Phương pháp bảo toàn electron

CHUYÊN ĐỀ 5: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON

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 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 + CO₂ (1)

mol: x x x

3CO + Fe₂O₃ 2Fe + 3CO₂ (2)

mol: y 2y 3y

CuO + 2HNO₃ Cu(NO₃)₂ + H₂O (3)

Fe₂O₃ + 6HNO₃ 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O (4)

3Cu + 8HNO₃ 3Cu(NO₃)₃ + 2NO + 4H₂O (5)

mol: x

Fe + 4HNO₃ Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O (6)

mol: 2y 2y

CO₂ + Ba(OH)₂ BaCO₃ + H₂O (7)

mol: (x+3y) (x+3y)

Theo các phương trình phản ứng và giả thiết, ta có :

● Cách 2 : Sử dụng phương pháp bảo toàn electron

Sơ đồ phản ứng :

Sau phản ứng chỉ có C và N thay đổi số oxi hóa. Vậy chất khử là CO và chất oxi hóa là HNO₃.

Quá trình oxi hóa – khử :

Quá trình oxi hóa	Quá trình khử
(1) (1) là quá trình oxi hóa, sản phẩm sinh ra trong quá trình oxi hóa gọi là sản phẩm oxi hóa (CO2).	(2) (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 :

b. Kết luận :

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⁺.

+ 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 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 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
(M là kim loại, n là số electron nhường)		hoặc
(X là Cl, Br, I)		hoặc
		hoặc
		hoặc
(m, n là số oxi hóa, n < m) Ví dụ :		hoặc hoặc
(m, n là số oxi hóa, n < m) Ví dụ :		hoặc hoặc
		hoặc
		hoặc (*)
		hoặc (*)
		hoặc (*)
	(a, b là số oxi hóa của Mn, a > b) Ví dụ :	hoặc hoặc
	(a, b là số oxi hóa của Cr, a > b) Ví dụ :	hoặc hoặc

(*) chỉ đúng cho trường hợp chất khử là kim loại.

Đối với các quá trình oxi hóa – khử khác ta tính tương tự.

* Bổ sung kiến thức: Viết bán phản ứng oxi hóa – khử trong môi trường axit

Ví dụ: Viết quá trình khử của phản ứng sau :

Cu + H⁺ + Cu²⁺ + NO + H₂O

● Cách 1 : Bảo toàn nguyên tố N, O và H

Bước 1: Viết : + 3e NO (1)

Bước 2: Số nguyên tử N ở hai vế của (1) đã bằng nhau. Vế phải thiếu 2O nên thêm 2H₂O vào vế phải để bảo toàn O, và để bảo toàn H thì phải thêm 4H⁺ vào vế trái :

4H⁺ + + 3e NO + 2H₂O

● Cách 2 : Bảo toàn N, bảo toàn điện tích và bảo toàn H.

Bước 1 : Viết : + 3e NO (1)

Bước 2: Số nguyên tử N ở hai vế của (1) đã bằng nhau. Quan sát thấy ở vế trái, tổng điện tích là 4- (điện tích của 1 ion là 1-, điện tích của 3e là 3-), trong khi đó tổng điện tích ở vế phải là 0. Để cân bằng điện tích với vế phải, ta thêm 4H⁺ (ứng với điện tích là 4+) vào vế trái. Để bảo toàn H ta thêm 2H₂O vào vế phải :

4H⁺ + + 3e NO + 2H₂O

Nếu viết bán phản ứng khử trong môi trường kiềm thì nên sử dụng cách 2.

II. Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa

1. Dạng 1: Tính lượng chất trong phản ứng oxi hóa – khử

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP5 – BẢO TOÀN ELECTRON

 

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết