Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải toán bảo toàn electron

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải toán bảo toàn electron

1. Phương pháp là thầy của các thầy PHƯƠNG PHÁP ION-ELECTRON. 1. Nguyên tắc : Trong phản ứng oxi hoá-khử, tổng số electron của chất oxi hoá nhận phải bằng tổng số electron của chất khử nhường. 2. Áp dụng : Chỉ áp dụng được với những phản ứng oxi hoá-khử, đặc biệt với những bài toán oxi hoá-khử xảy ra nhiều trường hợp hoặc xảy ra qua nhiều phản ứng như : * Hỗn hợp chất oxi hoá tác dụng với hỗn hợp chất khử. * Hỗn hợp chất khử tác dụng với chất oxi hoá (HNO3, H2SO4 đặc) tạo hỗn hợp các sản phẩm khử (NO2, NO, N2 ). * Bài toán oxi hoá khử xảy ra qua nhiều giai đoạn (Ví dụ như bài tập về các trạng thái oxi hoá của sắt). 3. Thực hiện : Có thể không cần viết phương trình phản ứng hoặc chỉ viết sơ đồ phản ứng (không cần cân bằng) nhưng cần phải : * Xác định được chất oxi hoá - chất khử cũng như số mol của chúng. * Viết được quá trình nhận electron – nhường electron từ đó áp dụng Bảo toàn electron : nchất khử x Số enhường = nchất oxi hoá x Số enhận = ne trao đổi 4. Các dạng Bài tập thường áp dụng tính nhanh theo phương pháp bảo toàn electron. * Chất khử tác dụng với chất oxi hoá. * Hỗn hợp chất khử tác dụng với chất oxi hoá tạo các sản phẩm khử. * Hỗn hợp chất khử tác dụng với hỗn hợp chất oxi hoá. * Phản ứng oxi hoá-khử xảy ra qua nhiều giai đoạn (có Electron trao đổi qua chất trung gian). * Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với Axit có tính oxi hoá : tính nhanh khối lượng muối tạo thành và lượng Axit phản ứng dựa vào sản phẩm khử. * Xác định sản phẩm khử của phản ứng oxi hoá-khử. 1. CHỦ ĐỀ 1: Chất khử tác dụng với các chất oxi hóa mạnh phổ biến như HNO3 và H2SO4 đặc a, Với HNO3 : Cho chất khử (kim loại hay hợp chất) tác dụng với HNO 3 tạo ra 1 hay các sản phẩm khử NO, N 2, N2O, NO2, NH4NO3 +x Xét phản ứng cho a mol kim loại R tác dụng với HNO3. Sản phẩm khử tạo thành có số oxi hóa là x (N ) có số mol là b. Ta có: R → R n+ + ne ; N+5 + (5-x)e → N+x a na (5-x)b b (mol.electron) Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: n chất khử . Số enhường = nchất oxi hoá . Số enhận = ne trao đổi na = (5-x)b = ne trao đổi (1) na → b = → 푛 - + = b mol ; Do muối là R(NO ) nên 푛 - = 푛 mol 5 ― x 3 ị hử 푡ạ표 3 n 3 푡ạ표 ố푖 A. Tính số mol axit tham gia phản ứng. 푛 6 - x Ta có: 훴푛 = 푛 - + 푛 - + = 푛 + = na.( ) 3 3 푡ạ표 ố푖 3 ị hử 푡ạ표 (5 - ) 5 - x 퐱 → 휮풏 = n . ( - ) 푯푵푶 e trao đổi - 퐱 B. Tính khối lượng muối tạo thành. - Ta có: 풖ố풊 = 풌풍 + 푵푶 풕ạ풐 풖ố풊 = 풌풍 + . 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 - * Trường hợp tạo muối amoni: 풖ố풊 = 풌풍 + 푵푶 풕ạ풐 풖ố풊 풗ớ풊 풌풍 + 풖ố풊 푵푯ퟒ푵푶 = + . 풏 + .풏 + 풌풍 풆 풕풓 풐 đổ풊 푵푯ퟒ Giáo viên biên soạn: Phan Dư Tú 0989541221/0935536463 1
2. Phương pháp là thầy của các thầy * Chú ý: Số mol e trao đổi cụ thể của các sản phẩm khử: 0 +5 - 2N + 10e → 2 (1)→ 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 = .풏푵 ; 휮풏푯푵푶 = 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 + 풏푵푶 ị 풌풉ử = .풏푵 +1 +5 - 2N + 8e → 2 (2)→ 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 = .풏푵 푶 ; 휮풏푯푵푶 = 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 + 풏푵푶 ị 풌풉ử = .풏푵 푶 +5 +2 - N + 3e → (3)→ 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 = .풏푵푶 ; 휮풏푯푵푶 = 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 + 풏푵푶 ị 풌풉ử = ퟒ.풏푵푶 +5 +4 - N + 1e → (4)→ 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 = 풏푵푶 ; 휮풏푯푵푶 = 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 + 풏푵푶 ị 풌풉ử = .풏푵푶 +5 3 N + 8e → - (5)→ 풏 = .풏 + ; 휮풏 = 풏 + 풏 - = .풏 + 풆 풕풓 풐 đổ풊 푵푯ퟒ 푯푵푶 풆 풕풓 풐 đổ풊 푵푶 ị 풌풉ử 푵푯ퟒ Gặp bài toán cho ra nhiếu sản phẩm khử thì 풏풆 풕풓 풐 đổ풊 là tổng các quá trình tạo ra sản phẩm khử đó: Nếu ra hỗn hợp N2, N2O, NO, NO2, NH4NO3 thì: 풏 = .풏 + .풏 + .풏 + 풏 + .풏 + 풆 풕풓 풐 đổ풊 푵 푵 푶 푵푶 푵푶 푵푯ퟒ b, Với H2SO4 đặc : Cho chất khử (kim loại hay hợp chất) tác dụng với H2SO4 đặc tạo ra 1 hay các sản phẩm khử H2S, S, SO2. +x Xét phản ứng cho a mol kim loại R tác dụng với H2SO4 đặc. Sản phẩm khử tạo thành có số oxi hóa là x (S ) có số mol là b. Ta có: R → R n+ + ne ; S+6 + (6-x)e → S+x a na (6-x)b b (mol.electron) Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: n chất khử . Số enhường = nchất oxi hoá . Số enhận = ne trao đổi na na = (6-x)b = ne trao đổi → b = 6 ― x 1 mà 푛 2― + = b mol ; Do muối là R2(SO4)n nên 푛 2― = 푛 mol =1/2.ne trao đổi 푆 4 ị hử 푡ạ표 푆 푆 4 푡ạ표 ố푖 2 A. Tính số mol axit tham gia phản ứng. na 8 ― x Ta có: 훴푛 = 푛 2― + 푛 2― + = 1/2푛 + = na.( ) 2푆 4 đặ 푆 4 푡ạ표 ố푖 푆 4 ị hử 푡ạ표 2(5 ― x) 2(6 ― x) - 퐱 → 휮풏 ặ = n . 푯 푺푶ퟒ đ e trao đổi ( - 퐱) B. Tính khối lượng muối tạo thành. Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: 1 풖ố풊 = 푙 + 푆 2― 푡ạ표 ố푖 = 푙 + 96. .푛 = 풌풍 + ퟒ .풏풆 풕풓 풐 đổ풊 4 2 푒 푡 표 đổ푖 * Chú ý: Số mol e trao đổi của các sản phẩm khử: +6 2 푆 + 8e → 푆- (1)→ 풏 = .풏 ; 휮풏 = 푛 + 푛 2― = .풏 풆 풕풓 풐 đổ풊 푯 푺 2푆 4 푒 푡 표 đổ푖 푆 4 ị ℎử 푯 푺 +6 0 푆 + 6e → 푆 (1)→ 풏 = .풏 ; 휮풏 = 푛 + 푛 2― = ퟒ.풏 풆 풕풓 풐 đổ풊 푺 2푆 4 푒 푡 표 đổ푖 푆 4 ị ℎử 푺 +6 +4 푆 + 2e → 푆 (1)→ 풏 = .풏 ; 휮풏 = 푛 + 푛 2― = .풏 풆 풕풓 풐 đổ풊 푺푶 2푆 4 푒 푡 표 đổ푖 푆 4 ị ℎử 푺푶 Dạng trên có thể dùng cho bài toán hỗn hợp chất khử tác dụng tạo 1 hay nhiều sản phẩm khử Giáo viên biên soạn: Phan Dư Tú 0989541221/0935536463 2
3. Phương pháp là thầy của các thầy 2. CHỦ ĐỀ 2: Xác định sản phẩm khử của phản ứng. Cho chất khử R tác dụng với chất oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc ) tạo các sản phẩm khử NO, N2, N2O, NO2 (Dạng + 풚/풙 풙 푵풙 ) hay H2S, S, SO2 (Dạng 푺 ). +2y/x a, Với HNO3 : Xét phản ứng cho a mol kim loại R tác dụng với HNO 3. Sản phẩm khử tạo thành có số oxi hóa là x (N ) có số mol là b. Ta có: n+ +5 +2y/x R → R + ne ; N + (5y-2x)e → a na (5 - 2 ) (mol.electron) Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: n chất khử . Số enhường = nchất oxi hoá . Số enhận = ne trao đổi 푛 푛. = (5 - 2 ). → 5 –2 = ( * ), Với na = ne trao đổi, b = nsp khử * Nếu biết nsp khử thì: + Dựa vào số mol chất khử phản ứng: ne trao đổi = na - + Dựa vào số mol muối tạo thành: 푛푅( 3)푛 = 표푙 , ne trao đổi = na = 푛 3 푡ạ표 ố푖 - - + + Dựa vào số mol axit tham gia: : 훴푛 3 = 푛 3 푡ạ표 ố푖 + 푛 3 ị hử 푡ạ표 = 푛 + 푛 = 푛 3 ― lập bảng cho (*) ta có: x 1 2 y tính các giá trị tương ứng theo x x b, Với H2SO4 đặc : Xét phản ứng cho a mol kim loại R tác dụng với H 2SO4 đặc. Sản phẩm khử tạo thành có số oxi hóa là x (S ) có số mol là b. Ta có: R → R n+ + ne ; S+6 + (6-x)e → Sx 푛 (6 ― ) (mol.electron) Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: nchất khử . Số enhường = nchất oxi hoá . Số enhận = ne trao đổi → 푛. = (6 - ). = 푛푒 푡 표 đổ푖 푛 풏 → 6 - = h 풙 = ― ( ) * Nếu biết nsp khử thì: + Dựa vào số mol chất khử phản ứng: ne trao đổi = na + Dựa vào số mol muối tạo thành: 푛 = /2 표푙 , n = 푛 = 2푛 2― 푅2(푆 4)푛 e trao đổi 푆 4 푡ạ표 ố푖 + Dựa vào số mol axit tham gia: : 훴푛 = 푛 2― + 푛 2― = 1/2 푛 + 2푆 4 ứ 푆 4 푡ạ표 ố푖 푆 4 ị hử 푛 = 2(푛 2푆 4 ư – ) suy trực tiếp các giá trị của x theo ( ) Giáo viên biên soạn: Phan Dư Tú 0989541221/0935536463 3
4. Phương pháp là thầy của các thầy 3. CHỦ ĐỀ 3: Phản ứng oxi hoá-khử xảy ra qua nhiều giai đoạn (có e trao đổi qua chất trung gian). Dạng toán có thể mô tả như sau: - a mol e + a mol e Fe Các hợp chất trung gian của Hợp chất Fe3+ - b mol eFe2+, Fe3+ - c mol e + b mol e + c mol e Các hợp chất trung gian của Fe2+, Fe3+: có thể là các oxit của sắt. Ngoài Fe, có thể còn có Cu hay một số KL có nhiều trạng thái oxi hóa khác. Theo định luật bảo toàn e ta luôn có: a = b + c, khối lượng Fe bảo toàn trong cả quá trình Áp dụng : Chỉ áp dụng được với những phản ứng oxi hoá-khử, đặc biệt với những bài toán oxi hoá-khử xảy ra nhiều trường hợp hoặc xảy ra qua nhiều phản ứng như : * Tính khử của Fe * Phản ứng khử hỗn hợp oxit của Fe, Cu bằng H2, CO, Al * Phản ứng hòa tan hỗn hợp oxit của Fe, Cu bằng H2SO4 đặc hoặc HNO3 * Phản ứng hòa tan hỗn hợp oxit của Fe bằng dung dịch axit không mang tính oxi hóa mạnh (HCl, H2SO4 loãng ) Dạng toán 1: Để m gam phoi bào sắt A ngoài không khí sau một thời gian biến thành hỗn hợp B có khối lượng a gam gồm Fe và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3. Cho B tác dụng hoàn toàn với axit nitric dư thấy giải phóng ra V lít khí duy nhất N xOy. Tính các giá trị theo yêu cầu? Giải toán: m Fe = m → mO trong hh B = a - m. Toàn bộ lượng Fe trong hỗn hợp sau phản ứng đều chuyễn thành Fe3+. Các quá trình xảy ra: Fe0 → Fe 3+ + 3e (1) 56 356.푒 (mol.e) +) Từ sắt → oxit: O0 + 2e→ O 2- (2) ― ― 16 8 .푒 3+ +5 +2y/x +) Từ oxit → muối Fe : N + (5y-2x)e→ (3) (5 ― 2 )22,4 22,4( 표푙.푒) Theo định luật bảo toàn e: ne cho = ne nhận m a ― m m 7a 7m 퐦 퐚 푽 hay: 3 = + ↔ 3 = ― + → = + 56 8 (5 - 2 )22,4 56 56 56 (5 ― 2 )22,4 ( 풚 ― 풙) ,ퟒ có thể viết gọn: 10mFe = 7a + 56ne, ne là số mol e trao đổi 푽 + Nếu là khí N2: ne = ,ퟒ mol 푽 + Nếu là khí N2O: ne = ,ퟒ mol 푽 + Nếu là khí NO2: ne = ,ퟒ mol 푽 + Nếu là khí NO: ne = ,ퟒ mol Giáo viên biên soạn: Phan Dư Tú 0989541221/0935536463 4
5. Phương pháp là thầy của các thầy Dạng toán 2: Hỗn hợp B có khối lượng a gam gồm Fe và các oxit FeO, Fe 3O4, Fe2O3. Cho B tác dụng hoàn toàn với axit nitric dư thấy giải phóng ra V lít khí duy nhất NxOy và p gam muối tan. Tính giá trị theo yêu cầu? Giải toán: Giả sử mFe trong hỗn hợp = m → mO = a - mFe. Toàn bộ lượng Fe trong hỗn hợp sau phản ứng đều chuyễn thành Fe3+. ― 풖ố풊 = 풌풍 + 푵푶 풕ạ풐 풖ố풊 = 풑 p 14p Suy ra số mol Fe: nFe = 242 mol, mFe = m = 60,5 gam Các quá trình xảy ra: Fe0 → Fe 3+ + 3e (1) p 242 3242.e (mol.e) +) Từ sắt → oxit: O0 + 2e→ O 2- (2) a ― m a ― m 16 8 .e (mol.e) 3+ +5 +2y/x +) Từ oxit → muối Fe : N + (5y-2x)e→ (3) (5 - 2 )22,4 22,4 (mol.e) Theo định luật bảo toàn e: ne cho = ne nhận a ― m 3 a ― 14p → 3 = + (5 - 2 ) → = 60,5 + (5 ― 2 ) 242 8 22,4 242 8 22,4 3 7p 10 ↔ = ― + ↔ = + 242 8 242 (5 ― 2 )22,4 242 8 (5 ― 2 )22,4 Thay các giá trị V, sản phẩm khử , a hoặc m đã biết → giải quyết yêu cầu bài toán. Dạng toán 3: Hỗn hợp A gồm Fe và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3. Khử hoàn toàn m gam A cần V lít H2/CO. Cùng lượng A trên tác dụng hoàn toàn với axit nitric dư thấy giải phóng ra V lít khí duy nhất NxOy. Tính giá trị theo yêu cầu? Hướng giải: theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có: 푛Fe trong Oxit = 푛 2 / 2 = 푛 2/ Giải tiếp tục như dạng 1 Giáo viên biên soạn: Phan Dư Tú 0989541221/0935536463 5