by Cho phản ứng: FeSO$_{4}$ + KMnO$_{4}$ + H$_{2}$O → K$_{2}$SO$_{4}$ + MnO$_{2}$ + Fe(OH)$_{3}$ + Fe$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$. Sau khi cân bằng (với hệ số là các số nguyên, tối giản), hệ số của H$_{2}$O là
A. 12.
B. 6.
C. 18.
D. 8.
Hướng dẫn
Chọn phương án là: A
Phương pháp giải:
Cân bằng phương pháp ion – electron
áp dụng cho các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dd có sự tham gia của môi trường: axit, bazo, nước. Khi cân bằng sử dụng theo 4 bước như phương pháp thăng bằng electron nhưng chất oxi hóa, chất khử được viết đúng dạng mà nó tồn tại trong dd theo nguyên tắc sau:
1. Nếu phản ứng có axit tham gia:
+ Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm bấy nhiêu H$_{2}$O để tạo ra H$^{+}$ ở vế kia và ngược lại
VD: NO$_{3}$$^{‑ }$ → NO
Ta thấy vế phải thiếu 2O, thêm vế phải 2H$_{2}$O để tạo vế trái 4H$^{+}$, sau đó cân bằng điện tích của bán phản ứng
NO$_{3}$$^{‑ }$ + 4H$^{+}$ + 3e → NO + 2H$_{2}$O
2. Nếu phản ứng có bazơ tham gia:
+ Vế nào thiếu bao nhiêu O thêm lượng OH$^{-}$ gấp đôi để tạo H$_{2}$O ở vế kia và ngược lại
VD: Cr$_{2}$O$_{3}$ → 2CrO$_{4}$$^{-}$
Vế trái thiếu 5O thêm vế trái 10OH$^{-}$ để tạo 5H$_{2}$O ở vế phải, sau đó cân bằng điện tích bán phản ứng
Cr$_{2}$O$_{3}$ + 10OH$^{-}$ → 2CrO$_{4}$$^{-}$ + 5H$_{2}$O +6e
3. Nếu phản ứng có H$_{2}$O tham gia
+ Sản phẩm phản ứng tạo ra axit, cân bằng theo nguyên tắc 1
+ Sản phẩm phản ứng tạo ra bazơ, cân bằng theo nguyên tắc 2
MnO$_{4}$$^{-}$ + 2H$_{2}$O + 3e → MnO$_{2}$ + 4OH$^{-}$
Lời giải chi tiết:
B. ước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của 1 số nguyên tố, xác định được chất khử, chất oxi hóa\(\mathop {Fe}\limits^{ + 2} S{O_4} + K\mathop {Mn}\limits^{ + 7} {O_4} + {H_2}O \to \,{K_2}S{O_4} + \mathop {Mn}\limits^{ + 4} {O_2} + \mathop {Fe}\limits^{ + 3} {(OH)_3} + \mathop {Fe_2^{}}\limits^{ + 3} {(S{O_4})_3}\)
B. ước 2: Viết quá trình khử, quá trình oxi hóa, cân bằng mỗi quá trình và đặt hệ số thích hợp trước chất khử, chất oxi hóa
\(\begin{array}{l}\begin{array}{*{20}{c}}{3x}\\{1x}\end{array}\left| \begin{array}{l}F{e^{ + 2}} \to F{e^{ + 3}} + 1e\\Mn{O_4}^ – + 2{H_2}O + 3e \to Mn{O_2}^ – + 4O{H^ – }\end{array} \right.\\ \to 3F{e^{ + 2}} + Mn{O_4}^ – + 2{H_2}O \to 3F{e^{ + 3}} + Mn{O_2}^ – + 4O{H^ – }\end{array}\)
B. ước 3: Viết bán phản ứng, ép đúng tỉ lệ Fe(OH)$_{3}$ và nhân hệ số thích hợp để triệt tiêu OH$^{-}$
\(\begin{array}{*{20}{c}}{3x}\\{4x}\end{array}\left| \begin{array}{l}3F{e^{ + 2}} + Mn{O_4}^ – + 2{H_2}O \to 3F{e^{ + 3}} + Mn{O_2}^ – + 4O{H^ – }(1)\\F{e^{3 + }} + 3O{H^ – } \to Fe{(OH)_3}\,\,\,\,(2)\end{array} \right.\)
\( \to 9F{e^{ + 2}} + 3Mn{O_4}^ – + 6{H_2}O \to 5F{e^{ + 3}} + 3Mn{O_2}^ – + 4Fe{(OH)_3}\,(3)\)
Ta thấy trong phương trình phân tử Fe$^{+3}$ tồn tại ở dạng Fe$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$ nên ta nhân cả 2 vê (3) với hệ số 2 để làm chẵn số nguyên tố Fe$^{+3}$
\(18F{e^{ + 2}} + 6Mn{O_4}^ – + 12{H_2}O \to 10F{e^{ + 3}} + 6Mn{O_2}^ – + 8Fe{(OH)_3}\,(4)\)
Thêm ion K$^{+}$, SO$_{4}$$^{2-}$ vào phương trình ion (4) ta được phương trình phân tử ban đầu cân bằng.
→ 18FeSO$_{4}$ + 6KMnO$_{4}$ + 12H$_{2}$O → 3K$_{2}$SO$_{4}$ + 6MnO$_{2}$ + 8Fe(OH)$_{3}$ + 5Fe$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$
Vậy hệ số của H$_{2}$O là 12
Đáp án A
