Kỹ thuật giải toán bằng phương pháp bảo toàn electron môn Hóa học 12 năm 2021

I- PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1. Nội dung phương pháp

- Khi có nhiều chất oxi hóa, nhiều chất khử tham gia phản ứng (có thể cùng 1 giai đoạn hoặc qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận:

\(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} = \sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \)

- Điều quan trọng nhất là xác định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối cùng của các chất oxi hóa và chất khử (trước và sau quá trình phản ứng), không cần tới các phương trình phản ứng trung gian.

- Viết các quá trình oxi hóa ( cho electron) và quá trình khử (nhận electron) tùy vào yêu cầu của bài toán và sử dụng các bán phản ứng electron hoặc phương pháp ion electron.

Tìm được \(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} \) và \(\sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \) sau đó áp dụng định luật bảo toàn electron.

2. Phạm vi áp dụng và một số chú ý

a. Phạm vi áp dụng: Phương pháp bảo toàn electron cho phép giải rất nhanh nhiều bài toán trong đó có nhiều chất oxi hóa và chất khử tham gia vì theo phương pháp này chúng ta không cần viết các phương trình phản ứng và dĩ nhiên chúng ta không cần cân bằng phương trình phản ứng

b. Một số chú ý khi giải toán

- Cần xác định đúng trạng thái oxi hóa của các chất (nguyên tố), đặc biệt đối với Fe:

+ Nếu dùng Fe dư → muối Fe²⁺

+ Thể tích dung dịch HNO₃ ( hoặc H₂SO₄ đặc nóng) cần dùng là nhỏ nhất → muối Fe²⁺

- Để xác định đúng số mol axit HNO₃ (hoặc H₂SO₄) phản ứng chúng ta nên sùng phương pháp bảo toàn nguyên tố đối với N hoặc S

3. Các bước giải

- Xác định chất khử ( cho electron) và chất oxi hóa (nhận electron) ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối( bỏ qua các giai đoạn trung gian)

- Viết các quá trình khử và quá trình oxi hóa( có thể theo phương pháp thăng bằng electron hoặc ion electron)

- Tìm \(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} \) và \(\sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \)

- Áp dụng ĐLBT electron

II- BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1: Hòa tan 5,4g Al bằng một lượng dung dịch H₂SO₄ loãng (dư). Sau phản ứng thu được V lit khí H₂(đktc). Tính giá trị của V:

A. 4,48 lit B. 3,36 lit C. 2,24 lit D. 6,72 lit

Hướng dẫn giải

+ Các em có thể viết phương trình sau đó tính toán

+ Dùng phương pháp bảo toàn electron

Al → Al³⁺ + 3e

\(\frac{{5,4}}{{27}} = 0,2(mol)\) → 0,6 (mol)

2H⁺ + 2e → H₂

2x → x (mol)

Bảo toàn electron: \(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} = \sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \)

→ 2x = 0,6 → x = 0,3 → V(H₂) = 0,3.22,4 = 6,72 (lit)

→ Chọn D

Bài 2: Cho 5,6 g Fe tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng, dư thu được bao nhiêu lit khí SO₂(đktc):

A. 2,24lit B. 3,36lit C. 4,48lit D. 5,6lit

Hướng dẫn giải

\({{\text{n}}_{{\text{Fe}}}}{\text{ = }}\frac{{{\text{5,6}}}}{{{\text{56}}}} = 0,1(mol)\)

Fe Fe³⁺ + 3e S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

0,1 mol → 0,3(mol) 2x ¬ x

\(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} = \sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \) → 2x = 0,3 → x = 0,15 → V(SO₂) = 0,15.22,4 = 3,36 (lit)

→ Chọn B

Bài 3: Cho 8,3 gam hỗn hợp hai kim loại Al và Fe tác dụng với dung dịch H₂SO₄ đặc dư thu được 6,72 lit khí SO₂ (đktc). Khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu:

A. 2,7g; 5,6g B. 5,4g; 4,8g C. 9,8g; 3,6g D. 1,35g; 2,4g

Hướng dẫn giải

\({{\text{n}}_{{\text{S}}{{\text{O}}_{\text{2}}}}}{\text{ = }}\frac{{{\text{6,72}}}}{{{\text{22,4}}}} = 0,3(mol)\)

Al → Al³⁺ + 3e Mg → Mg²⁺ + 2e

x → 3x y → 2y

→ \(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} = 3x + 2y\)

\(\begin{gathered}
\mathop {\text{S}}\limits^{{\text{ + 6}}} {\text{ + 2e }} \to {\text{ }}\mathop {\text{S}}\limits^{{\text{ + 4}}} ({\text{S}}{{\text{O}}_{\text{2}}}{\text{)}} \hfill \\
{\text{ 0,6 }} \leftarrow {\text{ 0,3 (mol)}} \hfill \\
\end{gathered} \)

\(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} = \sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \) → 3x + 2y = 0,6 (1)

Theo đề bài: 27x + 56y = 8,3 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) → x = y = 0,1 (mol)

m_Al= 0,1.27 = 2,7 (g)

m_Fe = 0,1.56 = 5,6 (g)

→ Đáp án A

Bài 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%.

Hướng dẫn giải

Đặt n_Mg = x mol ; n_Al = y mol. Ta có:

24x + 27y = 15. (1)

Quá trình oxi hóa:

Mg → Mg²⁺ + 2e Al → Al³⁺ + 3e

x 2x y 3y

Þ Tổng số mol e nhường bằng (2x + 3y).

Quá trình 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.

→ \(\% Al = \frac{{27 \times 0,2}}{{15}} \times 100\% = 36\% .\)

%Mg = 100% - 36% = 64%.

→ Đáp án B

Bài 5: Cho 1,92g Cu hòa tan vừa đủ trong HNO₃ thu được V lit NO( đktc). Thể tích V và khối lượng HNO₃ đã phản ứng:

A. 0,048lit; 5,84g B. 0,224lit; 5,84g C. 0,112lit; 10,42g D. 1,12lit; 2,92g

Hướng dẫn giải

Theo phương pháp bảo toàn electron:

Cu → Cu²⁺ + 2e

0,03 mol 0,03 0,06 mol

\(\begin{gathered}
\mathop {\text{N}}\limits^{{\text{ + 5}}} {\text{ + 3e }} \to {\text{ }}\mathop {\text{N}}\limits^{{\text{ + 2}}} ({\text{NO)}} \hfill \\
{\text{0,02 }} \leftarrow {\text{ 0,06 }} \to {\text{ 0,02 (mol)}} \hfill \\
\end{gathered} \)

V(NO) = 0,02.22,4 = 0,448 (lit)

Các em chú ý là axit HNO₃ tham gia phản ứng cần dùng để tạo muối Cu(NO₃)₂ và tạo sản phẩm khử NO nên:

nHNO₃ = n(NO₃^- tạo muối) + n(NO) = 0,03.2 + 0,02 = 0,08 (mol)

→ m(HNO₃) = 0,08.63 = 5,84 (g)

→ Chọn A

Bài 6: Khi cho 9,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đậm đặc thấy có 49 gam H₂SO₄ tham gia phản ứng tạo muối MgSO₄, H₂O và sản phẩm khử X. X là:

A. SO₂ B. S C. H₂S D. SO₂,H₂S

Hướng dẫn giải

Dung dịch H₂SO₄ đậm đặc vừa là chất oxi hóa vừa là môi trường. Gọi a là số oxi hóa của S trong X:

Mg → Mg²⁺ + 2e

0,4 mol → 0,4 0,8

Tổng số mol H₂SO₄ đã dùng: \({\text{ }}\frac{{{\text{49}}}}{{{\text{98}}}} = 0,5(mol)\)

Số mol H₂SO₄ đã dùng để tạo muối bằng số mol Mg = 0,4 mol

Số mol H₂SO₄ đã dùng để oxi hóa Mg là: 0,5 – 0,4 = 0,1 (mol)

Ta có: 0,1(6 – a) = 0,8 → a = - 2 → H₂S

→ Chọn C

Bài 7: Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu( tỷ lệ mol 1:1) bằng axit HNO₃, thu được V lit( đktc) hỗn hợp khí X( gồm NO và NO₂) và dung dịch Y( chỉ chứa 2 muối và axit dư). Tỷ khối của X đối với H₂ bằng 19. Giá trị của V là:

A. 4,48lit B. 5,6 lit C. 3,36lit D. 2,24lit

Hướng dẫn giải

Dựa vào phương pháp đường chéo:

Gọi số mol mỗi kim loại là y ta có:

56y + 64y = 12 → y = 0,1

Fe → Fe³⁺ + 3e

0,1 0,3

Cu → Cu²⁺ + 2e

0,1 0,2

\(\begin{gathered}
\mathop {\text{N}}\limits^{{\text{ + 5}}} {\text{ + 3e }} \to {\text{ }}\mathop {\text{N}}\limits^{{\text{ + 2}}} ({\text{NO)}} \hfill \\
{\text{ 3x }} \leftarrow {\text{ x}} \hfill \\
\mathop {\text{N}}\limits^{{\text{ + 5}}} {\text{ + 1e }} \to {\text{ }}\mathop {\text{N}}\limits^{{\text{ + 4}}} ({\text{N}}{{\text{O}}_{\text{2}}}{\text{)}} \hfill \\
{\text{ x }} \leftarrow {\text{ x}} \hfill \\
\end{gathered} \)

→ 4x = 0,5 → x = 0,125 (mol) → V(khí) = 0,125.2.22,4 = 5,6 (lit)

→ Chọn B

Bài 8: Có 3,04g hỗn hợp Fe và Cu hòa tan hết trong dung dịch HNO₃ tạo thành 0,08 mol hỗn hợp NO và NO₂ có \(\overline {\text{M}} = 42\). Hãy xác định thành phần % hỗn hợp kim loại ban đầu.

Hướng dẫn giải

Nếu các em viết phương trình phản ứng:

Fe + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O

Fe + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + H₂O

Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

Sau đó đặt ẩn dựa vào phương trình thì có lẽ không biết có giải được không ?

Ta giải theo phương pháp bảo toàn electron:

Phương pháp đường chéo:

Mà n(NO) + n(NO₂) = 0,08

→ n(NO) = 0,02 mol và n(NO₂) = 0,06 mol

a Fe → Fe³⁺ + 3e

b Cu → Cu²⁺ + 2e

0,02 N⁺⁵ + 3e → N⁺²

0,06 N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

Theo \(\sum\nolimits_{{\text{e cho}}} {} = \sum\nolimits_{{\text{e nhan}}} {} \) → 3a + 2b = 0,02.3 + 0,06 = 0,12

Khối lượng kim loại: 56a + 64b = 3,04

→ a = 0,02 → m_Fe = 0,02.56 = 1,12 g → 36,84%

→ b = 0,03 → m_Cu = 0,03.64 = 1,92 g → 63,16%

Bài 9: 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;

V_NO = 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

→ \({V_{{H_2}}} = 0,295 \times 22,4 = 6,608\) 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.

Bài 10: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO₃( dư), thoát ra 0,56 lit (ở 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

Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_O = 3 – m(g) → \({{\text{n}}_{\text{O}}}{\text{ = }}\frac{{{\text{3 - m}}}}{{{\text{16}}}}(mol)\)

\(\begin{gathered} {\text{Fe }} \to {\text{ F}}{{\text{e}}^{{\text{3 + }}}}{\text{ + 3e}} \hfill \\ \frac{{\text{m}}}{{{\text{56}}}}{\text{ }} \to {\text{ }}\frac{{{\text{3m}}}}{{{\text{56}}}} \hfill \\ \end{gathered} \)

ta có: \(\frac{{{\text{3m}}}}{{{\text{56}}}}\) = 0,075 + \(\frac{{{\text{2(3 - m)}}}}{{{\text{16}}}}\) → m = 2,52 → Chọn A

III. LUYỆN TẬP

Bài 1: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ phản ứng hết với dung dịch HNO₃ loãng(dư), thu được 1,344 lit (ở đktc) NO( là sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị m là:

A. 49,09 B. 34,36 C. 35,50 D. 38,72

Bài 2: Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄. Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H₂SO₄ đậm đặc, nóng thu được 6,72 lít khí SO₂ (đktc). Khối lượng a gam là:

A. 56 gam. B. 11,2 gam. C. 22,4 gam. D. 25,3 gam.

Bài 3: Cho tan hoàn toàn 58g hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO₃ 2M thu được 0,15 mol NO, 0,05mol N₂O và dung dịch D. Cô cạn dung dịch D, khối lượng muối khan thu được là:

A. 120,4g B. 89,8g C. 116,9g D. 90,3g

Bài 4: Hòa tan hết 16,3 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe trong dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thu được 0,55 mol SO₂. Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu được là:

A. 51,8g B. 55,2g C. 69,1g D. 82,9g

Bài 5: Cho 18,4 g hỗn hợp kim loại A,B tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc, nóng thấy thoát ra 0,2 mol NO và 0,3 mol SO₂. Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn thu được là:

A. 42,2g B. 63,3g C. 79,6g D. 84,4g

Bài 6: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với dung dịch HNO₃thu được hỗn hợp khí gồm 0,01 mol NO và 0,04 mol NO₂. Tính khối lượng muối tạo ra trong dung dịch.

A. 10,08 gam. B. 6,59 gam. C. 5,69 gam. D. 5,96 gam.

Bài 7: Hòa tan hoàn toàn 19,2g Cu bằng dung dịch HNO₃, toàn bộ lượng khí NO (sản phẩm khử duy nhất) thu được đem oxi hóa thành NO₂ rồi chuyển hết thành HNO₃. Thể tích Oxi (đktc) đã tham gia phản ứng vào quá trình trên là:

A. 2,24lit B. 4,48lit C. 3,36lit D. 6,72lit

Bài 8: Trộn 60 gam bột Fe với 30 gam bột lưu huỳnh rồi đun nóng (không có không khí) thu được chất rắn A. Hoà tan A bằng dung dịch axit HCl dư được dung dịch B và khí C. Đốt cháy C cần V lít O₂ (đktc). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. V có giá trị là

A. 11,2 lít. B. 21 lít. C. 33 lít. D. 49 lít.

Bài 9: Hỗn hợp A gồm 2 kim loại R₁, R₂ có hóa trị x,y không đổi( R₁ và R₂ không tác dụng với nước và đứng trước Cu trong dãy hoạt động hóa học). Cho hỗn hợp A phản ứng hoàn toàn với dung dịch CuSO₄dư, lấy Cu thu được cho phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO₃dư thu được 1,12 lit NO duy nhất( đktc). Nếu cho hỗn hợp A trên phản ứng hoàn toàn với HNO₃ thì thu được N₂ với thể tích là:

A. 0,336lit B. 0,2245lit C. 0,448lit D. 0,112lit

Bài 10: Hỗn hợp X gồm 2 kim loại đứng trước Hiđro trong dãy điện hóa và có hóa trị không đổi trong các hợp chất. Chia X thành 2 phần bằng nhau:

- Phần 1: Hòa tan hoàn toàn trong dung dịch chứa HCl và H₂SO₄ loãng tạo ra 3,36 lit khí H₂

- Phần 2: Tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ thu được V lit khí NO (sản phẩm khử duy nhất)

Biết các khí đều đo ở đktc. Giá trị V là:

A. 2,24lit B. 3,36lit C. 4,48lit D. 6,72lit

---(Nội dung đầy đủ, chi tiết vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---

Trên đây là phần trích dẫn Kỹ thuật giải toán bằng phương pháp bảo toàn electron môn Hóa học 12 năm 2021, 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!

Ngoài ra các em có thể tham khảo thêm một số tư liệu cùng chuyên mục tại đây:

Kỹ thuật giải toán bằng phương pháp bảo toàn electron môn Hóa học 12 năm 2021

I- PHƯƠNG PHÁP GIẢI

II- BÀI TẬP ÁP DỤNG

III. LUYỆN TẬP

Hồng Phong

Bình luận

Bài viết đọc nhiều

Bài viết cũ mà hay

Có Thể Bạn Quan Tâm ?

Kỹ thuật giải toán bằng phương pháp bảo toàn electron môn Hóa học 12 năm 2021

I- PHƯƠNG PHÁP GIẢI

II- BÀI TẬP ÁP DỤNG

III. LUYỆN TẬP

Hồng Phong

Bộ câu hỏi rèn luyện ôn tập hè Chuyên đề Dòng điện xoay chiều môn Vật lý 12 năm 2021

Phương pháp giải dạng Số loại kiểu gen dị hợp của nhiều gen trong quần thể Sinh học 12

Tham khảo thêm

Bình luận

Bài viết đọc nhiều

Bài viết cũ mà hay

Có Thể Bạn Quan Tâm ?