MỤC LỤC CÁC MỤC TRANG Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Phần 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1 1 Cơ sở lý luận 1 2 Cơ sở thực tiễn 2 3 Nội dung nghiên cứu 2 3 1 Cơ sở lý thuyết về tính chất hóa học của axit nitric và dung dị[.]
MỤC LỤC CÁC MỤC TRANG Phần ĐẶT VẤN ĐỀ Phần NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1 Cơ sở lý luận Cơ sở thực tiễn Nội dung nghiên cứu 3.1 Cơ sở lý thuyết tính chất hóa học axit nitric dung dịch chứa đồng thời H+ NO3- 3.2 Xây dựng dạng tập tổng quát chất khử tác dụng với H + NO3- 3.2.1 Xây dựng toán tổng quát kim loại tác dụng với HNO3 3.2.2 Bài toán TQ kim loại hợp chất (oxit kim loại, muối cacbonat, ) tác dụng với HNO3 10 3.2.3 Bài toán TQ hỗn hợp chất tác dụng với dung dịch chứa đồng thời ion H+ ion NO3- 16 3.3 Một số tập đề xuất 34 3.5 Thực nghiệm sư phạm 42 PHẦN KẾT LUẬN 42 skkn PHẦN ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, với phát triển vũ bão công nghệ thông tin, mạng xã hội mà lượng thông tin người tiếp cận ngày nhiều, lượng tập hóa học ngày đa dạng khó Một hệ thống tập hay khó hơm trở nên dễ chí lạc hậu vào thời gian ngắn sau Vì giáo viên học sinh kỷ nguyên công nghệ số, không cập nhật kiến thức cách thường xuyên liên tục khơng thể bắt kịp tốc độ phát triển khó hoàn thành mục tiêu giảng dạy học tập thân Mặt khác, thực trạng thi học sinh giỏi cấp tỉnh kỳ thi TNTHPT-QG năm gần phần vận dụng vận dụng cao đề thi HSG chiếm khoảng 60% đề TNTHPT-QG chiếm khoảng 30% chứa chủ yếu dạng tập hay khó Những dạng tập đòi hỏi học sinh phải nắm kiến thức, đồng thời nắm vững kỹ năng, phương pháp (đặc biệt phương pháp tư tổng quát) để giải tập thời gian ngắn Vì vây để thực dạng tập thời gian từ đến phút không đơn giản Trong trình giảng dạy luyện thi học sinh thi học sinh giỏi cấp tỉnh THPT-QG nhận thấy học sinh ngại tiếp xúc với tập vận dụng vận dụng cao đề thi HSG tỉnh TNTHPT-QG, đặc biệt tập phần HNO dung dịch chứa H+ NO3- Đây dạng tập khó, đa dạng nên gặp dạng tập phần lớn học sinh ngại khơng giám làm làm theo phương pháp mị mẫm, may mắn giải Phần lớn em khơng có tư tổng quát thực dạng tập Vì tơi mạnh dạn viết SKKN: “Xây dựng toán tổng quát H+ NO3-” để giảng dạy góp phần giúp đỡ học sinh giáo viên khác việc học tập giảng dạy việc giải tập vận dụng vận dụng cao dạng tập Với kinh nghiệm giảng dạy bồi dưỡng HSG luyện thi TNTHPT-QG nhiều năm tơi khẳng định tính tính cấp thiết đề tài Đề tài có tác dụng thiết thực cho học sinh giỏi định hướng mức điểm cao đề thi HSG cấp tỉnh TNTHPT-QG góp phần hỗ trợ giáo viên cơng tác bỗi dưỡng HSG luyện thi TNTHPT-QG PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Cơ sở lý luận skkn Cơ sở lý luận đề tài “Xây dựng toán tổng quát H + NO3-” Trong kiến thức trợ tính chất axit nitric, hợp chất nitơ, muối nitrat Ngồi cịn sử dụng cơng thức định lượng hóa học, đồng thời sử dụng nhuần nhuyễn định luật bảo toàn, bảo toàn khối lượng, bảo tồn ngun tố, bảo tồn điện tích, bảo tồn electron Cơ sở thực tiễn Đây dạng tập phổ biến hợp chất vô cơ, dạng tập điển hình đề thi học sinh giỏi kỳ thi TNTHPT QG Dạng tập dạng tập vận dụng vận dụng cao định hướng phương pháp giải khó khăn, thân dựa vào nhu cầu thực tiễn, dựa vào dạng tập có tài liệu đề thi để tiến hành thực đề tài Dựa vào sở thực tiễn mà khiến cho đề tài có tính thuyết phục so với cách tư cũ giải dạng tập Nội dung nghiên cứu 3.1 Cơ sở lý thuyết tính chất hóa học axit nitric dung dịch chứa đồng thời H+ NO3- 3.1.1 Tính axit: Axit nitric axit mạnh nhất, dung dịch lỗng phân li hồn tồn thành ion H+ ion NO3- Dung dịch HNO3 làm quỳ tím hóa đỏ; tác dụng với oxit bazơ, bazơ muối axit yếu tạo muối nitrat Thí dụ: CuO + HNO3 Cu(NO3)2 + H2O Ba(OH)2 + 2HNO3 CaCO3 + 2HNO3 Ba(NO3)2 + 2H2O Ca(NO3)2 + CO2 + H2O 3.1.2 Tính oxi hóa Axit nitric axit có tính oxi hóa mạnh Tùy thuộc vào nồng độ axit độ mạnh yếu chất khử, mà HNO3 bị khử đến sản phẩm khác nitơ a) Tác dụng với kim loại Axit nitric oxi hóa hầu hết kim loại, kể kim loại có tính khử yếu Cu, Ag, trừ Pt Au Khi kim loại bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao tạo muối nitrat Sản phẩm khử tạo thành tùy thuộc vào độ hoạt động kim loại, nồng độ axit nhiệt độ phản ứng Thông thường, dùng HNO đặc, đun skkn nóng sản phẩm khử NO2, dùng HNO3 lỗng sản phẩm khử thường NO sản phẩm khử có SOH thấp hơn, kim loại kim loại có tính khử mạnh SPK có SOH thấp Ví dụ: Với kim loại mạnh Mg, Al, Zn, , HNO3 lỗng bị khử đến N2O, N2, NH4NO3 Phản ứng tổng quát sau: M + HNO3 M(NO3)n + ¿ + H2O Thí dụ: 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O 8Al + 30HNO3 (loãng) 4Mg + 10HNO3 (loãng) 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O * Lưu ý: - Al, Fe, Cr không tác dụng với HNO đặc nguội, tượng gọi tượng thụ động hóa kim loại - Sản phẩm khử phụ thuộc vào độ hoạt động kim loại, nồng độ axit nhiệt độ phản ứng - Một phản ứng tạo thành nhiều sản phẩm khử khác Phương trình viết gộp biết tỉ lệ mol sản phẩm Thí dụ: 46Al + 148HNO3 mol N2:N2O = 3:2) 46Al(NO3)3 + 9N2↑ + 6N2O↑ + 74H2O (biết tỉ lệ Q trình oxi hóa – khử: { Al → A l 3+¿+3 e10 N +5 +46 e →3 N ❑2+2 N O∨46 ¿ b) Tác dụng với phi kim: Axit nitric oxi hóa nhiều phi kim (S, C, P ) S + 6HNO3 (đặc) t o → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O P + 5HNO3 (đặc) t o → H3PO4 + 5NO2↑ + H2O c) Tác dụng với hợp chất: Axit nitric oxi hóa nhiều hợp chất có tính khử (hợp chất sắt II, muối sunfua, ) 3Fe3O4 + 28HNO3 (đặc) t o → 9Fe(NO3)3 + NO↑ + 14H2O 2FeS2 + 30HNO3 (đặc) t o → Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 30NO2↑ + 14H2O * Lưu ý: Một dung dịch chứa đồng thời H + NO3- có tính oxi hóa tương tự HNO3, phương trình phản ứng nên viết dạng ion thu gọn skkn Thí dụ: TNo 1 Cho phoi Cu vào dung dịch H2SO4 loãng TNo 1 Cho phoi Cu vào dung dịch NaNO3 TNo 1 Cho phoi Cu vào dung dịch hỗn hợp H2SO4 loãng NaNO3 Thấy TNo phản ứng khơng xảy ra, thí nghiệm thấy Cu tan tạo khí khơng màu hóa nâu ngồi khơng khí Thí nghiệm sử dụng để nhận biết ion NO3- dung dịch 3Cu + 8H+ + 2NO3- 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 3.1.3 Một số tập lý thuyết đề xuất luyện tập: Ví dụ 1: Cho bột Fe vào dung dịch HNO 3, đến phản ứng hoàn tồn thu dung dịch A khí NO Cho dung dịch HCl vào dung dịch A lại thu khí NO Biết NO sản phẩm khử N+5 Chất tan có mặt dung dịch A A Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 B Fe(NO3)3 HNO3 C Fe(NO3)3 D Fe(NO3)2 HNO3 HD: Vì cho dung dịch HCl vào dung dịch A có khí NO dẫn tới dung dịch A có muối Fe(NO3)2 Vậy đáp án A Ví dụ 2: Lập phương trình hóa học: a) Ag + HNO3 (đặc) NO2↑ + ? + ? b) Ag + HNO3 (loãng) NO↑ + ? + ? c) Al + HNO3 N2O↑ + ? + ? d) Zn + HNO3 NH4NO3 + ? + ? e) Fe3O4 + HNO3 NO↑ + ? + ? f) FeCO3 + HNO3 NO↑ + ? + ? + ? g) Mg + HNO3 với H2 20) ? + N2↑ + N2O↑ + ? (biết tỉ khối hỗn hợp khí N2 N2O so Ví dụ 3: Cho bột Fe vào dung dịch hỗn hợp HNO H2SO4 lỗng, đến phản ứng hồn tồn thu dung dịch X, chất rắn Y hỗn hợp khí NO H Biết NO sản phẩm khử N+5 Chất tan có mặt dung dịch X A FeSO4 B Fe2(SO4)3 C Fe(NO3)2 D FeSO4 vàFe(NO3)3 skkn HD: Vì sản phẩm khử có H2 dẫn tới NO3- hết suy dung dịch không chứa muối nitrat Vì Fe dư nên muối tạo thành muối Fe2+ Vậy đáp A 3.2 Xây dựng dạng tập tổng quát chất khử tác dụng với H+ NO3- 3.2.1 Xây dựng toán tổng quát kim loại tác dụng với HNO3 3.2.1.1 Xây dựng toán tổng quát: M + HN O3 →⟨ K h í T ¿ Ta có: ⮚ ⮚ ⮚ n e (T Đ )=n N O +3 n NO + n N O +10 nN +8 n N H nH +¿( p nứ ng) =nHN O nN O −¿(t ạo mu ố i) ( ph ản ứ ng ) +¿ ¿ =2 nN O +4 nNO+ 10nN O +12 nN +10 nN H ¿ ¿ 2 +¿ =ne (T Đ )+nN H ¿ ¿ +¿ * Lưu ý: n e (T Đ ) tổng số mol electron cho nhận 3.2.1.2 Bài tập minh họa Ví dụ Hòa tan hết 7,2 gam Mg dung dịch HNO lỗng dư, sau phản ứng hồn tồn thu dung dích X 2,688 lít khí NO (duy nhất, đktc) Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu m gam muối khan Giá trị m là? A 44,40 B 46,80 C 31,92 D 29,52 Định hướng tư giải: Ta có: Ví dụ Hịa tan hoàn toàn 2,16 gam Al vào dung dịch chứa 0,32 mol HNO3 thu dung dịch Y V ml (đktc) khí N 2O Để phản ứng hết với chất Y thu dung dịch suốt cần 0,35 lít dũng dịch NaOH 1M Giá trị V là: A 224 B 336 C 448 Định hướng tư giải: Ta có: skkn D 672 Ví dụ Hịa tan hồn tồn m gam hỗn hợp X chứa Mg, Al Zn vào dung dịch chứa HNO3 dư thu dung dịch Y chứa 0,896 lít (đktc) khí NO2 NO có tổng khối lượng 1,68 gam Số mol HNO3 bị khử là? A 0,04 B 0,06 C 0,08 D 0,05 Định hướng tư giải: Có Ví dụ Hịa tan hoàn toàn 3,78 gam Al vào dung dịch chứa HNO (vừa đủ) thu dung dịch Y chứa 31,42 gam muối a mol hỗn hợp khí N 2O, NO tỷ lệ mol 1:6 Giá trị a là? A 0,04 B 0,03 C 0,06 D 0,07 Định hướng tư giải: Có ngay: Ví dụ Cho 14,4 gam hỗn hợp gồm Mg, Fe, Cu (có số mol nhau) tác dụng hết với dung dịch HNO3 dư thu dung dịch X 2,688 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm NO2, NO, N2O, N2, số mol N2 số mol NO2 Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu 58,8 gam muối khan Tính số mol HNO3 phản ứng A 0,893 B 0,7 C 0,725 D 0,832 Định hướng tư giải: Ta có: n Mg=n Fe =nCu =0,1 mol ⟹ n e (T Đ )=0,7 mol Hỗn hợp khí Y N2 NO2 nên ta ghép N2 NO2 thành hỗn hợp N2O NO Vậy hỗn hợp Y quy đổi thành hỗn hợp NO N2O Ta có sơ đồ phản ứng sau: skkn {Mg Fe Cu+ HN O3 →⟨ {NO N O {M g Đặt số mol NH4+ x ⟹ n N O −¿ tạ o muố i 2+¿ F e 3+ ¿C u 2+ ¿ N H −¿ ¿ +¿ N O ¿ ¿ ¿ ¿ =0,7+ x⟹ mmu ố i =14,4+18 x+62 ( 0,7 +x )=58,8 ⟹ x=0,0125 mol¿ Đặt {NO a N O b ⟹ {a+b=0,12 a+8 b=0,6 ⟺ {a=0,072 b=0,048 Số mol HNO3 phản ứng n HN O p h ả n ứ ng =¿ 0,072.4 + 0,048.10 + 0,0125.10 = 0,893 (mol) ⟹ Đáp án A 3.2.1.2 Bài tập minh họa Câu Cho m gam hỗn hợp X (gồm Mg, Al, Zn, Cu) tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu được dung dịch Y (không có muối amoni) và 11,2 lít (đktc) hỗn hợp khí Z (gồm N2, N2O và NO2 đó N2 và NO2 có phần trăm thể tích bằng nhau) có tỉ khối đối với He bằng 8,9 Số mol HNO3 phản ứng là A 3,4 B C 2,8 D 3,2 Câu Hòa tan hết 15,2 gam hỗn hợp gồm Fe Cu dung dịch HNO thu dung dịch X 4,48 lít khí NO (đktc) Thêm từ từ 3,96 gam kim loại Mg vào hỗn hợp X đến phản ứng xảy hoàn toàn thu 224 ml khí NO (đktc), dung dịch Y m gam chất rắn không tan Giá trị m A 12,4 B 9,6 C 6,4 D 15,2 Câu Hòa tan hoàn toàn 3,79 gam hỗn hợp X gồm Al và Zn (có tỉ lệ mol tương ứng là : 5) vào dung dịch chứa 0,394 mol HNO thu được dung dịch Y và V ml (đktc) khí N2 nhất Để phản ứng hết với các chất Y thu được dung dịch suốt cần 3,88 lít dung dịch NaOH 0,125M Giá trị của V là A 352,8 B 268,8 C 112 D 358,4 Câu Cho 14,4 gam hỗn hợp gồm Mg, Fe, Cu (có số mol nhau) tác dụng hết với dung dịch HNO3 dư thu dung dịch X 2,688 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm NO2, NO, N2O, N2, số mol N2 số mol NO2 Cơ cạn cẩn thận dung dịch X thu 58,8 gam muối khan Tính số mol HNO3 phản ứng A 0,893 B 0,7 C 0,725 D 0,832 Câu Cho m gam Na vào 400 ml dung dịch HNO thu dung dịch X 0,336 lít hỗn hợp Y gồm khí A B Cho thêm vào X dung dịch Ca(OH) dư thấy 0,224 lít khí B (biết thể tích đo đktc HNO tạo sản phẩm khử nhất) Vậy m A 4,6 B 1,18 C 7,36 D 3,91 Câu Cho 14,4 gam hỗn hợp Fe, Mg Cu (số mol kim loại nhau) tác dụng hết với dung dịch HNO3 (lấy dư 10% so với lượng phản ứng) thu skkn dung dịch X 2,688 lít hỗn hợp khí N 2, NO, NO2, N2O khí N2 NO2 có số mol Cơ cạn cẩn thận dung dịch X thu 58,8 gam muối khan Số mol HNO3 ban đầu dùng A 0,893 B 0,804 C 0,4215 D 0,9823 Câu Để hoà tan hoàn toàn 19,225 gam hỗn hợp X gồm Mg, Zn cần dung vừa đủ 800 ml dung dịch HNO3 1,5M Sau kết thúc phản ứng thu dung dịch Y 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí A gồm N2, N2O, NO, NO2 (N2O NO2 có số mol nhau) có tỉ khối H 14,5 Phần trăm khối lượng Mg X A 62,55% B 90,58% C 9,42% D 37,45% Câu Hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Al, Mg (có tỉ lệ mol tương ứng : : : 2) Hòa tan 22,2 gam hỗn hợp A cần vừa đủ 950 ml dung dịch HNO 2M sau phản ứng hoàn toàn thu dung dịch X V lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm NO, N 2, N2O, NO2, biết số mol NO2 số mol N2 Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu 117,2 gam muối Giá trị V A 5,04 B 6,72 C 8,86 D 7,84 Câu Cho 11,5 gam hỗn hợp gồm Al, Cu Mg có số mol tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa a mol HNO3 thu dung dịch X 2,688 lít (đktc) hỗn hợp gồm khí N2, N2O, NO2 (trong số mol N2 số mol N2O) làm bay nước dung dịch X thu 55,9 gam muối khan Giá trị a A 0,468 B 0,88 C 0,648 D 0,905 Câu 10 Hịa tan hồn tồn 31,25 gam hỗn hợp X gồm Mg, Al Zn dung dịch HNO3, sau phản ứng hoàn toàn thu dung dịch Y hỗn hợp gồm 0,1 mol N2O 0,1 mol NO Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu 157,05 gam hỗn hợp muối Số mol HNO3 bị khử phản ứng A 0,45 mol B 0,5 mol C 0,3 mol D 0,4 mol Câu 11 Hịa tan hồn tồn 10 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al, Zn dung dịch HNO3 thu 1,12 lít hỗn hợp khí NO N2 có tổng khối lượng 1,44 gam Cô cạn cẩn thận dung dịch sau phản ứng thu 66,88 gam muối Số mol HNO3 phản ứng là: A 0,94 B 1,04 C 1,03 D 0,96 Câu 12 Hịa tan hồn tồn 15,35 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al, Zn, Fe, Cu, Ag dung dịch HNO thu 2,912 lít hỗn hợp khí NO, NO N2 có tỷ lệ mol 6:4:3 Cô cạn cẩn thận dung dịch sau phản ứng thu 82,15 gam muối Số mol HNO3 phản ứng là? skkn A 1,32 B 1,28 C 1,35 D 1,16 Câu 13 Hịa tan hồn tồn 3,24 gam Al vào dung dịch chứa 0,5 mol HNO thu dung dịch Y V ml (đktc) hỗn hợp khí N2O NO tỷ lệ mol 1:2 Để phản ứng hết với chất Y thu dung dịch suốt cần 0,53 lít dung dịch NaOH 1M Giá trị V A 224 B 336 C 448 D 1344 Câu 14 Hịa tan hồn tồn m gam hỗn hợp X chứa Mg, Al Zn vào dung dịch chứa HNO3 dư thu dung dịch Y chứa 1,12 lít (đktc) khí NO2 NO có tổng khối lượng 1,98 gam Số mol HNO3 bị khử là? A 0,04 B 0,06 C 0,08 D 0,05 Câu 15 Cho 14,19 gam hỗn hợp X gồm Al, Mg, Cu, Zn tác dụng vừa đủ dung dịch chứa 1,12 mol HNO3 thu dung dịch Y chứa a gam muối 2,016 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm NO N2O có tổng khối lượng 3,54 gam Cô cạn dung dịch Y nung chất rắn đến khối lượng không đổi thu b gam chất rắn khan Tổng số gần với giá trị sau đây? A 79,75 B 88,15 C 93,88 D 97,31 * Đáp án: 1.D 2.C 3.B 4.A 5.D 6.A 11.B 12.B 13.D 14.B 15.C 7.D 8.A 9.D 10.D 3.2.2 Bài toán TQ kim loại hợp chất (oxit kim loại, muối cacbonat, ) tác dụng với HNO3 3.2.2.1 Xây dựng toán tổng quát: {M M x O y M (OH )n MC O3 … + HN O3 →⟨ K h í T ¿ Ta có: ⮚ n e (T Đ )=n N O +3 n NO + n N O +10 nN +8 n N H =n =n ¿ ⮚ nH 2 +¿ ¿ +¿( p nứ ng) HN O3 ( ph ản ứ ng ) ⮚ nN O −¿(t ạo mu ố i) =nN O −¿( TĐ ) +n NO H +¿ (T Đ) +n + ¿( OK) H =¿ ¿ −¿ (OK ) +n +¿ N H =n +¿ (T Đ ) H +n ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ +n ¿ e (T Đ ) N H+ ¿¿ * Lưu ý: - n e (T Đ ) tổng số mol electron cho nhận skkn ... Xây dựng dạng tập tổng quát chất khử tác dụng với H+ NO3- 3.2.1 Xây dựng toán tổng quát kim loại tác dụng với HNO3 3.2.1.1 Xây dựng toán tổng quát: M + HN O3 →⟨ K h í T ¿ Ta có: ⮚ ⮚ ⮚ n e (T Đ... Zn, , HNO3 lỗng bị khử đến N2O, N2, NH 4NO3 Phản ứng tổng quát sau: M + HNO3 M (NO3) n + ¿ + H2O Thí dụ: 3Cu + 8HNO3 3Cu (NO3) 2 + 2NO↑ + 4H2O 8Al + 30HNO3 (loãng) 4Mg + 10HNO3 (loãng) 8Al (NO3) 3 +... Fe (NO3) 2 D FeSO4 vàFe (NO3) 3 skkn HD: Vì sản phẩm khử có H2 dẫn tới NO3- hết suy dung dịch khơng chứa muối nitrat Vì Fe dư nên muối tạo thành muối Fe2+ Vậy đáp A 3.2 Xây dựng dạng tập tổng quát