Phương pháp giải một số bài toán áp dụng định luật bảo toàn electron

* Một số lưu ý cần nhớ

+, Trong phản ứng OXH – Khử, tổng số mol e nhường bằng tổng số mol e nhận.

Ta thường áp dụng phương pháp này đối với những bài toán có xảy ra phản ứng OXH Khử. Phương pháp này sẽ giúp cho học sinh dễ dàng hơn trong khâu tính toán mà không cần phải viết quá nhiều phương trình.

Dưới đây là một số dạng toán và vài ví dụ cụ thể

* Dạng 1: Kim loại tác dụng với dung dịch axit không có tính OXH mạnh (HCl, H₂SO₄ loãng)

* Một số lưu ý cần nhớ:

Khi cho a mol kim loại M tan hoàn toàn vào dung dịch HX thu được b mol H₂.

=> Sau phản ứng ta thu được dung dịch muối MXn và khí H2.

Ta có quá trình trao đổi e như sau:

M → Mⁿ⁺ + ne

a                   an (mol)

2H⁺ + 2e → H₂

b        2b (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: an = 2b

* Một số ví dụ cụ thể:

Ví dụ 1: Hòa tan 1 hỗn hợp 14,5 gam (Fe, Mg, Zn) bằng dung dịch HCl vừa đủ thì thu được dung dịch X có chứa 35,8 gam muối. Tính thể tích khí H₂ thu được sau phản ứng.

Hướng dẫn giải chi tiết

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m KL + m Cl^- = m Muối

=> m Cl^- = 35,8 – 14,5 = 21,3 (gam)

=> n Cl^- = 21,3 : 35,5 = 0,6 (mol)

=> Số mol e nhường = n Cl^- = 0,6 (mol)

=> n H₂ = 0,6 : 2 = 0,3 (mol)

V H₂ = 0,3 * 22.4 = 6,72 (lít)

Ví dụ 2: Cho 5 gam Mg, Zn vào dung dịch HCl dư thu được 3,136 lít H₂. Số mol Mg thu được là?

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi số mol Mg, Zn lần lượt a, b mol

n H₂ = 3,136 : 22,4 = 0,14 mol

Khối lượng của kim loại nặng 5 gam

=> 24 a + 65 b = 5 (I)

Ta có quá trình nhường nhận e như sau:

=> Áp dụng định luật bảo toàn electron: 2a + 2b = 0,28 (II)

Từ (I) và (II) => a = 0,1 mol ; b = 0,04 mol

Vậy số mol Mg có trong hỗn hợp là 0,1 mol

Ví dụ 3: Cho 9,32 gam Mg và Zn vào 200 ml dung dịch H₂SO₄ 2M. Hãy cho biết kết luận nào sau đây đúng:

A. Mg và Zn tan hết, H₂SO₄ dư

B. Mg và Zn, H₂SO₄ đều hết

C. Mg và Zn dư, H₂SO₄ hết

D. Mg hết, H₂SO₄ hết, Zn dư

Hướng dẫn giải chi tiết

n H₂SO₄ = 0,4 mol.

Gỉa sử H₂SO₄ phản ứng hết => n e trao đổi = n H+ = 0,8 mol

=> n hh kim loại = 0,8 : 2 = 0,4 (mol)

Mặt khác 9,32 : 24 > n hh > 9,32 : 65

=> 0,39 > nHH > 0,14

Mà 0,4 > 0,39

=> Sau phản ứng axit còn dư, kim loại tan hết.

Đáp án A

* Dạng 2: Kim loại và một số hợp chất tán dụng với dung dịch axit có tính OXH mạnh

* Một số lưu ý cần nhớ:

+ Đối với kim loại tác dụng với HNO₃

Hầu hết các kim loại đều tác dụng với dung dịch HNO₃ (trừ Au, Pt).

Al, Fe, Cr bị thụ động trong HNO₃ đặc nguội

Để giải bài toán axit nitric tác dụng với kim loại thường được giải bằng phương pháp bảo toàn

electron, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng. Theo các phương pháp này, có 3 phương trình rất quan trọng cần nhớ là:

n_e = n_{kim loại}.hóa trị_{kim loại} = n_NO2 + 3n_NO + 8n_N2O + 10n_N2 + 8n_NH4NO3

n_{HNO3 phản ứng} = 2n_NO2 + 4n_NO + 10n_N2O + 12n_N2 + 10n_NH4NO3

m_muối = m_{kim loại} + 62n_e

+ Đối với kim loại tác dụng với H₂SO₄

 H₂SO₄ đặc phản ứng được với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) → muối trong đó kim loại có hóa trị cao + H₂O + SO₂ (S, H₂S).

Bài tập kim loại tác dụng với axit sunfuric đặc thường gặp nhất là tạo khí SO₂, khi giải thường vận dụng bảo toàn e và bảo toàn nguyên tố:

n_e = n_{kim loại}.hóa trị_{kim loại} = 2n_SO2

n_{H2SO4 phản ứng} = 2n_SO2

m_muối = m_{kim loại} + 96n_SO2

- H₂SO₄ đặc nguội thụ động với Al, Fe và Cr.

* Một số ví dụ cụ thể

Ví dụ 1: Cho 13,5 gam nhôm tác dụng vừa đủ với 2,5 lít dung dịch HNO3, phản ứng tạo ra muối nhôm và một hỗn hợp khí gồm NO và N2O có tỉ lệ mol tương ứng là 2: 3. Tính nồng độ mol của dung dịch HNO3.

A. 0,95.                B. 0,86. 

C. 0,76.                D. 0,9.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Gọi n NO, n N₂O lần lượt là 2a, 3a mol

Ta có: n Al = 13,5 : 27 = 0,5 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

Áp dụng định luật bảo toàn electron

=> 1,5 = 6a + 24a => 30a = 1,5 => a = 0,05 (mol)

n NO = 0,1 mol; n N₂O = 0,15 mol

=> n HNO₃ = 4 * n NO + 10 * n N2O = 0,1 * 4 + 0,15 * 10 = 1,9 mol

C_M HNO₃ = 1,9 : 2,5 = 0,76M

Đáp án C

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 6,5 gam kim loại Zn vào dung dịch HNO₃ loãng, giả sử chỉ thu được 0,448 lít khí X duy nhất (đktc). Khí X là :

A. N₂.                  B. NO.

C. N₂O.               D. NO₂.

* Hướng dẫn giải cụ thể:

n Zn = 6,5 : 65 = 0,1 mol

n X = 0,448 : 22,4 = 0,02 (mol)

n e nhường = 2 * n Zn = 0,2 (mol)

=> 0,02 mol X nhận 0,2 mol e

=> 1 mol X nhận 10 mol e

Vậy X là khí N₂.

Đáp án A

Ví dụ 3:  Hòa tan 8,4 gam Fe trong dung dịch HNO₃ dư, tính thể tích khí NO bay ra, biết NO là sản phẩm khử duy nhất của HNO₃

A. 2,24 lít       B. 3,36 lít

C. 4,48 lít       D. 5,6 lít

* Hướng dẫn giải cụ thể

n Fe = 8,4 : 56 = 0,15 (mol)

Ta có quá trình trao đổi electron như sau:

Áp dụng đinh luật bảo toàn electron n e nhận = n e nhường = 0,45 mol

=> n NO = 1/3 n e nhận = 0,45 : 3 = 0,15 mol

V NO  = 0,15 * 22, 4 = 3,36 lít

Đáp án B

Dạng 3: Một số bài toán có chứa phản ứng OXH KHỬ khác:

Ví dụ 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X trong dung dịch HNO₃ (dư), thoát ra 0,56 lít (đktc) NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là :

A. 2,52.                              B. 2,22.

C. 2,62.                              D. 2,32.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n NO = 0,56 : 22,4 = 0,025 mol

Xét 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Đặt số mol Fe, O lần lượt là a, b

=> 56a + 16b = 3 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

=> 3 * nFe = 2 * n O + 3 * n NO

=> 3a = 2*b + 3 * 0,025

=> 3a – 2b = 0,075 (II)

Từ (I) và (II) => a = 0,045; b = 0,03

=> m = n Fe * 56 = 0,045 * 56 = 2,52 (gam)

Đáp án A

Ví dụ 2: Nung hỗn hợp X gồm 13,44 gam Fe và 7,02 gam Al trong không khí một thời gian, thu được 28,46 gam chất rắn Y. Cho Y tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng dư, thu được V lít khí SO₂ (đktc). Giá trị của V là :

A. 11,2.                B. 22,4. 

C. 5,6.                  D. 13,44.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n Fe = 13,44 : 56 = 0,24 (mol)

n Al = 7,02 : 27 = 0,26 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

=> m KL + m O = m Y

=> m O = 28,46 – 13,44 – 7,02 = 8 (gam)

=> n O = 8 : 16 = 0,5 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

3 * n Fe + 3 * n Al = 2 * n O + 2 * n SO₂

=> n SO₂ = 0,25 (mol)

=> V SO₂ = 0,25 * 22,4 = 5,6 lít

Đáp án C

Loigiaihay.com