SKKN Phương pháp giải nhanh bài tập kim loại phản ứng với dung dịch axit vô cơ

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP KIM LOẠI PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH AXIT VÔ CƠ" 1 Phần I : đặt vấn đề I .1Lý do chọn đề tài: Để giúp học sinh nắm vững kiến thức hoá học , biết khai thác, vận dụng để giải quyết vấn đề gặp phải khi học tập hoá học đặc biệt biết vận dụng để giải toán nhanh trong các kỳ thi tốt nghiệp, thi đại học là một nhiệm vụ thường xuyên ,quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoá học ở bậc THPT. Bên cạnh việc khắc sâu kiến thức còn phải giúp học sinh tiếp cận với các quy luật tự nhiên và thực tiễn khách quan, có cách nhìn khoa học hơn để nhận biết sự việc , hiện tượng. Nhằm mục đích này, đồng thời để giúp học sinh có thể tự nghiên cứu , tự học tập và áp dụng cho những trường hợp khác, khi giảng dạy trên lớp cũng như khi ôn thi tốt nghiệp ,ôn thi đại học cho học sinh THPT, tôi đã tìm hiểu các dạng bài tập, tìm ra phuơng pháp giải nhanh giúp học sinh dễ tiếp thu và vận dụng trong qua trình giải toán hoá học một cách đơn giản và hiệu quả nhất. Qua quá trình giảng dạy nhiều năm thấy rõ sự lúng túng của đa số học sinh khi giải các bài tập liên quan đến hỗn hợp mà các dữ kiện thường không đủ để học sinh lập hệ phương trình để giải và đồng thời trong thời gian 2 phút để giải quyết một bài tập trắc nghiệm với kết quả đúng. Qua nghiên cứu các đề thi đại học gần đây tôi thấy trong đề thi có nhiều bài tập kim loại hoặc hỗn hợp kim loại phản ứng với axit vô cơ mà nhiều học sinh lúng túng khi chọn phương pháp giải nhanh , hiệu quả. Vì vậy tôi chọn đề tài này nhằm hệ thống lại các dạng bài tập kim loại phản ứng với axit vô cơ có thể sử dụng phương pháp giải nhanh để giải bài tập giúp học sinh dễ hiểu, giải quyết vấn đề nhanh, chính xác, đầy đủ và gọn gàng hơn. Đồng thời giúp học sinh có khả năng tư duy độc lập để vận dụng trong những các trường hợp khác. 2 I. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu : - Tìm hiểu cơ sở lý luận của đề tài. - Phân loại các dạng bài tập của phần kim loại trên cở sở bản chất của phản ứng, tìm ra điểm chung của các dạng bài tập này. - Hệ thống các dạng bài tập tương ứng với mỗi loại phản ứng có chung hệ số trong phương trình, phân tích những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải, và đưa ra cách giải hợp lý , đơn giản. - Hình thành kỹ năng tư duy cho học sinh , giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tác với các dạng bài tập ứng với các phản ứng khác và rút ra cách nhận xét các trường hợp phản ứng tương tự. I.3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu : + Các bài tập trắc nghiệm vô cơ phần kim loại ( chủ yếu dạng kim loại phản ứng với axit, oxit kim loại phản ứng với axit). + Các dạng bài tập trong chương trình THPT và trong các đề thi tốt nghiệp, thi đại học hàng năm. - Phạm vi nghiên cứu : Quá trình giảng dạy hoá học trong trường THPT và trong các kỳ ôn luyên thi tốt nghiệp, thi đại học. I.4. Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt đươc mục đích trên phải hoàn thành nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu lý thuyết về phản ứng hoá học. 3 - Tìm hiểu chương trình môn hoá học THPT, các tài liệu hướng dẫn giải các bài tập hoá học , các đề thi tốt nghiệp, thi đại học các năm gần đây. - Hệ thống , sắp xếp các dạng bài tập theo đặc điểm chung, đưa ra cách giải chung cho từng dạng. I.5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận của giảng dạy bài toán hoá học trong nhà trường. - Nghiên cứu tài liệu, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập, sách tham khảo, các đề thi đại học có liên quan. - Phương pháp điều tra cơ bản: test, phỏng vấn, dự giờ - Thực nghiệm. Phương pháp thống kê toán học và sử lý kết quả thực nghiệm Phần II. Nội Dung A. Cơ sở lý thuyết: II.1.1.Một số tính chất của kim loại: 4 1. Tính chất của kim loại phản ứng với axit: Có thể chia làm hai loại chính: a) Gốc axit không có tính oxi hoá ( axit có tính oxy hoá do ion H + ) - Đó là các axit HCl, HBr, H 2 SO 4 loãng, H 3 PO 4 , CH 3 COOH Chỉ có kim loại có tính khử mạnh đứng trước hiđro ở trong dãy điện hoá kim loại (hoặc có thế điện cực chuẩn thấp hơn hiđro) tác dụng với axit tạo thành muối và giải phóng hiđro. M + 2H + -> M n+ + n/2H 2 b) Gốc axit có tính oxi hoá mạnh hơn ion H + : Đó là HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nóng, HClO 4 thì - Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au, Pt , thường đưa kim loại về số oxi hoá cao. - Tuỳ vào nồng độ của axit và độ hoạt động hoá học của kim loại mà thu được những sản phẩm khử khác nhau. M + HNO 3 -> M(NO 3 ) n + NO, N 2 O, NO 2 ,NH 4 NO 3 , N 2 + H 2 O M + H 2 SO 4 đn-> M 2 (SO 4 ) n + SO 2 , H 2 S, S + H 2 O - Các kim loại Al, Fe, Cr bị thụ động trong dung dịch HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nguội. 2. Tính chất của oxit kim loại phản ứng với dung dịch axit. a) Gốc axit không có tính oxi hoá ( axit có tính oxy hoá do ion H + ) - Đó là các axit HCl, HBr, H 2 SO 4 loãng, H 3 PO 4 , CH 3 COOH phản ứng với ôxit kim loại tạo thành muối và nước. M x O y + 2yH + -> xM +2y/x + 2yH 2 O b) Gốc axit có tính oxi hoá mạnh hơn ion H + : Đó là HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nóng, HClO 4 thì phản ứng với những oxit kim loại có tính khử ( FeO, Fe 3 O 4 ) thì xảy ra phản ứng oxi hoá khử 5 M x O y + HNO 3 -> M(NO 3 ) n + NO, N 2 O, NO 2 ,NH 4 NO 3 , N 2 + H 2 O M x O y + H 2 SO 4 đn-> M 2 (SO 4 ) n + SO 2 , H 2 S, S + H 2 O 3. Kim loại phản ứng với dung dịch muối: - Kim loại mạnh có thể đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối nóng chảy VD : 3Na(n/c) + AlCl 3 -> 3NaCl + Al - Kim loại kiềm, Ca, Ba, Sr khi phản ứng với dung dịch muối thì trước hết phản ứng với nước tạo thành dung dịch kiềm , sau đó dung dịch kiềm phản ứng với dung dịch muối VD : Cho Na vào dung dịch CuSO 4 ta có Na + H 2 O -> NaOH + 1/2H 2 2NaOH + CuSO 4 -> Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4 - Kim loại từ Mg trở đi thì kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối . VD : Fe + CuSO 4 -> FeSO 4 + Cu II.1.2.Một số dạng toán thường gặp : 1. Dạng 1: Kim loại hoạt động phản ứng với dung dịch axit HCl, H 2 SO 4 loãng a.Phương trình phản ứng : 2M + 2nHCl -> 2MCl n + nH 2 * Nhận xét : - Số mol gốc clorua = 2 lần số mol H 2 và số mol HCl = 2lần số mol H 2 - Cho m gam hỗn hợp nhiều kim loại hoạt động tan hoàn toàn trong dung dịch HCl loãng dư thu được V lít khí H 2 duy nhất ở đktc. Nếu bài toán cần tính a gam khối lượng muối clorua thu được thì áp dụng nhanh công thức : a= m muối = m Kl + m Cl- = m Kl + 71.n H2 (1) 6 b.Phương trình phản ứng: xM + yH 2 SO 4 -> M x (SO 4 ) y + yH 2 *Nhận xét: - Số mol gốc sunfat = Số mol H 2 và số mol H 2 SO 4 = số mol H 2 - Cho m gam hỗn hợp nhiều kim loại hoạt động tan hoàn toàn trong dung dịch H 2 SO 4 loãng dư thu được V lít khí H 2 duy nhất ở đktc. Nếu bài toán cần tính b gam khối lượng muối sunfat thu được thì áp dụng nhanh công thức : b= m muối = m Kl + m SO42- = m Kl + 96.n H2 (2) 2. Dạng 2: Kim loại (hoặc hỗn hợp oxit kim loại) phản ứng với axit HNO 3 a.Dạng toán: Kim loại phản ứng với dung dịch HNO 3 Phản ứng : M + HNO 3 -> M(NO 3 ) n + NO, NO 2 ,N 2 , N 2 O, NH 4 NO 3 + H 2 O ( Al, Fe, Cr không tác dụng với HNO 3 đặc nguội) * Nhận xét : - Số mol HNO 3 (môi trường)= số mol gốc NO 3 - trong muối M(NO 3 ) n = số eletron trao đổi x số mol sản phẩm khử. - Số mol HNO 3 ( đóng vai trò chất oxi hoá) = số mol nguyên tử nitơ trong sản phẩm khử. - Số mol HNO 3 tác dụng = số mol HNO 3 (môi trường) + số mol HNO 3 đóng vai trò chất oxi hoá.Cụ thể: NO 3 - + 2H + + 1e -> NO 2 + H 2 O n HNO3 = 2n NO2 NO 3 - + 4H + + 3e -> NO + 2H 2 O n HNO3 = 4n NO 2NO 3 - + 10H + + 8e -> N 2 O + 5H 2 O n HNO3 = 10n N2O 7 2NO 3 - + 12 H + + 10e -> N 2 + 6H 2 O n HNO3 = 12n N2 NO 3 - + 10H + + 8e -> NH 4 + + 3H 2 O n HNO3 = 11n NH4NO3 b.Ví dụ : Nung m gam Fe trong không khí, sau một thời gian ta thu được a gam hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ,FeO. Hoà tan hết a gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO 3 dư thu được V lít khí NO 2 (hoặc NO, N 2 ,N 2 O) ở đktc là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch muối sau khi làm khan được b gam . Nếu bài toán cần tính một trong các giá trị m, a, b, V thì dùng phương pháp bảo toàn e lập được các công thức và áp dụng nhanh các công thức dưới đây: *. Trường hợp 1: Tính khối lượng sắt ban đầu trước khi bị oxi hoá thành m gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe 2 O 3 ,Fe 3 O 4 , FeO. 7a + 56n e m Fe = (3) trong đó n e = V/ 22,4 mol 10 - Nếu sản phẩm khử là NO thì n e = 3. V/22,4 (mol) - Nếu sản phẩm khử là N 2 O thì n e = 8. V/22,4 (mol) - Nếu sản phẩm khử là N 2 thì n e = 10.V/22,4 (mol) *.Trường hợp 2: Tính khối lượng a gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe 2 O 3 ,Fe 3 O 4 , FeO. 10m Fe - 56n e 8 m hh = (4) trong đó n e tương tự như trường hợp 1 7 *.Trường hợp 3: tính khối lượng b gam muối tạo thành khi cho a gam hỗn hợp Fe, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FeO.vào dung dịch HNO 3 . n Fe(NO3)3 = n Fe = m Fe /56 = y mol ; b = m Fe(NO3)3 = 242y gam (3) 3 Dạng 3: Kim loại (hoặc hỗn hợp oxit kim loại) phản ứng với axit H 2 SO 4 a.Dạng toán: Kim loại phản ứng với dung dịch H 2 SO 4 Phản ứng : M + H 2 SO 4 -> M x (SO 4 ) y + SO 2 , S, H 2 S + H 2 O ( Al, Fe, Cr không tác dụng với H 2 SO 4 đặc nguội) * Nhận xét : - Số mol H 2 SO 4 (môi trường)= số mol gốc SO 4 2- trong muối M x (SO 4 ) y =1/2 (số eletron trao đổi x số mol sản phẩm khử). - Số mol H 2 SO 4 ( đóng vai trò chất oxi hoá) = số mol nguyên tử S trong sản phẩm khử. - Số mol H 2 SO 4 tác dụng = số mol H 2 SO 4 (môi trường) + số mol H 2 SO 4 đóng vai trò chất oxi hoá.Cụ thể: SO 4 2- + 4H + + 2e -> SO 2 + 2H 2 O SO 4 2- + 8H + + 6e -> S + 4H 2 O SO 4 2- + 10 H + + 8e -> H 2 S + 4H 2 O b.Ví dụ : Tính khối lượng muối tạo thành khi cho m gam hỗn hợp Fe, Fe 2 O 3 ,Fe 3 O 4 , FeO vào dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng dư . n Fe2(SO4)3 = 1/2n Fe = m Fe / 112 = x mol ; m Fe2(SO4)3 = 400. x (gam) (4) 9 B. Ví dụ minh hoạ : 2.1. Dạng 1: Kim loại hoạt động phản ứng với dung dịch axit HCl, H 2 SO 4 loãng a. Phản ứng kim loại với axit HCl : Bài toán 1 : Hoà tan hết 9,9 gam hỗn hợp 3 kim loại trong dung dịch HCl thu được dung dịch A và 8,96 lít khí ở đktc. Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan. m có giá trị: A. 24,1gam B. 38,3 gam C. 17gam D. 66,7 gam. Lời giải: Số mol gốc Cl - = 2. số mol H 2 = (8,96/22,4). 2= 0,8mol m muôi = m KL + m Cl- = 9,9 + 0,8. 35,5= 38,3 gam Chọn B Bài toán 2: Hoà tan 10,4 gam hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl thu được 7,84 lít khí X ở đktc và 1,54gam chất rắn Y và dung dịch Z. Cô cạn dung dịch Z thu được m gam muối . Giá trị của m là: A. 21,02gam B. 33,45gam C. 14,81 gam D. 18,60gam Lời giải: áp dụng nhanh công thức : m= m KL + m Cl- = ( 10,4-1,54) + 0,7. 35,5= 33,45 gam Chọn B Bài toán 3: Hoà tan hoàn toàn m 1 gam hỗn hợp 3 kim loại A, B (đều có hoá trị II), C ( hoá trị III) vào dung dịch HCl dư thấy có V lít khí thoát ra ở đktc và dung dịch X, cô cạn dung dịch X thì được m 2 gam muối khan. Biểu thức liên hệ giữa m 1 , m 2 , V là: A. m 2 = m 1 + 71V B. 112m 2 = 112m 1 + 355V C. m 2 = m 1 + 35,5V D. 112m 2 = 112m 1 + 71V. Lời giải: n Cl- = 2n HCl = 2n H2 = 2. V/22,4 = V/11,2 m 2 = m KL + m Cl- = m 1 + 35,5.V/11,2 = m 1 + 355V/112 Chọn B 10 [...]... thống bài tập và áp dụng phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm phần kim loại phản ứng với dung dịch axit vô cơ * Thực nghiệm sư phạm nhằm trả lời câu hỏi : Sử dụng phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm phần kim loại tác dụng với dung dịch axit vô cơ có giúp ích thật nhiều cho học sinh, tiết kiệm thời gian giải một bài tập trắc nghiệm, có gây hứng thú học tập cho học sinh hay không ? 2 Nội dung. .. em( 62,0%) Phần III Kết luận Qua quá trình nghiên cứu đề tài “ Sử dụng phương pháp giải nhanh bài tập kim loai phản ứng với dung dịch axit vô cơ đã đạt được kết quả như sau: 1 Làm sáng tỏ cơ sở lý luận của các phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm vô cơ , giúp học sinh phát triển tư duy hoá học, nhằm nâng hiệu quả hoạt động học tập của học sinh , đặc biệt trong các kỳ thi quốc gia , thi tốt nghiệp... 9,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch H 2SO4 đặc thấy có 49 gam axit phản ứng thu được muối, sản phẩm khử X và nước Xác định X? Giải: nMg = 0,4 mol ; nH2SO4 = 0,5mol Ta có: 0,4.2= (6-a).nX Mà nX= 0,1 mol Do đó: a= -2 => Sản phẩm khử là H2S 2.3 Dạng 3: Hỗn hợp oxit kim loại phản ứng với dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc nóng a Phản ứng của hỗn hợp oxit kim loại với axit HNO3: Bài toán 1: (Đề tuyển sinh... lượng axit dư trong X cần 32 gam dung dịch NaOH 15% thu được dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu được 38,02 gam muối khan Giá trị của m là: A 6,46gam B 7,1gam C 7,46gam D 7,58gam 3.2 Dạng 2: Kim loại phản ứng với dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc nóng Bài 1: Cho tan hoàn toàn 58 gam hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO 3 2M dư thu được 0,15mol NO, 0,05mol N 2O và dung dịch D Cô cạn dung dịch D... 5,68gam Lời giải: áp dụng nhanh công thức: mmuối = 2,81 + ( 96-16).0,03= 2,81 + 2,4 = 5,21gam Chọn B 2.2 Dạng 2: Kim loại phản ứng với dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc nóng 1) Phản ứng của kim loại với dung dịch axit HNO3 : a Tìm khối lượng muối: Kim loại + HNO3 -> muối + sản phẩm khử + H2O 11 Khối lượng muối được tính bằng công thức sau đây: mmuối= mKL + (3nNO + nNO2 + 10nN2 + 8nN2O + 8nNH4NO3) 62(5) Bài toán... 0,224lít Chọn B C Bài toán vận dụng: 3.1 Dạng 1: Kim loại hoạt động phản ứng với dung dịch axit HCl, H 2SO4 loãng Bài 1:(Đề tuyển sinh- khối A- 2009) Cho 3,68 gam hỗn hợp gồm Al và Zn tác dụng với một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 10% thu được 2,24 lít khí H2 ở đktc Khối lượng dung dịch thu được sau phản ứng là: A 101,48gam B 101,68gam C 97,80gam D 88,20gam 19 Bài 2: Hoà tan 9,14 gam hợp kim Cu, Mg, Al... cạn dung dịch B lượng muối khan thu được là: A 120,4gam Lời giải: B 89,8gam C 116,9gam D 73,45 gam áp dụng nhanh công thức : mmuối = mKL + mNO3- mmuối = 58 + (3 0,15 + 8.0,05).62 = 116,9 gam Chọn C b Tìm số mol axit phản ứng: Bài toán 1: Hoà tan hết m gam hỗn hợp gồm 3 kim loại bằng dung dịch HNO 3 thu được dung dịch A và hỗn hợp khí gồm 0,12mol NO, 0,08mol N 2O , 0,06mol N2 và dung dịch B Cho dung dịch. ..b Phản ứng kim loại với axit H2SO4 loãng: Bài toán 1: Hoà tan hết 11,1 gam hỗn hợp 3 kim loại trong dung dịch H 2SO4 loãng dư thu được dung dịch A và 8,96 lít khí ở đktc Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan m có giá trị: A 59,1 gam B 35,1 gam C 49,5 gam D 30,3 gam Lời giải: áp dụng nhanh công thức: m muối = mKL + mSO42- = mKL + 96.nH2 = 11,1 + (8,96/22,4) 96= 49,5 gam Chọn C Bài toán... A) Hoà tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu được dung dịch X và 1,344 lít hỗn hợp khí Y gồm 2 khí N 2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H 2 là 18 Cô cạn dung dịch X thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là: A 97,98 B 106,38 C 38,34 D 34,08 3.3 Dạng 3: Hỗn hợp oxit kim loại phản ứng với dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc nóng Bài 1: ( Đề tuyển sinh 2007-khối B) Nung... trong dung dịch HNO3 đặc nóng thu được 4,48 lít khí NO 2 duy nhất ở đktc Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 145,2 gam muối khan Giá trị của m là: A 78,4gam Lời giải: B 139,2gam C 46,4gam D 46,256gam áp dụng nhanh công thức : nFe = nFe(NO3)3 = 145,2/242= 0,6mol => mFe = 0,6.56 = 33,6 gam 10mFe - 56ne mhh= 10.33,6 - 56.0,2 = 7 = 46,4 gam Chọn C 7 b Phản ứng của hỗn hợp oxit kim loại với axit H2SO4: Bài . nhằm hệ thống lại các dạng bài tập kim loại phản ứng với axit vô cơ có thể sử dụng phương pháp giải nhanh để giải bài tập giúp học sinh dễ hiểu, giải quyết vấn đề nhanh, chính xác, đầy đủ và. nghiên cứu : + Các bài tập trắc nghiệm vô cơ phần kim loại ( chủ yếu dạng kim loại phản ứng với axit, oxit kim loại phản ứng với axit) . + Các dạng bài tập trong chương trình THPT và trong các. Ca, Ba, Sr khi phản ứng với dung dịch muối thì trước hết phản ứng với nước tạo thành dung dịch kiềm , sau đó dung dịch kiềm phản ứng với dung dịch muối VD : Cho Na vào dung dịch CuSO 4 ta có