Phương pháp giải bài toán nhiệt nhôm đạt hiệu quả cao trong ôn thi THPT quốc gia

1 M U 1.1 Lớ chn ti: - Trong quỏ trỡnh dy hc mụn húa hc trng THPT vic nh hng cho hc sinh gii bi cú mt ý ngha rt quan trng Ngoi vic rốn luyn k nng dng kin thc ó hc, bi húa hc cũn c dựng cng c lý thuyt ó hc cho hc sinh Thụng qua vic gii bi khụng ch giỳp cho hc sinh rốn luyn tớnh tớch cc, trớ thụng minh, sỏng to m cũn giỳp giỏo viờn ỏnh giỏ hc sinh ton din hn, phỏt hin nhng t cht ca hc sinh cng nh nhng im yu ca hc sinh vic lm bi v nm cỏc kin thc ó hc, t ú giỏo viờn xõy dng k hoch bi dng tt hn, phự hp vi tng i tng hc sinh c th - i vi thi THPT quc gia b mụn húa hc nhng nm qua thi di hỡnh thc trc nghim ũi hi hc sinh cn cú k nng c bi, phõn tớch cỏc d liu tng cõu hi, t nhanh thy c sn phm to thnh ca cỏc quỏ trỡnh phn ng õy l yu t quyt nh tỡm hng gii quyt bi toỏn nhanh nht v hiu qu nht - Vic la chn phng phỏp thớch hp gii bi li cng cú ý ngha quan trng hn Mi bi luụn cú nhiu phng phỏp gii khỏc Nu bit la chn phng phỏp phự hp vi i tng hc sinh, s giỳp hc sinh d hiu bi hn, d dng hn, nm vng bn cht ca cỏc quỏ trỡnh, hin tng húa hc qua ú cht lng dy hc cng c nõng cao hn - Trong quỏ trỡnh dy ti trng THPT Hm rng tụi nhn thy phn kin thc v bi v phn ng nhit nhụm l nhng bi rt quan trng luụn cú cỏc thi THPT quc gia, cỏc thi hc sinh gii õy l dng bi toỏn khú, phc v luụn gõy khú khn cho hc sinh, Khi x lớ bi toỏn hc sinh thng cha hiu ỳng bn cht ca nờn khụng lm c hoc lm bi rm r, phc mt nhiu thi gian c bit l nhng bi toỏn cỏc thi hc sinh gii Xut phỏt t iu ny quỏ trỡnh dy hc tụi luụn trn tr, suy ngh v phng phỏp dy v nh hng hc sinh cỏch gii loi bi ny cho t hiu qu cao v phng phỏp ú phi phự hp vi trỡnh ca hc sinh 1.2 Mc ớch nghiờn cu - T thc tin quỏ trỡnh dy hc v ỏp dng ni dung ny nm hc 2015-2016 ti trng THPT Hm rng tụi ó chn ti Phng phỏp gii bi toỏn nhit nhụm t hiu qu cao ụn thi THPT quc gia lm sỏng kin kinh nghim - Qua ti ỳc rỳt mt s kinh nghim v phng phỏp gii bi toỏn nhit nhụm nhanh hn, hiu ỳng, y cỏc quỏ trỡnh húa hc ng thi phỏt huy c trớ tu ca hc sinh hc tt mụn húa hc 1.3 i tng nghiờn cu: - i tng nghiờn cu: l hc sinh 12 ang theo hc chng trỡnh nõng cao nh hng ụn thi THPT quc gia v hc sinh gii ti trng THPT Hm Rng 1.4 Phng phỏp nghiờn cu: - Phng phỏp quan sỏt: Quan sỏt thc tin dy v hc ti trng THPT Hm rng nhng nm hc va qua, cht lng ụn thi THPT quc gia v bi dng hc sinh gii - Phng phỏp nghiờn cu ti liu: nghiờn cu sỏch, giỏo trỡnh cú liờn qua n ụn thi THPT quc gia v bi dng hc sinh gii - Phng phỏp tng kt kinh nghim 2 NI DUNG 2.1 C s lý lun ca ti: Tụi vit SKKN ny da trờn mt s ni dung sau: Da trờn ni dung SGK lp 12 ca b giỏo dc v cỏc thi tuyn sinh 2.2 Thc trng trc ỏp dng sỏng kin Trong nhng nm gn õy vic chuyn t hỡnh thc thi t lun sang thi trc nghim, hc sinh khú khn trc dng bi v phn ng nhit nhụm c s dng tng i nhiu cỏc thi H C; thi HSG cp tnh; thi HSG Casio S d nh vy vỡ: - Loi bi ny khú, phc tp, x lý bi hc sinh thng cha hiu bn cht ca v thi gian lm bi ngn nờn khụng lm c hoc lm bi rm r, mt nhiu thi gian T nhng thc trng trờn tụi thy vic vit sỏng kin kinh nghim trờn l rt cn thit cho giỏo viờn húa hc cng nh hc sinh lp 12 bc THPT giỳp cỏc em trang b cho mỡnh nhng kinh nghim lm bi nhanh v gn 2.3 Cỏc phng phỏp ó s dng gii quyt cỏc bi toỏn ny , tụi ó kt hp cỏc phng phỏp c bn sau: - Phng phỏp bo ton electron - Phng phỏp bo ton nguyờn t - Phng phỏp bo ton lng Lý thuyt chung: t - Phn ng nhit nhụm: Al + oxit kim loi nhụm oxit + kim loi (Hn hp X) (Hn hp Y) - Thng gp: t 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe t 2yAl + 3FexOy yAl2O3 + 3xFe t (6x 4y)Al + 3xFe2O3 6FexOy + (3x 2y)Al2O3 t 2Al + Cr2O3 Al2O3 + 2Cr t 3Al + 3CuO Al2O3 + 3Cu - Nu phn ng xy hon ton, tựy theo tớnh cht ca hn hp Y to thnh bin lun Vớ d: + Hn hp Y cha kim loi Al d ; oxit kim loi ht + Hn hp Y tỏc dng vi dung dch baz kim (NaOH,) gii phúng H2 cú Al d + Hn hp Y tỏc dng vi dung dch axit cú khớ bay thỡ cú kh nng hn hp Y cha (Al2O3 + Fe) hoc (Al2O3 + Fe + Al d) hoc (Al2O3 + Fe + oxit kim loi d) - Nu phn ng xy khụng hon ton, hn hp Y gm Al 2O3, Fe, Al d v Fe2O3 d - Thng s dng: + nh lut bo ton lng: mhhX = mhhY 0 0 0 + nh lut bo ton nguyờn t (mol nguyờn t): nAl (X) = nAl (Y); nFe (X) = nFe (Y) ; nO (X) = nO (Y) + nh lut bo ton electron cho nhiu quỏ trỡnh Bi tng quỏt: - Nu phn ng xy hon ton: Thng khụng bit s mol Al v Fe2O3 l bao nhiờu nờn phi xột trng hp ri tỡm nghim hp lớ: a) Trng hp 1: Al v Fe2O3 dựng va : 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe a 2a 2a a Hn hp sau phn ng: Fe: a mol; Al2O3: 2a mol b) Trng hp 2: Al dựng d: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 2b b b 2b Hn hp sau phn ng: Fe: 2b mol; Al2O3: b mol; Ald: (a - 2b) mol iu kin: (a - 2b > 0) c) Trng hp 3: Fe2O3 dựng d: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe a 2a 2a a Hn hp sau phn ng: Fe: a mol; Al2O3: 2a; Fe2O3: (b - 2a)mol iu kin: (b - 2a) > - Nu phn ng xy khụng hon ton: Gi x l s mol Fe2O3 tham gia phn ng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 2x x x 2x Hn hp sau phn ng: Fe: 2x mol; Al 2O3: x mol; Fe2O3 d: (b - x)mol; Al d: (a - 2x) mol Chỳ ý: Nu yờu cu tớnh hiu sut phn ng ta gii trng hp phn ng xy khụng hon ton 2.3.1 Cỏc dng bi toỏn phn ng nhit nhụm: 2.3.1.1 Dng 1: Bi toỏn cú hiu sut phn ng khụng hon ton phn ng nhit nhụm * Phng phỏp gii chung t Phn ng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe - Hiu sut phn ng H = %Al phn ng hoc = % Fe2O3 phn ng - hn hp X sau phn ng gm: Al2O3, Fe, Al d, Fe2O3 thng c cho vo + Tỏc dng vi dung dch axit (HCl, H2SO4 loóng) to khớ H2 Fe + 2H+ Fe2+ + H2 (1) 2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2 (2) nH2 = nFe + nAld + Nu hn hp X tỏc dng vi dung dch HNO thỡ ta ỏp dng bo ton electron + Nu hn hp X tỏc dng vi dung dch NaOH thỡ Al v Al 2O3 b phn ng 2Al d + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + 3H2O Vớ d 1: (TS H KB - 2010) Trn 10,8 gam bt nhụm vi 34,8 gam bt Fe3O4 ri tin hnh phn ng nhit nhụm iu kin khụng cú khụng khớ (gi s Fe3O4 ch b kh thnh Fe) Hũa tan hn hp rn sau phn ng bng dung dch H2SO4 loóng d thu c 10,752 lớt H 2(ktc) Hiu sut phn ng nhit nhụm l A 80% B 90% C 70% D 60% Phõn tớch: - Vi bi tớnh hiu sut nh bi ny HS thng khụng bit tớnh hiu sut theo Al hay Fe3O4 thc t bi ny ó bit s mol ca Al v Fe 3O4 ta cn so sỏnh t l mol cỏc cht xỏc nh xem hiu sut ca phn ng tớnh theo cht no - Vỡ l bi tớnh hiu sut nờn hn hp A sau phn ng gm: Al 2O3, Fe, Al d, Fe3O4 cho vo dung dch axit (HCl, H2SO4 loóng) to khớ H2 Fe + 2H+ Fe2+ + H2 (1) + 3+ 2Al + 6H 2Al + 3H2 (2) Fe3O4, Al2O3 + H+ Mui + H2O nH2 = nFe + nAld Hng dn gii: Theo bi ta cú nAl = 0,4 mol, n Fe3O4 = 0,15 mol h = %Fe3O4 phn ng t Phn ng: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe Ban u (mol) 0,4 0,15 Phn ng 8x 3x 9x Sau phn ng (0,4-8x) 0,15 3x 9x Theo (1), (2) ta cú: nH2 = nFe + nAld 0,48 = 9x + (0,4 8x) x = 0,04 mol 0, 04.3 0, 04.3 Vy: Hiu sut h = % Fe3O4 = 0,15 100 = 80% 0,15 100 = 80% ỏp ỏn: A Vớ d 2: Thc hin phn ng nhit nhụm gia 6,48 gam Al vi 17,6 gam Fe2O3 Ch cú phn ng nhụm kh oxit kim loi to kim loi em hũa tan cht rn sau phn ng nhit nhụm bng dung dch xỳt d cho n kt thỳc phn ng, thu c 1,344 lớt H2 (ktc) Hiu sut phn ng nhit nhụm l A 100% B 90,9% C 83,3% D 70% Phõn tớch: - Tng t vi vớ d hn hp rn sau phn ng gm: Al 2O3, Fe, Al d, Fe3O4 cho vo dung dch kim thỡ Al v Al 2O3 tham gia phn ng nhng ch cú Al l to khớ H2 ta cú th tớnh c s mol Al d t ú tớnh Al phn ng v cú th tớnh c hiu sut ca phn ng Hng dn gii: Theo bi nAl = 0,24 mol, nFe2O3 = 0,11 mol hiu sut ca phn ng tớnh theo tớnh theo Fe2O3: t Phn ng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (1) 2Al d + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (2) nAl d = nH2 = 0,04 mol nAl p = 0,24 0,04 = 0,2 mol 0,1 Theo (1) ta cú: nFe2O3 p = nAl = 0,1 mol H = 0,11 100% = 90,9% ỏp ỏn: B Vớ d 3: (TS H KB - 2014) Nung hn hp gm 0,12 mol Al v 0,04 mol Fe3O4 mt thi gian, thu c hn hp rn X Hũa tan hon ton X dung dch HCl d thu c 0,15 mol khớ H2 v m gam mui Giỏ tr ca m l A 34,10 B 32,58 C 31,97 D 33,39 Phõn tớch: - Trong bi ny phn ng ch xy mt thi gian, bi cng khụng nh hng sn phm to nờn hn hp sn phm X gm nhiu cht (Fe, Al 2O3, Al d, Fe3O4 d, FeO) hn hp ny tỏc dng vi dung dch axit ta tỏch hn hp X thnh phn (Kim loi v oxit kim loi) tỏc dng vi dung dch HCl Phn ng: 2H+ + O2- (trong oxit) H2O 2H+ H2 Da vo cỏc nh lut BTNT Oxi v hidro tớnh s mol HCl BTKL tớnh lng mui gm kim loi v ClHng dn gii: S phn ng: Al + Fe3O4 hn hp X: Al2O3, Fe3O4, FeO, Fe, Al d BTNT oxi nO (trong X) = nO (Fe3O4) = 0,04 = 0,16 mol Phn ng: 2H+ + O2- (trong oxit) H2O 2H+ H2 + 2nH = 2n O + 2n H2 = 0,16 + 0,15 = 0,62 mol nCl- = nH+ = 0,38 mol p dng BTKL: m Mui = mKl + mCl- = 0,12 27 + 0,04 56 + 0,62 35.5 = 31,97 gam ỏp ỏn: C 31,97 gam Vớ d 4: Trn 0,81 gam bt nhụm vi bt Fe2O3 v CuO ri t núng tin hnh phn ng nhit nhụm thu c hn hp A Ho tan hon ton A dung dch HNO3 un núng thu c V lớt khớ NO (sn phm kh nht) ktc Giỏ tr ca V l A 0,224 lớt B 0,672 lớt C 2,24 lớt D 6,72 lớt Phõn tớch: - Phn ng nhit nhụm cha bit l hon ton hay khụng hon ton ú hn hp A khụng xỏc nh c chớnh xỏc gm nhng cht no nờn vic vit phng trỡnh húa hc v cõn bng phng trỡnh phc Khi hũa tan hon ton hn hp A axit HNO3 thỡ Al0 to thnh Al+3, nguyờn t Fe v Cu c bo ton húa tr Hng dn gii: S phn ng: 3+ 3+ 2+ + HNO Al + (Fe2O3, CuO) hn hp A (Al , Fe , Cu ) + NO + H2O Theo s ch cú Al v N HNO tham gia vo quỏ trỡnh trao i electron, Fe3+ v Cu2+ in tch c bo ton c quỏ trỡnh phn ng Ta cú bo ton e: Al Al+3 + 3e N+5 + 3e N+2 0,03 mol 0,09 mol 0,09 mol 0,03 mol VNO = 0,03 22,4 = 0,672 lớt ỏp ỏn: B 2.3.1.2 Dng 2: Bi toỏn nhit nhụm vi hiu sut h = 100% * Phng phỏp gii chung: - Bc 1: Cn xỏc nh c Al d hay oxit kim loi d, trng hp nu cho lng hn hp cn xột cỏc trng hp Al d v Al ht - Bc 2: + Da vo cỏc d kin ca bi toỏn thng gp l hn hp sau phn ng tỏc dng vi dung dch NaOH hoc dung dch axit (HCl, H 2SO4) tớnh s mol cht d v s mol cỏc cht phn ng + Vn dng bo ton nguyờn t Al, Fe, O, bo ton lng hoc bo ton electron cỏc cỏc phn tớnh toỏn - Bc 3: Tớnh toỏn theo yờu cu ca bi toỏn Vớ d 1: Nung núng m gam hn hp Al v Fe 2O3 (trong iu kin khụng cú khụng khớ) n phn ng xy hon ton, thu c hn hp rn Y Chia Y thnh hai phn bng nhau: Phn 1: tỏc dng vi dung dch H 2SO4 loóng d sinh 3,08 lớt khớ H2 ( ktc) Phn 2: tỏc dng vi dung dch NaOH d sinh 0,84 lớt khớ H2 ( ktc) Giỏ tr ca m l A 22,75 gam B 21,40 gam C 29,40 gam D 29,43 gam Hng dn gii: Ta cú: nH2 (p1) = 0,1375 mol ; nH2 (p2) = 0,0375 mol - Hn hp rn Y tỏc dng vi NaOH gii phúng H Al d v vỡ phn ng xy hon ton nờn thnh phn hn hp rn Y gm: Al2O3, Fe v Al d - Gi nFe = x mol ; nAl d = y mol cú 1/2 hn hp Y t - T ta cú h phng trỡnh: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe - Theo lbt nguyờn t i vi O v Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = 0,05 mol - Theo lbt lng: m = (0,05 102 + 0,1 56 + 0,025 27) = 22,75 gam ỏp ỏn: A Vớ d 2: Ly 26,8 gam hn hp gm Al v Fe2O3 thc hin hon ton phn ng nhit nhụm, thu c cht rn Cho cht rn ny hũa tan hon ton dung dch HCl d thy thoỏt 11,2 lớt H (ktc) Thnh phn % cỏc cht hn hp ban u l A %Al = 20,15%, % Fe2O3 = 79,85% B %Al =4,03%, % Fe2O3= 95,97% C %Al = 30,22%, % Fe2O3 = 69,78% D %Al = 40,3%, % Fe2O3 = 59,7% Phõn tớch: Trong bi ny thỡ ta cha xỏc nh c Al d hay Fe 2O3 d ú ta cn xột cỏc trng hp hn hp sau phn ng cú Al d v khụng cú Al d Hng dn gii: t Phn ng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe * Trng hp 1: Sau phn ng khụng cú Al Khi ú: Fe + 2HCl FeCl2 + H2 nFe = nH2 = 0,5 mol Theo BTNT Fe nFe2O3 = nFe = 0,25 mol mFe2O3 = 160 0,25 = 40 gam > mhh A Vụ lý Vy: Al d, Fe2O3 ht * Trng hp 2: Al d - Gi x, y l s mol ca Al v Fe2O3 hn hp ban u: 27x + 160y = 26,8 gam S phn ng: 3+ 2+ + HCl Al + Fe2O3 hh (Al2O3, Fe, Al d) Al , Fe + H2 Bte ta cú: 3x - 2y = x = 0,4 mol, y = 0,1 mol - Phn trm lng: %Al = 40,3% ; % Fe2O3 = 59,7% ỏp ỏn: D Nhn xột: - Vi bi ny khụng cn xột trng hp Al v Fe2O3 va - Ta khụng nờn gi s mol Al phn ng v Al d bi ton phc hn Vớ d 3: Nung núng m gam hn hp gm Al v Fe 3O4 iu kin khụng cú khụng khớ Sau phn ng xy hon ton, thu c hn hp rn X Cho X tỏc dng vi dung dch NaOH (d) thu c dung dch Y, cht rn Z v 3,36 lớt khớ H2 ( ktc) Sc khớ CO2 (d) vo dung dch Y, thu c 39 gam kt ta Giỏ tr ca m l: A 45,6 gam B 57,0 gam C 48,3 gam D 36,7 gam Hng dn gii: - T suy thnh phn hn hp rn X gm: Fe, Al 2O3 (x mol) v Al d (y mol) - Cỏc phn ng xy l: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + Fe 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2+ 3H2 Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O CO2 + 2H2O + NaAlO2 Al(OH)3 + NaHCO3 - nH2 = 0,15 mol, nAl(OH)3 = 0,5 mol Theo bo ton nguyờn t Al ta cú: nAl b = n Al(OH)3 = 0,5 mol nH2 = 0,1 mol nAl p (1) = 0,5 0,1 = 0,4 mol 3 Theo (1): nFe3O4 = nAl = 0,15 mol m = 27 0,5 + 232 0,15 = 48,3 gam nAl d = ỏp ỏn: C Vớ d 4: (TS H KA 2008) Nung hn hp gm 15,2 gam Cr 2O3 v m gam Al Sau phn ng hon ton, c 23,3 gam hn hp rn X Cho ton b X phn ng vi axit HCl d thoỏt V lớt H2 (ktc) Giỏ tr ca V l A 4,48 B 11,2 C 7,84 D 10,08 Hng dn gii: Ta cú: nCr2O3 = 0,1 mol Ptp: 2Al + Cr2O3 Al2O3 + 2Cr (1) Bo ton lng ta cú: m hh = mX = 23,3 gam mAl = 23,3 15,2 = 8,1 gam nAl = 0,3 mol Theo PTP Al d nCr = 2nCr2O3 = 0,2 mol nAl d = 0,3 0,2 = 0,1 mol Ptp: Cr + 2HCl CrCl2 + H2 (2) 2Ald + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 (3) Theo (2), (3): nH2 = nCr + nAl = 0,35 mol VH2 = 7,84 lớt ỏp ỏn: C Nhn xột: bi ny gii nhanh ta cú th s dng bo ton electron tớnh toỏn: BTe: 3nAl = 2nCr2O3 + nH2 nH2 Vớ d 5: Hn hp A gm 0,56 gam Fe v 16 gam Fe2O3 v x (mol) Al ri nung nhit cao khụng cú khụng khớ (gi s ch xy s kh Fe 2O3 thnh Fe) sau kt thỳc phn ng c hn hp D Nu cho D tan H 2SO4 loóng c V lớt khớ nhng nu cho D tỏc dng vi NaOH d thỡ thu c 0,25V lớt khớ Giỏ tr ca x l A 0,1233 B 0,2466 C 0,0022 x 0,2466 D 0,3699 Hng dn gii: Ptp: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (1) Ta cú: nFe = 0,01 mol, nFe2O3 = 0,1 mol, nAl = x mol Vỡ D + NaOH to khớ H2 Al d Hn hp rn sau phn ng gm: nAl p = 0,2 mol, nAl d = (x 0,2) mol, nFe = 0,2 + 0,01 = 0,21 mol - D + H2SO4: Fe + H2SO4 (l) FeSO4 + H2 (2) nH2 = nFe = 0,21 mol 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (3) (3 x 0, 6) nAl d = mol 2 V (3 x 0, 6) Ta cú 0,21 + = 22, (I) nH2 (2) = - D + NaOH: 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + H2 (x 0,2) mol 0, 25V (3x 0, 6) = 22, (4) (3 x 0, 6) mol (II) T (I), (II): V = 6,272 lớt x = 0,24666 mol ỏp ỏn: B Vớ d 6: Cho hn hp A gm Al v mt oxit st Chia hn hp A thnh phn bng Phn 1: cho tỏc dng vi dung dch H 2SO4 loóng thu c 6,72 (l) khớ (ktc) Phn 2: Phn ng nhit nhụm hon ton, thu c hn hp B, cho B tỏc dng vi dung dch NaOH d thu c 1,344 lớt khớ (ktc) sau ú cho tip dung dch H2SO4 loóng, d c 4,032 lớt H2 (ktc) Cụng thc ca oxit st l A Fe2O3 B FeO C Fe3O4 D khụng xỏc nh Hng dn gii: - Phn 1: 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 nAl ban u = - Phn 2: 2yAl + 3FexOy yAl2O3 + 3xFe Hn hp B gm: Al2O3, Fe v Al d 2Al d + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + H2 nH2 = 0,2 mol nH2 = 0,04 mol; nAl p = 0,2 0,04 = 0,16 mol Theo bo ton nguyờn t Al: nAl2O3 = nAl p = 0,08 mol nAl d = Bo ton nguyờn t oxi ta cú: nO (FexOy) = nO (Al2O3) = 0,08 = 0,24 mol - Phn rn cũn li l Fe tỏc dng vi H2SO4: nFe = nH2 = 0,18 mol T l: x : y = 0,18 : 0,24 = : Oxit st l Fe3O4 ỏp ỏn: C Vớ d 7: Mt hn hp M gm Fe3O4, CuO v Al cú lng 5,54 gam Sau thc hin phn ng nhit nhụm xong (hiu sut 100%) thu c cht rn A gi s ch xy phn ng kh oxit thnh kim loi Nu hũa tan A dung dch HCl thỡ lng H2 sinh ti a l 1,344 lớt khớ (ktc) Nu hũa tan A dung dch NaOH d thỡ sau phn ng xong cũn li 2,96 gam cht rn Tớnh % lng cỏc cht A Hng dn gii: Ptp: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe (1) 2Al + 3CuO Al2O3 + 3Cu (2) Trng hp 1: Nu hn hp A khụng cú Al A + HCl Fe H2 0,06 mol 0,06 Bo ton nguyờn t Fe ta cú: nFe3O4 = 0,02 mol mFe3O4 = 4,64 gam V mAl = 1,44 gam mFe3O4 + mAl = 6,08 gam > mM = 5,54 gam - vụ lớ! Vy: Al d, Fe2O3 v CuO ht Trng hp 2: Al d Fe3O4 v CuO ht: - Tỏc dng vi HCl Al 3/2H2 Fe H2 BTKL: mM = mA = 5,54 gam Gi hn hp A: nAl d = x mol, nFe = y mol v nCu = z mol Theo (1), (2): nAl2O3 = Ta cú h : 4y z + 1,5x + y = 0,06 (nH2 (3,4) ) 27x + 56y + 64z + 102( (*2) 4y z + ) = 5,54 (*1) 10 Cht rn gm Fe, Cu: 56x + 64y = 2,96 (*3) T (*1, *2, *3) x = 0,02 mol, y = 0,03 mol, z = 0,02 mol %Al = 9,747%; %Fe = 30,325%; % Cu = 23,1%; %Al2O3 = 36,823% Vớ d 8: Thc hin phn ng nhit nhụm hn hp X gm Al v mt oxit st FexOy (trong iu kin khụng cú khụng khớ) thu c 92,35 gam cht rn Y Hũa tan Y dung dch NaOH (d) thy cú 8,4 lớt khớ H ( ktc) thoỏt v cũn li phn khụng tan Z Hũa tan 1/2 lng Z bng dung dch H 2SO4 c, núng (d) thy cú 13,44 lớt khớ SO2 ( ktc) thoỏt Bit cỏc phn ng xy hon ton Khi lng Al2O3 Y v cụng thc oxit st st ln lt l A 40,8 gam v Fe3O4 B 45,9 gam v Fe2O3 C 40,8 gam v Fe2O3 D 45,9 gam v Fe3O4 Hng dn gii: nH2 = 0,375 mol; nSO2 (c Z) = 0,6 = 1,2 mol - T suy cht rn Y gm: Fe, Al2O3, Al d v phn khụng tan Z l Fe - nH2 = 0,375 mol nAl d = 0,25 mol - nSO2 = 1,2 mol Bo ton electron nFe = 0,8 mol - Bo ton lng mAl2O3 = 92,35 0,8.56 0,25.27 = 40,8 gam (1) nAl2O3 = 0,4 mol - Theo bo ton nguyờn t i vi O nO (FexOy) = 0,4 = 1,2 mol - T l: x : y = nFe : nO = 0,8 : 1,2 = : Oxit st l Fe2O3 ỏp ỏn: C 2.3.1.3 Dng 3: Bi toỏn nhit nhụm chia hn hp thnh cỏc phn khụng bng nhau: * Phng phỏp chung Ptp: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe Sau phn ng: Fe, Al2O3, Al d hoc Fe2O3 d - Bc 1: Cn t t l mol gia phn l k P1= kP2 => nP1 = knP2; mP1 = kmP2 + Phn 2: Fe (x mol), Al2O3 (x/2 mol), Al d (y mol) hoc Fe2O3 d (z mol) + Phn 1: Fe (kx mol), Al 2O3 (kx/2 mol), Al d (ky mol) hoc Fe 2O3 d (kz mol) - Bc 2: Da vo cỏc d kin ca bi toỏn xỏc nh c giỏ tr k õy l im mu cht gii bi toỏn Thng da vo s chờnh lch v lng ca tng phn hoc chờnh lch v s mol cua H2 hoc NO ca phn tớnh k - Bc 3: Tớnh toỏn cỏc yờu cu ca bi toỏn Vớ d 1: Ly 93,9 gam hn hp X gm Fe3O4 v Al nung mụi trng khụng cú khụng khớ Sau phn ng xy hon ton thu c hn hp Y Chia Y lm hai phn khụng bng nhau: - Phn 1: Cho tỏc dng vi NaOH d thu c 0,672 lớt khớ H2 (ktc) - Phn 2: Cho tỏc dng vi dung dch HCl d thu c 18,816 lớt H2 (ktc) Tớnh % lng cỏc cht hn hp X Hng dn gii: 11 Ptp: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe - Phn 1: Tỏc dng vi NaOH H2 Al d: nH2 = 0,03mol nAl d = 0,02 mol Do phn ng xy hon ton nờn Fe3O4 ht v Al d - Gi k l t l s mol gia nP2 : nP1 Gi x l nFe v hn hp phn 1: Phn 2: nH2 = 0,84 mol, nAl d = 0,02k mol, nFe = kx mol 2Al 3H2 Fe H2 k(0,02 + 2x) = 1,68 (1) Khi lng hn hp ban u : k(0,02 27 + 232 x 8x 232 x 8x + 27 ) + 0,02 27 + + 27 = 93,9 9 304 x (k+1)(0,54 + ) = 93,9 (2) 1, 68 vo (2) ta c: x = 0,18 mol k = 0, 02.3 + 2x nAl = (4+1) (0,02 + 0,18 ) = 0,9 mol k = % Al = 25,88%; % Fe3O4 = 74,12% Vớ d 2: Tin hnh phn ng nhit nhụm hn hp A gm Al v Fe xOy (trong iu kin khụng cú khụng khớ) c hn hp B Nghin nh, trn u hn hp B ri chia thnh hai phn - Phn cú lng 4,83 gam c hũa tan ht dung dch HNO d, un núng c dung dch C v 1,232 lớt NO (sn phm kh nht) - Phn tỏc dng vi dung dch NaOH d un núng thu c 1,008 lớt H v cũn li 7,56 gam cht rn Cụng thc FexOy l A Fe3O4 B FeO hoc Fe3O4 C Fe2O3 D FeO Hng dn gii: - Phn tỏc dng vi NaOH H2 Al d, nAl d = 3/2 nH2 = 0,03 mol Cht rn cũn li l Fe (vỡ phn ng hon ton) nFe = 0,135 mol - Gi s nu ton b B phn tỏc dng vi HNO nh phn to khớ NO thỡ: Al + HNO3 Al(NO3)3 + NO + H2O Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO + H2O Theo BT electron: ta cú 3nAl + 3nFe = 3nNO (P2) nNO (P2) = 0,03 + 0,135 = 0,165 mol Ta thy: nNO (P1) = 3nNO (P2) P2 = 3P1 hay mP2 = 3mP1 m phn = 4,83.3 = 14,49 gam Theo bo ton lng mPhn = mFe + mAl d + mAl2O3 mAl2O3 = 6,12 gam nAl2O3 = 0,06 mol Theo bo ton nguyờn t oxi ta cú: 12 nO (FexOy) = nO (Al2O3) = 0,06 = 0,18 mol T l: x : y = 0,135 : 0,18 = : Oxit l Fe3O4 ỏp ỏn: A Vớ d 3: Tin hnh phn ng nhit nhụm vi Fe2O3 iu kin khụng cú khụng khớ Chia hn hp thu c sau phn ng (ó trn u) thnh phn khụng bng Phn cú lng nhiờu hn phn l 134gam Cho phn tỏc dng vi lng d dung dch NaOH thy cú 16,8 lớt khớ H bay Hũa tan phn bng lng d dung dch HCl thy cú 84 lớt khớ H bay Cỏc phn ng u xy vi hiu sut 100% Cỏc khớ o ktc Tớnh lng Fe to thnh phn ng nhit nhụm Hng dn gii: Ptp: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe P1 + NaOH H2 Al d, Fe2O3 ht sau phn ng gm: Fe, Al2O3, Al d Coi mP2 = a mp1 Gi P1 nFe = 2x mol, nAl = y mol, nAl2O3 = x mol Trong phn 2: nFe = 2ax mol, nAl = ay mol, nAl2O3 = ax mol T P1: nAl = nH2 = 0,05 mol y = 0,05 mol (1) P2: nH2 = 3,75 mol 2ax + 1,5ay = 3,75 (2) Mt khỏc: mp2 mp1 = 134 (214x + 27y)(a-1) = 134 (3) T (1), (2), (3) a = 3, x = 0,25 v a = 2, x = 0,56 (cú giỏ tr) + Khi a = 3, x = 0,25 mFe = 112 gam + Khi a = 2, x = 0,56 mol mFe = 188,16 gam Vớ d 4: Trn 83 gam hn hp bt Al, Fe2O3 v CuO ri tin hnh phn ng nhit nhụm Gi s lỳc ú ch xy phn ng kh oxit thnh kim loi Chia hn hp sau phn ng thnh phn cú lng chờnh lch 66,4 gam Ly phn cú lng ln hn ho tan bng dung dch H 2SO4 d, thu c 23,3856 lớt H2 (ktc) dung dch X v cht rn Ly 1/10 dung dch X cho tỏc dng va vi 200ml dung dch KMnO4 0,018M Ho tan phn cú lng nh bng dung dch NaOH d thy cũn li 4,736 gam cht rn khụng tan a Vit cỏc ptp xy b Cho bit hn hp ban u s mol CuO gp n ln s mol ca Fe 2O3, tớnh % mi oxit kim loi b kh p dng n = 3/2 Hng dn gii: a Cỏc phn ng xy 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (1) 2Al + 3CuO Al2O3 + 3Cu (2) Hn hp sau phn ng gm Al2O3, Fe, Cu, CuO d, Fe2O3 d v cú th cú Al d - Phn ln: Al2O3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O (3) CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O (4) 13 Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 (5) 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2 (6) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O (7) - Phn nh: Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O (8) 2Al + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2 (9) Cht rn cũn li l Cu, Fe, CuO d, Fe2O3 d: b nKMnO4 = 3,6.10-3 mol, nH2 = 1,044 mol - Gi s phn ln cú lng l m gam, phn nh cú lng m gam Ta cú: m1 + m2 = 83 (*1) m1 m2 = 66,4 (*2) T (*1), (*2) m1 = 74,7 gam, m2 = 8,3 gam m1 = 9m2 Theo bo ton nguyờn t Fe ta cú: nFe = nFeSO4 = 5nKMnO4 = 10 3,6.10-3 = 0,18 mol T (5) ta thy: nFe < nH2 Sau phn ng nhit nhụm Al phi d Theo (5), (6) nAl d = 0,576 mol - Phn nh: lng cht rn = 4,736 gam (Fe, Cu, CuO, Fe 2O3) phn ln lng cht rn khụng tan = 4,736 = 42,624 gam Theo bo ton lng phn ln: 74,7 = 0,576 27 + 102 nAl2O3 + 42,624 nAl2O3 = 0,162 mol Theo PT (1,2): nFe2O3 p = nFe (p1) = 0,09 mol nCuO p = nAl2O3 (2) = 0,216 mol - Theo bo ton nguyờn t Al: nAl(p1) = nAl O + nAl d (P1) = 0,162 + 0,576 = 0,9 mol Gi phn ln s mol Fe2O3 = x mol nCuO = 1,5x mol Bo ton lng phn ln ta cú 27 0,9 + 160x + 80 1,5x = 74,7 x = 0,18 mol, nCuO = 0,27 mol 0, 09 Vy: %Fe2O3p = 0,18 100% = 50% = 50% 0, 216 %CuOp = 0, 27 100% = 80% = 80% 2.4 Hiu qu ca sỏng kin kinh nghim: Trong quỏ trỡnh ụn thi cho hc sinh, tụi ó ỏp dng cỏc phng phỏp trờn v thu c kt qu tt : Bi 1: Trn 8,1 gam Al v 48 gam Fe2O3 ri cho tin hnh phn ng nhit nhụm iu kin khụng cú khụng khớ, kt thỳc thớ nghim thu c m gam hn hp rn Giỏ tr ca m l A 56,1 gam B 61,5 gam C 65,1 gam D 51,6 gam Bi 2: Dựng m gam Al kh hon ton mt lng Fe2O3 sau phn ng thy lng oxit gim 0,58 g Giỏ tr ca m l A 0,27 B 2,7 C 0,54 D 1,12 14 Bi 3: Hn hp X gm Fe3O4 v Al cú t l mol tng ng : Thc hin phn ng nhit nhụm X (khụng cú khụng khớ) n phn ng xy hon ton thu c hn hp gm A Al, Fe, Fe3O4 v Al2O3 B Al2O3, Fe v Fe3O4 C Al2O3 v Fe D Al, Fe v Al2O3 Bi 4: Tin hnh phn ng nhit nhụm hn hp X gm Fe 2O3 v Al iu kin khụng cú khụng khớ thu c hn hp cht rn Y Cho Y tỏc dng vi dung dch NaOH d s thu c 0,3 mol H Mt khỏc nu cho Y tỏc dng vi dung dch HCl d s thu c 0,4 mol H2 S mol Al X l A 0,3 mol B 0,6 mol C 0,4 mol D 0,25 mol Bi 5: Nung m gam hn hp Al, Fe2O3 n phn ng hon ton thu c hn hp rn Y Chia Y lm phn bng Phn tỏc dng vi dung dch H2SO4 loóng d, sinh 3,08 lớt khớ H ktc Phn tỏc dng vi dung dch NaOH d, sinh 0,84 lớt khớ H2 ktc Giỏ tr ca m l A 21,40 B 29,40 C 29,43 D 22,75 Bi 6: Hn hp X gm Al, Fe2O3 cú lng 21,67 gam Tin hnh phn ng nhit nhụm iu kin khụng cú khụng khớ (gi s ch xy phn ng kh Fe2O3 Fe) Hũa tan hn hp cht rn sau phn ng bng dung dch NaOH d thu c 2,016 lớt khớ H (ktc) v 12,4 gam cht rn khụng tan Hiu sut ca phn ng nhit nhụm l A 45% B 50% C 71,43% D 75% Bi 7: Cú 9,66 gam hn hp bt nhụm v Fe 3O4 Tin hnh nhit nhụm hon ton ri hũa tan ht hn hp sau phn ng bng dung dch HCl c 2,688 lớt H2 (ktc) Khi lng nhụm hn hp ban u l A 2,16 B 2,7 C 2,88 D 0,54 Cõu 8: Dựng m gam Al kh ht 1,6 gam Fe2O3 n phn ng hũa ton, sn phm sau phn ng tỏc dng vi lng d dung dch NaOH to 0,672 lớt khớ (ktc) Giỏ tr ca m l A 1,080 gam B 0,810 gam C 0,540 gam D 1,755 gam Cõu 9: Khi nung hon ton hn hp A gm x gam Al v y gam Fe 2O3 thu c hn hp B Chia B thnh hai phn bng nhau: Phn tan dung dch NaOH d, khụng cú khớ thoỏt v cũn li 4,4 gam cht rn khụng tan Phn dung dch H2SO4 loóng d thu c 1,12 lớt khớ(ktc) Giỏ tr ca y l A 5,6 gam B 11,2 gam C 16 gam D gam Bi 10: Nung Al v Fe3O4 (khụng cú khụng khớ, phn ng xy hon ton) thu c hn hp A Nu cho A tỏc dng vi dung dch KOH d thỡ thu c 0,672 lớt khớ (ktc) Nu cho A tỏc dng vi H 2SO4 c, núng d c 1,428 lớt SO2 nht (ktc) % lng Al hn hp ban u l A 33,69% B 26,33% C 38,30% D 19,88% Bi 11: t hn hp Al v 16 gam Fe2O3 (khụng cú khụng khớ) n phn ng hon ton, c hn hp rn X Cho X tỏc dng va vi V ml dung dch NaOH 1M sinh 3,36 lớt H2 ( ktc) Giỏ tr ca V l A 400 B 100 C 200 D 300 15 Cõu 12: Trn 0,54 gam bt Al vi Fe2O3 v CuO, ri tin hnh phn ng nhit nhụm iu kin khụng cú khụng khớ, thu c hn hp cht rn X gm Al2O3, FeO, CuO, Cu, Fe Hũa tan X dung dch HNO d thu c 0,896 lớt hn hp khớ Y gm NO2 v NO ktc T ca hn hp Y so vi H2 l A 19 B 21 C 17 D 23 Cõu 13: Thc hin phn ng nhit nhụm hn hp gm Al v m gam hai oxit rn khớ tr, thu c hn hp rn X Cho X vo dung dch NaOH d, thu c dung dch Y, cht khụng tan Z v 0,672 lớt khớ H (ktc) Sc khớ CO2 d vo Y, thu c 7,8 gam kt ta Cho Z tan ht vo dung dch H 2SO4, thu c dung dch cha 15,6 gam mui sunfat v 2,464 lớt khớ SO (ktc) l sn phm kh nht ca H2SO4 Giỏ tr ca m l A 5,04 B 6,29 C 6,48 D 6,96 Cõu 14: Hn hp X gm 3,92 gam Fe, 16 gam Fe2O3 v m gam Al Nung X nhit cao iu kin khụng cú khụng khớ, thu c hn hp cht rn Y Chia Y thnh hai phn bng Phn mt tỏc dng vi dung dch H 2SO4 loóng (d), thu c 4a mol khớ H2 Phn hai phn ng vi dung dch NaOH d, thu c a mol khớ H2 Bit cỏc phn ng u xy hon ton Giỏ tr ca m l A 5,40 B 3,51 C 7,02 D 4,05 Cõu 15: Tin hnh phn ng nhit nhụm m gam hn hp A gm bt Al v st oxit FexOy iu kin khụng cú khụng khớ, c hn hp B Nghin nh, trn u B ri chia thnh hai phn: Phn cú lng 14,49 gam c hũa tan ht dung dch HNO3 un núng, c dung dch C v 3,696 lớt khớ NO nht (ktc) Phn tỏc dng vi lng d dung dch NaOH un núng, thy gii phúng 0,336 lớt khớ H2 (ktc) v cũn li 2,52 gam cht rn Giỏ tr ca m l A 21,735 B 28,980 C 19,320 D 43,470 Cõu 16: Tin hnh phn ng nhit nhụm hon ton m gam hn hp X gm Al, FexOy iu kin khụng cú khụng khớ thu c hn hp Y Chia Y thnh phn Phn I cho tỏc dng vi dung dch NaOH d thu c 1,008 lớt H (ktc) v cũn li 5,04 gam cht rn khụng tan Phn II cú lng 29,79 gam, cho tỏc dng vi dung dch HNO3 loóng d thu c 8,064 lớt NO (ktc, l sn phm kh nht) Giỏ tr ca m v cụng thc ca oxit st l A 39,72 gam v Fe3O4 B 38,91 gam v FeO C 36,48 gam v Fe3O4 D 39,72 gam v FeO ỏp ỏn: Cõu ỏp ỏn Cõu ỏp ỏn A B C 10 C B 11 D A 12 B D 13 D D 14 C B 15 C A 16 A 16 Kt qu thc nghim: - Sau ỏp dng chuyờn ny vo ging dy ti cỏc lp C7, C8 nm hc 2015-2016 tụi nhn thy hc sinh nm bt v dng phng phỏp nhanh hn, bi tr nờn n gin hn, hc sinh ó bit nhn dng v nhm nhanh c kt qu mt s bi toỏn - Khụng nhng k nng gii toỏn tt hn m lý thuyt cỏc em nm bi vng hn t ú s hc sinh thiờn v lm bi v cú t hc nhiu hn, tit hc sinh ng v cú cht lng cao hn Kho sỏt bi trờn lp C7, C8 cho thy: Bi kim tra i chng lp 12C7 khụng c hc chuyờn TT Lp i S s im chng