Phương pháp giải toán theo thăng bằng electron và ion thu gọn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHÔ HỖ CHÍ MINH KHOA HÓA

Alla

CHUYEN NGANH HOA LI

ĐỀ TÀI:

PHƯƠNG PHÁP GIÁI TOÁN THEO

THĂNG BẰNG ELECTRON VÀ ION THU GỌN

GVHD: TRAN VAN KHOA

SVTH : BACH HUU HANH

LOP : 4

NIÊN KHOA : 2001 — 2005

TP.HO CHI MINH 5/2005

Trang 2

GVHD: TRAN VAN KHOA LUAN VAN TOT NGHIEP

` ( 2

LOI CAM ON

> Frong qué trink tufc liện luận cán, em đa niận được rất nhiều sự chi dan, déng gdp tý kiếm của quú thay ed (3fuân đâu em xin chân

thanh giti loi chm on dén:

% Thay Trin Udn Khoa da tin tink gitip dé, luting din em trong

qui trinh thite hién va hoan thank ludn oan

% Cúc thầu cá trong tổ bộ mâm hod lý cũng nut các thầy cô trong

khoa Fda da ding vién oa gitip dé em rat nhiéu

Vv 2o thời gian lam dé tai ed han, lin déiu tién lam quen oới công oige nghiền cứu khoa hee oa kién thite ed han nén khing thé trink khdi

nhutng thiéu sdt, Rat mong nhan duge ut ding gép ý kiến nà phe

bink etia qui thiy ed vd ede ban

DAF HOC SU DIHAM C77).20@/N BACH HUU HARI

Shang 5 ndm 2005

Trang 3

? >

MO DAU I Lý do chọn đề tai:

% Việc giải toán hóa học là một trong những cách tốt nhất để giáo viên

đánh giá mức độ năm bài của học sinh Tuy nhiên, có những học sinh rất thuộc

lý thuyết nhưng chưa làm được bài tập, đặc biệt các em cảm thấy lúng túng khi gặp những bài toán lạ Do đó, phương pháp giải bài tập cần phải quán triệt một

cách có hệ thông đẻ giúp học sinh có thẻ tự làm được từng dạng bài tập

* Trong chương trình hóa học ớ trường phô thông, hóa vô cơ đóng một vai

trò quan trọng Có nhiều dạng bài tập hóa vô cơ, trong đó có những bài tương

đối khó và phức tạp khi quá trình phản ứng qua nhiều giai đoạn, nhất là những

bài toán có liên quan đến phản ứng oxi hóa khử, và phản ứng trao đổi Vì vậy, việc đưa ra phương pháp giải một cách đơn giản và có hệ thống là cần thiết đối

với các em Phương pháp giải toán bằng phương pháp thăng bảng electron vả ion thu gọn giúp các em giải toán một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn, thông

qua quá trình cho và nhận electron, hoặc quá trình trao đổi ion, không cần phải

viết những phương trình phản ứng dài dòng, đôi khi khiến học sinh lúng túng

H Mục đích của đề tài:

Giúp cho học sinh có một phương pháp giải bải tập toán hóa một cách

nhanh chóng và dễ đàng bằng “phương pháp thăng bằng electron và ion thu

.*

gọn

Trang 4

IH Nhiệm vụ của đề tài:

s* Nghiên cứu co sở lí thuyết của phương pháp thăng bằng electron và ion thu gọn

s* Phân loại các dạng bài toán thường gặp cho từng phương pháp IV Đối tượng nghiên cứu:

Phương pháp giải toán hóa bằng phương pháp thăng bằng electron và ion

thu gọn

V Khách thể nghiên cứu:

Quá trình dạy và học hóa học ở trường trung học phỏ thông VI Phạm vi nghiên cứu:

Có thể áp dụng phương pháp để giải cho đa số các bài toán hóa học trong

chương trình hóa học phê thông có liên quan đến phản ứng oxi hóa khử và phản

ứng trao đôi

VI Giả thuyết khoa học:

Nếu học sinh năm được phương pháp giải toán bằng phương pháp thăng

bằng electron và ion thu gọn thì các em sẽ tự tin khi gặp các dạng toán liên

quan và việc giải toản sẽ không còn khó khăn đối với các em

VHI Ph há iên cứu:

% Đọc và nghiên cứu các tải liệu có liên quan đến đề tài

s Phân tích, tông hợp và rút ra các vấn đẻ cần thiết

s* Đưa ra những bài tập cần thiết để minh họa

% Đưa ra phương pháp giải thống nhất cho từng dạng bài toán băng phương pháp thăng băng electron và ion thu gọn

Trang 5

PHAN I:

CO SO LI LUAN CUA VAN

DE NGHIEN CUU

I Khái niệm vy i

“+ Bai tap héa học là một trong những hình thức để giáo viên kiểm tra

khả năng vận dụng những điều đã học của học sinh Sau khi nghe giáo viên giảng bài xong, nếu học sinh nào giải được các baì tập mà giáo viên đưa ra

thì có thể xem như học sinh đó đã lĩnh hội một cách tương đối những kiến thức do giaó viên truyền đạt

s% Nội dung của bài tập hố học thơng thường bao gồm những kiến thức

chính yếu trong bài giảng Bài tập hóa học có thể là những bài tập lý thuyết

đơn giản chỉ yêu cầu học sinh nhớ và nhắc lại những kiến thức vừa học hoặc

đã học xong nhưng cũng có thể là những bài tập tính toán liên quan đến cả

kiến thức hóa học lẫn toán học, đơi khi bài tốn tổng hợp yêu cầu học sinh

phải vận dụng những kiến thức đã học từ trước kết hợp vơi những kiến thức vưà học để giải Tùy vào mục đích của bài tập có thể giải dưới nhiều hình thức và nhiều cách giải khác nhau

H Tác dụng của bài tập hóa học:

Trang 6

Giải bài tập hóa học là một trong những phương pháp tích cực nhất

để kiểm tra khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh Thông qua bài tập,

giáo viên có thể phát hiện ra những sai xót, yếu kém của học sinh mà qua

đoˆcó những kế hoạch rèn luyện kịp thời giúp học sinh vượt qua những khó khăn trong khi giải bài tập hóa học Vì vậy, bài tập hóa học có những

tác dụng lớn sau:

1) Làm cho học sinh hiểu sâu và khắc sâu kiến thức đã học:

Thông qua việc giải bài tập hóa học, học sinh sẽ hiểu sâu hơn các

khái niệm, định nghĩa, định luật mà các em đã học Bài tập hóa học giúp

các em nhớ lại những tính chất cuả các chất, các phương trình phản ứng mình họa

2) Cung cấp thêm những kiến thức mơi và mở rộng sư hiểu biết mà

khơ kiến thức c

Ngồi tác dụng củng cố kiến thức đã học, bài tập hoá học còn cung

cấp thêm những kiến thức mới, mở rộng sự hiểu biết của học sinh một

cách sinh động, phong phú mà không làm nặng nể khôi lượng kiến thức của học sinh

3) Hệ thống hoá các kiến thức đã học:

Đối vơi các bài tập có tác dụng hệ thống hóa kiến thức cần đòi hỏi học sinh phải vận dụng tổng hợp các kiến thức và sự hiểu biết của mình có thể là những kiến thức vừa mới học hoặc là những kiến thức đã học từ

trước

Trang 7

GVHD: TRÀN VĂN KHOA LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP 4) Thường xuyên rèn luyện các kỹ năng về hóa học như:

% Sử dụng ngôn ngữ hóa học

% Lập công thức, cân bằng phản ứng

% Tính theo công thức và phương trình

* Các cách tính toán đại số: quy tắc tam xuất, giải phương trình và hệ

phương trình

** Kỹ năng giải từng loại bài tập khác nhau 5) Phát triển tư duy:

Khi giải một bài tập hóa học, học sinh cần vận dụng các thao tác tư

duy như: so sánh, phân tích, quy nạp, diễn giải, loại suy, khái quát hóa

và học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học có liên quan đến để bài để tìm ra cách giải tối ưu nhất Qua đó, tư duy của học sinh được phát triển

6) Giáo dục đạo đức, tư tưởng:

Giải bài tập hóa học chính là rèn luyện cho học sinh tính kiên nhẫn,

tính trung thực trong khoa học, tính cẩn thận, tính độc lập sáng tạo khi sử

lý các vấn để xảy ra, tính chính xác trong khoa học

Đối với các bài tập có nhiều cách giải thì việc giải các bài tập này

giúp học sinh biết cách làm bài nghiêm chỉnh và thông minh, biết tìm

phương án tối ưu khi giải quyết công việc, không vưà ý với các cách làm

tùy tiện, đại khái và hấp tấp tự mãn Như vậy lòng yêu thích đối với bộ

môn cũng dần dần được nâng lên

Trang 8

GVHD: TRÀN VĂN KHOA LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

7) Giáo dục kỹ năng tổng hợp:

* Riêng đối vơi bộ môn hóa học có nhiệm vụ giáo dục kỳ thuật tổng hợp Còn bài tập hóa học tạo điều kiện tốt cho nhiệm vụ này phát triển vì những vấn đẻ kỹ thuật của nên sản xuất được biến thành nội dung của bài

tập hóa học

# Bài tập hóa học còn cung cấp cho học sinh những số liệu mới về

các phát minh, về năng suất lao động, về sản lượng mà nghành sản xuất

đạt được giúp học sinh hòa nhịp với sự phát triển khoa học kỹ thuật của

thời đại mình đang sống

IH Phân loại bài tập hóa học:

Hiện nay có nhiều cách phân loại bài tập hóa học khác nhau trong

các tài liệu giáo khoa Vì vậy cần có cách nhìn tổng quát về các dạng bài

tập dưa vào việc nấm chắc các cơ sở phân loại sau:

Phân loại dựa vào nội dung toán học của bài tập: > Bài tập định tính ( khơng có tính tốn)

>» Bai tap định lượng ( có tính toán)

% Dựa vào hoạt động của học sinh khi giải bài tập:

> Bài tập lý thuyết ( không có tiến hành thí nghiệm)

> Bài tập thực nghiệm ( có tiến hành thí nghiệm)

“ Dựa vào nội dung hóa học của bài tập: > Bài tập đại cương:

Trang 9

Bài tập về chất khí

Bài tập về dung dịch Bài tập về điện phân

Bài tập về điện ly

* Bài tập về cân bằng hóa học

> Bài tập hóa vô cơ:

Bài tập về các kim loại

Bài tập về các phi kim

Bài tập về các loại hợp chất oxít, axít, bazơ, muối > Bài tập hóa hữu cơ:

Y Bai tap vé cách xác định CTPT của chất hữu cơ Bài tập về rượu, phenol, amin

Bài tập về anđêhit, axit cacboxylic, este, Dựa vào nhiệm vụ và yêu cầu đặt ra của bài tập:

Trang 10

“ Dua vao cách thức tiến hành kiểm tra: > Bài tập trắc nghiệm

> Bài tập tự luân

“* Dựa vào phương pháp giải bài tập:

> Bài tập tính theo công thức và phương trình

> Bài tập dùng các giá trị trung bình

> Bài tập biện luận

s* Dựa vào mục đích sử dụng:

> Bài tập dùng làm kiểm tra đầu giờ > Bài tập dùng để củng cố kiến thức

> Bài tập dùng ôn luyện, tổng kết > Bài tập dùng bồi dưỡng học sinh giỏi > Bài tập dùng phụ đạo học sinh yếu

Mỗi cách phân loại có những ưu điểm riêng của nó, tuỳ mỗi trường

hợp mà giáo viên sử dụng hệ thống phân loại này hay hệ thống phân loại khác

Trang 12

CHUONG I:

LY THUYET CHUNG VE

PHAN UNG OXI HOA - KHU

1 Phan ứng oxi hóa khử: 1) Dinh nghia: “Phản ứng oxi hóa khử là phan ứng trong đó có sự chuyên dịch electron từ nguyên tố này sang nguyên tố khác (có sự biến đổi số oxi hóa của các nguyên tổ)”,

Vidu: 2Na + Cl, = 2NaCl

Phản ứng xảy ra theo một số giai đoạn, trong đó nguyên tử Na chuyển

thành ion tích điện dương, mức oxi hóa của Na biến đổi từ 0 đến +1

Na = Na + le

Qua trình như vậy là sự tach electron, kèm theo sự tăng mức oxi hóa của

nguyên tố gọi là sự oxi hóa

Electron do Na tach ra được kết hợp vào nguyên tử Clo, chuyên nó thành

Trang 13

Chất mà trong thành phần của nó chứa nguyên tổ bị oxi hóa gọi là chất

khử, còn chất chứa nguyên tổ bị khử là chất oxi hóa

Số electron chung trong hệ phán ứng hóa học không biến đổi, tức là: "Số

electron tách ra từ phân tử ( nguyên tử, ion) chất khử bằng số electron kết hợp vào phân tử ( nguyên tử, ion) chất oxi hóa"

Đó cũng là nội dung của định luật bảo toàn electron

?) — Các chất oxi hóa khử thường gap:

a) Chấtoxi hóa:

% Chất oxi hóa có thê là đơn chất, mà nguyên tử trung hòa của nó

nhận electron thành ion tích điện âm

Ví dụ: O;, các Halogen như F¿, Cl;, Br, lạ

$% Chất oxi hóa là các oxiaxit có số oxi hóa cao nhất và các muối của

chúng mả trong thành phần thường chứa nguyên tổ có mức oxi hóa cao

Ví dụ: KMnO¿, K;Cr;O;, H;SO¿ a¿ „„„, HNO;, HCIO;, HBrO:

“ Các ion kim loại tích điện dương đều thể hiện mức độ nào đó tính

oxi hóa, trong đó các ion tích điện dương ở số oxi hóa cao là chất oxi hóa

mạnh

Vi du: Fe’, Cu’, Hg” b) Chất khử:

* Chất khử điển hỉnh là những nguyên tổ có số electron ở lớp ngoài

Trang 14

Vi du: H,SO,, HNO), oes

% Ngoải ra chất khử còn có thể lả các ion kim loại tích điện dương có

số oxi hóa thấp, nếu chúng còn có những trạng thái với số oxi hóa cao

hon

Vi du: Fe’, Cu’, Cr™,

* Cac phi kim, néu 1a chat oxi héa yéu, khi ở trạng thái ion âm là chất khử mạnh

Ví dụ: F, SẺ,

> Chú ý:

se — Có những chất vừa thế hiện tính oxi hóa, vừa thẻ hiện tính khử Đó là những chất có chứa các nguyên tử ứng với số oxi hóa trung gian của nguyên tỏ

Vi du: Cu’, SOs, No,

e — Trong một số chất, có thể vừa có nguyên tổ có tính oxi hóa

vừa có nguyên tổ có tính khử Vi du:KCIO,

2KCIO, = 2KCI + 30,

Il Điều kiện để có phản ứng oxi hóa khử:

+ Để có phản ứng oxi hóa khử giữa A và B, điều kiện cần (nhưng chưa đủ)

là: A phải là chất oxi hóa, còn B phải là chất khử

Ví dụ:+ SO; phản ứng được với Br; vì SO; là chất khử và Br; là chất oxi hóa

+ H; là chất khử phản ứng được với CuO là chất oxi hóa, nhưng H;

không phản ứng được với Cu vì cả hai đều là chất khử

Trang 15

+ Tương tự, 2 chất đều là chất oxi hóa sẽ không tác dụng với nhau ví dụ

như: Cl, khong tac dung voi CuO

“% Dieu kién du dé cd phan tmg oxi hoa khir xay ra la: A phai du mạnh để

ox! hoa B

Vidu:+ CuÕ oxi hỏa được H::

CuO + H; = Cu + H,0

Nhưng Al;O; không đủ mạnh để oxi hóa được H;: AlạO;: + Hy -> không xảy ra

+ H đủ mạnh để oxi hóa được Fe: 2HCI + Fe = H,T + FeCl, nhưng H” không đủ mạnh để oxi hóa được Cu: HCl + Cu -> không xảy ra >— Chúý: e — Chất oxi hóa càng mạnh thì chất khử sẽ được đưa lên số oxi hóa càng cao Ví dụ: HỶ là chất oxi hóa yếu, chỉ đưa Fe lên số oxi hóa +2: Fe + HCl = FeCl, + H,?

nhưng Cl, HNO 1a chat oxi hóa mạnh hơn H”, sẽ đưa Fe lên số oxi

Trang 16

3 Cu + 8HNO; = 3Cu(NO;) + 2NOT + H;ạO

Mg có tính khử mạnh hơn có thể đưa N xuống NỈ (N;) hoặc N°

(NH,NOs)

4Mg +10HNO, = 4Mg(NO;); + NH,NO; + 3H;0

IH Các loại phản ứng oxi hóa khư:

a) Phản ứng tự oxi hóa khử:

Một nguyên tổ từ I số oxi hóa tạo ra các số oxi hóa khác nhau

Ví dụ: Cl, + H,O = HCl + HCIO

3S + 2H,0 "=""2H,S + SO,

b) Phản ứng oxi hóa khử nội phân tử:

Nhiều nguyên tổ thay đổi số oxi hóa cùng thuộc 1 chất

Vị dụ: AgNO, = Ag + NO; + 5 O;

c) Phản ứng có chất oxi hóa làm môi trường: ( HNO;, H;SO; se)

Trang 17

GVHD: TRAN VAN KHOA LUAN VAN TOT NGHIEP NaCrO; + 2Cl; + 4NaOH = NaCrO, + 4NaCl + 2H;O í) Phản ứng có chữ số: Vị dụ: (Sx-2y)Mg + (12x-4y)HNO, (Sx-2y)Mg(NO;); + 2yN,O, + (6x-2y)H;O 2Fe.O, + (6x-2y)H;SO,„¿ = xFe(SO¿» + (3x-2y)SO; + (6x-2y)H,O

g) Phan img có > 3 nguyên tô tham gia oxi hóa khử;

Ví dụ: 3KCIO; + 2NH; = Cl; + KCI + 2KNO; + 3H;O

Trang 18

Chuong II:

PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN THEO THANG BANG

ELECTRON

Phương pháp nảy thường được áp dụng khi bài toán không thẻ giải bằng các phương pháp thông thường hoặc rất khó khăn, phức tạp, đôi khi rất dải khi

giải bằng các phương pháp khác Đó cũng là ưu điểm rất lớn của phương pháp này so với các phương pháp khác Ngoài ra, phương pháp nảy còn có thê được

áp dụng một cách rộng rãi cho nhiều bài toán khác đơn giản cũng như phức tạp I ˆ Nguyên tắc chung:

Nguyên tắc của phương pháp thăng bằng electron trong giải toán hóa học, được phát biểu như sau:

“ Khi có nhiều chất oxi hóa hoặc khử trong 1 hỗn hợp phản ứng (hoặc nhiều phản ứng, hoặc phản ứng qua 1 hoặc nhiều giai đoạn) thì tổng số mol

electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số mol electron mà các chất oxi

hóa nhận” (Định luật bảo toàn electron)

> 2n, nhường = >n nhận

Trang 19

Il Cách áp dụng phương pháp cho từng dạng toán cụ thé: “* Dang 1: Kim loại tác dụng với axit:

Đây là dạng toán cơ bản và rất hay gặp trong chương trình hóa phổ

thông Có thể phân các axit thành 2 loại chính:

1) Axít oxi hóa do H”:

Anion của các axit này không có tính oxi hóa, do la: HCl, H2SO4 jeang,

CH,COOH

Do chất oxi hóa là H”, phan tg voi | kim loai M héa tri n sẽ giải phóng

ra Hidro, nên ta có thẻ viết các quá trình oxi hóa và khử như sau: M = M" + ne 2H + 2e = H; Theo định luật bảo toàn electron, ta có: 2 TÌ¿ nhường 1” 211 phận =>nxNy = 2x«Nn, = Nw » Chiy: © Dé c6 được phản ứng thì kim loại phải đứng trước H; trong dãy điện hóa ( chúng ta sẽ xét ở phần sau ) Vi dụ: AI, Fe cho phản ứng với HCI, trong khi đó Cu, Ag khơng phản ứng

e© Vì H là chất oxi hỏa yếu, nên nếu kim loại có nhiều hóa trị thì muối thu

được ứng với số oxi hóa thấp của kim loại Ví dụ: Fe -> Fe

Trang 20

e© Với những bài tốn cho hơn hợp axít tác dụng với hôn hợp kim loại thi

nên áp dụng phương pháp thăng bằng electron đẻ việc giải được đơn giản

Ví dụ: Khi cho hôn hợp kim loại gồm Mg va Zn tac dụng với hỗn

hợp axít gơm HCI và H;SO; lỗng, ta sẽ có: Mg Mg” + 2e Zn = Zn” + 2e 2H + 2e = Hp Ta cd: CMe nhwimg = LMe nnan = 2x uy + 2x Hạạ = 2x Mh,

2) Axit oxi héa do anion cua axit:

Anion của các axít này có tính oxi hóa khá mạnh (mạnh hơn H”) Đó là

HNO¡, H;SÒ( sục, nóng

Do chất oxi hóa là anion của axít chứ không phải H” nên khí tạo thành

không phải là Hạ mà là sản phẩm khử của anion:

se H;SO; đặc, nóng bị khử thường cho ra SO;, có thể có S, H;S

se — HNO: bị khử có thể cho ra NO;, NO, N;, NO, NH; (dưới dạng NH,NO;)

Kim loại có tính khử càng mạnh thì sản phẩm khử của anion có số oxi

hóa càng thấp

Trang 21

GVHD: TRAN VAN KHOA LUAN VAN TOT NGHIEP e© HNO:, H;SO; đặc, nóng có thể oxi hóa hầu hết các kim loại, trừ Au và Pt

Vi du: Cu, Ag

3Cu + 8HNO; = 3Cu(NO,;) + 2NOT + 4H,0

e Riéng ion NO;, trong môi trường trung tính không có tính oxi hóa, trong môi tường bazơ có tính oxi hóa yêu ( có thẻ bị AI, Zn khử đến NH;), nhưng

trong môi trường axit NO; co tinh oxi hóa mạnh

Ví dụ: Khi cho Cu vào dung dịch NaNO; thi không xảy ra phản ứng, nhưng khi thêm dung dịch HCI vào thi có phản ứng, lúc đó xem như Cu

tác dụng với dung dịch HNO::

3Cu + 2NO¿ + §H' = 3Cu” + 2NOT + 4H;O

e Vì có tính oxi hóa mạnh, nên HNO; và H;SO;, đặc, nóng có thể oxi hóa cả những oxít và muối (ứng với số oxi hóa thấp) của những kim loại có nhiều số oxi hóa, cho muỗi ứng với số oxi hóa cao nhất của kim loại

Vi du: HNO, co thê oxi hóa được FeO, Fe;O,, FeSO, tạo thành muối

Fe”

3FeO + HNO, = 3Fe(NO,); + NO + 5H;0 3Fe,0, + 28HNO, = 9Fe(NO;); + NO + 14H;O 3FeSO, + IOHNO,; = 3Fe(NO:) + NO + 3H;SO,

+ 2H,0

Với những bài toản như trên việc cân bằng phản ứng là rất khó khăn và mắt nhiều thời gian, nên việc áp dụng phương pháp thăng bằng electron sẽ giúp cho việc giải toán để dàng và ngắn gọn hơn rất nhiều Đặc biệt là những dạng bài toắn hồn hợp, hoặc bài toán qua nhiêu giai đoạn phản ứng

Trang 22

Ví dụ: Cho hỗn hợp gồm Cu và AI] tác dụng với hôn hợp gồm HNO; và H;SO, đặc cho ra hôn hợp khí NO va SO;:

Ta có các quá trình oxi hóa và khử như sau: AI = AI” + 3e Cu = Cu + 2e S “ + 2e = Sử NỈ + 3e = N° Áp dụng phương pháp thăng bằng electron cho các bán phản ứng trên, ta CÓ: 2T nhường 2T mạn => 3xh¿i + 2xÑ1c, = 2xR1šO, + 3x] vo

Qua ví dụ trên, ta thấy chỉ cân viết được quá trình oxi hóa và quá trình

khử là ta có thể giải được bài toán để dàng Do đó, đề giải được bài toán hóa theo phương pháp này ! cách chính xác, điều quan trọng là phải nhận định đúng trạng thái đâu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa và chất khử, không cần quan tâm đến phương trình phản ứng và việc cân bằng các phương phản ứng đó

“> Dang 2: Oxit kim logi tác dụng với các chất khử thông thừng như kim loại, CO, H;

Dạng toán phỏ biến nhất của dạng bài này là tốn vẻ phản ứng nhiệt nhơm, ngoài ra còn có các kiểu bài khác

Trang 23

GVHD: TRÀN VĂN KHOA LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP Cu” + 2e = Cu C° = C + 3 Ta có: ST muy XD rạn => Nev = Aco > Chit y:

e —_ Al,O, khéng bj khtr boi cdc chat khir thong thuéng nhu CO, Hp

e — AI có thê khử được hầu hết các oxít của các kim loại khác ở nhiệt độ

cao:

Ví dụ: AI có thể khử được CuO, Fe;O; khi nung nóng ở nhiệt độ cao

2AI + 3CuO = AlạO; + 3Cu

2Al + FeO; = AlO; + 2Fe

* Dạng 3: Kim loại tác dụng với muỗi:

Điều kiện để kim loại A có thê đây được kim loại B ra khỏi muỗi của B là:

«A4 phải đứng trước B trong day điện hóa:

LÍẺ K*" Ba’ Cu’ Na” Mg’’ Al!’ Mn?'Zn?" Ce" Fe®" Ni?” Sn®” Pb” Fe" H” Cu*" Fe’ Hg” Ag” Pt” Au’*

+ a a a eo a a

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb Fe Hy Cu Fe Hg Ag Pt Au

Tính oxi hóa của ion kim loại M”” tăng dần

Tính khử của kim loại M giảm dần >

Phản ứng xảy ra theo chiều:

Trang 24

Có phản ứng này vì Fe có tính khử mạnh hơn Cu và ngược lại ion Cu””

có tính oxi hóa mạnh hơn Fe”"

Vidu2: Cu + Zn’ : Không phản ứng vì Cu đứng sau Zn trong dãy điện hóa, không thẻ đây Zn ra khỏi muối ZnŸ"

s_ Muối của B phải tan trong nước:

Ví dụ: Cu + AgNO; = Cu(NO;); + 2Ag

Có phản ửng vì Cu đứng trước Ag trong dãy điện hóa và muối AgNO; tan trong nước

Zn + PbSO, -> không phản ứng vì PbSO; không tan trong nước

Ba ), mặc dù chúng đứng trước rất nhiều kim loại khác trong dãy điện hóa, nhưng khi cho vào dung dịch muối sẽ cho phản ứng khác hắn Kim loại kiềm hoặc kiềm thổ đâu tiên sẽ tác dụng với nước cho ra một bazơ, sau đó bazơ này sẽ cho phản ứng trao đổi với muỗi của kim loại kia tạo ra

Hidroxít ( thường kết tủa),

Vi du: Cho Na vao dung dịch CuSO;:

Na + H,0 = NaOH + 3H,1

2NaOH + CuSO, = Cu(OH), + Na SO,

= người ta không dùng kim loại kiềm hoặc kiểm thổ ( trừ Mg ) để đây một kim loại khác ra khỏi muối

Riêng trường hop Mg, vi phan ứng chậm với nước nên Mẹ vẫn đây được

các kim loại khác đứng sau Mg trong dãy điện hóa ra khỏi muỗi của chúng

Trang 25

Vidu: Mg + Fe’ = Mg® + Fe

Dạng toản này thường cho các kiêu bài sau:

a Cho kim loại A (hoặc hôn hợp kim loại) vào dung dịch chứa 1 ion kim

loại B”

b Cho kim loại A vào dung dịch chứa 2 ton kim loại B”” và C°”

c Cho 2 kim loai A, B vao dung dịch chứa 2 ion kim loại C”” và D””

Tùy theo đữ kiện đề bài cho, ta có thể biện luận để biết được kim loại

phản ứng dư hay ion kim loại dư, từ đó viết các quá trình oxi hóa và khử

Ví dụ: Khi cho hỗn hợp gồm AI và Zn vào dung dịch chứa Cu” và Ag

Giả sử dung dịch thu được sau khi phản ứng kết thúc mất màu

hoản toàn, thì Ag` và Cu?” phản ứng hết

Nếu đề bài cho chất răn thu được không tan trong dung dịch HCI, khi đó chất rắn thu được chỉ có Ag và Cu, AI và Zn đã phản ứng hết

Ta có các quá trình oxi hóa và khử như sau: Al = Al’ + 3e Zn = Zn” + 2e Ag + le = Ag Cu” + 2e = Cu Ta CÓ: 3T\ nướng Me ange = 3x Ng; + 2xMz, = Na, + 2xNgy

Như vậy, khi gặp những bài toán cho hồn hợp kim loại tác dụng với hồn hợp axit hay hồn hợp muối thì nên dùng phương pháp thăng bang electron dé cách giải được đơn giản hóa

Trang 26

Chuong III:

MOT SO BAI TOAN MINH HOA

» Dang 1: Kim loqgi tac dung voi Axit

Bai_1: Cho 2,16 g Al hoa tan hoan toan trong lượng dung dịch H;SO; loãng lấy

dư thu được V lit khi (dktc) thoat ra Tinh V?

Giải:

Al tan trong H;SO; loãng giải phóng khí H;

Số mol của AI là: Na = os = 0.08 mol

Trang 27

Bai 2: Cho 3,87 g hon hop A gém Mg va Al vao 250 ml dung dich X chira HC!

1M va H)SO, loang 0,5M duge dung dich B vả 4,368 Ì H; (đktc) Tỉnh %4 khối lượng trong hôn hợp A Cải: Số mol của H; : _ 4,368 _ nu, = 334 0,195 mol Tổng số mol của HỶ trong dung dịch X: > nu: =0 25x] + 0 25x2:0,5 = 0 5 mol => Mn, < ; > nụ:

=> trong dung dich X cén du axit

Gọi số mol của Mg trong hôn hợp là x số mol của AI trong hồn hợp là y

Trang 28

Phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hôn hợp A:

0.,06x24 387, 0 o

——— ,100%= 37,21%

% Muy =

% my, = 100 — 37,21 = 62,79%

Bai 3: Hoa tan hoàn toàn 26g Zn vao lugng du dung dich HNO, lodng, thu được 2,24 lit (dktc) khi A X4c định khi A Giải: Số mol Zn: 26 = “ =04 Nz, = Sẽ 0.4 mol Số mol khi A: 2.24 Na = 334 =0.1 mol

Goi n 1a sé electron ma N** nhận vào để thành khí A

Ta có các quá trình oxi hóa vả khử như sau: Zn = Zn” + 2e =En uy = 250,4 = 0,8 moi NỶ”+nme= A => 2T nhận =n: 0,! mol Ta có: 2_TÌ¿ nhường = 2T] nhạn => 0,lin=0,8 =>n=8

A là sản phẩm khử của N°” nên A có thể là: Nạ, NO, NO, NO;

A thích hợp là NO, ứng với quá trình khử là:

2NOy + 10H’ + 8e = N,O + 5H,0 Vậy A là NạO

Trang 29

Bai 4: Cho 1,26g hén hgp 2 kim loai Al va Mg voi ti 1é sé mol Nay:My, =2:3 tac

Trang 30

_ 0,12 =8

?"” 0015 ˆ

=› S trong A có số oxi hóa là -2

Vay Ala HS

Bài 5: Hòa tan hoàn toàn m gam hôn hợp X gồm 2 kim loại A, B (có hóa trị không đổi) vào:

e V lit dung dich HCI 0,1M va H2SO, 0,05M duge 1,344 lít H; (đktc) e V lít dung dịch HNO; loãng được x lít khí NO (duy nhất) và dung

dịch Y (không chứa muối amoni)

Tim V lit dung dịch đã dùng và x lít NO (đktc)

Giải:

‡ — he

Gọi a: số mol của kim loại A n: hóa trị của kim loai A

b: số mol của kim loại B

m: hóa trị của kim loại B

Trang 31

GVHD: TRAN VAN KHOA LUAN VAN TOT NGHIEP => na + mb = 2:0,06 = 0,12 mol Khi tác dung voi dung dich HNO;: N” + 3e = NỶ = 2; Nahặn = 3xÏxo Vậy thể tích khí NO la: x=004:22,4= 0,896 | ít Thể tích dung dịch đã dùng: 2T1H': = Vx0,1 + 2xV‹0,05 = mu, _ 0,06 _ =>V= 03 0,31

Bài 6: Hòa tan hét 5,625g hén hop M gồm 2 kim loai A (héa trị 2) và B (hóa trị

3) vào H;SO, đặc, nóng thu được 0,075 mol hỗn hợp SO; và H;S, cô cạn thu

được 24,345g muối khan

Tìm lượng dung dịch H;SO; 98% (dư 10% so với lý thuyết) cần dùng?

Giải:

Gọi x: số mol của kim loại A

y: số mol của kim loại B

a: số mol của SO;

b: số mol của HS

Khối lượng hôn hợp muối ( ASO;¿ và B;(SO/,);):

=> Mowdi = Myin togi + Mso?

Trang 32

GVHD: TRAN VAN KHOA LUAN VAN TOT NGHIEP = 2x + 3y = 0,39 mol Ta có các quá trình oxi hóa va khử: A =A” + 2e B =BỶ + 3¢e => EN ¢ aturmy = 2X + 3y = 0,39 mol S* + 2e = §™ S° + 8e = $ tN => EN enhsn = 2a + 8b Ta c6: 21 ¢ahuimg = LM ennin => 2a + 8b = 2x + 3y = 0,39 mol (1) Theo đẻ bài, ta có số mol của hôn hợp khí là: a+b=0,75 mol (2) Từ (1) và (2), ta có: a = 0,035 mol b = 0,04 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tỔ ta có: 3T1H;so, = 3 1so,' + 3 so, + 3 1H,s

= 2> H;so, = 0,195 + 0,035 + 0,04 = 0,27 mol

=> }nH,so, 43 ding = 0,27x1,1 = 0,297 mol

=> Maung sich = —“= =297 2

Vậy khối lượng dung dịch H;SO, đã dùng là 29,7g

Bài 7: Hòa tan hết §8,04g hơn hợp kim loại M gồm kim loại A ( hóa trị 1) và

kim loại B ( hóa trị 2) bang dung dich HNO, thu duge 1,12 lit (đktc) hỗn hợp

NO và NO, cô cạn dung dịch được 23,54g muỗi khan (không có NH¿¡NQ;)

Trang 33

Tim thé tich dung dich HNO; (du 25% so vai ly thuyét) da ding?

Giải: Gọi x: là số mol của kim loại A

y: là số mol của kim loại B

a: là số mol của khí NO b: là số mol của khí NO

Khối lượng muối khan (ANO; và B(NO); ): => Mowdi = Myim toai * MNO;

Trang 34

Theo định luật bảo toàn nguyên 16, ta cd:

3 nuxo, tác dụng =2 Ty < muối 7 2nx e NO Ny c NO = > Nuno, tac dung = 0,25 + (),03 + 2x0,02 = 0,32mol => MNUHNO, 4h ding = 0,32x1,25 = 0,4 mol

- Vụ nà =2 lit

Vay thé tich dung dich HNO, da ding là 2 lít

Bài 8: Hòa tan hoàn toàn 20,8 g hôn hợp Fe va Mg trong lượng du dung dich

HNO; loãng thu được 6,72 ! hôn hợp 2 khi NO và N;O có tỷ khối hơi so với

không khí là 1,195 Tìm khối lượng mỗi kim loại Giải: Gọi x: Np, Vy: Ruy => My, = 56x + 24y=20,8g (1) Ta có các quá trình oxi hóa và khử: Fe = Fe” + 3e Mg = Mg” + 2e NỶ + 3e = N” 2N” + 8e = 2N” => IN saying = Ne nhận => 3x + 2y = 3Nyo + §1n;o (2)

Số moi hỗn hợp khí: fy = Đi =0,3 mol

Tỉ khối hơi của hôn hợp so với không khi:

Trang 35

GVHD: TRÀN VĂN KHOA LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP Mu = 1,195x29 = 34,655 Goi a: Duo b: nx.o =>a+b=03 mol (3) 30a + 44h Từ (3) và (4) suy ra a=0,2 b=0,1 Thể vào (1) và (2), ta có: x = 0,2 mol y = 0,4 mol =34,655 (4)

Từ đó tính được khối lượng mỗi kim loại

Bài 9: Hòa tan hoàn toàn 3 g hôn hợp gồm Cu và Ag vào dung dịch chứa HNO; đặc và H;SO, đặc, đun nóng, thu được 2,94g hồn hợp B gồm khí NO; và khí D, hôn hợp B có thể tích 1,344 I (đktc) Tìm % khối lượng Cu va Ag trong hôn hợp

đầu

Giải:

Đề giải bài này, trước tiên cần xác định khi D:

: : 1,344

Sô mol hôn hợp B: nạ = TY =0,06 mol

Trang 36

GVHD: TRAN VAN KHOA LUAN VAN TOT NGHIEP =>a+b=0,06 mol (1) => Mg, = 46a + 64b = 2,94 (2) (1),(2)=> a=0,05 mol b = 0,01 mol Ta có các quá trình oxi hóa vả khử: Cu = Cu” + 2e Ag = Ag + le N° + le = N° Ss + 2e = §” Gọi x: Ne, y: Dag Ta CÓ:2T\ nhường 2T, nhận =>2x+y=a+ 2b = 0,07 mol (3) => My, = 64x + 1L08y =3 g (4) Từ (3) và (4), ta có: x =0,03 mol y = 0,01 mol

Từ đó tính được % khối lượng mỗi kim loại

Bài 10: Chia hỗn hợp X gồm Fe và kim loại M ( hóa trị không đôi ) làm 3 phần

bằng nhau:

e Hoa tan hét phan 2 bằng dung dịch HCI rôi cô cạn được 41,3 g muối

khan

8,96 I (đktc) hỗn hợp Y gdm NO va SO; Cho d Y4, = 25,5

Trang 38

Tác dụng với dung dịch HNO: và H;SO, đặc nóng: Fe = Fe” + 3e M= M" + ne N° + 3e = N° S'“+ 2e = S Ta có:3.1, nhường >n, nhận => 3x +ny = 3a + 2b = 3:0,15 + 2:0,25 = 0,95 mol (5) Từ (3), (Š), ta có: x= 0,15 mol 0,5 y= — mol n Thay vào (4), ta có: M = 9n

Từ đây ta có thẻ suy ra cặp giá trị thích hợp là n = 3 và M = 27, ứng với kim loại M là AI

Vậy kim loại M là AI

Phần trăm khối lượng mỗi kim loại:

%Me = sei g5 *100=65,12% 56x0,15+27x =

%m„¡ = 100 — 65,12 = 34,88%

Bài 1I: Đề m gam phoi bào sắt (A) ngồi khơng khí, sau 1 thời gian biến thành

Trang 39

Hôn hợp B gồm sắt và các oxít, nên theo định luật bảo toàn khối

thì khối lượng của hồn hợp B bằng khối lượng của Fe cộng với khối lượg của Ó», => Ms = M, + Mo => Mp5 = Ms, - M, = 12-—m 12-m 7 mol => No, =

Hồn hợp B khi tac dung véi HNO, déu cho ra mudi Fe’*.Nhu vay,

tông sô mol electron mà Fe nhường sẽ bằng tổng số mol electron mà O; và N” nhận Vậy ta có các quá trình oxi hóa và khử như sau: Fe = Fe” + 3e = YH mường = Saas mol O; + 4e = 2O” N” + 3e =N” => =D c nhận = 4xNo, + 3x 1wo Ta Có: ®TÌ ¿nướng = ST cshặn m _, l2-m = ae 4x 32 => m= 10,08 g Vay m= 10,08 gam + 3x0,1

Bài 12: dt x mol Fe thu duge 5,04 gam hén hgp A gom cac oxit sat Hda tan

hoan toan A trong dung dich HNO, thu duge 0,35 mol hỗn hợp Y gồm NO va

NO) Ty khéi hơi của Y so với H; là 19 Tìm x?

Trang 40

Gial:

Tương tự như bài trên, bài toán có thể chia làm 2 giai đoạn, giai đoạn đầu

Fe tác dụng với O; cho ra các oxít, giai đoạn sau các oxít tác dụng với

HNO: Như vậy, trong cả quá trình Fe sẽ bị oxi hỏa đến Fe””, còn O; sẽ bị khử đến O”, NỈ” sẽ bị khử đến N'Ỷ và N'* Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: => Mo, = M, - Mp, -” 5.04-S6xx 32

Gọi a: số mol của khí NO

=> 0.35 - a: số mol của khí NO; Ta có: => No, mol _ My _ Oe hÌP = M = 19.2 = 38 + #_ 30xa+46‹(0.35—a) _ mà M, 0.35 ĐỀN =>a=0,175 mol

= Nwo = NNo, = 0,175 mol