AÙP DUÏNG ÑÒNH LUAÄT BAÛO TOAØN ELECTRON
ÑEÅ GIAÛI MOÄT SOÁ BAØI TOAÙN HOAÙ HOÏC
Chu Anh Tuaán
THPT Soá 1 Nghóa Haønh – Quaûng Ngaõi
V
ieäc aùp duïng nhuaàn nhuyeãn caùc ñònh luaät baûo toaøn keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp giaûi baøi taäp khaùc nhö caùc ñaïi löôïng trung bình, gheùp aån soá... giuùp ta deã daøng ñi ñeán caùc keát quaû moät caùch ngaén goïn nhaát.
Chuùng toâi muoán giôùi thieäu moät soá baøi taäp coù lieân quan ñeán ñònh luaät baûo toaøn electron aùp duïng cho caû ba khoái lôùp 10,11,12. Vì thôøi gian bieân taäp quaù ngaén vaø trong khuoân khoå taøi lieäu nhoû neân khoâng theå traùnh nhöõng thieáu soùt, raát mong thaày coâ giaùo goùp yù boå sung.
Nguyeân taéc chung ñeå giaûi baøi toaùn theo phöông phaùp baûo toaøn electron laø phaûi vieát ñaày ñuû caùc quaù trình oxihoùa vaø ñaày ñuû caùc quaù trình khöû ñeå xaùc ñònh toång soá electron cuûa chaát khöû nhöôøng vaø toång soá electron cuûa chaát oxihoùa nhaän roài döïa vaøo döõ kieän ñeà baøi ñeå thieát laäp phöông trình toaùn hoïc lieân heä.
Do caùc baøi toaùn naøy khoâng cho döõ kieän ñeå thieát laäp phöông trình ñaïi soá theo soá mol vaø theo khoái löôïng caùc chaát coù trong phaûn öùng . Ñeå giaûi baøi toaùn laäp phöông trình ñaïi soá caên cöù vaøo soá mol electron trao ñoåi ( söï baûo toaøn ñieän tích)
Trong moïi phaûn öùng oxihoùa - khöû dieãn ra hai quaù trình
Quaù trình o xi hoùa: Kh1 ( Ox1 + ne . x
Quaù trình khöû: Ox2 + ne ( Kh2 . y
Phaûn öùng lieân quan ñeán hai caëp o xi hoùa - khöû
Ox1 Ox2

Kh1 Kh2
E01 < E02
Phaûn öùng xaûy ra: Kh1 + Ox2 ( Ox1 + Kh2
Ñònh luaät baûo toaøn electron : xn = ym
Baøi taäp minh hoaï:
Baøi 1:
Hoãn hôïp A goàm 2 kim loaïi hoaït ñoäng X,Y coù hoùa trò khoâng ñoåi.
Laáy 3,94gam A nung trong oxi dö ñeå oxihoùa hoaøn toaøn thu ñöôïc 4,74gam hoãn hôïp 2 oxit.
Laáy 3,84gam A hoøa tan hoaøn toaøn trong dung dòch HCl vaø H2SO4 loaõng thu ñöôïc V lít khí H2 ôû 1,5atm vaø 54,6oC. Tính V?
Giaûi:
Goïi m,n laø hoùa trò cuûa X,Y
Phaûn öùng xaûy ra: 2X + m/2 O2 ( X2Om (1)
2Y + n/2O2 ( Y2On (2)
Aùp duïng ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng
mO2 phaûn öùng = 0,8 g
Quaù trình khöû cuûa O2: O2 + 2.2e ( 2O2- (3)
Töø (3) : ne ( O2 nhaän) = 4.nO2 = 0,1 mol
Quaù trình oxihoùa cuûa kim loaïi:
X ( Xm+ + me (4)
Y ( Yn+ + ne (5)
Aùp duïng ñònh luaät baûo toaøn e lec tron
Soá mol e nhaän = soá mol e nhöôøng
X,Y taùc duïng vôùi H2SO4 loaõng
X + m H+ ( Xm+ + H2 (6)
Y + n H+ ( Yn+ + H2 (7)
Quaù trình khöû cuûa iom H+ :
2H+ + 2e ( H2 (8)
Quaù trình oxihoùa cuûa kim loaïi hai phaûn öùng (6) vaø (7) cuõng laø (4) vaø (5) neân
Soá mol e do A nhöôøng cho O2 = soá mol e do A nhöôøng cho H+ = 0,1mol
Töø (8) ta coù n H2 = 0,05 mol
VH2 = 0,896 lít
Baøi 2:
Cho 12,6gam hoãn hôïp Mg vaø Al theo tæ leä mol 3:2 taùc duïng vôùi H2SO4 ñaëc, noùng vöøa ñuû thu ñöôïc 0,15mol saûn phaåm coù löu huyønh. Xaùc ñònh saûn phaåm treân laø SO2, S hay H2S?
Giaûi:
Goïi x,y laàn löôït laø soá mol cuûa Mg vaø Al
24x + 27y = 12,6 x = 0,3
(
x/y = 3/2 y = 0,2
Goïi n laø soá o xi hoùa cuûa löu huyønh trong saûn phaåm
Mg ( Mg2+ + 2e (1)
Al ( Al3+ + 3e (2) Suy ra :n e nhöôøng = 0,12 mol
S+6 + (6 -n) e ( Sn (3)
Theo ñònh luaät baûo toaøn e lec tron :
0,12 = (6-n) 0,15 ( n =2 ( Saûn phaåm laø H2S
Baøi 3:
Cho 13,92 gam Fe3O4 taùc duïng heát vôùi HNO3 thu ñöôïc 0,448 lít khí NxOy (ñkc).
a. Xaùc ñònh coâng thöùc phaân töû cuûa NxOy ?
b. Tính theå tích dung dòch HNO3 2M ñaõ duøng, bieát trong thí nghieäm ñaõ duøng axit dö 25% so vôùi löôïng phaûn öùng.
Giaûi:
a. nFe3O4 = 0,06 mol, nNxOy = 0,02mol
Quaù trình khöû cuûa NO3-
(6x - 2 y) H+ + xNO3- + (5x -2y)e ( NxOy + ( 3x-2y)H2O (a)
ne nhaän = 0,02 ( 5x -2y) (1)
Quaù trình o xi hoùa cuûa Fe3O4
Fe3O4 + 8H+ ( 3Fe3+ + 4H2O + 1e (b)
ne nhöôøng = 0,06 mol (2)
Töø (1) vaø (2) aùp duïng ñònh luaät baûo toaøn e lec tron
0,02 ( 5x -2y) = 0,06
( 5x - 2y = 3 ( x,y
1 , nguyeân)
x = y = 1
Vaäy coâng thöùc phaân töû cuûa NxOy laø NO
b. Töø (a) vaø (b) suy ra : nHNO3 pö = nH+ (a) + nH+ (b) = 0,56
nHNO3 duøng = 0,7 mol
VHNO3 = 0,35 lít
Baøi 4:
Cho 0,03mol Al vaø 0,05mol Fe taùc duïng vôùi 100ml dung dòch A coù chöùa Cu(NO3)2 vaø AgNO3. Sau phaûn öùng thu ñöôïc dung dòch B vaø 8,12gam chaát raén C goàm 3 kim loaïi. Cho chaát raén C taùc duïng vôùi dung dòch HCl dö thu ñöôïc 0,672 lít H2 (ñkc). Caùc phaûn öùng xaûy ra hoaøn toaøn .Tính noàng ñoä mol/lít cuûa Cu(NO3)2 vaø AgNO3 trong dung dòch A.
Giaûi:
Caùc phöông trình phaûn öùng xaûy ra
Al + 3Ag+ ( Al3+ + 3Ag
2Al + 3Cu2+ ( 2Al3+ + 3Cu
Fe + 2Ag+ ( Fe2+ + 2Ag
Fe + Cu2+ ( Fe2+ + Cu
Fe + 2H+ ( Fe2+ + H2
nH2 = 0,03 mol ( nFedö = 0,03 mol
B goàm coù: Ag,Cu, Fe dö
Goïi a,b laø soá mol cuûa AgNO3 , Cu(NO3)2
Quaù trình o xi hoùa: Al ( Al3+ + 3e
Fe ( Fe2+ +2e
n e nhöôøng = 0,19 mol
Quaù trình khöû: Ag+ + 1e ( Ag
Cu2+ +2e ( Cu
2H+ +2e ( H2
nenhaän = a + 2b + 0,06
Aùp duïng ñònh luaät baûo toaøn e lec tron
Toång soá mol e nhöôøng = Toång soá mol e nhaän
0,19 = a +2b + 0,06
( a+ b = 0,13
Theo ñeà ra ta coù heä phöông trình
a + b = 0,13 a = 0,03
(
108a + 64b + 0,03 .56 = 8,12 b = 0,05
CMAgNO3 = 0,3M , CMCu(NO3)2 = 0,5M
Baøi 5:
Cho m1 gam hoãn hôïp goàm Mg vaø Al vaøo m2 gam dung dòch HNO3 24%. Sau khi caùc kim loaïi tan heát coù 8,96 lít hoãn hôïp khí X goàm NO vaø N2O, N2 bay ra ( ñkc) vaø dung dòch A. Theâm moät löôïng O2 vöøa ñuû vaøo X, sau phaûn öùng ñöôïc hoãn hôïp Y . Daãn Y töø töø qua dung dòch NaOH, coù 4,48 lít hoãn hôïp khí Z ñi ra ( ñkc). Tæ khoái cuûa Z ñoái vôùi H2 baèng 20. Neáu cho dung dòch NaOH vaøo A ñeå ñöôïc löôïng keát tuûa lôùn nhaát thu ñöôïc 62,2 gam keát tuûa.
Tính m1 vaø m2 bieát löôïng HNO3 ñaõ laáy dö 20% so vôùi löôïng caàn thieát.
Giaûi:
nhoãn hôïp X = 0,4mol
Khi cho O2 vaøo hoãn hôïp X : 2NO + O2 ( NO2
Soá mol cuûa hoãn hôïp khoâng ñoåi : nX = nY = 0,4 mol
Daãn Y vaøo dung dòch NaOH :
NO2 + 2NaOH ( NaNO3 + NaNO2 + H2O
n(N2O + N2) = 0,2 mol vaø nNO = 0,4 - 0,2 = 0,2 mol
Ta coù MZ = 40 .Hoãn hôïp Z goàm : N2O vaø N2 coù soá mol baèng 0,2. Giaûi ra ta ñöôïc
nN2O = 0,15 mol ; nN2 = 0,05 mol
Al vaø Mg taùc duïng vôùi dung dòch HNO3 ta coù quaù trình
Mg ( Mg2+ + 2e (1)
x x 2x
Al ( Al3+ + 3e (2)
y y 3y
Toång soá mol e nhöôøng = 2x + 3y
NO3- + 4H+ + 3e ( NO + 2H2O (3)
0,02mol
2NO3- + 10H+ +8e ( N2O + 5H2O (4)
0,15mol
2NO3- + 12H+ + 10e N2 + 6H2O (5)
0,05mol
Theo ñònh luaät baûo toaøn electron
Toång soá mol e nhöôøng = Toång soá mol e nhaän
2x + 3y = 2,3 (*)
Löôïng keát tuûa Mg(OH)2 x mol vaø Al(OH)3 ymol
Ta coù : 58x + 78y = 62,2 (**)
Giaûi heä phöông trình (*) vaø (**) ta ñöôïc x = 0,4 mol, y = 0,5 mol.
m1 = 23,8gam ,
Töø (3) (4) vaø (5) ta coù nH+ = nHNO3 tham gia = 2,9mol
mHNO3 = 182,7 gam
m2 = 913,5gam
Baøi taäp aùp duïng.
1. Hoaø tan heát 4,431 gam hoãn hôïp Al vaø Mg trong dung dòch HNO3 loaõng thu ñöôïc dung dòch A vaø 1,568 lít ( ñkc) hoãn hôïp hai khí ñeàu khoâng coù maøu coù khoái löôïng 2,59 gam, trong ñoù moät khí bò hoùa naâu trong khoâng khí.
a. Tính % khoái löôïng moãi kim loaïi trong hoãn hôïp .
b. Tính soá mol HNO3 ñaõ phaûn öùng.
c. Khi coâ caïn dung dòch A thì thu ñöôïc bao nhieâu gam muoái khan.
Ñaùp soá: a. %Al = 12,8% ; %Mg = 87,2%
b. nHNO3 = 0,49mol
c. m = 28,301gam
2. Cho hoãn hôïp A goàm kim loaïi R ( hoùa trò I) vaø kim loaïi X ( hoùa trò II). Hoøa tan 3 gam hoãn hôïp A vaøo dung dòch chöùa HNO3 vaø H2SO4 thu ñöôïc 2,49 gam hoãn hôïp B goàm khí NO2 vaø khí D , coù theå tích 1,344 lít ( ñkc). Tính khoái löôïng muoái khan thu ñöôïc.
Ñaùp soá: 7,06gam
3. Hoãn hôïp X goàm Fe,FeO ,Fe2O3 vaø Fe3O4 (tæ leä mol laàn löôït laø 1:2:3:4). Hoøa tan hoaøn toaøn 76,8gam hoãn hôïp X baèng löôïng HNO3 thu ñöôïc 4,48 lít (ñkc) hoãn hôïp Y goàm NO vaø NO2.
a. Tìm tæ khoái hôi cuûa Y so vôùi O xi?
b. Tính theå tích HNO3 4M toái thieåu caàn duøng.
Ñaùp soá: a. dY/O2 = 1,1875
b. V = 0,8 lít
4.Hoøa tan 62,1gam moät kim loaïi M trong HNO3 loaõng thu ñöôïc 16,8 lít hoãn hôïp khí X (ñkc)goàm 2 khí khoâng maøu, khoâng hoùa naâu trong khoâng khí . Tæ khoái hôi cuûa hoãn hôïp X so vôùi H2 baèng 17,2.
a. Xaùc ñònh coâng thöùc phaân töû cuûa muoái taïo thaønh.
b.Neáu söû duïng dung dòch HNO3 2M thì theå tích ñaõ duøng bao nhieâu lít, bieát raèng ñaõ laáy dö 25% so vôùi löôïng caàn thieát.
Ñaùp soá: a. AlCl3
b. V = 5,25 lít
5. Hoøa tan hoaøn toaøn 9,28 gam moät hoãn hôïp X goàm Mg,Al,Zn vôùi soá mol baèng nhau trong moät löôïng vöøa ñuû dung dòch H2SO4 ñaëc, noùng thu ñöôïc dung dòch Y vaø 0,07 mol moät saûn phaåm duy nhaát coù chöùa löu huyønh. Haõy xaùc ñònh xem saûn phaåm chöùa löu huyønh laø chaát naøo trong soá caùc chaát sau : H2S ; S ; SO2
Ñaùp soá : H2S
B
aøi toaùn hoùa hoïc baûn thaân noù ñaõ chöùa moät heä thoáng caùc tình huoáng veà maët hoùa hoïc ñöôïc ñaët ra. Giaûi baøi toaùn hoùa hoïc giuùp caùc em hoaøn thieän kieán thöùc vaø naâng cao kó naêng giaûi baøi taäp hoùa hoïc.
Khi vieát ñeà taøi naøy, chuùng toâi muoán söu taàm caùc daïng baøi toaùn coù lieân quan ñeán ñònh luaät baûo toaøn electron . Tuy chöa ñaày ñuû nhöng hy voïng giuùp caùc em coù cô sôû giaûi ñöôïc moät soá daïng toaùn khoù, vaän duïng caùc kieán thöùc hoùa hoïc ôû khoái 10,11,12 ñeå giaûi caùc baøi toaùn naâng cao, caùc baøi toaøn thi vaøo ñaïi hoïc , cao ñaúng. Qua ñoù taïo cho caùc em loøng say meâ hoïc taäp moân hoùa , höùng thuù khi giaûi caùc baøi taäp hoùa hoïc.

-----------------------------------------------------------------------------------------------