Giáo án lớp 12 môn Toán - Phương pháp 3: Tăng giảm số oxi hóa (bảo toàn mol electron)

Sử dụng nhanh bảo toàn electron dựa vào sự thay đổi số oxi hóa để giải quyết nhanh bài toán trắc nghiệm gọi là kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa. I. Cơ sở lý thuyết. - Phạm vi áp dụng: các phản ứng oxi hóa khử - Nguyên tắc của phương pháp như sau: Tổng số electron do chất khử cho bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận. Từ đó suy ra tổng số mol electron do chất khử cho bằng tổng số mol electron mà chất oxi hóa nhận. Kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa đặc biệt hiệu quả khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn). Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa hoặc chất khử, thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng. Một số chú ý Rn ne(cho) = × n với    R n : SèmolchÊt choelectron n : sè electroncho (saûn phaåm khöû) (saûn phaåm khöû) n n ne(nhaän) = . m = . soá oxihoùagiaûm . Với m: số electron nhận. Phương pháp 3: TĂNG GIẢM SỐ OXI HÓA (BẢO TOÀN MOL ELECTRON) Ví dụ: Kim loại M phản ứng với các dung dịch axit sau M +HNO3  muối +(NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3)+H2O (1) M + H2SO4 đặc  muối + (SO2, S, H2S) + H2O (2) M + H+  muối + H2 (3) Ta có: n ne(cho) e(nhaän)=  Với n: số oxi hóa tăng hoặc hóa trị của kim loại M; vận dụng bảo toàn e ta có: Từ (1): 2 2 2 4 3M NO NO N O N NH NO n ×n=n ×1+n ×3+n ×8+n ×10+n ×8 Từ (2): 2 2M SO S H S n ×n=n ×2+n ×6+n ×8 Từ (3): 2M H n ×n=n ×2 II. Bài tập vận dụng. Bài tập 1: Hòa tan hoàn toàn 15 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại Mg và Al vào dung dịch Y gồm HNO3 và H2SO4 đặc thu được 0,1 mol mỗi khí SO2, NO, NO2, N2O. Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là A. 63% và 37%. B. 36% và 64%. C. 50% và 50%. D. 46% và 54%. Phân tích và giải. Các phản ứng xảy ra đều là phản ứng oxi hóa khử, số phản ứng khá nhiều, bài toán được giải quyết nhanh nếu áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa ta có ngay hệ phương trình mà không cần phải viết phản ứng Đặt 2 2 2 Mg SO NO NO N OAl n =x(mol) 24x+27y=15 => 2x+3y=n ×2+n ×3+n ×1+n ×8n =y(mol)       24 27 15 0,4 2 3 0,1 2 0,1 3 0,1 1 0,1 8 1,4 0,2 x y x x y y                    27 0,2 %Al 100% 36% 15 %Mg 100% 36% 64%           Chọn đáp án B. Bài tập 2: Cho 0,1 mol Mg và 0,2 mol Al tác dụng hết với CuCl2 thu được chất rắn X. Lấy X hòa tan hết trong dung dịch axit HNO3 thu được a mol NO2. Giá trị a là A.0,6 mol. B. 0,5 mol. C. 0,8 mol. D. 0,7 mol. Phân tích và giải. Các phản ứng xảy ra đều là phản ứng oxi hóa khử, giải quyết nhanh nếu áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa (dựa trên nguyên tắc bảo toàn e) ta tính được số mol Cu. Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa lần 2, ta tính được số mol NO2. * Khi cho hỗn hợp kim loại tác dụng dung dịch CuCl2 ta có : nCu × 2 = nMg × 2 + nAl × 3  nCu= 0,4 (mol) * Khi cho rắn X (Cu) tác dụng hết với HNO3 ta có : 2 2Cu NO NO n × 2 = n × 1 => n = 0,8(mol) Chọn đáp án C. Bài tập 3: Hòa tan hoàn toàn 2,88g một kim loại X vào dung dịch HNO3 dư thu được 0,672 lít khí N2O (đktc). Kim loại X là : A. Fe. B. Cu. C. Zn. D. Mg. Phân tích và giải. Các phản ứng xảy ra đều là phản ứng oxi hóa khử, giải quyết nhanh nếu áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa (dựa trên nguyên tắc bảo toàn e) ta lập được mối quan hệ giữa nguyên tử lượng và hóa trị, từ đó xác định được kim loại nào. Gọi n là hóa trị của kim loại hoặc số oxi hóa tăng khi cho kim loại X tác dụng với dung dịch HNO3. Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa ta có phương trình : X X 2,88 0,672 × n = × 8 =>M = 12 × n M 22,4 Khi n=2 thì MX = 24 (Mg) Chọn đáp án D. Bài tập 4: (Cao đẳng-2008) Chia m gam Al thành hai phần bằng nhau: - Phần một tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH, sinh ra x mol khí H2; - Phần hai tác dụng với lượng dư dung dịch HNO3 loãng, sinh ra y mol khí N2O (sản phẩm khử duy nhất). Quan hệ giữa x và y là A. x = 2y. B. y = 2x. C. x = 4y. D. x = y. Phân tích và giải. - Vì NaOH, HNO3 dư nên Al hết. Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa ta có kết quả ngay. 22 Al H Al N O n × 3 = n ×2 = x × 2 => x × 2 = y × 8 => x = 4y n × 3 = n × 8 = y × 8    Chọn đáp án C. Bài tập 5: (Cao đẳng - 2008 ) Cho 3,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra 2,24 lít khí X (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Khí X là A. NO. B. NO2. C. N2. D. N2O. Phân tích và giải. Áp dụng kĩ thuật tăng giảm số oxi hóa ta có:     Mg (X ) n 2 n sè oxihãagi¶m        3,6 2,24 2 sè oxihãagi¶m sè oxihãagi¶m 3. khÝX lµ NO. 24 22,4 Chọn đáp án A. Bài tập 6: Hoà tan 5,4 gam bột Al vào 150 ml dung dịch A chứa Fe(NO3)3 1M và Cu(NO3)2 1M. Kết thúc phản ứng thu được m gam rắn. Giá trị của m là A. 10,95 B. 13,2 C. 13,8 D. 15,2 Phân tích và giải. - Các phản ứng xảy ra đều là các phản ứng oxi hóa khử, vận dụng sự tăng giảm số oxi hóa (bảo toàn electron) để giải nhanh bài toán. - Xác định điểm kết thúc phản ứng dựa vào sự tăng giảm số oxi hóa (bảo toàn electron) Do tính oxi hóa Fe2+< Cu2+< Fe3+ nên: Vì 3+ 2+ 3+ 2+AlFe Cu Fe Cu n ×1+n ×2=0,15+0,15×2=0,45< n ×3=0,2×3< n ×3+n ×2=0,7 Nên Al hết , Fe(NO3)3 hết , Cu(NO3)2 hết, dung dịch thu được là Fe(NO3)2 ; chất rắn thu được là Cu và Fe. Gọi số mol Fe sinh ra là x ta có phương trình: 3+ 2+Al Fe Cu n ×3= n ×1+n ×2+2x =>2x = 0,2×3-0,15-0,15×2=0,15 => x=0,075(mol). Vậy m= mCu + mFe = 0,15×64+0,075×56=13,8 (gam) Chọn đáp án C. III. Bài tập tự luyện. Bài 1: Hoà tan hoàn toàn 19,2 gam kim loại M trong dung dịch HNO3 dư thu được 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí NO2 và NO có tỉ lệ về thể tích 3:1. Kim loại M là: A. Al. B. Cu. C. Mg. D. Fe. Bài 2: (Đại học khối A - 2007). Hoà tan 5,6 gam Fe bằng dung dịch H2SO4 loãng thu được dung dịch X. Dung dịch X phản ứng vừa đủ với V ml dung dịch KMnO4 0,5 M. Giá trị V (ml) là: A. 20. B. 40. C. 60. D. 80. Bài 3: Cho m gam Al tan hoàn toàn dung dịch HNO3 nóng dư thu được 11,2 lít (đktc) hỗn hợp khí A gồm: N2 , NO, N2O có tỉ lệ về số mol tương ứng là 2:1:2. Giá trị m gam là: A. 35,1. B. 18,9. C. 27,9. D. 26,1. Bài 4: (Đại học khối A-2007). Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu ( tỉ lệ mol 1:1) bằng HNO3 thu được V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) và dung dịch Y ( chỉ chứa 2 muối và axit dư ). Tỉ khối của X so với H2 bằng 19. Giá trị V lít là: A. 2,24. B. 3,36. C. 4,48. D. 5,60. Bài 5: Cho luồng khí CO qua m gam bột Fe2O3 nung nóng thu được hỗn hợp X gồm 4 chất rắn. chia hỗn hợp X thành 2 phần bằng nhau. - Phần 1 hoà tan bằng HNO3 dư, thu được 0,02 mol khí NO và 0,03 mol N2O. - Phần 2 hoà tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được V lít SO2 (đktc). Giá trị V là: A. 2,24 lít. B. 3,36 lít. C. 4,48 lít. D. 6,72 lít. Bài 6: Trộn 8,1 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp X. Hoà tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của V là A. 0,224 lít. B. 0,672 lít. C. 2,24 lít. D. 6,72 lít. Bài 7: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thì cần 0,05 mol H2. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) là A. 224 ml. B. 448 ml. C. 336 ml. D. 112 ml. Bài 8: Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp X có khối lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Cho hỗn hợp X phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lít khí SO2 (ở đktc). Khối lượng a gam là A. 56,0 gam. B. 11,2 gam. C. 22,4 gam. D. 25,3 gam. Bài 9: (Đại học khối B-2007). Nung m gam bột Fe trong ôxi thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X bằng HNO3 dư, thu được 0,56 lít khí NO (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị m gam là: A. 2,62. B. 2,32. C. 2,22. D. 2,52. Bài 10: Hòa tan hết 1,2 gam hỗn hợp gồm Mg và Cu trong dung dịch HNO3 loãng dư thu được 0,896 lít hỗn hợp khí gồm NO2 và NO (ở đktc). Tỉ khối của hỗn hợp khí này so với H2 =21. Phần trăm khối lượng của Mg, Cu lần lượt là A. 36 và 64. B. 64 và 36. C. 48 và 51. D. 50 và 50.