Công thức bảo toàn electron | Lý thuyết, công thức, các dạng bài tập và cách giải

Công thức bảo toàn electron

Công thức bảo toàn electron giúp chúng ta tính toán nhanh gọn và chính xác các bài toán liên quan đến phản ứng oxi hóa - khử. Bài viết dưới đây sẽ giúp các em hiểu rõ vấn đề này. 

1. Công thức bảo toàn electron

- Phát biểu định luật: Trong phản ứng oxi hóa khử, tổng số electron nhường luôn bằng tổng số electron nhận

∑e_nhường = ∑e _nhận

Hệ quả: ∑n_enhường = ∑n_enhận

- Các bước áp dụng:

Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng

Bước 2: Xác định chất khử, chất oxi hóa. Viết bán phản ứng. Tính số mol e nhường, nhận.

Bước 3: Áp dụng công thức bảo toàn electron:       

∑e _nhường = ∑e _nhận

   Tính toán theo yêu cầu đề bài.

Ví dụ: Cho 7,8g hỗn hợp bột kim loại Mg và Al tác dụng với dd HCl dư thu được 8,96l H₂ ở đktc. Khối lượng các kim loại Mg và Al trong hỗn hợp lần lượt là

A. 2,4g và 5,4 g                                             B. 5,4g và 2,4g

C. 1,2g và 5,4g                                              D. 3,9g và 2,6g

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Sơ đồ phản ứng 

 n_H2 = 0,4 mol

Bước 2: Viết bán phản ứng

Quá trình oxi hóa:                                          Quá trình khử:

Mg⁰  ->   Mg⁺²   + 2e                                          2H⁺¹  + 2e -> H⁰₂ 

x                  2x                                                   0,8     - > 0,4 mol

Al⁰  -> Al⁺³   + 3e 

y                 3y                      mol

∑n_{e  nhường} = 2x + 3y                                              

∑n_enhận = 0,8 mol

Bước 3: Áp dụng định luật bản toàn electron: 

∑n_enhường =∑n_enhận

→ 2x + 3y = 0,8 (1)

m_{hỗn hợp} = 7,8 gam  

→ 24x + 27y = 7,8  (2)

Từ (1) và (2) → → 

2. Bạn nên biết

Sử dụng linh hoạt định luật bảo toàn electron kết hợp với định luật bảo toàn nguyên tố và định luật bảo toàn khối lượng trong giải bài tập hóa học.

- Định luật bảo toàn khối lượng: “Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng”.

Phương trình phản ứng:   A + B → C + D

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m_A + m_B = m_C + m_D 

- Định luật bảo toàn nguyên tố: “Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kỳ trước và sau phản ứng luôn bằng nhau”

3. Mở rộng

- Áp dụng định luật bảo toàn electron tính nhanh các bài toán kim loại phản ứng hết với dung dịch axit

∑ n_Kl..hóa trị= ∑n_khi(NH4+) . Số e nhận

Trong đó, các sản phẩm khử thường gặp:

4. Bài tập minh họa

Câu 1: Hòa tan 7,84 gam Fe vào 200 ml dung dịch hỗn hợp 2 axit HCl 0,15M và H₂SO₄ 0,25M thấy thoát ra V lít khí H₂ (đktc). Giá trị của V là

A. 1,456 lít                       B. 0,45 lít                         C. 0,75 lít                         D. 0,55 lít

Hướng dẫn giải:

n_Fe = 0,14 mol

n_H+ = n_HCL  + 2n_H2SO4 0,13 mol

Quá trình oxi hóa   (nhường e)                       Quá trình khử: (nhận e)        

   Fe⁰  ->  Fe⁺²  + 2e                     2H⁺¹  + 2e -> H⁰₂ 

bài ra:    0,14     ->    0,28                       0,13 -> 0,13 -> 0,065

∑n_{e   nhường} tối đa = 0,28 mol                         ∑n_{e   nhận} tối đa= 0,13 mol

→ ∑n_{e   nhường} tối đa > ∑n_e  nhận tối đa

→ Fe dư, chuyển hết thành H₂

→ n_H2   = 0,065 mol → V = 1,456 lít

→ Chọn A

Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hóa trị n không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí Cl₂ và O₂. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (đktc). Kim loại M là

A. Mg                              B. Ca                               C. Be                               D. Cu

Hướng dẫn giải:

n _{hỗn hợp khí} = n_cl2  + n₀₂= 0,25 mol (1)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m_{kim loại} + m_{hỗn hợp khí} = m_rắn

→ m_cl2 + m_o2= 23 – 7,2 = 15,8 → = 15,8 (2)

Từ (1) và (2) →                               

   M⁰  → M⁺ⁿ  + ne                                    Cl₂⁰  + 2e -> 2Cl^-1 

                                    0,2     →  0,4

                                                               O⁰₂   + 4e -> 2O^-2 

                                                                0,05 → 0,2

∑n_{e   nhường} = mol                ∑n_e  nhận = 0,6 mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron:  ∑n_enhường = ∑n_enhận

→ = 0,6 → M_M = 12n

→ n = 2; M_M = 24 (Mg)

→ Chọn A

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam Cu trong dung dịch HNO₃ đặc, nóng thu được V lít khí NO₂ (đktc). Giá trị của V là

A. 4,48                  

B. 13,44                 

C. 8,96                  

D. 6,72

Hướng dẫn giải:

n_Cu = 0,3 mol

∑n_Kl..Hóa trị=∑n_khi(NH4+)  . Số e nhận

 ->     0,3.2 =  . 1

 ->   V = 13,44 lít

  ->    Chọn B

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

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

50 bài tập về cách nhận biết, tách chất Nhóm Halogen

Các dạng bài toán cách hoàn thành phương trình hóa học về Halogen

Các dạng bài toán Kim loại tác dụng với Halogen

Các dạng bài toán Halogen tác dụng với muối của halogen yếu hơn