Chuyên đề Pháp triển phương pháp bảo toàn electron giải nhanh các bài toán với chất khử là kim loại và axit có tính oxi hóa

PHÁP TRIỂN PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON GIẢI NHANH CÁC BÀI TOÁN VỚI CHẤT KHỬ LÀ KIM LOẠI VÀ AXIT CÓ TÍNH OXI HÓA(‏٭)
Với hình thức thi trắc nghiệm học sinh thường mất nhiều thời gian khi giải những bài tập tính toán. Để giải quyết vấn đề đó cần tim ra những phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm thời gian. Với bài tập hỗn hợp kim loại phản ứng với hỗn hợp axit có tính oxi hóa là những bài toán khó để giúp học sinh giải nhanh loại bài tập này tôi đưa ra phương pháp(‏٭) 
Cơ sở lí thuyết:
Xét kim loại M có số oxi hóa khi tham gia phản ứng oxi hóa khử là +n với (n>0) và axit HNO3. 
Giọi số mol electron kim loại M nhường là a (aR) quá trình oxi hóa M M+n +n.e ta có nM=. Giả sử N+5 bị khử xuống N+x ( xZ) quá trình khử N+5 + (5-x)e N+x ta có nN = (1)
Vì số mol NO3- cần để tạo muối gấp n lần số mol của kim loại M nên nNO = n.(2).
Từ (1) và (2) ta có mối quan hệ giữa số mol NO3- tạo muối và số mol N+x được biểu thị bằng biểu thức sau: = = 5-x(*)
Số mol electron trao đổi gấp bao nhiêu lần số mol điện tích của anion tạo muối thì số mol của anion tạo muối gấp bấy nhiêu lần số mol của N+x
Tương tự đối với chất oxi hóa là axit H2SO4 đặc.
Giả sử S+6 bị khử xuống S+x( xZ) quá trình khử S+6 + (6-x)e S+x ta có nS =(1’)
Số mol SO42- tạo muối =.= (2’)
Từ (1’) và (2’) ta có mối quan hệ giữa số mol SO42- tạo muối và số mol S+x là: 
= =(**) 
Số mol electron trao đổi gấp bao nhiêu lần số mol điện tích anion tạo muối thì số mol của anion tạo muối gấp bấy nhiêu lần số mol của S+x
Vậy số mol electron trao đổi gấp bao nhiêu lần số mol điện tích của anion tạo muối thì số mol của anion tạo muối gấp bấy nhiêu lần số mol của chất có số oxi hóa +x( chất khử yếu hơn)
II. Một số ví dụ
Ví dụ 1. Cho m(g) kim loại Fe tác dụng vừa đủ với 100ml dung dịch HNO3 x(M) thu được 2,24 lít khí NO(đktc). Tính giá trị x?
Giải
Phương pháp thông thường:
Phương trình phản ứng: Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + H2O
từ phương trình ta có: nHNO =4nNO =4. = 0,4 mol
x = =4M
Phương pháp đề xuất:
Phương trình nhận electron: N+5 + 3e N+2 ta thấy số mol electron trao đổi gấp 3 lần số mol điện tích anion tạo muối nên 
nNOtạomuối = 3nNO mà nHNO= nNO+ nNO = 3nNO + nNO =4.nNO
x = =4M
Với phương pháp này học sinh không cần phải viết phương trình phản ứng chỉ cần lập tỉ số giữa số mol electron trao đổi và số mol của điện tích anion tạo muối và thực hiện một số phép tính dơn giản vì vậy sẽ tiết kiệm được rất nhiều thời gian.
Ví dụ 2. Cho m(g) kim loại X tác dụng vừa đủ với 100ml dung dịch HNO3 x(M) thu được 2,24 lít khí NO(đktc). Tính giá trị của x?
Giải
Với ví dụ này bằng phương pháp thông thường không giải được nhưng bằng phương pháp đề xuất ở trên bài toán trở nên rất đơn giản chỉ với vài phép tính:
Phương trình nhận electron: N+5 + 3e N+2 ta thấy số mol electron trao đổi gấp 3 lần số mol điện tích anion tạo muối nên 
nNO = 3nNO mà nHNO= nNO+ nNO = 3nNO + nNO =4.nNO
x = =4M
Với phương pháp này chúng ta có thể dùng giải nhanh bài tập phù hợp để ra đề kiểm tra trắc nghiệm khách quan với các câu hỏi dạng: nồng độ, khối lượng muối tạo thành,số mol axit tham gia phản ứng,
Ví dụ 3. Hòa tan vừa đủ 6g hỗn hợp 2 kim loại X, Y có hóa trị tương ứng I, II vào dung dịch hỗn hợp 2 axit HNO3 và H2SO4, thì thu được 2,688 lít hỗn hợp khí B gồm NO2 và SO2 (đktc) nặng 5,88g. Cô cạn dung dịch sau cùng thì thu được m(g) muối khan. Tính m?
Giải
 nB= = 0,12 mol
Giọi số mol của NO2 là x số mol của SO2 là y ta có giải ra ta có Phương trình nhận electron: S+6 +2eS+4 	
	 	 N+5 +1eN+4
Ta có 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 pháp này là số kim loại tùy ý bao nhiêu cũng được, càng nhiều kim loại phương pháp càng tỏ ra vợt trội so với phương pháp thông thường
Ví dụ 4. Cho 12g hỗn hợp hai kim loại X, Y hòa tan hoàn toàn vào dung dịch HNO3 thu được m(g) muối và 1,12 lít khí không duy trì sự cháy(đktc). Tính giá trị của m? 
Giải
Khí không duy trì sự cháy là N2
Phương trình 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
Ví dụ 5. Hòa tan hỗn hợp gồm Mg, Fe và kim loại X vào dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khí gồm 0,03 mol NO2 và 0,02 mol NO. Số mol HNO3 đã tham gia phản ứng là bao nhiêu?
Giải
Phương trình nhận electron: N+5 + 3e N+2
	 N+5 +1eN+4
nNOtạomuối= nN + nN = nNO+3nNO =0,03 + 3.0,02 = 0.09 mol
nHNOđãphảnứng = nNOtạomuối + nNO+ nNO = 0,09 + 0,03 + 0.02 = 0,14 mol
Ví dụ 6. Hòa 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. Tính giá trị x và m?
Giải
Phương trình 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 