Tài liệu Phương pháp bảo toàn Electron

Chia sẻ: Dinh Tuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo Tài liệu Phương pháp bảo toàn Electron sau đây để bổ sung thêm kiến thức về nguyên tắc của phương pháp bảo toàn Electron. Đây là tài liệu hữu ích dành cho các bạn yêu thích Hóa học và quan tâm tới lĩnh vực này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu Phương pháp bảo toàn Electron

PHƢƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON 1. Nguyên tắc Tổng số mol electron chất khử nhường bằng tổng số mol electron chất oxi hoá nhận n e  x.n X Dạng 1 : Kim loại tác dụng với dung dịch axit : HNO3; H2SO4 đặc - Tính khối lượng muối tạo thành: - Tính số mol HNO3 và H2SO4 phản ứng (kết hợp pp bảo toàn mol nguyên tử). - So sánh số mol e nhận và nhường để biết có muối tạo thành do sự khử hay không. Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 9,62 gam hỗn hợp X gồm Mg, Fe, Al trong lượng dư dung dịch HNO 3 loãng, thu được 0,12 mol NO và 0,04 mol N2O. Tổng khối lượng muối khan tạo thành là A. 41,86 gam. B. 51,78 gam. C. 14,86 gam. D. 64,18 gam. Hướng dẫn ne = 3NO + 8N2O = 0,36 + 0,32 = 0,68.  n NO / muối =  n electron nhường = 0,68 (mol) 3 Vậy  m muối khan = m hhX + m NO / muối = 9,62 + 62  0,68 = 51,78 (g). 3 Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2. Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18. Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là A. 38,34. B. 34,08. C. 106,38. D. 97,98. (Trích đề thi TSĐH năm 2009 - Khối A) Hướng dẫn 12, 42 Ta có n Al = = 0,46 (mol); ne = 0,46.3 = 1,38 27 1,344 n hh Y = = 0,06 (mol) ; M Y = 18  2 = 36 22, 4 n N 2O : 44 8 36  n N 2O : n N 2 = 8 : 8 = 1 : 1 n N2 : 28 8  n N2O = n N 2 = 0,06 : 2 = 0,03 (mol) Từ (1,2): số mol e nhận = 0,24 + 0,3 = 0,54 < số mol e nhường = 1,38 3 Do đó sản phẩm khử còn có N (NH4NO3), khi đó xảy ra thêm (3)
 số mol e nhận ở (3) = 1,38 – 0,27 = 0,84 (mol) Al(NO3 )3 : 0, 46 (mol) Chất rắn khan thu được gồm   NH 4 NO3 : 0,105 (mol) Vậy m = 213  0,46 + 80  0,105 = 106,38 (g). Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm hai kim loại Al và Cu. Hoà tan hoàn toàn 18,2 gam X vào 100 ml dung dịch B chứa đồng thời H2SO4 12M và HNO3 2M, đun nóng. Sau phản ứng thu được dung dịch Y và 8,96 lít hỗn hợp khí (đktc) T gồm NO và SO2. Tỉ khối của T so với H2 là 23,5. Khối lượng của muối trong dung dịch Y là A. 34,2 gam. B. 32,0 gam. C. 66,2 gam gam. D. 33,1 gam. Lời giải Dễ dàng tìm được: nNO = 0,2 mol ; nSO2  0,2(mol) Dung dịch B gồm: H+ = 2,6 mol ; SO 24  = 1,2 mol ; NO 3 = 0,2 mol. Các quá trình nhường và nhận electron: Al  Al3+ + 3e SO 24  + 2e + 4H+  SO2 + 2H2O x 3x 0,2 0,4 0,8 0,2 Cu  Cu2+ + 2e NO 3 + 3e + 4H+  NO + 2H2O y 2y 0,2 0,6 0,8 0,2 Áp dụng sự bảo toàn electron, ta có: 3x + 2y = 1 (1) Phương trình khối lượng : 27x + 64y =18,2 (2) Giải hệ (1) và (2), ta được : nAl = 0,2 mol ; nCu = 0,2 mol. Dung dịch Y gồm: Al3+ = 0,2 mol ; Cu2+ = 0,2 mol; H+ =1 mol ; SO42– = 1 mol ( NO3 bị oxi hoá hết). Y gồm các muối sunfat : Al2(SO4)3 = 0,1.342 = 34,2 (g) CuSO4 = 0,2. 160 = 32 (g) m = 66,2 gam. Ví dụ 4: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1 : 1) bằng axit HNO3, thu được V lít (ở đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Giá trị của V là A. 2,24. B. 4,48. C. 5,60. D. 3,36. (Trích đề thi TSĐH năm 2007 - Khối A) Hướng dẫn Đặt n NO = a (mol) và n NO 2 = b (mol)
30a  46b Ta có MX   19  2  38  a = b ab Gọi số mol của Fe hoặc Cu trong hỗn hợp là x mol 56x + 64x = 12 (g)  x = 0,1 (mol) Các quá trình oxi hoá - khử xảy ra: 0 3 5 2 Fe   Fe + 3e N + 3e   N 0,1  0,3 3a a 0 2 5 4 Cu   Cu + 2e N + e   N 0,1  0,2 a a Do đó 0,3 + 0,2 = 3a + a  a = 0,125 (mol) Vậy V = 22,4  (a + b) = 22,4  2  0,125 = 5,60 (l). Ví dụ 5: Cho 1,35 g hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khí gồm 0,01 mol NO vào 0,04 mol NO2. Khối lượng muối nitrat tạo ra trong dung dịch là A. 5,69g B. 6,59g C. 4,59g D. 4,69g Lời giải Đặt x, y, z lần lượt là số mol Cu, Mg, Al. Cu Cu(NO3)2 NO Mg + HNO3   Mg(NO3)2 + + H2O Al Al(NO3)3 NO2 mmuối = m3KL + m NO3 Ta có: 2x + 2y + 3z = 0,03 + 0,04 = 0,07 (1) Nhưng 0,07 cũng chính là số mol NO3 tạo muối với ion kim loại. Khối lượng muối nitrat là : 1,35 + 62.0,07 = 5,69 (g) Dạng 2: Tìm công thức của sản phẩm khử N+5 và S+6. Ví dụ 1: Hoà tan 9,28 gam hỗn hợp X gồm Mg, Al, Zn với số mol bằng nhau trong một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch Y và 0,07 mol một sản phẩm Z duy nhất chứa lưu huỳnh. Sản phẩm Z là A. S. B. H2S. C. SO2. D. SO3. Hướng dẫn Gọi x là số oxi hoá của S trong sản phẩm Z ;
a là số mol của mỗi kim loại trong hỗn hợp X 9, 28 Ta có 24a + 27a + 65a = 9,28 (g)  a = = 0,08 (mol) 116 Các quá trình oxi hoá - khử xảy ra: Quá trình nhường electron Quá trình nhận electron 0 2 6 x Mg   Mg + 2e S + (6 – x)e   S a 2a (6 – x)0,07  0,07 0 3 Al   Al + 3e a 3a 0 2 Zn   Zn + 2e a 2a ne = 0,08.7 = 0,56. Số e nhận = 0,56/0,07 = 8 : H2S. Ví dụ 2: Thổi luồng không khí đi qua 25,2 gam bột sắt sau một thời gian biến thành hỗn hợp X có khối lượng 30 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4. Cho X phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy giải phóng ra 5,6 lít khí Y duy nhất (đktc). Khí Y là A. NO B. NO2 C. NH3 D. N2 Lời giải 25, 2 - Số mol e nhường : n e  3.n Fe  3.  1,35 mol 56 30  25, 2 - Số mol e mà O2 nhận : n e  4.n O2  4.  0, 6 mol 32 Số mol e mà N+5 nhận để tạo Y : ne = 1,35 - 0,6 = 0,75 Số e mà N+5 nhận tạo Y là 0,75/0,25 = 3 : NO Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 13,92 gam Fe3O4 bằng dung dịch HNO3 thu được 448 ml khí X (đktc). Khí X là A. NO B. N2O C. NO2 D. N2 HD. ne = 0,06 mol. Số e nhận = 0,06/0,02 = 3 : NO Ví dụ 4: Cho 4,05 gam Al tan hoàn toàn vào dung dịch chứa 0,54 mol HNO3 thu được dung dịch chứa một muối duy nhất và một chất khí X. Chất khí X đó là A. NO B. N2 C. N2O D. NO2 ne = 3.nAl = 0,45 mol. Bảo toàn nguyên tố : nN(trong X) = 0,54 - 0,45 = 0,09 mol
Số e mà N+5 nhận = 0,45/0,09 = 5. Một nguyên tử N nhận 5e: N2 Dạng 3 : Tìm công thức của oxit sắt - Khi tác dụng với chất oxi hóa, các oxit của sắt (FeO và Fe3O4) đều chỉ nhường 1e. - Khi tác dụng với các chất khử, 1 mol Fe2O3 nhận 6 mol e; 1 mol Fe3O4 nhận 8 mol e và 1 mol FeO nhận 2 mol e. Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 46,4 gam một sắt oxit bằng dung dịch H 2SO4 đặc nóng (vừa đủ), thu được 2,24 lít khí SO2 (đktc). Công thức của sắt oxit là A. FeO. B. Fe3O4. C. Fe2O3. D. FeO hoặc Fe3O4. Hướng dẫn 2, 24 Ta có nSO = = 0,1 (mol) 2 22, 4 ne = 2.0,1 = 0,2 mol. Moxit 46,4/0,2 = 232 : Fe3O4 Ví dụ 2 : Hoà tan hoàn toàn 20,88 gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch X và 3,248 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan. Giá trị của m và công thức của oxit sắt là A. 58,0 và FeO. B. 36,0 và Fe3O4. C. 36,0 và FeO. D. 58,0 và Fe3O4. HD. ne = 2.0,145 = 0,29. Moxit = 20,88/0,29 = 72 : FeO số mol Fe2(SO4)3 = 0,145. m = 0,145.400 = 58. Dạng 4 : Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch muối Ví dụ 1 : Cho 13g bột Zn phản ứng hoàn toàn với 400 ml dung dịch chứa AgNO 3 0,5M và CuSO4 0,5M. Kết thúc phản ứng khối lượng kim loại thu được là A. 25g B. 26g C. 27g D. 28g Hướng dẫn 13 nZn   0,2(mol) ; nAg  0,4.0,5  0,2(mol) ; nCu2  0,4.0,5  0,2(mol) 65 Thứ tự ưu tiên phản ứng xảy ra :
Zn  2Ag   Zn2  2Ag (1) 0,1 0,2 0,2 Zn  Cu2  Zn2  Cu  (2) 0,1 0,1 Kết thúc phản ứng Zn hết. Kim loại được giải phóng là Ag, Cu. mKL = 0,2.108 + 0,1.64 = 28 (g) Ví dụ 2: Cho 0,03 mol Al và 0,05 mol Fe tác dụng với 200 ml dung dịch X chứa Cu(NO 3)2 và AgNO3, sau phản ứng thu được dung dịch Y và 8,12 gam chất rắn Z gồm ba kim loại. Cho Z tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 672 ml khí H2 (ở đktc). Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nồng độ mol của Cu(NO3)2 và AgNO3 trong dung dịch X lần lượt là A. 0,25M và 0,15M B. 0,125M và 0,075M C. 0,5M và 0,3M D. 0,15M và 0,25M Hướng dẫn Gọi a, b là số mol của AgNO3 và Cu(NO3)2 có trong dung dịch A 0,672 Theo (5): n Fe dư  n H   0,03 (mol) 2 22, 4  n Fe pư = 0,05 – 0,03 = 0,02 (mol) Khối lượng chất rắn B: 108a + 64b + 56.0,03 = 8,12 (g) Hay 108a + 64b = 6,44 (I) Các quá trình oxi hoá - khử xảy ra:  Al3 + Al  3e Ag   1e   Ag  0,03  0,09 a a  Fe2 + Fe  2e Cu 2  2e  Cu   0,02  0,04 b 2b Do đó 0,09 + 0,04 = a + 2b hay a + 2b = 0,13 (II) Giải hệ hai pt (I, II) ta được: a = 0,03, b = 0,05 0,05 0,03 Vậy [Cu(NO3)2] =  0, 25 M ; [AgNO3] =  0,15 M. 0, 2 0, 2 Dạng 5 : Một số bài toán về sắt và oxit sắt Ví dụ 1: Đốt m gam Fe trong oxi thu được 48,8 gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe 3O4, Fe2O3 và Fe. Hoà tan hoàn toàn A trong H2SO4 đặc, nóng thu được 10,08 lít SO2 duy nhất (đktc). Giá trị của m là A. 39,2. B. 32,9. C. 39,8. D. 35,5. Hướng dẫn
10,08 Ta có nSO2 = = 0,45 (mol) 22, 4 48,8  m mO2  48,8  m (g)  n O2  (mol) 32 Sơ đồ phản ứng: FeO Fe O 3 0  O2  3 4  H 2SO4 đ, t 0 Fe  A    Fe2 (SO4 )3  SO 2   H 2O Fe2O3 dư  Fe Các quá trình oxi hoá - khử xảy ra: 0 3 0 2 Fe   Fe + 3e O2 + 4e   2O m 3m 48,8  m 48,8  m   56 56 32 8 6 4 S + 2e   S 0,9  0,45 3m 48,8  m Do đó   0,9 56 8 Giải ra ta được m = 39,2 (g). Ví dụ 2: Thổi luồng không khí đi qua m(g) bột sắt sau một thời gian biến thành hỗn hợp A có khối lượng 30g gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4. Cho A phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy giải phóng ra 5,6 lít khí NO duy nhất (đktc). Khối lượng của m là A. 27,5g B. 22,5g C. 26,2g D. 25,2g Lời giải Sơ đồ : Fe, FeO  Fe + O2   Fe2O3  HNO3   Fe(NO3 )3  NO  H2O Fe O  3 4 m – Chất cho electron : Fe, số mol là . 56 Fe   Fe3+ + 3e m m m 3   ne cho  3. 56 56 56 30  m – Chất nhận electron : O2, số mol là và HNO3. 32 O + 2e   O2–
30  m 30  m 2 16 16 N+5 + 3e   N+2 (NO) 0,25 0,25 0,25 30  m   ne nhËn  2.  0,75 16 Áp dụng sự bảo toàn electron : 30  m m 2.  0,75  3.  m  25,2 (g) 16 56 Ví dụ 3: Nung nóng 5,6 gam bột sắt trong bình đựng O2 thu được 7,36 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe 2O3 và Fe3O4. Cho X tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm NO và N2O4, tỉ khối hơi của Y so với H2 là 25,33. V có giá trị là A. 22,4 lít B. 0,672 lít C. 0,372 lít D. 1,12 lít Lời giải Gọi nNO  x (mol); nN2O4  y (mol) 30x  92y dY /H2   25,33 (1) (x  y).2 Fe   NO Fe + O2   Fe2O3  HNO3   Fe(NO3 )3    H2O Fe O  N 2O4  3 4 Chất cho electron : Fe (0,1 mol)  Fe3  3e Fe    ne cho  0,3 mol e 0,1 0,3 7,36  5,6 Chất nhận electron : O  0,11 (mol) ; HNO3. 16 O  2e  O2 0,11 0,22 N 5  3e  N 2 (NO) 3x x x   ne nhËn  3x  2y  0,22 (mol e) N 5  e  N 4 (N 2O4 ) 2y 2y y  0,3  3x  2y  0,22 (2) Từ (1), (2)  x = 0,02 mol ; y = 0,01 mol. Vậy V = 0,672 lít.
Ví dụ 4: Cho 6,64 gam hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 vào dung dịch HNO3 loãng, dư thu được V lít hỗn hợp khí B (ở 27 oC, 1 atm) gồm NO, NO 2 (với nNO : nNO2  2 ). Mặt khác khi cho luồng khí H2 dư đi qua hỗn hợp A nung nóng, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 5,04 gam Fe. Thể tích hỗn hợp khí B là A. 0,464 lít B. 0,672 lít C. 0,242 lít D. 0,738 lít Lời giải Fe FeO + H2   Fe + H2O Fe2O3 Fe3O4 mO(A)  6,64  5,04  1,6(gam)  nO  0,1(mol) Fe FeO NO Fe + O2   Fe2O3 + HNO3   Fe(NO3)3 + + H2 O Fe3O4 NO2 Chất cho electron là Fe: Fe  Fe3+ + 3e 0,09 0,27 Chất nhận electron là : O + 2e  O2– 0,1 0,2 N+5 + 3e  N+2  (NO) 6x 2x N+5 + e  N+4  (NO2) x x 0,2 + 6x + x = 0,27  x  0,01  tổng số mol 2 khí = 3x = 0,03 mol. 0,03.0,082.300 Giải hệ tìm được V   0,738 lít. 1 Ví dụ 5: Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam oxit Fe 2 O3 ở nhiệt độ cao một thời gian, người ta thu được 6,72 gam hỗn hợp A gồm 4 chất rắn khác nhau. Đem hoà tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO 3 dư thấy tạo thành 0,448 lít khí B ở đktc (duy nhất) có tỉ khối so với hiđro là 15 thì m có giá trị là A. 7,5 g B. 7,2 g C. 8,0 g D. 8,4 g
Lời giải  CO  HNO3 Sơ đồ : Fe2O3   A   Fe(NO3)3 + NO + H2O Xét cả quá trình này thì : Fe+3  Fe+3 (coi như không cho, không nhận). m  6,72 Chất cho electron : CO (mol) 16 C+2   C+4 + 2e m  6,72 m  6,72 2 =  ne cho 16 16 Chất nhận electron : HNO3, khí B là NO. N+5 + 3e   N+2 (NO ) 0,06 0,02 0,02  ne nhËn  0,06 m  6,72   0,06  m  7,2 g 8 Ví dụ 6: Trộn 60g bột Fe với 30g bột lưu huỳnh rồi đun nóng (trong điều kiện không có không khí) thu được chất rắn X. Hoà tan X bằng dung dịch axit H 2SO4 loãng, dư được dung dịch B và khí C. Đốt cháy C cần V lít O2 (đktc). Các phản ứng xảy ra hoàn toàn thì V có giá trị là A. 39,2 lít B. 32,928 lít C. 32,29 lít D. 38,292 lít Lời giải Sơ đồ : Fe t o Fe H2SO4 H 2 + O2 H2O      FeSO4 +    S FeS H2S SO2 Xét cả quá trình phản ứng thì Fe và S cho electron, còn O 2 nhận electron. 60 30 Chất cho electron Fe : (mol) ; S : (mol) 56 32 Fe   Fe2+ + 2e 60 60 2 56 56 S   S+4 (SO2) + 4e 30 30 4 32 32 Chất nhận electron : gọi số mol O2 là x mol.
O2  2O–2 + 4e  x 4x 60 30 Áp dụng sự bảo toàn electron : 4 x  .2  .4 56 32 Giải ra x = 1,47 mol ; VO2  22,4.1,47  32,928 (lít) Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn