Phương pháp bảo toàn Electron và phân dạng bài tập

75,2 gam gồm FeO, Fe2O3 Fe3O4 và phần Fe chưa bị oxi hoá. Cho A phản ứng hết với H2SO4 đặc, đun nóng được 6,72 lít SO2 ở đktc. Tìm giá trị m?
Giải : Số mol SO2 = 6,72/22,4 =0,3 mol
Ta có khối lượng oxi = 75,2 –m
Quá trình oxi hoá Fe --> Fe3+ + 3e 
 m/56 3m/56
Quá trình khử: O2 + 4e --> 2O-2
 (75,2 –m)/32 (75,2 –m)/8
Quá trình khử : S+6 + 2e S+4 
 2*0,3 mol 0,3 mol
áp dụng bảo toàn e : 3m/56 = (75.2-m)/8 + 0,6 
--> m = 56
Dạng 2. Khử Fe2O3 bằng khí CO hoặc H2 thu được hỗn hợp gồm Fe và Fe2O3 , Fe3O4 , FeO sau đó hoà tan hoàn toàn hỗn hợp bằng dung dịch HNO3 dư hoặc dung dịch gồm HNO3 và H2SO4 đặc dư thu được một khí hoặc hỗn hợp khí .
 Nhận xét:
- Trong phản ứng khử oxit Fe bằng CO ,H2 thì số mol nguyên tử O trong oxit bị khử = số mol CO (hay H2) phản ứng = Số mol CO2 (hay H2O) tạo thành.
mrắn sau = mrắn trước – nCO(hoặc CO2)*16 hay mrắn sau = mrắn trước – nH2( hay H2O) *16
- Khi hoà tan các oxit bằng dung dịch axit không có tính oxi hoá mạnh luôn có số mol H+ phản ứng = 2 số mol nguyên tử oxi trong oxit. 
 Trong trường hợp này chất khử là CO và C ,H2 còn chất oxi hoá là HNO3 hoặc cả HNO3 và H2SO4 đặc nóng. Khi đó sử dụng định luật bảo toàn e ta sẻ lập được biểu thức liên hệ số mol giữa CO và C với số mol khí tạo thành sau phản ứng với axit.
Thí dụ 1. Cho 1 luồng khí CO qua ống đựng m gam Fe2O3 sau một thời gian thu được hỗn hợp 4 chất rắn khác nhau có khối lượng 6,72 gam . Hoà tan hỗn hợp này trong HNO3 dư thu được 0,448 lít khí B duy nhất hoá nâu ngoài không khí 
( ở đktc) có d/H2 = 15. Xác định giá trị của m ?
Giải . d B/H2 = 15 => B = 30 là NO
Gọi số mol CO phản ứng là a mol 
Quá trình oxi hoá CO ----> CO2 
 C2+ ----> C4+ + 2e 
 a 2a
Quá trình khử NO3- + 4H+ + 3e --- > NO + 2H2O
 0,02 0,06 0,02 (mol)
Theo định luật bảo toàn ta có : 2a= 0,06 => a = 0,03 mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng 
mFe2O3 + mCO = m hhrắn + mCO2 
mFe2O3 = mhhrắn + mCO2 - mCO = 6,72 + 44.0,03 - 28. 0,03 = 7,2 gam
Thí dụ 2. Thổi một luồng khí CO qua hỗn hợp gồm Fe và Fe2O3 nung nóng thì thu được một khí B và hỗn hợp D gồm Fe, FeO, Fe2O3 , Fe3O4 . Cho B lội qua nước vôi trong dư thì thấy tạo ra 6 gam kết tủa . Hoà tan D bằng H2SO4 đặc nóng thấy tạo ra 0,18 mol SO2,còn dung dịch E . Cô cạn dung dịch E thu được 24 gam muối khan. Xác định thành phần hỗn hợp ban đầu. 
Giải.
 Fe ----> Fe2(SO4)3
 a 0,5 a
 Fe2O3 ----> Fe2(SO4)3’
 b 0,5 b
---> nCO2 = nCaCO3 = 0,06 mol
nSO2 = 0,18 mol 
 a Fe ----> Fe+3 + 3e 
 0,06 C+2 ---> C+4+ 2e 
 0,18 S+ 6 + 2e ----> S+ 4
Phương trình bảo toàn e : 
 3a + (2. 0,06 ) = 0,18 . 2
--> a= 0,08 mol (I)
Khối lượng muối 400(0,5 a+ b) = 24 gam
--> 0,5 a + b = 0,06 mol (II)
Từ (I) và (II) a = 0,08 mol = nFe hay mFe = 4,48 gam
 b = 0,02 mol = nFe2O3 hay m Fe2O3 = 3,2 gam
Dạng3. Cho hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 hoặc hỗn hợp HNO3 và H2SO4 thu được hỗn hợp khí . Trong trường hợp này chất khử là kim loại ,chất oxi hoá là axit .Khi đó sử dụng định luật bảo toàn ta sẻ lập được biểu thức liên hệ giữa số mol của các kim loại phản ứng với số mol của các sản phẩm tạo thành.
Thông thường dạng toán này xác định lượng muối tạo thành hoặc xác định sô mol axit tham gia phản ứng
Có thể áp dụng công thức tính nhanh sau: 
Thí dụ 1. Hoà tan hết 4,4312 (g) gồm Mg và Al trong HNO3 loảng thu được dung dịch A và 1,568 lít khí hỗn hợp 2 khí không màu có khối lượng 2,59 gam. Trong đó có 1 khí hoá nâu ngoài không khí .
Tính % về khối lượng của mỗi kim loại.
Tính số mol HNO3 phản ứng
 Khi cô canh dung dịch A thu được bao nhiêu gam muối khan.
Giải.
a. Trong hỗn hợp 2 khí tạo thành khí hoá nâu ngoài không khí là NO khí còn lại là 1 trong 2 khí N2 hoặc N2O . 
 Ta có Mhh = 2,59/0,07 = 37 đvc=> khí còn lại là N2O 
Gọi só mol NO và N2O là a, b mol 
Ta có 20 a + 44b = 2,59 (I)
 a+ b = 0,07 (II) 
từ (I) và (II) a=0,035 và b= 0,035 mol
Quá trình oxi hoá Mg và Al 
 Mg ---> Mg2+ + 2 e
	 x x 2x
	Al ----> Al3+ + 3e
	y y 3y
Quá trình khử NO3- thành NO và N2O
	NO3- + 4H+ + 3e --- > NO + 2H2O (1)
 a 	 4a	 3a	 a
 2NO3- + 10H+ + 8e --- > N2 O + 5H2O (2)
 2b 	 10b 8b	 b
Theo định luật bảo toàn e ta có : 2x + 3y = 3a + 80 b = 0,385 (III)
Mặt khác m = mMg + m Al = 24 x + 27 y = 4,431 (IV) 
Từ (III) và (IV) => x= 0,161 và y = 0,021 (mol)
%Mg = 87,2 % ; %Al = 12,8 %
b. Theo (1) và(2) ta có nHNO3 = nH+ = 4a + 10 b = 0,49 mol 
c. Dung dịch A gồm 0,161 mol Mg(NO3)2 và 0,021 mol Al(NO3)3 
khối lượng muối = 28,301 gam
Thí dụ 2( Đề TSĐH -khối A -2007). Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu có tỉ lệ mol 1:1 bằng dung dịch thu được hỗn hợp V lít khí X gồm NO2 và NO (ở đktc) chỉ chứa 2 muối và axit dư . Biết dX/ H2 = 19.
Xác địnhgiá trị của V ?
Giải. mFe + mCu = 12 gam 
Do tỉ lệ mol 1: 1 nên nFe= nCu = 0,1 mol.
Quá trình oxi hoá Fe và Cu Fe ---> Fe+3 + 3e 
 	 0,1 0,3 0,1 (mol)
Cu ----> Cu+2 + 2e 
 	0,1 0,2 0,1 (mol)
Quá trình khử NO3_ 
	NO3- + 4H+ + 3e --- > NO + 2H2O 
 a 	4a	 3a	 a
	NO3- + 2H+ + 1e --- > NO2 + H2O 
 	 b 2b b b
ta có hệ : a + b = 0,5 (mol) (I)
 ( 30 a + 46 b)/ (a+b) = 38 (II)
Từ (I) và (II) => a= b = 0,125 mol
V = 22,4 (a+b) = 5,6 lít
Thí dụ 3. Một hỗn hợp X gồm hai kim loại A và B (đều có hóa trị II, MA MB) có khối lượng là 9,7 gam. Hỗn hợp X tan hết trong 200 ml dung dịch Y chứa H2SO4 12M và HNO3 2M tạo ra 2,688 lít hỗn hợp khí Z gồm 2 khí SO2 và NO có tỉ khối đối với H2 bằng 23,5. Hãy xác định hai kim loại A và B.
Giải: 
Trước hết ta đi tính số mol mỗi chất trong hỗn hợp Z 
đặt 2,688 lít khí Z gồm 
ta lại có: 
giải hệ 
X phản ứng với dung dịch Y thì xảy ra 4 phản ứng. Hơn nữa lượng chất tham gia ở mỗi phản ứng ta chưa rõ nên chưa thể xác định. Nhưng tóm lại chúng bao gồm các quá trình sau: 
Phản ứng của chất oxi hóa:
	S+6 + 2e S+4 (SO2) 
	 0,12 0,06
	N+5 + 3e N+2 (NO) 
	 0,18 0,06
nên số mol e nhận bởi 2 axit là 0,12 + 0,18 = 0,3 mol 
Phản ứng của chất khử: 
	A A+2 + 2e 
	a 2a 
	B B+2 + 2e 
	b 2b 
nên số mol e cho của hai kim loại là 2a + 2b
và ta có: 2a + 2b = 0,3 hay a + b = 0,15
Vì MA MB nên MA = 64 (Cu) và MB = 65 (Zn)
Dạng4. Cho hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch chứa nhiều muối .
 Khi cho hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chứa nhiều muối thì các phản ứng xẫy ra theo thứ tự : kim loại có tính khử mạnh hơn và muối có tính oxi hoá mạnh hơn sẻ phản ứng trước . Các phản ứng xẩy ra sau đó phụ thuộc vào số mol của các kim loại và muối . Nhìn chung ta rất khó xác định được các phản ứng xẩy ra khi chưa biết được số mol các chất.
Thí dụ 1. Cho hỗn hợp gồm 0,1 mol Al và 0,1 mol Zn tác dụng hoàn toàn với 1 lít dung dịch A chứa Cu(NO3)2 và AgNO3, thu đựoc 31,2 gam hỗn hợp B gồm 2 kim loại và dung dịch C . Cho dung dịch C tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 4,9 gam kết tủa . Tính nồng độ mol/l của các muối trong dung dịch A
Giải:
Các phản ứng có thể xẫy ra khi cho hỗn hợp kim loại vào dung dịch A:
 Al + 3 AgNO3 = Al(NO3)3 + 3 Ag 
 2Al + 3Cu(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3Cu
 Zn + 2 AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2Ag 
 Zn + Cu(NO3)2 = Zn(NO3)2 + Cu 
Hai kim loại trong B phải là Ag và Cu, dung dịch C chứa Zn(NO3)2 , Al(NO3)3 và Cu(NO3)2 dư . Khi tác dụng với NaOH dư :
 Al(NO3)3 + 4 NaOH = NaAlO2 + 3NaNO3 +2 H2O 
 Zn(NO3)2 + 4 NaOH = Na2ZnO2 + 2 NaNO3 + 2H2O 
 Cu(NO3)2 + 2 NaOH = Cu(OH)2¯ + 2 NaNO3
 nCu(OH)2 = 0,05 mol
- Gọi x và y là số mol của Ag và Cu trong B ta có: 108 x + 64 y = 31,2(1)
Vì các phản ứng có sự bảo toàn electron nên tổng số mol electron do Al và Zn nhường bằng tổng số electron do Ag+ và Cu2+ nhận , ta có:
 x+ 2y = 0,1 .3 + 0,1 . 2 = 0,5 (2)
từ (1) và (2) x = 0,2 ; y= 0,15 
=> CM AgNO3 = 0,2 M , CM Cu(NO3)2 = 0,2 M
Thí dụ 2.Cho 0,03 mol Al và 0,05 mol Fe tác dụng với 200 ml dung dịch Y chứa AgNO3 và Cu(NO3)2 . Sau khi phản ứng xẫy ra hoàn toàn thu được 8,12 gam hỗn hợp gồm 3 kim loại và dung dịch B . Cho hỗn hợp kim loại này tác dụng với HCl dư thu được 0,03 mol H2 . Tính CM của các muối trong Y.
Giải:
Tính khử của nhôm mạnh hơn Fe nên hỗn hợp 3 kim loại gồm : Fe , Cu , Ag .Fe dư nên AgNO3 và Cu(NO3)2 phản ứng hết và không tạo ra Fe(NO3)3.
 Các phản ứng cío thể xẫy ra :
 Al + 3 AgNO3 = Al(NO3)3 + 3 Ag (1)
2Al + 3Cu(NO3)2 = 2Al(NO3)3 + 3Cu (2)
Fe + 2 AgNO3 = Fe(NO3)2 + 2Ag (3)
Fe + Cu(NO3)2 = Fe(NO3 )2 + Cu (4)
Cho hỗn hợp tác dụng với HCl chỉ có Fe phản ứng: 
 Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2ư 
=> nFe = n H2 = 0,03 mol
Gọi x và y là số mol AgNO3 và Cu(NO3)2 trong Y cũng là số mol của Ag và Cu được tạo ra => 
 108 x + 64 y + 0,03. 56= 8,12 108 x + 64 y = 6,44 (I)
Số mol Fe phản ứng với dung dịch muối là 0,02 mol , theo sự bảo toàn electron: tổng số mol electron do Fe và Al nhường bằng tổng số electron do Ag+ và Cu2+ nhận 
 ịx + 2y = 0,13 mol (II) 
Từ (I) và (II) => x=0,03 , y= 0,05 
CM AgNO3 = 0,15 M ; CM Cu(NO3)2 = 0,25 M
Dạng 5. Xác định sản phẩm tạo thành của ở các quá trình oxi hoá - khử . Ta thường gặp các dạng toán xác định sản phẩm của sự khử S+6 trong H2SO4 , N+5 trong HNO3 khi cho các chất khử ( kim loại , FeO , Fe3O4 ...) tác dụng với các dung dịch axit trên .
 Để xác định được sản phẩm tạo thành ở các quá trình khử N+5 và S+6 ta cần phải xác định được số e mà S+6 nhận và số e mà N+5 nhận hoặc số oxi hoá của N và S trong sản phẩm tạo thành. 
Ta có các quá trình : N+5 + ne -----> N5-n
 S+6 + me ----> S6- m
Như vậy ở đây muốn xác định được sản phẩm thì ta phải xác định được giá tri của m và n.
Thí dụ 1. Hoà tan hoàn toàn 2,52 gam hỗn hợp Mg và Al bằng dung dịch HCl thu được 2,688 lít H2( đktc) . Cho 2,52 gam hỗn hợp trên tác dụng với H2SO4 đặc thu được 0,3 mol một sản phẩm duy nhất hình thành do sự khử S+6 Xác định sản phẩm đó ?
Giải. ta có : x= nMg = 0,06 mol, y= nAl = 0,04 mol
 Tổng số mol e mà Mg và Al nhường = 24x+ 3y = 0,24 mol
 Giả sử a nguyên tử S+6 nhận me => Số mol e mà một nguyên tử S nhận là :
 S+6 + me ----> S6- m
 0,03 m 0,03 (mol)
Theo định luật bảo toàn e: 0,03 m = 0,24 => n= 8 
Vậy sản phẩm của phản ứng là : H2S ( S+6 + 8e ----> S-2) 
T