GIẢI NHANH BÀI TẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON
Trước hết cần nhấn mạnh đây không phải là phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa - khử, mặc dù phương pháp thăng bằng electron dùng để cân bằng phản ứng oxi hóa - khử cũng dựa trên sự bảo toàn electron.
Nguyên tắc của phương pháp như sau: khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số electron của các chất khử cho phải bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận. Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa hoặc chất khử, thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng. Phương pháp này đặc biệt lý thú đối với các bài toán cần phải biện luận nhiều trường hợp có thể xảy ra.
Sau đây là một số ví dụ điển hình.
Ví dụ 1: Oxi hóa hoàn toàn 0,728 gam bột Fe ta thu được 1,016 gam hỗn hợp hai oxit sắt (hỗn hợp A).
1. Hòa tan hỗn hợp A bằng dung dịch axit nitric loãng dư. Tính thể tích khí NO duy nhất bay ra (ở đktc).
A. 2,24 ml. B. 22,4 ml. C. 33,6 ml. D. 44,8 ml.
2. Cũng hỗn hợp A trên trộn với 5,4 gam bột Al rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm (hiệu suất 100%). Hòa tan hỗn hợp thu được sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư. Tính thể tích bay ra (ở đktc).
A. 6,608 lít. B. 0,6608 lít. C. 3,304 lít. D. 33,04. lít
Hướng dẫn giải
1. Các phản ứng có thể có:
2Fe + O2 → 2FeO (1)
2Fe + 1,5O2 → Fe2O3 (2)
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (3)
Các phản ứng hòa tan có thể có:
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 hóa thành Fe+3, còn N+5 bị khử thành N+2, O20 bị khử thành 2O-2 nên phương trình bảo toàn electron là:
\(3n + 0,009 \times 4 = \frac{{0,728}}{{56}} \times 3 = 0,039\) mol.
trong đó, n là số mol NO thoát ra. Ta dễ dàng rút ra
n = 0,001 mol;
VNO = 0,001´22,4 = 0,0224 lít = 22,4 ml. (Đáp án B)
2. Các phản ứng có thể có:
2Al + 3FeO → 3Fe + Al2O3 (7)
2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3 (8)
8Al + 3Fe3O4 → 9Fe + 4Al2O3 (9)
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (10)
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 (11)
Xét các phản ứng (1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11) ta thấy Fe0 cuối cùng thành Fe+2, Al0 thành Al+3, O20 thành 2O-2 và 2H+ thành H2 nên ta có phương trình bảo toàn electron như sau:
\(0,013 \times 2 + \frac{{5,4 \times 3}}{{27}} = 0,009 \times 4 + n \times 2\)
Fe0 → Fe+2 Al0 → Al+3 O20 → 2O-2 2H+ → H2
→ n = 0,295 mol
→ VH2 = 0,295.22,4 = 6,608 lít (Đáp án A)
Nhận xét: Trong bài toán trên các bạn không cần phải băn khoăn là tạo thành hai oxit sắt (hỗn hợp A) gồm những oxit nào và cũng không cần phải cân bằng 11 phương trình như trên mà chỉ cần quan tâm tới trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa và chất khử rồi áp dụng luật bảo toàn electron để tính lược bớt được các giai đoạn trung gian ta sẽ tính nhẩm nhanh được bài toán.
Ví dụ 2: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc. Giá trị của V là
A. 0,224 lít. B. 0,672 lít. C. 2,24 lít. D. 6,72 lít.
Hướng dẫn giải
Thực chất trong bài toán này chỉ có quá trình cho và nhận electron của nguyên tử Al và N.
Al → Al+3 + 3e
0,03 → 0,09 mol
và N+5 + 3e → N+2
0,09 mol → 0,03 mol
→ VNO = 0,03. 22,4 = 0,672 lít. (Đáp án D)
Nhận xét: Phản ứng nhiệt nhôm chưa biết là hoàn toàn hay không hoàn toàn do đó hỗn hợp A không xác định được chính xác gồm những chất nào nên việc viết phương trình hóa học và cân bằng phương trình phức tạp. Khi hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A trong axit HNO3 thì Al0 tạo thành Al+3, nguyên tử Fe và Cu được bảo toàn hóa trị.
Có bạn sẽ thắc mắc lượng khí NO còn được tạo bởi kim loại Fe và Cu trong hỗn hợp A. Thực chất lượng Al phản ứng đã bù lại lượng Fe và Cu tạo thành.
Ví 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 thúc thu được chất rắn A gồm 3 kim loại. Hòa tan hoàn toàn chất rắn A vào dung dịch HCl dư thấy có 1,12 lít khí thoát ra (đktc) và còn lại 28 gam chất rắn không tan B. Nồng độ CM của Cu(NO3)2 và của AgNO3 lần lượt là
A. 2M và 1M. B. 1M và 2M. C. 0,2M và 0,1M. D. kết quả khác.
Hướng dẫn giải
Ta có: nAl = nFe = 0,1 mol
Đặt và nAgNO3 = x mol và nCu(NO3)2 = y mol
→ X + Y → Chất rắn A gồm 3 kim loại.
→ Al hết, Fe chưa phản ứng hoặc còn dư. Hỗn hợp hai muối hết.
Quá trình oxi hóa:
Al → Al3+ + 3e Fe → Fe2+ + 2e
0,1 0,3 0,1 0,2
→ Tổng số mol e nhường bằng 0,5 mol.
Quá trình 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 có phương trình:
x + 2y + 0,1 = 0,5 hay x + 2y = 0,4 (1)
Mặt khác, chất rắn B không 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 = 2M; CM Cu(NO3)2 = 1M. (Đáp án B)
Ví dụ 4: Hòa 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 khí SO2, NO, NO2, N2O. Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là
A. 63% và 37%. B. 36% và 64%.
C. 50% và 50%. D. 46% và 54%.
...
Trên đây là phần trích dẫn Giải nhanh bài tập bằng phương pháp bảo toàn electron;, để xem toàn bộ nội dung chi tiết, mời các bạn cùng quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải về máy.
Chúc các em đạt điểm số thật cao trong kì thi sắp đến!
