Bài tập bảo toàn electron

Cách 1:

\(F{\rm{e}} + {H_2}S{O_4} \to F{\rm{eS}}{{\rm{O}}_4} + {H_2}\)

0,1       \( \to \)       0,1            (mol)

\(10F{\rm{eS}}{{\rm{O}}_4} + 2KMn{O_4} + 8{H_2}S{O_4} \to 5F{{\rm{e}}_2}{(S{O_4})_3} + 2MnS{O_4} + {K_2}S{O_4} + 8{H_2}O\)

0,1   \( \to \)     0,02                                                                                                    (mol) 

Cách 2:

\(F\text{e}\xrightarrow{{{H}_{2}}S{{O}_{4\,\,loang}}}F{{e}^{+2}}\xrightarrow{KMn{{O}_{4}}}F{{\text{e}}^{+3}}\)

\(\begin{array}{l}\mathop {Fe}\limits^{ + 2}  \to \mathop {Fe}\limits^{ + 3}  + 1{\rm{e}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\mathop {Mn}\limits^{ + 7} \,\,\, + \,\,\,5{\rm{e}} \to \mathop {Mn}\limits^{ + 2} \\0,1\,\,\,\, \to \,\,\,\,0,1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\rm{            }}0,1\,\, \to \,\,0,02\end{array}\)

=> V _{dd KMnO4} = 0,02 : 0,5 = 0,04 lít = 40 ml

Sơ đồ phản ứng: \(X + {H_2}S{O_4} \to {X_2}{(S{O_4})_3} + S{O_2} + {H_2}O\)

\(\begin{array}{*{20}{c}}{1x}\\{\mathop {\mathop {3x}\limits^{} }\limits^{} }\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{2\mathop X\limits^0  + 6e \to \mathop {{X_2}}\limits^{ + 3} }\\{\mathop S\limits^{ + 6}  + 2e \to \mathop S\limits^{ + 4} }\end{array}} \right.\)

=> Phương trình cân bằng là: \(2X + 6{H_2}S{O_4} \to {X_2}{(S{O_4})_3} + 3S{O_2} + 6{H_2}O\)

Theo phương trình, ta có: \({n_{S{O_2}}} = \dfrac{{1,4874}}{{24,79}} = 0,06(mol)\)

Tính toán theo phương trình => \({n_X} = \dfrac{{0,06.2}}{3} = 0,04(mol) = \dfrac{{2,24}}{{{M_X}}} =  > {M_X} = 56 =  > \)X là Fe

Sơ đồ phản ứng: \(KI + KMn{O_4} + {H_2}S{O_4} \to MnS{O_4} + {I_2} + {K_2}S{O_4} + {H_2}O\)

\(\begin{array}{*{20}{c}}{5x}\\{\mathop {\mathop {2x}\limits^{} }\limits^{} }\end{array}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{2\mathop I\limits^{ - 1}  \to \mathop {{I_2}}\limits^0  + 2e}\\{\mathop {Mn}\limits^{ + 7}  + 5e \to \mathop {Mn}\limits^{ + 2} }\end{array}} \right.\)

=> Phương trình cân bằng là: \(10KI + 2KMn{O_4} + 8{H_2}S{O_4} \to 2MnS{O_4} + 5{I_2} + 6{K_2}S{O_4} + 8{H_2}O\)

Theo đề bài ta có: \({n_{MnS{O_4}}} = \dfrac{{18,12}}{{151}} = 0,12(mol)\)

Tính toán theo PTHH => \({n_{{I_2}}} = \dfrac{{0,12.5}}{2} = 0,3(mol) =  > {m_{{I_2}}} = 76,2gam\)

n_Fe = 0,2 mol

Xét quá trình cho e:

$\overset{0}{\mathop{F\text{e}}}\,\,\,\to \,\,\overset{+2}{\mathop{F\text{e}}}\,\,\,+2\text{e}$

0,2    →                0,4

Bảo toàn e: n_{e nhận} = n_{e cho} = 0,4 mol

Xét quá trình nhận e:

$2\overset{+1}{\mathop{H}}\,\,\,+\,\,2\text{e}\,\,\to \,\,{{H}_{2}}$

             0,4  →      0,2

=> V_H2 = 0,2.22,4 = 4,48 lít

n_Fe = 0,1 mol

Cl₂ phản ứng với Fe tạo muối Fe³⁺

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}  & C{{l}_{2}}\,\,\,+\,\,\,2\text{e}\to 2\overset{-1}{\mathop{Cl}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,F\text{e}\to\overset{+3}{\mathop{F\text{e}}}\,+3\text{e} \\  & 0,15\,\leftarrow \,0,3\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,1\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,0,3 \\ \end{align}$

=> V_Cl2 = 0,15.22,4 = 3,36 lít

Bảo toàn khối lượng: ${{m}_{M}}+{{m}_{C{{l}_{2}}}}={{m}_{MC{{l}_{2}}}}=>\,\,{{m}_{C{{l}_{2}}}}=9,5-2,4=7,1\,\,gam\,\,=>{{n}_{C{{l}_{2}}}}=0,1\,\,mol$

Xét quá trình cho – nhận e và áp dụng bảo toàn e:

$\begin{align}  & M\to \overset{+2}{\mathop{M}}\,+2\text{e}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{{l}_{2}}\,\,\,+\,\,\,2\text{e}\to2\overset{-1}{\mathop{Cl}}\, \\  & 0,1\,\,\,\,\leftarrow \,\,\,\,\,\,0,2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,1\,\,\to \,\,\,0,2 \\ \end{align}$

$=>\text{ }{{n}_{M}}=0,1\text{ }mol=>{{M}_{M}}=\frac{2,4}{0,1}=24$

=> M là kim loại Mg

Bảo toàn khối lượng: ${{m}_{R}}+{{m}_{{{O}_{2}}}}={{m}_{oxit}}\,\,=>{{m}_{{{O}_{2}}}}=16,2-13=3,2\,\,gam\,\,=>\,\,{{n}_{{{O}_{2}}}}=0,1\,\,mol$

Xét quá trình cho – nhận e và áp dụng bảo toàn e:

$\begin{align}  & R\to \overset{+2}{\mathop{R}}\,+2\text{e}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{{O}_{2}}\,\,\,+\,\,\,4\text{e}\to2\overset{-2}{\mathop{O}}\, \\  & 0,2\,\,\,\,\leftarrow \,\,\,\,0,4\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,1\,\,\to \,\,0,4 \\ \end{align}$

$=>\text{ }{{n}_{R}}=0,2\text{ }mol=>{{M}_{R}}=\frac{13}{0,2}=65$

=> R là kim loại Zn

Gọi số mol Mg và Zn lần lượt là x và y mol

=> m_{hỗn hợp} = 24x + 65y = 5  (1)

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}  & Mg\to \overset{+2}{\mathop{Mg}}\,+2\text{e}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2\,\overset{+1}{\mathop{H}}\,+2\text{e}\to {{H}_{2}} \\  & \,\,x\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2\text{x}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,28\,\leftarrow \,\,\,\,\,\,\text{0,14} \\  & Zn\to \overset{+2}{\mathop{Zn}}\,+2\text{e} \\  & \,y\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2y \\ \end{align}$

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận} => 2x + 2y = 0,28   (2)∆

Từ (1) và (2) ta có hệ: $\left\{ \begin{gathered}  24{\text{x}} + 65y = 5 \hfill \\  2{\text{x}} + 2y = 0,28 \hfill \\ \end{gathered}  \right. =  > \left\{ \begin{gathered}  x = 0,1 \hfill \\  y = 0,04 \hfill \\ \end{gathered}  \right.$

=> n_Mg = 0,1 mol

Xét quá trình phản ứng có Zn cho e và Ag⁺ nhận e

$\overset{+1}{\mathop{Ag}}\,\,\,\,\,+\,\,\,\,1\text{e}\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,Ag$

0,01 →   0,01 →      0,01

$\overset{{}}{\mathop{Zn}}\,\,\,\,\to \overset{+2}{\mathop{Zn}}\,\,\,\,+\,\,\,\,2\text{e}$

0,005    ←              0,01

=> ∆m_{thanh Zn} = m_{Ag sinh ra} – m_{Zn phản ứng} = 0,01.108 – 0,005.65 = 0,755 gam

=> khối lượng thanh Zn tăng 0,755 gam

n_Cu = 0,1 mol

Xét quá trình phản ứng có Cu cho e và Ag⁺ nhận e

$Cu\,\,\,\to \overset{+2}{\mathop{Cu}}\,\,\,\,+\,\,\,\,2\text{e}$

0,1           →              0,2

$\overset{+1}{\mathop{Ag}}\,\,\,\,\,\,\,+\,\,\,\,1\text{e}\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,Ag$

                    0,2   →        0,2

Vì bột Cu phản ứng hoàn toàn trong AgNO₃ dư => chất rắn sau phản ứng chỉ có Ag

=> m_Ag = 0,2.108 = 21,6 gam

\(\mathop {Cu}\limits^{} \mathop {Fe}\limits^{} \mathop {{S_2}}\limits^{}  + {\text{ }}{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}\mathop {Cu}\limits^{ + 2} \mathop O\limits^{ - 2} {\text{ }} + {\text{ }}\mathop {F{e_2}}\limits^{ + 3} \mathop {{O_3}}\limits^{ - 2}  + {\text{ }}\mathop S\limits^{ + 4} \mathop {{O_2}}\limits^{ - 2} \)

Xét các quá trình trao đổi e:

\(2CuFe{S_2}\, \to \,\,2\mathop {Cu}\limits^{ + 2} \, + \,\mathop {2Fe}\limits^{ + 3} \, + \,\mathop {4S}\limits^{ + 4} \, + \,26e\)

\(\mathop {{O_2}}\limits^0 \, + \,4e\,\, \to \,\,2\mathop O\limits^{ - 2} \,\)

Rút gọn, ta có:

\(CuFe{S_2}\, \to \,\,\mathop {Cu}\limits^{ + 2} \, + \,\mathop {Fe}\limits^{ + 3} \, + \,\mathop {2S}\limits^{ + 4} \, + \,13e\)

\(\mathop {{O_2}}\limits^0 \, + \,4e\,\, \to \,\,2\mathop O\limits^{ - 2} \,\)

Vậy 1 phân tử CuFeS₂ nhường 13e

n_{khí X} = 0,35 mol

Gọi số mol của Cl₂ và O₂ lần lượt là x và y mol

=> n_{khí X} = x + y = 0,35  (1)

Bảo toàn khối lượng: m_{khí X} + m_{hh Y} = m_{hh Z}

=> m_{khí X} = 30,1 – 11,1 = 19 gam => 71x + 32y = 19  (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ: $\left\{ \begin{gathered}  x + y = 0,35 \hfill \\  71{\text{x}} + 32y = 19 \hfill \\ \end{gathered}  \right. =  > \left\{ \begin{gathered}  x = 0,2 \hfill \\  y = 0,15 \hfill \\ \end{gathered}  \right.$

Gọi số mol của Mg và Al trong hỗn hợp Y là a và b

=> m_{hh Y} = 24a + 27b = 11,1  (3)

Xét quá trình cho – nhận e:

$\begin{align}  & Mg\to \overset{+2}{\mathop{Mg}}\,+2\text{e}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{{l}_{2}}+2\text{e}\to 2\overset{1}{\mathop{Cl}}\, \\  & \,a\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2a\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,2\to 0,4 \\  & Al\to \overset{+3}{\mathop{Al}}\,+3\text{e}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{{\text{O}}_{2}}\,\,+\,\,\,4\text{e}\to\,\,2\overset{-2}{\mathop{\text{O}}}\, \\  & \,b\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,3b\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,15\to 0,6 \\ \end{align}$

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận} => 2a + 3b = 0,4 + 0,6 = 1   (4)

Từ (3) và (4) ta có hệ: $\left\{ \begin{gathered}  24{\text{a}} + 27b = 11,1 \hfill \\  2{\text{a}} + 3b = 1 \hfill \\ \end{gathered}  \right. \to \left\{ \begin{gathered}  a = 0,35 \hfill \\  b = 0,1 \hfill \\ \end{gathered}  \right.$

=>$\% {m_{Al}} = \frac{{0,1.27}}{{11,1}}.100\%  = 24,32\% $

Gọi số mol Fe, Cr và Al lần lượt là x, y và z mol

=> m_{hỗn hợp X}  = 56x + 52y + 27z = 2,7  (1)

TN1: n_H2 = 0,07 mol

Tác dụng với HCl => Fe và Cr lên số oxi hóa +2

Bảo toàn e: n_{e cho} = n_{e nhận} => 2x + 2y + 3z = 0,07.2  (2)

TN2: tác dụng với khí Cl₂ dư => tạo ra muối FeCl₃ (x mol), CrCl₃ (y mol) và AlCl₃ (z mol)

=> m_muối = 162,5x + 158,5y + 133,5z = 9,09   (3)

Từ (1), (2) và (3) => x = 0,02 mol; y = 0,02 mol; z = 0,02 mol

=> m_Al = 0,02.27 = 0,54 gam

n_H2 = 1,344 : 22,4 = 0,06 mol

BTNT “H”: n_H2SO4 = n_H2 = 0,06 mol

BTKL: m _muối = m_KL + m_H2SO4 – m_H2 = 3,22 + 0,06.98 – 0,06.2 = 8,98 gam

Gọi n là hóa trị của A

\({m_A} = {n_A}.{M_A} \to \dfrac{{0,9}}{n}.{M_A} = 10,8 \to {M_A} = 12n\)

Xét các phương án:

Trong MgCl₂: %m_Mg = 24/(24+35,5.2) = 25,26% => A sai

Hợp chất MgO là hợp chất ion => B sai

Công thức hidroxit là Mg(OH)₂ và không tan trong nước => C đúng

Cấu hình e cùa Mg: 1s²2s²2p⁶3s² nên Mg thuộc chu kì 3 => D sai

Phần 1 và phần 2 như nhau nên số mol e cho và nhận là như nhau.

Phần 1: BTKL ta có: m_O = m_Oxit – m_KL = 15,8 – 11 = 4,8 gam

=> n_O = 4,8 : 16 = 0,3 mol

=> n_{e cho} = n_{e nhận} = 2n_O = 0,3.2 = 0,6 mol

Phần 2: n _{e cho} = n _{e nhận} = 2n_H2 => 2n_H2 = 0,6 => n_H2 = 0,3 mol

=> V_H2 = 0,3.22,4 = 6,72 lít

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O

Chất oxi hóa là KMnO₄ có hệ số là 2

Chất khử là FeSO₄ có hệ số là 10

Cách 1:

\(\begin{gathered}
Fe + {H_2}S{O_4} \to FeS{O_4} + {H_2} \hfill \\
0,225\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,0,225\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(mol) \hfill \\
10FeS{O_4} + 2KMn{O_4} + 8{H_2}S{O_4} \to 5F{e_2}{(S{O_4})_3} + 2MnS{O_4} + {K_2}S{O_4} + 8{H_2}O \hfill \\
0,225\,\,\,\,\,\,\,\,\, \to 0,045(mol) \hfill \\
\end{gathered} \)

Cách 2:

\(Fe\xrightarrow{{{H_2}S{O_4}\,loang}}\mathop {Fe}\limits^{ + 2} \xrightarrow{{KMn{O_4}}}\mathop {Fe}\limits^{ + 3} \)

=> V _{dd KMnO4} = 0,045 : 0,5 = 0,09 lít = 90 ml

- Hỗn hợp khí có:

n_khí = 8,96 : 22,4 = 0,4 mol

M_khí = 19.2 = 38

Đặt n_NO = x mol và n_NO2 = y mol

Ta có hệ phương trình: \(\left\{ \begin{array}{l}{n_{khi}} = x + y = 0,4\\{m_{khi}} = 30{\rm{x}} + 46y = 0,4.38\end{array} \right. \to x = y = 0,2\)

- Quá trình trao đổi e:

Cu⁰ → Cu⁺² + 2e                                         N⁺⁵ + 3e → N⁺² (NO)

0,4 ←         (0,6+0,2)                                            0,6 ←        0,2

                                                                     N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴ (NO₂)

                                                                               0,2 ←         0,2

⟹ m_Cu = 0,4.64 = 25,6 gam

* Lập phương trình hóa học

\(F{e_x}{O_y} + {\rm{ }}HN{O_3} \to Fe{\left( {N{O_3}} \right)_3} + {\rm{ }}NO{\rm{ }} + {\rm{ }}{H_2}O\)

Bước 1. Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

\(\mathop {F{e_x}}\limits^{ + 2y/x} {O_y} + {\rm{ }}H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3} \to \mathop {Fe}\limits^{ + 3} {\left( {N{O_3}} \right)_3} + {\rm{ }}\mathop N\limits^{ + 2} O{\rm{ }} + {\rm{ }}{H_2}O\)

Bước 2. Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

\(\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathop N\limits^{ + 5}  + 3e \to \mathop N\limits^{ + 2} }\\{\mathop {xFe}\limits^{ + 2y/x}  \to \mathop {xFe}\limits^{ + 3}  + (3x - 2y)e}\end{array}} \right.\)

Bước 3. Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa dựa trên nguyên tắc của phương pháp thăng bằng electron

Bước 4. Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó tính ra hệ số của các chất khác có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế

\(3F{e_x}{O_y} + {\rm{ (12x - 2y)}}HN{O_3} \to 3xFe{\left( {N{O_3}} \right)_3} + {\rm{ (3x - 2y)}}NO{\rm{ }} + (6x - y){\rm{ }}{H_2}O\)

* Tính toán theo phương trình hóa học

\(\begin{array}{*{20}{c}}{3F{e_x}{O_y}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}{\rm{ }}\begin{array}{*{20}{c}}{{\rm{(12x - 2y)}}HN{O_3}}\\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} \to \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{3xFe{{\left( {N{O_3}} \right)}_3}}\\{0,3x/(3x - 2y)}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}{\rm{ }}\begin{array}{*{20}{c}}{{\rm{(3x - 2y)}}NO}\\{0,1}\end{array}{\rm{ }}\begin{array}{*{20}{c}} + \\{}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{(6x - y){\rm{ }}{H_2}O}\\{}\end{array}\)

\( \Rightarrow {m_{Fe{{(N{O_3})}_3}}} = \dfrac{{0,3x}}{{3x - 2y}}.242 = 72,6\)

Thay giá trị của x và y ở mỗi đáp án vào biểu thức tính khối lượng muối thấy x=y=1 thỏa mãn