Sử dụng một số phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm về HNO3

sáng kiến hay, đặc sắc, không sao chép của tác giải nào, sáng kiến được sở đánh giá loại giỏi, sang kiến giúp giáo viên tham khảo và là tài liệu tham khảo hữu ích cho hs ôn thi THPT quốc gia. sán kiến áp dụng được tại tất cả các trường trên cả nươc

Danh mục chữ viết tắt

PHẦN THỨ NHẤTĐẶT VẤN ĐỀ I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây,các phương pháp giải nhanh toán hóa học không ngừng phát triển, đây là hệ quả tất yếu khi Bộ giáo dục và đào tạo triển khai hình thức thi trắc nghiệm với bộ môn Hóa học Với hình thức thi trắc nghiệm,trong một khoảng thời gian rất ngắn học sinh phải giải quyết được một lượng khá lớn các câu hỏi, bài tập.Điều này không những yêu cầu các em phải nắm vững, hiểu rõ kiến thức mà còn phải thành thạo trong việc

sử dụng các kỹ năng giải bài tập và đặc biệt phải có phương pháp giải hợp lý cho từng dạng bài tập.Từ thực tế sau mỗi kỳ thi TN; ĐH-CĐ, nhiều em học sinh có kiến thức khá vững nhưng kết quả vẫn không cao, lý do chủ yếu là các em vẫn giải các bài toán theo phương pháp truyền thống,việc này rất mất thời gian nên không đem lại hiệu quả cao trong việc làm bài trắc nghiệm Vì vậy việc nghiên cứu , tìm tòi và xây dựng các phương pháp giải nhanh các bài tập hóa học là một việc rất cần thiết để giúp các em đạt kết quả cao trong các kỳ thi TN; ĐH-CĐ Tuy nhiên Hóa học là một môn khoa học thực nghiệm nên để áp dụng tốt các phương pháp giải nhanh mà vẫn giúp các em học sinh hiểu được bản chất hóa học là một vấn đề khá khó khăn, đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức và có kỹ năng tốt để giải bàitập

Trong quá trình giảng dạy, tôi phát hiện thấy nhiều em học sinh gặp khó khăn trong việc giải quyết các bài toán kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 ; hỗn hợp kim loại phản ứng với HNO3 ; hỗn hợp kim loại, oxit kim loại phản ứng với HNO3 hoặc giải ra được kết quả theo phương pháp truyền thống nhưng mất nhiều thời gian Đây là dạng bài tập rất hay gặp trong các đề thi TN; ĐH-CĐ những năm gần đây Để giải các bài toán dạng này có nhiều phương pháp nhưng hai phương pháp tối ưu nhất và tiết kiệm thời gian nhất có thể nóiđến là phương pháp áp dụng định luật bảo toàn electron và phương pháp quy đổi Do đó tôi xin mạnh dạn trình bày kinh nghiệm trong việc" Sử dụng một số phương pháp giải nhanh bài tập trắc nghiệm về HNO3 Việc áp dụng các phương pháp này để giải quyết một số bài toán hóa vô cơ đơn giản trong sách giáo khoa hóa 11 và hóa 12 và phức tạp trong sách bài tập hóa 11 và hóa 12, sẽ phần nào giúp các em giảm bớt lượng thời gian để làm bài từ đó đem đến kết quả cao hơn trong mỗi kỳ thi

II Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu những dạng bài toán về axit nitric thường gặp trong sách giáo khoa hóa11: Bài HNO3 sách bài tập hóa 11và một số bài tập trong phần vô cơ hóa 12 và các đề thiTN

- Đưa ra các phương pháp để giải nhanh bài toán axit nitric, góp phần nâng cao chấtlượng giảng dạy bộ môn ở trường phổ thông và là hành trang vững chắc để các em chuẩn bịbước vào kì thi TN; TSĐH

- Bản thân có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu và vận dụng các ý tưởng đó vào công tácgiảng dạy của bản thân sau này

III Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu nội dung “axit nitric lớp 11 và một số bài tập trong phần vô cơ hóa 12

” Đồng thời tìm ra những dạng bài tập điển hình thường gặp trong các đề thi TN

- Nghiên cứu phương pháp bảo toàn electron, phương pháp qui đổi và vận dụngphương pháp đó để giải bài tập trắc nghiệm

- Tìm ra hướng giải quyết nhanh các bài toán đó dựa vào kĩ năng sử dụng phươngpháp giải nhanh

IV Đối tượng nghiên cứu

- Tiến hành nghiên cứu trên đối tượng học sinh ở trường THPT Hoàng Văn Thụ-LụcYên để kết luận những ý tưởng, giả thuyết mà kinh nghiệm đưa ra cần bổ sung gì không

V Phương pháp nghiên cứu

+ Bước 1: Trên cơ sở nắm vững nội dung trọng tâm bài axit nitric ở lớp 11 và nghiên

cứu kĩ những bài tập hóa vô cơ 12, câu hỏi thi TN liên quan đến bài tập axit nitric, tôi đãlựa chọn, sưu tầm những bài tập trắc nghiệm được giải nhanh bằng phương pháp bảo toànelectron và phương pháp qui đổi

+ Bước 2: Đưa ra những phương pháp để giải nhanh những bài tập đã chọn ở bước 1 + Bước 3: Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên đối tượng học sinh.

+ Bước 4: Thu thập và xử lý số liệu, rút ra kết luận.

VI Phạm vi và thời gian nghiên cứu của đề tài.

- Phạm vi áp dụng:

Áp dụng với những bài tập nhỏ và đơn giản, cụ thể:

+ Kim loại, hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO3

+ Bài toán kim loại, oxit kim loại tác dụng với axit HNO3

- Thời gian nghiên cứu: Trong 2 tiết tự chon của lớp 11 – chương N – P

PHẦN THỨ HAI

NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

I Tình hình thực tế trước khi thực hiện sáng kiến

I.1 Cơ sỏ lý luận của vấn đề:

* Bài toán HNO3 tác dụng với kim loại hay oxit kim loại là một bài toán khó, đòi hỏi học sinh phải nắm chắc tính chất hóa học của HNO3 để viết đúng sản phẩm và cân bằng phương trình khi làm theo phương pháp truyền thống, tuy nhiên nếu ta sử dụng phương pháp bảo toàn electron hay phương pháp quy đổi và kết hợp hài hóa giữa một số phương pháp khác, thì việc giải quyết dạng bài tập này trở lên đơn giản và hiệu quả hơn

- Khi gặp bài tập dạng này cần nắm chắc các sơ đồ sau

2

N O

4

N O2

Kim loại phản ứng với HNO3 có thể cho một hay nhiều sản phẩm khử tùy thuộc vàonồng độ của HNO3 và độ mạnh yếu của kim loại

Kim loại phản ứng với HNO3 có thể cho một sản phẩm khử duy nhất:

R + 2aHNO3 đặc   R(NO3)a + aH2O + aNO2

(Al, Fe,Cr thụ động trong HNO3 đặc nguội)

3R + 4aHNO3 loãng   3R(NO3)a + 2aH2O + aNO

(R là Cu và Ag)

Kim loại phản ứng với HNO3 loãng có thể cho một hay nhiều sản phẩm khử, cần phântích kĩ đề, để xác định rõ sản phẩm khử: 3

N H4NO3

N0 2

R + HNO3 loãng   R(NO3)a + H2O + SPK 1

N 2O (Trừ Au và Pt)

2

N O

(R là kim loại đứng trước hiđro: Mg, Al,Zn,Cr, Fe,Ni,Sn,Pb )

- Oxit kim loại không có tính khử (CuO; Al2O3; Fe2O3…) phản ứng với HNO3 tạomuối tương ứng và H O; Oxit kim loại có tính khử (FeO; Fe O …) phản ứng với

HNO3 kim loại bị oxi hóa đến số oxi hóa cao nhất trong muối, khi đó N +5 trong HNO3

bị khử về các mức oxi hóa thấp hơn

* Khi gặp bài toán Fe và oxit của sắt; Cu và CuO; Zn và ZnO…, tác dụng với dung dịch HNO3 thì ta có thể sử dụng phương pháp quy đổi

I.2 Thực trang của vấn đề:

+ Thuận lợi:

- Được sự quan tâm chỉ đạo kịp thời của Ban giám hiệu nhà trường, của tổ bộ môn vì

thế bản thân luôn phát huy được việc soạn và giảng bài tốt nhất

- Trong những năm gần đây, vấn đề dạy và học môn hoá học đã và đang đổi mới và làmột trong những môn có chuyển biến mạnh mẽ về đổi mới phương pháp dạy học

- Chương trình Sách giáo khoa hóa học mới có nhiều đổi mới về mục tiêu, cấu trúc, sựđổi mới này rất thích hợp cho giáo viên giảng dạy bộ môn hoá học cho học sinh Thông quabài học học sinh có thể tự hoạt động tích cực, chủ động sáng tạo tìm tòi phát hiện và chiếmlĩnh nội dung bài học

+ Khó khăn: Qua những năm giảng dạy tại trường phổ thông, tôi nhận thấy rất nhiềuhọc sinh cứ loay hoay viết rất nhiều phương trình phản ứng khi cho hỗn hợp kim loại hoặckim loại và oxit kim loại tác dụng với axit HNO3 Điều đó, sẽ mất nhiều thời gian làm bài

và đôi khi không làm ra được kết quả

- Vì vậy, sử dụng phương pháp qui đổi và bào toàn electron là những công cụ tối ưu

để giải quyết những bài toán dạng này

- Một đối tượng học sinh khác chúng ta cũng hay gặp là quá lạm dụng máy tính (cái

gì cũng bấm và bấm quá chi li), do đó sẽ rất tốn thời gian làm bài

- Vì vậy, phương pháp giải nhanh là rất quan trọng, giúp học sinh định hướng đượccách giải nhanh bài toán HNO3 thay vì các em phải viết rất nhiều trên nháp, điều này hoàntoàn không hợp lý trong bài thi trắc nghiệm

- Từ thực tế trên, tôi xin trình bày “ Một số phương pháp giải nhanh bài toán vềHNO3’’

II Biện pháp thực hiện đề tài.

II.1 Những kiến thức cần trang bị

- Xác định được đầy đủ các chất khử, chất oxi hoá

- Viết được các quá trình khử và quá trình oxi hoá

- Áp dụng định luật bảo toàn electron

- Xử lí các dữ kiện bài toán: số mol, thể tích khí, khối lượng…

Các kiến thức về phản ứng oxi hoá - khử học sinh đã được trang bị ở lớp 10 Trongkhuôn khổ đề tài, tôi chỉ xin đề cập tới các phương pháp để giải nhanh bài toán axitnitric trong SGK, SBT hóa 11, hóa 12 và trong kì thi tốt nghiệp cùng một số bài tập bámsát SGK

II.2 Những điểm cần lưu ý.

II.2.1 Phương phỏp bảo toàn electron.

Nguyờn tắc của phương phỏp như sau: khi cú nhiều chất oxy húa, chất khử trong mộthỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thỡ tổng số electroncủa cỏc chất khử cho phải bằng tổng số electron mà cỏc chất oxy húa nhận Ta chỉ cần nhậnđịnh đỳng trạng thỏi đầu và trạng thỏi cuối của cỏc chất oxy húa hoặc chất khử,.Phươngphỏp này đặc biệt hữu ớch đối với cỏc bài toỏn cần phải biện luận nhiều trường hợp cú thểxảy ra Chỉ cần cỏc em xỏc định đỳng trạng thỏi oxi hoỏ-trạng thỏi khử và xỏc định đỳngtổng số e nhường và tổng số e nhận

- Chỉ ỏp dụng cho bài toỏn xảy ra cỏc phản ứng oxi hoỏ khử hay cú sự thay đổi số oxihúa của một số nguyờn tố

- Xỏc định và viết đầy đủ cỏc quỏ trỡnh khử, quỏ trỡnh oxi hoỏ

- Định luật bảo toàn electron:

 số mol electron do chất khử nhường =  số mol electron mà chất oxi húa nhận

II.2.2 Phỏp phỏp qui đổi

- Phạm vi ỏp dụng:

+ Kim loại và oxit kim loại tỏc dụng với dung dịch HNO3.

+ Kim loại và hợp chất kim loại với lưu huỳnh tỏc dụng với HNO3

- Hướng qui đổi: Một bài toỏn cú thể cú nhiều hướng qui đổi khỏc nhau:

+ Qui đổi hỗn hợp nhiều chất về hai hay chỉ một chất

Vớ dụ: Hỗn hợp: Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4

+ Bằng kinh nghiệm của mỡnh, tụi nhận thấy hướng qui đổi về cỏc nguyờn tử tươngứng là đơn giản và dễ hiểu hơn cả Vỡ vậy, trong cỏc vớ dụ dưới đõy tụi trỡnh bày hướng quiđổi này là chủ yếu và tụi cũng chỉ trỡnh bày bài tập kim loại và oxit kim loại tỏc dụng vớidung dịch HNO3.

- Khi ỏp dụng phương phỏp qui đổi, cần phải tuõn thủ 5 bước sau:

Bước 1: Quy đổi hỗn hợp cỏc chất về cỏc nguyờn tố tạo thành hỗn hợp đú

Bớc 2: Đặt ẩn số thớch hợp cho số mol nguyờn tử cỏc nguyờn tố trong hỗn hợp

Bớc 3: Lập phương trỡnh dựa vào cỏc định luật: Bảo toàn khối lượng, bảo toànnguyờn tố, bảo toàn electron

Bớc 4: Lập các phơng trình dựa vào các giả thiết của bài toán nếu có

Bớc 5: Giải các phơng trình và tính toán để giải quyết yờu cầu của đề bài

Fe, FeO

Fe, Fe2O3

Fe2O3, FeO FeOQuy đổi

II.3 Một số công thức áp dụng cần nhớ:

II.3.1- Hệ quả của bảo toàn electron

khi giải bài tập kim loại tác dụng với HNO3 tạo ra sản phẩm khử ta luôn có:

nkl là số mol của kim loại; nspk là số mol của sản phẩm khử

II.3.2 Tính khối lượng muối

Từ số mol axit phản ứng ta có thể tính được C%, CM, thể tích và khối lượng dung dịch

mmuối = mkim loại+62 . ne nhận + 80 . nmuối amoni

naxit nitric phản ứng = ntạo muối + ntạo khí và muối amoni

III NHỮNG BÀI TẬP MINH HỌA DẠNG 1: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON

Dạng 1.1: Một kim loại phản ứng với HNO 3 tạo một sản phẩm khử

Bài 1: (Bài 5.18 – Trang 35 - SBT hóa 12- Ban cơ bản) Cho 3,2 gam Cu tác dụng với

dung dịch HNO3 đặc, thì thể tích khí NO2 (đktc) thu được là

Phương trình phản ứng xảy ra:

Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Bài 2 : (Bài 3 – Trang 159 – SGK hóa 12- Ban cơ bản) Cho 7,68 gam Cu tác dụng với

dung dịch HNO3 loãng, thấy có khí NO (đktc) thoát ra Khối lượng muối nitrat sinh ra trong dung dịch là

A 21,56 gam B 21,65 gam C 22,56 gam D 22,65 gam

Lời giải:

* Cách 1: Giải thông thường

nCu = 764,68 = 0,12 mol

Phương trình phản ứng xảy ra:

3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2O

0,12 0,12 (mol)

Cu + 2e 0,12 0,24 (mol)

mmuối = mkl + 62.ne nhận = mkl + 62.ne nhường = 7,68 + 62.0,24 = 22,56 gam

 Đáp án C

Bài 3: (Bài 7.4 – Trang 58 – SBT – Hóa 12 – Ban cơ bản) Hòa tan hoàn toàn m gam Fe

vào dung dịch HNO3 loãng, dư thấy có 0,448 lít khí NO ( duy nhất ở đktc) thoát ra Giá trị của m là

Phương trình phản ứng xảy ra:

Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + NO+ 2H2O

Fe + 3e 0,1 0,3 (mol)

mmuối = mkl + 62.ne nhận = mkl + 62.ne nhường = 5,6 + 62.0,3 = 24,2 gam  Đáp án D

Dạng 1.2: Hỗn hợp kim loại phản ứng với HNO 3 tạo một sản phẩm khử

Bài 6: (Bài 7 – Trang 62 - SGK Hóa 11 – Ban cơ bản) Khi cho 3,0 gam hỗn hợp Cu và

Al tác dụng với dung dịch HNO3 đặc dư, đun nóng sinh ra 4,48 lít khí duy nhất là NO2

(đktc) Xác định phần trăm khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp

 %mCu = 0,0263.64 100 = 55,46%  %mAl = 100%-55,47% = 44,53%

Bài 7: Cho 1,86 g hỗn hợp Mg và Al vào dung dịch HNO3 loãng dư sau phản ứng thu được

560 ml N2O ( đktc) là sản phẩm khử duy nhất Thành phần % về khối lượng của Mg và Altrong hỗn hợp ban đầu là

 %mMg = 0,101,86.24 100 = 12,9%  %mAl = 100% -12,9% = 87,1%

Bài 8: (Bài 7.11 – Trang 59 – SBT – Hóa 12 – Ban cơ bản) Hòa tan 3,04 g hỗn hợp Fe và

Cu vào dung dịch HNO3 loãng, dư sau phản ứng thu được 0,896 lít khí NO ( đktc) là sảnphẩm khử duy nhất Thành phần % về khối lượng của Fe và Cu trong hỗn hợp ban đầu là

* Cách 1: Giải thông thường

Các phương trình xảy ra:

3Fe + 8HNO3  3Fe(NO3)2 + 2NO + 4H2O (1)

(Vì thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất nên Fe chỉ bị oxi hóa đến số oxi hóa+2)

* Cách 2: Giải theo bảo toàn electron:

Quá trình oxi hóa: Fe0  2

Ta có: 3x = 0,6  x= 0,2 mol

naxit nitric phản ứng = ntạo muối + ntạo khí và muối amoni = ne nhường+ nNO= 0,8 mol

 Vdd axit phản ứng = 0,8 lít

 Đáp án A

(Vì thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất nên Fe chỉ bị oxi hóa đến số oxi hóa+2)

Dạng 1.3: Một kim loại phản ứng với HNO 3 tạo hỗn hợp sản phẩm khử

Bài 10: (Bài 6.45 – Trang 52 –SBT – Hóa 12- Ban cơ bản) Hòa tan m gam Al vào dung

dịch HNO3 rất loãng chỉ thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO Giá trịcủa m là

A 13,5 gam B 1,35 gam C 0,81 gam D 1,81 gam

* Cách 2: Giải theo bảo toàn electron:

Sơ đồ bài toán: Al + HNO3  3

Al(NO3)3 + 1

N 2O + NO + H2OQuá trình oxi hóa: Al0  3

* Cách 1: Giải thông thường

Đặt công thức của X là NxOy ; nMg = 324,6 = 0,15 mol

Phương trình xảy ra:

(5x-2y)Mg+ (12x-4y)HNO3  (5x-2y)Mg(NO3)2 + 2NxOy + (6x-2y)H2O (2)

0,15 5x0,32y (mol)

Theo phương trình và giả thiết: n = 0,3 = 0,1  5x-2y = 3

Dạng 1.5- Xác định tên của kim loại

Bài 12: (Bài 2.52 – Trang 20 - SBT – Hóa 11 – Cơ bản) Hòa tan 12,8 gam kim loại hóa

trị II trong một lượng vừa đủ dung dịch HNO3 60,0% (D = 1,365g/ml) thu được 8,96 lít(đktc) một khí duy nhất màu nâu đỏ Tên của kim loại và thể tích dung dịch HNO3 đã phảnứng là

MR = 120,2,8 = 64 gam/mol  R là kim loại Cu

mdd HNO3 = 0,8.6360.100 = 84 gam  Vdd HNO3 = 1,84365  61,5 ml

R + 2e Quá trình khử: 5

N + 1e  4

N

x mol 2x mol 0,4 mol  0,4 mol

ta có: 2x= 0,4  x = 0,2 mol  MR = 120,2,8 = 64 gam/mol  R là kim loại Cu

n 3 = n + n = n + n = 0,8 mol

n kl hóa trị = n spk số e nhận

 mdd HNO3 = 0,8.6360.100 = 84 gam  Vdd HNO3 = 1,84365  61,5 ml

 Đáp án A

Dạng 1.6: Tính khối lượng muối thu được

Bài 13: (Bài 5.63 – Trang 42-SBT-Hóa 12-Ban cơ bản): Cho 2,06 gam hỗn hợp gồm

Fe,Al,Cu tác dụngvới HNO3 loãng, dư thu được 0,896 lít khí NO duy nhất (đo ở đktc) Khối lượng muối nitrat sinh ra là

A 9,5 gam B 7,44 gam C 7,02 gam D 4,54 gam.

* Cách 1: Giải thông thường

nNO = 022,896,4 = 0,04

Đặt công thức chung của kim loại là R

3R + 4aHNO3  3R(NO3)a +aNO + 2aH2O

N + 3e  2

N 0,12 mol  0,04 mol

 mmuối = mkl + 62.ne nhận = 2,06 + 62.012 = 9,5 gam

Bài 14: Cho 1,35g X gồm Cu, Mg, Al tác dụng hết với HNO3 thu được 0,01 mol NO và0,04 mol NO2 (không có sản phảm khử khác) và dung dịch Y, cô cạn Y thu được m gammuối khan, giá trị của m là

A 5,69 gam B 4,45 gam C 5,5 gam D 6,0 gam.

* Cách 1: Giải thông thường

Gọi công thức chung của kim loại là R, có hóa trị a