Những vần đề trọng tâm về phản ứng oxi hóa – khử trong chương trình THPT

sở giáo dục - đào tạo Hà NI trờng thpt chóc ®éng - - sáng kiến kinh nghiệm Tên ®Ị tµi: NHỮNG VẤN ĐỀ TRỌNG TÂM VỀ PHẢN ỨNG OXI HĨA - KHỬ TRONG CHƯƠNG TRÌNH PHỔ THƠNG Ngêi thực : nguyễn huy ba Đơn vị công tác : Trêng THPT chóc ®éng Chøc vơ : phã chđ tịch công đoàn Bộ Môn : Hoá học Hà Ni Phần thứ nhất: đặt vấn đề I Lý chọn đề tài Trong giai đoạn nay, giáo dục phổ thông Hà Ni nói riêng, giáo dục Việt Nam nói chung có điều chỉnh, đổi quản lý, phơng pháp giảng dạy, tổ chức thi cử; Tổ chức phong trào thi đua cho giáo viên học sinh, để có đợc kết giáo dục tốt Tuy nhiên, thực tế nhiều nơi, đặc biệt vùng nông thôn, miền núi khó khăn sở vật chất phục vụ dạy - học, vấn đề thực giảng dạy nội dung chơng trình SGK theo tinh thần đổi phơng pháp dạy - học đặc biệt tâm lí căng thẳng, nặng nề kì thi Để bớc giải khó khăn đó, theo yếu tố quan trọng việc đổi phơng pháp giảng dạy giáo viên phơng pháp học tập học sinh Khi giảng dạy giáo viên không tham kiến thức, không chạy theo số lợng, phải biết xác định trọng tâm, biết chọn lọc để phù hợp với đối tợng học sinh cụ thể, đặc biệt phải biết gây hứng thú học tập học sinh, khêu gợi phát huy lực nhận thức, t duy, óc sáng tạo học sinh Đối với học sinh, học không đợc ôm đồm, tránh dẫn đến tợng biết nhng biết sơ sơ, hời hợt, không chất mà phải học theo hớng chất- trọng t©m - mÊu chèt (häc mét biÕt mêi) Cã nh đạt kết cao mà không cần tốn nhiều công sức thời gian quan trọng không gây áp lực, tâm lý nặng nề cho học sinh Một vấn đề quan trọng chơng trình Hoá học phổ thông phản ứng oxi hoá - khử đợc khai thác áp dụng giảng dạy cho học sinh theo tinh thần thu đợc thành công đáng kể Vì vậy, thực xin giới thiệu đề tài Những vấn đề trọng tâm phản ứng oxi hóa - khử chơng trình THPT ®Ĩ cã c¬ héi häc hái, trao ®ỉi kinh nghiƯm với đồng nghiệp Tuy cố gắng nhng khó tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, mong nhận đợc góp ý, trao đổi -2- quí thầy cô độc giả quan tâm đề tài có đợc chất lợng tốt Tôi xin chân thành cảm ơn! II Tình trạng thực tế cha thực hiện: Tình trạng thực tế: * Nh trình bày trên, nhiều năm gần có nhiều cố gắng phía lãnh đạo Bộ, Sở, trờng THPT phía GV nhng thực tế cho thấy việc đổi phơng pháp dạy học trờng phổ thông chậm chạp, cha đồng bộ, hiệu cha cao, tồn phơng pháp dạy học lạc hậu, phát huy tính tự giác, lực sáng tạo học sinh, dẫn đến học sinh học cách thụ động, không tự giác, hứng thú đặc biệt chọn cho phơng pháp học phù hợp, hiệu * Học sinh trờng THPT Chúc Động chủ yếu em gia đình nông dân, em thờng có khó khăn hạn chế sau: - Ngoài thời gian học lớp, nhà em thờng phải lao động giúp gia đình Vì vậy, ảnh hởng lớn đến sức khoẻ thời gian học, thời gian nghỉ ngơi em - Các kĩ tự phân loại, kĩ lĩnh hội kiến thức, phân bố thời gian họccủa em yếu - Sự quan tâm chăm sóc, động viện, giúp đỡ gia đình để em có đợc tâm lí tốt học cha nhiều Dẫn đến nhiều em có t tởng không ổn định, xác định mục đích học tập cha rõ ràng Số liệu điều tra trớc thực hiện: - Gần nh 100% học sinh vào lớp 10 lúng túng việc hoà nhập với môi trờng học tập mới, cha tự lựa chọn cho phơng pháp học tập phù hợp - Hơn 80% học sinh cha biết tự hệ thống hoá phân loại kiến thức học để từ ôn luyện hiệu - 80% học sinh khả trình bày lời giải câu hỏi tập cách logic, chặt chẽ - Khi có phơng pháp kĩ vận dụng em chậm, máy móc, cha sáng tạo -3- - Kỹ tìm hiểu, đào sâu kiến thức em yếu III Phạm vi, đối tợng thời gian thực đề tài Phạm vi, đối tợng thực hiện: - Về kiến thức: Đề tài đợc thực phạm vi vấn đề trọng tâm liên quan đến phản ứng oxi hoá - khử thuộc chơng trình phổ thông (Lớp 10, 11, 12) Mức độ kiến thức từ đến nâng cao - Về đối tợng học sinh: Đề tài đợc áp dụng giảng dạy cho nhiều đối tợng học sinh: Học sinh đại trà, học sinh ôn thi Tốt nghiệp, Đại học, Cao đẳng, bồi dỡng học sinh giỏi Thời gian thực đề tài: Từ năm 2007 đến năm 2010 Phần thứ hai: Nội dung A Cơ sở lý luận để đề xuất sáng kiến kinh nghiệm Cơ sở khoa học: Phản ứng oxi hoá - khư cã vai trß thùc tiƠn rÊt lín sù biến đổi tự nhiên, khoa học kỹ thuật, sản xuất, sinh hoạt nh nghiên cứu Bởi vì: Thứ nhất, loại phản ứng hoá học phổ biến tự nhiên nh hô hấp, cháy, thối rữa, gỉ Thứ hai, phản ứng hoá học có tầm quan trọng sản xuất đời sống Trong đời sống, phần lớn lợng ta dùng lợng phản ứng oxi hoá - khử Sự cháy xăng dầu động đốt trong, cháy than, củi, trình điện phân, phản ứng xảy pin, ắc quyđều trình oxi hoá - khử Trong sản xuất, nhiều phản ứng oxi hoá - khử sở trình sản xuất hoá học nh luyện gang, thép, luyện nhôm, sản xuất hoá chất nh xút, axit clohidric, axit nitric, axit sunfuric, sản xuất phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, dợc phẩm, -4- Thứ ba, suốt chơng trình học phổ thông chất có phản ứng hoá học, trình liên quan đến phản ứng oxi hoá - khử Cơ sở lý luận: Dạy học Hoá học nói riêng, môn học khác chơng trình phổ thông nói chung không dạy học sinh kiến thức, nhân cách ngời mà phải hình thành, phát triển cho em phẩm chất, kỹ cần thiết nh quan sát, lập luận, suy luận, phán đoán, phân tích, tổng hợp, kỹ thực hành, nghiên cứu, Nội dung đề tài tập trung chủ yến vào việc rèn luyện phẩm chất, kỹ thông qua vấn đề trọng tâm phản ứng oxi hoá - khử Vì vai trò quan trọng phản ứng oxi hoá - khử nên đề thi học kỳ, HSG, tốt nhiệp THPT, ĐH, CĐ, THCN,đều thiếu vấn đề có liên quan đến phản ứng oxi ho¸ - khư B Néi dung néi dung thĨ sáng kiến kinh nghiệm I Những vấn đề trọng tâm phản ứng oxi hoá - khử I.1 Số oxi hoá: Để dễ dàng hiểu vấn đề cách ngắn gọn nhng bao quát giúp giải vấn đề thiết lập phản ứng oxi hóa khử ta cần hiểu sử dụng khái niệm số oxi hóa (mức oxi hoá, trạng thái oxi hoá) quy tắc xác định số oxi hoá nguyên tè ho¸ häc I.1.1 Kh¸i niƯm: Sè oxi ho¸ cđa nguyên tố phân tử điện tích nguyên tử nguyên tố phân tử, giả định liên kết nguyên tử phân tử liên kết ion (cặp e chung chuyển hẳn phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn) VD: Na+Cl- Số oxi hoá Na +1, Cl -1 Giả -1 H : Cl định H +Cl- Số oxi hoá hidro +1, clo (không có thật) -5- Cách viết số oxi hoá: Số oxi hoá đợc viết chữ số thờng, dấu đặt phía trớc đợc đặt kí hiệu nguyên tố VD: Số oxi hoá nguyên tố NaCl số oxi hoá nguyên tố HCl đợc viết: +1 -1 +1 -1 NaCl HCl I.1.2 Quy tắc xác định số oxi hoá - Quy tắc 1: Số oxi hoá nguyên tố đơn chất không VD: Số oxi hoá nguyên tố hidro, clo, nhôm, natri đơn chất H2, Cl2, Al, Na không (0) - Quy tắc 2: Số oxi hoá ion đơn nguyên tử ®iƯn tÝch cđa ion ®ã Trong ion ®a nguyªn tư, tổng số oxi hoá nguyên tố điện tÝch cña ion VD: Trong ion OH- cã sè oxi hoá H = +1, O = -2 (+1) + (2) = 1- (®iƯn tÝch cđa ion) - Quy tắc 3: Trong hầu hết hợp chất, số oxi ho¸ cđa hidro b»ng +1 (trõ mét sè trêng hợp nh hidrua kim loại (nh NaH-1, CaH21 .) Số oxi Hỵp chÊt ion b»ng - (trõ O+2F2, peoxit Na2O2-1)Số kim loại Nguyê n tố Natri Clo Magie Oxi Nh«m Oxi Na+ClMg O 2+ 2- Al23+O32- +1, nhãm IIA Sè oxi ho¸ +1 -1 +2 -2 +3 -2 hoá trờng (nh oxi oxi hợp H2O2-1, hoá nhãm IA b»ng b»ng +2 vµ nhãm IIIA b»ng +3 - Quy tắc 4: Trong phân tử, tổng số số oxi hoá nguyên tố không VD: Tổng số oxi hoá natri clo NaCl là: (+1) + (-1) = -6- I.2 Phản ứng oxi hoá - khử I.2.1 Các định nghĩa: + Chất khử chất nhường electron, hay chÊt khư lµ chất có số oxi hoá tăng + Cht oxi hoỏ chất nhận electron, hay chÊt oxi hãa lµ chÊt có số oxi hoá giảm + S kh (quỏ trỡnh kh) l quỏ trỡnh thu electron (quỏ trỡnh làm giảm sè oxi ho¸ cđa chÊt oxi ho¸) nhêng + Sự oxi hố (q trình oxi hố) q trình electron (quá trình làm tăng số oxi hoá chất khử) + Phản ứng oxi ho¸ - khư phản ứng hoá học ú, có chuyển e chất phản ứng, hay Phn ngoxi hoá - khử l phn ng hoá học ú, có thay đổi số oxi hoá số nguyên tố VD: tăng ho¸ 0 2Mg + chÊt O2 chÊt khư oxh Mg0 - 2e  -2x2e sè oxi  +2 -2 2MgO (1) +2x2e giảm số oxi hoá Mg2+: oxi ho¸ O20 + 2x2e  2O2-: sù khư +3 2Al -2 tăng hoá chất khử+ oxh (2) Al0 - 3e  Fe+3 + 3e  0 H2 H20  Fe2O3 chÊt +3 -2  Al2O3 + 2Fe +2x3e giảm số oxi hoá Al3+: oxi hoá Fe0: oxi hoá tăng hoá -2x1e số oxi chất khử + chÊt oxh -2x3e sè oxi Cl2  +1 -1 2HCl (3) +2x1e giảm số oxi hoá 2H+1 + 2x1e : sù oxi ho¸ Cl20 + 2x1e  2Cl-1 : khử Trong phản ứng (1), đơn chất Mg nhờng e để trở thành Mg2+ (số oxi hoá tăng từ +2), Mg0 chất khử Đơn chất O20 -7- nhận e để trở thành O2- (số oxi hoá giảm từ -2), O 20 chất oxi hoá Trong phản ứng (2), đơn chất Al nhờng e để trở thành Al3+ (số oxi hoá tăng từ +3), Al0 chất khử Ion Fe3+ Fe2O3 nhận e để trở thành Fe0 (số oxi hoá giảm từ +3 0), Fe 3+ (trong Fe2O3) chất oxi hoá Trong phản ứng (3), hình thành phân tử HCl, nguyên tử H nguyên tử Cl góp 1e để hình thành cặp e chung, HCl cặp e chung lệch phía nguyên tử Cl clo có độ âm điện lớn Do đó, phản ứng (3) cho- nhận e, mà chuyển e kéo theo thay đổi số oxi hoá Khi ta nói: H20 có số oxi hoá tăng từ đến +1, H 20 chất khử, Cl20 có số oxi hoá giảm từ đến -1, Cl 20 chất oxi hoá I.2.2 Phân loại phản ứng oxi hoá - khử a Phản ứng oxi hoá - khử đơn giản: Là phản ứng oxi hoá khử có chất oxi hoá chất khử riêng biệt: VD: Na0 + Cl20  2Na+1Cl-1 Zn0 + 2H+1Cl  Zn+2Cl2 + H20 b Phản ứng oxi hoá - khử nội phân tử: phản ứng oxi hoá - khử tác nhân oxi hoá khử nguyên tố khác nhng nằm phân tử VD: 2KCl+5O-23 = 2KCl-1 + 3O20 c Ph¶n øng tù oxi hoá - khử phản ứng oxi hoá - khử tác nhân oxi hoá khử nguyên tố nằm phân tử VD: Cl20 + 2NaOH = NaCl-1 + NaCl+1O + H2O N-3H4N+3O2 N20 = + 2H2O d Phản ứng oxi hoá - khử phức tạp: - Phản ứng oxi hoá - khử chất khử, chất oxi hoá có chất tạo môi trờng VD: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + 8H2O -8-  5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + - Phản ứng oxi hoá - khử có nhiều tác nhân khử nằm phân tử VD: 4Fe+2S2-1 + 11O20 8S+4O2-2  + 2Fe2+3O3-2 - Ph¶n øng oxi hoá - khử có nguyên tố tăng hay giảm số oxi hoá theo nhiều nấc VD: Mg0 + H2 O + HN +5O3 Mg+2(NO3)2  N+2O + + N+1O2 - Phản ứng oxi hoá - khử có hƯ sè b»ng ch÷ VD: (5x-2y)Fe3O4 + (46x-18y)HNO3 (23x-9y)H2O  3(5x-2y)Fe(NO3)3 + NxOy + CuFeS2+ xFe2(SO4)3 + yO2 + xH2O = CuSO4 + (2x+1) FeSO4 + xH2SO4 - Ph¶n øng oxi hoá - khử có chất hữu tham gia VD: RCHO + 2AgNO3 2NH4NO3 + 2Ag + 3NH3 + H2O RCOONH4 + - Phản ứng không xác định râ m«i trêng VD: 5K2SO3 + 3H2O + 2KMnO + 6KHSO4 9K2SO4 + 2MnSO4 I.2.3 Các phơng pháp cân phản ứng oxi hoá - khử a Phơng pháp thăng electron * Nguyên tắc: Tổng số e chÊt khư cho = tỉng sè e chÊt oxi hoá nhận * Phơng pháp chung: Tiến hành theo bớc sau Bớc 1: Viết chất tham gia chất tạo thành, xác định số oxi hoá nguyên tử thay đổi số oxi hoá, từ xác định chất oxi hoá, chất khử Bớc 2: Viết trình oxi hoá, trình khử cân trình (đồng thời tuân theo định luật bảo toàn khối lợng quy tắc bảo toàn điện tích) Bớc 3: Tìm hệ số cho chất oxi hoá chÊt khư, cho tỉng sè e chÊt khư cho = tỉng sè e chÊt oxi ho¸ nhËn -9- Bíc 4: Đặt hệ số chất oxi hoá chất khử vào phơng trình phản ứng Sau cân nguyên tố không thay đổi số oxi hoá kiểm tra hoàn thiện phơng trình phản ứng VD: Mg0 + H2S+6O4 (đặc) chất khử Mg+2SO4 + S0 + H2O chÊt oxh 3x Mg  1x S+6 + 6e Mg+2 + 2e  3Mg + 4H2SO4 S0 3MgSO4 + S + 4H2O b Phơng pháp thăng số oxi hoá * Nguyên tắc: Tổng số oxi hoá chất khử tăng = Tổng số oxi hoá chất oxi hoá giảm * Phơng pháp: Quá trình đợc tiến hành theo c¸c bíc sau: Bíc 1: ViÕt chÊt tham gia chất tạo thành, xác định số oxi hoá nguyên tử thay đổi số oxi hoá, từ xác định chất oxi hoá, chất khử Bớc 2: Viết sơ đồ biểu diễn tăng số oxi hoá chất khử (quá trình oxi hoá) giảm số oxi hoá chất oxi hoá (quá trình khử) Với trình cần đảm bảo tuân theo ĐL bảo toàn khối lợng Bớc 3: Tìm hệ số cho chất oxi hoá chất khử, cho tổng số oxi hoá chất khử tăng = tổng số oxi hoá chất oxi hoá giảm Bớc 4: Đặt hệ số chất oxi hoá chất khử vào phơng trình phản ứng Sau cân nguyên tố không thay đổi số oxi hoá kiểm tra hoàn thiện phơng trình phản ứng t0 +5 đ VD: Fe + HN O3 Fe+3(NO3) + H2O + N+4O2 1x Fe0 3-0=3 - = 3x N+5 Fe + 6HNO3 ® t Fe+3 N+4 Fe(NO3)3 + H2O + 3NO2 c Phơng pháp thăng Ion - electron Phơng pháp đợc áp dụng cân phản ứng oxi hoá khử xảy dung dịch -10- mạnh N2 nhiều Đó liên kết Cl - Cl bền liên kết N N II.3 Vấn đề 3: Điều kiện xảy phản ứng oxi hoá khử thứ tự xảy phản ứng hỗn hợp chất oxi hoá - khử Câu hỏi 6: Có phải có chất oxi hoá chất khử phản ứng oxi hoá - khử xảy hay không? Hay điều kiện để phản ứng oxi hoá - khử xẩy gì? Để trả lời câu hỏi trớc tiên tìm hiểu số khái niệm sau: * Cặp oxi hoá - khử liên hợp Ví dụ: Ta có bán ph¶n øng: Ag+ + 1e  Ag0 Cu2+ + 2e  Cu0 Fe3+ + 1e  Fe2+ Fe2+ + 2e Fe0 Cl20 + 2e 2ClTrong bán phản ứng trên, phân tử, ion bên trái đợc gọi dạng oxi hoá phân tử ion bên phải đợc gọi dạng khử Một cặp gồm dạng oxi hoá/dạng khử chất bán phản ứng nh đợc gọi cặp oxi hoá - khử liên hợp Nh ta có cặp oxi hoá - khử liên hợp là: Ag+/Ag0; Cu2+/Cu0; Fe3+/Fe2+; Cl20/2ClTrong cặp oxi hoá - khử dạng oxi hoá mạnh dạng khử yếu ngợc lại, dạng oxi hoá yếu dạng khử mạnh Vận dụng đặc điểm ta giải thích nhiều tợng thực tế nh: + Ta điều chế HCl cách cho NaCl tác dụng với H 2SO4 đặc, đun nóng nhng không nên cho NaI tác dụng với H 2SO4 đặc, đun nóng để điều chế HI Đó Cl chất oxi hoá mạnh I2 nên tính khử Cl- yếu I- nên HCl sinh khó bị oxi hoá H2SO4 đặc HI dễ bị oxi hoá H2SO4 đặc -20- + Kim loại kiềm có tính khử mạnh nên cation chúng có tính oxi hoá yếu Do ta điều chế kim loại kiềm phơng pháp thông thờng mà phải điện phân nóng chảy muối hidroxit chúng * Dãy điện hoá kim loại: Dãy điện hoá kim loại dãy cặp oxi hoá - khử kim loại đợc xếp theo thứ tự tăng dần tính oxi hoá dạng oxi hoá giảm dần tính khử dạng khử (các dung dịch có nồng độ 1M, khí có p = 1atm) Sau dãy điện hoá số kim loại đại diện: Chiều tăng tính oxi hoá dạng oxi hoá Li+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ 2H+ Cu2+ Fe3+ Hg+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Ca Na Ag Hg Pt Au Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb 2H Cu Fe2+ Hg Chiều giảm tính khử dạng khử * So sánh tính chất cặp oxi hoá - khử liên hợp Với thứ tự ta so sánh tính oxi hoá dạng oxi hoá tính khử dạng khử cặp oxi hoá bất kì: Ví dụ: Xét cặp oxi hoá khử Fe 2+/Fe0 Cu2+/Cu0 Dựa theo dãy điện hoá ta thÊy tÝnh oxi ho¸ cđa Cu 2+ > Fe2+ tính khử Cu0 < Fe0 * Điều kiện để phản ứng oxi hoá - khử xảy Giữa hai cặp oxi hoá - khử xảy phản ứng theo chiều chất oxi hoá mạnh oxi hoá chất khử mạnh sinh chất oxi hoá yếu chất khử yếu Vận dụng điều kiện xảy phản ứng oxi hoá - khử ta giải nhiều vấn đề nh xác định chiều phản ứng cặp oxi hoá - khử, xét thứ tự xảy phản ứng nhiều chất oxi hoá khử Ví dụ 1: Xét chiều phản ứng cặp oxi hoá khử Fe 2+/Fe0 Cu2+/Cu0 Theo kết so sánh ta thấy phản ứng cã thĨ x¶y theo chiỊu: Cu2+ + Fe0  Fe2+ + Cu0 -21- xảy theo chiều: Cu0 + Fe2+ Fe0 + Cu2+ Điều phï hỵp víi thùc tÕ, ta nhóng kim loại Fe vào dung dịch CuSO4 thấy sắt bị tan, đồng thời có kim loại Cu đợc tạo ra, nhng ta nhúng kim loại Cu vào dung dịch Fe2+ không thấy có dấu hiệu xảy phản ứng Ví dụ 2: Cho bột kẽm vào dung dịch hỗn hợp chứa cation Cu 2+ Ag+ thứ tự phản ứng xảy là: Zn0 + 2Ag+  Zn2+ + 2Ag0 Zn0 + Cu2+  Zn2+ + Cu0 Bởi tính oxi hoá: Ag+ > Cu2+ > Zn2+ vµ tÝnh khư : Ag0 < Cu0 < Zn0 VÝ dơ 3: T¹i kim lo¹i Cu không tan dung dịch FeSO nhng lại tan dung dịch Fe2(SO4)3? Để trả lời câu hỏi ta dựa vào dãy điện hoá Theo ta thấy tính oxi hoá dạng oxi hoá tính khử dạng khử biÕn ®ỉi nh sau: Fe2+ < Cu2+ < Fe3+ Fe0 Fe2+ > Cu0 > Nh vËy, Cu0 tan dung dịch Fe 3+ theo phơng trình phản ứng: Cu0 + 2Fe3+ Cu2+ + 2Fe2+ có phản øng: Cu0 + Fe2+  Cu2+ + 2Fe0 II.4 VÊn đề 4: Một số lu ý cân phản ứng oxi hóa - khử phức tạp phơng pháp thăng electron a Đối với phản ứng oxi hoá - khử có nhiều trình khử nhiều trình oxi hoá với tỉ lệ bắt buộc: Ví dô 1: Fe+2S2-1 + O2 > Fe+32O3-2 + S+4O-22 Có trình oxi hoá: Fe2+ -> Fe3+ + 1e 2S-1 -> 4x FeS2 > 2S+4 + 10e -22- Fe+3 + 2S+4 + 11e 11x O20 + 4e > 2O2- 4Fe+2S2-1 + 11O2 > 2Fe+32O3-2 + 8S+4O-22 Chó ý Tû lƯ nFe 2  nS  lµ tỷ lệ bắt buộc Fe2+ S-1 chất khử chúng thuộc phân tử FeS2 VÝ dô 2: Mg + HNO3 H2O Mg(NO 3)2 + NO + NO + BiÕt tØ khèi h¬i cđa hỗn hợp NO , NO2 so với H2 17 Ta cã: => nNOx30 + nNO2x46 nNO nNO2 = 17 x = 34 nNO + nNO2 = 3x N+5 + 3e > VËy cã trình khử: 1x N+5 + 1e > 5Mg + N+4 (NO2) 4N+5 + 10e -> Mg0 > 14HNO3 N+2 (NO) 3NO + NO2 Mg2+ + 2e 5Mg(NO3)2 + 3NO + NO2 + 7H2O Víi tû lƯ: nN+2 nN+4 = nNO nNO2 = tỷ kệ bắt buộc Lu ý: - Ta cân phơng trình phản ứng (mét sinh NO, mét sinh NO2) sau ®ã nhân hai phơng trình với hệ số theo tỷ lệ mol chất NO: NO cho, cộng hai phơng trình lại ta đợc phơng trình hoá học nh - Trong trờng hợp tỷ lệ sản phẩm trình khử (hoặc oxi hóa) ta phải nhân hai phơng trình với hệ số chữ (có giá trị dơng) trớc cộng phơng trình lại với Ví dô: H2O Al + HNO3 Al(NO 3)3 + NO + NO + Ta tách thành phơng trình phản ứng, sau cân phơng trình phản ứng ta đợc: -23- Và Al + 4HNO3 > Al(NO3)3 + NO + Al + 6HNO3 > Al(NO3)3 + 3NO2 2H2O (1) 3H2O (2) + Nh©n (1) với a, (2) với b sau cộng lại ta ®ỵc: (a+b) Al + (4a+6b)HNO3 > (a+b) Al(NO3)3 3bNO2 + (2a+3b)H2O + aNO + Nh vËy, ph¶n ứng này: + Vì đầu không cho giả thiết xác định tỷ lệ NO NO nên hệ số cân đặt tổng quát dạng chữ + Vì hệ số cân dơng, cần có điều kiện cho hƯ sè c©n b»ng: a > 0, b > + Vì khoảng xác định hệ số lớn nên có vô số phơng trình phản ứng với hệ số cân khác Chẳng hạn: * Khi a = 1, b = có phơng trình hoá học: Al 5H2O + 10HNO3 > Al(NO3)3 + NO + 3NO + * Khi a = 2, b = có phơng trình hoá học: 3Al + 14HNO3 -> 3Al(NO3)3 + 2NO + 3NO2 + 7H2O b Trong trờng hợp phản ứng có nhiều chất oxi hóa (chất khử) mà chất oxi hóa (chất khử) nằm phân tử khác nhau, trình tính tổng số e cho (nhận) ta phải nhân hệ số chất khử (hoặc chất oxi hãa) VÝ dô: Cu+2 Fe+2S-22 + Fe+32(SO4)3 + O02 Fe+2SO4 + H2SO4 2S-2 -> S+6 + H 2O Cu +2SO4 + + 16e x 2Fe+3 + 2e -> 2Fe+2 y O2 + 4e -> 2O-2 V× tỉng sè e cho b»ng tỉng sè e nhËn nªn: 16 = 2x + 4y  = x + 2y -24- CuFeS2 + xFe2(SO4)3 + yO2 + xH2O -> CuSO4 + (2x+1)FeSO4 + xH2SO4 Chó ý: V×: = x + 2y => > x > 0; > y > Nh vËy, chØ cã phơng trình mà ẩn số nên có vô số nghiệm hay có vô số phơng trình phản ứng với hệ số khác Chẳng hạn: + Cho x = y = ta đợc: CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 + 6O2 + 2H2O -> CuSO4 + 5FeSO4 + 2H2SO4 + Cho x = th× y = 2, ta đợc: CuFeS2 + 4Fe2(SO4)3 + 2O2 + 4H2O -> CuSO4 + 9FeSO4 + 4H2SO4 c Trờng hợp phản ứng oxi hoá - khử cân có hệ số chữ bắt buộc: VD: FexOy + HNO3 (3x-2y) N+5 + xFe+2y/x Fe(NO3)3 3e -> + NO + H2O N+2 xFe3+ + (3x-2y)e > 3FexOy + (12x-2y)HNO3 > 3x Fe(NO3)3 + (3x - 2y)NO + (6x - y)H2O Nh vậy, hệ số chữ công thức tổng quát Fe xOy d Trong nhiều trờng hợp phải cân phơng trình phản ứng dạng ion rút gọn: VD: Cho phản ứng: t0 FeS + HNO3 (đ) NO2 + Biết S-2 bị oxi hoá thành S+6 Nh vậy, ta viết phơng trình phản ứng dới dạng: FeS + H+ + NO3- NO2 + SO42- + Fe3+ + H2O FeS S+6 + Fe3+ + 9e N+5 + 1e N+4 FeS 5H2O (*) + 9NO3- + 10H+ > SO42- + 9NO2 + Fe3+ + Tõ (*) ta cã thÓ viÕt nhiều dạng phơng trình phân tử khác nhau: FeS + 12HNO 3(®) -> Fe(NO3)3 + 9NO2 H2SO4 -25- + H 2O + 3FeS + Fe(NO3)3 30HNO3 -> Fe2(SO4)3 + 27NO2 + 15H2O + … e Ph¶n øng oxi hoá - khử chất oxi hoá (hoặc chất khử) chất hữu cơ: Tuỳ trờng hợp thĨ ta nªn sư dơng sè oxi hãa trung bình cacbon hợp chất sử dụng sè oxi hãa cđa nguyªn tư cacbon cã sù thay ®ỉi sè oxi hãa hỵp chÊt ®ã VD 1: 3[CnH2n]0 + 2KMn+7O4 + 4H2O  3[CnH2n]+2[+2O2]-2 2Mn+4O2 + 2KOH + Có thể sử dụng số oxi hoá trung bình cđa n nguyªn tư C nh sau: [CnH2n]0  [CnH2n]+2 + 2e + 3e  Mn+4 Mn+7 +1 VD2: CH3CHO + +3 O2 CH3COOH Trong trêng hỵp ta nên sử dụng số oxi hoá nguyên tử C nhóm chức -CHO -COOH C+1 -> O20 + 4e 2CH3CHO + C+3 + 2e -> 2O-2 O2 2CH3COOH II.5 Vấn đề ăn mòn kim loại Câu hỏi 7: Bản chất ăn mòn kim loại gì? Trong ăn mòn điện hoá dựa vào đâu để xác định cực âm, cực dơng kim loại (cực) bị ăn mòn? Theo định nghĩa ăn mòn kim loại, ăn mòn hoá học, ăn, mòn điện hoá chất ăn mòn kim loại phản ứng oxi hoá - khử kim loại bị oxi hoá Trong ăn mòn điện hoá có kèm theo việc sinh dòng điện Quá trình oxi hoá xảy cực âm (kim loại bị oxi hoá - bị phá huỷ) trình khử xảy cực dơng Một điều -26- kiện để xảy ăn mòn hoá học điện cực phải khác chất Các điện cực là: Kim loại (mạnh hơn) - Kim loại Kim loại - Phi kim Kim loại - Hợp chất hoá học (cực âm) (cực dơng) Nh vậy, điện cực phía bên phải (theo trên) phải cực âm (do chúng có tính khử mạnh - dựa theo dãy điện hoá) kim loại bị phá huỷ theo sơ đồ: M0 Mn+ + ne Cũng vận dụng quy tắc phản ứng oxi hoá khử, chất ăn mòn điện hoá mà ngời ta sử dụng biện pháp gắn miếng kim loại kẽm vào vỏ tàu biển để chống việc phá huỷ vỏ tàu biển Khi xảy ăn mòn kim loại, nhng kim loại bị phá huỷ lại Zn Fe (vỏ tàu biển) Zn kim loại có tính khử mạnh Fe II.6 Vấn đề 6: Điện phân Câu hỏi 8: Bản chất trình điện phân gì? Tại điện phân chất lại bị điện phân theo tự, dựa vào đâu để xác định thứ tự đó? Bản chất trình điện phân phản ứng oxi hoá khử xảy bề mặt điện cực, dới tác dụng dòng điện chiều cực âm xảy trình khử chất oxi hoá (Oxh) cực dơng xảy trình oxi hoá chất khử (Kh) Cực ©m (catot): Oxh Cùc d¬ng (anot): Kh + ne  Kh (liên hợp) Oxh + ne (liên hợp) Do đó, chất Oxh bị khử cực âm chất Kh bị oxi hoá cực dơng phải tuân theo quy tắc phản ứng oxi hoá - khử, nghĩa theo thứ tự định Nguyên tắc chung chất oxi hoá mạnh bị khử trớc, chất khử mạnh bị oxi hoá trớc Nh vậy, để biết đợc chất tham gia điện phân trớc ta phải so s¸nh tÝnh oxi ho¸, khư cđa c¸c chÊt -27- VËn dụng sở lí thuyết ta có thứ tự nhận e ion dơng kim loại, ion H+ axit (nếu có) cực âm thứ tù nhêng e cđa c¸c anion gèc axit, ion OH - cực dơng điện phân dung dịch axit, bazơ, muối là: + catot (cực âm): Thứ tù nhËn e cđa mét sè ion lµ: Au3+, Pt2+, Hg2+, Ag+, Hg+, Fe3+, Cu2+, H+(cña H2O), Pb2+, Sn2+, Ni2+, Fe2+, Cr3+, Zn2+, Mn2+, H+ (cña axit) + ë anot (cùc d¬ng): Thø tù nhêng e cđa mét sè ion là: S2-, I-, Br-, Cl-, OH- (của bazơ), OH- (của H2O) Từ đây, dễ dàng hiểu rằng, ion kim loại mạnh từ Li+ đến Al3+ không bị điện phân dung dịch Do để điều chế kim loại mạnh (từ Li đến Al) ngời ta phải dùng phơng pháp điện phân nóng chảy muối hidroxit oxit chúng II.7 Vấn đề 7: Vận dụng quy tắc bảo toàn e để giải toán hoá có phản ứng oxi hoá - khử Đối với toán có liên quan đến phơng trình phản ứng oxi hoá - khử phức tạp, hay hỗn hợp nhiều chất oxi hoá - khử phản ứng với nhau, hay phản ứng oxi hoá - khử xảy liên tiếp, nhiều giai đoạn hay xác định rõ chất phản ứng, viết xác phơng trình phản ứng , giải theo phơng pháp đại số thông thờng ta phải đặt nhiều ẩn, lập nhiều phơng trình đại số phức tạp, chí giải đợc thiếu phơng trình đại số Để khắc phục yếu tố ta vËn dơng quy t¾c tỉng sè mol e chÊt khư cho = tỉng sè mol e chÊt oxi hóa nhận việc giải toán Khi ta có lời giải ngắn gọn, dễ hiểu, không cần viết phơng trình phản ứng (một công việc phức tạp nhiều thời gian) Điều đặc biệt có ý nghĩa lớn việc đáp ứng yêu cầu giải nhanh làm thi, kiểm tra trắc nghiệm nh Sau số dạng toán ví dụ: * Bài toán 1: Trộn 60 gam bột sắt với 30 gam bột lu huỳnh đun nóng (không có không khí), phản ứng xong thu đợc chất rắn A Hoà tan hoàn toàn A dung dịch HCl d, đợc dung -28- dịch B khí C Đốt cháy hoàn toàn C cần V lít khí oxi (đktc) Tính V, biết hiệu suất phản ứng 100% Hớng dẫn giải: Với toán ta giải phơng pháp đại số thông thờng ta phải viết phơng trình phản ứng: Fe + S FeS FeS + 2HCl  FeCl2 + H2S Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 2H2S + 2H2 3O2 + O2 2H2O + 2SO2 2H2O Từ số mol cho: nFe = 60/56 (mol) vµ nS = 30/32 (mol), kết hợp với phơng trình phản ứng ta tính đợc thể tích O2 (đktc) cần dùng Nh vậy, ta phải nhiều thời gian để viết phơng trình phản ứng tính toán qua nhiều phơng trình phản ứng dễ nhầm lẫn Để khắc phục điều ta giải toán theo phơng pháp bảo toàn mol e nh sau: So ánh sè mol Fe vµ sè mol S ta thÊy Fe d S hết Khí C hỗn hợp H2 H2S Đốt khí C thu đợc SO2 H2O Nh vËy cuèi cïng Fe vµ S nhêng e thµnh Fe2+ S+4, O2 nhận e thành O-2, H+(trong HCl) nhận e thành H20 nhng sau H20 lại nhờng e thành H+(H2O) (tổng số e nhận nhờng trình nh nhau) coi hidro không thay đổi số oxi hoá trình phản ứng Vì vậy, ta có phơng trình sau: Fe0 Fe2+ + 60 mol 56 S0 2e 2x S+4 +  30 mol 32 4e 4x VËy tỉng sè e nhêng lµ: 2x O20  + x mol 4e 30 mol 32 60 30 mol + 4x mol 56 32 (1) 2O-2 4x mol VËy tỉng sè e nhËn lµ 4x mol Tõ (1) vµ (2) ta cã: 60 mol 56 2x (2) 60 30 mol + 4x mol 56 32 1,47 mol -29- = 4x => x = => V = 22,4x1,47 = 32,928 (lít) * Bài toán 2: Oxi hoá hoàn toàn 2,184 g bột Fe oxi ta thu đợc 3,048 g hỗn hợp A gồm oxit sắt Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp A dung dịch HNO3 loãng d thÊy bay V lÝt khÝ NO nhÊt (®ktc) TÝnh V? Híng dÉn gi¶i: Ta cã: nFe = 2,184/56 = 0,039 mol, nO2 = (3,048 - 2,184)/32 = 0,027 mol Các phơng trình phản ứng xảy ra: 2Fe + O2  4Fe + 3O2  2Fe2O3 3Fe + 2O2  Fe3O4 3FeO + 3Fe3O4 2FeO 10HNO3 + 3Fe(NO3)3 + NO +  28HNO3  9Fe(NO3)3 + 5H2O NO + 14H2O Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO3)3 + 3H2O  Ta nhận thấy, cuối Fe0 bị oxi hoá thành Fe3+ O20 N+5 bị khử thành O-2 N+2 Tõ ®ã ta cã: Fe0  Fe3+ + 3e 0,039 - 3x0,039 (mol) O20 + 4e  2O-2 0,027 - 4x0,027 (mol) N+5 + 3e  3a Theo quy tắc bảo toàn e ta có: N+2 a (mol) 3x0,039 = 4x0,027 + 3a => a = 0,003 mol => V = 0,003x22,4 = 0,0672 lÝt * Bµi toán 3: Hoà tan hoàn toàn 16,2 gam kim loại M (cha biết hóa trị) dung dịch HNO loãng, thu đợc 5,6 lít (ở đktc) hỗn hợp khÝ A gåm N vµ NO M lµ kim loại sau đây? Biết hỗn hợp A nặng 7,2 gam A) Al B) Cu C) Fe Híng dÉn gi¶i: Ta cã: nM = 16,2/M (mol) -30- D) Zn Gọi số mol N2 NO lần lợt x vµ y, ta cã 28x + 30y = 7,2 x = 0,15 x + y => = 0,25 y = 0,1 Theo đầu kim loại M nhờng e: M0  Mn+ + ne 16,2/M 16,2n/M +5 N nhËn e: 2N+5 + 10e  N 20 10x0,15 0,15 +5 N + 3e  N+2 3x0,1 0,1 Theo quy tắc bảo toµn e ta cã: 16,2n/M = 10x0,15 + 3x0,1 => M = 9n, chØ cã n = vµ M = 27 phù hợp Vậy kim loại M Al - Đáp án A * Bài toán 4: Cho 2a gam hỗn hợp X gồm Mg Zn Chia X thành phần Hòa tan hoàn toàn phần dung dịch HCl d, thu đợc 4,48 lít H2 (đktc) Mặt khác, hòa tan hoàn toàn phần dung dịch HNO3 d thu đợc dung dịch Y (không chứa muối NH4NO3) V lít khí N2 (ở đktc) Vậy V nhận giá trị sau đây? A 8,960 B 0,986 C 0,896 D 0,689 Hớng dẫn giải: Phần 1: nH2 = 4,48/22,4 = 0,2 mol Gäi sè mol cđa Mg vµ Zn lần lợt x y Mg Zn nhờng e: Mg0 Mg2+ + 2e  x - 2x (mol) Zn0 Zn2+  + 2e y 2y (mol) H+ nhËn e: 2H+ + 2e H2  2.0,2 - 0,2 (mol) Theo quy tắc bảo toàn e ta có: 2x + 2y = 0,2.2 Phần 2: Mg Zn nhờng e: Mg0 Mg2+ + 2e x - 2x (mol) Zn0  Zn2+ + 2e y 2y (mol) N+5 nhËn e: 2N+5 + 10e  N20 10a - a (mol) -31- Theo quy tắc bảo toàn e ta cã: 2x + 2y = 10a  0,2.2 = 10a => a = 0,04 mol => V = 22,4.0,04 = 0,896 lít Vậy đáp án C * Bài toán 5: Hoµ tan hoµn toµn 19,2 gam Cu g»ng dung dịch HNO3, tất lợng khí NO NO2 thoát đem oxi hoá O thành NO2 cho tác dụng với O2 H2O để chuyển hết thành HNO3 Thể tích O2 (ở đktc) tham gia trình là: A 2,24 lít B 3,36 lÝt D 0,224 lÝt E 0,336 lÝt Híng dÉn gi¶i: Ta cã: nCu = 19,2: 64 = 0,3 mol Tõ đầu đến cuối trình phản ứng ta coi N +5(HNO3) không thay đổi số oxi hoá Cu0 tăng lên Cu2+, O20 giảm O-2: Cu0 Cu2+ + 2e O20 + 4e  2O-2 0,3 2.0,3 x 4x Theo quy tắc bảo toµn e ta cã: 4x = 0,6 => x = 0,15 mol => V = 0,15.22,4 = 3,36 lít Đáp ¸n B * Bµi to¸n 6: Trén 0,81 gam bét nhôm với bột Fe 2O3 CuO đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu đợc hỗn hợp A Hoà tan hoàn toàn A dung dịch HNO đung nóng thu đợc V lít khí NO (sản phẩm khử nhất) đktc Giá trị V lµ: A 0,224 lÝt B 0,672 lÝt C 2,24 lÝt D 6,72 lÝt Híng dÉn gi¶i: Ta cã: nAl = 0,81: 27 = 0,03 mol Trong bµi nµy ta coi Fe 3+(Fe2O3) Cu2+ (CuO) không thay đổi số oxi hoá Nh có nhôm tăng số oxi hoá: Al0 Al3+ + 3e 0,3 3.0,3 (mol) N+5 giảm số oxi hoá: N+5 + 3e  N+2 3x x (mol) Theo quy tắc bảo toàn e ta có: 3x = 0,9 => x = 0,3 mol => Đáp án D -32- V = 0,3.22,4 = 6,72 lÝt III Kết thực đề tài Đề tài đợc thực nhiều năm với nhiều đối tợng học sinh nêu tổng hợp điều tra kết thực đề tài năm học 2009 - 2010 Kết điều tra cụ thể đợc thể b¶ng sau: Líp KÕt qu¶ vỊ nhËn KÕt qu¶ kỹ thức (%) (%) Tốt Khá T.Bì Yếu Tốt Khá nh T.Bì Yếu nh 11A1 55,6 36,4 48,7 33,0 18,3 0 12A9 12A1 75,7 45,8 20,1 32,8 4,2 21,4 0 62,5 40,3 29,4 32,4 8,1 22,8 4,5 12A1 39,5 37,8 22,7 35,5 35,2 26,7 2,6 12A1 40,5 39,5 20,0 36,2 32,5 31,3 5,0 * Ghi chó: - KÕt nhận thức: Là kết điều tra khả nhận dạng, phân biệt xác khái niƯm vỊ sè oxi ho¸, chÊt oxi ho¸, chÊt khư, oxi hoá, khử, phản ứng oxi hoá - khử - Kết kỹ năng: Là kết điều tra kỹ vận dụng quy tắc Luật oxi hoá, khử, quy tắc chiều phản ứng oxi hoá - khử, quy tắc bảo toàn e vào việc giải tập có liên quan đến phản ứng oxi hoá - khử Phần thứ ba: Kết luận chung đề xuất Phản ứng oxi hoá - khử mảng kiến thức quan träng v× nã cã ý nghÜa thùc tiƠn lín, kiÕn thức phủ rộng, liên quan đến nhiều chất, nhiều trình tợng hoá học Do việc tinh lọc kiến thức trọng tâm, mấu chốt tìm cách vận dụng khai thác xác, ngắn gọn mảng kiến thức mang lại hiệu lớn việc dạy học hoá học nh nâng cao kiến thức, hình thành phát triển kĩ cần thiết (nh phân tích, -33- tổng hợp, vận dụng, phán đoán) ph¸t triĨn t cho häc sinh Cã nhiỊu dạng có liên quan đến thao tác, kĩ thí nghiệm, khái niệm thí nghiệm hoá học (đây yếu tố đợc trọng việc rèn luyện kỹ nh đánh giá học sinh) Vì vậy, để học sinh hiểu rõ chất trình bày xác ngắn gọn vấn đề, ta cần cho học sinh quan sát thí nghiệm cần thiết Khi vận dụng đề tài vào giảng dạy giúp học sinh vừa tiết kiệm đợc thời gian, vừa hiệu cao học sinh không cảm thấy nặng nề mà lại hứng thú học tập Đối với học sinh em tự vận dụng phơng pháp để học tập môn khác ý kiến đề xuất, kiến nghị: - Đối với công tác quản lý: + Đối với nhà trờng: * Hàng năm cần có đổi công tác đạo, động viên, khuyến khích cán giáo viên thực viết sáng kiến kinh nghiệm * Nhà trờng cần tổ chức Hội nghị trao đổi kinh nghiệm hay giảng dạy * Nhà trờng cần tạo điều kiện tốt sở vật chất để cán giáo viên thực hiệu sáng kiến kinh nghiệm + Đối với Sở GD&ĐT Hà Nội: Nên tổ chức Hội nghị giới thiệu sáng kiến kinh nghiệm điển hình lĩnh vực - Đối với giáo viên: Trong qúa trình thực đề tài nên có trao đổi với đồng nghiệp (nhất giáo viên môn) có kiểm tra tính hiệu đề tài từ phía học sinh Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2010 Ngời viết Nguyễn Huy Ba -34- ... Fe2(NO3)3 + NO + H2O (3) Phản ứng phản ứng oxi hoá khử? Nếu phản ứng oxi hoá khử xác định chất oxi hoá, chất khử, viết trình oxi hoá, trình khử? Hớng dẫn: Bớc xác định số oxi hoá: +2 -2 +4 -2 +2... + ViÕt trình oxi hoá, trình khử: Phản ứng (2) Cl0 Cl0 Phản ứng (3) Cl+1 + 1e Quá trình oxi hoá + 1e Cl-1 Quá trình khử N+5 + 3e N+2 Quá trình khử xFe+2y/x xFe+3 + (3x-2y)e Quá trình oxi hoá... phản ứng oxi hoá - khử a Phản ứng oxi hoá - khử đơn giản: Là phản ứng oxi hoá khử có chất oxi hoá mét chÊt khư riªng biƯt: VD: Na0 + Cl20  2Na+1Cl-1 Zn0 + 2H+1Cl  Zn+2Cl2 + H20 b Ph¶n ứng oxi