Phát triển phương pháp bảo toàn electron giải nhanh các bài toán với chất khử là KL và axit có tính ôxi hóa

PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON GIẢI NHANH CÁC
BÀI TOÁN VỚI CHẤT KHỬ LÀ KIM LOẠI VÀ AXIT CÓ TÍNH OXI HÓA


Với hình thức thi trắc nghiệm học sinh thường mất nhiều thời gian khi giải những bài tập
tính toán. Để giải quyết vấn đề đó cần tim ra những phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm
thời gian. Với bài tập hỗn hợp kim loại phản ứng với hỗn hợp axit có tính oxi hóa là những bài
toán khó để giúp học sinh giải nhanh loại bài tập này tôi đưa ra phương pháp “
Phát triển phương
pháp bảo toàn electron giải nhanh các bài toán với chất khử là kim loại và axit có tính oxi hóa”
I. Cơ sở lí thuyết:
Xét kim loại M có số oxi hóa khi tham gia phản ứng oxi hóa khử là +n với (n>0) và axit
HNO
3
.
Giọi số mol electron kim loại M nhường là a (a
∈
R
*
+
) quá trình oxi hóa M
→
M
+n
+ n.e
Ta có: n
M
=
n
a
. Giả sử N

+5
bị khử xuống N
+x
( x
∈
Z) quá trình khử N
+5
+ (5-x)e
→
N
+x

Ta có: n
N
x+
=
x
a
−
5
(1)
Vì số mol NO
3
-
cần để tạo muối gấp n lần số mol của kim loại M nên n
NO
−
3
= n.
n

a
(2)
Từ (1) và (2) ta có mối quan hệ giữa số mol NO
3
-
tạo muối và số mol N
+x
được biểu thị bằng
biểu thức sau:
x
N
NO
n
n
+
−
3
=
x
a
−
5
= 5-x (*)
Số mol electron trao đổi gấp bao nhiêu lần số mol điện tích của anion tạo muối thì số mol
của anion tạo muối gấp bấy nhiêu lần số mol của N
+x

Tương tự đối với chất oxi hóa là axit H
2
SO

4
đặc.
Giả sử S
+6
bị khử xuống S
+x
( x
∈
Z) quá trình khử S
+6
+ (6-x)e
→
S
+x
, ta có: n
S
x
+
=
x
a
−
6
(1’)
Số mol SO
4
2-
tạo muối =
2
n

.
n
a
=
2
a
(2’)
Từ (1’) và (2’) ta có mối quan hệ giữa số mol SO
4
2-
tạo muối và số mol S
+x
là:
x
S
SO
n
n
+
−2
4
=
x
a
a
−
6
2
=
2

6 x
−
(**)
Số mol electron trao đổi gấp bao nhiêu lần số mol điện tích anion tạo muối thì số mol của
anion tạo muối gấp bấy nhiêu lần số mol của S
+x

Vậy số mol electron trao đổi gấp bao nhiêu lần số mol điện tích của anion tạo muối
thì số mol của anion tạo muối gấp bấy nhiêu lần số mol của chất có số oxi hóa +x ( chất
khử yếu hơn)
II. Một số ví dụ:
Ví dụ 1. Cho m(g) kim loại Fe tác dụng vừa đủ với 100ml dung dịch HNO
3
x(M) thu
được 2,24 lít khí NO(đktc). Tính giá trị x?
Giải
Phương pháp thông thường:
Phương trình phản ứng: Fe + 4HNO
3

→
Fe(NO
3
)
3
+ NO + H
2
O
từ phương trình ta có: n
HNO

3
= 4n
NO
= 4.
4,22
24,2
= 0,4 mol
 x =
1,0
4,0
=4M
Phương pháp đề xuất:
Phương trình nhận electron: N
+5
+ 3e
→
N
+2
ta thấy số mol electron trao đổi gấp 3 lần số mol
điện tích anion tạo muối nên
n
NO
−
3
tạomuối
= 3n
NO
mà n
HNO
3

= n
NO
−
3
+ n
NO
= 3n
NO
+ n
NO
= 4.n
NO

 x =
1,0
4,0
=4M
Với phương pháp này học sinh không cần phải viết phương trình phản ứng chỉ cần lập tỉ số
giữa số mol electron trao đổi và số mol của điện tích anion tạo muối và thực hiện một số phép
tính dơn giản vì vậy sẽ tiết kiệm được rất nhiều thời gian.
Ví dụ 2. Cho m(g) kim loại X tác dụng vừa đủ với 100ml dung dịch HNO
3
x(M) thu được
2,24 lít khí NO(đktc). Tính giá trị của x?



Giải
Với ví dụ này bằng phương pháp thông thường không giải được nhưng bằng phương pháp
đề xuất ở trên bài toán trở nên rất đơn giản chỉ với vài phép tính:

Phương trình nhận electron: N
+5
+ 3e
→
N
+2
ta thấy số mol electron trao đổi gấp 3 lần số mol
điện tích anion tạo muối nên
n
NO
−
3
= 3n
NO
mà n
HNO
3
= n
NO
−
3
+ n
NO
= 3n
NO
+ n
NO
= 4.n
NO

 x =
1,0
4,0
=4M
Với phương pháp này chúng ta có thể dùng giải nhanh bài tập phù hợp để ra đề kiểm tra trắc
nghiệm khách quan với các câu hỏi dạng: nồng độ, khối lượng muối tạo thành,số mol axit tham
gia phản ứng,…
Ví dụ 3. Hòa tan vừa đủ 6g hỗn hợp 2 kim loại X, Y có hóa trị tương ứng I, II vào dung dịch
hỗn hợp 2 axit HNO
3
và H
2
SO
4
, thì thu được 2,688 lít hỗn hợp khí B gồm NO
2
và SO
2
(đktc)
nặng 5,88g. Cô cạn dung dịch sau cùng thì thu được m(g) muối khan. Tính m?
Giải
n
B
=
4,22
688,2
= 0,12 mol
Giọi số mol của NO
2
là x số mol của SO

2
là y ta có



=+
=+
88,56446
12,0
yx
yx
giải ra ta có



=
=
02,0
1,0
y
x

Phương trình nhận electron: S
+6
+2e
→
S
+4

N

+5
+1e
→
N
+4

Ta có n
SO
−2
4

tạomuối
=
2
2
.n
SO
2
= 0,2 mol => khối lượng anion sunfat tạo muối là: 96.0,02 = 1,92g
n
NO
−
3
tạomuối
=
1
1
.n
NO
2

= 0,1 mol => khối lượng anion nitrat tạo muối là: 62.0,1 = 6,2g
Vậy khối lượng muối khan thu được là: m = 6 + 1,92 + 6,2 = 14,12g
Ưu điểm của phương pháp này là số kim loại tùy ý bao nhiêu cũng được, càng nhiều kim
loại phương pháp càng tỏ ra vợt trội so với phương pháp thông thường
Ví dụ 4. Cho 12g hỗn hợp hai kim loại X, Y hòa tan hoàn toàn vào dung dịch HNO
3
thu
được m(g) muối và 1,12 lít khí không duy trì sự cháy(đktc). Tính giá trị của m?


Giải
Khí không duy trì sự cháy là N
2

Phương trình nhận electron: N
+5
+5e
→
N
0

n
N
0
= 2n
N
2
= 2.
4
.

22
12,1
= 0,1mol.
n
NO
−
3
tạomuối
=
1
5
n
N
0
= 5.0,1 = 0,5 mol => khối lượng anion nitarat tạo muối là: 0,5.62 = 31g.
Vậy khối lượng muối khan thu được là: 31+ 12 = 43g
Ví dụ 5. Hòa tan hỗn hợp gồm Mg, Fe và kim loại X vào dung dịch HNO
3
thu được hỗn
hợp khí gồm 0,03 mol NO
2
và 0,02 mol NO. Số mol HNO
3
đã tham gia phản ứng là bao nhiêu?
Giải
Phương trình nhận electron: N
+5
+ 3e
→
N

+2


N
+5
+1e
→
N
+4

n
NO
−
3
tạomuối
=
1
1
n
N
4
+
+
1
3
n
N
2
+

= n
NO
2
+3n
NO
= 0,03 + 3.0,02 = 0.09 mol
n
HNO
3
đã phản ứng
= n
NO
−
3
tạomuối
+ n
NO
2
+ n
NO
= 0,09 + 0,03 + 0.02 = 0,14 mol
Ví dụ 6. Hòa tan hoàn toàn 5,04g hỗn hợp gồm 3 kim loại X, Y, Z vào 100ml dung
dịch HNO
3
x(M) thu được m(g) muối 0,02 mol NO
2
và 0,005 mol N
2
O. Tính giá trị x và m?
Giải

Phương trình nhận electron: N
+5
+ 4e
→
N
+


N
+5
+1e
→
N
+4

n
NO
−
3
tạomuối
=
1
1
n
N
4
+

+
1

4
n
N
1
+
= n
NO
2
+ 4.(2n
N
2
O
) = 0,02 + 4.(0,005.2) = 0.02 + 0,04 = 0,06 mol
 m
NO
−
3
tạomuối
=0,06.62 = 3,72g
 m =m
KL
+ m
NO
−
3
tạomuối
= 5,04 + 3,72 = 8,76g
n
HNO
3

tham gia phản ứng
= n
NO
−
3
tạomuối
+ n
N
4
+
+ n
N
1
+
= 0,06 + 0,02 + 0,005.2 = 0,09 mol
 x= C
M
3
HNO
=
1,0
09.0
=0,9M 