hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh bài toán nhiệt luyện trong chương trình hóa học vô cơ

A. T VN 1.Lý do chn ti Bớc sang thế kỷ XXI, thế kỷ của khoa học kỹ thuật và sự bùng nổ thông tin, nền kinh tế Việt Nam hoà chung với nền kinh tế thế giới chuyển sang một b- ớc mới đó là nền kinh tế tri thức. Đứng trớc thực trạng tri thức nhân loại không ngừng tăng lên, đã đặt lên vai ngành giáo dục nhiệm vụ càng nặng nề hơn ú là: Phải đào tạo, phải bồi dỡng nguồn nhân lực tiên tiến, đáp ứng nhu cầu của xã hội mới. Chớnh vỡ vy, i vi cụng tỏc dy hc hin nay: Phải khuyến khích tự học, phải áp dụng phơng pháp hiện đại để bồi dỡng cho học sinh năng lực t duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, t ú đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh. Tr li vi thc t, trong k thi tt nghip THPT v tuyn sinh i hc, cao ng hin nay ang ỏp dng hỡnh thc thi trc nghim khỏch quan i vi mụn Húa Hc v mt s mụn hc khỏc. Nhiu thớ sinh hin ang rt hoang mang, lo s bi trong khong thi gian 60 phỳt thi tt nghip phi hon thnh 40 cõu hi v trong 90 phỳt thi tuyn sinh i hc, cao ng phi hon thnh ti s lng cõu hi l 50 cõu. iu ú ngha l thi gian lm bi trung bỡnh cho mt cõu hi l 1,5 n 1,8 phỳt. Nh vy, k nng lm bi chớnh l yu t quan trng nh hng ti tin lm bi v cht lng bi thi ca thớ sinh. Bờn cnh ú, bi tp húa hc vụ c tp trung rt nhiu vo chng i cng v kim loi ( SGK Húa Hc 12, ban c bn ). Vic gii nhanh cỏc bi toỏn nhit luyn gúp phn ỏng k vo vic gii quyt cỏc vn trng tõm ca chng cng nh cỏc vn cn bn ca húa hc vụ c 12. L mt giỏo viờn hoỏ hc, tụi luụn mong mun dy cho cỏc em hc sinh nhng phng phỏp gii toỏn hoỏ hc ngn ngn, chớnh xỏc v d hiu nht phn no giỳp cỏc em gii nhanh bi toỏn nhit luyn v to nn tng vng chc cỏc em gii nhanh cỏc bi toỏn húa hc khỏc. T ú tng thờm nim am mờ, yờu thớch mụn hc, ng thi em li kt qu cao trong cỏc k thi. Tt c cỏc lý do trờn ó l ng lc tụi nghiờn cu ti: Hng dn hc sinh lp 12 phng phỏp gii nhanh bi toỏn nhit luyn trong chng trỡnh Húa Hc vụ c. 2. Mc ớch v nhim v nghiờn cu. - H thng húa kin thc v cỏch iu ch kim loi bng phng phỏp nhit luyn v cỏc vn liờn quan. - Gii thiu mt s dng bi tp v bi toỏn nhit luyn, a ra phng phỏp gii nhanh v bi tp vn dng cho tng dng. - Giỳp hc sinh hiu ỳng, hiu rừ bn cht ca bi toỏn nhit luyn v cỏch gii nhanh bi toỏn. Qua ú rốn luyn kh nng t duy thụng minh, tớch cc sỏng to nhm to hng thỳ hc tp b mụn hoỏ hc ca hc sinh THPT. - a h thng bi tp ỏp dng cho HS lp 12 Trng THPT Lờ Vn Linh, t ú ỏnh giỏ v kim nghim ti. 3. Phm vi nghiờn cu. 1 Đề tài được áp dụng đối với học sinh THPT, đặc biệt là học sinh lớp 12 Trường THPT Lê Văn Linh ( nơi tôi công tác ). 4. Phương pháp nghiên cứu. Trong quá trình nghiên cứu đề tài này tôi có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu sách giáo khoa, sách bài tập hoá học THPT, sách tham khảo, các nội dung lý thuyết liên quan đến bài toán nhiệt luyện trong hoá học vô cơ. Nghiên cứu phương pháp giải bài toán hoá học. - Nghiên cứu khả năng tiếp thu của học sinh lớp 12 Trường THPT Lê Văn Linh để có những cách trình bày thật dễ hiểu, phù hợp với từng đối tượng học sinh. - Vận dụng phương pháp giải bài tập vào thực tiễn giảng dạy của mình, học tập của học sinh, cũng như thu thập ý kiến phản hồi từ học sinh và đồng nghiệp, rút kinh nghiệm sữa chữa, bổ sung, hoàn thiện hơn. - Đánh giá việc áp dụng các phương pháp giải nhanh trong giải bài toán nhiệt luyện hoá học. - Tổ chức trò chuyện, trao đổi với giáo viên và học sinh trong quá trình nghiên cứu. 2 B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Cở sở lý luận của vấn đề. 1.1. Phương pháp nhiệt luyện. Phương pháp nhiệt luyện là một trong ba phương pháp cơ bản để điều chế kim loại ( nhiệt luyện, thủy luyện và điện phân ). Cơ sở của phương pháp là dùng các chất khử như C, CO, H 2 , Al… khử ion kim loại trong oxít của các kim loại ở nhiệt độ cao. Phương pháp này dùng để điều chế các kim loại có tính khử trung bình như: Zn, Fe, Sn, Pb… VD1. Dùng chất khử CO, H 2 Fe 2 O 3 + 3CO → o t 2Fe + 3CO 2 PbO + H 2 → o t Pb + H 2 O ( SGK hóa học 12, ban cơ bản, trang 96 ). VD2. Dùng chất khử là kim loại nhôm (ta gọi là phản ứng nhiệt nhôm). Cr 2 O 3 + 2Al → o t 2Cr + 2Al 2 O 3 Trường hợp là quặng sunfua kim loại như Cu 2 S, ZnS, FeS 2 thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxít kim loại. Sau đó khử oxít kim loại bằng chất khử thích hợp. Thí dụ với ZnS: - Nung quặng ZnS với O 2 dư 2ZnS + 3O 2 → o t 2ZnO + 2SO 2 - Khử ZnO bằng C ở nhiệt độ cao ZnO + C → o t CO + Zn Với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng đã thu được kim loại mà không cần phải khử bằng các tác nhân khác: HgS + O 2 → o t Hg + SO 2 ( SGK hóa học 12, nâng cao, trang 138 ). 1.2. Phản ứng nhiệt nhôm. Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng dùng Al kim loại khử các oxít kim loại thành kim loại ở nhiệt độ cao. Phương pháp này dùng để điều chế các kim loại kém hoạt động hơn Al và có nhiệt độ nóng chảy cao như Cr, Fe VD. 3Fe 3 O 4 + 8Al → o t 9Fe + 4Al 2 O 3 Cr 2 O 3 + 2Al → o t 2Cr + Al 2 O 3 Hỗn hợp gồm bột Al và bột Fe 2 O 3 hoặc Fe 3 O 4 được gọi là hỗn hợp tecmit ( không được dùng FeO vì phản ứng vẫn xảy ra nhưng tỏa ít nhiệt). Để phản ứng xảy ra phải mồi bằng hồ quang hoặc đốt cháy sợi dây Magie. Phản ứng tỏa ra rất nhiều nhiệt làm cho nhiệt độ hỗn hợp lên tới 2500 o C – 3000 o C. Fe 2 O 3 + 2Al → o t 2Fe + Al 2 O 3 0 <∆Η Sắt tạo thành ở dạng nóng chảy có thể dùng hàn đường ray. ( Cơ sở lý thuyết hóa học – Đào Hữu Vinh, trang 275 ) 1.3. Định luật bảo toàn khối lượng. 3 Nguyên tắc: Trong phản ứng hóa học các nguyên tố và khối lượng của chúng được bảo toàn. Từ đó suy ra: Tổng khối lượng chất tham gia = Tổng khối lượng chất sản phẩm. Hoặc nếu chất tham gia có chất dư thì: Tổng khối lượng chất trước phản ứng = Tổng khối lượng chất sau phản ứng. ( Phương pháp giải nhanh các bài toán trắc nghiệm Hóa Học vô cơ - Th.S Cao Thị Thiên An, trang 22 ) 1.4. Định luật bảo toàn electron. Nguyên tắc: Trong phản ứng oxi hóa-khử: Tổng electron do chất khử nhường = Tổng electron do chất oxihóa nhận Từ đó suy ra: Tổng số mol electron do chất khử nhường = Tổng số mol electron do chất oxihóa nhận ( Phương pháp giải nhanh các bài toán trắc nghiệm Hóa Học vô cơ - Th.S Cao Thị Thiên An, trang 5 ) 2. Thực trạng của vấn đề Bài toán nhiệt luyện là dạng toán căn bản trong chương trình hóa học vô cơ lớp 12. Cách giải bài toán nhiệt luyện không được đề cập tới trong SGK nhưng thực tế lại có rất nhiều bài toán liên quan tới vấn đề này ngay cả trong SGK, sách bài tập và trong các đề thi. Trong các sách tham khảo, bài tập về phản ứng nhiệt luyện cũng chưa thực sự được quan tâm, hoặc chỉ đề cập đến một phần nhỏ đó là phản ứng nhiệt nhôm, hoặc gộp chung với những vấn đề khác mà chưa được bóc tách riêng rẽ, cụ thể. Trên thực tế, người ta dùng phương pháp nhiệt luyện để sản xuất kim loại trong công nghiệp. Đặc biệt, phản ứng nhiệt nhôm sau: 2Al + Fe 2 O 3 → o t 2Fe + Al 2 O 3 được dùng để điều chế một lượng nhỏ sắt nóng chảy khi hàn đường ray. Như vậy, việc hiểu và giải nhanh bài toán nhiệt luyện trở nên rất quan trọng và nhiều ý nghĩa. Vì vậy, trong quá trình giảng dạy tôi đã đưa một số bài toán nhiệt luyện vào bài kiểm tra 1 tiết dành cho học sinh lớp 12. Thế nhưng hầu hết các em học sinh đều sử dụng phương pháp giải dựa trên phương trình phản ứng đã được cân bằng, đặt ẩn và lập hệ phương trình. Một số em còn mơ hồ chưa hiểu rõ bản chất vấn đề thậm chí là bế tắc. Chỉ được một số em sử dụng được phương pháp giải nhanh nhưng còn vụng về, máy móc và chưa linh hoạt. Tôi thiết nghĩ, nguyên nhân của sự yếu kém trên là do các em học sinh chưa tìm thấy hứng thú trong quá trình học, các em thấy khó và chán nản dẫn tới lười học. Một phần là do giáo viên chưa tạo được những tiết học thực sự lôi cuốn học sinh, chưa giúp các em nhận ra những cái hay, cái dễ trong khi giải toán hay nói cách khác là giáo viên chưa giúp học sinh lĩnh hội được phương pháp giải nhanh. Trước thực trạng trên, tôi đã thấy rõ tầm quan trọng của bài toán nhiệt luyện và sự cần thiết phải hướng dẫn các em có được phương pháp giải nhanh dạng bài toán này. Tôi đã quyết định nghiên cứu đề tài “Hướng dẫn học sinh 4 lớp 12 phương pháp giải nhanh bài toán nhiệt luyện trong chương trình hóa học vô cơ” và đưa đề tài ứng dụng vào thực tiễn đối với học sinh lớp 12 Trường THPT Lê Văn Linh. 3. Giải pháp và tổ chức thực hiện. Với bài toán nhiệt luyện ta có thể chia thành các dạng toán cơ bản sau: 3.1. Dạng 1. Khử oxít kim loại bằng chất khử CO, H 2 . Giáo viên (GV) hướng dẫn học sinh (HS) nghiên cứu bài toán sau: Bài toán: Khử hoàn toàn m 1 gam Fe 2 O 3 cần V 1 lít khí CO. Sau phản ứng thu được chất rắn có khối lượng m 2 gam và V 2 lít khí CO 2 . Các khí đo ở đktc. Đề bài có thể yêu cầu tìm ít nhất 1 trong 4 giá trị m 1 , m 2 , V 1 , V 2 ? Giải: Cách 1. Sơ đồ phản ứng: Fe 2 O 3 + CO → o t chất rắn + CO 2 Ta có, CO lấy oxi của oxit phản ứng theo sơ đồ: CO + O → CO 2 . Suy ra: 2 CO n = n COpư = n O(trong oxít pư) ( viết tắt là n O ) Suy ra: (1) Nếu biết được lượng oxi trong oxít ta tính được thể tích khí tham gia phản ứng (V 1 ) hoặc thể tích khí sau phản ứng (V 2 ) theo công thức (1) Nếu biết V 1 ( hoặc V 2 ) và m 1 ( hoặc m 2 ) thì ta suy ra được lượng oxi trong oxít, từ đó ta tính được khối lượng chất rắn sau phản ứng (m 2 ) hoặc khối lượng oxít ban đầu (m 1 ) theo công thức sau: (2) Tùy vào dữ kiện và yêu cầu bài toán mà ta sử dụng công thức (1) hoặc công thức (2) hoặc dùng đồng thời cả 2 công thức sao cho phù hợp. Cách 2. Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng ta cũng có thể giải nhanh bài toán trên. Sơ đồ phản ứng: Fe 2 O 3 + CO → o t chất rắn + CO 2 Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m 1 + m CO pư = m 2 + 2 CO m hay m 1 + 28.n CO pư = m 2 + 44. 2 CO n Trong đó: n CO pư = 2 CO n GV lưu ý HS: - Nếu thay CO bởi H 2 hoặc hỗn hợp khí gồm H 2 và CO cũng không ảnh hưởng tới kết quả bài toán. Khi đó ta cũng có: OH n 2 = puH n 2 = n O )( 22 , OHCO n = puHCO n ),( 2 = n O - Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn thì chất rắn thu được là kim loại. 5 V 1 = V 2 = 22,4. n O m 1 = m 2 + m O hay m 1 = m 2 + 16.n O - Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn thì chất rắn sinh ra có thể gồm kim loại và oxít dư hoặc các oxít mà kim loại có số oxihóa thấp hơn ban đầu (Fe 3 O 4 , FeO, Fe và Fe 2 O 3 dư ) Như vậy: + Nếu biết khối lượng oxít , biết số mol CO, H 2 tham gia phản ứng hoặc số mol CO 2 , H 2 O tạo ra, ta tính được lượng oxi trong oxít phản ứng (hay hỗn hợp oxít) và suy ra lượng kim loại (hay hỗn hợp kim loại hoặc chất rắn). Và ngược lại. + Nếu biết khối lượng oxít và khối lượng chất rắn sau phản ứng ta tính được lượng oxi trong oxít từ đó suy ra lượng khí thu được hoặc lượng khí đã dùng ban đầu. Từ những kiến thức ở trên GV hướng dẫn HS tìm hiểu các ví dụ cụ thể: Ví dụ 1. ( Bài 4 – SGK hóa học 12, cơ bản, trang 98 ) Khử hoàn toàn 30g hỗn hợp X gồm CuO, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Fe, MgO cần dùng 5,6 lít khí CO (đktc). Khối lượng chât rắn thu được sau phản ứng là: A. 28g B. 26g C. 24g D. 22g Phân tích: Bài toán cho biết khối lượng hỗn hợp oxít và thể tích chất khử CO cần dùng. Như vậy, từ CO ta sẽ tính được lượng oxi trong oxít phản ứng và dễ dàng tính được khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng ( cách 1 ). Hoặc tính lượng khí CO 2 sinh ra và sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải bài toán mà không cần viết phương trình phản ứng hay đặt ẩn và giải hệ ( cách 2 ) Giải Cách 1 Sơ đồ phản ứng: X + CO → o t chất rắn + CO 2 Ta có, CO lấy oxi của oxít theo sơ đồ: CO + O → CO 2 Ta có: n O = n CO = 4,22 6,5 = 0,25 mol Từ CT (2) suy ra: m chất rắn = m X – m O = 30 – 0,25.16 = 26 g. Chọn đáp án B. Cách 2 Sơ đồ phản ứng: X + CO → o t chất rắn + CO 2 Ta có: n CO = 2 CO n = 4,22 6,5 = 0,25 mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m X + m CO = m chất rắn + 2 CO m hay 30 + 0,25.28 = m chất rắn + 0,25.44 ⇒ m chất rắn = 26 g. Chọn đáp án B. GV lưu ý: - Ở đây chúng ta cần chú ý rằng: Fe, MgO không tham gia phản ứng nó vẫn tồn tại nguyên vẹn trước và sau phản ứng mà không ảnh hưởng đến kết quả bài toán. Ta phải hiểu chất rắn thu được ở đây gồm kim loại Cu, Fe sinh ra và MgO, Fe ban đầu không phản ứng. Ví dụ 2: 6 Nung m g hỗn hợp rắn gồm Fe 2 O 3 , Fe rồi cho 1 luồng khí CO (thiếu) qua hỗn hợp trên. Sau pư thu được 30,2 g chất rắn và 22 g CO 2 . Tính m? A. 38,2 B. 32,8 C. 28,3 D.23,8 Phân tích: Đây là trường hợp ngược lại so với ví dụ 1. Ở đây ta lại biết lượng chất rắn sau phản ứng và lượng khí CO 2 sinh ra, ta suy ra lượng oxi trong oxít phản ứng từ đó suy ra khối lượng chất rắn ban đầu. Ta cũng có thể dùng định luật bảo toàn khối lượng để giải bài toán tương tự ví dụ 1. Giải: Cách 1 Sơ đồ phản ứng: ( Fe 2 O 3 , Fe ) + CO → o t chất rắn + CO 2 Ta có, CO lấy oxi của oxít theo sơ đồ: CO + O → CO 2 ⇒ n O = 2 CO n = 44 22 = 0,5 mol Áp dụng CT (2) ta có: m = 30,2 + 0,5.16 = 38,2 g. Chọn đáp án A. Cách 2 Sơ đồ phản ứng: ( Fe 2 O 3 , Fe ) + CO → o t chất rắn + CO 2 Ta có: n CO = 2 CO n = 44 22 = 0,5 mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m hhđầu + m CO = m chất rắn + 2 CO m hay m + 0,5.28 = 30,2 + 0,5.44 ⇒ m = 38,2 g. Chọn đáp án B. GV nhận xét: Với đề bài này khi thấy lượng CO thiếu thì hỗn hợp chứa oxít ban đầu dư. Tới đây các em HS sẽ phân vân oxít dư thì lượng oxi trong oxít cũng dư. Vậy phải làm thế nào? Câu trả lời rất đơn giản. Đối với dạng bài tập này ta không cần quan tâm tới điều đó. Thực chất lượng oxi ở đây là lượng trong oxít đã tham gia phản ứng. Lượng oxít dư lại nằm trong chất rắn sau phản ứng. Ví dụ 3 .(Trích đề thi tuyển sinh ĐH, Cao Đẳng khối A năm 2008 ) Cho V lít hỗn hợp khí (ở đktc) gồm CO và H 2 phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe 3 O 4 nung nóng. Sau khi các phản ứng xãy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32g. Gía trị V là: A. 5,60 B. 0,224 C. 0,112 D. 0,448 Phân tích: Ở đề bài này dùng đồng thời 2 chất khử là CO và H 2 , nhưng trong phản ứng cả hai chất khử đều lấy oxi của oxít theo cùng 1 tỉ lệ: Cứ 1 mol CO hoặc H 2 nhận 1 mol O tạo ra 1 mol CO 2 hoặc 1 mol H 2 O. Vì vậy ta vẫn có: ),( 2 HCO n = )( 22 , OHCO n = n O Khối lượng chất rắn giảm chính là lượng oxi trong oxít phản ứng. Như vậy từ tổng số mol hỗn hợp khí CO và H 2 ta suy ra V. Giải: Sơ đồ phản ứng: ( Fe 3 O 4 , CuO ) +    2 H CO → o t chất rắn +    OH CO 2 2 Ta có H 2 và CO lấy đi oxi của oxít theo sơ đồ: 7 CO + O → CO 2 H 2 + O → H 2 O. Khối lượng chất rắn giảm chính là lượng oxi trong oxít phản ứng. Do vậy: m O = 0,32 (g). ⇒ )(02,0 16 32,0 moln O == . Áp dụng CT (1) ta có: V = 0,02.22,4 = 0,448 ( lít) ⇒ Đáp án đúng là D Ví dụ 4 . Khử hoàn toàn 24g hỗn hợp CuO và Fe x O y bằng H 2 dư ở nhiệt độ cao thu được 17,6g hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng H 2 O tạo thành là: A. 1,8g B. 5,4g C. 7,2g D. 3,6g Phân tích : Đối với đề bài này nhiều HS sẽ e ngại vì công thức oxít sắt ta chưa biết. Thế nhưng nếu các các em để ý một chút sẽ thấy dù công thức oxít sắt nào cũng không ảnh hưởng tới đáp số bài toán. Ở đây ta chỉ cần tìm lượng oxi trong oxít dựa vào khối lượng oxít ban đầu và khối lượng 2 kim loại là suy ra được khối lượng nước rồi. Giải: Sơ đồ phản ứng: oxít + H 2 → o t kim loại + H 2 O Ta có, H 2 lấy đi oxi của oxít theo sơ đồ: H 2 + O → H 2 O Từ CT (2) suy ra: 16.n O = m oxit − m kimloại = 24 − 17,6 = 6,4 (g) ⇒ n O = 0,4 (mol) ⇒ ).(2,718.4,0)(4,0 22 g O H mmol O n O H n ==⇒== Đáp án đúng là C. Ví dụ 5: Khử hoàn toàn 40g Fe x O y thành kim loại cần 16,8 lit H 2 (đktc). Công thức oxít là: A. FeO B. Fe 3 O 4 C. Fe 2 O 3 D. Không xác định đ ư ợ c Phân tích : Để tìm CTPT oxít ta cần tìm tỉ lệ x : y = n Fe : n O . Nếu x : y = 1 ta chọn FeO, nếu x : y = 3 : 4 ta chọn Fe 3 O 4 , nếu x : y = 2 : 3 ta chọn Fe 2 O 3 . Với đề bài này ta đã biết thể tích H 2 , từ đây ta suy ra được lượng oxi trong oxít. Mà đã biết khối lượng oxít và oxi ta dễ suy ra khối lượng kim loại trong oxít. Sau đó lập tỉ lệ và tìm ra công thức oxít sắt. Giải: Sơ đồ phản ứng: oxít sắt + H 2 → o t Fe + H 2 O Ta có: )(75,0 4,22 8,16 2 mol H n == Ta có, H 2 lấy đi oxi của oxít theo sơ đ ồ : H 2 + O → H 2 O )(75,0 2 mol H nn O == Từ CT (2) suy ra: m Fe = m oxít – 16.n O = 40 – 16.0,75 = 28 (g) Ta có tỉ lệ: x : y = 3 2 75,0:5,075,0: 56 28 16 : 56 === OFe mm . Vậy công thức oxít sắt là Fe 2 O 3 8 Nhận xét. Như vậy, qua các ví dụ trên ta thấy: đối với bài toán nhiệt luyện dùng chất khử CO hoặc H 2 hoặc dùng hỗn hợp cả CO và H 2 , ta không cần quan tâm nhiều tới việc xác định xem chất nào phản ứng hay không phản ứng, cũng không quan tâm tới việc chất nào dư. Ta chỉ cần tính được lượng oxi trong oxít phản ứng là suy ra được khối lượng hỗn hợp oxít ban đầu hoặc tổng khối lượng chất rắn sau phản ứng, và ngược lại. Ngoài ra, bài toán nhiệt luyện còn được sử dụng như một khâu trong các bài toán khác. 3.2. Dạng 2. Bài toán nhiệt nhôm. GV hướng dẫn HS xét phản ứng nhiệt nhôm sau: Fe 2 O 3 + 2Al → o t 2Fe + Al 2 O 3 - Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn chất tham gia có ít nhất một chất phản ứng hết: + Al hết, Fe 2 O 3 dư: chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 dư + Al dư, Fe 2 O 3 hết: chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al 2 O 3 , Al dư + Al hết, Fe 2 O 3 hết: chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al 2 O 3 . - Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn các chất tham gia đều dư, chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 dư, Al dư. Từ ví dụ trên GV khái quát thành sơ đồ phản ứng và lưu ý cho HS một số điểm khi giải bài toán nhiệt nhôm: Sơ đồ phản ứng: oxit + Al → o t kim loại + Al 2 O 3 - Khi hiệu suất phản ứng H = 100% thì chất rắn thu được gồm kim loại, Al 2 O 3 có thể oxít dư hoặc Al dư: Nếu cho hỗn hợp chất rắn sau phản ứng vào dung dịch kiềm mà có khí thoát ra chứng tỏ Al dư. - Khi H < 100% thì chất rắn thu được gồm kim loại, Al 2 O 3 , oxít dư và Al dư. - Chất rắn sau phản ứng thường chia làm 2 phần có tỉ lệ k: + k = 1 nghĩa là chất rắn chia làm 2 phần bằng nhau. Khi đó số mol các chất tương ứng ở 2 phần đều bằng nhau. + k ≠ 1 nghĩa là chất rắn chia làm 2 phần không bằng nhau. Khi đó số mol các chất trong phần 2 sẽ gấp k lần số mol các chất tương ứng ở phần 1. Để giải bài toán ta phải tìm giá trị của k. - Thường bài toán dạng này thường sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố hoặc bảo toàn electron để giải nhanh: m hỗn hợp trước phản ứng = m hỗn hợp sau phản ứng n nguyên tố Al trước phản ứng = n nguyên tố Al sau phản ứng ∑ n e nhường = ∑ n e nhận Từ những kiến thức ở trên GV hướng dẫn HS tìm hiểu các ví dụ cụ thể: Ví dụ 1. (Trích đề thi tuyển sinh ĐH, Cao Đẳng khối B năm 2009 ) Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe 3 O 4 (trong điều kiện không có không khí) đến phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H 2 ở đktc. Sục khí CO 2 dư vào dung dịch Y thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là: 9 A. 45,6 B. 48,3 C. 36,7 D. 57,0 Phân tích: Gặp bài toán dạng này nhiều HS sẽ cảm thấy khó giải vì bài nhiều dữ kiện qua nhiều giai đoạn rắc rối. Nếu giải bằng cách viết và tính theo phương trình phản ứng thì mất nhiều thời gian .Vì vậy trước tiên GV tóm tắt bài toán bằng sơ đồ để HS hiểu và cảm nhận bài toán đơn giản hơn. Sau đó GV gợi ý HS theo dõi quá trình chuyển đổi của nguyên tố Al để giải nhanh bài toán. Giải. PTPƯ: 3Fe 3 O 4 + 8Al → o t 9Fe + 4Al 2 O 3 (1) X tác dụng với dung dịch NaOH tạo khí H 2 . vậy X có Al dư. Ta có sơ đồ chuyển hóa:    43 OFe Al → o t      du Al Fe OAl 32  → +NaOH       → + 2 32 )( )()( 2 H ZFe OHAlYNaAlO CO Theo dõi sự chuyển hóa nhôm ta thấy lượng Al ban đầu chuyển hết vào kết tủa. = Al n moln OHAl 5,078/39 3 )( == Khi cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư: Chỉ Al phản ứng mới sinh ra H 2 Al → Al 3+ + 3e 2H + + 2e → H 2 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3,0 4,22 36,3 .223 2 === HAldu nn Suy ra: n Aldư = 0,1 mol Suy ra: n Al tham gia phản ứng (1) = 0,5 – 0,1 = 0,4 mol ⇒ moln OFe 15,0 8 3 .4,0 4 3 == Vậy m = m Al + 4 3 OFe m = 0,5.27 + 0,15.232 = 48,3 g. Chọn đáp án B Ví dụ 2 : (Trích đề thi tuyển sinh ĐH, Cao Đẳng khối A năm 2008 ) Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe 2 O 3 trong môi trường không có không khí đến phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y làm 2 phần bằng nhau: - Phần 1 cho tác dụng với dung dịch H 2 SO 4 loãng, dư sinh ra 3,08 lít H 2 (đktc). - Phần 2 cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,84 lít khí H 2 (đktc). Giá trị của m là: A. 29,40 B. 22,75 C. 29,43 D. 21,40 Phân tích: 10 [...]... tuyển sinh đại học, cao đẳng sắp tới 17 C KẾT LUẬN Trong đề tài này tôi tập trung tìm hiểu phương pháp giải nhanh bài tập về phản ứng nhiệt luyện hoá học trong chương trình Hóa Học vô cơ dành cho học sinh lớp 12 Tôi đã hướng dẫn các em phương pháp giải nhanh và áp dụng phương pháp đó rất hiệu quả đối với dạng bài tập này Một bài toán hoá học có thể có nhiều cách giải khác nhau, xong để tìm ra một phương. .. quả bài kiểm tra 45 phút ( gồm 8 câu trắc nghiệm và 2 câu tự luận ) của các em học sinh lớp 12 tôi thấy: Ban đầu khả năng tiếp thu của các học sinh lớp 12A, 12B năm học 2 012- 2013 là tương đương nhau Nhưng lớp 12B tôi cho các em kiểm tra 45 phút khi chưa dạy các em cách giải nhanh bài toán nhiệt luyện, còn lớp 12A tôi cho các em kiểm tra 45 phút sau khi đã dạy các em cách giải nhanh bài toán nhiệt luyện. .. cận với phương pháp học hiện đại, nên rất hứng thú học tập và tích cực tham gia xây dựng bài Về thái độ, tác phong học tập cũng nghiêm túc, nhanh nhẹn và thông minh hơn Đây là kết quả đáng khích lệ đối với thầy trò Trường THPT Lê Văn Linh Như vậy, dạng toán nhiệt luyện trong hóa học vô cơ không còn là gánh nặng đối với các em học sinh lớp 12 nữa, mà ngược lại nó trở thành phần gỡ điểm của các em trong. .. Nhận xét: Qua các ví dụ trên ta thấy bài toán nhiệt nhôm là một trong những bài toán phức tạp Tùy từng yêu cầu bài toán mà chúng ta có cách giải khác nhau Việc giải nhanh dạng bài toán này đòi hỏi chúng ta phải nắm vững kiến thức về nhôm và hợp chất, hiểu được bản chất của vấn đề và biết phân tích, sáng tạo trong khi giải toán 3.3 Một số bài tập vận dụng phương pháp giải Câu 1 Thổi từ từ V (lít) hỗn hợp... phương pháp giải nhanh, ngắn gọn mà chính xác thì không phải ai cũng có thể tìm ra được Việc áp dụng các phương pháp giải trên vào giải bài tập về phản ứng nhiệt luyện sẽ đơn giản hoá một số bài toán khó Khi giải không cần thiết phải thao tác nhiều mà vẫn giải được bài toán một cách chính xác nhất Tôi hy vọng thông qua đề tài này cũng như việc nắm vững các phương pháp giải sẽ giúp HS THPT nói chung và học. .. HS THPT nói chung và học sinh lớp 12 Trường THPT Lê Văn Linh nói riêng sẽ giải bài toán nhiệt luyện một cách hiệu quả trong khoảng thời gian ngắn nhất Đồng thời 18 rèn luyện cho các em phong cách học tập khoa học, sáng tạo và thông minh Nhờ đó tăng thêm niềm đam mê, yêu thích bộ môn Hóa Học trong lòng các em học sinh THPT Do thời gian nghiên cứu có hạn nên bài nghiên cứu khoa học của tôi không tránh... nhận được sự vụng về, những khó khăn của các em đối với bài toán nhiệt luyện hóa học Điều này đã thôi thúc tôi tìm hiểu, nghiên cứu sâu sắc đề tài và mạnh dạn đưa các phương pháp giải dạng bài tập này vào thực tiễn Qua giảng dạy tôi thấy các em học sinh rất hứng thú với dạng toán này, đồng thời các em có thể giải chính xác rất nhiều bài tập chỉ trong thời gian ngắn Thậm chí có những HS chỉ cần bấm máy... như sau: Lớp Sĩ Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém số Số % Số % Số % Số % Số % lượn lượn lượn lượn lượn g g g g g 12B 41 1 2,44 15 36,5 18 43,9 5 12, 2 4,88 8 0 2 12 41 8 19,5 20 48,7 11 26,8 2 4,8 0 0 A 1 8 3 8 Qua bảng tổng hợp trên cho thấy mức độ hứng thú học tập của các em sau khi được lĩnh hội phương pháp giải đã cao hơn rất nhiều so với trước đó Do các em ý thức được nhiệm vụ cụ thể của bài học và được... và Al sinh ra khí Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3nAl dư + 2nFe = 2nH o 2 10,752 Hay 3(0,4-8x) + 2.9x = 2 22,4 = 0,96 ⇔ x = 0,04 mol Từ phản ứng (1) ta thấy Fe3O4 phản ứng vừa đủ so với Al 16 ⇒H = 3 x.100 3.0,04.100 = = 80% Chọn đáp án D 0,15 0,15 4 Thực nghiệm sư phạm Trong quá trình dạy học, cả chính khóa và dạy thêm, cũng như ôn thi tốt nghiệp, luyện thi đại học và bồi dưỡng học sinh. .. 2,688 = 0,24 ⇒ nFe (1) = 0,12mol 22,4 - Xét phần 2: Chỉ Fe, Al phản ứng sinh ra H 2 Giả sử phần 2 gấp k lần phần 1, khi đó: nAldư(2) = 0,02k (mol); nFe(2) = 0,12k (mol) 12 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3n Al ( 2 ) + 2nFe ( 2 ) = 2nH 2 = 2 10,08 = 0,9 22,4 Hay: 3.0,02k + 2.0,12k = 0,9 mol, Suy ra k = 3 Vậy trong Y có: nAldư = 0,02 + 0,02k = 0,08 (mol); nFe = 0 ,12 + 0,12k = 0,48 (mol) Từ phản . pháp giải nhanh dạng bài toán này. Tôi đã quyết định nghiên cứu đề tài Hướng dẫn học sinh 4 lớp 12 phương pháp giải nhanh bài toán nhiệt luyện trong chương trình hóa học vô cơ và đưa đề tài ứng. vấn đề Bài toán nhiệt luyện là dạng toán căn bản trong chương trình hóa học vô cơ lớp 12. Cách giải bài toán nhiệt luyện không được đề cập tới trong SGK nhưng thực tế lại có rất nhiều bài toán. tuyển sinh đại học, cao đẳng sắp tới. 17 C. KẾT LUẬN Trong đề tài này tôi tập trung tìm hiểu phương pháp giải nhanh bài tập về phản ứng nhiệt luyện hoá học trong chương trình Hóa Học vô cơ dành