Phương pháp bảo toàn electron được áp dụng chủ yếu cho các bài toán oxi hóa khử các chất vô cơ. Sau đây là nội dung của phương pháp bảo toàn electron và các dạng bài thường gặp do PUD cung cấp.

Định luật bảo toàn electron là gì?

Định luật

  • Trong một phản ứng oxi hoá – khử, số mol electron mà chất khử cho sẽ bằng số mol electron mà chất oxi hoá nhận. 

(sum ne, cho = sum ne, nhan)

  • 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.

Nguyên tắc trong định luật bảo toàn electron

  • 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.

Những 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 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 (HNO_{3})  và dung dịch sau phản ứng không chứa muối amoni.
  • Một số công thức cần ghi nhớ khi ta  cho chất khử phản ứng với dung dịch HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng như sau:

phương pháp bảo toàn e là gì

Phương pháp giải các bài toán bằng định luật bảo toàn electron

  • Bước 1: Xác định chất khử và chất oxi hoá.
  • Bước 2: Viết các quá trình khử và quá trình oxi hoá.
  • Bước 3: Sử dụng biểu thức của định luật bảo toàn e: (n_{e, cho} = n_{e, nhan}) để giải.

Ví dụ 1:Cho m(g) Al vào 100ml dung dịch (Cu(NO_{3})_{2}) 2M và (AgNO_{3}) 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 (H_{2}) (đktc). Tìm m?

Cách giải

Nhận thấy trong bài toán trên, Al đóng vai trò chất khử, (Ag^{+}, H^{+},Cu^{2+}) đóng vai trò chất oxi hóa.

Các quá trình nhường và nhận e đã xảy ra:

(Al rightarrow Al^{3+} + 3e)

(Ag^{+} + 1e rightarrow Ag)

(Cu^{2+} + 2e rightarrow Cu)

(H^{+} + 1e rightarrow frac{1}{2}H_{2})

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

(frac{3m}{27} = 0,1.2.2 + 0,1.2.1 + frac{3,36.2}{22,4})

(rightarrow m = 9, (g))

Ví dụ 2: Cho 15,8 gam (KMnO_{4}) tác dụng với dung dịch HCl đậm đặc. Thể tích khí (Cl_{2}) thu được ở điều kiện tiêu chuẩn là:

Cách giải

Ta có: (Mn^{+7} – 5e rightarrow Mn^{+2})

(Cl^{-} + 2e rightarrow Cl_{2})

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có :

(5n_{KMnO_{4}} = 2n_{Cl_{2}})

(n_{Cl_{2}} = frac{5}{2}n_{KMnO_{4}} = 0,25, (mol))

(V_{Cl_{2}} = 0,25.22,4 = 0,56, (l))

Ví dụ 3:Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam Cu qua dung dịch HNO3 loãng dư thu được V lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất. Tiếp đó lấy V lít NO để điều chế HNO3. Hãy tính thể tích khí O2 đã tham gia vào quá trình trên.

Cách giải

Trước và sau toàn bộ quá trình chỉ có Cu và Oxi là có sự thay đổi số oxi hóa, do đó, áp dụng bảo toàn e cho hai chất này ta được:

bài toán bảo toàn e

Ví dụ 4:Lấy 9,6 gam Mg cho vào dung dịch chứa 49 gam H2SO4 vừa đủ thu được sản phẩm khử X. 

các dạng bài tập bảo toàn e

Bảo toàn electron có sử dụng phương pháp quy đổi

Ví dụ 1: Lấy m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 loãng dư thu được dung dịch B có chứa 55,2 gam muối khan. Nếu như cho dung dịch B tác dụng với Cl2 dư thu được 58,75 gam muối. Như vậy thì giá trị của m là bao nhiêu?.

Cách giải

ví dụ về định luật bảo toàn e

Ví dụ 2: Cho m gam X bao gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3. Khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X cần vừa đủ 0,1 gam H2. Để hòa tan hết 3,04 gam hỗn hợp X bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) thu được ở đktc là bao nhiêu?.

Cách giải

tìm hiểu lý thuyết bảo toàn e

Bảo toàn electron đối với hỗn hợp chất

Phương pháp giải: Chỉ cần quan tâm đến số oxi hóa của các chất đầu và chất cuối mà không quan tâm đến các quá trình trung gian.

Ví dụ 1: Trộn 15,2 gam hỗn hợp Fe và Cu với 4,8 gam S thu được một hỗn hợp X. Nung X trong bình kín không có không khí, sau một khoảng thời gian thu được hỗn hợp Y. Sau đó hòa tan hết Y trong dung dịch HNO3 loãng thu được 11,2 lít NO duy nhất (trong đktc). Tính số mol Cu trong hỗn hợp ban đầu.

Cách giải

Ta gọi x là số mol Fe và y là số mol Cu. Ta có hệ phương trình giải sau:

Phương trình khối lượng: 56x + 64y = 15,2

Bảo toàn e là: 3x + 2y +  6nS = 3nNO

=> x = 0,1 và y = 0,15

Ví dụ 2: Ta hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1 bằng axit HNO3 thu được V lít (ở đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2 và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Biết tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Tính giá trị của V.

Cách giải

cách giải bài tập về bảo toàn e

Các dạng bài tập bảo toàn electron khó và hay

Dạng 1: Toán bảo toàn electron cơ bản

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam Cu bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu được V lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất. Lấy V lít NO để điều chế HNO3. Thể tích khí O2 đã tham gia vào quá trình trên là:

Trước và sau toàn bộ quá trình chỉ có Cu và Oxi là có sự thay đổi số oxi hóa, do đó, áp dụng bảo toàn electron cho hai chất này ta được:

Ví dụ 2: Cho 9,6 gam Mg vào dung dịch chứa 49 gam H2SO4 vừa đủ thu được sản phẩm khử X. X là:

Dạng 2: Bảo toàn electron có sử dụng phương pháp quy đổi

Ví dụ 1: Cho m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 loãng dư thu được dung dịch B chứa 55,2 gam muối khan. Nếu cho dung dịch B tác dụng với Cl2 dư thu được 58,75 gam muối. Giá trị của m là:

Ví dụ 2: Cho m gam X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3. Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X cần vừa đủ 0,1 gam H2. Hòa tan hết 3,04 gam hỗn hợp X bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thì thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) thu được ở đktc là:

Dạng 3: Bảo toàn electron đối với hỗn hợp chất

Phương pháp giải toán: ta chỉ quan tâm đến số oxi hóa của các chất đầu và chất cuối mà không quan tâm đến các quá trình trung gian.

Ví dụ 1: Trộn 15,2 gam hỗn hợp Fe, Cu với 4,8 gam S thu được hỗn hợp X. Nung X trong bình kín không có không khí, sau một thời gian thu được hỗn hợp Y. Hòa tan hết Y trong dung dịch HNO3 loãng thu được 11,2 lít NO duy nhất (đktc). Số mol Cu trong hỗn hợp ban đầu là:

Gọi x là số mol Fe, y là số mol Cu. Ta có hệ sau:

Phương trình khối lượng: 56x + 64y = 15,2

Bảo toàn electron: 3x + 2y +  6nS = 3nNO

Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1 bằng axit HNO3 thu được V lít (ở đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2 và dung dịch Y (chỉ chứa hai muối và axit dư). Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19. Giá trị của V là:

Như vậy, bài viết trên đây của PUD đã giúp bạn giải đáp phương pháp bảo toàn electron là gì cũng như các dạng bài tập về định luật bảo toàn electron. Hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu sâu hơn về phương pháp này. Chúc các bạn học tốt nhé !