Chủ đề Hóa học: Phương pháp bảo toàn electron

và số mol của điện tớch anion tạo muối và thực hiện một số phộp tớnh dơn giản vỡ vậy sẽ tiết kiệm được rất nhiều thời gian.
Vớ dụ 2. Cho m(g) kim loại X tỏc dụng vừa đủ với 100ml dung dịch HNO3 x(M) thu được 2,24 lớt khớ NO(đktc). Tớnh giỏ trị của x?
Giải
Với vớ dụ này bằng phương phỏp thụng thường khụng giải được nhưng bằng phương phỏp đề xuất ở trờn bài toỏn trở nờn rất đơn giản chỉ với vài phộp tớnh:
Phương trỡnh nhận electron: N+5 + 3e N+2 ta thấy số mol electron trao đổi gấp 3 lần số mol điện tớch anion tạo muối nờn 
nNO = 3nNO mà nHNO= nNO+ nNO = 3nNO + nNO =4.nNO
x = =4M
Với phương phỏp này chỳng ta cú thể dựng giải nhanh bài tập phự hợp để ra đề kiểm tra trắc nghiệm khỏch quan với cỏc cõu hỏi dạng: nồng độ, khối lượng muối tạo thành,số mol axit tham gia phản ứng,
Vớ dụ 3. Hũa tan vừa đủ 6g hỗn hợp 2 kim loại X, Y cú húa trị tương ứng I, II vào dung dịch hỗn hợp 2 axit HNO3 và H2SO4, thỡ thu được 2,688 lớt hỗn hợp khớ B gồm NO2 và SO2 (đktc) nặng 5,88g. Cụ cạn dung dịch sau cựng thỡ thu được m(g) muối khan. Tớnh m?
Giải
 nB= = 0,12 mol
Giọi số mol của NO2 là x số mol của SO2 là y ta cú giải ra ta cú Phương trỡnh nhận electron: S+6 +2eS+4 	
	 	 N+5 +1eN+4
Ta cú nSO tạomuối= .nSO=0,2 mol => khối lượng anion sunfat tạo muối là: 96.0,02 = 1,92g
nNOtạomuối=.nNO= 0,1 mol => khối lượng anion nitrat tạo muối là: 62.0,1= 6,2g
Vậy khối lượng muối khan thu được là: m = 6 + 1,92 + 6,2 = 14,12g
Ưu điểm của phương phỏp này là số kim loại tựy ý bao nhiờu cũng được, càng nhiều kim loại phương phỏp càng tỏ ra vợt trội so với phương phỏp thụng thường
Vớ dụ 4. Cho 12g hỗn hợp hai kim loại X, Y hũa tan hoàn toàn vào dung dịch HNO3 thu được m(g) muối và 1,12 lớt khớ khụng duy trỡ sự chỏy(đktc). Tớnh giỏ trị của m? 
Giải
Khớ khụng duy trỡ sự chỏy là N2
Phương trỡnh nhận electron: N+5 +5eN0
 nN=2nN= 2.= 0,1mol.
nNOtạomuối = nN= 5.0,1 = 0,5 mol => khối lượng anion nitarat tạo muối là: 0,5.62 = 31g.
Vậy khối lượng muối khan thu được là: 31+ 12= 43g
Vớ dụ 5. Hũa tan hỗn hợp gồm Mg, Fe và kim loại X vào dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khớ gồm 0,03 mol NO2 và 0,02 mol NO. Số mol HNO3 đó tham gia phản ứng là bao nhiờu?
Giải
Phương trỡnh nhận electron: N+5 + 3e N+2
	 N+5 +1eN+4
nNOtạomuối= nN + nN = nNO+3nNO =0,03 + 3.0,02 = 0.09 mol
nHNOđóphảnứng = nNOtạomuối + nNO+ nNO = 0,09 + 0,03 + 0.02 = 0,14 mol
Vớ dụ 6. Hũa tan hoàn toàn 5,04g hỗn hợp gồm 3 kim loại X, Y, Z vào 100ml dung dịch HNO3 x(M) thu được m(g) muối 0,02 mol NO2và 0,005 mol N2O. Tớnh giỏ trị x và m?
Giải
Phương trỡnh nhận electron: N+5 + 4e N+
	 	 N+5 +1eN+4 
nNOtạomuối =nN+ nN= nNO+ 4.(2nNO )= 0,02 + 4.(0,005.2) = 0.02 + 0,04 = 0,06 mol 
mNOtạomuối =0,06.62 = 3,72g 
m =mKL+ mNOtạomuối = 5,04 + 3,72 = 8,76g
nHNOtham gia phản ứng = nNOtạomuối + nN+ nN= 0,06 + 0,02 + 0,005.2 = 0,09 mol
x= CM==0,9M 
Phương phỏp 3
BẢO TOÀN MOL ELECTRON
Trước hết cần nhấn mạnh đõy khụng phải là phương phỏp cõn bằng phản ứng oxi húa - khử, mặc dự phương phỏp thăng bằng electron dựng để cõn bằng phản ứng oxi húa - khử cũng dựa trờn sự bảo toàn electron.
Nguyờn tắc của phương phỏp như sau: khi cú nhiều chất oxi húa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thỡ tổng số electron của cỏc chất khử cho phải bằng tổng số electron mà cỏc chất oxi húa nhận. Ta chỉ cần nhận định đỳng trạng thỏi đầu và trạng thỏi cuối của cỏc chất oxi húa hoặc chất khử, thậm chớ khụng cần quan tõm đến việc cõn bằng cỏc phương trỡnh phản ứng. Phương phỏp này đặc biệt lý thỳ đối với cỏc bài toỏn cần phải biện luận nhiều trường hợp cú thể xảy ra.
Sau đõy là một số vớ dụ điển hỡnh.
Vớ dụ 1: Oxi húa hoàn toàn 0,728 gam bột Fe ta thu được 1,016 gam hỗn hợp hai oxit sắt (hỗn hợp A).
1. Hũa tan hỗn hợp A bằng dung dịch axit nitric loóng dư. Tớnh thể tớch khớ
NO duy nhất bay ra (ở đktc).
A. 2,24 ml.	PB. 22,4 ml.	C. 33,6 ml.	D. 44,8 ml.
2. Cũng hỗn hợp A trờn trộn với 5,4 gam bột Al rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhụm (hiệu suất 100%). Hũa tan hỗn hợp thu được sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư. Tớnh thể tớch bay ra (ở đktc).
PA. 6,608 lớt.	B. 0,6608 lớt. C. 3,304 lớt.	D. 33,04. lớt
Hướng dẫn giải
1. Cỏc phản ứng cú thể cú:
to
2Fe + O2
2FeO	(1)
o
2Fe + 1,5O2	t
Fe2O3	(2)
o
3Fe + 2O2	t

Fe3O4	(3)
Cỏc phản ứng hũa tan cú thể cú:
3FeO + 10HNO3	 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O	(4) Fe2O3 + 6HNO3	2Fe(NO3)3 + 3H2O	(5)
3Fe3O4 + 28HNO3	9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (6)
Ta nhận thấy tất cả Fe từ Fe0 bị oxi húa thành Fe+3, cũn N+5 bị khử thành
N+2, O20 bị khử thành 2O 2 nờn phương trỡnh bảo toàn electron là:
3n	0, 009 4

0, 728
56

3	0,039 mol.
trong đú, n là số mol NO thoỏt ra. Ta dễ dàng rỳt ra n = 0,001 mol;
VNO = 0,001 22,4 = 0,0224 lớt = 22,4 ml. (Đỏp ỏn B)
2. Cỏc phản ứng cú thể cú:
o
2Al + 3FeO	t

3Fe + Al2O3	(7)
o
2Al + Fe2O3	t
o
8Al + 3Fe3O4	t
9Fe + 4Al2O3	(9)
Fe + 2HCl	FeCl2 + H2	(10)
2Al + 6HCl	2AlCl3 + 3H2	(11)
Xột cỏc phản ứng (1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11) ta thấy Fe0 cuối cựng thành Fe+2, Al0 thành Al+3, O20 thành 2O 2 và 2H+ thành H2 nờn ta cú phương trỡnh bảo toàn
electron như sau:
0, 013 2

5, 4 3
27

0, 009 4	n 2
Fe0	Fe+2	Al0	Al+3	O20	2O 2	2H+	H2
n = 0,295 mol
H
2
V	0, 295 22, 4	6, 608 lớt. (Đỏp ỏn A)
Nhận xột: Trong bài toỏn trờn cỏc bạn khụng cần phải băn khoăn là tạo thành hai oxit sắt (hỗn hợp A) gồm những oxit nào và cũng khụng cần phải cõn bằng 11 phương trỡnh như trờn mà chỉ cần quan tõm tới trạng thỏi đầu và trạng thỏi cuối của cỏc chất oxi húa và chất khử rồi ỏp dụng luật bảo toàn electron để tớnh lược bớt được cỏc giai đoạn trung gian ta sẽ tớnh nhẩm nhanh được bài toỏn.
Vớ dụ 2: Trộn 0,81 gam bột nhụm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt núng để tiến hành phản ứng nhiệt nhụm thu được hỗn hợp A. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 đun núng thu được V lớt khớ NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc. Giỏ trị của V là
A. 0,224 lớt.	PB. 0,672 lớt.	C. 2,24 lớt.	D. 6,72 lớt.
Hướng dẫn giải
Túm tắt theo sơ đồ:
0,81 gam Al

Fe2O3	to
CuO

hỗn hợp A

hòa tan hoàn toàn dung dịch HNO3

VNO	?
Thực chất trong bài toỏn này chỉ
nguyờn tử Al và N.
Al	Al+3 + 3e 
2Fe + Al2O3
	(8)
0,81
27

0,09 mol
và	N+5 + 3e	N+2
0,09 mol	0,03 mol
VNO = 0,03 22,4 = 0,672 lớt. (Đỏp ỏn D)
Nhận xột: Phản ứng nhiệt nhụm chưa biết là hoàn toàn hay khụng hoàn toàn do đú hỗn hợp A khụng xỏc định được chớnh xỏc gồm những chất nào nờn việc viết phương trỡnh húa học và cõn bằng phương trỡnh phức tạp. Khi hũa tan hoàn toàn hỗn hợp A trong axit HNO3 thỡ Al0 tạo thành Al+3, nguyờn tử Fe và Cu được bảo toàn húa trị.
Cú bạn sẽ thắc mắc lượng khớ NO cũn được tạo bởi kim loại Fe và Cu trong hỗn hợp A. Thực chất lượng Al phản ứng đó bự lại lượng Fe và Cu tạo thành.
Vớ dụ 3: Cho 8,3 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe (nAl = nFe) vào 100 ml dung dịch Y gồm Cu(NO3)2 và AgNO3. Sau khi phản ứng kết thỳc thu được chất rắn A gồm 3 kim loại. Hũa tan hoàn toàn chất rắn A vào dung dịch HCl dư thấy cú 1,12 lớt khớ thoỏt ra (đktc) và cũn lại 28 gam chất rắn khụng tan B. Nồng độ CM của Cu(NO3)2 và của AgNO3 lần lượt là
A. 2M và 1M.	PB. 1M và 2M. C. 0,2M và 0,1M.	D. kết quả khỏc.
Túm tắt sơ đồ:
8,3gam hỗnhợpX
Al
+ 100 ml dung dịch Y
AgNO3 	: x mol
(nAl = nFe)	 Fe
Cu( NO3 )2
1,12 lítH 2
: y mol
Hướng dẫn giải
Chấtrắn A
(3 kim loại)
8,3
HCldư 	Z
]

2,8 gam chấtrắn không tan B
Ta cú:	nAl = nFe =
83
0,1m ol.
Đặt

3
n AgNO

x mol

3 2
và nCu ( NO )

y mol
25
X + Y	Chất rắn A gồm 3 kim loại.
Al hết, Fe chưa phản ứng hoặc cũn dư. Hỗn hợp hai muối hết. Quỏ trỡnh oxi húa:
Al	Al3+ + 3e	Fe	Fe2+ + 2e
0,1	0,3	0,1	0,2
Tổng số mol e nhường bằng 0,5 mol. Quỏ trỡnh khử:
Ag+ + 1e	Ag	Cu2+ + 2e	Cu	2H+ + 2e	H2
x	x	x	y	2y	y	0,1	0,05
Tổng số e mol nhận bằng (x + 2y + 0,1).
Theo định luật bảo toàn electron, ta cú phương trỡnh:
x + 2y + 0,1 = 0,5 hay x + 2y = 0,4	(1) Mặt khỏc, chất rắn B khụng tan là: Ag: x mol ; Cu: y mol.
108x + 64y = 28	(2) Giải hệ (1), (2) ta được:
x = 0,2 mol ; y = 0,1 mol.
CM AgNO3

0, 2
0,1 = 2M;

CM Cu ( NO3 )2

0,1
0,1 = 1M. (Đỏp ỏn B)
Vớ dụ 4: Hũa tan 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 khớ SO2, NO, NO2, N2O. Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là
A. 63% và 37%.	PB. 36% và 64%. C. 50% và 50%.	D. 46% và 54%.
Hướng dẫn giải
Đặt nMg = x mol ; nAl = y mol. Ta cú:
24x + 27y = 15.(1) Quỏ trỡnh oxi húa:
Mg	Mg2+ + 2e	Al	Al3+ + 3e
26
x	2x	y	3y
Tổng số mol e nhường bằng (2x + 3y). Quỏ trỡnh khử:
N+5 + 3e	N+2	2N+5 + 2 4e	2N+1
0,3	0,1	0,8	0,2
N+5 + 1e	N+4	S+6 + 2e	S+4
0,1	0,1	0,2	0,1
Tổng số mol e nhận bằng 1,4 mol. Theo định luật bảo toàn electron:
2x + 3y = 1,4 (2)
Giải hệ (1), (2) ta được: x = 0,4 mol ; y = 0,2 mol.
%Al

27 0, 2
15

100%	36%.
%Mg = 100% 36% = 64%. (Đỏp ỏn B)
Vớ dụ 5: Trộn 60 gam bột Fe với 30 gam bột lưu huỳnh rồi đun núng (khụng cú khụng khớ) thu được chất rắn A. Hoà tan A bằng dung dịch axit HCl dư được dung dịch B và khớ C. Đốt chỏy C cần V lớt O2 (đktc). Biết cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn. V cú giỏ trị là
A. 11,2 lớt.	B. 21 lớt.	PC. 33 lớt.	D. 49 lớt.
Hướng dẫn giải
Vỡ n Fe 	nS

30
nờn Fe dư và S hết.
32
Khớ C là hỗn hợp H2S và H2. Đốt C thu được SO2 và H2O. Kết quả cuối cựng của quỏ trỡnh phản ứng là Fe và S nhường e, cũn O2 thu e.
Nhường e:

Fe	Fe2+ + 2e
60 mol
56

60
2	mol
56
S	S+4 +	4e
30 mol
32
Thu e: Gọi số mol O2 là x mol.
4	30
32

mol
60	30

O2	+	4e	2O-2
x mol	4x
Ta cú: 4x	2	4 giải ra x = 1,4732 mol.
56	32
O
2
V	22, 4 1, 4732	33 lớt. (Đỏp ỏn C)
Vớ dụ 6: Hỗn hợp A gồm 2 kim loại R1, R2 cú hoỏ trị x, y khụng đổi (R1, R2 khụng tỏc dụng với nước và đứng trước Cu trong dóy hoạt động húa học của kim loại). Cho hỗn hợp A phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 dư thu được 1,12 lớt khớ NO duy nhất ở đktc.
Nếu cho lượng hỗn hợp A trờn phản
ứng hoàn toàn với dung dịch
HNO3 thỡ thu được bao nhiờu lớt N2. Cỏc thể tớch khớ đo ở đktc.
A. 0,224 lớt.	PB. 0,336 lớt.	C. 0,448 lớt.	D. 0,672 lớt.
Hướ