Sáng kiến kinh nghiệm phân loại và giải bài tập về muối amoni

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆMĐỀ TÀI: "PHÂN LOẠI VÀ GIẢI BÀI TẬP VỀ MUỐI AMONI"... Qua thực tiễn giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học tại trường THPT Hà Văn Mao tôi nhận thấy bài tập về

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

"PHÂN LOẠI VÀ GIẢI BÀI TẬP VỀ MUỐI AMONI"

PHẦN I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Bộ GD và ĐT đã thành lập “chương trình quốc gia bồi dưỡng nhân tài giai đoạn 2008  2020” đây sẽ là động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc bồi dưỡng, đào tạo nhân tài cho đất nước Việc tổng kết, đúc rút kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi là rất cần thiết và mang tính thiết thực, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục

Qua thực tiễn giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học tại trường THPT Hà Văn Mao tôi nhận thấy bài tập về muối amoni thường để lại nhiều ấn tượng sâu sắc Chọn và chữa bài tập liên quan đến muối amoni khi củng cố hoàn thiện kiến thức về nitơ và hợp chất của nitơ là một nhiệm vụ quan trọng của người giáo viên dạy hóa học ở nhà trường THPT, không chỉ đơn thuần củng cố các kiến thức đã học mà bài toán về muối amoni còn rèn luyện cho các em học sinh kĩ năng nhận biết, chứng minh, liên hệ thực tế vai trò của muối amoni, khắc sâu kiến thức về tính oxihoa của axit nitric và bản chất của phản ứng oxhoa - khử Đặc biệt hay ở bài toán “Chất khử tác dụng với dung dịch HNO3 tạo sản phẩm chứa muối amoni” nếu khéo léo dấu đi sự có mặt của NH4NO3 trong sản phẩm thì

dễ tạo bất ngờ thú vị cho người giải, phát huy được khả năng phán đoán, rèn luyện tư duy

ở mức độ cao, từ đó kích thích được tính ham hiểu biết lòng đam mê đối với môn học góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT

Với những lí do trên tôi đưa ra sáng kiến: “Một số kinh nghiệm phân loại và giải bài

tập về muối amoni” nhằm giúp người học giải quyết tốt bài toán liên quan đến muối

amoni từ đơn giản đến phức tạp một cách có cơ sở vững chắc

PHẦN 2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

2.1 Cơ sở lý luận.

2.1.1 Quan niện về học sinh giỏi hoá học.

Sau khi tham khảo ý kiến của một số chuyên gia, chúng tôi có thể kết luận

một học sinh giỏi hóa học phải là:

- Có kiến thức cơ bản tốt: thể hiện nắm vững kiến thức cơ bản một cách sâu sắc có hệ thống

- Có khả năng tư duy tốt và tính sáng tạo cao: trình bày và giải quyết vấn đề một cách linh hoạt, rõ ràng, khoa học

- Có khả năng thực hành thí nghiệm tốt: Hóa học là khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm, do đó không thể tách rời lý thuyết với thực nghiệm, phải biết cách vận dụng lý thuyết để điều khiển thực nghiệm và từ thực nghiệm kiểm tra các vấn đề của lý thuyết, hoàn thiện lý thuyết cao hơn

2.1.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi với việc đào tạo nhân tài cho đất nước

Đảng, nhà nước và ngành giáo dục nước ta đã và đang có nhiều chính sách ưu tiên, khuyến khích cho sự phát triến của nền giáo dục nói chung, trong đó chiến lược bồi dưỡng nhân tài là một trong những nhiệm vụ then chốt, Bộ GD-ĐT đã thành lập “chương trình quốc gia bồi dưỡng nhân tài” giai đoạn 2008 – 2020, đồng thời có nhiều chính sách

ưu tiên, khuyến khích cho những HS đạt giải HSG trong các kỳ thi HSG quốc gia, quốc tế

2.1.3 Phương pháp phát hiện và tổ chức bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học

* Một số biện pháp phát hiện HSG.

Căn cứ vào các tiêu chí về HSG hoá học như đã nêu trên, Thông qua bài kiểm tra, giáo viên bồi dưỡng HSG cần phải xác định được:

(1) Mức độ nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo một cách đầy đủ, chính xác của HS so với yêu cầu của chương trình hoá học phổ thông

(2) Mức độ tư duy của từng HS và đặc biệt là đánh giá được khả năng vận dụng kiến thức của HS một cách linh hoạt, sáng tạo

* Một số biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học.

- Kích thích động cơ học tập của học sinh

- Xây dựng niềm tin và những kỳ vọng tích cực trong mỗi học sinh

- Làm cho học sinh tự nhận thức được lợi ích, giá trị của việc được chọn vào đội tuyển học sinh giỏi

- Soạn thảo nội dung dạy học khoa học và có phương pháp dạy học hợp lý

- Kiểm tra, đánh giá chính xác và kịp thời

2.2 Thực trạng của công tác bồi dưỡng HSG bộ môn hoá học ở trường THPT Hà Văn Mao hiện nay.

* Thuận lợi

Đội ngũ giáo viên hóa là đủ về số lượng; 100% có trình độ chuẩn và trên chuẩn; nhiệt tình trong giảng dạy, một số GV cũng đã có kinh nghiệm trong công tác bồi dưỡng HSG

* Khó khăn

- Về phía giáo viên: Một số GV còn hạn chế về kinh nghiệm bồi dưỡng HSG, phân bố

thời gian, chương trình, kiến thức cần bồi dưỡng chưa hợp lý, thiếu sự nhiệt tình, trách nhiệm trong công tác bồi dưỡng HSG, mặc dù đã có một số giáo viên có quan tâm đến việc xây dưng các chuyên đề nâng cao dùng bồi dưỡng HSG, nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu

- Về phía HS: Nền tảng kiến thức của các em học sinh miền núi còn thấp, đa số học sinh

thiếu sự cố gắng, say mê, nỗ lực của bản thân, các em và phụ huynh chỉ quan tâm đến mục tiêu học để thi vào các trường Đại học nên không toàn tâm toàn ý cho nhiệm vụ ôn thi HSG

- Về phía nhà trường: Cơ sở vật chất phục vụ dạy học hóa học của trường còn thiếu Sự

hỗ trợ về kinh phí để giáo viên trực tiếp bồi dưỡng HSG còn hạn chế

2.3 Giải pháp tổ chức thực hiện.

2.3.1 Chuẩn bị nội dung chuyên đề bồi dưỡng HSG.

* Nghiên cứu cấu trúc chương trình hoá học THPT nâng cao và THPT chuyên

* Nghiên cứu đề thi HSG cấp trỉnh và cấp quốc gia nhiều năm

* Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài

* Tiến hành soạn thảo chuyên đề “ Phân loại và giải bài tập về muối amoni”

2.3.2 Nội dung chuyên đề.

2.3.2.1 Cơ sở lý thuyết.

1 Sơ lược về muối amoni:

Thời xa xưa, trên các ốc đảo phồn vinh thuộc sa mạc Libi hiện lên những đền thờ thần Mặt trời cổ Ai Cập là thần Amôn Những người thổ dân ở đây, khi chưng cất phân lạc đà

đã thu được một loại muối trắng có các tính chất kì lạ: nó biến mất ở chỗ đun nóng và xuất hiện chỗ cách đó không xa; khi rắc muối này lên bề mặt những sản phẩm bằng kim loại đang nóng thì bề mặt kim loại trở nên sạch và sáng bóng; khi thêm muối này vào axit nitric thì thu được "nước vua" có khả năng hoà tan được cả vàng–vua kim loại Vì những tính chất đặc biệt đó nên người ta gọi nó là muối thần Amôn Đó chính là muối

NH 4 Cl và ngày nay amoni được dùng để chỉ tất cả các muối có chứa ion NH 4 +

Ion NH4+ có cấu tạo tứ diện đều với 4 nguyên tử H ở đỉnh và nguyên tử N ở trung tâm Về bán kính ion NH4+ khá giống với K+ và Rb+, tính tan tương tự như các muối của kim loại kiềm Điểm khác biệt là:

- Muối amoni bị thủy phân tạo môi trường axit, có những muối bị thủy phân hoàn toàn như (NH4)2S

- Kém bền nhiệt, tùy thuộc vào bản chất của axit tạo muối, phản ứng nhiệt phân xảy

ra một cách khác nhau Muối của axit có tính oxh như HNO2, HNO3 .khi được đun nóng, axit được giải phóng sẽ oxh NH3 thành N2 hay oxit của nitơ

NH4NO2 -> N2 + 2H2O

NH4NO3 -> N2O + 2H2O

Muối của axit dễ bay hơi khi đung nóng sẽ phân hủy theo quá trình ngược với phản ứng kết hợp Ví dụ: NH4Cl -> NH3+ HCl

Các muối (NH4)2CO3, NH4HCO3 phân hủy ngay ở nhiệt độ thường, trong thực tế

NH4HCO3 thường dùng để gây xốp cho các loại bánh

Muối amoni của axit khó bay hơi và nhiều nấc, khi đun nóng biến thành muối axit và giải phóng NH3 Ví dụ: (NH4)2SO4 -> NH4HSO4 + NH3 Nếu tiếp tục đun nóng NH4HSO4

phân hủy tạo SO2 + N2 + H2O

Muối amoni trong thực tế ứng dụng làm phân đạm Quan trọng hơn hết là các muối

NH4Cl, (NH4)2SO4, NH4NO3 NH4Cl còn được dùng tạo khói mù trong chiến tranh, đánh sạch bề mặt kim loại trước khi hàn, dùng làm chất điện li trong pin khô và dùng trong công nghiệp nhuộm vải

Các muối amoni thường được điều chế bằng cách cho NH3 đi qua dung dịch axit tương ứng

2 Sự tạo thành NH 4 NO 3 trong phản ứng của chất khử với HNO 3

Chất khử tác dụng với dung dịch HNO3 thì sản phẩm N+5 có thể là NO2, NO, N2O, N2

hoặc NH4+ tùy thuộc vào bản chất chất khử, nồng độ axit và nhiệt độ Thông thường chất khử càng mạnh và nồng độ axit càng loảng thì N+5 bị khử về mức oxi hóa càng thấp Trong chương trình hóa học ở bậc THPT ta thường gặp trường hợp chất khử mạnh như

Mg, Al, Zn có khả năng khử HNO3 về NH4NO3 Từ đây nếu khéo léo dấu đi sản phẩm

NH4NO3 trong bài toán thì sẽ tạo ra sự nhầm lẫn hoặc mất phương hướng giải quyết ở người học Chỉ khi nào chứng minh được sự tồn tại của muối amoni thì mâu thuẩn mới được giải quyết và người học mới có cơ hội hoàn thành được bài toán Sau đây tôi xin

trình bày một số dạng toán về muối amoni, đặc biệt chú trọng bài toán chứng minh sự có mặt của muối amoni khi cho chất khử tác dụng với HNO3

2.3.2.2 Các dạng bài toán về muối amoni.

Dạng 1 Bài toán về ứng dụng của muối amoni.

Bài toán: Hãy giải thích vì sao khi bón các loại phân đạm NH4NO3, (NH4)2SO4 thì độ chua của đất tăng lên Giải thích tại sao khi urê dùng làm phân đạm ảnh hưởng không đáng kể lên độ chua của đất?

Bài giải:

Do muối NH4NO3 gồm NH4+ có tính axit và NO3- có tính trung tính Giải thích tương tự cho muối (NH4)2SO4

Urê: (NH2)2+ 2H2O -> (NH4)2CO3 Muối (NH4)2CO3 gồm NH4+ có tính axit yếu và CO3

2-có tính bazơ yếu, nên muối này gần như trung tính, không làm thay đổi đáng kể độ chua của đất

Dạng 2 Tìm công thức của muối amoni.

Bài toán 1: Khi nhiệt phân 1 muối vô cơ X thu được các chất ở trạng thái khí và hơi khác

nhau, mỗi chất đều có 1 mol Xác định công thức phân tử của X biết rằng nhiệt độ dùng phân hủy không cao và phản ứng xẩy ra hoàn toàn Khối lượng mol phân tử của X là 79 g/mol Viết phương trình hóa học của các phản ứng xẩy ra?

Bài giải:

Một muối nhiệt phân khong cho chất rắn chỉ có thể là muối của thủy ngân hoặc muối

amoni Ta loại ngay muổi của thủy ngân do không phù hợp về mặt khối lượng mol

Anion của gốc axit dễ bị nhiệt phân phải có gốc HCO3-, hoặc CO32- hoặc SO32- hoặc HSO3- Khi nhiệt phân các sản phẩm có số mol bằng 1, vậy NH4+ phải kết hợp với các anion có hóa trị 1, nếu anion có hóa trị 2 sẽ tạo ra 2 mol NH3

Muối có công thức: NH4SO3 M = 99 ( loại)

NH4HCO3 M = 79 ( thỏa mãn)

Bài toán 2: Hoà tan 9,875 gam một muối hiđrocacbonat (Muối A) vào trong nước

và cho tác dụng một lượng H2SO4 vừa đủ,rồi đem cô cạn cẩn thận được 8,25 gam một muối sunfat trung hoà khan

Xác định công thức phân tử và gọi tên muối A

Bài giải:

Gọi công thức của muối A là M(HCO3)n, ta có phương trình hóa học của phản ứng

2M(HCO3)n + nH2SO4 -> M2(SO4)n + 2nCO2 + 2nH2O

Từ quan hệ số mol M(HCO3)n gấp đôi số mol M2(SO4)n ta suy ra M = 18n

n =1, 2, 3 ta chọn nghiệm thích hợp là n = 1, M = 18 => Muối A là NH4HCO3

Nhận xét: Có nhiều khi chúng ta kết luận không có kim loại nào thỏa mãn hoặc nghĩ mình đã giải sai nếu không xét đến muối moni

Dạng 3: Chứng minh sự có mặt của muối amoni trong bài toán chất khử tác dụng với dung dịch HNO 3

A Bài toán đơn giản

Bài toán 1 : Cho vụn Zn vào dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và hỗn hợp khí N2, N2O Rót dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch A thấy có khí thoát ra Giải thích thí nghiệm, viết phương trình hóa học của các phản ứng

Bài giải :

Vì A tác dụng với dung dịch NaOH dư có khí thoát ra chứng tỏ A chứa muối amoni

Phương trình hóa học :

4Zn+ 10HNO3  4Zn(NO3)2 + N2O +5H2O

5Zn+ 12HNO3  5Zn(NO3)2 + N2 +6H2O

4Zn+ 10HNO3  4Zn(NO3)2 + NH4NO3 +3H2O

Dung dịch A chứa Zn(NO3)2, NH4NO3 và có thể có HNO3 dư

HNO3 + NaOH  NaOH + H2O

NH4NO3 + NaOH  NaNO3 + NH3+ H2O

Zn(NO3)2 + 2NaOH  Zn(NO)2 + NaNO3

2NaOH + Zn(OH)2  Na2ZnO2 + 2H2O

Nhận xét :

1- Đây là bài toán khá đơn giản học sinh trung bình cũng có thể nhận ra được sản phẩm chứa muối amoni.

2 - Từ bài toán này ta thay Zn bằng Mg, Al ta sẽ có bài tập tương tự

B Bài toán phức tạp :

Bài toán 2: Hòa tan hoàn toàn 1,68gam kim loại Mg vào V lít dung dịch HNO3 0,25M vừa đủ thu được dung dịch X và 0.448 lít (đktc) một chất khí Y duy nhất, nguyên chất

Cô cạn dung dịch X được 11,16g muối khan (quá trình cô cạn không làm muối phân hủy) Tìm công thức phân tử của khí Y và tính V

Bài giải :

nMg = 124,68 = 0,07mol ; nY = 022,448,4 = 0,02mol

Sau cô cạn dung dịch X chắc chắn sản phẩm có Mg(NO3)2 0,07mol

=> mMg (NO3)2 = 0,07.148 = 10,36g < 11,16g

Vậy trong X còn có NH4NO3 với khối lượng 11,16 – 10,36 = 0,8g

=> số mol NH4NO3 = 080,8 = 0,01mol

Quá trình oxi hóa : Mg  Mg2+ + 2e

0,07  0,14(mol)

Quá trình khử : NO3- + 10H+ + 8e  NH4+ + 3H2O

0,1 0,08  0,01 (mol)

xNO3- + (6x – 2y)H+ + (5x-2y)e  NxOy + (3x-y)H2O

0,02(6x-2y) 0,02(5x-2y)  0,02(mol)

Theo định luật bảo toàn e ta có: 0,14 = 0,08 + 0,02(5x-2y)

 5x-2y =2 Nghiệm hợp lí là x=y=1 Vậy sản phẩm là NO

 số mol HNO3 = số mol H+ = 0,1+ 0,08 = 0,18 mol => V= 0,72 lít

Nhận xét :

1- Ở bài toán này học sinh có thể mắc một số sai lầm như sau:

- Cho rằng sản phẩm duy nhất

- Cho rằng bài toán thừa sữ kiện khối lượng muối

2- Phương pháp chứng minh đúng: Thấy được mâu thuẫn, khối lượng muối nitrat của kim loại bé hơn khối lượng muối khan sau phản ứng do bài toán cho => sản phẩm chứa muối amoni.

Bài toán 3: Cho 1,68gam Mg tác dụng vừa đủ với 500 ml dung dịch HNO3 aM thu được dung dịch Y và 0,448 lít (đktc) khí NO duy nhất Tính a và khối lượng muối thu được

Bài giải:

Số mol Mg = 0,07 mol; số mol NO = 0,02 mol

Quá trình oxh:

Mg  Mg2+ + 2e

0,07  0,14(mol)

Quá trình khử :

NO3- + 4H+ + 3e  NO + 2H2O

0,08 0,06  0,02 (mol)

Ta thấy số mol e do chât khử nhường lớn hơn số mol e do chất oxh nhận Do vậy còn có một qúa trình khử N+5 tạo sản phẩm khử trong dung dịch X đó là NH4NO3

NO3- + 10H+ + 8e  NH4+ + 3H2O

0,1  0,08  0,01 (mol)

Ta có : Số mol HNO3 = số mol H+ =0,18 mol => a= 0,36 M

Khối lượng muối = 0,07.148 + 0,01.80 = 11.16 gam

Nhận xét :

1- Đây là bài toán tương tự bài toán 2 nhưng không cho khối lượng muối tạo thành Nếu thiếu cẩn thận học sinh có thể tính a và khối lượng muối như sau:

Số mol Mg(NO 3 ) 2 = số mol Mg = 0,07 mol

=> khối lượng muối = 0,07.148 = 10,36 gam

NO 3 - + 4H + + 3e  NO + 2H 2 O

0,08  0,02 (mol)

=> số mol HNO 3 = số mol H + = 0,08 mol => a= 0,08: 0,5 = 0,16 M

2- Cách chứng minh sự có mặt của muối amoni trong bài toán trên là: chứng minh được

số mol e do chất khử nhường lớn hơn số mol e do N +5 nhận tạo khí do vậy sản phẩm khử

có mặt muối amoni.

Phức tạp hơn nữa khi chất khử là một hỗn hợp.

Ta xét tiếp ví dụ sau:

Bài toán 4: Cho hỗn hợp X gồm 0,15 mol Mg, 0,35 mol Fe phản ứng với V lít dung dịch

HNO3 1M thu được dung dịch Y và hỗn hợp khí gồm 0,035 mol N2O; 0,1 mol NO và còn lại 2,8 gam kim loại Tìm V?

Bài giải:

Khi phản ứng với HNO3 Mg sẽ phản ứng trước

Khối lượng Fe ban đầu = 0,35.56 = 19,6 gam > 2,8 gam => sau phản ứng Fe dư và muối trong dung dịch là muối sắt (II)

Số mol Fe phản ứng = 0,35 – 256,8 =0,3 mol

Quá trình oxh:

Fe  Fe2+ + 2e

0,3 0,6mol

Mg  Mg2+ + 2e

0,15  0,3(mol)

Quá trình khử:

NO3- + 10H+ + 8e  N2O + 5H2O

0,35  0,28  0,035 (mol)

NO3- + 4H+ + 3e  NO + 2H2O

0,4  0,3  0,1 (mol)

0,9 mol = ne nhường > ne nhận =0,58 mol => sản phẩm khử còn có NH4NO3

Số mol e do N+5 nhận tạo ra NH4NO3 là: 0,9 – 0,58 = 0,32 mol

NO3- + 10H+ + 8e  NH4+ + 5H2O

0,4  0,32  0,04 (mol)

Số mol HNO3 = số mol H+ = 1,15 mol => V= 1,15 lít

Bài toán 5 :

Hòa tan hỗn hợp X gồm Zn, FeCO3, Ag bằng lượng dư dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khí A gồm 2 chất khí có tỷ khối đối với H2 bằng 19,2 và dung dịch B Cho B tác dụng hết với dung dịch NaOH dư tạo kết tủa Lọc kết tủa đem nung ở nhiệt độ cao đến khối không dổi được 5,64g chất rắn Tính khối lượng hỗn hợp X, biết trong X khối lượng FeCO3 bằng khối lượng Zn; mỗi chất trong X khi tác dụng với dụng với dung dịch HNO3

ở trên chỉ cho 1 sản phẩm khử

Bài giải:

A

M =19,2.2=38,4 A gồm 2 chất khí, trong đó có CO2(M= 44>38,4)  khí còn lại có M<38,4 và là sản phẩm khử HNO3 của các chất trên đó là NO

Giả sử trong 1 mol A có x mol CO2  nNO =1-x

Ta có :44x + 30(1-x) = 38,4  x=0,6 hay nCO2 =

2

3

NO

n

Gọi a,b,c lần lượt là số mol của Zn, FeCO3 , Ag trong X 

2

CO

Nếu sản phẩm khử chỉ có NO duy nhất

Zn  Zn2+ + 2e

Fe2+  Fe3+ +1e N+5 + 3e  N+2

Ag  Ag+ +1e

2a+b+c = 3n NO  nNO =

3

2abc

3

FeCO

m   65a=116b  a > b  nNO > b+

3

c

>b =nCO2

 Trái với kết quả n CO2 =

2

3

NO

n vậy sản phẩm khí ngoài NO còn có NH4NO3 Sản phẩm

đó chỉ có thể do Zn khử

4Zn + 10HNO3  4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O (1)

3FeCO3 + 10 HNO3  3Fe(NO3)3+ NO + 3 CO2  +5 H2O (2)

3Ag + 4 HNO3  3AgNO3 + NO + 2 H2O (3)