17,4 gam hỗn hợp 3 kim loại Al, Fe, Mg trong dung dịch HCl thấy thoát ra 13,44 lít khí.

Nếu cho 8,7 gam hỗn hợp tác dụng dung dịch NaOH dư 3,36 lít khí.

Vậy nếu cho 34,8 gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch CuSO4 dư, lọc lấy toàn bộ chất rắn thu được sau phản ứng tác dụng với dung dịch HNO3 nóng dư thì thu được V lít khí NO2. Các khí đều được đo ở điều kiện tiêu chuẩn.

Thể tích khí NO­2 thu được là

A. 26,88 lít B. 53,70 lít C. 13,44 lít D. 44,8 lít

Hướng dẫn giải.

2Al + 6HCl AlCl3 + 3H2

Mg + HCl MgCl2 + H2

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

Đặt số mol Al, Mg, Fe trong 17,4 gam hỗn hợp là x, y, z


Trong 34,7 gam hỗn hợp : nAl = 0,4; nMg = 0,3; nFe = 0,3

2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu

Mg + CuSO4 MgSO4 + Cu

Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu

Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O

áp dụng định luật bảo toàn electron

- Al, Mg, Fe là chất khử, nhường electron


Cu2+ nhận e từ các kim loại sau đó lại nhường cho HNO3

- HNO3 là chất oxi hoá, nhận electron

N+5 + 1e N+4 (NO2)

a .................... a

Þ a = 2,4

Þ

Đáp án A

Bµi 7. Cho tan hoàn toàn 3,6 gam hỗn hợp gồm Mg và Fe trong dung dịch HNO3 2M, thu được dung dịch D, 0,04 mol khí NO và 0,01 mol N2O. Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH lấy dư, lọc và nung kết tủa đến khối lượng thu được m gam chất rắn.

a. Giá trị của m là

A. 2,6 gam B. 3,6 gam C. 5,2 gam D. 7,8 gam

b. Thể tích HNO3 đã phản ứng là

A. 0,5 lít B. 0,24 lít C. 0,26 lít D. 0,13 lít

Hướng dẫn giải.

a. - HNO3 là chất oxi hoá

N+5 + 3e NO

0,12 ........ 0,04 (mol)

2N+5 + 8e 2N+1 (N2O)

0,08 ....... 0,02 ... 0,01 (mol)


- Mg và Fe là chất khử. Gọi x, y là số mol Mg và Fe trong hỗn hợp

Mg - 2e Mg+2

x .........2x (mol)

Fe - 3e Fe+3

y ...... 3y (mol)

ST.