$1$. Cơ sở của phương pháp
Trong phản ứng oxi hóa khử: $∑$ số electron nhường = $∑$ số electron nhận
$∑$ số mol electron nhường = $∑$ số mol electron nhận
$2$. Chú ý.
- Chủ yếu áp dụng cho bài toán oxi hóa khử các chất vô cơ
- Có thểáp dụng bảo toàn electron cho một phương trình, nhiều phương trình hoặc toàn bộ quá trình.
- Xác định chính xác chất nhường và nhận electron. Nếu xét cho một quá trình, chỉ cần xác định
trạng thái đầu và trạng thái cuối số oxi hóa của nguyên tố, thường không quan tâm đến trạng
thái trung gian số oxi hóa của nguyên tố.
- Khi áp dụng phương pháp bảo toàn electron thường sử dụng kèm các phương pháp bảo toàn khác (bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố)
- Khi cho kim loại tác dụng với dung dịch $HNO_3$ và dung dịch sau phản ứng không chứa muối amoni: $n_{NO_3^-}$ = $∑$ sốmol electron nhường (hoặc nhận)
CÁC DẠNG BÀI TOÁN THƯỜNG GẶP
Ví dụ $1$: Hoà tan hoàn toàn $19,2$ gam $Cu$ bằng dung dịch $HNO_3$ toàn bộ lượng khí $NO$ (sản phẩm khử duy nhất) thu được đem oxit hoá thành $NO_2$ rồi chuyển hết thành $HNO_3$
Thể tích khí oxi (đktc) đã tham gia vào quá trình trên là
A. $2,24$ lít. B. $4,48$ lít. C. $3,36$ lít. D. $6,72$ lít.
Giải :
Cách $1$:
Giải thông thường: $n_{Cu}$ = $0,3$ mol
$3Cu + 8HNO_3 → 3Cu(NO_3)_2+ 2NO + 4H_2O$ ($1$)
$0,3 0,2$ mol
$2NO + O_2 → 2NO_2$($2$)
0,2 0,1 0,2
$4NO_2 + O_2 + 2H_2O → 4HNO_3$($3$)
0,2 0,05
$n_{O_2}$ = $0,1 + 0,05 = 0,15$ (mol) ⇒ $V$ = $0,15.22,4 = 3,36$ lít $⇒$ Đáp án $C$
Cách $2$:
Áp dụng phương pháp bảo toàn e.
Nhận xét:
Xét toàn bộ quá trình
+ Nitơ coi như không có sự thay đổi số oxi hóa ($HNO_3$ ban đầu → $HNO_3$)
+ Như vậy chỉ có 2 nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa là $Cu$ và $O_2$
$Cu - 2e → Cu^{2+}$
$0,3 2.0,3$
$O_2 + 4e → 2O^{2-}$
$0,15 0,6$
$⇒$ $V$= $0,15.22,4 = 5,6$ lít
$⇒$ Đáp án $C$
Ví dụ $2$: Oxi hoá hoàn toàn $0,728$ gam bột $Fe$ ta thu được $1,016$ gam hỗn hợp $X$ gồm hai oxit sắt. Hoà tan hoàn toàn $X$ bằng dung dịch axit $HNO_3$ loãng dư. Thể tích khí $NO$ (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) thu được sau phản ứng là
A. $2,24$ ml. B. $22,4$ ml. C. $33,6$ ml. D. $44,8$ ml.
Giải :
Các phản ứng có thể có
$2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO$ ($1$)
$2Fe + 1,5O_2 \rightarrow Fe_2O_3$ ($2$)
$3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$ ($3$)
Các phản ứng hoà tan có thể có:
$3FeO + 10HNO_3 → 3Fe(NO_3)_3 + NO + 5H_2O$ ($4$)
$Fe_2O_3 + 6HNO_3 → 2Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$ ($5$)
$3Fe_3O_4 + 28HNO_3 → 9Fe(NO_3)_3 + NO + 14H_2O$(6)
Xét cả quá trình ta thấy có 3 quá trình thay đổi số oxi hoá là:
+$Fe$ từ $FeO$ bị oxi hoá thành $Fe^{+3}$, còn $N^{+5}$ bị khử thành $N^{+2}$ , $O_2$ bị khử thành $2O^{-2}$.
Áp dụng bảo toàn khối lượng:
$m_{O_2}$ = $m_x$ – $m_{Fe(ban đầu)}= 1,016 – 0,728$
⇒ $n_{O_2}$ = $0,009$ mol
Thực chất các quá trình oxi hoá - khử trên là:
$Fe - 3e → Fe^{3+}$
$0,013 0,039$
$2O_2 + 4e \rightarrow 2O^{2-}$
$0,009 0,036$
$N^{5+} +3e\rightarrow N^{2+}$
Áp dụng bảo toàn eletron, ta có: $3n_{NO}$ +$ 0,036 = 0,039$
$⇒$ $n_{NO}$ = $0,001$ mol $⇒$ $V_{NO}$ = $0,001.22,4 = 0,0224$ lít = $22,4$ ml $⇒$ Đáp án $B$.
Ví dụ $3$ :Hỗn hợp $X$ gồm $2$ kim loại $R1, R2$ có hoá trị $x,y$ không đổi $R1,R2$ không tác dụng với nước và đứng trước $Cu$ trong dãy hoạt động hoá học của kim loại. Cho hỗn hợp $X$ tan hết trong dung dịch $Cu(NO3)_2$ sau đó lấy chất rắn thu được phản ứng hoàn toàn với dung dịch $HNO_3$ dư thu được $1,12$ lít khí $NO$ duy nhất ở đktc. Nếu cũng lượng hỗn hợp $X$ ở trên phản ứng hoàn toàn với dung dịch $HNO_3$ loãng dư thì thu được bao nhiêu lít $N_2$(sản phẩm khử duy nhất ở đktc) ?
A. $0,224$ lít. B. $0,336$ lít. C. $0,448$ lít. D. $0,672$ lít.
Giải:
Trong bài toán này có hai thí nghiệm:
TN$1$: $R1$ và $R2$
nhường $e$ cho $Cu^{2+}$ để chuyển thành $Cu$ sau đó $Cu$ lại nhường e cho $N^{5+}$ để thành NO. Số mol e do $R1$ và $R2$ nhường ra là:
$N^{5+} 3e → N^{2+}$
0,15 0,05
TN $2$. $R1$; $R2$ trực tiếp nhường e cho $N^{5+}$ để tạo ra $N_2$. Gọi $x$ là số mol $N_2$, thì số mol $e$ thu được vào là:
$2N^{5+} + 10e → N_2$
$10x x$ mol
Ta có: $10x = 0,15$
$⇒$ $V_{N_2}$ = $22,4.0,015 = 0,336$ lít $⇒$ Đáp án $B$
BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu $1$:Hoà tan hoàn toàn $m$ gam $Al$ vào dung dịch $HNO_3$ rất loãng thì thu được hỗn hợp gồm $0,015$ mol khí $N_2O$ và $0,01$ mol khí $NO$ (phản ứng không tạo $NH_4NO_3$). Giá trị của $m$ là
A. $13,5$ gam B. $1,35$ gam. C. $0,81$ gam. D. $8,1$ gam.
Câu $2$:Cho $m$ gam $Cu$ phản ứng hết với dung dịch $HNO_3$ thu được $8,96$ lít (đktc) hỗn hợp khí $NO$ và $NO_2$ có khối lượng là $15,2$ gam. Giá trị của $m$ là
A. $25,6$ B. $16$. C. $2,56$. D. $8$.
Câu $3$ :Một hỗn hợp gồm $4$ kim loại : $Mg, Ni, Zn$ và $Al$ được chia thành hai phần bằng nhau :
- Phần $1$ : cho tác dụng với $HCl$ dư thu được $3,36$ lít $H_2$
- Phần $2$ : hoà tan hết trong $HNO_3$ loãng dư thu được $V$ lít một khí không màu, hoá nâu trong không khí (các thể tích khí đều đo ở đktc). Giá trị của $V$ là
A. $2,24$ lít. B. $3,36$ lít. C. $4,48$ lít. D. $5,6$ lít.
Câu $4$ : Cho $3,35$ gam hỗn hợp gồm $Mg, Al, Cu$ tác dụng hoàn toàn với dung dịch $H_2SO_4$ đặc nóng , dư được $2,8$ lít khí $SO_2$(đktc). Khi đốt $3,35$ gam hỗn hợp trên trong khí Clo dư thì khối lượng muối clorua thu được là
A. $10,225$ gam. B. $12,225$ gam C. $8,125$ gam. D. $9,255$ gam
Câu $5$ : Hoà tan hoàn toàn $12,9$ gam hỗn hợp $Cu, Zn$ vào dung dịch $H_2SO_4$ đặc, nóng được $0,14$ mol $SO_2$; $0,64$ gam $S$ và dung dịch muối sunfat. % khối lượng $Cu$ trong hỗn hợp ban đầu là
A. $50,39$% B. $54,46$% C. $50,15$% D. $49,61$%
Câu $6$ : Cho $1,35$ gam hỗn hợp $Cu, Mg, Al$ tác dụng với $HNO_3$ dư được $896$ ml hỗn hợp gồm $NO$ và $NO_2$ có $M = 42$ . Tính tổng khối lượng muối nitrat sinh ra (khí ở đktc).
A. $9,41$ gam. B. $10,08$ gam. C. $5,07$ gam. D. $8,15$ gam.
Câu $7$ : Hoà tan hết $4,43$ gam hỗn hợp $Al$ và $Mg$ trong $HNO_3$ loãng thu được dung dịch $X$ (không chứa muối amoni) và $1,568$ lít (đktc) hỗn hợp hai khí (đều không màu) có khối lượng $2,59$ gam
trong đó có một khí bị hoá thành màu nâu trong không khí. Số mol $HNO_3$ đã phản ứng là
A. $0,51$. B. $0,45$. C. $0,55$. D. $0,49$.
Câu $8$ : Hoà tan hoàn toàn $m$ gam hỗn hợp gồm ba kim loại (có hóa trị không đổi) bằng dung dịch $HNO_3$ thu được $1,12$ lít hỗn hợp khí $X$ (đktc) gồm $NO_2$ và $NO$. Tỉ khối hơi của $X$ so với hiđro
bằng $18,2$. Thể tích tối thiểu dung dịch $HNO_3$ $37,8$% ($d =1,242$ g/ml) cần dùng là
A. $20,18$ ml. B. $11,12$ ml. C. $21,47$ ml. D. $36,7$ ml.
Câu $9$ : Hoà tan $6,25$ gam hỗn hợp $Zn$ và $Al$ vào $275$ ml dung dịch $HNO_3$ thu được dung dịch $X$(không chứa muối amoni), chất rắn $Y$ gồm các kim loại chưa tan hết cân nặng $2,516$ gam và $1,12$ lít hỗn hợp khí $Z$ (ở đktc) gồm $NO$ và $NO_2$. Tỉ khối của hỗn hợp $Z$ so với $H_2$
là $16,75$. Tính nồng độ mol/l của $HNO_3$ và tính khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch sau phản ứng.
A. $0,65$M và $11,794$ gam. B. $0,65$M và $12,35$ gam.
C. $0,75$M và $1l,794$ gam. D. $0,55$M và $12,35$gam.
Câu $10$ : Cho $a$ gam nhôm tác dụng với $b$ gam $Fe_2O_3$ thu được hỗn hợp $X$. Hoà tan $X$ trong $HNO_3$ dư, thu được $2,24$ lít (đktc) một khí không màu hoá nâu trong không khí. Khối lượng nhôm đã
dùng là :
A. $2,7$ gam B. $5,4$ gam C. $4,0$ gam D. $1,35$ gam
đáp án :$1B 2A 3A 4B 5D 6C 7D 8C 9A 10A$