phương pháp giải bài tập dạng p2o5 tác dụng với dung dịch kiềm dành cho học sinh giỏi ở trường thcss

PHÒNG GIÁO DỤC HUYỆN NGA SƠNTRƯỜNG THCS NGA TÂN PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DẠNG P2O5 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM DÀNH CHO HỌC SINH GIỎI Ở TRƯỜNG THCS Người thực hiện: Phạm Đức Mạnh Chức vụ

PHÒNG GIÁO DỤC HUYỆN NGA SƠN

TRƯỜNG THCS NGA TÂN

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DẠNG P2O5 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM DÀNH CHO HỌC SINH GIỎI Ở TRƯỜNG THCS

Người thực hiện: Phạm Đức Mạnh Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc tổ: Khoa học tự nhiên

Năm học: 2008 – 2009

A ĐẶT VẤN ĐỀ

I - LỜI MỞ ĐẦU

Hóa học là một khoa học thực nghiệm khá đặc biệt và tổng hợp Qua nghiên cứu thông tin, quan sát mô hình, quan sát các thí nghiệm, thực hành, thảo luận nhóm học sinh nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, rèn luyện các kĩ năng và thói quen làm việc khoa học, biết tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề liên quan đến hóa học, trong đó biết cách giải các dạng bài tập là một vấn đề hết sức quan trọng Thông qua việc giải các bài tập ấy nhằm giúp học sinh củng cố các kiến thức đã học một cách có hệ thống, đồng thời phân loại được các dạng toán, các dạng bài tập một cách vững chắc

Trong kế hoạch chuyên môn ở nhà trường bậc THCS, công tác bồi dưỡng, nâng cao chất lượng giáo dục mũi nhọn là đặc biệt quan trọng Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi đòi hỏi người thầy giáo phải dụng công, đào sâu kiến thức, cần mẫn với đối tượng của mình, biết tìm ra phương pháp phù hợp để hướng tới thành công Đây chính là lí do thôi thúc tôi hoàn thành sáng kiến này

II - THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Thực trạng

Bản thân là một giáo viên đã tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học, trong quá trình giảng dạy đã phát hiện ra một số sai lầm của học sinh khi giải các

bài tập hóa học nâng cao dạng: “P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm” Nhiều học

sinh tỏ ra lúng túng, không tìm ra cách sử lí, ngay cả những vấn đề tưởng chừng hết sức cơ bản Vì thế, dạng bài tập này trở thành vấn đề khó vượt qua đối với học sinh

2 Kết quả của thực trạng trên

Kết quả khảo sát chất lượng đội tuyển bộ môn hóa học lớp 9 trường THCS Nga

Tân trong hai năm học gần đây về năng lực giải quyết dạng bài “P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm” như sau :

Năm học

Số học sinh được khảo sát

Năng lực giải quyết dạng bài P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm

Từ thực trạng trên, để giúp học sinh nắm vững bản chất, có phương pháp, kỹ năng vận dụng giải bài tập hóa học một cách tốt hơn, tôi đã mạnh dạn đưa ra

“ phương pháp giải bài tập dạng P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm dành cho học sinh giỏi ở trường THCS”.

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

Dạng bài tập P2O5 tác dụng với dung dịch kiềm (dung dịch NaOH hoặc dung dịch KOH), thực chất là axit H3PO4 (do P2O5 tác dụng với H2O có trong dung dịch kiềm) tác dụng với dung dịch kiềm Xét một cách cụ thể, khi cho H3PO4 tác dụng với NaOH, có thể xảy ra các phản ứng sau :

H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (1)

1 (mol) 1 (mol)

H 3 PO 4 + 2 NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O (2)

1 (mol) 2 (mol)

H 3 PO 4 + 3 NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (3)

1 (mol) 3 (mol)

Giả sử có cho a (mol) dung dịch H3PO4 tác dụng với b (mol) dung dịch NaOH thu được dung dịch A, ta có thể biện luận các chất có trong dung dịch A theo tương

b 4

PO 3

H n NaOH n



1 Nếu  1

a

b

thì chỉ xảy ra phản ứng (1) dung dịch A là NaH2PO4

H3PO4 còn dư

2 Nếu b a = 1 thì chỉ xảy ra phản ứng (1) dung dịch A là chứa NaH2PO4

H3PO4, NaOH cùng hết

3 Nếu 1   2

a

b

thì xảy ra cả phản ứng (1) và phản ứng (2) dung dịch A gồm: NaH2PO4 và Na2HPO4

4 Nếu  2

a

b

thì chỉ xảy ra phản ứng (2) dung dịch A là: Na2HPO4

5 Nếu 2   3

a

b

thì xảy ra cả phản ứng (2) và phản ứng (3) dung dịch A gồm: Na3PO4 và Na2HPO4

6 Nếu  3

a

b

thì chỉ xảy ra phản ứng (3) dung dịch A là: Na3PO4

7 Nếu  3

a

b

thì chỉ xảy ra phản ứng (3) dung dịch A là Na3PO4 NaOH còn dư

Với các trường hợp xảy ra như trên học sinh có thể áp dụng làm các ví dụ cụ thể

từ đó hình thành ở các em kỹ năng giải các các dạng bài tập này

II CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ TỔ CHỨC THỰC HIỆN

1 Biện luận sản phẩm

- Cho học sinh áp dụng làm các bài tập mà các em thường mắc sai lầm để từ đó các em đối chứng và rút ra kinh nghiệm

- Muốn xác định được muối nào tạo thành thì học sinh phải xét tỉ lệ mol của các chất tham gia

Ví dụ 1: Cho 63,9 gam P 2 O 5 tác dụng với 144 gam dung dịch NaOH 20% Tính nồng độ phần trăm các chất trong dung dịch thu được khi phản ứng kết thúc

Giải:

PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O trong dung dịch NaOH :

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)

1 (mol) 2 (mol) Theo đề bài, ta có: 0 , 72 ( )

100 40

20 144

mol

0 , 45 ( )

142

9 , 63

5

Theo PTHH (1): 2 2 0 , 45 0 , 9 ( )

5 2 4

n H PO  P O  

Xét tỉ lệ: 00,,729 0,81

4

3 PO H

NaOH

n

n

Vậy phản ứng chỉ tạo ra NaH2PO4 và H3PO4 dư , tính toán theo NaH2PO4

H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (2)

1 (mol) 1 (mol) 1 (mol)

Theo PTHH: n NaH2PO4 n H3PO4(p ) n NaOH  0 , 72 (mol)

0 , 72 120 86 , 4 ( )

4

m NaH PO  

0 , 9 0 , 72 0 , 12 ( )

4

n H PO (d )   

m H3PO4(p )  0 , 18 98  7 , 84 (g)

Theo định luật bảo toàn khối lượng: mdd sau pư = 63,9 +144 = 207,9 (g)

Nồng độ phần trăm về khối lượng các chất trong dung dịch thu được là:

% 56 , 41

% 100 9 , 207

4 , 86 )

%(NaH2PO4  

C

% 77 , 3

% 100 9 , 207

84 , 7 )

%(H3PO4d  

C

Ví dụ 2: Cho 35,5 gam P 2 O 5 tan trong 200 ml dung dịch NaOH 2,5 M.

Tính khối lượng muối trong dung dịch thu được sau phản ứng?

Hướng dẫn giải:

PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O trong dung dịch NaOH :

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)

1 (mol) 2 (mol)

Theo đề bài, ta có: 0 , 5 ( )

1000

5 , 2 200

mol

0 , 25 ( )

142

5 , 35

5

Theo PTHH (1): n H3PO4  2 n P2O5  2 0 , 25  0 , 5 (mol)

Xét tỉ lệ: 00,,551

4

3 PO H

NaOH

n

n

Vậy các chất tham gia cùng hết và chỉ xảy ra một phản ứng tạo muối NaH2PO4

PTHH: H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (2)

1 (mol) 1 (mol) 1 (mol) Theo PTHH: n NaH2PO4 n NaOH  0 , 5 (mol) m NaH2PO4  0 , 5 120  60 (g) Ví dụ 3: Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với 150 g dd KOH 11,2% Sau khi phản ứng kết thúc, hỏi muối nào được tạo thành ? Hướng dẫn giải: Bài toán này, học sinh phải biết lường trước các phản ứng có thể xảy ra: P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)

H 3 PO 4 + KOH KH 2 PO 4 + H 2 O (2)

H 3 PO 4 + 2KOH K 2 HPO 4 + 2H 2 O (3)

H 3 PO 4 + 3KOH K 3 PO 4 + 3H 2 O (4)

Theo đề bài, ta có: 0 , 1 ( ) 142 2 , 14 5 2 mol n P O   Theo PTHH (1): n H3PO4  2 n P2O5  2 0 , 1  0 , 2 (mol) 0 , 3 ( ) 56 100 2 , 11 150 mol n KOH   Tỉ lệ: 1 00,,23 1,5 2 4 3     PO H KOH n n Vậy xảy ra phản ứng (2) và (3), thu được gồm hai muối là KH2PO4 và K2HPO4 Ví dụ 4: Cho 28,4 gam P 2 O 5 tác dụng với 400 ml dd NaOH 2M Muối tạo thành là muối gì ? Khối lượng là bao nhiêu ? Hướng dẫn giải: Ta có: nNaOH = 0,4.2 = 0,8 (mol), 0 , 2 ( ) 142 4 , 28 5 2 mol n P O   PTHH xảy ra giữa P2O5 với nước: P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)

Theo PTHH (1): n H3PO4  2 n P2O5  2 0 , 2  0 , 4 (mol)

Xét tỉ lệ: 00,,48 2

4

3 PO H

NaOH

n

n

Vậy các chất tham gia phản ứng cùng hết, chỉ xảy ra một PTHH tạo ra Na2HPO4

H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4 + 2H2O

1 (mol) 2 (mol) 1 (mol)

Theo PTHH: n NaH2PO4 n H3PO4  0 , 4 (mol)

m NaH2PO4  0 , 4 142  56 , 8 (g)

Ví dụ 5 : Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam Phôt pho thu được chất A.

Cho chất A tác dụng với 800 ml dd NaOH 0,6 M thì thu được muối gì ?

Hướng dẫn giải:

Theo đề bài, ta có: nP = 631,2= 0,2 (mol)

Có thể xảy ra các phản ứng sau :

4P + 5O 2  t o 2P 2 O 5 (1)

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (2)

H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (3)

H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O (4)

H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (5)

Theo PTHH (1) chất A là P2O5

0 , 1 ( )

2

1

5

Theo PTHH (2): n H3PO4  2 n P2O5  2 0 , 1  0 , 2 (mol)

nNaOH = 0,8 0,6 = 0,48 (mol)

Tỉ lệ: 2 00,,482 3

4

3 PO H

NaOH

n

n

Vậy xảy ra hai phản ứng (4) và (5), thu được hai muối là Na2HPO4 và Na3PO4

Ví dụ 6: Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với dd KOH 20 %

Tính nồng độ % các chất trong dung dịch thu được sau phản ứng

Hướng dẫn giải:

PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O:

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)

Theo đề bài: 0 , 6 ( )

100 56

20 168

mol

0 , 1 ( )

142

2 , 14

5

Theo PTHH (1): n H3PO4  2 n P2O5  2 0 , 1  0 , 2 (mol)

Xét tỉ lệ: 00,,26 3

4 3





PO H

KOH n n

Vậy các chất tham gia cùng hết và chỉ xảy ra một phản ứng tạo muối K3PO4 :

H 3 PO 4 + 3KOH K 3 PO 4 + 3H 2 O (2)

Theo PTHH (2): n K3PO4 n H2PO4  0 , 2 (mol)

m K3PO4  0 , 2 212  42 , 6 (g)

Theo định luật bảo toàn về khối lượng: mdd sau pư =14,2 + 168 = 182,2 (g)

Vậy nồng độ dung dịch thu được sau phản ứng là:

100 % 23 , 27 %

2 , 182

4 , 42 )

%(K3PO4  

C

Như vậy đối với ví dụ 3, 4 và 5 hai chất tham gia phản ứng vừa đủ , sản phẩm tạo thành chỉ có một muối duy nhất

Ví dụ 7: Cho 10,65g P 2 O 5 tác dụng với 300ml dung dịch NaOH 2M

Hỏi sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch chứa những chất nào?

Hướng dẫn giải:

PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O:

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)

Theo đề bài: n NaOH  0 , 3 2  0 , 6 (mol)

0 , 075 ( )

142

65 , 10

5

Theo PTHH (1): n H3PO4  2 n P2O5  2 0 , 075  0 , 15 (mol)

Xét tỉ lệ: 00,15,6 4 3

4 3







PO H

KOH n n

Vậy dung dịch thu được sau phản ứng chỉ chứa một muối là K3PO4 , NaOH còn dư

PTHH xảy ra: H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (2)

Sau khi tính toán thông thường, ta xác định được: mNaOH dư = 6 (g)

Như vậy, qua 7 ví dụ trên đây áp dụng cho 7 trường hợp đã chỉ ra trong phần lí luận (về các giải pháp thực hiện – trang 3) sẽ giúp cho người học hiểu rõ vấn đề,

hình thành cho mình kĩ năng xác định sản phẩm thu được khi gặp dạng bài: “P 2 O 5

tác dụng với dung dịch kiềm” căn cứ vào tỉ lệ mol giữa các chất tham gia phản

ứng (mà bản chất là tỉ lệ mol giữa kiềm và axit) Đó là cơ sở để viết được các PTHH xảy ra và tính toán hóa học trong từng trường hợp cụ thể

2 Tính toán hóa học

2.1 Đối với bài toán chỉ yêu cầu tính lượng sản phẩm

Phương pháp ưu thế là viết các phương trình phản ứng theo phương pháp song song (với trường hợp tạo ra hai muối) rồi dùng phương pháp đại số để tính toán Tuy nhiên cũng có thể sử dụng phương pháp viết phương trình phản ứng nối tiếp

Ví dụ 1: Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với 150 g dd KOH 11,2%

Tính khối lượng các chất thu được sau khi phản ứng kết thúc?

Hướng dẫn giải:

Sau khi biện luận được dung dịch thu được gồm hai muối là KH2PO4 và

K HPO (như ở ví dụ 3 – trang5) ta tiến hành tính toán theo yêu cầu đề bài

Cách 1 : Viết các PTHH song song thì lập hệ phương trình toán học để tính.

PTHH: H 3 PO 4 + KOH KH 2 PO 4 + H 2 O

x (mol) x (mol) x (mol)

H 3 PO 4 + 2 KOH K 2 HPO 4 + 2H 2 O

Y (mol) 2y (mol) y (mol)

Ta có: 











3 , 0 2

2 , 0

y x

y x

giải ra ta được 





 1 , 0 1 , 0

y x

m KH2PO4  0 , 1 136  13 , 6 (g)

m K2HPO4  0 , 1 174  17 , 4 (g)

Cách 2 : Viết phương trình phản ứng nối tiếp như sau:

H 3 PO 4 + KOH KH 2 PO 4 + H 2 O (1)

Theo PTHH (1): n KH2PO4 n KOH(p ) n H3PO4  0 , 2 (mol)

nKOH (dư) = 0,3 - 0,2 = 0,1 (mol)

Vì KOH dư nên : KOH + KH 2 PO 4 K 2 HPO 4 + H 2 O (2)

Theo PTHH (2): n KH2PO4 n K2HPO4 n KOH(p )  0 , 1 (mol)

Vậy số mol KH2PO4 thu được sau cùng là : 0,2- 0,1 = 0,1 (mol)

m KH2PO4  0 , 1 136  13 , 6 (g)

m K2HPO4  0 , 1 174  17 , 4 (g)

Ví dụ 2 : Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam Phôt pho thu được chất A, cho chất A tác dụng với 800 ml dd NaOH 0,6 M

Tính khối lượng các chất thu được sau phản ứng?

Hướng dẫn giải:

Sau khi khẳng định được dung dịch thu được sau phản ứng gồm hai muối là

Na2HPO4 và Na3PO4 (đã biện luận ở ví dụ 5 – trang6) ta có thể viết các PTHH song song hoặc nối tiếp Dưới đây sử dụng phương pháp viết PTHH song song Các phản ứng xảy ra :

H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O

x (mol) 2x (mol) x (mol)

H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O

y (mol) 3y (mol) y (mol)

Ta có: 











48 , 0 3 2

2 , 0

y x

y x

 





 08 , 0 12 , 0

y x

0 , 12 142 17 , 04 ( )

4

m NaH PO  

) ( 12 , 13 164 08 , 0 4

m Na PO  

2.2 Đối với bài toán yêu cầu mô tả hiện tượng thí nghiệm

Phương pháp viết các phương trình hóa học nối tiếp (theo thứ tự xảy ra) để lập luận là phương pháp tối ưu

Dưới đây giới thiệu hai ví dụ cho trường hợp này

Ví dụ 1: Tiến hành hai thí nghiệm sau:

- Thí nghiệm 1:

Cho từ từ dung dịch chứa 0,12 mol H 3 PO 4 vào dung dịch chứa 0,2 mol NaOH

- Thí nghiệm 2:

Cho từ từ dung dịch chứa 0,2 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,12 mol

H 3 PO 4

Giải thích quá trình thí nghiệm bằng PTHH Tính số mol muối tạo thành?

Hướng dẫn giải:

*Xét thí nghiệm 1

Vì cho từ từ dung dịch H3PO4 vào dung dịch NaOH nên các phản ứng xảy ra theo

thứ tự: H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (1)

3

2 , 0 3

1

4 3 4

3

16 , 0 3

2 , 0 12 , 0

4

Do đó xảy ra phản ứng sau : H 3 PO 4 + 2Na 3 PO 4 3Na 2 HPO 4 (2)

3

1 , 0 3

2 , 0 2

1

2

1

4 3 4

0 , 1 ( )

3

2 , 0 2

3

2

3

4 3 4

Sau PTHH (2): 0 , 02 ( )

3

1 , 0 3

16 , 0

4

Do đó xảy ra phản ứng sau: H 3 PO 4 + Na 2 HPO 4 2NaH 2 PO 4 (3)

Theo PTHH (3): n Na2HPO4(p ) n H3PO4  0 , 02 (mol)

n NaH2PO4  2 n H3PO4  0 , 02 2  0 , 04 (mol)

Sau PTHH (3): 0 , 1 0 , 02 0 , 08 ( )

4

n Na HPO (cßnl¹i)    Vậy dung dịch sau thí nghiệm có chứa 0,04 (mol) NaH2PO4

và 0,08 (mol) Na2HPO4

*Xét thí nghiệm 2

Vì cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch H3PO4 nên các phản ứng xảy ra theo

thứ tự : NaOH + H 3 PO 4 NaH 2 PO 4 + H 2 O (4)

Theo PTHH (4): n NaOH(p ) n NaH2PO4 n H3PO4  0 , 12 (mol)

Sau PTHH (4): nNaOH (dư) = 0,2 - 0,12 = 0,08 (mol)

Do đó có phản ứng sau : NaOH + NaH 2 PO 4 Na 2 HPO 4 + H 2 O (5)

4 2 4

(p )

n NaH2PO4(cßnl¹i)  0 , 12  0 , 08  0 , 04 (mol)

Như vậy dung dịch sau thí nghiệm có chứa 0,08 (mol) Na2HPO4

và 0,04 (mol) NaH2PO4

a) Hỏi M có thể chứa những muối nào ?

b) Phản ứng nào có thể xảy ra khi thêm KOH vào M ?

c) Phản ứng nào có thể xảy ra khi thêm H 3 PO 4 ( hoặc P 2 O 5 ) vào dung dịch

M Viết phương trình phản ứng.

d) Xác định thành phần M với nH 3 PO 4 = 0,18mol; nNaOH = 0,3 mol

Hướng dẫn giải:

Khi cho dung dịch H3PO4 vào dung dịch NaOH có thể xảy ra các phản ứng sau :

H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (1)

H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (3)

a) Dung dịch M chứa hỗn hợp 1, đến 2 hoặc 3 muối tạo ra các phương trình trên b) Thêm KOH vào dd M ( thêm ba zơ mạnh ) có các phản ứng sau :

c) Thêm H3PO4 vào dung dịch M (thêm axit yếu)

H 3 PO 4 + Na 3 PO 4 Na 2 HPO 4 (6) 2H 3 PO 4 + Na 3 PO 4 3NaH 2 PO 4 (7)

H 3 PO 4 + Na 2 HPO 4 2NaH 2 PO 4 (8)

- Thêm P2O5 thì trước hết xảy ra PTHH: P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (9)

Sau đó xảy ra các phản ứng như trên