Bài ôn tập Hóa 10 - Chuyên đề 4: Phản ứng oxi hóa – khử

Nội dung text: Bài ôn tập Hóa 10 - Chuyên đề 4: Phản ứng oxi hóa – khử

1. CHUYÊN ĐỀ PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ 4. A. LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ 1. Số oxi hoá Số oxi hoá của một nguyên tố trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên tố đó trong phân tử, nếu giả định rằng liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử là liên kết ion. Số oxi hoá được xác định theo các nguyên tắc sau: • Qui tắc 1: Số oxi hoá của nguyên tố trong các đơn chất bằng không. Thí dụ: Số oxi hoá của Na, Fe, H2, N2, O2, Cl2, đều bằng không. Qui tắc 2: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hoá của hiđro bằng +1, trừ hiđrua kim loại (NaH, CaH2, ). Số oxi hoá của oxi bằng -2, trừ trường hợp OF2 và peoxit (chẳng hạn H2O2 , Na 2O2 , ). Kim loại luôn có số oxi hoá dương và bằng hoá trị của nó trong hợp chất. Qui tắc 3: Trong một phân tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tố bằng không. Qui tắc 4: Số oxi hóa của các ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó. Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tố bằng điện tích của ion. 2 Thí dụ: Tính số oxi hoá của nguyên tố lưu huỳnh trong SO3 ,SO2 ,H2SO4 ,NaHSO3 ,SO4 . Đặt x là số oxi hoá của nguyên tố lưu huỳnh trong các hợp chất và ion trên, ta có: - Trong SO3 : x 3.( 2) 0 x 6 - Trong SO2 : x 2( 2) 0 x 4 - Trong H2SO4 : 2( 1) x 4( 2) 0 x 6 - Trong NaHSO3 : 1 1 x 3( 2) 0 x 4 2 - TrongSO4 : x 4( 2) 2 x 6 Cách ghi số oxi hoá: Số oxi hoá được đặt phía trên kí hiệu của nguyên tố. Ghi dấu trước, số sau: Thí dụ: + 4 -2 - 3 + 1 +5 -2 SO2 ; NH4 ; NO3 2. Phản ứng oxi hoá - khử Chất khử là chất nhường electron hay là chất có số oxi hoá tăng sau phản ứng. Chất khử còn được gọi là chất bị oxi hoá. Chất oxi hoá là chất nhận electron hay là chất có số oxi hoá giảm sau phản ứng. Chất oxi hoá còn được gọi là chất bị khư. Sự oxi hóa (quá trình oxi hoá) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm tăng số oxi hoá của chất đó. Sự khứ (quá trình khử) một chất là làm cho chất đó nhận electron hay làm giảm số oxi hoá của chất đó. Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng hoá học trong đó có sự chuyên electron giữa các chất (nguyên tử, phân tử hoặc ion) phản ứng , hay phản ứng oxi hoá - khứ là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi số oxi hoá của một số nguyên tố. Thí dụ: 0 +2 +2 0 Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Chất khử: Fe Trang 1
2. Chất oxi hoá: CuSO4 Sự khử: Cu+2 + 2e → Cu Sự oxi hoá: Fe → Fe+2 + 2e II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ 1. Nguyên tắc chung Tổng số electron của chất khử cho bằng tổng số electron của chất oxi hoá nhận, hay nói cách khác, tông độ tăng số oxi hoá của chất khí bằng tổng độ giảm số oxi hoá của chất oxi hoá. 2. Phương pháp thăng bằng electron Tiến hành theo 4 bước: Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng, xác định chất oxi hoá, chất khử (dựa vào sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố). Bước 2: Viết các nửa phương trình cho nhận electron. Tìm hệ số cân bằng số electron cho – nhận. Bước 3: Đặt hệ số tìm được từ nửa phương trình cho – nhận electron vào các chất oxi hoá, chất khử tương ứng trong phương trình phản ứng. Bước 4: Cân bằng chất không tham gia quá trình oxi hoá - khử (nếu có) theo trật tự sau: Số nguyên tử kim loại, gốc axit, Số phân tử môi trường (axit hoặc kiểm) và cuối cùng là số lượng phân tử nước tạo thành. Kiểm tra kết quả. Ví dụ: 0 +5 +2 0 Zn HNO3 Al NO N2 H O 3 3 2 5x Zn0 Zn 2 2e 1x 5 0 2N 10e N2 5Zn 2HNO 5Zn NO N  6H O 3 3 2 2 2 Ta thấy, ngoài 2 phân tử HNO3 đóng vai trò là chất oxi hoá (bị khử thành 1 phân tử N2) còn phải đặt thêm vào 10 phân tử HNO3 (làm nhiệm vụ môi trường) để cung cấp 10 ion NO3 liên kết kết với 5 ion Zn2 . Cuối cùng ta có: 5Zn 12HNO 5Zn NO N  6H O 3 3 2 2 2 Chú ý: (1) Khi cân bằng, nếu trong 1 phân tử có đồng thời 2 hay 3 nguyên tố đóng vai trò là chất khử thì phải viết đủ các quá trình oxi hoá rồi cộng gộp lại. Nhớ lấy đủ số nguyên tử trong phân tử. Phần còn lại tiến hành như thường lệ. + 2 -1 +5 +5 +6 FeS HNO Fe NO H SO NO H O 2 3 3 3 2 4 2 2 Fe 2 Fe 3 1e _ 2S 1 2S 6 14e ___ 3 6 1x FeS2 Fe 2S 15e 15x N 5 e N 4 FeS 18HNO Fe NO 2H SO 15NO  7H O 2 3 3 3 2 4 2 2 Hoặc coi phân tử FeS2 như một đơn chất thì ta có thể bỏ qua gia đoạn cộng gộp quá trình cộng gộp trên. Ví dụ: Trang 2
3. 6 2 4 0 F¼eS H SO Fe SO SO H O 2 4 2 4 3 2 2 2x FeS Fe 3 S 4 7e 7x S 6 2e S 4 2FeS 10H SO Fe SO 9SO  10H O 2 4 2 4 3 2 2 (2) Đối với các phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm (của sự oxi hoá hay sự khử) trong đó có nhiều số oxi hoá khác nhau thì có thể viết riêng từng bán phản ứng oxi hoá đối với mỗi sản phẩm khử, rồi viết gộp lại sau khi đã nhân với hệ số tỉ lệ giữa các sản phẩm. Ví dụ: 0 +5 +2 0 +1 Mg HNO Mg NO N  N O  H O 3 3 2 2 2 2 Biết tỉ lệ thể tích: N2 : N2O 5: 4 5 5x∣ 2N 10e N2 4x∣ 2N 5 8e 2N 1 5 1 18N 82e 5N2 8N |x1 Mg Mg 2 2e | x 41 41Mg 100HNO 41Mg NO 5N  4N O  50H O 3 3 2 2 2 2 (3) Đối với phản ứng oxi hóa – khử có hệ số bằng chữ thì cần xác định đúng sự tăng, giảm số oxi hóa của các nguyên tố. Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng oxi hóa - khử sau: a) Al HNO Fe NO N O H O 3 3 3 x y 2 b) M HNO NO M NO H O 3 2 3 n 2 Giải 0 +5 +3 +2y/x A1 HNO Al NO N O H O 3 3 3 x y 2 (5x 2y)x Al Al 3 3e 3x xN 5 (5x 2y)e xN 2y/x (5x 2y)Al (16x 6y)HNO (5x 2y)Al NO N O (8x 3y)H O 3 3 3 x y 2 b) 0 +5 +4 +n M HNO NO M NO H O 3 2 3 n 2 1x M M n ne nx N 5 1e N 4 M 2nHNO nNO  M NO nH O 3 2 3 n 2 (4) Ảnh hưởng của môi trường: Trong một số chất thì tác nhân oxi hóa, tác nhân khử phụ thuộc vào môi trường tiến hành phản ứng. Trang 3
4. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé Ví dụ 2: Xác định sản phẩm và cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron: a) Fe3O4 KMnO4 H2SO4 b) Fe(OH)2 K2Cr2O7 H2SO4 c) FeBr2 KMnO4 H2SO4 d) NaCrO2 O2 NaOII Giải +8/3 +7 +3 +2 a) Fe O KMnO H SO Fe SO MnSO K SO H O 3 4 4 2 4 2 4 3 4 2 4 2 5x 6Fe 8/3 6Fe 3 2e 2x Mn 7 5e Mn 2 10Fe O 2KMnO 48H SO 15Fe SO 2MnSO K SO 24H O 3 4 4 2 4 2 4 3 4 2 4 2 +2 +6 +3 +3 b) Fe(OH) K Cr O H SO Fe SO Cr SO K SO H O 2 2 2 7 2 4 2 4 3 2 4 3 2 4 2 3x 2Fe 2 2Fe 3 2e 1x 2Cr 6 2.3e 2Cr 3 6Fe(OH) K Cr O 13H SO 3Fe SO Cr SO K SO 19H O 2 2 2 7 2 4 2 4 3 2 4 3 2 4 2 +2 -1 +7 +3 0 +2 c) FeBr KMnO H SO Fe SO Br MnSO K SO H O 2 4 2 4 2 4 3 2 4 2 4 2 Trang 4
5. 5x 3 2FeBr2 2Fe 2Br2 6e 6x Mn 7 5e Mn 2 10FeBr2 6KMnO4 24H2SO4 5Fe SO 10Br 6MnSO 3K SO 24H O 2 4 3 2 4 2 4 2 +3 0 +6 -2 d) NaCrO2 O2 NaOH Na 2CrO4 H2O 4x Cr 3 Cr 6 3e 3x 2 O2 4e 2O 4NaCrO2 3O2 4NaOH 4Na 2CrO4 2H2O •Oxi hoá kim loại Sản phẩm khử phụ thuộc vào tính khử của kim loại, nồng độ của axit, nhiệt độ tiến hành phản ứng, Nói chung thì axit bị khử xuống bậc oxi hóa càng thấp khi nồng độ càng loãng và tác dụng với kim loại càng mạnh: M 2mHNO M NO mNO  mH O 3 đặc 3 m 2 2 (trừ Au,Pt) Mg 2H SO MgSO SO  2H O 2 4 4 2 2 3Mg 4H2SO4 3MgSO4 S  4H2O 4Mg 5H2SO4 4MgSO4 H2S  4H2O 0 2Fe 6H SO t Fe SO 3SO  6H O 2 4 2 4 3 2 2 Mg 4HNO Mg NO 2NO  2H O 3 đặc 3 2 2 2 5Mg 12HNO loãng 5Mg NO N  6H O 3 3 2 2 2 0 Fe 6HNO t Fe NO 3NO  3H O 3 đặc 3 3 2 2 Fe 6HNO loãng Fe NO NO  3H O 3 3 3 2 Chú ý: (1) m là hóa trị cao của M. (2) Một số kim loại như Al, Fe, Cr, bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc, nguội. Trang 5
6. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé (3) Hỗn hợp HNO3 đặc và HCl đặc theo tỉ lệ thể tích 1:3 gọi là nước cường thủy. Có tính oxi hóa rất mạnh có thể hòa tan Au và Pt. Au HNO 3HCl AuCl NO  2H O 3 3 2 3Pt 4HNO3 12HCl 3PtCl4 4NO  8H2O • Oxi hoá các hợp chất Fe (II) thành hợp chất Fe(III): • Oxi hoá các hợp chất muối sunfua: 1 2 HNO3 dachoacloang 2 S ,S  SO4 1 2 H2SO4 dac S ,S  SO2 (6) Tính chất của ion NO3 3. Phương pháp ion – electron Cách cân bằng này chỉ áp dụng cho các phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trong dung dịch, có sự tham gia của môi trường (axit, bazơ, nước). Khi cân bằng cũng áp dụng theo 4 bước trên, nhưng ở bước 2 chất oxi hoá và chất khử được viết dưới dạng ion – electron theo các nguyên tắc sau đây: + a) Nếu phản ứng có axit tham gia: Vế nào thừa oxi ta thêm H để tạo ra H2O và ngược lại. Ví dụ. 0 +6 +3 +3 Fe K Cr O H SO Fe SO Cr SO K SO H O 2 2 7 2 4 2 4 3 2 4 3 2 4 2 2x Fe Fe3 3e 1x 2 3 Cr2O7 14H 6e 2Cr 7H2 O 2 3 3 2Fe Cr2O7 14H 2Fe 2Cr 7H2O Để biết phương trình có cân bằng đúng hay không, bạn đọc cần tính tổng điện tích hai vế của phương trình ion thu gọn. Nếu tổng điện tích hai vế của phương trình bằng nhau thì phương trình đã được cân bằng. Phương trình phân tử: 2Fe K Cr O 7H SO Fe SO Cr SO K SO 7H O 2 2 7 2 4 2 4 3 2 4 3 2 4 2 Lưu ý: Để viết nhanh các bán phản ứng khử hoặc bán phản ứng oxi hoá có thể áp dụng phương pháp bảo toàn điện tích (hay điện tích giả định) hai về. Trang 6
7. Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé Ví dụ: FeS HNO Fe NO H SO NO  H O 3 3 3 2 4 2 2 Bán phản ứng oxi hoá: FeS Fc3 S 6 Vế trái điện tích giả định bằng 0, vế phải điện tích giả định + 9. Để điện tích giả định hai vế bằng nhau ta thêm e vào vế phải. 3 6 FeS2 Fe S 9e Nếu viết dưới dạng ion - electron thì điện tích hai vế cũng phải bằng nhau: 3 2 FeS 4H2O Fe SO4 8H 9e (1) Bán phản ứng khử: N 5 1e N 4 Vế trái và vế phải đều có điện tích giả định là + 4. Hoặc: NO3 2H 1e NO2 H2O (2) Hai vế đều có điện tích bằng 0. (1) + (2)x 9: Phương trình ion rút gọn: 3 2 FeS 9NO3 10H Fe SO4 9NO2 5H2O Phương trình phân tử: FeS 12HNO Fe NO H SO 9NO  5H O 3 3 3 2 4 2 2 Để kiểm tra phương trình ion rút gọn đã cân bằng đúng hay chưa ta đếm điện tích hai vế. Nếu diện tích hai vế bằng nhau thì phương trình được cân bằng. Chẳng hạn nhiều học sinh sai lầm khi cho rằng phương trình sau đã cân bằng vì số nguyên tử hoặc ion hai vế bằng nhau: Cu Fe3 Cu2 Fe2 Tuy nhiên, vế trái điện tích + 3 và vế phải điện tích + 4. Để cân bằng điện tích hai vế ta đưa hệ số 2 vào Fe3 và Fe2 Lúc này phương trình mới được cân bằng. Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 2. Nếu phin ng có bữ tham gia: Vế nào thừa oxi thêm nước để tạo ra OH- và ngược lại. Ví dụ: +3 0 +6 Cr(OH)3 O2 NaOH Na 2CrO4 H2O 4x 2 Cr(OH)3 5OH CrO4 4H2O 3e 3x O2 2H2O 4e 4OH 2 4Cr(OH)3 O2 8OH 4CrO4 10H2O Chuyển sang phương trình phân tử: 4Cr(OH)3 O2 8NaOH 4Na 2CrO4 10H2O 3. Nếu phản ứng có H2O tham gia • Sản phẩm phản ứng tạo ra axit, theo nguyên tắc 1. • Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ, theo nguyên tắc 2. Ví dụ: +7 +4 +4 +6 KMnO4 K2SO3 H2O MnO2 KOH K2SO4 Trang 7
8. 2x MnO4 2H2O 3e MnO2 4OH 3x 2 2 SO3 2OH SO4 H2O 2e 2 2 2MnO4 3SO3 H2O 2MnO2 2OH 3SO4 Chuyển sang phương trình phân tử: 2KMnO4 3K2SO3 II2O 2MnO2 2KOH 3K2SO4 Ưu việt của phương pháp này là cho ta hoàn thành chính xác các phương trình phản ứng dưới dạng ion thu gọn (bản chất của các phản ứng) nếu biết được trạng thái đầu và trạng thái cuối của dạng oxi hoá và dạng khử. Ví dụ: Hoàn thành và cân bằng các phản ứng sau dưới dạng ion thu gọn: a) Cu + NaNO3 + HCl → b) Al + NaNO3 + NaOH → c) FeS + HNO3 loãng → Giải a) 0 +5 +2 2 Cu NaNO3 HCl Cu NO   3x Cu Cu2 2e 2x NO3 4H 3e NO 2H2O 2 3Cu 2NO3 8H 3Cu 2NO  4H2O b) 0 +5 +3 +3 Al NaOH NaNO3 AlO2 NH3   8x Al 4OH AlO2 2H2O 3e 3x NO3 6H2O 8e NH3 9OH 8Al 3NO3 5OH 2H2O 8AlO2 3NH3  c) +2 – 2 +5 +6 +2 3 2 FeS HNO3 Fe SO4 NO   3 2 1x FeS 4H2O Fe SO4 8H 9e 3x NO3 4H 3e NO 2H2O 3 2 FeS 3NO3 4H Fe SO4 3NO  2H2O d) Phương pháp cân bằng phản ứng oxi hoá - khử có chất hữu cơ tham gia Tương tự đối với chất vô cơ, phản ứng oxi hoá - khử có chất hữu cơ cũng tiến hành theo 4 bước. Nhưng ở bước (1) khi tính số oxi hoá của C cần lưu ý theo phư ơng pháp sau: • Phương pháp chung: Tính số oxi hoá trung bình của C. • Phương pháp riêng. Đặc biệt đối với những phản ứng chi có sự thay đổi nhóm chức, có thể tính số oxi hoá của C nào có sự thay đổi số oxi hoá. Ví dụ: CH3CH CH2 KMnO4 H2O CH3CHOHCH2OH MnO2 KOH Cách 1: Phương pháp chung 3C3H6 2KMnO4 4H2O 3C3H6 (OH)2 2MnO2 2KOH Trang 8
9. 3x 3C 2 3C 4/3 2e 2x Mn 7 3e Mn 4 Cách 2: Phương pháp riêng -1 -2 +7 0 -1 3CH3CH CH2 2KMnO4 4H2O 3CH3CHOHCH2OH 2MnO2 2KOH 3x C 1 C 2 C0 C 1 2e 2x Mn 7 3e Mn 4 Kết quả của hai cách đều như nhau. B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH CÁC DẠNG BÀI TẬP DẠNG 1: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP THĂNG BẢNG SỐ MOL ELECTRON Nguyên tắc: Khi có nhiều chất oxi hóa hoặc chất khử trong hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol elctron mà các chất oxi hóa nhận vào.  ne (nhường) =  ne (nhận) Ưu việt của phương pháp này là có thể giải nhanh nhiều bài toán khó mà không cần viết phương trình phản ứng. Ví dụ 1: Hoà tan hết 6,3 gam hỗn hợp X gồm Al và kim loại M (tỉ lệ mol tương ứng 2:3) vào 200 gam dung dịch HNO3 31,5%, kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khí N2 và N2O có tổng khối lượng là 2,76 gam. Cho Y phản ứng với dung dịch NaOH đun nóng, không có khí thoát ra. a) Xác định tên kim loại M. b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa hết các ion kim loại trong Y. Giải a) Gọi x, y lần lượt là số mol N2 và N2O. x y 0,07 x 0,02 Ta có hệ: 28x 44y 2,76 y 0,05 Các bạn phản ứng oxi hoá và khử: 3 Al Al 3e 12H 2NO3 10e N2 6H2O 2a 2a 6a 0.24  0,2  0,02 n M M ne 10H 2NO3 8e N2O 5H2O 3a 3a 3na 0,5  0,4  0,05 6a 3na 0,6 2a na 0,2 1 Mặt khác: 54 a+3 Ma = 6,3 2 54 3M Từ (1), (2) 31,5 M 10,5n 3(n 1;2;3) 2 n Nghiệm phù hợp: n= 2 và M = 24 (Mg) 200.31,5 b) n ban đầu n , ban đầu 1mol H HNO3 100.63 n phản ứng = 0,24 + 0,5 = 0,04 mol n còn = 1 - 0,74 = 0,26 mol H H Trang 9
10. 6,3 a 0.05mol n 0,1mol và nMg = 0,15 mol 54 3.24 Al H OH H2O 0,26 0,26 Mg2 2Oll Mg(OH)  2 0,15 0.3 3 Nl 3OH Al(OH)3  0.1 0,3 0,86 n n 0,86mol V 1,72 lít NaOH OH dd NaOH 0,5 Ví dụ 2: Cho 6,3 gam hỗn hợp X gồm Mg và kin loại M (hoá trị không đổi) tác dụng với Cl2, sau một thời gian thu được 20,5 gam chất rắn Y. Yoà ta trong dung dịch HCl, sinh ra 2,24 lít H2 (đktc). Mặt khác, cho 0,1 mol M phản ứng với dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thì lượng khí NO2 thoát ra vượt quá 5,04 lít (đktc). a) Xác định tên kim loại M. b) Cho 12,6 gam X trên tác dụng với dung dịch HNO3 loãng (dư), kết thúc phản ứng thu được 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm N2 và N2O có tỉ khối so với H2 là 18. Tính khối lượng muối thu được sau khi các phản ứng kết thúc. Giải a) M 2nHNO M NO nNO  nH O 3 3 n 2 2 0.1 0.1n 5,04 n 0.1n 0.225 n 2,25 n 3 NO2 22.4 20,5 6,3 Theo định luật bảo toàn khối lượng: n 0,2 Cl2 71 3 M M 3e Cl2 2e 2Cl a 3a 0,2 0,4 2 Mg Mg 2e 2H 2e H2 b 2b 0,2  0,1 3a 2b 0.6(1) a 0.2mol Mặt khác: Ma + 24b = 6.3 2 0,9 Rút a từ (1) và (2) ta được: a 0,2 M 31,5 36 M Do M là kim loại hoá trị 3 nên chỉ có thể M là Al (nhôm) 0.9 0,6 3.0,1 b) Ta có: a 0.1mol;b 0,15mol 36 27 2 Trong 12,6 gam X có chứa 0,2 mol Al và 0,3 mol Mg. Gọi x, y lần lượt là số mol N2 và N2O. x y 0,1 x 0,05 Ta có hệ 28x 44y 18.2.0,1 y 0,05 Ta thấy: 3n 2n 1,2 10n 8n 0,9mol A1 Mg N2 N2O Trang 10
11. Có muối NH4NO3 tạo thành. N 5 8e N 3 8z  z 1.2 0.9 n z 0,0375mol NH4NO3 8 mmuối = mAl NO mMg NO mNII NO = 213.0,2 + 148.0,3 + 80.0,0375 3 3 3 2 4 3 = 90 gam Ví dụ 3: Chia 29,6 gam hỗn hợp X gồm Fe và Cu thành hai phần bằng nhau. Phần 1 cho phản ứng với lượng dư dung dịch HCl, sinh ra 3,36 lít H2 (đktc). Cho phân 2 tác dụng với dung dịch HNO3 đặc, nóng (dư) thu được V lít khí NO2 (đktc) và dung dịch Y. a) Tính giá trị của V b) Cho Y phản ứng với lượng dư dung dịch NH3. Tính khối lượng kết tủa thu được sau khi các phản ứng kết thúc. Giải a) Gọi x, y lần lượt là số mol Fe và Cu chứa trong 14,8 gam hỗn hợp X. Ta có: 56x + 64y = 14,8 (*) • Phần 1: Cu không phản ứng Fe 2HCl FeCl II  2 2 x x n x 0,15mol H2 (*) y 0,1mol • Phần 2: Fe Fe3 3c N 5 1e N 4 0.15 0.15 0.45 a  a Cu Cu2 2c 0.1 0,1 0,2 a 0,45 0.2 0,65mol V = 0,65.22,4 = 14,56 lít 3 2 b) Dung dịch Y chứa Fe ,Cu ,H , NO3 NH3 H NH4 3 Fe 3NH3 3H2O Fe(OH)3  3NH4 0,15 → 0,15 2 Cu 2NH3 2H2O Cu(OH)2  2NH4 0,1 →0,1 2 Cu(OH) 4NH Cu NH 2OH 2 3 3 4 0,1 →0,1 m = m 107.0,1 10,7gam kết tủa Fe(OH)3 Ví dụ 4: Chia 23,8 gam hỗn hợp X gồm Al, Mg và Fe thành hai phần bằng nhau. Phần 1 cho phản với dung dịch NaOH dư, sinh ra 3,36 lít H 2 (đktc) và còn lại chất rắn Y không tan. Cho toàn bộ Y phản ứng với dung dịch H 2SO4 đặc, nóng (dư) thu được 6,72 lít SO 2(sản phẩm khử duy nhất, đktc). Cho phần 2 tác dụng với 240 gam dung dịch HNO 3 31,5%, kết thúc các phản ứng thu được dung dịch A và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khí N2 và N2O có tổng khối lượng 2,76 gam. a) Tính khối lượng các muối tạo thành trong dung dịch A. Trang 11
12. b) Dung dịch A hoà tan tối đa bao nhiêu gam Cu. Biết sản phẩm khử của N 5là N 2 c) Tính thể tích dung dịch NaOH 1M tối thiểu cần dùng để phản ứng hết với dung dịch A. Giải a) • Phần 1: Mg và Fe không phản ứng 3 Al NaOH 3H O NaAl(OH)  H  2 4 2 2 0,1  0,15 Chất rắn Y gồm Mg và Fe. Mg Mg2 2e S 6 2e S 4 x 2x 0,6  0,3 Fe Fe3 3e y 3y 2x 3y 0,6 x 0,15 Ta có hệ: 24x 56y 11,9 2,7 y 0,1 • Phần 2: Gọi a, b lần lượt là số mol N2 và N2O chứa trong 0,07 mol hỗn hợp. a b 0,07 a 0,02 Ta cũng có hệ: 28a 44b 2,76 b 0,05 Vì 2n 3n 3n 0,9mol 10n 8n 0,6mol Mg Fe Al N2 N2O Có muối NH4NO3 tạo thành. 2 5 Mg Mg 2e 2N 10e N2 0,15 0,3 0,2  0,02 Fe Fe3 3e 2N 5 8e 2N 1 0,1 0,3 0,4  0,05 Al Al3 3e N 5 8e N 3 0,1 0,3 8z  z 0,3 0,3 0,3 0,2 0,4 z 0,0375mol 8 Khối lượng muối trong dung dịch A là mAl NO 213.0,1 21,3gam 3 3 mMg NO 148.0,15 22,2gam 3 2 mFe NO 242.0,1 24,2gam 3 3 m 80.0,0375 3gam NH4NO3 240.31,5 b) n ban đầu 1,2mol HNO3 100.63 n phản ứng 12n 10n 10n 1,115mol HNO3 N2 N2O NH4NO4 n còn = 1,2 - 1,115 = 0,085 mol HNO3 3Cu 8H 2NO 3Cu2 2NO  4H O 3 2 0,031875 0,085 Trang 12
13. Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 0,05 0,1 mCu 64(0,031875 0,05) 5,24gam c) NH4 OH NH3  H2O 0,0375 0,0375 3 Fe 3OH Fe(OH)3  0,1 0,3 2 Mg 2OH Mg(OH)2  0,15 0,3 3 Al 4OH Al(OH)4  0,1 0,4 nNaOH = 0,0375 +0,3 +0,3 +0,4 = 1,0375 mol Vdd NaOH = 1,0375 lít Ví dụ 5: Cho 8,7 gam hỗn hợp X gồm kim loại M (thuộc nhóm IIA) và Al tan hết vào 160 gam dung dịch HNO3 31,5%, sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y và 1,232 lít (đktc) hỗn hợp hai khí N2 và N2O có tỉ khối so với H2 là 17,636. Dung dịch Y phản ứng với dung dịch NaOH đun nóng không có khí thoát ra. Mặt khác, cho 4,2 gam kim loại M phản ứng với dung dịch HCl dư thì lượng khí thoát ra vượt quá 2,24 lít (đktc). a) Xác định tên kim loại M b) Cho 17,4 gam X trên vào nước dư, tính thể tích khí thoát ra (đktc). Giải a) Gọi a, b lần lượt là số mol N2 và N2O. Ta có hệ: a b 0,055 a 0,03 28a 44b 17,636.2.0,055 b 0,025 2 5 M M 2e 2N 10e N2 x 2x 0,3  0,03 Al Al3 3e 2N 5 8e 2N 1 y 3y 0,2  0,05 2x 3y 0,5 1 Mặt khác: Mx + 279 = 8,7 (2) 4,2 Từ (1)(2) rút ra: x 0,25 M 34,8 (*) M 18 M 2HCl MCl2 H2  4,2 4,2 M M 4,2 0,1 M 42 M Từ (*) và ( ) 34,8 < M < 42 Do M là kim loại thuộc nhóm IIA nên M = 40 (Ca) b) Trong 17,4 gam X có chứa 0,38 mol Ca và 0,078 mol Al. Ta có: Trang 13
14. Ca 2H O Ca 2 2OH H  2 2 0,38 0,76 0,38 3 Al OH 3H O Al(OH)  H  2 4 2 2 0.078 0,078 0,117 V (0,117 0,38)22,4 11,1328 lít H2 Ví dụ 6: Cho hỗn hợp gồm a mol FeS2 và b mol Cu2S phản ứng hết với lượng vừa đủ dung dịch HNO3, thu được dung dịch X chỉ chứa 2 muối sunfat và 10,08 lít khí N2O (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Tính giá trị của a và b. Giải FeS HNO3 Fe SO 2 2 4 3 HNO3 Cu2S  CuSO4 Theo định luật bảo toàn điện tích: 3n 3 2n 2 2n 2 3a 4b 2(2a b) a 2b (1) Fe Cu so4 FeS Fe3 2S 6 15e 2N 5 8e 2N 1 2 a 15a 3,6  0,9 2 6 Cu2S 2Cu S 10e b 10b 15a 10b 3.6 (2) a 0,18mol Giải hệ (1)(2) ta được: b 0,09mol DẠNG 2: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ION - ELECTRON Phương pháp này sử dụng để giải nhanh nhiều bài toán khó mà nếu giải bằng phương pháp thông thường thì rất mất thời gian thậm trí bế tắc. Lưu ý cách tính nhanh số mol anion tạo muối và số mol axit tham gia phản ứng trong phản ứng oxi - hóa khử. a) Axit H2SO4 đặc Không phụ thuộc vào bản chất và số lượng các kim loại ta luôn có các bán phản ứng khử: 2H SO 2e SO H O SO2 1 2 4 2 2 4 2x  2x  x x 4H SO 6e S 4H O 3SO2 2 2 4 2 4 4y  6y  y 3y H SO 8e H S 4H O 4SO2 3 2 4 2 2 4 5z  8z  z 4z nso2 tạo muối = n 3n 4n S 4 SO2 S H2 2 6 8 a n n n s  n 2 SO2 2 S 2 H2 2 X 6 8 (a là số electron mà S 6 nhận vào để tạo ra sản phẩm khử X) Ghi nhớ: Trang 14
15. a • n 2 tạo muối  n SO4 2 X • n ,so phản ứng 2n 4n 5n S H2 4 SO2 S H2 b) Axit HNO3 Tương tự như trên ta luôn có các bán phản ứng khử: 2HNO 1e NO H O NO 3 3 2 2 3 2a  a a a 4HNO 3e NO H O 3NO 3 3 2 3 4b  3b  b 3b 10HNO 8e N O 5H O 8NO 3 3 2 2 3 10c 8c c 8c 12HNO 10e N 6H O 10NO 3 2 2 3 12d 10d  d 10d 10HNO 8e NH NO 3H O 8NO 3 4 3 2 3 10x  8x  x 8x •n , tạo muối với cation kim loại = NO3 n 3n 8n o 10n 8n NO2 NO N2 N2 NH4NO3 •n phản ứng 2n 4n 10n 12n 10n HNO3 NO2 NO N2O N2 NH4NO3 Chú ý: - Các công thức trên không thể áp dụng nếu chất khử ban đầu không phải là kim loại. - Nếu hỗn hợp ban đầu không hoàn toàn là kim loại thì ta nên quy hỗn hợp về các nguyên tố rồi dựa vào phương trình ion - electron của bán phản ứng oxi hoá và bán phản ứng khử để giải. Ví dụ 1: Cho 29 gam hỗn hợp gồm Al, Cu và Ag tác dụng vừa đủ với dịch HNO3 1,5M, thu được dung dịch chứa m gam muối và 5,6 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO và N2O. Tỉ khối của X so với H2 là 16,4. Giá trị của m là A. 98,20 B. 97,20 C. 98,75 D. 91,00 (Đề thi tuyển sinh Đại học năm 2012-Khối B) Giải Gọi x, y lần lượt là số mol của NO và N2O trong hỗn hợp X. Ta có hệ: x y 0,25 x 0,2 30x 44y 8,2 y 0,05 Giả sử chỉ có sản phẩm khử NO và N2O n phản ứng = 4n 10n 4.0,2 10.0,05 1,3mol 1,425mol HNO3 NO N2O Có muối NH4NO3 sinh ra. n phản ứng = 4n 10n 10n HNO3 NO N2O NH4NO3 1,425 4.0,2 0,05.10 n 0,0125mol NH4NO3 10 m muối = mkl m (tạo muối với ion kim loại) + mNH NO NO3 4 3 = 29 + 62(3.0,2 + 8.0,05 + 8.0,0125) + 80.0,0125 = 98,2 gam Đáp án A. Trang 15
16. Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 0,1 mol FeS2 trong 200 ml dung dịch HNO3 4M, sản phẩm thu được gồm dung dịch X và một chất khí thoát ra. Dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu. Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 đều là NO. Giá trị của m là A. 12,8 B. 6,4 C.9,6 D. 3,2 (Đề thi tuyển sinh Đại học năm 2012-Khối B) Giải 3 2 FeS2 4H 5NO3 Fe 5NO  2SO4 2H2O 0,1 → 0,4 →0,5 →0,1 n còn = 0,8 0,4 0,4 mol ;n còn 0,8 0,5 0,3mol H NO3 3Cu 8H 2NO 3Cu2 2NO  4H O 3 2 0,15  0,4 0,1 Cu 2Fe3 2Fe2 Cu2 0,05  0,1 mCu 64.0,2 12,8 gam Đáp án A Ví dụ 3: Cho 19,2 gam Cu vào 500 ml dung dịch NaNO3 1M, sau đó thêm vào 500 ml dung dịch HCl 2M, Kết thúc phản ứng thu được dung dịch X và khí NO duy nhất, phải thêm bao nhiêu ml dung dịch NaOH 1M vào X để kết tủa hết ion Cu2+ A. 120 B. 400 C. 600 D. 800 Giải 2 3Cu 8H 2NO3 3Cu 2NO 4H2O Bđ: 0,3 1 0,5 Pư: 0,3 0,8 0,2 0,3 Còn: 0 0,2 0,3 H OH H2O 0,2 0,2 2 Cu 2OH Cu(OH)2  0,3 0,6 0,8 n 0,2 0,6 0,8mol V = 0,8 lít = 800 ml = Đáp án D NaOH 1 Ví dụ 4: Chia 23,0 gam hỗn hợp M gồm Al, Cu và Mg thành hai phần bằng nhau. Phần 1 tác dụng với dung dịch HCl dư, sinh ra 5,6 lít H2 (đktc). Hoà tan hết phần 2 trong 120 gam dung dịch HNO3 63% đun nóng, kết thúc phản ứng thu được dung dịch X và 8,96 lít (đktc) hỗn hợp hai khí NO, NO2 có tỉ khối so với H2 là 20. X tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng, không có khí mùi khai thoát ra. a) Tính phần trăm khối lượng mỗi chất trong M. b) Tính nồng độ phần trăm các chất trong X. Coi nước bay hơi không đáng kể trong quá trình phản ứng. Giải a) • Phần 1: Cu không phản ứng Mg 2HCl MgCl H  2 2 x x 2Al 2AlCl 3AlCl 3H  3 3 2 y 1,5y Trang 16
17. n x 1,5y 0,25 1 H2 • Phần 2: Gọi a, b làn lượt là số mol của NO và NO2 chứa trong 0,4 mol hỗn hợp khí. a b 0,4 a 0,15 Ta có hệ. 30a 46b 16 b 0,25 n phản ứng 4n 2n 1,1mol n ban đầu = 1,2 mol nên kim loại hết, axit còn HNO3 NO NO2 HNO3 2 Mg Mg 2e 4H NO3 3e NO 2H2O x x 2x 0.6  0,45  0,15 Al Al3 3e 2H NO 1e NO H O 3 2 2 y y 3y 0,5  0.25  0.25 Cu Cu2 2c z z 2z Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé 2x 3y 2z 0,7 (2) Mặt khác: 24x 23y 64z 11,5 (3) x 0,22mol Giải hệ (1), (2), (3) ta được: y 0,03mol z 0,085mol Phần trăm khối lượng các chất trong M là 27.0,03.100% %m 7,04% Al 11,5 24.0.22.100% %m 45,91% Mg 11.5 %mCu 100% (7,04 45,91)% 47,05% b) Khối lượng dung dịch X là 11,5 120 30.0,15 46.0,25 115,5 gam n còn 1,2 1,1 0,1 mol HNO3 Nồng độ phần trăm của các chất trong dung dịch X là 63.0,1.100% C% 5,45% HNO3 115,5 148.0,22.100% C%M NO 28,19% g 3 2 115,5 188.0,085.100% C%Cu NO 13,83% 3 2 115.5 213.0,03.100% C%Al NO 5,53% 3 3 115,5 Ví dụ 5: Cho 42 gam hỗn hợp X gồm Fe, Cu vào 1 lít dung dịch HNO3 1M, kết thúc phản ứng thu được dung dịch Y, V1 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc) và còn lại m gam Cu không tan. Nhỏ 800 ml dung dịch HCl 1M vào thì kim loại vừa tan hết và thu thêm V2 lít khí NO nữa. a) Tính V1, V2 và m. b) Tính phần trăm khối lượng các kim loại trong X. Trang 17
18. Giải a) Gọi x, y lần lượt là số mol Fe và Cu chứa trong 42 gam X. Ta có: 56x + 64y = 42 (1) n 1mol;n 0,8mol HNO3 HC1 HNO H NO 3 3 1 1 1 HCl H Cl 0,8 0,8 n 1 0,8 1,8mol  H Vì Cu còn dư nên Fe chỉ bị oxi hoá lên Fe 2+ . Khi nhỏ tiếp HCl vào hỗn hợp thực chất là thêm H + thì do tính khử của Fe2+ yếu hơn Cu nên Cu phản ứng hết. Khi Cu vừa tan hết thì ngừng thêm H + nên Fe2+ chưa bị oxi hoá thành Fe3+ Fe Fe2 2e Khi chưa thêm x x 2x 4H NO3 3e NO 2H2O Cu Cu2 2e 1 0,25 0,75 0,25 y y 2y n còn 1 0,25 0,75mol 1 1 1 NO3 V1 0,25.22,4 5,6 lít Khi thêm HCl Khi thêm HCl 2 Cu Cu 2e 4H NO3 3e NO 2H2O y y 2 y y 1 1 0,8 0,2 0,6 0,2 V2 0,2.22,4 4,48 lít Theo định luật bảo toàn số mol electron. Ta có: 2 x y 0,75 0,6 x y 0,675 (2) x 0,15 Giải hệ (1)(2) ta được: y 0,525 Mặt khác: 2x 2y1 0,75 y1 0,225mol nCu dư y y1 0,525 0,225 0,3mol m 64.0,3 19,2gam b) Phần trăm khối lượng các kim loại trong X là 56.0,15.100% %Fe 20% 42 %Cu 100% 20% 80% Chuyên đề và đề thi học sinh giỏi Hóa 10-11-12 nhóm vừa hoàn thành, thầy cô cần tài liệu file Word vui lòng liên hệ Zalo nhóm 0988166193 để có tài liệu nhé Trang 18