Chuyên đề Định luật bảo toàn Electron trong phản ứng Oxy hoá khử

MỞ ĐẦU Hoá học đã cho ta biết bao kiến thức mới về khoa học kỹ thuật vàứng dụng cuộc sống. Vì vậy, nhằm nâng cao kiến thức trong việc học tập bộ môn Hóa Học, cụ thể là phần phản ứng oxy hoá khử và ứng dụng của sự nhường nhận electron để giải toán nhanh và chính xác, chúng em đã thực hiện chuyên đề: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON TRONG PHẢN ỨNG OXY HOÁ KHỬ Nội dung chuyên đề gồm hai phần: Lý Thuyết và Bài Tập. Phần lý thuyết tìm hiểu về nội dung định luật; phần bài tập đưa ra một số bài tập cơ bản và nâng cao áp dụng định luật bảo toàn electron. Để hoàn thành chuyên đề chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của: -Thầy Nguyễn Thành Anh-giáo viên phụ trách bộ môn Hoá. -Cô Phùng Thị Hảo -Thư viện Tỉnh Lâm Đồng Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện chuyên đề vẫn còn những hạn chế nhất định nên khó tránh khỏi thiếu sót, mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. LÝ THUYẾT Độ oxy hóa của các nguyên tố: Khi nguyên tố ở trạng thái tự do, tạo thành đơn chất, thì sự chuyển động của các electron ở gần tất cả các nguyên tư ûcủa chất này là như nhau. Điều này đúng với tất cả các đơn chất, không phụ thuộc vào cấu trúc của chúng. Ví dụ như trong phân tử Hidro, các electron chuyển động ở gần hai nguyên tử là như nhau, phân tử Hidro không có cực. Trong trường hợp tinh thể có liên kết cộng hóa trị, các liên kết hóa học giữa các nguyên tử cũng đối xứng so với các nguyên tử liên kết. Trong trường hợp kim loại, sự phân bố các electron liên kết cũng như các electron tự do là đồng đều. Trong các chất phức tạp thì kết quả sẽ khác đi. Liên kết hóa học giữa các nguyên tử của những nguyên tố khác nhau thì không đối xứng, trong phân tử hợp chất thường tồn tại liên kết cộng hóa trị có cực. Trong hợp chất ion, sự phân bố không đồng đều các electron là cực đại - khi tạo thành chất có liên kết ion , các electron hóa trị thực tế đã chuyển hoàn toàn từ nguyên tử của nguyên tố này sang nguyên tử của nguyên tố khác. Sự không đồng đều về phân bố electron giữa các nguyên tử trong hợp chất được gọi là độ oxy hóa. Khi đó nguyên tố có electron chuyển sang nguyên tử của nguyên tố khác (chuyển hoàn toàn trong trường hợp liên kết ion hoặc chuyển một phần trong liên kết có cực) thể hiện độ oxy hóa dương. Nguyên tố mà electron của nguyên tử nguyên tố khác chuyển đến nguyên tử của nó thể hiện độ oxy hóa âm. Số electron chuyển từ một nguyên tử của nguyên tố khảo sát (khi độ oxy hóa dương) hoặc đến nguyên tử của nguyên tố khảo sát (khi độ oxy hóa âm) gọi là mức oxy hóa của nguyên tố hoặc số oxy hóa của nguyên tố. II. Phản ứng oxy hóa khử: Tất cả các phản ứng hóa học có thể chia thành hai nhóm: Trong những phản ứng của nhóm I, số oxy hóa của tất cả các nguyên tố trong thành phần của các chất phản ứng không biến đổi, còn trong những phản ứng của nhóm II, số oxy hóa của một hoặc một số nguyên tố có thể bị biến đổi. Ví dụ về phản ứng nhóm I, ta có phản ứng trung hoà: HCl + NaOH = NaCl +H2O Ví dụ về phản ứng thuộc nhóm II, ta có thể dùng phản ứng tương tác giữa kim loại với acid: Zn + 2HCl = ZnCl2 +H2­ Trong phản ứng trung hoà, không có sự biến đổi số oxy hóa thì trong ví dụ 2 có sự biến đổi số oxy hóa của Zn từ 0 đến +2 và của hidro từ +1 đến 0. Phản ứng do kết quả của nó làm biến đổi mức oxy hóa của các nguyên tố được gọi là phản ứng oxy hóa khử. Phản ứng oxy hóa khử có ý nghịa rất lớn trong các hệ sinh học, sự quang hợp, hô hấp, tiêu hóa - tất cả những cái đó là hàng loạt phản ứng oxy hóa khử. Trong kỹ thuật, phản ứng oxy hóa khử cũng có ý nghĩa rất lớn. Chẳng hạn, toàn bộ công nghiệp luyện kim đều dựa trên các quá trình oxy hóa khử, trong đó kim loại thoát ra từ các hợp chất tự nhiên. Ví dụ đơn giản về phản ứng oxy hóa khử có thể lấy phản ứng tạo thành hợp chất từ các đơn chất, chẳng hạn: Na + ½ Cl2 = NaCl Giống các phản ứng khác, phản ứng này có thể xảy ra qua một số giai đoạn. Một trong các giai đoạn đó là nguyên tử Na chuyển thành ion tích điện dương, mức oxy hóa của nó tăng từ 0 đến +1. Quá trình này là sự tách các electron, kèm theo sự tăng mức oxy hóa của nguyên tố, gọi là sự oxy hóa Na - 1e à Na+ Electron do Na tách ra được kết hợp vào nguyên tử Cl, chuyển nó thành ion tích điện âm, mức oxy hóa của Cl giảm từ 0 đến -1. Sự kết hợp electron kèm theo sự giảm mức oxy hóa của nguyên tố gọi là sự khử Cl2 + 2e à 2 Cl- Như vậy, trong phản ứng đã xét, Na bị oxy hóa , còn Cl bị khử. Chất trong thành phần của nó chứa nguyên tố bị oxy hóa gọi là chất khử, chầt chứa nguyên tố bị khử gọi là chất oxy hóa . Như vậy, trong ví dụ trên Na là chất khử và Cl là chất oxy hóa . Từ các phương trình của quá trình khử và quá tình oxy hóa ta thấy rằng trong một phân tử Clo bị kết hợp với 2 electron, còn sự oxy hóa , một nguyên tử Na kèm theo sự tách một electron. Số electron chung trong hệ phản ứng hóa học không biến đổi. Số electron tách ra từ phân tử (nguyên tố , ion) bằng số electron kết hợp vào phân tử (nguyên tử , ion) chất oxy hóa. Vì thế nên một phân tử Clo có thể oxy hóa được hai nguyên tử Na. Đậy chính là nội dung chính của định luật bảo toàn electron. Định luật được phát biểu như sau: Trong các phản ứng oxy hoá khử, tổng số mol electron do chất khử nhường bằng tổng số mol electron do chất oxy hoá nhận. Ứng dụng của định luật bảo toàn electron: Dựa vào số electron do chất khử nhường và số electron do chất oxy hóa nhận kết hợp với định luật bảo toàn electron ta tính được hệ số phù hợp để cân bằng các phản ứng oxy hóa khử. Khi có nhiều chất oxy hóa và chầt khử trong 1 hỗn hợp thì tổng số electron mà các chất khử nhường phài bằng tổng số electron do chất oxy hóa nhận. Dựa vào cơ sở đó ta có thể lập được hệ phương trình để giải bài toán. Đối với những phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn liên tiếp,ta có thể bỏ qua giai đoạn trung gian nghĩa là không cần tính sự chuyển dịch của electron ở giai đọan trung gianmà cvhỉ cần tính electron nhường và electron nhận ở chất đầu và chất cuối. Như vậy đối với các bài toán cần phải biện luận nhiều trường hợp và qua nhiều giai đoạn phản ứng khác nhau, áp dụng phương pháp này là rất hiệu quả. B .BÀI TẬP ỨNG DỤNG: CÁCH THÀNH LẬP PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON . Phương pháp thăng bằng electron: Phương pháp này dựa vào sự bảo toàn electron nghĩa là tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxy hóa nhận. Cân bằng theo 5 bước: Viết sơ đồ phản ứng với các chất tham gia , xác định nguyên tố có số oxy hóa thay đổi. Nêu vai trò các chất. Viết các phương trình : - Khử (nhường electron). - Oxy hoá (nhận electron). Cân bằng electron : nhân hệ số để tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận. Cân bằng nguyên tố : theo thứ tự sau : kim loại (ion dương) gốc acid (ion âm ) môi trường (acid,bazơ,trung tính) nước (là để cân bằng hidro hai vế) Kiểm soát số nguyên tử oxy ở hai vế phải bằng nhau Ví dụ: phản ứng giữa hidro iodua và acid sunfuric HI + H2SO4 à I2 + H2S + H2O Trong phản ứng , ta thấy rằng: Trong HI, iod có số oxy hóa là -1còn iod đơn chất có số oxy hóa bằng 0. Số oxy hóa của lưu huỳnh cũng thay đổi từ +6 trong H2SO4đến -2 trong H2S. Như vậy, ta thấy rằng iod bị oxy hóa và lưu huỳnh bị khử. Ta có các phương trình : 2 I- - 2 e à I2 S+6 + 8 E à S-2 Tỷ số số electron nhận trong quá trình khử với số electron nhường trong quá trình oxy hóa bằng 4:1.Ta làm động tác: 2 I- - 2 e à I2 ´4 S+6 + 8 E à S-2 ´1 để tổng số electron nhường bằng tổng electron nhận. Đưa hệ số vào phương trình, vậy ta đã hoàn thành cân bằng: 8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O Phương pháp ion electron: Phương pháp này không đòi hỏi phải xác định chính xác số oxy hóa , thường áp dụng cho những phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong dung dịch , theo đó phần lớn chất oxy hóa và chất khử đều tồn tại dưới dạng ion. Cân bằng cũng theo 5 bước; Tách ion, nhận diện các nguyên tố có số oxy hóa thay đổi và viết các bán phản ứng oxy hóa và khử. Cân bằng các bán phản ứng oxy hóa và khử. + Cân bằng số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở 2 vế của bán phản ứng . - Thêm H+ hay OH-. - Thêm nước để cân bằng số nguyên tử hiđro. - Kiểm soát số nguyên tử oxy ở hai vế. + Cân bằng điện tích : thêm electron vào mỗi bán phản ứng để cân bằng điện tích. Cân bằng electron: nhân hệ số để tổng electron cho bằng tổng electron nhận Cộng các bán phản ứng để có phương trình ion thu gọn Chuyển phương trình ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ và phương trình phân tử bằng cách cộng vào 2 vế các cation hay anion để bù trừ điện tích. Ví dụ : Trong môi trường kiềm, nhôm tương tác với KNO3 theo phản ứng : KNO3 + Al + KOH + H2O à NH3 + KAlO2 Ở đây, nitơ và nhôm bị thay đổi số oxy hóa . Al đơn chất chuyển thành AlO2-. Trong môi trường kiềm, nguồn oxi cần thiết để xảy ra phản ứng này là ion OH- : Al + 4 OH- à AlO2- + 2H2O Ơû vế trái có 4 điện tích trong khi chĩ cóp một điện tích âm ở vế phải, vì thế quá trình sẽ tách ra 3 electron : Al + 4 OH- -3e à AlO2- + 2H2O Mặt khác, ta có sơ đồ: NO3- à NH3 Khi quá trình xảy ra, nguyên tử nitơ bị mất nguyên tử oxy nhưng nó lại liên kết với những nguyên tử hidro. trong môi trường kiềm, điều đó xảy ra khi có sự tham gia của các phân tử nước. Cần có 3 phân tử nước để liên kết 3 nguyên tử oxy và 3 phân tử khác để tạo thành phân tử NH3 NO3- + 6 H2O ® NH3 + 9 OH- Điện tích tổng cộng ở vế phải của sơ đồ bằng 9 điện tích âm , còn ở vế trái bằng 1 . Do đó trong quá trình có 8e tham gia NO3- + 6 H2O + 8e = NH3 + 9 OH- ( sự khử ) Tỷ số số e giải phóng trong quá trình oxy hoá và số e nhận vào trong quá trình khử là 3 : 8 . Do đó , để thu được phương trình tổng cộng của phản ứng , cần phải cộng các phương trình của quá trình oxy hoá và của quá trình khử . Sau khi đã nhân phương trình đầu với 8 và phương trình thứ hai với 3 : Al + 4 OH- - 3e = AlO2 + 2 H2O ´ 8 NO3- + 6 H2O + 8e = NH3 + 9 OH- ´ 3 8 Al + 3 NO3 + 9 OH- + 2 H2O = 8 AlO2- + NH3 hoặc dưới dạng phân tử : 8 Al + 3 KNO3 + 5 KOH + 2 H2O = 8 KAlO2 + 3 NH3 Viết lại cách cân bằng ngắn gọn : Pt ion : NO3- + Al + OH- ® NH3 + AlO2- Sơ đồ e : Sự oxy hoá : Al + 4 OH- - 3e = AlO2- + 2 H2O ´ 8 Sự khử : NO3- + 6 H2O + 8e = NH3 + 9 OH- ´ 3 Phương trình ion thu gọn : 8 Al + 3 NO3- + 5 OH- + 2 H2O = 8 AlO2- + 3 NH3 hoặc dưới dạng phân tử : 8 Al + 3 KNO3 + 5 KOH + 2 H2O = 8 KAlO2 + 3 NH3 III. Phương pháp cân bằng số oxy hoá : Phương pháp này tương tự như phương pháp cân bằng eletron do tổng số e nhường bằng tổng số e nhận Þ Tổng đại số sự tăng và giảm số oxy hoá trong một phản ứng oxy hoá khử bằng O. VD : -3 +1 o +2 –2 +1 -2 NH3 + O2 ® NO + H2O N tăng số oxy hoá từ –3 lên +2: 2´ N-3 ® N+2 +2-(-3) = +5 số oxy hoá giảm 5 ´ O0 ® O2- -2 – 0 = -2 Vì ( +5) ´ 2 + ( -2 ) ´ 5 = 0 Ta có 2 NH3 + 3/2 O2 = 2 NO + 3 H2O CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG Bài 1: Khi đốt cháy x mol Fe bởi O2 thu được 5,04 g hỗn hợp A gồm các oxit sắt. Hoà tan hỗn hợp A trong HNO3 thu được 0,035 g hỗn hợp Y gồm NO và NO2. Biết tỉ khối Y đối với hydro là 19. 1. Viết đầy đủ các phương trình hóa học. 2. Tìm giá trị của x. Giải 1) 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 2Fe + O2 = 2FeO 3Fe + 2O2 = Fe3O4 Phương trình tổng quát: 2xFe + yO2 = 2FexOy do đó phương trình phân tử dưới dạng công thức trung bình được viết như sau: FexOy + (6x – 2y)HNO3 = xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO2 + (3x –y)H2O FexOy + (12x – 2y)HNO3 = 3xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO + (6x – y)H2O 2) Để xác định khối luợng Fe tham gia dùng định luật bảo toàn e. Gọi a, b là số mol NO và NO2 = 19 2 = 38 = hỗn hợp khí = 0,035 38 = 13,3 g Vì vậy ta có: a + b = 0,035 30a + 46b = 1,33 a = 0,0175, b = 0,0175 a) Chất khử: Fe Fe – 3e Fe3+ z mol ne do Fe nhường là 3z mol b) Hệ oxi hóa: O2 và HNO3 mOtham gia = m hỗn hợp oxyt – m hỗn hợp Fe = 5,04 – 56z nO = 0,1575 – 1,75z (mol) Tổng só mol e do O2 và HNO3 nhận vào: O2 + 4e 2 Số mol e do oxi nhận là 4(0,1575 – 1,75z) mol + 3e 0,0175 0,0175 + 1e 0,0175 0,0175 số mol e do nitơ của HNO3 nhận vào: 0,07 mol định luật bảo tòan e cho thấy: tổng số mol e do Fe nhường bằng tổng số e do N và O2 nhận vào. 3z = 0,63 – 7z + 0,07 z = 0,07 (mol) vậy x (g) Fe = 0,07 56 = 3,92 (g) Bài 2 : Để m (g) phoi sắt A ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp B có khối lượng 30 g gồm Fe và các oxit FeO, Fe2O3, Fe3O4. Cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy thoát ra 5,6 dm3 khí NO duy nhất (đkc). Tìm khối lượng m của A. Giải Các phản ứng: 2Fe + O2 = 2FeO (1) 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (2) 4Fe + 3O2 = Fe2O3 (3) Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (4) 3FeO + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O (5) 3Fe3O4 + 28HNO3 = 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (6) Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O (7) Trong các phản ứng thì Fe là chất khử, o2 và HNO3 là chất oxi hóa. nNO = = 0,25 mol Gọi x là số mol Fe ban đầu, y là số mol oxi tham gia Số mol HNO3 đóng vai tró oxi hóa: 0,25 mol N+5 + 3e = N+2 0,25 0,25 Theo quy tắc thăng bằng e: 3x = 2y + 3(0,25) 3x – 2y = 0,75 (I) do trong B chỉ gốm Fe và Oxi nên 56x + 16y = 30 (II) từ (I) và (II): x=0,45 mol, y= 0,3 mol khối lượng cúa Fe ban đầu: 25,2 g Bài 3: Hỗn hợp A gồm hai oxit sắt. Dẫn từ từ khí hidro đi qua m(g) A đựng trong ống sứ đã nung đến nhiệt độ thích hợp. Sản phẩm tạo nên là 2,07g nước và 8,48g hỗn hợp B gồm hai chất rắn. Hoà tan B trong 200 ml dung dịch H2SO4 1M thu được dung dịch D và 1971,2 ml khí hidro ở 27,3oC và 1 atm. Cho D tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ được kết tủa E. Cho E tiếp xúc với không khí để chuyển E hoàn toàn thành F , khối lượng E và F khác nhau 1,36 g. 1/ Tính m 2/ Tìm nồng độ các hợp chất và các ion trong dung dịch D ( cho biết thể tích dung dịch D thay đổi không đáng kể so với thể tích dung dịch H2SO4 đã dùng, các muối thuỷ phân không đáng kể , các chất phân ly hoàn toàn thành ion ) 3/ Thành lập công thức và tính thành phần % theo khối lượng mỗi chất trong A. Giải 1/ Theo đề bài mA + H2 = mB + H2O (1) mA = 8,48 + 2,07 - = 10,32 (g) 2/ a) Trong B phải có sắt và một oxit sắt , do đó khi hoà tan B bằng dung dịch H2SO4 loãng có phản ứng: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2­ Vì oxit sắt chưa biết ( có thể Fe2O3 hoặc FeO) nên khi tan trong H2SO4 có thể tạo thành FeSO4 hoặc Fe2(SO4)3 hoặc hỗn hợp của chúng. Khi cho D tác dụng với dung dịch NaOH dư H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O (3) FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4 (4) Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 3Fe(OH)3 + 3Na2SO4 (5) Khi tiếp xúc với không khí : 4Fe(OH)2 + O2 + H2O = 4Fe(OH)3 (6) Do đó khối lượng E khác F là do Fe(OH)2 biến thành Fe(OH)3 ( tăng một nhóm OH) nên :nFe(OH)2 = = 0,08 (mol) Mặt khác theo phản ứng (2) : nH2 = nFe = nFe(OH)2 = = 0,08 (mol) Điều đó chứng tỏ trong B chỉ có FeO và Fe2O3 với lượng : nFe2O3(B)= =0,025 (mol) b) Tổng số mol H2SO4là: n = 0,2.1= 0,2 (mol) Lượng H2SO4 đã dùng ở phản ứng (2) là 0,08 mol Lượng H2SO4 để hoà tan Fe2O3 trong B theo phương trình : Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4) + 3H2O n’=3 ; nFe2O3= 3.0.025 = 0,075 (mol) Vậy lượng H2SO4 dư : n= o,2 – 0,08 – 0,75 = 0,045 (mol) Nồng độ mol các chất trong D: C H2SO4 dư = 0,045 : 0,2 = 0,225 C FeSO4 = 0,08 : 0,2 = 0,4 C Fe2(SO4)3 = 0,025 : 0,2 = 0,125 Nồng độ các ion : C Fe2+ = 0,4 M C Fe3+ = 2. 0,125 = 0,25 M C H+ = 2. 0,225 = 0,45 M C SO42- = C H2SO4 BANĐẦU = 1M 2/ Theo kết quả ở trên ta thấy trong A có Fe2O3 (amol) và oxit chưa biết FexOy (bmol)và x ¹ 2 ; y ¹ 3 . Theo định luật bảo toàn electron thì tổng số mol mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol mà chất oxy hoá nhận nên ta có phương trình( Fe2O3 cuối cùng thành Fe3+ tức không cho nhận , FexOy cuối cùng thành Fe3+ , như vậy 1 mol FexOy cho (3x – 2y) electron trong phản ứng (1) , H2 cho electron nH2 = nH2O = = 0,115 mol. Trong phản ứng (2) H+ nhận electron và trong phản ứng (6) O2 nhận electron. Do đó ta có phương trình bảo toàn electron : b(3x – 2y) + 0,115 .2 = 0,08 .2 + .4 rút ra b = Khi x=1 , y=1 (FeO) thì b=0,01 Khi x=3 , y= 4 (Fe3O4) thì b= 0,01 Do đó đối với trường hợp FeO + Fe2O3 % FeO = = 6,977% và %Fe2O3 =100% – 6,977%= 93,023% Fe3O4 + Fe2O % Fe3O4 = =22,48% và Fe2O3 =100% - 22,48% = 77,52% Bài 4: Lấy 1 lít dung dịch A chứa K2Cr2O7 0,15M và KMnO4 0,2M và thêm vào đó 2 lit1 dung dịch FeSO4 1,25M(trong môi trường H2SO4) thu được dung dịch B. a. Chứng minh phản ứng dư hay hết H2SO4 biết rằng : Cr6+ Cr3+ Mn7+ Mn2+ Fe2+ Fe3+ b. Phải thêm vào dung dịch B bao nhiêu lit dung dịch A hay dung dịch FeSO4 1,25M để có phản ứng vừa đủ giữa chất oxy hóa và chất khử? Giải Phương pháp: Thay vì tính lượng chất phản ứng giữa hai chất oxy hóa K2Cr2O7 và KMnO4 với chất khử là FeSO4 ta tính tổng số mol electron mà 1 lít dung dịch A có thể nhận và số mol electron mà 2 lít dung dịch FeSO4 có thể cung cấp. So sánh giưã hai số mol, suy ra FeSO4 dư hay hết. nK2Cr2O7 = nCr2O72- = 0,15mol. Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2 Cr3+ + 7H2O 0,15mol Cr2O72- có thể nhận 0,15.6 = 0.9molelectron n MnO4- = n KMnO4 = 0,2mol MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 0,2mol MnO4- có thể nhận 0,2 .5 = 1mol elrctron ån electron nhận = 0,9 + 1 = 1.9mol n Fe2+ = n FeSO4 = 1,25 . 2 = 2.5mol Fe2+ - 1e = Fe3+ 2,5mol Fe2+ có thể cung cấp 2,5mol electron Do 2,5>1,9 vậy dư Fe2+ với: n Fe2+ dư = 2,5 - 1.9 = 0,6 mol b. Để phản ứng hết với 0,6 mol Fè+ dư phải nhận thêm 0,6 mol electron, vậy phải thêm vào dung dịch một thể tích dung dịch A là: = 0,316 lít Hai kim loại tác dụng với hỗn hợp hai axít: Trong trường hợp này, nên dùng phản ứng dạng ion và nên áp dụng phương pháp bảo toàn số mol electron: ån electron cho bởi hai kim loại = ån electron nhận bởi hai axít. Nếu hai axít đó tác dụng do tính oxy hóa của ion H+(HCl, H2SO4 loãng) : ån electron nhận = n H+ = 1/2 n H2 ( do:H+ +1e = 1/2 H2) ån electron cho = ån kim loại ví dụ: Mg - 2e = Mg2+ n e cho = 2x x 2x Al - 3e = Al3+ ne cho = 3y y 3y Nếu hai axít tác dụng do tíng oxy hóa của anion ( H2SO4 đặc nóng, HNO3) và giả sử phản ứng cho ra SO2, NO. S+6 + 2e = S+4 ne nhận = 2x x 2x N+5 + 3e = N+2 ne nhận = 3y y 3y Bài 5 : Một hỗn hợp X gồm 2 kim loại A, B đều có hóa trị II với MA » MB , mX = 9,7 gam. Hỗn hợp X tan hết trong 200 ml dung dịch Y chứa H2SO4 12m và HNO3 2M tạo ra hỗn hợp Z gồm 2 khí SO2và NO có tỉ khối với H2 bằng 23,5 và V= 2,688l(đktc) và dung dịch T a)Tính số mol SO2 và No trong hỗn hợp Z b)Xác địnhA,b và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X c)Tính thể tích dung dịch NaOH phải thêm vào dung dịch T để bắt đầu có kết tủa cực đại và cực tiểu Giải a)Ta có nZ = = 0,12 mol gọi x = nSO2, y = nNO trong hỗn hợp Z Ta có: x+y = 0,12 mol MZ = 2.23,5 = 47 = 5,46 = 64x + 30y x = y = 0,06 mol b) Số mol electron nhận bởi 2 acid : S+6 + 2e à S+4 0,12 0.06 N+5 + 3e à N+2 0,18 0,06 Tổng số mol electron nhận = 0,12 + 0,18 = 0,3 mol Số mol electron cho bởi A, B: Gọi a = nA, b = nB A - 2e à A+2 2a a B - 2e à B+2 2b b Tổng số mol electron cho = 2(a+b) = 0,3 à a+b = 0,15 mol Vì MA » MB nên MX » MA » MB = = = 64,67 Vậy MA = 64 , A là Cu MB = 65 , B là Zn mx = 64a + 65b = 9,7 à a = 0,05 mol à mCu = 3,2 g à b = 0,1 mol à mZn = 6,5 g d) H2SO4 phản ứng với hai kim loại theo phương trình tổng quát sau: 2 H2SO4 + M = MSO4 + SO2­ + 2 H2O Ta thấy số mol H2SO4 phản ứng gấp đôi số mol SO2 sinh ra = 0,12 mol Tương tự : 8 HNO3 + 3M = 3 M(NO3)2 + 2NO­ + H2O Số mol HNO3 tham gia phản ứng gấp 4 lần số mol No sinh ra = 0,24 mol Vậy số mol H2SO4 còn lại là 12 . 0,2 - 0,12 = 2,28 mol Số mol HNO3 còn lại là 2 . 0,2 - 0,24 = 0,16 mol Số mol + dư là 2,28 .2 + 0,16 = 4,72 mol Khi thêm NaOH vào dung dịch T, đầu tiên xảy ra phản ứng trung hòa H+ + OH- à H2O Mà số mol H+ bằng số mol OH- = 4,72 mol Kết tủa bắt đầu xuất hiện khi trung hoà xong H+ , vậy thể tích dung dịch sút cần là 4,72/2 = 2,36 l Sau đó, Cu(OH)2 và Zn(OH)2 kết tủa, kết tủa này cực đại khi cả hai kết tủa vừa hết. Cu2+ + 2 OH- à Cu(OH)2¯ 0,05 0,1 Zn2+ + 2 OH- à Zn(OH)2¯ 0,1 0,2 Vậy cần tất cả 4,72 + 0,1 + 0,2 = 5,02 mol OH-, thể tích sút cần là:5,02/2= 2,51 l Sau đó, Zn(OH)2 tan trở lại : Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O 0,1 0,2 Cần thêm 0,2/2 = 0,1 l dung dịch sút cho giai đoạn này, vậy để kết tủa cực tiểu thì cần :2,51 + 0,1 = 2,61l dung dịch sút 2M. Bài 6: Hỗn hợp X có khối lượng là 18,2 g gồm 2 kim loại thông dụng A,B có hoá trị lần lượt là II và III. X tan hết trong 200 ml dung dịch Y chứa H2SO4 10M và HNO3 8M cho hỗn hợp khí Z gồm SO2 và khí D là một oxit của nitơ có tỉ khối hơi với CO2 bằng 1. Hỗn hợp Z có trhể tích 4,48 l (đktc)và tỉ khối hơi với H2là 27 a)Xác định khí D, so ámol các khí trong hỗn hợp Z b)Xác định 2 kim loại A, B biết số mol của chúng bằng nhau , % mỗi kim loại trong X c)Chứng minh rằng 200 ml dung dịch Y hoà tan hết hỗn hợp X trên. Tìm giới hạn trên và dưới của khối lượng muối khan thu được khi hoà tan X trong Y. Giải Ta dễ thấy MD = 44 đvC Công thức tổng quát của D là NxOy, ta có 14 x + 16 y = 44 Nghiệm duy nhất có thể chọn là x=2, y=1, D là khí N2O Lại có MZ = 54 đvC Gọi c,d lần lượt là số mol SO2, N2O trong hỗn hợp Z c + d = = 0,2 mol Dễ thấy MZ = = 54 à 64c + 44d = 10,8 à c = d = 0,1 mol số mol H2SO4 dùng 10 . 0,2 = 2 mol > 0,2mol Tương tự với HNO3, 30HNO3 + 8Al = 8Al(NO3)3 + 3N2O­ + 15H2O T a có số mol HNO 3 = 10 . 0,1 = 1 mol nhưng số mol HNO3dùng là 8.0,2 = 1,6 mol > 1 mol Vậy dư cả 2 acid nên Al và Cu tan hết. Với cùng một lượng Al , cho ra hai muối Al2(SO4)3 vaØ Al(NO3)3 thì khối lượng muối nitrat lớn hơn muối sunfat. Tương tự cho Cu. Hỗn hợp muối thu được gồm muối sunfat và nitrat của Cu và Al mà ta không rõ thành phần nhưng tổng khối lượng hỗn hợp này chắc chắn sẽ lớn hơn khối lượng muối sunfat và nhỏ hơn khối lượng muối nitrat. Vậy giới hạn dưới của khối lượng hỗn hợp muối khan là khối lượng Al2(SO4)3 và CuSO4 : m Al2(SO4)3 + m CuSO4 = 0,1 .342 + 0,2 . 160 = 66,2 g Vậy giới hạn trên của khối lượng hỗn hợp muối khan là khối lượng Al(NO3)3 và Cu(NO3)2 m Al(NO3)3 + m Cu(NO3)2 = 0,2 . 213 + 0,2 .188 = 80,2 g Vậy 66,2 g < m muối khan < 80,2 g. Bài 7 :Hoà tan hoàn toàn 9,6 g Mg trong một lượng dung dịch HNO3 thì thu được 2,464 lít khí A ( ở 27,3 oC ; 1atm). Xác định công thức và tên gọi khí A. Giải Số mol Mg là : n = = 0,4 (mol) Số mol khí A : n == =0,1 (mol) Quá trình oxy hoá Mg và quá trình khử HNO3 trong phản ứng oxy hoá khử : hoà tan Mg bằng dung dịch HNO3 có thể biểu diễn bằng sơ đồ cho nhận electron sau: Mg - 2e à Mg2+ 0,4mol 0,8mol N+5 + ne à A 0,8mol 0,1 mol Theo phương trình bảo toàn electron dễ dàng suy ra n=8 Vậy trong hợp chất A nitơ phải có số oxy hoá là –3 trong NH4NO3 hay +1 trong N2O. Rõ ràng khí A chỉ có thể là N2O ( còn NH4NO3 là