Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giải nhanh các bài toán với chất khử là kim loại và axit có tính oxi hóa

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 (a € R ) quá trình oxi hóa       

M  → M⁺ⁿ  +n.e  ta có n_M = \(\frac{a}{n}\). Giả sử N⁺⁵ bị khử xuống N^+x ( x Z) quá trình khử

N⁺⁵ + (5-x)e  → N^+x ta có n­­_N^+x = \(\frac{a}{{5 - x}}\) (1)

Vì số mol NO₃^- cần để tạo muối gấp n lần số mol của kim loại M nên n_NO3^-  = n\(\frac{a}{n}\). (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:

\(\frac{{{n_{NO{}_3^ - }}}}{{{n_{{N^{ + x}}}}}}\) = \(\frac{a}{{5 - x}}\) = 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( x € Z) quá trình khử S⁺⁶ + (6-x)e  → S^+x

Ta có n­_S^+x  = \(\frac{a}{{6 - x}}\) (1’)

Số mol SO₄^2- tạo muối = \(\frac{n}{2}\).\(\frac{a}{n}\) = \(\frac{a}{2}\)(2’)

Từ (1’) và (2’) ta có mối quan hệ giữa số mol SO₄^2- tạo muối và số mol S^+x là:

\(\frac{{{n_{SO{}_4^{2 - }}}}}{{{n_{S{}^{ + x}}}}}\) = \(\frac{{\frac{a}{2}}}{{\frac{a}{{6 - x}}}}\) = \(\frac{{6 - x}}{2}\) (**)

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)

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?

Hướng dẫn giải

Phương pháp thông thường:

Phương trình phản ứng: Fe + 4HNO₃  → Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O

từ phương trình ta có: n_HNO  =4n_NO = 4.\(\frac{{2,24}}{{22,4}}\)  = 0,4 mol

→ x = \(\frac{{0,4}}{{0,1}}\) = 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 

n_{NO tạomuối} = 3n_NO  mà n_HNO3 = n_NO3- + n_NO = 3n_NO + n­_NO2 =4.n_NO

→ x = \(\frac{{0,4}}{{0,1}}\)  = 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?

Hướng dẫn 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

n_NO3-  = 3n_NO mà n_HNO3 = n_NO3- + n_NO = 3n_NO + n­_NO =4.n_NO

→ x = 0,4 : 0,1 = 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 NO_2­ và SO_2­ (đktc) nặng 5,88g. Cô cạn dung dịch sau cùng thì thu được m(g) muối khan. Tính m?

Hướng dẫn giải

n_B= \(\frac{{2,688}}{{22,4}}\)= 0,12 mol

Giọi số mol của NO­₂ là x số mol của SO­₂ là y ta có \(\left\{ \begin{array}{l}
x + y = 0,12\\
46x + 64y = 5,88
\end{array} \right.\) giải ra ta có \(\left\{ \begin{array}{l}
x = 0,1\\
y = 0,02
\end{array} \right.\)

Phương trình nhận electron:

S⁺⁶  +2e → S⁺⁴                        

N⁺⁵ +1e → N⁺⁴

Ta có n_{SO  tạomuối}= 2/2.n_SO =0,2 mol => khối lượng anion sunfat tạo muối là: 96.0,02 = 1,92g

n_{NO tạomuối}= 1/1.n_NO = 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?

Hướng dẫn giải

Khí không duy trì sự cháy là N₂

Phương trình nhận electron: N⁺⁵ +5e → N⁰

 n_N =2n_N2 = 2.\(\frac{{1,12}}{{22.4}}\) = 0,1mol.

n_{NO3- tạomuối} = 5/1.n_N = 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?

Hướng dẫn giải

Phương trình nhận electron: N⁺⁵ + 3e → N⁺²

                                                       N⁺⁵ +1e → N⁺⁴

n_{NO tạo muối}= 1/1n_N⁺⁴  + 3/1n_N⁺²  = n_NO2 +3n_NO =0,03 + 3.0,02 = 0.09 mol

n_{HNO3 đã phản ứng} = n_{NO3- tạo muối} + n_NO2 + n_NO = 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?

Hướng dẫn giải

Phương trình nhận electron:

N⁺⁵ + 4e → N⁺

N⁺⁵ +1e → N⁺⁴

n_{NO3- tạo muối} = 1/1n_N⁺⁴ + 4/1.n_N⁺¹ = n_NO2 + 4.(2n_N2O )= 0,02 + 4.(0,005.2) = 0.02 + 0,04 = 0,06 mol

m_{NO3- tạo muối} = 0,06.62 = 3,72g

m =m_KL+ m_{NO3- tạo muối} = 5,04 + 3,72 = 8,76g

n_{HNO3 tham gia phản ứng} = n_{NO3- tạomuối} + n_N+4 + n_N+1 = 0,06 + 0,02 + 0,005.2 = 0,09 mol

→ x= C_{M HNO3} = \(\frac{{0.09}}{{0,1}}\) =0,9M

Câu 1: Cho 16,2 gam một kim loại R có hoá trị không đổi vào dd CuSO₄ dư , để cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Cho tiếp dung dịch HNO₃ dư vào hỗn hợp sau phản ứng trên thấy thoát ra 13,44 lít khí NO (đktc) . Kim loại R là :

A. Mg                                  B. Fe                                        C. Al                                    D. Zn       

Câu 2 : Cho 12,9 g hh Mg và Al vào dd HCl dư thu được 14,56 lít khí ở đktc . Khối lượng của Al và Mg lần lượt là :

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

Câu 3 : Hoà tan 27,2 gam hỗn hợp kim loại M và M₂O₃ trong dd H₂SO₄ dư thu được dd A và V lít khí SO₂ (đktc) . Cho dd A vào dd NaOH dư thu được kết tủa B. Nung B đến khối lượng không đổi thu được 32 g chất rắn E .V bằng :

A. 4,48                                B. 6,72                                     C. 8,96                                  D. 5,6

Câu 4 : Cho m gam hỗn hợp Al , Mg phản ứng vừa đủ với 100 ml dd chứa hỗn hợp AgNO₃ và Cu(NO₃)₂  có nồng độ tương ứng là C₁ và C₂ mol/l thì thu được 64,4 g chất rắn . Nếu cho m gam hỗn hợp ban đầu phản ứng với HCl dư thì thu được 14,56 l khí H₂ (đktc) . C₁ và C₂ lần lượt nhận các giá trị là :

A. 2 ;3                                      B. 2,5 ; 3                                 C. 3 ; 4                                  D. 3 ; 5

Câu 5: Cho m gam hỗn hợp Mg , Al vào dd HNO₃ loãng dư thu được dd A và không có khí thoát ra . Cho dd NaOH dư vào dd A đun nóng thu được 0,896 lít khí thoát ra (đktc) và 5,8 g kết tủa . m có giá trị là :

A. 2,67 g                                  B. 2,94 g                                  C. 3,21 g                               D. 3,48g

Câu 6: Hoà tàn hoàn toàn mg Fe_xO_y bằng dd H₂SO₄ đặc nóng thu được khí A và dd B .Cho A hấp thụ hoàn toàn vào dd NaOH dư thu được 12,6 g muối. Cô cạn dd thu được 120 g muối khan . Cthức của oxit sắt là :

A. FeO                                     B. Fe₃O₄                                  C. Fe₂O₃                              D. A,B đúng

Câu 7:  Để m gam phoi bào sắt (A) ngoài không khí, sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) có khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit FeO , Fe₃O₄ , Fe₂O₃ . cho B tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ thấy giải phóng ra 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc) . Khối lượng tính theo gam của m là:

A. 11,8                                     B. 10,08                                 C. 9,8                                     D. 8,8

Câu 8:  Hoà tan hoàn toàn m gam Fe₃O₄ vào dung dịch HNO₃ loãng dư, tất cả lượng khí NO thu được đem oxi hoá thành NO₂ rồi sục vào nước cùng dòng khí O₂ để chuyển hết thành HNO₃ . Cho biết thể tích khí oxi (đktc) đã tham gia quá trình trên là 3,36 lít. Khối lượng m của Fe₃O₄ là giá trị nào sau đây ?

A. 139,2 gam.                          B. 13,92 gam.                        C. 1,392 gam.                         D. 1392gam

Câu 9: Hòa tan hoàn toàn 28,8 gam kim loại Cu vào dung dịch HNO₃ loãng , tất cả khí NO thu được đem oxi hóa thành NO₂ rồi sục vào nước có dòng oxi để chuyển hết thành HNO₃ . Thể tích khí oxi ở đktc đã tham gia vào quá trình trên là :

A. 100,8 lít                       

B. 10,08lít                          

C . 50,4 lít                            

D. 5,04 lít

Câu 10: Cho hỗn hợp gồm FeO , CuO , Fe₃O₄ có số mol ba chất đều bằng nhau tác dụng hết với dung dịch HNO₃ thu được hỗn hợp khí gồm 0,09 mol NO₂ và 0,05 mol NO. Số mol của mỗi chất là:

A. 0,12 mol.                     

B. 0,24 mol.                        

C. 0,21 mol.                          

D. 0,36 mol.

 

Trên đây là một phần trích dẫn nội dung Sử dụng phương pháp bảo toàn electron giải nhanh các bài toán với chất khử là kim loại và axit có tính oxi hóa. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.

Chúc các em học tốt!