áp dụng phương pháp bảo toàn electron trong hóa phân tích

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN






NGUYỄN PHƢƠNG THẢO



ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP BẢO TOÀN
ELECTRON TRONG HOÁ PHÂN TÍCH






LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC






Hà nội - 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA HOÁ HỌC





NGUYỄN PHƢƠNG THẢO


ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP BẢO TOÀN
ELECTRON TRONG HOÁ PHÂN TÍCH


CHUYÊN NGÀNH: HOÁ PHÂN TÍCH
MÃ SỐ: 60 44 29



Giáo viên hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐÀO HỮU VINH



Hà nội - 2011

MỤC LỤC
MƠ
̉
ĐU………………………………………………………………………1

CHƢƠNG 1: TÔ
̉
NG QUAN… ………… ……………………………… 2
1.1. Phản ứng oxi hoá - khử…………………………………………………… 2
1.1.1. Những khái niệm cơ bản…………………………………… … 2
1.1.2. Chiều của phản ứng oxi hóa - khử……………………….………4
1.1.3. Tốc độ của phản ứng oxi hóa – khử 12
1.2. Phƣơng pháp bảo toàn electron ………………………………… …….18
1.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp 18
1.2.2. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp 18
1.2.3. Các bƣớc tiến hành 19
1.2.4. Ví dụ 19
1.3. Sơ lƣợc về chất siêu dẫn 26
CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
2.1. Dùng phƣơng pháp bảo toàn electron để tính trong một số phép chuẩn độ
thƣờng dùng………………………………………………… ………32
2.1.1. Phƣơng pháp pemanganat………………………………… ….32
2.1.2. Phƣơng pháp dicromat…………………………………….……33
2.1.3. Phƣơng pháp iot-thiosunfat……………………………… ……34
2.1.4. Phƣơng pháp dùng Ce
4+
…………………………………… ….35
2.2. Phân tích hỗn hợp nhiều chất oxi hoá hoặc nhiều chất khử… ……… 36
2.2.1. Phân tích hỗn hợp Mn, Cr, V trong thép nhẹ………… ………36
2.2.2. Phân tích hỗn hợp Cu
2
S + FeS
2
+ CuFeS
2

………………………37
2.2.3. Phân tích hỗn hợp xiclohexen và 3-allyl xiclohexen …………….38
2.3. Hiệu chỉnh kết quả chuẩn độ………………………………… ……… 39
2.4. Xác định số oxi hoá khác thƣờng của một số nguyên tố. Từ đó xác định
công thức của hợp chất siêu dẫn……………………………………….…… 39
2.4.1. Xác định số oxi hóa bất thƣờng của Crom 39
2.4.2. Xác định số oxi hóa của Coban 40
2.4.3. Sử dụng phƣơng pháp chuẩn độ iot để phân tích hệ siêu dẫn nhiệt
độ cao Y-Ba-Cu-O 40
2.4.4. Sử dụng phƣơng pháp chuẩn độ điện thế để phân tích hệ siêu dẫn
nhiệt độ cao Bi-Sr-Ca-Y-Cu-O 41
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43
3.1. Dùng phƣơng pháp bảo toàn electron để tính trong một số phép chuẩn độ
thông thƣờng 43
3.1.1. Phƣơng pháp pemanganat 43
3.1.2. Phƣơng pháp dicromat 46
3.1.3. Phƣơng pháp iot-thiosunfat…………… ………… ……………47
3.1.4. Phƣơng pháp dùng Ce
4+
51
3.2. Phân tích hỗn hợp nhiều chất oxi hoá hoặc nhiều chất khử 52
3.2.1. Phân tích hỗn hợp Mn, Cr, V trong thép nhẹ 52
3.2.2. Phân tích hỗn hợp Cu
2
S + FeS
2
+ CuFeS
2
53
3.2.3. Phân tích hỗn hợp xiclohexen và 3-allyl xiclohexen 54

3.3. Hiệu chỉnh kết quả chuẩn độ trong phƣơng pháp Brommat - bromua 55
3.4. Xác định số oxi hoá khác thƣờng của một số nguyên tố. Từ đó xác định
công thức của hợp chất siêu dẫn 56
3.4.1. Xác định số oxi hóa bất thƣờng của các nguyên tố……… 57
3.4.1.1. Xác định số oxi hóa bất thƣờng của Crom… ……… 57
3.4.1.2. Xác định số oxi hóa của Coban……………… ……… 58
3.4.2. Xác định công thức của các hợp chất siêu dẫn……………….… 59
3.4.2.1. Sử dụng phƣơng pháp chuẩn độ iot để phân tích hệ siêu dẫn
nhiệt độ cao Y-Ba-Cu-O………………………………………… ……… 59
3.4.2.2. Sử dụng phƣơng pháp chuẩn độ điện thế để phân tích hệ
siêu dẫn nhiệt độ cao Bi-Sr-Ca-Y-Cu-O…………………………… ……….62
KẾT LUẬN………………………………………………… ……………… 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………….…… ………………65











DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG

Stt
Tên hình
Trang
1

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể perovskite loại ABO
3

29
2
Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể hợp chất siêu dẫn loại
La-Sr-Cu-O
29
3
Hình 1.3: Cấu trúc của YBa
2
Cu
3
O
7

30


Stt
Tên bảng
Trang
1
Bảng 3.1: Các chất phân tích có thể dùng phƣơng pháp
pemanganat để xác định
45
2
Bảng 3.2: Các chất phân tích có thể dùng phƣơng pháp iot-
thiosunfat để xác định
49

MỞ ĐẦU
Trong thực tiễn cuộc sống, phản ứng oxi hoá - khử có lẽ là loại phản ứng
quan trọng nhất. Bao gồm: sự tạo thành các hợp chất từ đơn chất và ngƣợc lại,
tất cả các phản ứng cháy, phản ứng tạo ra dòng điện trong pin, phản ứng xảy ra
trong các cơ thể động thực vật Phản ứng oxi hóa - khử rất đa dạng và phong
phú đƣợc chia thành phản ứng giữa các nguyên tử, phân tử, ion; phản ứng nội
phân tử; phản ứng dị lị; phản ứng cảm ứng.
Trong hóa học phân tích, phản ứng oxi hoá - khử đóng vai trò rất lớn: các
phƣơng pháp phân tích nhƣ điện phân, chuẩn độ điện lƣợng, điện thế, điện di,
cực phổ, các sensor điện hóa…vấn đề biến hóa năng thành điện năng ( pin,
acquy ) hoặc ngƣợc lại biến điện năng thành hóa năng ( điện phân ). Phƣơng
pháp chuẩn độ oxi hóa - khử đƣợc áp dụng rất rộng rãi trong nghiên cứu khoa
học cũng nhƣ thực tế sản xuất. Trong giảng dạy ở bậc phổ thông trung học cũng
nhƣ đại học, phản ứng oxi hóa - khử đặc biệt đƣợc chú trọng vì nó giúp học

sinh, sinh viên hiểu đƣợc bản chất nhiều quá trình hóa học và thực tiễn.
Một trong những vấn đề lý thuyết hay của phản ứng oxi hóa - khử là
phƣơng pháp bảo toàn electron. Mặc dù, một bài toán hóa học đều có thể giải
bằng nhiều cách nhƣng với các bài toán liên quan tới phản ứng oxi hóa - khử thì
phƣơng pháp bảo toàn electron tỏ ra rất hiệu quả cho kết quả nhanh, chính xác
và đi sâu đƣợc bản chất của phản ứng. Đặc biệt phƣơng pháp bảo toàn electron
giải quyết đƣợc những trƣờng hợp phức tạp có nhiều chất oxi hóa và chất khử
cùng tham gia phản ứng. Vì thế phƣơng pháp bảo toàn electron đƣợc ứng dụng
rộng rãi trong hóa học.
Nhằm mục đích làm rõ ƣu việt của phƣơng pháp bảo toàn electron và áp
dụng phƣơng pháp này vào hóa phân tích, chúng tôi chọn đề tài “ Áp dụng
phương pháp bảo toàn electron trong hóa phân tích”. Cụ thể là phân tích hỗn
hợp các chất phức tạp, hiệu chỉnh một vài quá trình phân tích và tìm các số oxi
hóa khác thƣờng trong các hợp chất, đặc biệt các hợp chất siêu dẫn.
CHƢƠNG 1 : TÔ
̉
NG QUAN
1.1. PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ :
1.1.1. Những khái niệm cơ bản[1, 14]:
1.1.1.1. Số oxi hóa:
Số oxi hóa của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử
nguyên tố đó trong phân tử nếu giả định rằng mọi cặp electron dùng chung đều
lệch về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn( hay coi liên kết giữa các nguyên tử
trong phân tử là liên kết ion).
Số oxi hóa là đại lƣợng qui ƣớc. Trong phân tử, thƣờng tính số oxi hóa
trung bình của nguyên tố. Cách viết:  n hay
n
X


1.1.1.2. Phản ứng oxi hóa - khử:
Khái niệm về phản ứng oxi hóa - khử: Có nhiều định nghĩa về phản ứng oxi
hóa - khử:
+ Định nghĩa 1: Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng xảy ra có kèm theo sự cho
nhận electron.
+ Định nghĩa 2: Phản ứng oxi hóa –khử là phản ứng trong đó có sự chuyển dịch
điện tích.
+ Định nghĩa 3: Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng trong đó có sự thay đổi số
oxi hóa của các nguyên tố trong phản ứng.
Các khái niệm liên quan:
+ Chất oxi hóa: Là chất có khả năng nhận electron. Số oxi hóa của nó giảm. Còn
gọi là chất bị khử.
+ Chất khử: Là chất có khả năng cho electron. Số oxi hóa của nó tăng. Còn gọi
là chất bị oxi hóa.
+ Chất oxi hóa đa bậc: Là chất có thể bị khử theo nhiều nấc. Còn chất khử đa
bậc là chất có thể bị oxi hóa theo nhiều nấc.
Ví dụ: - Vanadi VI (dạng VO
2
2+
) là chất oxi hóa đa bậc vì có thể bị khử lần lƣợt
xuống hóa trị IV( VO
2+
), hóa trị III (V
3+
) và hóa trị II ( V
2+
)
VO
2
2+

+ 2e + 2H
+
VO
2+
+ H
2
O
VE
o
VOVO
1
22
2
/


(1)
VO
2+
+ e + 2H
+
V
3+
+ H
2
O
VE
o
VVO
337,0

/
2


(2)
V
3+
+ e V
2+

VE
o
VV
225,0
23
/


(3)
- Fe
3+
là chất oxi hóa đa bậc vì có thể khử xuống sắt hóa trị II ( Fe
2+
) và sắt kim
loại ( Fe
o
).
Fe
3+
+ e Fe

2+
E
o
= 0,771 V (4)
Fe
2+
+ 2e Fe
o
E
o
= - 0,44 V (5)
Ngƣợc lại, V
2+
hoặc Fe là chất khử đa bậc.
- Những chất nhƣ V
3+
hoặc Fe
2+
là chất lƣỡng tính oxi hóa - khử. Nó vừa có thể
là chất khử vừa có thể là chất oxi hóa.
+ Sự oxi hóa, quá trình oxi hóa: Là sự cho electron của chất khử.
+ Sự khử, quá trình khử: Là sự nhận electron của chất oxi hóa.
+ Cặp oxi hóa - khử liên hợp: Gồm dạng oxi hóa và dạng khử chứa cùng một
nguyên tố, có thể biến đổi qua lại lẫn nhau: Ox + ne Kh
1.1.1.3. Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử:
Có nhiều phƣơng pháp để cân bằng phản ứng oxi hóa - khử. Tùy mỗi
trƣờng hợp ta lựa chọn cách nào phù hợp. Tất cả các phƣơng pháp cân bằng
phản ứng đều dựa trên sự bảo toàn điện tích và sự bảo toàn khối lƣợng.
- Bảo toàn khối lƣợng: Trong một phản ứng hóa học thông thƣờng, với một
nguyên tố, tổng số nguyên tử trƣớc và sau phản ứng bằng nhau.

- Bảo toàn điện tích: Tổng số electron mà các chất khử cho bằng tổng số
electron mà các chất oxi hóa nhận.
 Phương pháp đại số: Dựa trên bảo toàn khối lƣợng.
 Phương pháp thăng bằng electron: Dựa trên cả hai sự bảo toàn.
 Phương pháp nửa phản ứng( hay phƣơng pháp ion – electron ):
+ Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng phổ biến với các phản ứng trong dung dịch.
Sử dụng nửa phản ứng thấy đƣợc bản chất cho nhận electron của phản ứng oxi
hóa - khử, cân bằng đƣợc ngay cả khi chƣa biết hết sản phẩm, rất tiện lợi khi
tính thế điện cực.
+ Gồm 5 bƣớc sau:
- Bƣớc 1: Viết sơ đồ phản ứng có đủ chất oxi hóa và chất khử.
- Bƣớc 2: Xác định điện tích của các chất và ion. Viết bán phản ứng oxi hóa và
bán phản ứng khử. Lƣu ý: Các chất điện li mạnh thì viết dƣới dạng ion. Các chất
điện li yếu, không điện li, chất rắn, chất khí viết dƣới dạng phân tử.
- Bƣớc 3: Cân bằng điện tích và cân bằng khối lƣợng cho mỗi bán phản ứng.
Cân bằng điện tích: Chọn vế và thêm electron để điện tích 2 vế của bán phản
ứng bằng nhau.
Cân bằng khối lƣợng: Tùy theo môi trƣờng và số nguyên tử oxi ở 2 vế mà ta
cần thêm vào vế trái H
+
, OH
-
hoặc H
2
O, còn vế phải tạo ra H
2
O, H
+
hoặc OH
-

- Bƣớc 4: Cân bằng số electron cho và số electron nhận. Cộng 2 bán phản ứng
để triệt tiêu số electron ta đƣợc phƣơng trình ion thu gọn.
- Bƣớc 5: Thêm vào 2 vế những lƣợng ion bằng nhau các ion trái dấu để bù trừ
điện tích ta đƣợc phƣơng trình dạng phân tử.
1.1.2. Chiều của phản ứng oxi hóa - khử[ 2, 5, 9, 10, 12, 15, 17, 18]:
1.1.2.1. Cơ sở để xét chiều của phản ứng oxi hóa - khử:
 Năng lượng tự do Gibbs (

G):
+ Giữa các nguyên tử, phân tử có hai xu hƣớng trái ngƣợc nhau:
- Một mặt, các nguyên tử, phân tử tiến lại gần nhau tƣơng tác với nhau tạo thành
các tổ hợp bền hơn, tức là làm giảm entanpi ( H ) của hệ để bền hơn.
- Mặt khác, do chuyển động nhiệt các nguyên tử, phân tử lại tách ra xa nhau
làm tăng độ vô trật tự của hệ, tăng entropi ( S).
+ Nhà vật lí ngƣời Mĩ J.W.Gibbs ( 1839-1903) đã đƣa ra một hàm trạng thái mới
mang tên năng lƣợng tự do Gibbs ( kí hiệu G) thể hiện đƣợc ảnh hƣởng của cả
hai xu hƣớng trên: G = H – T.S.
+ Với các quá trình biến đổi ở nhiệt độ và áp suất không đổi ( bao gồm cả các
phản ứng hóa học, sự nóng chảy, sự sôi ) ta có: G = H – T. S (6)
+ Một quá trình hóa học sẽ tự diễn biến khi G < 0. Ngƣợc lại, G > 0 quá trình
không tự diễn biến. Còn G = 0 quá trình đạt trạng thái cân bằng.
 Sức điện động của pin tạo thành giữa 2 cặp oxi hóa - khử:
+ Với một phản ứng oxi hóa - khử dạng:
Ox
1
+ Kh
2
Ox
2

+ Kh
1
(7)
- Phản ứng trên gồm 2 bán phản ứng:
Ox
1
+ pe Kh
1

][
][
lg
059,0
1
1
11
Kh
Ox
p
EE
o

(8)
Kh
2
qe+ Ox
2

][
][

lg
059,0
2
2
22
Kh
Ox
q
EE
o

(9)
> pOx
1
+ pKh
2
qKh
1
+ pOx
2
(10)
Có
Q
n
E
KhOx
OxKh
qp
EEEEE
p

pq
pq
oo
pin
lg
059,0
].[][
].[][
lg
.
059,0
0
21
21
2121

(11)
Với Q là tỉ số của phản ứng
pq
pq
KhOx
OxKh
Q
].[][
].[][
21
21

và n là số electron trao đổi trong
phản ứng oxi hóa - khử trên.

+ Giữa năng lƣợng tự do Gibbs và sức điện động của pin có mối quan hệ với
nhau: G = -nFE
p
. Trong đó: n là số electron trao đổi. F là hằng số Faraday F =
96500.
- Khi G < 0  - nFE
p
< 0 mà n > 0, F > 0 nên E
p
> 0 phản ứng tự diễn biến.
- Khi G = 0  - nFE
p
= 0 nên E
p
= 0 phản ứng đạt cân bằng.
- Khi G < 0  - nFE
p
< 0 nên E
p
> 0 phản ứng không tự diễn biến.
+ Nhƣ vậy: Dùng sức điện động của pin tạo thành giữa 2 cặp oxi hóa - khử tham
gia phản ứng oxi hóa - khử, ta cũng xét đƣợc chiều của phản ứng oxi hóa - khử.
- Nếu E
p
> 0: Phản ứng tự diễn biến.
- Ngƣợc lại E
p
< 0: Phản ứng có khả năng diễn biến theo chiều ngƣợc lại.
- Nếu E
p

= 0: Phản ứng đạt trạng thái cân bằng.
 Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa - khử:
+ Theo tính toán ở trên ta có:

pq
pq
ppin
KhOx
OxKh
qp
EEEE
].[][
].[][
lg
.
059,0
21
21
0
21

hay
pq
pq
ppin
KhOx
OxKh
nF
RT
EE

].[][
].[][
ln
21
21
0


- Trong đó: Tỉ lệ
pq
pq
KhOx
OxKh
].[][
].[][
21
21
chính là hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa -
khử trên. Nên:
K
nF
RT
EE
ppin
ln
0

(12)
- Tại thời điểm cân bằng:
0ln

0
 K
nF
RT
EE
ppin
>
KRTnFE
o
p
ln
(13)
+ Dựa vào hằng số cân bằng ta có thể biết đƣợc phản ứng diễn ra theo chiều
nào? Hay nói cách khác, khi trộn hai chất Ox
1
với Kh
2
có xảy ra phản ứng
không? Vì giữa năng lƣợng tự do Gibbs tiêu chuẩn, sức điện động tiêu chuẩn
của pin và hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa - khử có liên hệ với nhau
bằng biểu thức:
KRTnFEG
o
p
o
ln

>
K
n

K
nF
RT
E
o
p
lg
059,0
ln 
hay
059,0
0
10
p
nE
K 
(14)
+ Với một phản ứng oxi hóa - khử có khả năng tự diễn biến khi G < 0, E
p
> 0 -
-> K >1 và ngƣợc lại. Cụ thể:
- Khi 10
4
< K thì phản ứng xảy ra thực tế theo chiều thuận hoàn toàn.
- Khi 10
-3
< K < 10
3
phản ứng xảy ra theo hai chiều thuận và nghịch.
- Khi K < 10

-3
phản ứng không xảy ra hoặc xảy ra theo chiều nghịch.
Như vậy: Sử dụng năng lƣợng tự do Gibbs (G ), sức điện động của pin ( E
p
)
hoặc hằng số cân bằng K đều có thể đánh giá đƣợc chiều của các phản ứng oxi
hóa - khử. Nhƣng đó chỉ là khả năng xảy ra phản ứng chƣa thể kết luận đƣợc
phản ứng có xảy ra hay không? nhanh hay chậm?
- Nếu G < 0, E
p
> 0 hay K >1: Phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận.
- Nếu G = 0, E
p
= 0 > K =1: Phản ứng đạt trạng thái cân bằng.
- Nếu G < 0, E
p
< 0 > K <1: Phản ứng có khả năng xảy ra theo chiều
nghịch.
Ví dụ 1: Xét xem trong 2 phản ứng sau. Phản ứng nào xảy ra ở điều kiện tiêu
chuẩn? Cu + 2HCl CuCl
2
+ H
2
(15)
2Cu + O
2
+ 4HCl 2CuCl
2
+ 2H
2

O (16)
Ta thấy phản ứng (15) bao gồm 2 quá trình:
2H
+
+ 2e H
2

o
HH
E
2
/


Cu Cu
2+
+ 2e
o
CuCu
E
/
2


> Cu + 2H
+
Cu
2+
+ H
2

hay Cu + 2HCl CuCl
2
+ H
2

Có
VEEE
o
CuCu
o
HH
pin
34,034,000,0
//
2
2



- Do E
pin
< 0 nên phản ứng (15) không tự diễn biến. Đồng kim loại không tan
đƣợc trong dung dịch axit clohidric ở điều kiện chuẩn.
+ Xét phản ứng (16): Bao gồm 2 quá trình:
O
2
+ 4H
+
+ 4e 2H
2

O
VE
OHHO
23,1
0
/
22




Cu Cu
2+
+ 2e
o
CuCu
E
/
2


> 2Cu + O
2
+ 4H
+
2Cu
2+
+ 2H
2
O

hay 2Cu + O
2
+ 4HCl 2CuCl
2
+ 2H
2
O
Có
VEEE
o
CuCuOHHO
pin
89,034,023,1
/
0
/
2
22




- Do E
p
> 0 nên phản ứng (16) tự diễn biến. Đồng tan đƣợc trong dung dịch axit
clohidric có hòa tan oxi ở điều kiện chuẩn.
Ví dụ 2: Cho phản ứng: Fe
2+
+ Ag
+

Fe
3+
+ Ag (17)
Có
VE
o
AgAg
8,0
/


và
VE
o
FeFe
771,0
23
/


. Chúng ta cần xét các vấn đề sau:
(a) Chiều của phản ứng ở điều kiện chuẩn.
(b) Hằng số cân bằng của phản ứng ở 25
o
C.
(c) Chiều của phản ứng nếu trong dung dịch: [Fe
3+
]=0,1M; [Fe
2+
] =0,01M,

[Ag
+
]=0,01M khi cho bột kim loại Ag vào dung dịch trên.
Muốn vậy chúng ta xét phản ứng (1) gồm 2 bán phản ứng:
Ag
+
+ e Ag
VE
o
AgAg
8,0
/



Fe
2+
+ e Fe
3+

VE
o
FeFe
771,0
23
/



(a) Phản ứng (17) có

0029,0771,08,0
23
//
0


VEEE
o
FeFe
o
AgAg
pin

Vậy: Ở điều kiện chuẩn phản ứng (17) diễn ra theo chiều thuận.
(b) K
cb
ở 25
o
C:
Từ biểu thức liện hệ
KRTnFEG
o
p
o
ln
>
1,31010
059,0
029,0.1
059,0

0

p
nE
K

Giá trị K > 1 cũng thấy phản ứng (17) xảy ra theo chiều thuận ở điều kiện chuẩn.
(c) Khi cho Ag kim loại vào dung dịch chứa [Fe
3+
]= 0,1M; [Fe
2+
]= 0,01M,
[Ag
+
]= 0,01M thì:
][
]].[[
lg
1
059,0
3
2



Fe
AgFe
EEp
o
p

Thay số:
VEp 148,0
1,0
01,0.01,0
lg
1
059,0
029,0 
.
Do E
p
< 0, chứng tỏ ở điều kiện này phản ứng diễn ra theo chiều nghịch.
1.1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chiều của phản ứng oxi hóa - khử:
Dùng hiệu số thế điện cực của 2 cặp oxi hóa - khử trong phản ứng ta xét
đƣợc chiều của phản ứng oxi hóa - khử đó. Vì thế những yếu tố ảnh hƣởng đến
thế điện cực thì cũng ảnh hƣởng đến chiều của phản ứng oxi hóa - khử.
 Ảnh hưởng của nồng độ: Theo phƣơng trình Nernst thế điện cực đƣợc tính:
][
][
ln
Kh
Ox
nF
RT
EE
o

với E
o

là hằng số. Khi thay đổi nồng độ chất oxi hóa hoặc
chất khử thì thế điện cực thay đổi. Dẫn đến E
p
thay đổi và có thể làm thay đổi
chiều của phản ứng.
Ví dụ 1: Xét chiều của phản ứng: Zn
(r)
+ 2H
+
Zn
2+
(aq)
+ H
2(k)
(18)
- Ở điều kiện chuẩn:
0762,0)762,0(00,0
0
//
2
2


VEEE
ZnZn
o
HH
o
p
> Phản

ứng (18) diễn ra theo chiều thuận.
- Ở điều kiện: [Zn
2+
] = 1M,
atmP
H
1
2

còn [H
+
] giảm đến 10
-7
( Môi trƣờng
trung tính ) thì:

035,0
1.1
]10[
lg
2
059,0
763,0
].[
][
lg
2
059,0
27
2

2
2




V
PZn
H
EEp
H
o
p

Phản ứng (18) vẫn diễn ra theo chiều thuận.
Ví dụ 2: (a) Tính thế chuẩn của pin gồm điện cực Sn
2+
/Sn và Pb
2+
/Pb
Ta có:
VEVE
SnSnPbPb
136.0126,0
0
/
0
/
22



nên:
>
001,0136.0126,0
0
/
0
/
22


VEEE
SnSnPbPb
o
p

Vì
0
o
p
E
nên ở điều kiện chuẩn phản ứng oxi hóa - khử diễn ra nhƣ sau:
Sn + Pb
2+
Pb+Sn
2+
(19)
(b) Nếu vẫn giữ nguyên [Sn
2+
] = 1M, và giảm nồng độ của Pb

2+
đi 10 lần thì
điều gì sẽ xảy ra?
Lúc này:
0195,0
1
1,0
lg
2
059,0
01,0
][
][
lg
2
059,0
2
22



V
Sn
Pb
EEp
o
p

Do E
p

< 0 phản ứng trong pin diễn ra theo chiều: Pb+Sn
2+
Sn + Pb
2+

+ Nhận xét: Đối với những phản ứng có sức điện động không lớn thì khi thay
đổi nồng độ dung dịch chất oxi hóa hay chất khử có thể làm thay đổi chiều của
phản ứng.
 Ảnh hưởng của pH:
+ Nhƣ ta đã biết pH có thể ảnh hƣởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến thế điện cực.
Khi pH thay đổi thế điện cực của nhiều cặp oxi hóa - khử thay đổi, do đó chiều
của phản ứng cũng có thể bị thay đổi.
+ Ví dụ: Xét chiều của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn và khi tăng nồng độ của
HCl lên 2M, các điều kiện khác không đổi.
Cr
2
O
7
2-
(aq)
+ 14H
+
(aq)
+ 6Cl
-
(aq)
3Cl
2(k)
+ 2Cr
3+

(aq)
+ 7H
2
O (20)
- Ở điều kiện chuẩn: [H
+
] = 1M hay pH = 0:

003,036,133,1
/
0
/
2
32
72




VEEE
ClCl
o
CrHOCr
o
p
> Phản ứng trên diễn ra
theo chiều nghịch.
- Tăng [H
+
] lên 2M ( tức pH = 0,3) thì:

001,0
1.1
1.2.1
lg
6
059,0
03,0
.][
].[]].[[
lg
6
059,0
2
614
23
6142
72
2



V
PCr
ClHOCr
EEp
Cl
o
p

> Trong điều kiện này phản ứng diễn ra theo chiều thuận.
Ta thấy: khi pH thay đổi chƣa nhiều( từ pH=0 lên pH = 0,3), phản ứng oxi hóa
- khử này đã đổi chiều.
 Ảnh hưởng của sự tạo thành hợp chất ít tan: Khi tạo hợp chất ít tan ảnh
hƣởng đáng kể đến nồng độ của các ion trong dung dịch. Vì thế mà thế của từng
cặp oxi hóa - khử ( từng bán phản ứng) thay đổi và có thể làm thay đổi chiều của
phản ứng.
Ví dụ: Phản ứng có xảy ra không khi cho kim loại Ag vào dung dịch H
2
S?
- Xét phản ứng: Ag + H
+
Ag
+
+
2
1
H
2

(k)
(21)
có:
08,080,000,0
0
/
/2
2




VEEE
AgAg
HH
oo
p
nên bình thƣờng ta sẽ kết
luận Ag không tan trong dung dịch H
2
S 1M.
- Do Ag
+
tạo kết tủa Ag
2
S nên
AgAg
E
/

sẽ thay đổi:
2Ag
+
+ S
2-
Ag
2
S (22)
Với
2,49
10

2


SAg
T
. Giả sử [H
2
S] = 1M thì:
- Nồng độ H
+
là nghiệm của phƣơng trình:
x
3
+ K
1
x
2
+ K
1
(K
2
-C
o
)x

- 2K
1
K
2
C

o
= 0 và
 
 




H
KK
K
KK
S
21
1
21
2
.2
.

( x là [H
+
], C
o
là nồng độ ban đầu của H
2
S; C
o
= 1M)
- Thay số: K

1
= 10
-7,02
; K
2
= 10
-12,9
, C
o
= 1M thì: [H
+
] = 3,09.10
-4
(M) và [S
2-
]
= 10
-12,9
( Cách tính gần đúng bằng cách bỏ qua nấc phân li thứ 2 cũng cho kết
quả tƣơng tự). Khi đó:

   
2,492
2
10.
2

 SAgT
SAg
>

 
 
15,183,36
9,12
2,49
2
1010
10
10
2






S
T
Ag
SAg

>
 
0064,0
1.10
10.09,3
lg059,08,0
].[
lg059,0
15,18

4
2





V
PAg
H
EEp
H
o
p

> Phản ứng xảy ra theo chiều thuận.
+ Nhƣ vậy, trong trƣờng hợp này Ag kim loại tan đƣợc trong dung dịch H
2
S là
nhờ sự tạo thành hợp chất ít tan Ag
2
S.
 Ảnh hưởng của sự tạo thành phức chất: Nhƣ ta đã biết sự tạo thành phức
chất làm thay đổi thế điện cực. Theo phƣơng trình Nernst:

][
][
ln
Kh
Ox

nF
RT
EE
o

hay
][
][
lg
059,0
Kh
Ox
n
EE
o


- Nếu phối tử tạo phức chất với dạng oxi hóa thì nồng độ dạng oxi hóa giảm
xuống làm thế điện cực giảm và ngƣợc lại.
- Nếu phối tử tạo phức với cả hai dạng oxi hóa và khử thì tùy hằng số bền của
từng phức chất mà thế điện cực tăng hay giảm, nhiều hay ít.
- Vì thế điện cực thay đổi nên có thể thay đổi chiều của phản ứng.
Ví dụ 1: Xét phản ứng: 2Fe
3+
(aq)
+ 2I
-
(aq)
2Fe
2+

(aq)
+ I
2(aq)
(23)
Ở điều kiện tiêu chuẩn phản ứng diễn ra theo chiều thuận vì:

0234,0536,077,0
0
2/
0
/
2
23


VEEE
IIFeFe
o
p

Khi thêm vào dung dịch một lƣợng dƣ NaF để nồng độ của F- khi cân bằng là
[F
-
] = 1M thì:
Fe
3+
+ 6F
-
[Fe(F
6

)]
3-

6
= 10
16
(24)
( Bỏ qua các phức với số phối trí nhỏ hơn (từ 1 đến 5) vì F
-

dƣ, và 
6
lớn hơn rất
nhiều so với các hằng số bền 
i
khác, tức [Fe(F
6
)]
3-
bền hơn các phức với số
phối trí nhỏ hơn)
Từ phƣơng trình (24) ta có:
16
3
6
63
10
][
]].[[





FeF
FFe
mà [F
-
]=1M nên:
].[10][
3163
6

 FeFeF
. Nồng độ của phức [FeF
6
]
3-
rất lớn so với [Fe
3+
] nên ta có
thể coi: [FeF
6
]
3-
= [Fe
3+
]
ban đầu
= 1M thì [Fe
3+

] = 10
-16
. Khi đó:

0174,0
1
10
lg059,077,0'
16
/
0
23



VE
FeFe


071,0536,0174,0
0
2/
'0
/
2
23


VEEE
IIFeFe

p

> Phản ứng diễn ra theo chiều nghịch.
Ví dụ 2:
- Ở điều kiện chuẩn Ag kim loại không tan đƣợc trong các dung dịch axit
thông thƣờng do:
08,08,000,0
0
/
0
/
2


VEEE
AgAgHH
o
p

- Khi cho Ag kim loại vào dung dịch HCN thì:
2Ag + 4HCN 2H[Ag(CN)
2
] + H
2
(25)
Với hằng số bền của [Ag(CN)
2
]
+
là 

2
= 7.10
19

- Tính toán tƣơng tự ta đƣợc:
0371,0)10.7lg(059,08,0'
19
/
0


VE
AgAg


0371,0)371,0(00,0
//
2


VEEE
AgAgHH
p

> Điều đó chứng tỏ Ag tan đƣợc trong dung dịch axit HCN.
Qua 2 ví dụ trên ta thấy, sự tạo thành phức chất có thể thay đổi đƣợc chiều của
nhiều phản ứng oxi hóa.
1.1.3. Tốc độ của phản ứng oxi hóa – khử [ 5 ]:
Hiệu thế chuẩn của hai cặp oxi hóa - khử liên hợp chỉ cho ta biết khả năng
xảy ra phản ứng, còn phản ứng xảy ra nhanh đến mức nào còn tùy thuộc vào tốc

độ của nó.
Tốc độ của phản ứng oxi hóa - khử phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ nhiệt
độ, nồng độ các chất tham gia phản ứng, chất xúc tác, sự cảm ứng……
1.4.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ:
Khi nhiệt độ tăng 10
o
C thì tốc độ phản ứng tăng 2-3 lần. Ta thấy, khi tăng
nhiệt độ theo cấp số cộng thì tốc độ tăng theo cấp số nhân.
Có nhiều trƣờng hợp, phản ứng không xảy ra ở nhiệt độ thƣờng nhƣng lại
xảy ra nhanh khi đun nóng. Ví dụ nhƣ phản ứng:
5H
2
C
2
O
4
+ 2KMnO
4
+ 3 H
2
SO
4
2MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ 10CO
2

+ 8H
2
O (26)
Nên khi chuẩn độ axit oxalic bằng phƣơng pháp pemanganat phải tiến hành ở
70
o
C đến 80
o
C.
Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ có thể làm bay hơi dung môi, hoặc có thể cả
chất phản ứng ( ví dụ I
2
), hoặc các chất đó bị oxi hóa bởi oxi không khí nhanh
hơn nên có nhiều trƣờng hợp không áp dụng đƣợc.
1.1.3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ các chất và pH của môi trƣờng:
Khi tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng thì tốc độ phản ứng tăng lên.
Ví dụ: Với phản ứng: 2I
-
+ H
2
O
2
+ 2H
+


I
2
+ H
2

O (27)
Theo định luật tác dụng khối lƣợng: v = K.[I
-
]
2
.[H
2
O
2
].[H
+
]
2
. Nếu nồng
độ ba chất tham gia phản ứng bằng nhau và bằng C thì v = KC
5
. Tuy nhiên, thực
nghiệm đã chứng tỏ, tốc độ phản ứng tỉ lệ với bình phƣơng của nồng độ. Nghĩa
là v = K.C
2
do bậc của phản ứng không bằng tổng các hệ số của các chất tham
gia phản ứng.
Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào vận tốc các giai đoạn trung gian. Mà các
giai đoạn trung gian của phản ứng oxi hóa - khử rất phức tạp, ta chƣa biết hết
một cách chính xác.
1.1.3.3. Ảnh hƣởng của chất xúc tác:
Chất xúc tác là những chất làm thay đổi tốc độ phản ứng nhƣng không bị
tiêu hao. Nó tham gia vào phản ứng ở những giai đoạn trung gian và lại đƣợc tái
sinh ở giai đoạn cuối.
Ví dụ 1: Mặc dù thế chuẩn của cặp S

2
O
8
2-
/2SO
4
2-
bằng + 2,0V lớn hơn thế
chuẩn của cặp MnO
4
-
/Mn
2+
khá nhiều, song nếu dung dịch chỉ có các ion S
2
O
8
2-
, và Mn
2+
thì phản ứng giữa chúng rất chậm, thực tế là không xảy ra. Nếu thêm
vào dung dịch chứa S
2
O
8
2-
và Mn
2+
một lƣợng muối bạc nitrat, thì các ion Ag
+

sẽ xúc tác làm phản ứng xảy ra nhanh. Phản ứng đó xảy ra theo các giai đoạn
sau:
S
2
O
8
2-
+ 2H
+
H
2
S
2
O
8
(28)
2H
2
S
2
O
8
+ 2H
2
O 4H
2
SO
4
+ 2O (29)

2Ag
+
+ O + H
2
O Ag
2
O
2
+ 2H
+
(30)
5Ag
2
O
2
+ 2Mn
2+
+ 4H
+
2MnO
4
-
+ 10Ag
+
+ 2H
2
O (31)
Ví dụ 2:
- Phản ứng oxi hóa oxalat ( C
2

O
4
2-
) bằng pemanganat (MnO
4
-
) trong môi trƣờng
axit thƣờng đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình:
2MnO
4

-
+ 5C
2
O
4
2-
+ 16H
+
2Mn
2+
+ 10CO
2
+ 8H
2
O (32)
Nhƣng thực ra phƣơng trình đó chỉ là phƣơng trình tổng cộng nhiều phản ứng
mà không mô tả đƣợc cơ chế của phản ứng đó.
- Nếu trong dung dịch ban đầu chỉ chứa các ion MnO
4

-
, C
2
O
4
2-
và H
+
thì phản
ứng xảy ra rất chậm. Nếu thêm vào đó một lƣợng nhỏ muối mangan(II) sunfat
thì phản ứng xảy ra nhanh. Vì ion Mn
2+
đã xúc tác làm tăng tốc độ của phản ứng
này.
- Phản ứng giữa MnO
4
-
và C
2
O
4
2-
có Mn
2+
làm chất xúc tác xảy ra theo các giai
đoạn sau:
2 MnO
4
-
+ 3Mn

2+
+ 16H
+
 5Mn
4+
+ 8H
2
O (33)
( phản ứng xảy ra nhanh)
Mn
4+
+ Mn
2+
2Mn
3+
(34)
( phản ứng xảy ra nhanh, thuận nghịch)
Tiếp theo, các ion Mn
3+
và Mn
4+
phản ứng với ion C
2
O
4
2-
theo các giai đoạn
sau:
Mn
4+

+ C
2
O
4
2-
 Mn
3+
+ CO
2
+ CO
2
-
(35)
Mn
4+
+ CO
2
-
 Mn
3+
+ CO
2
(36)
( phản ứng xảy ra nhanh)
Mn
3+
+ 2C
2
O
4

2-
Mn(C
2
O
4
)
2
-
(37)
( phản ứng tạo phức nhanh và thuận nghịch)
Mn
3+
+ C
2
O
4
2-
 Mn
2+
+ CO
2
+ CO
2
-
(38)
Mn
3+
+ CO
2
-

 Mn
2+
+ CO
2
(39)
Nếu dung dịch ban đầu có ion Mn
2+
thì ion Mn
4+
đƣợc tạo thành trong phản
ứng (33) sẽ bị khử nhanh xuống Mn
3+
, sau đó Mn
3+
sẽ tạo phức với C
2
O
4
2-
,
phức này bị phân hủy chậm.
Trong thực tế, các chất xúc tác thƣờng đƣợc chọn bằng thực nghiệm theo
qui tắc sau: thế chuẩn của chất xúc tác phải ở khoảng giữa thế chuẩn của chất
oxi hóa và chất khử. Qui tắc này giúp ta hạn chế đƣợc số chất cần phải thử bằng
thực nghiệm. Nhƣng để chọn đƣợc chất xúc tác thích hợp nhất ta cần phải làm
nhiều thí nghiệm, thử với nhiều xúc tác có thể.
1.1.3.4. Ảnh hƣởng của phản ứng cảm ứng:
Phản ứng cảm ứng là phản ứng một mình xảy ra rất chậm nhƣng tốc độ
của nó đƣợc tăng lên khi đồng thời có một phản ứng nhanh khác xảy ra. Nguyên
nhân, cơ chế của hiện tƣợng này chƣa đƣợc giải thích một cách thống nhất. Tuy

vậy, ngƣời ta thƣờng cho rằng trong quá trình phản ứng có tạo nên những chất
trung gian có tính oxi hóa - khử mạnh hơn chất ban đầu.
Ví dụ 1: Cromat CrO
4
2-
oxi hóa mangan II( Mn
2+
) rất chậm, nhƣng nếu có đồng
thời H
3
AsO
3
thì phản ứng giữa CrO
4
2-
và Mn
2+
xảy ra nhanh, vì phản ứng oxi
hóa H
2
AsO
3
bẳng CrO
4
-
làm tăng tốc độ của phản ứng giữa CrO
4
-
và Mn
2+

.
Hiện tƣợng đó có thể đƣợc giải thích nhƣ sau:
- Đầu tiên xảy ra phản ứng: CrO
4
2-
+ H
3
AsO
3
H
3
AsO
4
+ CrO
3
2-
(40)
( phản ứng xảy ra nhanh)
- Tiếp theo CrO
3
2-
đƣợc tạo thành sẽ oxi hóa Mn
2+
thành Mn
3+
:
CrO
3
2-
+ Mn

2+
+ 6H
+
Mn
3+
+ Cr
3+
+ 3H
2
O (41)
( phản ứng xảy ra nhanh)
Ví dụ 2:
- Một trƣờng hợp hay gặp trong thực tế là khi định phân Fe
2+
bằng pemanganat
trong môi trƣờng axit HCl thì lƣợng pemanganat dùng thƣờng lớn hơn lƣợng
tƣơng đƣơng với Fe
2+
.
- Nguyên nhân, khi chỉ có một mình axit HCl loãng thì axit không bị
pemanganat oxi hóa, nhƣng nếu trong dung dịch đồng thời có cả Fe
2+
thì HCl bị
oxi hóa bởi pemanganat dƣới dạng phản ứng cảm ứng. Đầu tiên Fe
2+
bị
pemanganat oxi hóa thành Fe
5+
, rồi Fe
5+

oxi hóa Fe
2+
thành Fe
3+
, đồng thời oxi
hóa Cl
-
thành Cl
2
:
2Fe
2+
+ Fe
5+
3Fe
3+
(42)
Fe
5+
+ 2Cl
-
Fe
3+
+ Cl
2
(43)
Clo sinh ra lại oxi hóa Fe
2+
: 2Fe
2+

+ Cl
2
2Fe
3+
+ 2Cl
-
(44)
Nếu tất cả lƣợng Cl
2
ở trong dung dịch thì lƣợng Fe
3+
sinh ra sẽ tƣơng đƣơng
với lƣợng pemanganat đã tác dụng với lƣợng Cl
-
để tạo nên Cl
2
và nhƣ vậy
không gây nên sai số. Nhƣng vì có một lƣợng khí clo nào đó thoát ra khỏi dung
dịch nên đã phải dùng dƣ pemanganat.
- Mặt khác, nếu thêm vào dung dịch một lƣợng nhỏ muối mangan II (Mn
2+
) thì
sẽ không gây sai số vì Mn
2+
dễ bị Fe
5+
oxi hóa hơn:
Fe
5+
+ 2Mn

2+
Fe
3+
+ 2Mn
3+
(45)
Mn
3+
sinh ra sẽ oxi hóa Fe
2+
: Fe
2+
+ Mn
3+
Fe
3+
+ Mn
2+
(46)
Mn
3+
không bị mất đi nhƣ khí Cl
2
nên không bị mắc sai số. Nhƣng khi định
phân hidro peoxit H
2
O
2
bằng pemanganat hoặc định phân Fe
2+

bằng xeri IV(
Ce
4+
) thì có thể dùng HCl để axit hóa dung dịch mà không gây sai số. Do đó,
chƣa có một qui luật chắc chắn để dự đoán phản ứng cảm ứng nào có thể xảy ra.
Thƣờng có thể dự đoán các phản ứng cảm ứng bằng hai qui tắc thực nghiệm sau:
- Nếu trong dung dịch có hai chất khử A
kh
và B
kh
có thế oxi hóa khác nhau
nhiều thì thƣờng B
kh
bị oxi hóa một phần do hiện tƣợng cảm ứng. Nhƣng nếu
phản ứng: B
ox
+ A
kh
B
kh
+ A
ox
xảy ra nhanh thì sự cảm ứng không gây nên
sai số, vì B
kh
sẽ đƣợc tái sinh hoàn toàn. Nếu phản ứng trên xảy ra chậm hoặc
một phần B
ox
bị thoát ra khỏi dung dịch thì sẽ mắc sai số.
- Nếu một chất bị oxi hóa hoặc bị khử chậm bởi một thuốc thử thì tốc độ của

phản ứng sẽ tăng khi đồng thời xảy ra phản ứng giữa thuốc thử và một chất
khác.
Ví dụ: PO
3
3-
trong môi trƣờng axit không làm mất màu dung dịch kali
pemanganat, nhƣng nếu có Fe
2+
trong dung dịch thì PO
3
3-
sẽ khử MnO
4
-
.
- Oxi có trong không khí có khả năng tham gia vào một số phản ứng cảm ứng và
đây là một nguyên nhân gây ra sai số khi tiến hành phân tích các chất bằng phản
ứng oxi hóa - khử.
Ví dụ: + Khi chuẩn độ Sn
2+
bằng dung dịch chuẩn kali pemanganat ( KMnO
4
)
hoặc K
2
Cr
2
O
7
thì lƣợng Sn

2+
bị oxi hóa một phần bởi oxi không khí do phản
ứng cảm ứng.
+ Ion HSO
3
-
bị oxi hóa ít và chậm bởi oxi không khí thành SO
4
2-
, nhƣng trong
quá trình trung hòa HSO
3
-
bằng kiềm NaOH thì HSO
3
-
bị oxi không khí oxi hóa
rất nhanh thành SO
4
2-
.






1.2. PHƢƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON
1.2.1. Nguyên tắc của phƣơng pháp[ 3, 14 ]:
Trong hỗn hợp có nhiều chất khử, nhiều chất oxi hóa thì: tổng số electron

mà các chất khử cho phải bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận. Khi
tính toán chúng ta thƣờng dùng: tổng số mol electron mà các chất khử cho bằng
tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận.
Nguyên nhân: Trong các phản ứng hóa học thông thƣờng, không làm thay
đổi hạt nhân các nguyên tử( thay đổi số proton, nơtron ) mà chỉ thay đổi lớp vỏ
của nguyên tử, ion đó là lớp electron. Các phản ứng oxi hóa - khử xảy ra chỉ
chuyển electron từ nguyên tử, ion này sang nguyên tử, ion khác nhƣng tổng số
electron của các nguyên tử, ion tham gia phản ứng không đổi nên số electron
cho phải bằng số electron nhận.
1.2.2. Ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp [ 14 ]:
Hầu hết các bài toán hóa học đều có thể giải bằng nhiều cách khác nhau.
Thế nên, phƣơng pháp bảo toàn electron không phải là cách duy nhất để giải
đƣợc bài toán. Hay nói cách khác, bất cứ bài toán nào giải đƣợc bằng phƣơng
pháp bảo toàn electron đều có thể giải đƣợc bằng các phƣơng pháp khác.
Tuy nhiên, phƣơng pháp bảo toàn electron có nhiều ƣu điểm và cho phép ta
giải nhanh nhiều bài toán trong trƣờng hợp phức tạp. Về nguyên tắc, tất cả các
bài toán liên quan tới phản ứng oxi hóa - khử đều có thể áp dụng phƣơng pháp
bảo toàn electron. Tuy nhiên, phƣơng pháp này tỏ ra hiệu quả nhất trong trƣờng
hợp: có nhiều chất oxi hóa và chất khử cùng tham gia phản ứng, hay phản ứng
qua nhiều giai đoạn, hay bài toán cần phải biện luận nhiều trƣờng hợp.
Ưu điểm:
- Học sinh thấy đƣợc bản chất của các quá trình oxi hóa - khử.
- Không cần viết phƣơng trình phản ứng, chỉ cần xác định đúng trạng thái đầu
và trạng thái cuối mà nhiều khi không cần quan tâm đến các trạng thái trung
gian. Chỉ cần viết và cân bằng các bán phản ứng trên khi xác định đƣợc trạng
thái đầu và trạng thái cuối.
- Cách giải ngắn gọn, mất ít thời gian.
Nhược điểm:
Với học sinh kém, việc tìm ra trạng thái oxi hóa đầu và cuối mà không cần
viết phƣơng trình phản ứng là khó khăn nên khó áp dụng phƣơng pháp này.

1.2.3. Các bƣớc tiến hành [14]:
+ Xác định trạng thái đầu và trạng thái cuối của các quá trình oxi hóa và khử.
Viết và cân bằng các nửa phản ứng.
+ Dựa vào các nửa phản ứng, dữ liệu đề bài cho phép tính đƣợc số mol electron
cho và nhận.
+ So sánh số mol electron cho và nhận để xác định chất hết, chất dƣ và tính
toán theo yêu cầu đề bài.
1.2.4. Ví dụ[ 3, 14 ]:
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 49,6g hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
bằng
dung dịch H
2
SO
4
đặc, nóng thu đƣợc 8,96lit khí SO
2
( sản phẩm khử duy nhất,
đktc) và dung dịch Y. Tính phần trăm khối lƣợng oxi trong X và khối lƣợng
muối trong Y. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Lời giải:
Cách 1: Phƣơng pháp cổ điển( đại số):
+ Các phản ứng hóa học xảy ra:
2Fe + 6H

2
SO
4
 Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3SO
2
+ 6H
2
O (1)
2FeO + 4H
2
SO
4
 Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ 4H
2
O (2)
2Fe

3
O
4
+ 10H
2
SO
4
 3Fe
2
(SO
4
)
3
+ SO
2
+ 10H
2
O (3)
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4
 Fe
2
(SO
4

)
3
+ 3H
2
O (4)
+ Gọi x, y, z, t là số mol tƣơng ứng của Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
thì:
- Khối lƣợng hỗn hợp X là: 56x + 72y + 232z + 160t = 49,6
hay 56(x+ y+ 3z +2t) + 16(y+4z+3t)=49,6 (I)
- Số mol khí SO
2
thoát ra ở phản ứng (1, 2, 3) là:
4,0
2
1
2
1
2
3
 zyx

hay 3(x+y+3z+2t) - 2(y+4z+3t)= 0,8 (II)
+ Từ (I, II) ta suy ra: x+y+3z+2t = 0,7 và y + 4z + 3t= 0,65

+ Do vậy, phần trăm khối lƣợng oxi trong X là:

%21%100
6,49
65,016
%100% 


X
O
m
m
oxikhoiluong

+ Khối lƣợng muối trong dung dịch Y theo ( 1, 2, 3, 4) là:
35,0
2
7,0
2
3
2
1
2
1
342
)(
 tzyxn
SOFe
>
gm

SOFe
140)396256(35,0
342
)(


Cách 2: Phƣơng pháp bảo toàn electron
+ Gọi tổng số mol nguyên tử của sắt và oxi trong X lần lƣợt là a, b:
- Theo bảo toàn khối lƣợng: m
X
= m
Fe
+ m
O
= 56a + 16b = 49,6 (III)
- Theo bảo toàn electron:
Fe  Fe
+3
+ 3e O + 2e O
-2

S
+6
+ 2e  S
+4

n
e cho
= n
e nhận

> 3a = 2b + 20,4 (IV)
+ Giải hệ (III, IV) ta có a = 0,7; b = 0,65 và tính đƣợc kết quả nhƣ trên.
Ví dụ 2:
Cho 18,5g hỗn hợp Z gồm Fe, Fe
3
O
4
tác dụng với 200ml dung dịch HNO
3

loãng, đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu đƣợc
2,24lit khí NO duy nhất ( đktc), dung dịch Z
1
và còn lại 1,46g kim loại.
a) Tính nồng độ mol/l của dung dịch HNO
3
.
b) Tính khối lƣợng muối trong dung dịch Z
1
.
Lời giải:
Cách 1: Phƣơng pháp cổ điển( đại số):