Sử dụng phương pháp bảo toàn Electron giải bài tập Hóa học - Trường THPT Nguyễn Gia Thiều

sử dụng 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 M = 12n Lập bảng 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 %mAl 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 Al, Fe hết Dung dịch T không còn màu xanh Cu(NO3)2 phản ứng hết Vậy chất rắn Z gồm có Ag,Cu mZ = mAg + mCu = 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 Vậy ta có hệ phương trình %mAl = =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 = = 37 mà có khí NO (M = 30) khí còn lại là N2O Gọi số mol NO , N2O lần lượt là a , b .Ta có hệ a=b=0.06 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 n e nhường n e nhận = 11 a = 0.66 mol Theo định luật bảo toàn e : n e nhường = 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 nkhí B = 13.216 :22.4 = 0.5875 mol .Gọi số mol NO2 và NO là a,b Ta có hệ dd A + BaCl2 tạo ra kết tủa dd A có SO42- pt Ba2+ + SO42- = BaSO4 Gọi x là số mol của FeS2 và MS Quá trình oxi hoá Quá trình khử FeS2 - 15 e Fe3+ + 2S+6 N+5 + 3e N+2 x 15x 3a a MS - 8 e M2+ + 2S+6 N+5 + e N+4 x 8x b b n e nhường = 15x+8x n e nhận = 3a+b = 0.69 mol Theo định luật bảo toàn e : n e nhường = n e nhận 23 x =0.69 x = 0.03 Mặt khác 120.0,03 + (M+32) .0,03 = 6.51 M = 65 (Zn) số mol SO42- = nZnS + 2nFeS2 = 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 m gam X :FeO ,Fe2O3 ,FeO , Fe3O4 muối Fe3+ Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dưới dạng muối Fe3+ mO = m - 8.4 nO = Quá trình oxi hoá Quá trình khử Fe- 3 e Fe3+ O + 2 e O-2 0.15 0.45 N+5 + e N+4 0.1 0.1 n e nhường = 0.45 n e nhận = + 0.1mol Theo định luật bảo toàn e : n e nhường = n e nhận + 0.1 =0.45 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 12 gam X :FeO,Fe2O3 ,FeO , Fe3O4 muối Fe3+ Từ trên ta thấy Fe ban đầu đã chuyển hết vào dd dưới dạng muối Fe3+ mO =12 - m nO = nFe = m/56 Quá trình oxi hoá Quá trình khử Fe - 3 e Fe3+ O + 2 e O-2 N+5 + 3e N+2 0.3 0.1 n e nhường = n e nhận = + 0.3 mol Theo định luật bảo toàn e : n e nhường = n e nhận + 0.3 = m = 10.08 gam Đáp án B IV.Các bài tập đề nghị Bài tập 1 Hoà tan hoàn toàn 9.6 gam Mg trong một lượng dd HNO3thì thu được 2.24 lít khí A ở đktc .Khí A là : A- NO B- NO2 C- N2 D- N2O Bài tập 2 Lấy 0.03 mol Al và 0.05 mol Fe cho tác dụng với 100 ml dd chứa AgNO3 và Cu(NO3)2 khuyâý kỹ tới phản ứng xảy ra hoàn toàn chỉ thu được 8.12 g chất rắn gồm 3 kim loại . Hoà tan chất rắn đó bằng dd HCl dư thấy bay ra 0.672 lít khí H2 ở đktc . Hiệu suất các phản ứng là 100 % . Nồng độ mol/l của AgNO3 và Cu(NO3)2 lần lượt là : A- 0.3 M và 0.5 M B- 0.3 M và 0.15 M C- 0.13 M và 0.25 M D- 0.1 M và 0.2 M Bài tập3 Cho 3.04 gam hợp kim Fe ,Cu tan hoàn toàn trong dd HNO3 nóng thì thu được 1.792 lít khí NO ,NO2 ở đktc có tỷ khối hơi đối với H2 là 21 . %mCu và %mFe lần lượt là : A-63.16% và 36.84 % B- 50% và 50 % C- 27.1% và 72.9 % D- 19.4% và 80.6% Bài tập 4 Cho thanh Al vào dd CuSO4 ,sau một thời gian nhấc thanh Al ra thấy thanh Al tăng m gam .Al có 3,613.1023 electron tham gia phản ứng trao đổi trong quá trình phản ứng với CuSO4 . Vậy m có giá trị là : A-13.8 gam B- 1.38 gam C- 2.7 gam D - 27.8 gam Bài tập 5 Khi cho một thanh Fe vào dd CuSO4 ,sau một thời gian nhấc thanh Fe ra làm khô và cân nặng thấy thanh sắt tăng lên 6.4 gam .Số electron tham gia phản ứng trao đổi của Fe trong quá trình phản ứng với CuSO4 : A-1,44.1024 B- 4,818.1023 C- 9,636.1023 D - 0.8 Bài 1: Hỗn hợp A gồm 0,06 mol Mg, 0,02 mol Al và 0,04 mol Fe tỏc dụng hết với dd HNO3 thu được V lit hỗn hợp khớ gồm N2 và N2O cú tỉ khối so với Hidro bằng 20. Hóy biểu diễn cỏc ptpư ở dạng ion thu gọn. V=? ( đo ở đktc ). Tớnh số mol HNO3 đó phản ứng. Bài2: Cho hỗn hợp bột kim loại A gồm 0,02 mol Fe, 0,04 mol Al, 0,03 mol Cu và 0,01 mol Zn hũa tan hết vào dung dịch HNO3 thu được V lit hỗn hợp khớ gồm NO và N2O cú tỉ khối so với Hidro là 16,75. Tớnh V (ở đktc). Bài 3: Cho hỗn hợp bột kim loại A gồm 0,04 mol Al, 0,02 mol Fe và 0,05 mol Cu tỏc dụng với dd HNO3 12,6% được V lit hỗn hợp khớ gồm NO và N2 cú tỉ khối so với Hidro là 14,75. Tớnh V (ở đktc), khối lượng dd HNO3 đó phản ứng biết axit HNO3 dư 10% so với lượng cần dựng. Bài 4: m(g) Fe để trong khụng khớ bị oxi húa 1 phần thành 12(g) hỗn hợp cỏc oxit và Fe dư. Hũa tan hỗn hợp này vào dd HNO3 dư thu được 2,24 lit khớ NO duy nhất (đkc). Tỡm m. Bài 5: m’(g) Fe2O3 nung với CO thiếu thu được 6,52(g) hỗn hợp Y gồm 4 chất. Hũa tan Y hết vào dd HNO3 thỡ thu được 0,15 mol khớ NO duy nhất. Tỡm m’. Bài 6: Cho m(g) hh bột kim loại A gồm Mg và Al hũa tan hết vào dd HCl dư thấy giải phúng 0,25 mol khớ. Thờm 1 lượng Cu bằng 1,255m (g) vào hh A được hh B. Hũa tan B vào dd HNO3 dư thỡ thu được 0,5 mol hh khớ gồm NO và NO2 cú tỉ khối so với Hidro bằng 21,4. Tớnh tfần % theo klượng cỏc chất trong hh A. Bài 7: Hỗn hợp X gồm 1,56(g) Mg và 0,486(g) Al được hũa tan hết vào V lit dd HNO3 2M thấy giải phúng 0,4704 lit (đkc) hỗn hợp khớ gồm N2 và N2O. Cũng V lit dd HNO3 đú hũa tan vừa hết 3,3335(g) kim loại M giải phúng khớ N2O duy nhất. Xỏc định kim loại M và tớnh V. Bài 8: Hũa tan hết kim loại Mg vào dd chứa 1,5 mol HNO3 thu được dd A và 0,2 mol hh khớ gồm NO và N2O. Hỏi để kết tủa hết lượng Mg2+ cú trong dd A cần tối thiểu bao nhiờu mol NaOH? Bài 9: Hũa tan 12,9(g) hh A gồm Zn và 1 kim loại M húa trị II vào dd H2SO4 loóng dư thu được 2,24 lit H2. Cũn khi hũa tan hết 12,9(g) hh A vào dd H2SO4 đặc được 4,144 lit hỗn hợp gồm SO2 và H2S cú tỉ khối so với Hidro bằng 31,595. Xỏc định kim loại M biết thể tớch cỏc khớ đo ở đktc. Bài 10: Hỗn hợp kim loại A gồm Mg, Al, Cu nặng 20,3(g) được hũa tan vào 200ml dd HCl dM thu được 6,72 lit khớ và cũn lại 9,2(g) chất X khụng tan. Lọc lấy X, chia thành 2 phần bằng nhau. Hũa tan hết phần 1 vào dd HNO3 thấy giải phúng 2,8 lit hh khớ ( NO và NO2 ) cú tỉ khối so với Hidro bằng 21,4. Đem đốt chỏy phần 2 bằng 1 lượng oxi xỏc định được m(g) hh Y gồm 2 oxit kim loại. Hũa tan hết Y vào dd HNO3 đặc núng thỡ được 1,68 lit khớ NO2 và dd B. Cho dd B tỏc dụng với 200g dd NaOH 12,4% được kết tủa, lọc tỏch và nung kết tủa tới khối lượng khụing đổi thu được m’(g) chất rắn khan Z. Biết cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn và cỏc thể tớch khớ đo ở đktc. Tỡm d, m, m’ và tớnh % theo khối lượng cỏc kim loại trong A. Bài 11: Hỗn hợp A gồm Al và Zn được hũa tan hết vào dd HNO3 được dd B và giải phúng 1,2992 lit hỗn hợp khớ ( N2O và N2). Mặt khỏc hũa tan hết A vào dd NaOH cú đủ thỡ thu được 5,376 lit H2 và dd C. Cụ cạn dd B thu được m(g) hh muối khan. Biết cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn và cỏc thể tớch khớ đo ở đktc. Hỏi m cú giỏ trị trong khoảng nào? Thờm 0,48 lit dd H2SO4 1M và dd C, hỏi cú bn gam kết tủa tạo thành? Cỏc pư: Al + NaOH + H2O đ NaAlO2 + 1,5H2# Zn + 2NaOH đ Na2ZnO2 + H2# 2NaAlO2 + H2SO4 + H2O đ 2Al(OH)3 $ + Na2SO4 Nếu dư axit: 2Al(OH)3 + 3H2SO4 đ Al2(SO4)3 + 3H2O