Phương trình chung của em ghi chưa đúng, vì 2y/x chỉ là hóa trị của A trong AxOy, oxide này tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc sinh ra sản phẩm khử là SO2 chứng tỏ hóa trị của A trong muối phải lớn hơn 2y/x. Ta gọi hóa trị đó chưa biết đó là n
* n không chỉ nhận duy nhất một nghiệm là 3 vì trường hợp kim loại Cu có 2 hóa trị là I và II sẽ tác dụng với H2SO4 theo phương trình sau :
Cu2O + 3H2SO4 = 2CuSO4 + SO2 + 3H2O
Giả sử có các số dương a, b, c, d, e khác 0 sao cho :
aMxOy + bH2SO4 = cM2(SO4)n + dSO2 + eH2O
Để H cân bằng ở 2 vế, ta cần có 2.b = 2.e => b = e => nH2SO4 = nH2O
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có :
mMxOy + mH2SO4 = m(muối) + mSO2 + mH2O
=> 46,4 + 98b = 120 + 64.2,24/22,4 + 18b
=> b = e = 1
Để S cân bằng ở 2 vế, ta cần có b = cn + d => cn = nH2SO4 - nSO2 = 1 - 0,1 = 0,9
1 phân tử M2(SO4)n chứa n nguyên tử S và 4n nguyên tử O
c phân tử M2(SO4)n chứa cn nguyên tử S và 4cn nguyên tử O
=> mS + mO = 32.cn + 16.4cn = 86,4g
Phân tử M2(SO4)n được cấu thành từ 3 nguyên tố M, S, O
Mặt khác, 120g M2(SO4)n chứa 86,4g (S, O)
=> mM = 120 - 86,4 = 33,6g
Khối lượng mol của phân tử M2(SO4)n = 2M + 96n
Ta có tỉ lệ : 2M/96n = mM/mSO4 = 33,6/86,4 => M = 56n/3
n = 3 => M = 56 (Fe), c = 0,9/n = 0,3
Để O cân bằng ở 2 vế, ta cần có ay + 4b = 4cn + 2d + e
=> ay + 4.1 = 4.0,9 + 2.0,1 + 1
=> ay = 0,8
Để M cân bằng ở 2 vế, ta cần có ax = 2c => ax = 0,6
=> ax/ay = x/y = 0,6/0,8 = 3/4 (Fe3O4)
** Cân bằng PT : MxOy + H2SO4 − M2(SO4)n + SO2 + H2O
Sự oxy hóa : M{+2y/x} - (n - 2y/x)e = M{+n}
Sự khử : S{+6} + 2e = S{+4}
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
xM{+2y/x} - (nx - 2y)e = xM{+n}
S{+6} + 2e = S{+4}
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
..........2 × | xM{+2y/x} - (nx - 2y)e = xM{+n}
(nx - 2y) × | S{+6} + 2e = S{+4}
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
2xM{+2y/x} + (nx - 2y)S{+6} = 2xM{+n} + (nx - 2y)S{+4} (*)
- Viết các hệ số ở trên vào vế phải trước :
MxOy + H2SO4 = xM2(SO4)n + (nx - 2y)SO2 + H2O
- Cân bằng M, S ở vế trái theo vế phải :
2MxOy + (2nx - 2y)H2SO4 = xM2(SO4)n + (nx - 2y)SO2 + H2O
- Cân bằng H ở vế phải theo vế trái :
2MxOy + (2nx - 2y)H2SO4 = xM2(SO4)n + (nx - 2y)SO2 + (2nx - 2y)H2O (**)
*** Hệ số của S{+6} ở (**) lớn hơn ở (*) (2nx - 2y > nx - 2y) là do chênh lệch số mol H2SO4 môi trường. Ở (**), (2nx - 2y) mol H2SO4 sẽ chia làm 2 phần :
- Phần 1 : (nx - 2y) mol nhận electron và bị khử thành (nx - 2y) mol SO2
- Phần 2 : nx mol còn lại kết hợp với MxOy tạo M2(SO4)n
Nhưng khi cân bằng phản ứng oxy hóa - khử thì người ta không quan tâm tới số mol môi trường nên ở (*) chỉ ghi hệ số của S{+6} (hay H2SO4) là (nx - 2y)
VD : 2Fe3O4 + 10H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O
Có 10 mol H2SO4 thì chỉ có 1 mol H2SO4 nhận e và bị khử :
H2SO4 + 2e = SO2 + H2O + O{2-}
9 mol còn lại tham gia tạo muối (9 mol làm môi trường) :
9H2SO4 + 2Fe3O4 = 6Fe{3+} + 9SO4{2-} + 8H2O + 2H{+} + 2e
