Nói đến cân bằng electron thì ai cũng hình dung là dùng cho việc cân bằng phản ứng oxi hóa- khử , theo nguyên tắc : tổng e cho = tổng e nhận
Không chỉ có vậy, phương pháp này còn được dùng để giải một số bài toán hóa mà hiệu quả của nó đến không ngờ , đôi khi các phương pháp tính toán bình thường khác phải bó tay.
Sau đây chúng ta xem xét một ví dụ để từ đó rút ra phạm vi ứng dụng của phương pháp này
Bài toán : Để a (gam) bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối lượng 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 , Fe3O4 . Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2S04 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lít khí SO2 (đkc) . Tìm a ?
Giải : Các phản ứng xảy ra
2Fe + O2 --> 2 FeO
4Fe + 3O2 --> 2 Fe2O3
3 Fe + 2O2 --> Fe3O4
2Fe + 6H2S04 --> Fe2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
2FeO + 4H2S04 --> Fe2 (SO4)3 + SO2 + 4H2O
Fe2O3 + 3H2S04 --> Fe2 (SO4)3 + 6H2O
2Fe3O4 + 10H2S04 --> 3Fe2 (SO4)3 + SO2 + 10H2O
Số mol Fe ban đầu trong a(g) : nFe = a/56 (mol)
Số mol O2 tham gia phản ứng : nO2 = (75,2- a)/32 (mol)
Số mol SO2 sinh ra n(SO2) = 6,72/22,4 = 0,3 (mol)
Các phản ứng trên bao gồm các quá trình oxi hóa và khử sau :
Fe – 3e = Fe3+
=> số mol e nhường = 3a/56 (mol)
O2 + 4e = 2O(2-) (1)
SO4(2-) + 4H(+) + 2e --> SO2 + 2H2O (2)
(1) & (2) => số mol e nhận = 4n(O2) + 2n(SO2) = 4(75,2- a)/32 + 2*0,3
số mol e nhận = số mol e nhường => 4(75,2- a)/32 + 2*0,3 = 3a/56
=> a= 56 (gam)
Thật nhẹ nhàng phải không các bạn !
Bây giờ chúng ta xem xét phạm vi ứng dụng của phương pháp này trong các bài toán hóa.
1) Có thể coi phương pháp cân bằng e này như là mở rộng của ĐL bảo toàn khối lượng, ở đây là bảo toàn điện tích
2) Các phản ứng diễn ra phải là các phản ứng oxi hóa - khử , có thể có phản ứng trao đổi ở các bước trung gian.
3) Như ví dụ trên, chỉ có thể áp dụng phương pháp này khi nguyên tố trung tâm ( như Fe) có duy nhất 1 số oxi hóa ở giai đoạn cuốí , nói cách khác Fe bị oxi hóa triệt để chuyển hoàn toàn thành Fe(3+) . Khi đó các quá trình trung gian chỉ là các bước thí nghiệm trung gian chuyển số oxi hóa của Fe.
4) Phương pháp này thường áp dụng cho các bài toán về nhiệt nhôm (dùng Al khử các oxit Fe thành Fe ) , bài toán khử hỗn hợp oxít kim loại bằng các tác nhân H2, CO …. vì các bài toán này thường có các quá trình trung gian phức tạp vì tạo nhiều sản phẩm có tỉ lệ và thành phần không xác định. Các bài toán về hỗn hợp kim loại .Nhưng cũng còn tùy bài.
Không chỉ có vậy, phương pháp này còn được dùng để giải một số bài toán hóa mà hiệu quả của nó đến không ngờ , đôi khi các phương pháp tính toán bình thường khác phải bó tay.
Sau đây chúng ta xem xét một ví dụ để từ đó rút ra phạm vi ứng dụng của phương pháp này
Bài toán : Để a (gam) bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối lượng 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 , Fe3O4 . Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2S04 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lít khí SO2 (đkc) . Tìm a ?
Giải : Các phản ứng xảy ra
2Fe + O2 --> 2 FeO
4Fe + 3O2 --> 2 Fe2O3
3 Fe + 2O2 --> Fe3O4
2Fe + 6H2S04 --> Fe2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
2FeO + 4H2S04 --> Fe2 (SO4)3 + SO2 + 4H2O
Fe2O3 + 3H2S04 --> Fe2 (SO4)3 + 6H2O
2Fe3O4 + 10H2S04 --> 3Fe2 (SO4)3 + SO2 + 10H2O
Số mol Fe ban đầu trong a(g) : nFe = a/56 (mol)
Số mol O2 tham gia phản ứng : nO2 = (75,2- a)/32 (mol)
Số mol SO2 sinh ra n(SO2) = 6,72/22,4 = 0,3 (mol)
Các phản ứng trên bao gồm các quá trình oxi hóa và khử sau :
Fe – 3e = Fe3+
=> số mol e nhường = 3a/56 (mol)
O2 + 4e = 2O(2-) (1)
SO4(2-) + 4H(+) + 2e --> SO2 + 2H2O (2)
(1) & (2) => số mol e nhận = 4n(O2) + 2n(SO2) = 4(75,2- a)/32 + 2*0,3
số mol e nhận = số mol e nhường => 4(75,2- a)/32 + 2*0,3 = 3a/56
=> a= 56 (gam)
Thật nhẹ nhàng phải không các bạn !
Bây giờ chúng ta xem xét phạm vi ứng dụng của phương pháp này trong các bài toán hóa.
1) Có thể coi phương pháp cân bằng e này như là mở rộng của ĐL bảo toàn khối lượng, ở đây là bảo toàn điện tích
2) Các phản ứng diễn ra phải là các phản ứng oxi hóa - khử , có thể có phản ứng trao đổi ở các bước trung gian.
3) Như ví dụ trên, chỉ có thể áp dụng phương pháp này khi nguyên tố trung tâm ( như Fe) có duy nhất 1 số oxi hóa ở giai đoạn cuốí , nói cách khác Fe bị oxi hóa triệt để chuyển hoàn toàn thành Fe(3+) . Khi đó các quá trình trung gian chỉ là các bước thí nghiệm trung gian chuyển số oxi hóa của Fe.
4) Phương pháp này thường áp dụng cho các bài toán về nhiệt nhôm (dùng Al khử các oxit Fe thành Fe ) , bài toán khử hỗn hợp oxít kim loại bằng các tác nhân H2, CO …. vì các bài toán này thường có các quá trình trung gian phức tạp vì tạo nhiều sản phẩm có tỉ lệ và thành phần không xác định. Các bài toán về hỗn hợp kim loại .Nhưng cũng còn tùy bài.
