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

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 liê

A ĐẶT VẤN ĐỀ

1.Lý do chọn đề tài

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 trb-ớc thực trạng tri thức nhân loại không ngừng tăng lên, đã đặt lên vai ngành giáo dục nhiệm vụ càng nặng nề hơn đú là: Phải đào tạo, phải bồi dỡng nguồn nhân lực tiên tiến, đáp ứng nhu cầu của xã hội mới Chớnh vỡ vậy, đối với cụng tỏc dạy học hiện 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, từ đú đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh

Trở lại với thực tế, trong kỳ thi tốt nghiệp THPT và tuyển sinh đại học, cao đẳng hiện nay đang ỏp dụng hỡnh thức thi trắc nghiệm khỏch quan đối với mụn Húa Học và một số mụn học khỏc Nhiều thớ sinh hiện đang rất hoang mang, lo sợ bởi trong khoảng thời gian 60 phỳt thi tốt nghiệp phải hoàn thành 40 cõu hỏi và trong 90 phỳt thi tuyển sinh đại học, cao đẳng phải hoàn thành tới số lượng cõu hỏi là 50 cõu Điều đú nghĩa là thời gian làm bài trung bỡnh cho một cõu hỏi là 1,5 đến 1,8 phỳt Như vậy, kỹ năng làm bài chớnh là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới tiến độ làm bài và chất lượng bài thi của thớ sinh

Bờn cạnh đú, bài tập húa học vụ cơ tập trung rất nhiều vào chương đại cương về kim loại ( SGK Húa Học 12, ban cơ bản ) Việc giải nhanh cỏc bài toỏn nhiệt luyện gúp phần đỏng kể vào việc giải quyết cỏc vấn đề trọng tõm của chương cũng như cỏc vấn đề căn bản của húa học vụ cơ 12

Là một giỏo viờn hoỏ học, tụi luụn mong muốn dạy cho cỏc em học sinh những phương phỏp giải toỏn hoỏ học ngắn ngọn, chớnh xỏc và dễ hiểu nhất để phần nào giỳp cỏc em giải nhanh bài toỏn nhiệt luyện và tạo nền tảng vững chắc

để cỏc em giải nhanh cỏc bài toỏn húa học khỏc Từ đú tăng thờm niềm đam mờ, yờu thớch mụn học, đồng thời đem lại kết quả cao trong cỏc kỳ thi

Tất cả cỏc lý do trờn đó là động lực để tụi nghiờn cứu đề tài: “Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương phỏp giải nhanh bài toỏn nhiệt luyện trong chương trỡnh Húa Học vụ cơ”

2 Mục đớch và nhiệm vụ nghiờn cứu.

- Hệ thống húa kiến thức về cỏch điều chế kim loại bằng phương phỏp nhiệt luyện và cỏc vấn đề liờn quan

- Giới thiệu một số dạng bài tập về bài toỏn nhiệt luyện, đưa ra phương phỏp giải nhanh và bài tập vận dụng cho từng dạng

- Giỳp học sinh hiểu đỳng, hiểu rừ bản chất của bài toỏn nhiệt luyện và cỏch giải nhanh bài toỏn Qua đú rốn luyện khả năng tư duy thụng minh, tớch cực sỏng tạo nhằm tạo hứng thỳ học tập bộ mụn hoỏ học của học sinh THPT

- Đưa hệ thống bài tập để ỏp dụng cho HS lớp 12 Trường THPT Lờ Văn Linh, từ đú đỏnh giỏ và kiểm nghiệm đề tài

3 Phạm vi nghiờn cứu.

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

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, H2, 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, H2

Fe2O3 + 3CO  t o 2Fe + 3CO2

PbO + H2  t o Pb + H2O

( SGK hóa học 12, ban cơ bản, trang 96 ).

VD2 Dùng chất khử là kim loại nhôm (ta gọi là phản ứng nhiệt nhôm)

Cr2O3 + 2Al  t o 2Cr + 2Al2O3

Trường hợp là quặng sunfua kim loại như Cu2S, ZnS, FeS2 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 O2 dư

2ZnS + 3O2  t o 2ZnO + 2SO2

- Khử ZnO bằng C ở nhiệt độ cao

ZnO + C  t o 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 + O2  t o Hg + SO2

( 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 3Fe3O4 + 8Al  t o 9Fe + 4Al2O3

Cr2O3 + 2Al  t o 2Cr + Al2O3

Hỗn hợp gồm bột Al và bột Fe2O3 hoặc Fe3O4 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 2500oC – 3000oC

Fe2O3 + 2Al  t o 2Fe + Al2O3   0

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.

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 + Fe2O3  t o 2Fe + Al2O3

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 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: Fe2O3 + CO  t o chất rắn + CO2

Ta có, CO lấy oxi của oxit phản ứng theo sơ đồ: CO + O  CO2

Suy ra: n CO2 = n COpư = n O(trong oxít pư) ( viết tắt là nO )

Suy ra:

(1) Nếu biết được lượng oxi trong oxít ta tính được thể tích khí tham gia phản ứng (V1) hoặc thể tích khí sau phản ứng (V2) theo công thức (1)

Nếu biết V1 ( hoặc V2 ) và m1 ( hoặc m2 ) thì ta suy ra được lượng oxi trong oxít,

từ đó ta tính được khối lượng chất rắn sau phản ứng (m2) hoặc khối lượng oxít ban đầu (m1) 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: Fe2O3 + CO  t o chất rắn + CO2

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m1 + mCO pư = m2 + m CO2

hay m1 + 28.nCO pư = m2 + 44.n CO2

Trong đó: nCO pư = n CO2

GV lưu ý HS:

- Nếu thay CO bởi H2 hoặc hỗn hợp khí gồm H2 và CO cũng không ảnh hưởng tới kết quả bài toán Khi đó ta cũng có:

O

H

n

2 = n H pu

2 = n O

) (CO2,H2O

n = n(CO,H2)pu = n O

- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn thì chất rắn thu được là kim loại

- 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 (Fe3O4, FeO, Fe và Fe2O3 dư )

V1 = V2 = 22,4 nO

m1 = m2 + mO hay m1 = m2 + 16.nO

Như vậy:

+ Nếu biết khối lượng oxít , biết số mol CO, H2 tham gia phản ứng hoặc

số mol CO2, H2O 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, Fe3O4, Fe2O3, 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  t o chất rắn + CO2

Ta có, CO lấy oxi của oxít theo sơ đồ: CO + O  CO2

Ta có: nO = nCO = 225,,64 = 0,25 mol

Từ CT (2) suy ra: mchất rắn = mX – mO = 30 – 0,25.16 = 26 g Chọn đáp án B

Cách 2

Sơ đồ phản ứng: X + CO  t o chất rắn + CO2

Ta có: nCO = n CO2= 225,,64 = 0,25 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m X + m CO = m chất rắn + m CO2 hay 30 + 0,25.28 = mchất rắn + 0,25.44

 mchất 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:

Nung m g hỗn hợp rắn gồm Fe2O3, Fe rồi cho 1 luồng khí CO (thiếu) qua hỗn hợp trên Sau pư thu được 30,2 g chất rắn và 22 g CO2 Tính m?

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: ( Fe2O3, Fe ) + CO  t o chất rắn + CO2

Ta có, CO lấy oxi của oxít theo sơ đồ: CO + O  CO2

 nO =n CO2= 4422 = 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: ( Fe2O3, Fe ) + CO  t o chất rắn + CO2

Ta có: nCO = n CO2= 4422 = 0,5 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m hhđầu + m CO = m chất rắn + m CO2 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 H2 phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe3O4 nung nóng Sau khi các phản ứng xãy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32g Gía trị V là:

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:

) ,

(CO H2

n =n(CO2,H2O) = 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: ( Fe3O4, CuO ) + 



2

H CO

 t o chất rắn + 



O H CO

2 2

Ta có H2 và CO lấy đi oxi của oxít theo sơ đồ:

CO + O  CO2

H2 + O  H2O

Khối lượng chất rắn giảm chính là lượng oxi trong oxít phản ứng Do vậy:

mO = 0,32 (g)

16

32

,

0

mol

n 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 FexOy bằng H2 dư ở nhiệt độ cao thu được 17,6g hỗn hợp 2 kim loại Khối lượng H2O 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 + H2  t o kim loại + H2O

Ta có, H2 lấy đi oxi của oxít theo sơ đồ: H2 + O  H2O

Từ CT (2) suy ra:

16.nO = moxit  mkimloại = 24  17,6 = 6,4 (g)

 nO = 0,4 (mol)

g O

H m mol O

n

O

H

Ví dụ 5: Khử hoàn toàn 40g FexOy thành kim loại cần 16,8 lit H2 (đktc) Công thức oxít là:

A FeO B Fe3O4 C Fe2O3 D Không xác định được

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 + H2  t o Fe + H2O

Ta có: 0,75( )

4 , 22

8 , 16

2

mol H

Ta có, H2 lấy đi oxi của oxít theo sơ đồ: H2 + O  H2O

) ( 75 ,

0

H

n

n O  

Từ CT (2) suy ra: mFe = m oxít – 16.nO = 40 – 16.0,75 = 28 (g)

Ta có tỉ lệ: x : y =

3

2 75 , 0 : 5 , 0 75 , 0 : 56

28 16

:

O

Fe m m

Vậy công thức oxít sắt là Fe2O3

Nhận xét Như vậy, qua các ví dụ trên ta thấy: đối với bài toán nhiệt

luyện dùng chất khử CO hoặc H2 hoặc dùng hỗn hợp cả CO và H2, 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:

Fe2O3 + 2Al  t 2Fe + Al2O3

- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn chất tham gia có ít nhất một chất phản ứng hết:

+ Al hết, Fe2O3 dư: chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al2O3, Fe2O3 dư

+ Al dư, Fe2O3 hết: chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al2O3, Al dư

+ Al hết, Fe2O3 hết: chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al2O3

- Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn các chất tham gia đều dư, chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al2O3, Fe2O3 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  t o kim loại + Al2O3

- Khi hiệu suất phản ứng H = 100% thì chất rắn thu được gồm kim loại,

Al2O3 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, Al2O3, 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 Fe3O4 (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 H2 ở đktc Sục khí CO2 dư vào dung dịch Y thu được 39 gam kết tủa Giá trị của m là:

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: 3Fe3O4 + 8Al  t 9Fe + 4Al2O3 (1)

X tác dụng với dung dịch NaOH tạo khí H2 vậy X có Al dư

Ta có sơ đồ chuyển hóa:





4

3O

Fe

Al



t o 



du

Al Fe

O



 

NaOH 

2

3 2

) (

) ( )

H Z Fe

OH Al Y

Theo dõi sự chuyển hóa nhôm ta thấy lượng Al ban đầu chuyển hết vào kết tủa



Al

n n Al(OH)3  39 / 78  0 , 5mol

Khi cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư: Chỉ Al phản ứng mới sinh ra H2

Al  Al3+ + 3e

2H+ + 2e  H2

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có:

3 , 0 4 , 22

36 , 3 2 2

Suy ra: nAldư = 0,1 mol

Suy ra: n Al tham gia phản ứng (1) = 0,5 – 0,1 = 0,4 mol

8

3 4 , 0

4

Vậy m = mAl + m Fe3O4 = 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 Fe2O3 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 H2SO4 loãng, dư sinh ra 3,08 lít H2 (đktc)

- Phần 2 cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,84 lít khí H2 (đktc) Giá trị của m là:

Phân tích:

Ở phần 2: Chất rắn sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH có khí

H 2 bay ra chứng tỏ Al dư Như vậy, khi giải bài này ta xét phần 2 trước Từ lượng H 2 ta suy ra được lượng Al dư Chất rắn sau phản ứng gồm Fe, Al 2 O 3 và

Al dư.

Bài toán chia hỗn hợp thành 2 phần bằng nhau nên lượng chất ở phần 1 bằng lượng chất ở phần 2.

Từ phần 1 lượng khí H 2 sinh ra là do Fe và Al dư phản ứng Sử dụng lượng Al ở trên ta tính được lượng Fe Từ phản ứng nhiệt nhôm suy ra lượng Al

và Fe 2 O 3 rồi tính m.

Giải.

PTPƯ: Fe2O3 + 2Al  t o 2Fe + Al2O3 (1)

Chất rắn Y thu được tác dụng với NaOH có khí bay ra chứng tỏ Al dư Vậy Y gồm Al2O3, Fe và Al dư