Phương pháp bảo toàn e trong hóa hữu cơ

Ôn tập môn Hóa học 10

VnDoc xin giới thiệu bài Phương pháp bảo toàn e trong hóa hữu cơ được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Hóa học lớp 10 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

Câu hỏi: Phương pháp bảo toàn e trong hóa hữu cơ

Lời giải:

Trong phản ứng oxi hoá - khử, số mol electron mà chất khử cho bằng số mol electron mà chất oxi hoá nhận. ∑ne cho = ∑ne nhận

Sử dụng tính chất này để thiết lập các phương trình liên hệ, giải các bài toán theo phương pháp bảo toàn electron.

1. Lí thuyết

Định nghĩa định luật bảo toàn e

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

∑ne cho=∑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 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.

Những lưu ý khi áp dụng định luật bảo toàn e

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 HNO₃và 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 HNO₃hoặc H₂SO₄ đặc, nóng như sau:

2. Các dạng bài tập thường gặp

Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) không có tính oxi hóa (HCl, H₂SO₄loãng …)
Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hóa (HNO₃, H₂SO₄đặc, nóng…) tạo 1 khí hoặc hỗn hợp khí
Oxit kim loại (hoặc hỗn hợp oxit kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hóa (HNO₃, H₂SO₄đặc, nóng…)
Các bài toán liên quan tới sắt (điển hình là bài toán để sắt ngoài không khí)
Bài toán nhúng kim loại vào dung dịch muối.

Nói chung bất kỳ bài toán nào liên quan tới sự thay đổi số oxi hoá đều có thể giải được bằng phương pháp này.

3. Bài tập vận dụng

Dạng 1: Kim loại + Axit thường (HCl, H₂SO₄ loãng)

Phương pháp

- Chỉ những kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học mới tác dụng với ion H⁺ giải phóng H₂.

M + nH⁺ → Mn⁺ + n/2 H₂

- Số mol HCl = 2 số mol H₂

- Số mol H₂SO₄ = số mol H₂

Công thức 1: Tính khối lượng muối clorua thu được khi hoà tan hết hỗn hợp kim loại bằng dd HCl giải phóng H₂:

m _clorua= m_h² +71n_H2

Ví dụ 1. Hòa tan hoàn toàn 8 g hỗn hợp Mg và Fe vào dung dịch axit HCl dư thấy có 4,48 lít khí thoát ra ở đktc và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thì thu được bao nhiêu gam muối khan?

22,2g.
11,1g.
22,0g.
16,0g.

Giải

Áp dụng công thức 2 ta có:

m_muối= m _{kim loại}+ m_{ion tạo muối}

= 8 + 71.0,2 = 22,2g

Chọn đáp án A.

Công thức 2: Tính khối lượng muối sunfat thu được khi hoà tan hết hỗn hợp kim loại bằng H₂SO₄ loãng giải phóng H₂:

m_sunfat = m_h² + 96n_H2

Ví dụ 2. Hòa tan 9,14g hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ dung dịch H₂SO₄ thu được 7,84 lít khí X (đktc) và 2,54g chất rắn Y và dung dịch Z. Cô cạn dung dịch Z thu được m(g) muối, m có giá trị là

31,45g.
33,25g.
40,2g.
35,58g.

Giải

Áp dụng công thức 2 ta có:

m_muối= m_{kim loại phản ứng} + m_{ion tạo muối}

= (9,14 - 2,54) + 96.7,84/22,4 = 40,2 g

Chọn đáp án C

Ví dụ 3: Hòa tan hết 5,1 gam hỗn hợp bột Mg, Al bằng 500ml dung dịch hỗn hợp HCl 0,5M và H2SO4 0,25M thu được dung dịch X và 5,6 lít khí H2 (đktc). Cô cạn dung dịch X thu được lượng muối khan là:

25,975 g
25,950 g
103,850 g
77,865 g

Giải:

Tổng số mol H⁺ là: 0,5.(0,5 + 2.0,25) = 0,5 mol

Số mol H₂ là: 5,6:22,4 = 0,25 mol
2H⁺ + 2e → H₂
0,5 0,25

Áp dụng công thức 2 tính khối lượng muối:

m_muối = m_{2 kim loại} + m_Cl^- + m_SO4^2-

= 5,1 + 0,5.0,5.35,5 + 0,25.0,5.96 = 25,975g

Chọn đáp án A.

Dạng 2 : Kim loại + Axit có tính oxi hóa (HNO₃, H₂SO₄ đặc)

Phương pháp

Bài toán: Cho một kim loại (hoặc hỗn hợp các kim loại) tác dụng với dung dịch axit HNO₃ loãng, dung dịch acid HNO₃ đặc nóng cho ra hỗn hợp khí hợp chất của nitơ như NO₂, NO, N₂O, N₂, hoặc NH₃ (tồn tại dạng muối NH₄NO₃ trong dung dịch).

* Lưu ý:

- Kim loại có nhiều số oxy hóa khác nhau khi phản ứng với dung dịch acid HNO₃ loãng, dung dịch acid HNO₃ đặc nóng sẽ đạt số oxy hóa cao nhất .

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO₃ đặc nóng (trừ Pt, Au) và HNO₃ đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi đó N⁺⁵ trong HNO₃ bị khử về các mức oxy hóa thấp hơn trong những hơn chất khí tương ứng.

- Các kim loại tác dụng với ion NO₃^- trong môi trường axit H⁺ xem như tác dụng với HNO₃. Các kim loại Zn, Al tác dụng với ion NO₃^- trong môi trường kiềm OH^- giải phóng NH₃.

Công thức:

m_muối = m_{kim loại phản ứng} + m_{gốc axit}

* Lưu ý:

Tổng số mol HNO₃ =12.n_N2+ 10.n_N2O + 4.n_NO + 2.n_NO2

Ví dụ 1: Cho 1,35g X gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với HNO₃ thu được 0,01 mol NO và 0,04 mol NO₂. Tính khối lượng muối.

5,69 gam
4,45 gam
5,5 gam
6,0 gam

Giải:
m_muối = m_{kim loại phản ứng} + m_{gốc axit}

m_muối= m_kl + 62( 3n_NO + n_NO2)

m_muối = 1,35 + 62.0,07 = 5,69 gam.

Đáp án C

* Lưu ý:

Tính khối lượng muối sunfat thu được khi hoà tan hết hỗn hợp các kim loại bằng H₂SO₄ đặc, nóng giải phóng khí SO₂ , S, H₂S:

m_muối= m_kl + 96(n_SO2 + 3n_S + 4n_H2S)

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 11,9 g hỗn hợp gồm Al và Zn bằng H₂SO₄ đặc nóng thu được7,616 lít SO₂ (đktc), 0,64 g S và dung dịch X. Khối lượng muối trong dung dịch X là: