Định luật bảo toàn Electron và bài tập có lời giải chính xác 100%

Trong bài viết dưới đây, Samsung Contest sẽ chia sẻ định luật bảo toàn Electron và các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao có lời giải chi tiết để các bạn cùng tham khảo

Định luật bảo toàn Electron

Khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng( nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số e mà chất khử nhường bằng tổng số e mà chất oxi hóa nhận.

∑ e nhường = ∑e nhận hay ∑ mol e nhường = ∑ mol e nhận

Ta sử dụng tính chất này để thiết lập các phương trình liên hệ cũng như giải các bài toán theo phương pháp bảo toàn e. Những dạng toán thường gặp nhất là kim loại phản ứng với HNO3, H2SO4 đặc, nóng và phản ứng nhiệt phân, phản ứng nhiệt nhôm, đốt cháy.

Tham khảo thêm:

Nguyên tắc trong định luật bảo toàn e

  • Tổng số mol e nhường = tổng số mol e nhận.
  • Định luật bảo toàn e có thể được áp dụng với các phản ứng riêng hoặc tổng hợp nhiều phản ứng.

Lưu ý khi áp dụng định luật bảo toàn electron

Định luật bảo toàn e chủ yếu áp dụng cho bài toán oxi hóa khử các chất vô cơ.

Có thể áp dụng định luật 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 e 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 HNO3 và dung dịch sau phản ứng không chứa muối amoni.

Bài tập ứng dụng định luật bảo toàn electron

VÍ dụ 1: Cho 15,8 gam KMnO4 tác dụng với dung dịch HCl đậm đặc. Thể tích khí clo thu được ở điều kiện tiêu chuẩn bằng bao nhiêu?

Lời giải

Ta có: Mn+7 nhường 5 e (Mn+2), Cl thu 2.e (Cl2)

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có :

5.nKMnO4 = 2.nCl2

⇒ nCl2 = 5/2 nKMnO4 = 0.25 mol⇒ VCl2 = 0,25 . 22,4 = 0,56 lít

Ví dụ 2: Cho m(g) Al vào 100ml dung dịch Cu(NO3)2 2M và AgNO3 2M thu được dung dịch A và chất rắn B. Nếu cho B phản ứng với dung dịch HCl dư thì được 3,36 lit H2 (đktc). Tìm m?

Cách giải

Nhận thấy trong bài toán trên, Al đóng vai trò chất khử, Ag+,H+,Cu2+ đóng vai trò chất oxi hóa.

Các quá trình nhường và nhận e đã xảy ra:

Al →  Al3+ + 3e

Ag+ + 1e → Ag

Cu2+ + 2e →Cu

H+ + 1e→12H2

Vận dụng định luật bảo toàn e cho các quá trình trên ta thấy:

dinh-luat-bao-toan-electron

⇒ m = 9g

Ví dụ 3: Cho m gam bột Cu vào 400 ml dung dịch AgNO3 0,2M, sau một thời gian phản ứng thu được 7,76 gam hỗn hợp chất rắn X và dung dịch Y. Lọc tách X, rồi thêm 5,85 gam bột Zn và Y, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 10,53 gam chất rắn Z. Giá trị của m là?

Lời giải

Ta có: nAgNO3 = 0,08 mol; nZn = 0,09 mol

dinh-luat-bao-toan-electron-1

Dựa vào sơ đồ (quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối)

⇒ Ag+ là chất nhận e và Zn là chất nhường e

Ag+  +  1e → Ag

0,08   0,08    0,08

Zn – 2e → Zn2+

x       2x

Bảo toàn e ⇒ 2x = 0,08 ⇒ x = 0,04

nZn dư = 0,09 – 0,04 = 0,05 mol

Ta thấy: hỗn hợp rắn X và hỗn hợp rắn Z gồm 3 kim loại Ag, Cu, Zn dư với

∑mkl = 7,76 + 10,53 = 18,29g

mCu = 18,29 – (mAg + mZn dư) = 18,29 – (0,08.108 + 0,05.65) = 6,4g

Ví dụ 4: Để m g phoi bào sắt (A) ngoài không khí sau một thời gian biến thành hỗn hợp (B) có khối lượng 30g gồm Fe và các oxit FeO, Fe3O4, Fe2O3. Cho B tác dụng hoàn toàn axit nitric thấy giải phóng ra 5,6 lít khí NO duy nhất (đktc). Tính m?

Lời giải

Fe + ½ O2 → FeO (1)

3Fe + 2 O2 → Fe3O4 (2)

2Fe + 3/2 O2 → Fe2O3 (3)

Fe + 4 HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (4)

3FeO + 10 HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O (5)

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O (6)

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (7)

7 phương trình phản ứng trên được biểu diễn bằng các quá trình oxi hóa khử sau:

Fe – 3e → Fe+3

O (O2) + 2e → O-2

N+5 + 3e → N+2

Vậy nNO = 0,25 (theo giả thiết), số mol Fe là x và số mol nguyên tử oxi là y

Theo quy tắc bảo toàn e ta có: 3x = 2y + 0,75 (I)

Mặt khác B chỉ gồm Fe và O nên ta còn có 56x + 16y = 30 (II)

Giải hệ ta được: x = 0,45 và m = 0,45 × 56 = 25,2g

Ví dụ 5: Hòa tan 19,2 gam kim loại M trong H2SO4 đặc dư thu được khí SO2. Cho khí này hấp thụ hoàn toàn trong 1 lít dung dịch NaOH 0,6M, sau phản ứng đem cô cạn dung dịch thu được 37,8 gam chất rắn. Xác định M.

Lời giải

nNaOH = 0,6 mol

Nếu chất rắn là NaHSO3 thì: nNaHSO3 = 0,3635 mol

Nếu chất rắn là Na2SO3 thì: nNa2SO3 = 0,3 mol

Nhận thấy: nNaOH = 2nNa2SO3 nên phản ứng giữa SO2 với NaOH là:

SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O

0,3       0,6             0,3

Ta có: M – ne → Mn+

S+6 + 2e → S+4 (SO2)

        0,6       0,3

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:

nM = 0,6/n → M = 19,2/(0,6/n) = 32n

Chọn n = 2 → M = 64 (Cu)

Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nắm được công thức định luật bảo toàn electron để áp dụng vào làm bài tập nhé