Tiêu đề PP 1 - BẢO TOÀN ELECTRON (3-96) ĐS.pdf ✅

3 I. PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON 1. Nội dung phương pháp bảo toàn electron - Cơ sở của phương pháp bảo toàn electron là định luật bảo toàn electron : Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận. - Hệ quả của định luật bảo toàn electron : ● Hệ quả 1 : Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận. ● Hệ quả 2 : Đối với những bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử, nếu số mol electron mà chất khử nhường lớn hơn số mol electron mà chất oxi hóa nhận thì chất khử dư và ngược lại. - Phương pháp bảo toàn electron là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ quả của định luật bảo toàn electron. 2. Ưu điểm của phương pháp bảo toàn electron a. Xét các hướng giải bài tập sau : Câu 40 – Mã đề 359: Dẫn luồng khí CO đi qua hỗn hợp gồm CuO và Fe2O3 nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn X và khí Y. Cho Y hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được 29,55 gam kết tủa. Chất rắn X phản ứng với dung dịch HNO3 dư thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Giá trị của V là : A. 2,24. B. 4,48. C. 6,72 D. 3,36. (Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012) Hướng dẫn giải ● Cách 1 : Giải theo phương pháp thông thường – Tính toán theo phương trình phản ứng Chất rắn X có thể gồm các chất : Cu, Fe, (Fe2O3 và CuO) dư; Y là khí CO2 và có thể còn CO dư. Gọi số mol của CuO và Fe2O3 bị khử bởi CO lần lượt là x và y mol. Các phản ứng xảy ra : CO + CuO Cu + CO  2 (1) mol: x x x   3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO  2 (2) mol: y 2y 3y   CuO + 2HNO3 Cu(NO  3)2 + H2O (3) Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO  3)3 + 3H2O (4) 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO  3)2 + 2NO + 4H2O (5)
4 mol: x  2x 3 Fe + 4HNO3 Fe(NO  3)3 + NO + 2H2O (6) mol: 2y 2y  CO2 + Ba(OH)2 BaCO  3 + H2O (7) mol: (x+3y) (x+3y)  Theo các phương trình phản ứng và giả thiết, ta có : CO2 BaCO3 CO2 CO2 NO NO NO 29,55 n n 0,15 197 n x 3y 0,15 n x 3y V 2,24 lít 2(x 3y) n 0,1 2x 3 n 2y 3                           ● Cách 2: Sử dụng phương pháp bảo toàn electron Sơ đồ phản ứng: 4 dd Ba(OH)2 2 3 3 2 3 2 5 3 2 dd H N O3 2 CO BaCO Fe O CuO Fe Y NO Cu                   Sau phản ứng chỉ có C và N thay đổi số oxi hóa. C thay đổi số oxi hóa từ +2 lên +4; N thay đổi số oxi hóa từ +5 về +2. Vậy chất khử là CO và chất oxi hóa là HNO3. Quá trình oxi hóa – khử : Quá trình oxi hóa Quá trình khử (1) 2 4 C 2 (CO) C(CO ) 2e     (1) là quá trình oxi hóa, sản phẩm sinh ra trong quá trình oxi hóa gọi là sản phẩm oxi hóa (CO2). (2) 5 2 N 3 (NO ) 3e N(NO)      (2) là quá trình khử, sản phẩm sinh ra trong quá trình khử gọi là sản phẩm khử (NO). Theo bảo toàn nguyên tố C và bảo toàn electron, ta có :  CO ph n ng CO2 BaCO3 CO ph n ng NO NO NO m mol electron nh ol electron nh ng n n n 0,15 2n 3n n 0,1 mol V 2,24 lít                aû öù aû öù aän öôø b. Kết luận : 2 o CO, t 
5 So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy : Phương pháp bảo toàn electron có ưu điểm là trong quá trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập sơ đồ phản ứng, tính toán đơn giản và cho kết quả nhanh. Như vậy, nếu sử dụng phương pháp bảo toàn electron một cách hiệu quả thì có thể tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thông thường. Đây là điều rất có ý nghĩa đối với các em học sinh trong quá trình làm bài thi trắc nghiệm. 3. Phạm vi áp dụng : Phương pháp bảo toàn electron có thể giải quyết được hầu hết các bài tập liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử trong hóa vô cơ và một số bài tập trong hóa hữu cơ. Một số dạng bài tập thường dùng phương pháp bảo toàn electron : + Kim loại tác dụng với phi kim, với dung dịch muối, với dung dịch axit. + Hỗn hợp Fe và các oxit của nó tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc hoặc dung dịch HNO3. + Muối Fe2+, muối phản ứng với dung dịch KMnO4/H+, K2Cr2O7/H+.  Cl + Khử oxit kim loại bằng khí CO, H2; phản ứng nhiệt nhôm. + Phản ứng điện phân dung dịch chất điện ly. 4. Bảng tính nhanh số mol electron cho, nhận (số mol electron trao đổi) Từ ví dụ ở trên, ta thấy có thể tính nhanh số mol electron trao đổi như sau : - Số mol electron mà chất khử nhường = số electron chất khử nhường  số mol chất khử = số electron chất khử nhường  số mol sản phẩm oxi hóa. - Số mol electron mà chất oxi hóa nhận = số electron chất oxi hóa nhận  số mol chất oxi hóa = số electron chất oxi hóa nhận  số mol sản phẩm khử. Bảng tính nhanh số mol electron trao đổi trong một số quá trình oxi hóa – khử thường gặp Quá trình oxi hóa Quá trình khử Số mol electron trao đổi o n M M ne    (M là kim loại, n là số electron nhường) n o M ne M    n.nM hoặc n M n.n  2 2X X 2e    (X là Cl, Br, I) X2 2e 2X    hoặc X n  X2 2n 2 2 2O O 4e    2 O2 4e 2O    O hoặc 2 4n 2 O 2n  H2 2H 2e    2 2H 2e H    H hoặc 2 2n H n  n m S S  (m  n)e m n S  (m  n)e S hoặc nS (m  n)n
6 (m, n là số oxi hóa, n < m) Ví dụ : 6 4 S S 2e     mS (m  n)n hoặc 6 S 2n  4 S 2n  n m C  C  (m  n)e (m, n là số oxi hóa, n < m) Ví dụ : 2 4 C C 2e     m n C  (m  n)e  C hoặc n C (m  n)n mC (m  n)n hoặc 2 C 2n  4 C 2n  3 F 3 4 e O 3Fe 1e    hoặc Fe3O4 n 3 Fe 1 n 3  5 4 NO3 2 1e NO      NO2 n 5 2 NO3 3e NO      3nNO 5 1 2NO3 8e N2 O      8nN2O 5 0 2NO3 10e N2     N2 10n 5 3 NO3 4 3 8e NH NO      NH4NO3 8n 6 4 2 S O4 2 2e S O      SO2 2n 6 0 2 S O4 6e S     S 6n 6 2 2 S O4 2 8e H S      H2S 8n F 3 4 e O  8e  3Fe Fe3O4 8n 2 F 3 4 e O 2e 3Fe    Fe3O4 2n a b Mn  (a  b)e  Mn (a, b là số oxi hóa của Mn, a > b) Ví dụ : 7 2 Mn 5e Mn     hoặc a Mn (a  b)n b Mn (a  b)n hoặc 7 Mn 5n  2 Mn 5n  a b Cr  (a  b)e  Cr (a, b là số oxi hóa của Cr, a > b) Ví dụ : 6 3 Cr 3e Cr     hoặc a Cr (a  b)n b Cr (a  b)n hoặc 6 Cr 3n  3 Cr 3n  II. PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA