50 bài tập về oxi hóa khử | Lý thuyết, phương pháp và cách giải mở rộng

50 bài tập về oxi hóa khử

Phương pháp:

* Định luật bảo toàn electron

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.

* Nguyên tắc

Viết 2 sơ đồ: sơ đồ chất khử nhường e^- và sơ đồ chất oxi hoá nhận e^-.

* Một số chú ý

   - 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 PP bảo toàn electron thường sử dụng kèm các PP bảo toàn khác (bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố).

   - Khi cho KL tác dụng với dung dịch HNO₃ và dung dịch sau phản ứng không chứa muối amoni: n_NO3- = tổng số mol e nhường (hoặc nhận).

a/ Bài toán kim loại tác dụng với axit không có tính oxi hóa

   - Công thức liên hệ giữa số mol kim loại và số mol khí H₂

2. nH₂ = n₂ . n_M1 + n₂ .n-_M2 +….. (với n1, n2 là số electron nhường của kim loại M1 và M2 ; n_M1 , n_M2 là số mol của kim loại M1, M2).

   - Công thức tính khối lượng muối trong dung dịch:

M_muối = m_KL + m_{gốc ax} (m_SO4^2-, m_X^-…)

Trong đó, số mol gốc axit được cho bởi công thức:

N_{gốc ax} = tổng e trao đổi/ điện tích gốc axit.

      + Với H₂ SO₄ : m_Muối = m_KL + 96.n_H2

      + Với HCl: m_muối =m_KL + 71.n_H2

      + Với HBr: m_muối =m_KL + 160.n_H2

Ví dụ 1: Hoà tan 7,8g hỗn hợp bột Al và Mg trong dung dịch HCl dư. Sau phản ứng khối lượng dung dịch axit tăng thêm 7,0g. Khối lượng nhôm và magie trong hỗn hợp đầu là:

A. 2,7g và 1,2g     B. 5,4g và 2,4g     C. 5,8g và 3,6g     D. 1,2g và 2,4g

Lời giải:

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :m_H2 = 7,8-7,0 =0,8 gam

Mặt khác theo công thức 1 và theo đề ta có hệ phương trình:

(Khi tham gia phản ứng nhôm nhường 3 e, magie nhường 2 e và H₂ thu về 2 e)

3.n_Al + 2.n_Mg =2.n_H2=2.0.8/2 (1)

27.n_Al +24.n_Mg =7,8 (2)

Giải phương trình (1), (2) ta có n_Al =0.2 mol và n_Mg = 0.1 mol

Từ đó ta tính được m_Al =27.0,2 =5,4 gam và m_Mg =24.0,1 =2,4 gam chọn đáp án B

Ví dụ 2: Cho 15,8 gam KmnO₄ tác dụng với dung dịch HCl đậm đặc. Thể tích khí clo thu được ở điều kiện tiêu chuẩn là:

A. 5,6 lít.     B. 0,56 lít.     C. 0,28 lít.     D. 2,8 lít.

Lời giải:

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

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có :

5.n_KmnO4 =2.n_Cl2

⇒ n_Cl2 = 5/2 n_KmnO4 =0.25 mol rArr; V_Cl2 =0,25 . 22,4 =0,56 lít

Ví dụ 3. Hòa tan hoàn toàn 20g hỗn hợp Mg và Fe vào dung dịch axit HCl dư thấy có 11,2 lít khí thoát ra ở đktc và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thì thu được bao nhiêu gam muối khan?

A. 55,5g.     B. 91,0g.     C. 90,0g.     D. 71,0g.

Lời giải:

Áp dụng công thức 2 ta có:

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

= 20 + 71.0,5=55.5g

⇒ Chọn A

b/ Bài toán kim loại tác dụng với hỗn hợp axit có tính oxi hóa

Ví dụ 4. Hòa tan 15 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại Mg và Al vào dung dịch Y gồm HNO₃ và H₂SO₄ đặc thu được 0,1 mol mỗi khí SO₂, NO, NO₂, N₂O. Phần trăm khối lượng của Al và Mg trong X lần lượt là:

A. 63% và 37%.    B. 36% và 64%.     C. 50% và 50%.     D. 46% và 54%.

Lời giải:

Ta có 24 n_Mg + 27 n_Al =15     (1)

   - Xét quá trình oxi hóa

Mg → Mg²⁺+ 2e

Al → Al³⁺+3e

⇒tổng số mol e nhường = 2n_Mg + 3 n_Al

   - Xét quá trình khử

2N⁺⁵ +2.4e → 2 N⁺¹

S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

⇒tổng số mol e nhận = 2.0,4 + 0,2 = 1,4 mol

Theo định luật bảo toàn e ta có:

2n_Mg + 3 n_Al = 1,4        (2)

Giải hệ (1) và (2) ta được n_Mg = 0,4 mol, n_Al =0,2 mol

⇒% Al = 27.0,2/15 = 36%

⇒%Mg = 64%

⇒ Chọn B

Ví dụ 5: Một hỗn hợp X có khối lượng 18,2g gồm 2 Kim loại A (hóa trị 2) và B (hóa trị 3). Hòa tan X hoàn toàn trong dung dịch Y chứa H₂SO₄ và HNO₃. Cho ra hỗn hợp khí Z gồm 2 khí SO₂ và N₂O. Xác định 2 kim loại A, B (B chỉ co thể là Al hay Fe). Biết số mol của hai kim loại bằng nhau và số mol 2 khí SO₂ và N₂O lần lượt là 0,1 mol mỗi khí.

A. Cu, Al    B. Cu, Fe    C. Zn, Al    D. Zn, Fe

Lời giải:

Quá trình khử hai anion tạo khí là:

4H⁺ + SO₄^2- + 2e → SO₂ + 2H₂O

                          0,2                 0,1 mol

10H⁺ + 2NO_3^- + 8e → N₂O + 5H₂O

                            0,8                 0,1 mol

Tổng e (nhận) = 0,2 + 0,8 = 1 mol

A → A²⁺ + 2e

a                 2a

B → B³⁺ + 3e

b              3b

Tổng e (cho) = 2a + 3b = 1       (1)

Vì số mol của hai kim loại bằng nhau nên: a= b        (2)

Giải ( 1), (2 ) ta có a = b = 0,2 mol

Vậy 0,2A + 0,2B = 18,2 ⇒ A + B = 91 ⇒ A là Cu và B là Al.

c/ Bài toán kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa

Trong các phản ứng oxy hóa khử, sản phẩm tạo thành có chứa các muối mà ta thường gặp như muối sunfat SO₄^2-(có điện tích là -2), muối nitrat NO_3^-, ( có điện tích là -1), muối halogen X^-( có điện tích là -1), ... Thành phần của muối gồm caction kim loại (hoặc cation NH₄⁺),và anion gốc acid. Muốn tính khối lượng muối tạo thành trong dung dịch ta tính như sau:

^mmuối = ^mkim loại + ^mgốc acid

Trong đó: m_{gốc acid} = M_{gốc acid} .ne (nhận)/(số điện tích gốc acid)

Ví dụ 6: Cho 6,3 g hỗn hợp Mg và Zn tác dụng hết với dung dịch HCl thấy thoát ra 3,36 lít H₂ (đktc). Khối lượng muối tạo ra trong dung dịch là:

A. 15,69 g    B. 16,95 g    C. 19,65 g    D. 19,56 g

Lời giải:

Ta có: 2H⁺+ 2e → H₂

                   0,3     0,15 mol/

Vậy khối lượng muối trong dung dịch là:

M_muối = m_{kim loại} + m_{gốc acid} = 6,3+35,5.0,3/1=16,95 g.

⇒ Chọn B

Một số lưu ý:

   - Với kim loại có nhiều số oxy hóa khác nhau khi phản ứng với dung dịch axit HNO₃ loãng, HNO₃ đặc nóng sẽ đạt số oxi 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 dó N⁺⁵trong HNO₃ bị khử về mức oxi hóa thấp hơn trong những đơn chất khi tương ứng.

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

Ví dụ 7: Hòa tan 15g hỗn hợp X gồm 2 kim loại Mg, Al vào dung dịch Y gồm HNO₃ và H₂SO₄ đặc thu được 0,1 mol mỗi khí SO₂, NO, NO₂, N₂O. Phần tram khối lượng của Al, Mg trong X lần lượt là:

Lời giải:

Gọi Mg, Al trong hỗn hợp X lần lượt là x, y (mol).

Xem thêm các dạng bài tập và công thức Hoá học lớp 10 hay, chi tiết khác:

Các dạng bài toán Phương pháp bảo toàn electron

50 bài tập Kim loại tác dụng với axit

Công thức xác định số oxi hóa

Công thức bảo toàn electron

50 bài tập về tính chất hóa học, phương pháp điều chế Halogen