1. Cơ sở của phương pháp bảo toàn e
Cơ sở của phương pháp bảo toàn electron chính là định luật bảo toàn e: Trong phản ứng OXH – khử, tổng số e mà các chất khử cho sẽ luôn bằng với tổng số e mà các chất OXH nhận.
Kí hiệu, trong phản ứng oxy hoá – khử: ∑ne cho = ∑ ne nhận
⇒ Áp dụng trong các bài toán:
+) Có xảy ra quá trình oxh-khử
+) Có mối liên hệ giữa sản phẩm oxh-khử với các chất ban đầu
2. Phương pháp bảo toàn e là gì?
2.1. Định nghĩa định luật bảo toàn e
-
Trong một phản ứng oxh – khử, số mol e mà chất khử nhường sẽ chính bằng số mol e mà chất oxh nhận.
-
Ta sử dụng tính chất này nhằm thiết lập các phương trình liên hệ cũng như giải được các bài toán dựa vào phương pháp bảo toàn e. Những dạng toán thường thấy nhất là kim loại phản ứng với các dung dịch HNO3, H2SO4 đặc, nóng cùng với phản ứng nhiệt nhôm, phản ứng nhiệt phân và đốt cháy.
2.2. Nguyên tắc trong định luật bảo toàn e
-
Công thức bảo toàn e: Tổng mol e cho = tổng mol e nhận.
-
Định luật bảo toàn e được áp dụng với những phản ứng riêng hoặc tổng hợp các phản ứng.
2.3. Cần lưu ý gì khi học về định luật bảo toàn e?
-
Định luật bảo toàn e được áp dụng chủ yếu cho bài toán OXH khử các chất vô cơ.
-
Có thể áp dụng được bảo toàn e cho một phương trình, nhiều phương trình hoặc tất cả quá trình.
-
Xác định được chính xác chất cho và nhận e. Nếu xét trong một quá trình, chỉ cần xác định được trạng thái đầu và trạng thái cuối số OXH của nguyên tố, thường không cần quan tâm đến trạng thái trung gian số OXH của nguyên tố.
-
Khi áp dụng phương pháp bảo toàn e thường kèm theo sử dụng các phương pháp bảo toàn khác (phương pháp bảo toàn khối lượng hay bảo toàn nguyên tố).
-
Khi để kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 và sau phản ứng dung dịch không chứa muối amoni.
-
Một số công thức cần lưu ý khi cho chất khử tác dụng với dung dịch HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng đó là:
$n_e$ trao đổi = $3n_{NO} + 8n_{N2O} + 8n_{NH4NO3} + 10n_{N2}$
$n_e$ trao đổi = $2n_{SO2} + 6n_S + 8n_{H2S}$
3. Phương pháp giải bài tập áp dụng định luật bảo toàn e
Bước 1: Xác định được chất khử và chất OXH.
Bước 2: Viết các phản ứng khử và phản ứng OXH.
Bước 3: Sử dụng biểu thức trong định luật bảo toàn e: ∑$n_e$ cho = ∑$n_e$ nhận
Ví dụ 1: Cho 5g Mg, Zn vào dung dịch HCl dư thì thấy thu được 3,136 lít H2. Mg thu được có số mol là?
Lời giải:
Gọi số mol của Mg và Zn lần lượt là a và b mol
n_{H_2}$ = 3,136 : 22,4 = 0,14 (mol)
Tổng khối lượng của kim loại là 5g
=> 24a + 65b = 5 (1)
Ta thấy quá trình nhường nhận e biểu diễn như sau:
Quá trình OXH
Mg → Mg+2 + 2e
a 2a
Zn → Zn+2 + 2e
b 2b
Quá trình Khử
2H+ + 2e → H2
0,28 0,14
=> Áp dụng định luật bảo toàn e vào bài ta có: 2a + 2b = 0,28 (2)
Từ (1) và (2) => a = 0,1 mol và b = 0,04 mol
Vậy số mol Mg chứa trong hỗn hợp = 0,1 mol
Ví dụ 2: Cho 13,5g Al tác dụng vừa đủ với 2,5l dung dịch HNO3, phản ứng tạo ra muối Al và một hỗn hợp khí bao gồm NO và N2O với tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3. Hãy cho biết nồng độ mol của dung dịch HNO3.
Lời giải
Gọi $n_{NO}$, $n_{N2O}$ lần lượt là 2a và 3a mol
Ta có: n_{Al} = 13,5 : 27 = 0,5 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:
Quá trình OXH
Al → Al+3 + 3e
0,5 1,5 (mol)
Quá trình khử
N+5 + 3e → N+2
6a 2a
2N+5 +8e → 2N+1
Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:
=> 6a + 24a = 1,5 ⇔ 30a = 1,5 => a = 0,05 (mol)
$n_{NO}$ = 0,1 mol và $n_{N2O}$ = 0,15 mol
=> $n_{HNO3}$ = $4n_{NO}$ + $10n_{N2O}$ = 0,1 . 4 + 0,15 . 10 = 1,9 mol
CM HNO3 = 1,9 : 2,5 = 0,76(M)
Vậy nồng độ mol của HNO3 là 0,76M
Ví dụ 3: Cho m(g) Al tác dụng với 100ml dung dịch Cu(NO3)2 2M cùng AgNO3 2M thì thu được một dung dịch A và chất rắn B. Nếu cho chất rắn B tác dụng với dung dịch HCl dư thì thấy thi được 3,36 lit H2 (ở đktc). Tìm m?
Lời giải:
Trong bài toán trên, Al có vai trò chất khử, Ag+, H+, Cu2+ có vai trò là chất OXH.
Các quá trình cho và nhận e xảy ra như sau:
Al → $Al_3$+ +3e
Ag+ +1e → Ag
$Cu_2$+ + 2e → Cu
H+ + 1e → ½ $H_2$
Áp dụng định luật bảo toàn e vào những quá trình trên ta được:
3m/27 = 0,1.2.2 + 0,1.2.1 + 3,36.2/22,4
→ m = 9(g)
Bài tập bảo toàn e – áp dụng định luật bảo toàn e giải bài tập Hoá 10
4.1, Bài tập tự luận cơ bản và nâng cao SGK
Câu 1: Cho 15,8g KMnO4 vào với dung dịch HCl đặc. Thể tích thu được khí Cl2 ở điều kiện tiêu chuẩn là:
Lời giải:
Phương trình phản ứng:
$Mn_7$ + -5e → Mn2+
Cl- + 2e → Cl2
Áp dụng vào bài định luật bảo toàn e ta được:
$5n_{KMnO4} = 2n_{Cl_2}$
$n_{Cl_2} = 5/2 n_{KMnO_4} = 0,25$ (mol)
$V_{Cl_2}$ = 0.25.22,4 = 0,56 (l)
Câu 2: Nung m (g) bột Fe trong oxi thì thu được 3g hỗn hợp chất rắn R. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp chất rắn R bằng dung dịch HNO3 (dư), thấy thoát ra 0,56 lít NO (là sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn. m có giá trị là :
Lời giải:
$n_{NO} = 0,56 : 22,4 = 0,025$ mol
Xét 3g hỗn hợp chất rắn R. Gọi số mol Fe và O lần lượt là a và b
=> 56a + 16b = 3 (1)
Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:
=> $3n_{Fe} = 2n_O + 3n_{NO}$
=> 3a = 2b + 3.0,025
=> 3a – 2b = 0,075 (2)
Từ (1) và (2) => a = 0,045 và b = 0,03
=> m = nFe.56 = 0,045.56 = 2,52 (g)
Câu 3: Hòa tan 8,4g Fe vào dung dịch HNO3 dư. Tính thể tích của khí NO bay ra, biết khí NO chính là sản phẩm khử duy nhất của HNO3
Lời giải
n_{Fe} = 8,4 : 56 = 0,15 (mol)
Ta thấy quá trình trao đổi e như sau:
Fe → Fe+3 + 3e
0,15 0,45
N+5 +3e → N+2
Áp dụng đinh luật bảo toàn electron ne nhận = ne cho = 0,45 mol
=> nNO = 1/3 ne nhận = 0,45 : 3 = 0,15 mol
VNO = 0,15.22, 4 = 3,36 (l)
Câu 4: Trộn 15,2 (g) hỗn hợp của Fe và Cu với 4,8(g) S thì thu được một hỗn hợp R. Nung R trong một bình kín không chứa không khí, sau một khoảng thời gian thì thu được hỗn hợp Q. Sau đó hòa tan hết Q trong dung dịch HNO3 loãng thu được 11,2 lít NO duy nhất (trong đktc). Tính số mol Cu trong hỗn hợp ban đầu.
Lời giải:
Ta gọi x là số mol của Fe và y là số mol của Cu.
Ta có hệ phương trình sau:
56x + 64y = 15,2 (Phương trình bảo toàn khối lượng)
$3x + 2y + 6n_S = 3n_{NO}$ (Phương trình bảo toàn e)
=> x = 0,1
y = 0,15
Câu 5: Tác dụng 5,94(g) Al vừa đủ với dung dịch H2SO4 đặc, nóng thì thu được 1,848 (l) sản phẩm (R) chứa lưu huỳnh (ở đktc), muối sunfat cùng nước. Cho biết (R) là khí gì trong các khí SO2, H2S?
Lời giải:
n_{Al} = 5,94 : 27 = 0,22(mol)
n_R = 1,848 : 22,4 = 0,0825(mol)
Quá trình OXH:
Al : Al → $Al_3$+ + 3e
0,22 0,66
=> $n_e$ cho = 0,22.3 = 0,66 (mol)
Quá trình nhận e: S6+ + (6-x)e → Sx
0,0825(6-x) 0,0825
=> $n_e$ nhận = 0,0825.(6-x) mol
Áp dụng định luật bảo toàn e ta được: 0,0825.(6-x) = 0,66 → x = -2
Vậy ta có R là H2S
4.2. Bộ câu hỏi trắc nghiệm áp dụng định luật bảo toàn e
Câu 1: Cho 9,32 (g) Mg và Zn tác dụng với 200ml dung dịch H2SO4 2M. Phát biểu nào dưới đây chính xác:
A. Mg và Zn sẽ tan hết còn H2SO4 dư
B. Mg, Zn và H2SO4 đều hết
C. Mg và Zn thì dư còn H2SO4 hết
D. Mg và H2SO4 hết, còn Zn dư
Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 6,5(g) kim loại Zn với dung dịch HNO3 loãng, nếu chỉ thu được 0,448(l) khí R duy nhất (ở đktc). Khí R là :
A.Khí N2. B. khí NO.
C. khí N2O. D. khí NO2.
Câu 3: Nung hỗn hợp R gồm 13,44(g) Fe và 7,02(g) Al trong không khí trong một khoảng thời gian, thu được 28,46(g) chất rắn Q. Cho Q vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thì thu được V lít khí SO2 (ở đktc). V có giá trị là :
A. 11,2. B. 22,4.
C. 5,6. D. 13,44.
Câu 4: Cho 15,8(g) KMnO4 vào dung dịch HCl đậm, đặc. Khí Cl2 thu được với thể tích ở đktc là:
A. 5,6 lít. B. 0,56 lít. C. 0,28 lít. D. 2,8 lít.
Câu 5: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp 20g gồm Mg và Fe vào dung dịch HCl dư thì thấy có 11,2(l) khí thoát ra ở điều kiện tiêu chuẩn cùng với dung dịch R. Cô cạn dung dịch R thì thu được bao nhiêu g muối khan?
A. 55,5 gam. B. 91,0 gam. C. 90,0 gam. D. 71,0 gam.
Câu 6: Hòa tan hoàn toàn 7,74 (g) hỗn hợp bột gồm Mg, Al bằng 500ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 1M và H2SO4 0,28M thì thu được dung dịch R và 8,736(l) khí H2 (ở đktc). Cô cạn dung dịch R thu được lượng muối khan là bao nhiêu?
A. 38,93 g B. 25,95 g C. 103,85 g D.77,86 g
Câu 7: Hòa tan hoàn toàn 2,925(g) kim loại A vào dung dịch HBr dư, sau phản ứng thì thu được 1,008 lít khí (ở đktc). Xác định kim loại A.
A. Fe B. Zn C. Al D. Mg
Câu 8: Chia hỗn hợp hai kim loại X, Y có hóa trị không đổi thành 2 lượng bằng nhau. Phần thứ 1 hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HCl thì thu được 1,792 lít khí H2 (ở đktc). Phần 2 nung trong oxi thì thu được 2,84(g) hỗn hợp gồm các oxit. Khối lượng hỗn hợp của 2 kim loại trong hỗn hợp đầu là:
A. 1,56 gam B. 3,12 gam C. 2,2 gam D. 1,8 gam
Câu 9: Cho 7,68(g) hỗn hợp A chứa Mg và Al tác dụng với 400 ml dung dịch B chứa HCl 1M và H2SO4 0,5M. Phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được 8,512(l) khí (ở đktc). Biết rằng trong dung dịch, các axit phân li hoàn toàn hình thành nên các ion. Hãy cho biết % về khối lượng của Al ở trong A là:
A. 25% B. 75% C. 56,25% D. 43,75%
Câu 10: Hòa tan 18,5(g) hỗn hợp R gồm Fe và Cu vào dung dịch HNO3 dư thì thu được 6,72 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Q chứa NO và NO2 với khối lượng là 12,2(g). Khối lượng muối nitrat được sinh ra là:
A. 45,9 g B. 49,5 g C. 59,4 g D. 95,4g
Câu 11: Cho 1,35(g) A gồm Cu, Mg và Al tác dụng hoàn toàn với HNO3 thì thu được 0,01 mol NO và 0,04 mol NO2. Hãy tính khối lượng của muối.
A.5,69g B.4,45g C.5,5g D.6,0g
Câu 12: Hòa tan hết 12(g) hỗn hợp Fe và Cu (tỉ lệ mol là 1:1) vào axit HNO3 thì thu được V lít (ở đktc) hỗn hợp khí A (chứa NO và NO2) và dung dịch B (chỉ bao gồm 2 muối và axit dư). Tỉ khối của A đối với H2 là 19. V có giá trị là
A. 2,24 lít. B. 4,48 lít. C. 5,60 lít. D. 3,36 lít.
Câu 13: Hòa tan hết 1,2(g) kim loại M với dung dịch HNO3 dư thì thu được 0,224(l) khí N2 (đktc). Nếu phản ứng chỉ tạo nên khí N2. Vậy M là:
A. Zn B. Cu C. Mg D. Al
Câu 14: Hòa tan hoàn toàn 4,43g hỗn hợp Al và Mg vào HNO3 loãng thì thu được dung dịch A và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp gồm hai khí (đều không có màu) với khối lượng 2,59g, trong đó có một khí bị chuyển nâu khi ở trong không khí. Hãy cho biết số mol HNO3 đã phản ứng.
A. 0,51 mol. A. 0,45 mol. C. 0,55 mol. D. 0,49 mol.
Câu 15: Cho m gam Fe vào dung dịch H2SO4 loãng tạo ra 1,792 lít khí (ở đktc). Cũng với m(g) Fe tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thì nhận được V lít khí (đktc) khí N2O thoát ra. V có giá trị là:
A. 0,672 lít B, 1.344 lít C. 4,032 lít D. 3,36
Câu 16: Hoà tan Fe vào dung dịch HNO3 dư thì thấy sinh ra được hỗn hợp khí gồm 0,03 mol NO2 và 0,02 mol NO. Fe bị hoà tan với khối lượng là:
A. 0,56g B. 1,12 g C. 1,68g D. 2,24g
Câu 17: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Al và 0,2 mol Cu vào dung dịch H2SO4 đặc, dư thì thu được V(l) SO2 (ở 0oC, 1 atm). V có giá trị là:
A. 3,36 B. 4,48 C. 7,84 D. 5,6
Câu 18: Hoà tan hoàn toàn 16,3(g) hỗn hợp kim loại chứa Mg, Al và Fe vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng thì thu được 0,55 mol SO2. Sau phản ứng cô cạn dung dịch, khối lượng của chất rắn khan thu được là bao nhiêu?
A. 51,8 gam B. 55,2 gam C. 69,1 gam D. 82,9 gam
Câu 19: Cho 1,44g hỗn hợp bao gồm kim loại M và oxit của nó kí hiệu là MO với số mol bằng nhau, tác dụng hoàn toàn với H2SO4 đặc, nóng. Thể tích khí SO2 (ở đktc) thu được là 0,224 (l). Biết rằng hoá trị lớn nhất của kim loại M là II. Kim loại M là:
A. Cu B. Fe C. Al D. Zn
Câu 20: Hòa tan hoàn toàn 29,6(g) hỗn hợp X bao gồm Fe, Mg, Cu theo tỉ lệ mol là 1:2:3 vào dung dịch H2SO4 đặc, nguội thì thu được dung dịch Y cùng với 3,36(l) SO2 (ở đktc). Cô cạn dung dịch Y thì thu được khối lượng muối khan là bao nhiêu?
A. 38,4 gam B. 21,2 gam C. 43,4 gam D. 36,5 gam
Bảng đáp án tham khảo:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
A
C
A
A
A
B
B
C
B
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
A
C
C
D
A
C
A
C
A
A
Học được cách áp dụng định luật bảo toàn e vào các bài tập hoá học sẽ giúp các em có thể làm được nhiều bài tập khó. Bởi vậy, VUIHOC đã viết bài viết này nhằm củng cố lý thuyết kèm bộ bài tập rất hay về bảo toàn e để giúp các em ôn tập dễ dàng hơn. Để học thêm được nhiều các kiến thức hay và thú vị về Hoá học 10 cũng như Hoá học THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!
