SÁNG KIẾN KINH NGHIỆMĐỀ TÀI: "PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP KIM LOẠI PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH AXIT VÔ CƠ"... Nhằm mục đích này, đồng thời để giúp học sinh có thể tự nghiên cứu , tự học tậ
Trang 1SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ĐỀ TÀI:
"PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP KIM LOẠI PHẢN ỨNG
VỚI DUNG DỊCH AXIT VÔ CƠ"
Trang 2Nhằm mục đích này, đồng thời để giúp học sinh có thể tự nghiên cứu , tự học tập và ápdụng cho những trường hợp khác, khi giảng dạy trên lớp cũng như khi ôn thi tốtnghiệp ,ôn thi đại học cho học sinh THPT, tôi đã tìm hiểu các dạng bài tập, tìm ra phuơngpháp giải nhanh giúp học sinh dễ tiếp thu và vận dụng trong qua trình giải toán hoá họcmột 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 cácbài tập liên quan đến hỗn hợp mà các dữ kiện thường không đủ để học sinh lập hệphương trình để giải và đồng thời trong thời gian 2 phút để giải quyết một bài tập trắcnghiệm 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 họcsinh lúng túng khi chọn phương pháp giải nhanh , hiệu quả Vì vậy tôi chọn đề tài nàynhằm hệ thống lại các dạng bài tập kim loại phản ứng với axit vô cơ có thể sử dụngphương 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
Trang 32 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 rađiểm chung của các dạng bài tập này
- Hệ thống các dạng bài tập tương ứng với mỗi loại phản ứng có chung hệ số trongphương trình, phân tích những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải, và đưa ra cách giảihợp lý , đơn giản
- Hình thành kỹ năng tư duy cho học sinh , giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tác vớicác dạng bài tập ứng với các phản ứng khác và rút ra cách nhận xét các trường hợp phảnứng 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 ứngvới axit, oxit kim loại phản ứng với axit)
+ Các dạng bài tập trong chương trình THPT và trong các đề thi tốt nghiệp, thi đạihọc 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
Trang 4- Tìm hiểu chương trình môn hoá học THPT, các tài liệu hướng dẫn giải các bài tập hoáhọc , 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 chotừng 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
Trang 51 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, H2SO4 loãng, H3PO4 , CH3COOH Chỉ có kim loại có tínhkhử mạnh đứng trước hiđro ở trong dãy điện hoá kim loại (hoặc có thế điện cực chuẩnthấp hơn hiđro) tác dụng với axit tạo thành muối và giải phóng hiđro
M + 2H+ -> Mn+ + n/2H2
b) Gốc axit có tính oxi hoá mạnh hơn ion H+ : Đó là HNO3 , H2SO4 đặc nóng,HClO4 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 sảnphẩm khử khác nhau
M + HNO3 -> M(NO3)n + NO, N2O, NO2,NH4NO3, N2 + H2O
M + H2SO4 đn-> M2(SO4)n + SO2, H2S, S + H2O
- Các kim loại Al, Fe, Cr bị thụ động trong dung dịch HNO3, H2SO4 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, H2SO4 loãng, H3PO4 , CH3COOH phản ứng với ôxit kimloại tạo thành muối và nước
MxOy + 2yH+ -> xM+2y/x + 2yH2O
b) Gốc axit có tính oxi hoá mạnh hơn ion H+ : Đó là HNO3 , H2SO4 đặc nóng,HClO4 thì phản ứng với những oxit kim loại có tính khử ( FeO, Fe3O4 ) thì xảy raphản ứng oxi hoá khử
Trang 6MxOy + HNO3 -> M(NO3)n + NO, N2O, NO2,NH4NO3, N2 + H2O
MxOy + H2SO4 đn-> M2(SO4)n + SO2, H2S, S + H2O
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) + AlCl3 -> 3NaCl + Al
- Kim loại kiềm, Ca, Ba, Sr khi phản ứng với dung dịch muối thì trước hết phản ứng vớinước tạo thành dung dịch kiềm , sau đó dung dịch kiềm phản ứng với dung dịch muối
VD : Cho Na vào dung dịch CuSO4 ta có
Na + H2O -> NaOH + 1/2H2
2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2 + Na2SO4
- Kim loại từ Mg trở đi thì kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịchmuối VD : Fe + CuSO4 -> FeSO4 + 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 -> 2MCln + nH2
* Nhận xét : - Số mol gốc clorua = 2 lần số mol H2 và số mol HCl = 2lần số mol H2
- Cho m gam hỗn hợp nhiều kim loại hoạt động tan hoàn toàn trong dung dịch HCl loãng
dư thu được V lít khí H2 duy nhất ở đktc Nếu bài toán cần tính a gam khối lượng muốiclorua thu được thì áp dụng nhanh công thức :
a= m muối = m Kl + m Cl- = m Kl + 71.n H2 (1)
Trang 7b.Phương trình phản ứng: xM + yH2SO4 -> Mx(SO4)y + yH2
*Nhận xét: - Số mol gốc sunfat = Số mol H2 và số mol H2SO4 = số mol H2
- Cho m gam hỗn hợp nhiều kim loại hoạt động tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4
loãng dư thu được V lít khí H2 duy nhất ở đktc Nếu bài toán cần tính b gam khối lượngmuối 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 + HNO3 -> M(NO3)n + NO, NO2,N2 , N2O, NH4NO3 + H2O
( Al, Fe, Cr không tác dụng với HNO3 đặc nguội)
* Nhận xét : - Số mol HNO3 (môi trường)= số mol gốc NO3- trong muối M(NO3)n = sốeletron trao đổi x số mol sản phẩm khử
- Số mol HNO3 ( đóng vai trò chất oxi hoá) = số mol nguyên tử nitơ trong sản phẩm khử
- Số mol HNO3 tác dụng = số mol HNO3(môi trường) + số mol HNO3 đóng vai trò chấtoxi hoá.Cụ thể:
NO3- + 2H+ + 1e -> NO2 + H2O nHNO3 = 2nNO2
NO3- + 4H+ + 3e -> NO + 2H2O nHNO3 = 4nNO
2NO3- + 10H+ + 8e -> N2O + 5H2O nHNO3 = 10nN2O
Trang 82NO3- + 12 H+ + 10e -> N2 + 6H2O nHNO3 = 12nN2
NO3- + 10H+ + 8e -> NH4+ + 3H2O nHNO3 = 11nNH4NO3
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, Fe2O3, Fe3O4,FeO Hoà tan hết a gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO3
dư thu được V lít khí NO2(hoặc NO, N2,N2O) ở đktc là sản phẩm khử duy nhất và dungdịch 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 côngthức dưới đây:
* Trường hợp 1: Tính khối lượng sắt ban đầu trước khi bị oxi hoá thành m gam hỗn hợp
X gồm Fe, Fe2O3,Fe3O4, FeO
Trang 9m 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, Fe2O3,
Fe3O4, FeO.vào dung dịch HNO3
nFe(NO3)3 = nFe = mFe/56 = y mol ; b = mFe(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 + H2SO4 -> Mx(SO4)y + SO2, S, H2S + H2O
( Al, Fe, Cr không tác dụng với H2SO4 đặc nguội)
* Nhận xét : - Số mol H2SO4(môi trường)= số mol gốc SO42- trong muối Mx(SO4)y=1/2(số eletron trao đổi x số mol sản phẩm khử)
- Số mol H2SO4 ( đóng vai trò chất oxi hoá) = số mol nguyên tử S trong sản phẩm khử
- Số mol H2SO4 tác dụng = số mol H2SO4(môi trường) + số mol H2SO4 đóng vai trò chấtoxi hoá.Cụ thể:
Trang 10B 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 H2 = (8,96/22,4) 2= 0,8mol
mmuôi = mKL + mCl- = 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 dungdịch 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= mKL + mCl- = ( 10,4-1,54) + 0,7 35,5= 33,45 gam Chọn B
Bài toán 3: Hoà tan hoàn toàn m1 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, côcạn dung dịch X thì được m2 gam muối khan Biểu thức liên hệ giữa m1 , m2, V là:
A m2 = m1+ 71V B 112m 2 = 112m 1 + 355V C m2= m1+ 35,5V
D 112m2 = 112m1 + 71V
Lời giải: nCl- = 2nHCl = 2nH2 = 2 V/22,4 = V/11,2
m2 = mKL + mCl- = m1 + 35,5.V/11,2 = m1 + 355V/112 Chọn B
Trang 11b Phản ứng kim loại với axit H 2 SO 4 loãng :
Bài toán 1: Hoà tan hết 11,1 gam hỗn hợp 3 kim loại trong dung dịch H2SO4 loãng dư thuđược 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 2 : Cho 0,52 gam hỗn hợp 2 kim loại Mg, Al tan hoàn toàn trong dung dịch
H2SO4 loãng dư thu được 0,336 lít khí ở đktc Khối lượng muối sunfat thu được là:
A 1,24gam B 6,28gam C 1,96gam D 3,4gam.
Lời giải: áp dụng nhanh công thức :
mmuối = mKL + mSO42- = 0,52+ 0,015 96= 1,96 gam Chọn C
Bài toán 3: Cho 2,81 gam hỗn hợp gồm 3 oxit Fe2O3 , MgO, ZnO tan vừa đủ trong 300mldung dịch H2SO4 0,1M thì khối lượng muối sunfat khan tạo thành là:
A 5,33gam B 5,21gam C 3,52gam 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 HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nóng
1)
Phản ứng của kim loại với dung dịch axit HNO 3 :
a Tìm khối lượng muối:
Kim loại + HNO 3 -> muối + sản phẩm khử + H 2 O
Trang 12Khối lượng muối được tính bằng công thức sau đây:
m muối = m KL + (3n NO + n NO2 + 10n N2 + 8n N2O + 8n NH4NO3 ) 62(5)
Bài toán 1 : Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 thuđược hỗn hợp khí gồm 0,01mol NO, 0,04mol NO2 Khối lượng muối tạo thành trongdung dịch sau phản ứng là:
A 5,69gam B 3,79gam C 8,53gam D 9,48gam
Lời giải: áp dụng nhanh công thức :
mmuối = mKL + 62 (3.nNO + nNO2) = 1,35 + (0,01.3 + 0,04.1) 62 = 5,69 gam Chọn A
Bài toán 2 : Cho tan hoàn toàn 58 gam hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO3
2M loãng nóng thu được dung dịch B và 0,15mol khí NO và 0,05mol NO2 Cô cạn dungdịch B lượng muối khan thu được là:
A 120,4gam B 89,8gam C 116,9gam D 73,45 gam
Lời giải: áp dụng nhanh công thức : mmuối = mKL + m
Trang 13A 3,0 mol B 2,75mol C 3,5mol D 2,2mol
Trang 14Vậy iKL= số oxi hoá cao nhất của kim loại , ispk= (5-x)t=> iNO=3; iNO2=1; iN2=10;
iN2O=8;iNH4NO3= 8
Do đó:
i A n A + i B n B + i c n C = 3n NO + n NO2 + 10n N2 + 8n N2O + 8n NH4NO3 (6)
Bài toán1 : Hoà tan hoàn toàn 11,2 gam Fe vào dung dịch HNO3 dư thu được dung dịch A
2 Kim loại phản ứng với dung dịch axit H 2 SO 4 đặc nóng :
a Tìm khối lượng muối:
A + H2SO4(đặc) -> A2(SO4)n+ sp khử (S, SO2, H2S) + H2O
m muối = m KLp/ư + (6n S +2n SO2 + 8n H2S ) 96/2 (7)
Bài toán 1 : Cho 15,82 gam hỗn hợp Al, Fe, Cu tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặcnóng thu được dung dịch A và 9,632 lít khí SO2 ở đktc Cô cạn dung dịch A sẽ thu được
số gam muối khan là:
Trang 15A 57,1gam B 60,3 gam C 58,8 gam D 54,3 gam
Lời giải: áp dụng nhanh công thức : mmuối = mKL + m
nSO42- môi trường = nSO2 = 9,632/22,4 = 0,43mol
mmuối = 15,82 + 0,43 96= 57,1 gam Chọn A
Bài toán 2: Cho 13,428 gam một kim loại M tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dưthu được V lít khí H2S ở đktc và dung dịch A Cô cạn dung dịch A thu được 66,24 gammuối khan V có giá trị là :
A 75gam B 90gam C 96gam D 86,4gam
Lời giải: nSO42- tạo muối = nSO2 + 3nS = 0,15 + 3.0,2= 0,75mol
mmuối = mKL + mSO42- = 18 + 0,75 96= 90 gam Chọn C
b Tìm số mol axit phản ứng:
A + H2SO4(đặc) -> A2(SO4)n+ sp khử (S, SO2, H2S) + H2O
n H2SO4 = 4n S +2n SO2 + 5n H2S (8)
Trang 16Bài toán 1: Hoà tan hoàn toàn 12,9 gam hỗn hợp A gồm Zn và một kim loại M hoá trị II
vào dung dịch H2SO4 đặc thu được 4,144 lít hỗn hợp gồm SO2 và H2S có tỉ khối so vớihiđro bằng 31,595 Tìm số mol axit H2SO4 đặc đã phản ứng
Giải: áp dụng (8) nH2SO4 = 2nSO2 + 5nH2S = 2.0,18 + 5.5.10-3 = 0,385mol
Bài toán 2: Cho 45 gam hỗn hợp Zn và Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 đặcnóng 98% thu được 15,68 lít khí SO2 (đktc) Tính khối lượng dung dịch H2SO4 đã dùng? Giải: áp dụng (8) số mol H2SO4 đã dùng là; 2.15,68/22,4 = 1,4 mol
Bài toán1 : Cho 2,52 gam hỗn hợp gồm Al và Mg trộng theo tỉ lệ mol là 2:3 tác dụng với
dung dịch H2SO4 đặc thì thu được muối sunfat và 0,03mol một chất khử duy nhất chứalưu huỳnh Xác định sản phẩm khử?
Trang 17Giải: Gọi a là số oxi hoá của S trong chất khử thu được
Ta có: nMg= 0,06 mol ; nAl = 0,04 mol áp dụng biều thức (9)
Hỗn hợp oxit kim loại phản ứng với dung dịch axit HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nóng
a Phản ứng của hỗn hợp oxit kim loại với axit HNO 3 :
Bài toán 1: (Đề tuyển sinh khối A-2008) Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và
Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thu được 1,344 lít khí NO sản phẩmkhử duy nhất ở đktc và dung dịch X Cô cạn dung dịch X sau phản ứng thu được m gammuối khan Giá trị của m là:
A 34,36 gam B 35,50gam C 49,09gam D 38,72gam
Lời giải : áp dụng nhanh công thức:
Trang 18Bài toán 2: Nung 8,4 gam Fe trong không khí , sau phản ứng thu được m gam X gồm Fe,
FeO, Fe2O3, Fe3O4 Hoà tan m gam hỗn hợp X bằng HNO3 dư thu được 2,24 lít khí NO2
sản phẩm khử duy nhất ở đktc Giá trị của m là:
A 11,2 gam B 25,2gam C 43,87gam D 6,8gam
Lời giải : áp dụng nhanh công thức :
A 78,4gam B 139,2gam C 46,4gam D 46,256gam
Lời giải: áp dụng nhanh công thức :
nFe = nFe(NO3)3 = 145,2/242= 0,6mol => mFe = 0,6.56 = 33,6 gam
10mFe - 56ne 10.33,6 - 56.0,2
mhh= = = 46,4 gam Chọn C
7 7
b Phản ứng của hỗn hợp oxit kim loại với axit H 2 SO 4 :
Bài toán 1: Hoà tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng dungdịch H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 ở đktc Thành phàn % vềkhối lượng của oxi trong hỗn hợp X và khối lượng muối trong dung dịch Y lần lượt là: