Bài tập chuẩn độ oxi hóa - khử lớp 12 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài tập chuẩn độ oxi hóa - khử lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài tập chuẩn độ oxi hóa - khử.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Bài toán thường gặp: Xác định hàm lượng ion Fe2+ bằng phương pháp chuẩn độ permanganate theo phương trình:

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

- Phương pháp giải: Viết phương trình tính theo phương trình, bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:

Bước 1: Dùng pipette hút chính xác 5 mL dung dịch FeSO4 nồng độ a mol/L cho vào bình định mức loại 50 mL. Thêm tiếp nước cất và định mức đến vạch, thu được 50 mL dung dịch Y.

Bước 2: Chuẩn độ 10 mL dung dịch Y trong môi trường H2SO4 loãng cần vừa đủ 8,8 mL dung dịch KMnO4 0,02 M.

Giá trị của a là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

Trong 10 mL Y ta có: nFeSO4=5nKMnO4=5.8,8.103.0,02=8,8.104mol

 Trong 50 mL Y có: nFeSO4=5.8,8.104=5.103a a=0,88M.

Ví dụ 2: Để xác định hàm lượng của FeCO3, trong quặng siderite, người ta có thể làm như sau: Cân 0,300 g mẫu quặng, xử lí theo một quy trình thích hợp, thu được dung dịch FeSO4 trong môi trường H2SO4 loãng. Coi như dung dịch không chứa tạp chất tác dụng với KMnO4. Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch KMnO4 0,02 M thì dùng hết 12,5 mL. Tính thành phần % theo khối lượng của FeCO3 trong quặng.

Hướng dẫn giải

Từ phương trình:

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O

Hoặc bảo toàn electron ta có: nFeSO4=5nKMnO4= 5 . 0,02 . 0,0125 = 1,25.10–3 mol

Bảo toàn nguyên tố Fe: nFeCO3=nFeSO4= 1,25.10–3 mol

%mFeCO3=1,25.103.1160,3.100%= 48,33%.

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Các nghiên cứu được thực hiện với một muối carbonate của kim loại M (hóa trị II)

Nghiên cứu 1: Tiến hành phân tích hàm lượng các nguyên tố, xác định M chiếm 48,2% khối lượng muối

Nghiên cứu 2: Nung nóng muối carbonate tới phản ứng hoàn toàn trong các khí quyển khác nhau:

Thí nghiệm

1

2

3

Khí quyển

N2

O2

HCl

Phần trăm khối lượng mẫu chất rắn sau khi nung tăng hay giảm bao nhiêu % so với khối lượng muối ban đầu ở thí nghiệm 2?

A. tăng 31%.

B. giảm 31%.

C. tăng 13%.

D. giảm 13%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Công thức muối là MCO3 %mM%m(CO3)=M60=48,2851,72M=56(Fe).

Phương trình hóa học:

2FeCO3+12 O2 Fe2O3+ 2CO2

Cứ 2 mol FeCO3 phản ứng (232 gam) sẽ tạo thành 1 mol Fe2O3 (160 gam)

 Phần trăm khối lượng chất rắn giảm là 232160232=31%.

Câu 2: Để xác định hàm lượng của FeCO3 trong quặng siderite, người ta làm như sau: Cân 0,6 gam mẫu quặng, chế hóa nó theo một quy trình hợp lí, thu được dung dịch FeSO4 trong môi trường H2SO4 loãng. Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch chuẩn KMnO4 0,025M thì dùng vừa hết 25,2 mL. Hãy tính % theo khối lượng của FeCO3 trong quặng.

A. 12,18%.

B. 60,9%.

C. 24,26%.

D. 30,45%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nKMnO4 = 6,3.10-4 mol

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

nFeSO4 = 5.nKMnO4 = 3,15.10-3 mol  nFe2+ = nFeCO3

%mFeCO3 = 3,15.10-3.1160,6.100% = 60,9%.

Câu 3: Ion Ca2+ cần thiết cho máu của người hoạt động bình thường. Để xác định nồng độ ion calcium, người ta lấy mẫu máu, sau đó kết tủa ion calcium dưới dạng calcium oxalate (CaC2O4) rồi cho calcium oxalate tác dụng với dung dịch potassium permanganate trong môi trường acid theo phản ứng sau:

CaC2O4 + KMnO4 + H2SO4  CaSO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O + CO2

Giả sử calcium oxalate kết tủa từ 1mL mẫu một người tác dụng vừa hết với 2,05 mL dung dịch potassium permanganate (KMnO4) 4,88.10-4 M. Xác định nồng độ ion calcium trong máu người đó bằng đơn vị mg Ca2+/100 mL mẫu.

A. 10.

B. 20.

C. 30.

D. 40.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

5CaC2+3O4 + 2KMn+7O4 + 8H2SO4  5CaSO4 + K2SO4 + 2Mn+2SO4 + 8H2O + 10C+4O2

Xét 1 mL máu: nKMnO4 = 2,05.10-3. 4,88.10-4  = 1,0004.10-6 mol

Bảo toàn electron:

5.nKMnO4 = 2.nCaC2O4   nCaC2O4 = 2,501.10-6  nCa2+ = 2,501.10-6 mol

Khối lượng ion Ca2+ (mg) trong 100 mL máu là:

2,501.10-6.40.103.100 = 10 mg/100 mL.

Câu 4: Thuốc tím dễ bị phân hủy khi bảo quản nên trước khi sử dụng thuốc tím pha sẵn cần xác định lai nồng độ bằng cách chuẩn độ với dung dịch H2C2O4. Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:

Bước 1: Cân chính xác lượng oxalic acid ngậm nước (H2C2O4.2H2O, M =126,07) để pha chế được 100 mL dung dịch H2C2O4 có nồng độ chuẩn 0,05 M.

Bước 2: Dùng pipette hút 5 mL dung dịch H2C2O4 vừa pha chế cho vào bình tam giác. Chuyển dung dịch KMnO4 nồng độ a.10-2mol/L vào burette rồi tiến hành chuẩn độ đến khi dung dịch trong bình tam giác có màu hồng nhạt bền khoảng 10 giây thì vừa hết 5,1 mL. Giá trị của a là

A. 2,04

B. 1,84

C. 2,12

D. 1,96

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Phương trình hóa học của phản ứng chuẩn độ:

5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2O to 10CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

Nồng độ dung dịch KMnO4 là 25.5.0,055,1=0,0196M =1,96.102M.

Câu 5: Hiện nay người ta dùng thiết bị breathalyzer để đo nồng độ cồn trong khí thở của người tham gia giao thông. Khi có nồng độ cồn trong khí thở sẽ xảy ra phản ứng:

3C2H5OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 Ag+ 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O

Tùy thuộc vào lượng K2Cr2O7 phản ứng, trên màn hình thiết bị sẽ xuất hiện số chỉ nồng độ cồn tương ứng. Người đi xe máy có nồng độ cồn trong khí thở sẽ bị xử phạt theo khung sau đây (trích từ Nghị định 123/2021/NĐ/CP):

Nồng độ cồn

(mg/1L khí thở)

Mức tiền phạt

(VNĐ)

Hình phạt bổ sung

(tước giấy phép lái xe)

0,25

2 triệu – 3 triệu

10 – 12 tháng

0,25 đến 0,4

4 triệu – 5 triệu

16 – 18 tháng

0,4

6 triệu – 8 triệu

22 – 24 tháng

Một mẫu khí thở của một người điều khiển xe máy tham gia giao thông có thể tích 26,25 mL được thổi vào thiết bị breathalyzer thì có 0,056 mg K2Cr2O7 phản ứng (trong môi trường H2SO4 và ion Ag xúc tác). Hãy cho biết người đó có vi phạm luật giao thông hay không và nếu có thì sẽ bị xử phạt mức nào?

A. Bị phạt 2-3 triệu, bị tước giấy phép lái xe 10-12 tháng.

B. Bị phạt 4-5 triệu, bị tước giấy phép lái xe 16-18 tháng.

C. Bị phạt 6-8 triệu, bị tước giấy phép lái xe 22-24 tháng.

D. Không vi phạm giao thông.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Theo PTHH: 4nC2H5OH= 3nCr3+nC2H5OH=3.2.0,0564.29413500mmol

mC2H5OH/1L13500.46.126,25.103=0,5mg/L >0,4mg/L.

Vậy người này vi phạm giao thông và bị phạt 6-8 triệu, bị tước giấy phép lái xe 22-24 tháng.

Câu 6: Trong thực tế, có nhiều vụ tai nạn giao thông xảy ra do người lái xe đã uống rượu. Để xác định hàm lượng ethanol trong máu người lái xe cần chuẩn độ ethanol bằng K2Cr2O7 trong dung dịch KHSO4. Khi đó Cr+6 bị khử thành Cr+3, ethanol (C2H5OH) bị oxi hóa thành acetaldehyde (CH3CHO). Khi chuẩn độ 45 gam huyết tương máu của một lái xe cần dùng 20 mL dung dịch K2Cr2O7 0,02M. Giả sử rằng trong thí nghiệm trên chỉ có ethanol tác dụng với K2Cr2O7. Tính % theo khối lượng của ethanol trong mẫu huyết tương của người lái xe?

A. 0,123%.

B. 5,535%.                     

C. 1,23%.

D. 0,041%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 Ag+ 3CH3CHO + Cr2(SO4)3  K2SO4 + 7H2O

nC2H5OH = 3nK2Cr2O7 = 3.0,02.20.10-3 = 1,2.10-3 mol

%mC2H5OH =  1,2.10-3.4645.100%  = 0,123%

Câu 7: Cho 20,5 mL dung dịch Fe2+ chưa rõ nồng độ, tiến hành chuẩn độ với 15 mL dung dịch KMnO4 0,265 M trong môi trường acid. Nồng độ mol/L của Fe2+ trong dung dịch là bao nhiêu?

A. 0,77M.

B. 0,97M.

C. 0,87M.

D. 0,67M.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

nKMnO4=15.0,265= 3,975 mmol

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

19,875 ← 3,975                                                                 mmol

CMFe2+=19,87520,50,97 M.

Câu 8: Siderite là một khoáng vật quan trọng trong ngành công nghiệp và khai thác quặng sắt, có thành chính là FeCO3 Hàm lượng sắt trong quặng này có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ. Người ta tiến hành thí nghiệm như sau:

- Bước 1: Cân chính xác 1,095 gam mẫu quặng siderite đã nghiền mịn và chuyển toàn bộ sang cốc thủy tinh 100 mL.

- Bước 2. Thêm 50 mL dung dịch H2SO4 loãng vào cốc, đun nhẹ để hòa tan quặng và đuổi khí CO2 Sau khi hòa tan hoàn toàn, lọc lấy dung dịch và loại bỏ phần không tan. Sau đó định mức thành 100 mL dung dịch.

FeCO3+ H2SO4 FeSO4+ CO2+ H2O

- Bước 3. Hút chính xác 10,00 mL dung dịch sau khi định mức cho vào bình tam giác, thêm 2 mL dung dịch H2SO4 loãng và thêm tiếp 10 giọt dung dịch H3PO4 (để che màu vàng của ion Fe3+). Đun nóng bình tam giác đến 60oC chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 nồng độ 0,015M đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền trong 10 giây thì dừng lại.

10FeSO4+ 2KMnO4+ 8H2SO4  5Fe2SO43+ 2MnSO4+ K2SO4+ 8H2O

Lặp lại bước 3 thêm hai lần nữa. Thể tích trung bình của dung dịch KMnO4 sau ba lần chuẩn độ là 10,06 mL. Phần trăm khối lượng sắt trong quặng siderite là bao nhiêu phần trăm? (Làm tròn kết quả đến hàng phần mười)

A. 38,6.

B. 36,8.

C. 63,8.

D. 68,3

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Số mol Fe có trong 1,095 gam mẫu quặng ban đầu là:

nFe=nFeSO4=5nKMnO4=5.0,015.10,061000.10=7,545.103(mol).

Phần trăm khối lượng Fe trong quặng là:

%mFe=7,545.103.561,095.100%38,6%.

Câu 9: Khi tiến hành thí nghiệm xác định nồng độ dung dịch FeSO4 bằng thuốc tím, người ta thực hiện như sau: lấy 10 mL dung dịch FeSO4 cho vào bình tam giác, nhỏ thêm vài giọt dung dịch H2SO4 2M. Sau đó nhỏ từ từ dung dịch KMnO4 0,02M trên burete xuống bình tam giác (vừa nhỏ vừa lắc đều bình tam giác) cho đến khi dung dịch chuyển sang màu tím nhạt (màu ổn định trong khoảng 20s) thì dừng lại. Kết quả đưa ra như hình sau:

Bài tập chuẩn độ oxi hóa - khử lớp 12 (cách giải + bài tập)

Nồng độ của dung dịch FeSO4 là bao nhiêu ?

A. 0,01M.

B. 0,02M.

C. 0,03M.

D. 0,04M.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Dựa vào hình vẽ xác định được thể tích KMnO4 đã dùng cho chuẩn độ là 3mL.

Phương trình hóa học của phản ứng chuẩn độ:

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4  5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4+ 8H2O

Theo phương trình hóa học ta có:

nFeSO4=5.nKMnO4CFeSO4.VFeSO4=5.CKMnO4.VKMnO4

CFeSO4=5.CKMnO4.VKMnO4VFeSO4 =5.0,02.310=0,03M.

Câu 10: Cân 3,2005 gam quặng sắt chứa Fe2O3 và các tạp chất trơ khác đem hòa tan trong dung dịch H2SO4 (loãng, dư), sau đó khử hoàn toàn Fe3+ trong dung dịch bằng Zn thành Fe2+, thu được 100 mL dung dịch X. Lấy chính xác 10,00mL X và dung dịch loãng, dư cho vào bình tam giác cho mỗi lần thí nghiệm và sau đó chuẩn độ dung dịch thu được bằng KMnO4 9,147.10-3M. Chuẩn độ dung dịch đến khi dung dịch trong bình tam giác xuất hiện màu hồng nhạt trong khoảng 20 giây thấy thề tích dung dịch KMnO4 trên burette tiêu tốn cho ba lần thí nghiệm lần lượt là 8,24; 8,28 và 8,20 mL.

Cho các phát biểu sau:

a). Phản ứng hòa tan Fe2O3 trong quặng: Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O.

b). Phương trình ion rút gọn của phản ứng chuẩn độ là: 5Fe2+ + 8H+ + MnO4- → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O.

c). Khi màu hồng nhạt trong bình tam giác bền trong khoảng 20 giây thì có thể coi như phản ứng vừa đủ.

d). Từ kết quả chuẩn độ, xác định được phần trăm khối lượng của trong quặng là 18,8%.

Số phát biểu đúng là

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

3 phát biểu a, b, c đúng.

Giải thích:

a. Đúng. Phản ứng hòa tan Fe2O3 trong quặng:

Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O

b. Đúng. Phương trình ion rút gọn của phản ứng chuẩn độ là:

5Fe2+ + 8H+ + MnO4- → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

c. Đúng. Đã có một lượng nhỏ KMnO4 dư để tạo màu hồng nhạt nhưng đây là sai số phải chấp nhận (vì nó là dấu hiệu để kết thúc chuẩn độ) và coi như phản ứng vừa đủ.

d. Sai. V¯KMnO4=8,24+8,28+8,23=8,24mL.

nFe2+10 mL X = 5.8,24.9,147.103 = 0,3768564 mmol

%Fe = mFe2+100 mL X3,2005.100%0,3768564.103.56.103,2005.100%=6,6%.

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:


Giải bài tập lớp 12 sách mới các môn học