CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN HÓA HỌC LỚP 8

Qua thực tiễn giảng dạy và bồi dưỡng học sinh lớp 8, các em gặp rất nhiều khó khăn khi giải quyết những bài toán định lượng hóa học. Vì vậy, tôi đã lựa chọn chuyên đề: “Một số dạng bài tập vận dụng tính chất hóa học của oxi” là đơn chất phi kim đầu tiên các em được làm quen và quan trọng nhất trong đời sống nhằm giúp cho học sinh nắm vững kiến thức cũng như phương pháp giải nhanh gọn, dễ hiểu. Từ đó, các em có thể đề xuất được những bài tập mới phát huy tiềm năng sáng tạo, tự tin chiếm lĩnh kiến thức và đạt kết quả cao trong kì thi HSG các cấp

PHÒNG GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO SÔNG LÔ

TRƯỜNG THCS SÔNG LÔ

TÊN CHUYÊN ĐỀ:

MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA OXI

Tác giả chuyên đề : Lăng Đức Học

Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác : Trường THCS Sông Lô

N¨m häc 2015 - 2016

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU

I Lí do chọn đề tài:

Hóa học là bộ môn khoa học thực nghiệm đòi hỏi tính hệ thống và tính logic cao Một trong những biện pháp quan trọng trong dạy học hóa học là người thầy giáo coi trọng hơn việc chỉ dẫn cho học sinh con đường tìm ra kiến thức mà không chỉ dừng lại ở việc cung cấp những kiến thức

có sẵn, chú ý rèn luyện kĩ năng , khả năng vận dụng kiến thức, dạy cách học và tự học Tạo điều kiện cho học sinh được rèn luyện năng lực độc lập tư duy sáng tạo thông qua bài tập hóa học là cơ sở để hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh

Vì vậy, việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ quan trọng và thường xuyên của mỗi nhà trường và mỗi giáo viên Số lượng và chất lượng HSG là một trong những thước đo để đánh giá chất lượng dạy học của mối giáo viên và mỗi nhà trường

Qua thực tiễn giảng dạy và bồi dưỡng học sinh lớp 8, các em gặp rất nhiều khó khăn khi giải quyết những bài toán định lượng hóa học Vì vậy,

tôi đã lựa chọn chuyên đề: “Một số dạng bài tập vận dụng tính chất hóa học của oxi” là đơn chất phi kim đầu tiên các em được làm quen và

quan trọng nhất trong đời sống nhằm giúp cho học sinh nắm vững kiến thức cũng như phương pháp giải nhanh gọn, dễ hiểu Từ đó, các em có thể đề xuất được những bài tập mới phát huy tiềm năng sáng tạo, tự tin chiếm lĩnh kiến thức và đạt kết quả cao trong kì thi HSG các cấp

II Mục đích và phạm vi áp dụng chuyên đề:

1 Mục đích:

- Giúp học sinh củng cố, mở rộng các tính chất hóa học của oxi,

vận dụng tốt vào cuộc sống

- Xây dựng hệ thống các bài tập định lượng về oxi

- Học sinh có thể vận dụng giải nhanh, chính xác bài toán liên quan, tiết kiệm thời gian làm bài, đảm bảo bài làm đạt hiệu quả cao

- Là tài liệu tham khảo cho giáo viên và học sinh học đội tuyển HSG môn Hóa 8 và đội tuyển KHTN

2 Phạm vi áp dụng chuyên đề:

- Áp dụng trong chương trình bồi dưỡng HSG môn hóa lớp 8

PHẦN HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ

I Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề:

1 Kiến thức cơ bản:

- Tính chất hóa học của oxi ( SGK HH 8- T 81,82,83)

+ Oxi t¸c dông víi phi kim, kim loại, hợp chất tạo thành các oxit

+ Oxi là phi kim hoạt động, có tính oxi mạnh

- Sự oxi hóa ( SGK HH 8- T 85) : Sự tác dụng của một chất với oxi

- Điều chế oxi ( SGK HH 8- T 92,93)

+Trong PTN: Nhiệt phân các chất giàu oxi và dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao như: KClO3 , KMnO4 , KNO3 ,

+Trong CN: Hãa láng kh«ng khÝ rồi chưng cất phân đoạn hoặc điÖn ph©n níc

- Thành phần của không khí: V O V Khôngkhí

5

1

2 =

- Các công thức tính số mol: n =

M

m

(mol), khối lượng: m = n.M (g), Thể tích của chất khí: V = n.22,4 (l)

Công thức tính tỉ khối của chất khí:

B

A B A

M

M

Công thức liên hệ giữa số mol và thể tích : n =22V,4 (mol)

- Định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố

2 Kiến thức nâng cao:

- Oxi tác dụng với hợp chất : NH3, SO2, H2S…

- Định luật Avogađro

a Nội dung: Ở cùng một điều kiện( nhiệt độ và áp suất) những thể tích bằng nhau của mọi chất khí đều chứa số phân tử khí bằng nhau

b Hệ quả:

+ Ở cùng điều kiện (t,p), 1 mol của mọi chất khí đều chiếm thể tích bằng nhau Đặc biệt ở đktc ( t= 00C, P = 1at hay 760 mmHg) 1 mol khí bất kì chiếm thể tích 22,4 lít

+ Tỷ lệ thể tích các chất khí trong phản ứng hóa học đúng bằng

tỷ lệ mol của chúng

N2 + 3H2  → 0

Tỉ lệ mol: 1 3 2

Tỉ lệ thể tích: 1V 3V 2V

+ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí M là khối lượng của 22,4 lít hỗn hợp khí đó ở đktc:

3 2 1

3 3 2 2 1 1

n n n

M n M n M n M

+ +

+ +

- Mở rộng định luật bảo toàn khối lượng: Tổng khối lượng của các chất ban đầu bằng tổng khối lượng của các chất thu được

- Định luật bảo toàn nguyên tố: Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tố được bảo toàn => Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố bất kì trước và sau phản ứng luôn bằng nhau

II.Phân loại các dạng bài tập:

1 Cơ sở phân loại: Bám sát hệ thống kiến thức SGK và khả năng

nhận thức của học sinh

2 Các dạng bài tập:

- Dạng 1: Oxi tác dụng với kim loại

- Dạng 2: Oxi tác dụng với phi kim

- Dạng 3: Oxi tác dụng với hợp chất

- Dạng 4: Bài tâp bồi dưỡng HSG

III Hệ thống các phương pháp sử dụng trong chuyên đề:

- Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố

- Tính theo phương trình hóa học

IV Một số bài tập minh họa:

1 Dạng 1- Oxi tác dụng với kim loại

a Tính theo các chất phản ứng và sản phẩm:

Bài 1: Nung 22,4 gam sắt trong khí oxi thu được 35,2 gam hỗn hợp rắn

Tính thể tích khí oxi (đktc) tham gia phản ứng

Phân tích

- Hỗn hợp rắn thu được có thể gồm 2,3 hoặc 4 chất sau : FeO , Fe2O3,

Fe3O4, Fe dư

- Nếu viết PTHH không thể tính được do thiếu dữ kiện

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để tính toán

Hướng dẫn

Sơ đồ phản ứng: Fe + O2 → Chất rắn

Theo định luật bảo toàn khối lượng : mFe + m O2= mchất rắn

→n O2= 0 , 4

32

4 , 22 2 ,

Thể tích khí oxi tham gia phản ứng (đktc) là:

V= 0,4 22,4 = 8,96 lít

Bài 2: Cho 1 gam bột Fe tiếp xúc với oxi một thời gian thu được 1,24

gam hỗn hợp Fe2O3 và Fe dư Tính lượng Fe dư

Phân tích

- Khối lượng chất rắn tăng chính là lượng oxi phản ứng

Hướng dẫn

PTPƯ: 4Fe + 3O2 →2Fe2O3

Theo định luật bảo toàn khối lượng: mFe + m O2= mchất rắn

32

1 24

,

1

=

−

(mol)

→nFe phản ứng = n O 0 , 0075 0 , 01mol

3

4 3

4

2 = =

- Khối lượng Fe còn dư là: 1- 0,01.56 = 0,44 (g)

Bài 3: Cho 2,7 gam một miếng nhôm để ngoài không khí một thời gian,

thấy khối lượng tăng thêm 1,44 gam Tính phần trăm khối lượng miếng nhôm đã bị oxi hóa bởi oxi của không khí

Phân tích

- Khối lượng tăng thêm chính là lượng oxi phản ứng

- Khối lượng nhôm bị oxi hóa chính là khối lượng nhôm tham gia phản ứng

Hướng dẫn

Phương trình phản ứng: 4Al + 3O2 → 2Al2O3

Theo định luật bảo toàn khối lượng thì 1,44 gam là khối lượng oxi phản ứng

n O 0 , 045mol

32

44 ,

1

2 = = → nAl phản ứng = n O 0 , 045 0 , 06mol

3

4 3

4

2 = × =

Khối lượng nhôm bị oxi hóa : mAl = 0,06 27 = 1,62 gam

→%Al bị oxi hóa = 100 % 60 %

7 , 2

62 ,

Bài 4: Cho x gam hỗn hợp 3 kim loại Fe, Cu và Al vào một bình kín có

chứa 1 mol O2 Nung nóng bình một thời giancho đến khi thể tích oxi giảm còn 96,5%thì thu được 2,12 gam chất rắn Tính x

Phân tích

- Do ta không xác định được có bao nhiêu % mỗi kim loại phản ứng với

O2 nên đặt ẩn để lập hệ phương trình và giải hệ là không thực hiện được

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để tính toán

Hướng dẫn

Theo bài ra ta có PTHH:

4Al + 3O2 → 2Al2O3

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

2Cu + O2 → 2CuO

Theo giả thiết, noxi phản ứng = 0 , 035mol

100

5 ,

3 =

Khối lượng oxi đã phản ứng: moxi phản ứng = 0,035 32 = 1,12 (g)

Khối lượng hỗn hợp kim loại là: x = 2,12 – 1,12 = 1 (g)

b.Xác định công thức hóa học của sản phẩm

Bài 1: Nung 2,1 gam bột sắt trong bình chứa oxi, đến khi phản ứng xảy ra

hoàn toàn thu được 2 gam một oxit Xác định công thức phân tử của oxit sắt

Phân tích

Cần tính được khối lượng của oxi trong oxit.

Hướng dẫn

n Fe 0 , 0375mol

56

1 , 2

=

=

Theo định luật bảo toàn khối lượng: 0 , 05

16

1 , 2 9 ,

=

o

Gọi công thức tổng quát của oxit sắt là FexOy

Ta có tỉ lệ: x : y = 0,0375 : 0,05 = 3 : 4

Vậy oxit cần tìm là Fe3O4

Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 16,8 gam Fe cần vừa đủ 4,48 lit oxi (đktc) tạo

thành một oxit sắt Xác định công thức phân tử của oxit sắt

Hướng dẫn

n Fe 0 , 3mol

56

8 , 16

=

=

n O 0 , 2mol

4 , 22

48 , 4

2 = = → nO = 0,2 2 = 0,4 mol

Gọi công thức tổng quát của oxit sắt là FexOy

Ta có tỉ lệ: x : y = 0,3 : 0,4 = 3 : 4

Vậy oxit cần tìm là Fe3O4

Bài 3: Cho 1,0 gam bột Fe tiếp xúc với oxi sau một thời gian, thấy khối

lượng bột vượt quá 1,41 gam Nếu chỉ tạo thành một oxit duy nhất thì đó

là

A FeO B Fe2O3

C Fe3O4 D FeO và Fe dư

Hướng dẫn

n Fe mol

56

1

=

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

16

41 , 0 16

1 41 , 1

=

−

>

o

Gọi công thức tổng quát của oxit sắt là FexOy

Ta có tỉ lệ: x : y <

56

1 : 16

41 , 0 = 0,7→ x : y = 2 : 3 Vậy oxit cần tì m là Fe2O3 → Đáp án: B

2 Dạng 2- Oxi tác dụng với phi kim

Bài 1: Tính khối lượng cacbon đioxit CO2 khi đốt cháy 3 gam cacbon Phân tích

Dạng bài toán tính theo PTHH

Hướng dẫn

Phản ứng cháy: C + O2  →t0 CO2

nC = 3: 12 = 0,25 mol

Theo phương trình phản ứng: n CO n C 0 , 25mol

2 = =

→ Khối lượng cacbon đioxit tạo thành:

m CO2 = 0 , 25 × 44 = 11gam

Bài 2: Một viên than tổ ong có khối lượng 350 gam chứa 60% cacbon

theo khối lượng Tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn viên than này Biết khi đốt cháy 1 mol C sinh ra nhiệt lượng là 394 kJ

Phân tích

Bài toán tính theo phương trình hóa học có lượng tạp chất

Hướng dẫn

Phản ứng cháy: C + O2  →t0 CO2

- Số mol cacbon có trong một viên than tổ ong là:

n C 17 , 5mol

100 12

60 350

=

×

×

=

- Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một viên than tổ ong là:

Q = 17,5×394 = 6,895 kJ

Bài 3: Cho 100 lít hỗn hợp A gồm H2, O2, N2 Đem đốt hỗn hợp rồi đưa về nhiệt độ và áp suất ban đầu, sau khi cho hơi nước ngưng tụ thu được hỗn hợp B có thể tích 64 lít Trộn vào B 100 lít không khí( 20% thể tích O2) rồi đốt và tiến hành tương tự như trên thì thu được hỗn hợp C có thể tích

128 lít Xác định thể tích các chất trong hỗn hợp A, B, C Biết các thể tích

đo cùng điều kiện

Phân tích

- Thể tích hỗn hợp B giảm so với hỗn hợp A là thể tích H2 và O2

tham gia phản ứng

- Thể tích hỗn hợp C giảm chứng tỏ trong B còn H2 dư

Hướng dẫn

Phương trình phản ứng: 2H2 + O2  →t0 2H2O

Sau lần (I) , hỗn hợp có thể tích giảm: 100 – 64 = 36 lít

2

2phanung + O phanung =

Theo phương trình: V H2p/u = 2V O2 = 24 lít

Sau lần phản ứng (II) , hỗn hợp có thể tích tiếp tục giảm:

100 + 64 - 128 = 36 lít

Chứng tỏ trong B còn H2 dư => O2 trong hỗn hợp A phản ứng hết

V O2phản ứng = 12 lít => V H2phản ứng = 24 lít

Thể tích khí O2 trong 100 lít không khí là:

V O2= 20

5

100

= lít > 12 lít => V H2dư = 20 - 12 = 8 lít

Sau 2 lần phản ứng: V H2 = 24 + 24 = 48 lít

Vậy hỗn hợp A có: 48 lít H2; 12 lít O2 ; 40 lít N2

Hỗn hợp B có : 24lít H2; 40 lít N2

hỗn hợp C có: 8 lít O2 ; 120 lít N2

3 Dạng 3- Oxi tác dụng với hợp chất

Bài 1: Cần bao nhiêu gam O2 để đốt cháy hoàn toàn 8,96 lít khí CH4 (ở đktc)

Phân tích

Đây là dạng bài toán tính theo phương trình hóa học

Hướng dẫn

n CH 0 , 4mol

4

,

22

96

,

8

4 = =

CH4 + 2O2 →0

t CO2 + 2H2O Theo phương trình: n O2 = 2n CH4 = 0 , 4 2 = 0 , 8mol

Khối lượng oxi cần dùng là: m O 0 , 8 32 25 , 6g

2 = =

Bài 2: Đốt hỗn hợp khí gồm 7 lít khí O2 và 7 lít khí NH3 ( các thể tích đo

ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) Sau phản ứng thu được những chất

gì và bao nhiêu lít

Phân tích

Dạng bài toán tính theo phương trình hóa học có lượng chất dư

Hướng dẫn

Do đốt cháy NH3 không có xúc tác nên tạo ra N2 và H2O

4NH3 + 3O2 →t0 2N2 + 6H2O

Theo phương trình, 7 lít O2 tác dụng với hơn 7 lít NH3 nên O2 dư

Sau phản ứng có : N2 = V NH 3 , 5lit

2

7 2

1

3 = =

×

H2O (hơi) = V NH 10 , 5lít

2

7 3 2

3

3 = =

×

O2(dư) = 1 , 75lít

4

7 7 4

3

7 − × = =

Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn 20 lít hỗn hợp khí gồm CO và CO2, cần 8 lít khí O2 ( các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) Xác định thành phần phần trăm theo thể tích các khí trong hỗn hợp

Hướng dẫn

Phản ứng xảy ra khi đốt hỗn hợp

2CO + O2 →t0 2CO2

VCO = 2V O2= 2.8 = 16 lít

→V CO2(trong hỗn hợp) = 20 -16 = 4 lít

%VCO = (16:20) 100% = 80% → V CO2= 20%

Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn 9,2 gam rượu etylic ( C2H6O) Tính thể tích

CO2 và không khí(đktc) cần dùng cho phản ứng, biết oxi chiếm 20% thể tích không khí

Hướng dẫn

Số mol rượu etylic = 9,2 : 46 = 0,2 mol

Phản ứng cháy: C2H6O + 3O2 →t 2CO2 + 3H2O

0,2 0,6 0,4 mol

a Thể tích khí CO2 (đktc): V CO 0 , 4 22 , 4 8 , 96lít

2 = × =

b Thể tích không khí cần: VKhông khí = ( 0,6 22,4)5 = 67,2 lít

Bài 5: Hỗn hợp khí SO2 và O2 có tỉ khối so với CH4 bằng 3 Cần thêm bao nhiêu lít O2 vào 20 lít hỗn hợp khí đó để cho tỉ khối so với CH4 giảm

đi 1/6 tức bằng 2,5 Các hỗn hợp khí ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Hướng dẫn

Cách 1: Gọi x là % thể tích của SO2 trong hỗn hợp ban đầu, ta có:

M = 16 ×3 = 48 = 64x +32 (1-x) → x = 0,5

Vậy mỗi khí chiếm 50% Như vậy trong 20 lít mỗi khí chiếm 10 lít

Gọi V là số lít O2 cần thêm vào, ta có:

V

V M

+

+ +

×

=

=

×

=

20

) 10 ( 32 10 64 40 16

5

,

2

Cách 2: Có thể coi hỗn hợp khí như một khí có khối lượng phân tử chính bằng khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp

- Hỗn hợp khí ban đầu coi như khí thứ nhất có M = 48, còn O2 thêm vào là khí thứ hai, ta có phương trình:

-V

V M

+

+

×

=

=

×

=

20

32 20 48 40 16 5 ,

4 Dạng bài tập phát triển nâng cao:

Bài 1: ( Trích đề thi HSG hóa 8 huyện Lập Thạch năm 2009 -2010) Đốt một lượng Al trong 6,72 lít O2 Chất rắn thu được sau phản ứng cho hòa tan hoàn toàn vào dung dịch HCl thấy thoát ra 13,44 lít H2 Xác định khối lượng Al đã dùng Biết thể tích các khí đo ở đktc

Phân tích: Cho chất rắn thu được vào dung dịch HCl thấy có khí thoát ra , chứng tỏ Al dư

Hướng dẫn

n O 0 , 3mol

4

,

22

72

,

6

2 = = , n H 0 , 6mol

4 , 22

44 , 13

2 = =

4Al + 3O2 →t 2Al2O3 (1)

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 (2)

Al2O3 + HCl → AlCl3 + H2 (3)

- Theo (1), (2) Số mol Al phản ứng =

mol n

3

2 3

3 , 0 4 3

2

3

4

2

2 + × = × + × =

×

- Khối lượng Al đã dùng: mAl = 0,8 27 = 21,6 (g)

Bài 2: Đun nóng hỗn hợp A dạng bột có khối lượng 39,3 gam gồm các

kim loại Mg, Al, Fe và Cu trong khí oxi dư đến khi thu được hỗn hợp rắn

có khối lượng không đổi là 58,5 gam Tính thể tích khí O2 (đktc) đã tác dụng với hỗn hợp kim loại

Phân tích:

Nếu lập hệ phương trình với 4 ẩn ta thấy giải hệ tìm nghiệm rất khó khăn ,áp dụng định luật bảo toàn sẽ đơn giản hơn

Hướng dẫn

Ta có sơ đồ: 39,3 g hỗn hợp (Mg, Al, Fe,Cu) + O2 dư → 58,5 (g) chất rắn

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: moxi phản ứng = 58,5 – 39,3 = 19,2 (g)

→ n O 0 , 6mol

32

2

,

19

2 = =

Thế tích O2 phản ứng (đktc) là: V O2= 0,6 22,4 =13,44 lít

Bài 3: Đốt cháy bột kim loại M trong không khí, thu được oxit của nó,

trong đó oxi chiếm 20% khối lượng Hãy xác định kim loại đó

Phân tích

- Tóm tắt đề bài

- Lập phương trình hóa học, lập biểu thức liên hệ khối lượng giữa oxi và oxit để tìm mối liên hệ giữa khối lượng mol M của kim loại với hóa trị n của nó

- Lập bảng giá trị

Hướng dẫn

Gọi kim loại là M với húa trị n Ta cú phương trỡnh húa học:

4M + nO2 →t0 2M2On

Theo đề bài , ta cú: 100 % 20 %

16 2

16

=

M

Vỡ M là kim loại nờn n = 2; 2 hoặc 3

Lập bảng:

Vậy kim loại M cần tỡm là đồng (Cu)

Bài 4: Một bỡnh kớn thể tớch khụng đổi chứa bột S và C( thể tớch khụng

đỏng kể) Bơm khụng khớ vào bỡnh đến ỏp suất p = 2atm ở 250C Bật tia lửa điện để S và C chỏy hết, sau đú đưa bỡnh về 250C Tớnh ỏp suất trong bỡnh lỳc đú

Hướng dẫn

Phản ứng xảy ra trong bỡnh: S + O2  →t0 SO2

C + O2  →t0 CO2

Theo cỏc phản ứng trờn, số mol khớ trước( n1) và sau phản ứng khụng đổi (n2)

Theo đề bài thỡ thể tớch bỡnh và nhiệt độ khụng đổi Do đú, từ PV = nRT

P1/ P2 = n1/n2 = 1 ( vỡ n1 = n2)

(P1 và P2 là ỏp suất trước và sau phản ứng) → P1 = P2 = 2atm

Bài 5:11,2 lít hỗn hợp X gồm hiđro và metan CH4 (đktc) có tỉ khối so với oxi là 0,325 Đốt hỗn hợp với 28,8 gam khí oxi Phản ứng xong, làm lạnh

để hơi nớc ngng tụ hết đợc hỗn hợp khí Y

1/ Viết phơng trình hoá học xảy ra Xác định % thể tích các khí trong X?

2/ Xác định % thể tích và % khối lợng của các khí trong Y