Phòng giáo dục - đào tạo lập thạch Trờng THCS Lập Thạch TấN Chuyên đề: BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT Tỏc giả chuyờn đề : Trần Thị Hồng Anh Chức vụ: Giỏo viờn Đơn vị cụng tỏc :
Trang 1Phòng giáo dục - đào tạo lập thạch
Trờng THCS Lập Thạch
TấN Chuyên đề:
BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT
Tỏc giả chuyờn đề : Trần Thị Hồng Anh
Chức vụ: Giỏo viờn
Đơn vị cụng tỏc : TRƯỜNG THCS LẬP THẠCH
HUYỆN LẬP THẠCH – TỈNH VĨNH PHÚC
Năm học 2013 - 2014
Trang 2THÔNG TIN CHUNG VỀ CHUYÊN ĐỀ
1 Tên chuyên đề: “BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT”
2 Tác giả:
- Họ và tên : Trần Thị Hồng Anh
- Năm sinh: 1973
- Trình độ chuyên môn: Cử nhân hóa học
- Chức vụ công tác: Giáo viên
- Nơi làm việc: Trường THCS Lập Thạch- huyện Lập Thạch – tỉnh Vĩnh Phúc
3.Đối tượng học sinh bồi dưỡng:
Đội tuyển HSG lớp 9 dự thi cấp huyện, cấp tỉnh
4.Thời gian bồi dưỡng: 3 tiết
Trang 3PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU
I Cơ sở lí luận:
“Nâng cao dân trí - Đào tạo nhân lực – Bồi dưỡng nhân tài” là nhiệm vụ hàng đầu của ngành Giáo dục – Đào tạo Chất lượng Giáo dục – Đào tạo phải đặt bên cạnh yêu cầu nâng cao chất lượng nguồn nhân lực và phát triển khoa học công nghệ trong thời đại kinh tế tri thức đang diễn ra trên phạm vi toàn thế giới
Việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh có năng khiếu về các môn học nói chung và môn hóa học nói riêng ngay từ cấp THCS được coi là một trong những nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu góp phần thực hiện tốt mục tiêu giáo dục của trường THCS, là bước khởi đầu quan trọng để đào tạo các em thành những người đi đầu trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ sau này
Vì vậy 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
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 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
Qua thực tiễn giảng dạy và học tập, học sinh còn gặp nhiều trở ngại vướng mắc khi giải quyết những vấn đề của hóa học nhất là bài toán kim loại tác dụng
với axit Vì vậy, tôi đã lựa chọn chuyên đề : “ BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC
DỤNG VỚI AXIT” nhắm giúp cho học sinh tháo gỡ phần nào những khó khăn
,vướng mắc về 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 các kì thi HSG cấp huyện và cấp tỉnh
II Mục đích và phạm vi của đề tài:
1.Mục đích:
- Giúp học sinh hình thành kĩ năng phân tích tổng hợp, xác định dạng bài, tìm ra phương pháp giải phù hợp để tham gia dự thi HSG cấp huyện, tỉnh
- Đưa ra một số phương pháp phù hợp để học sinh có thể giải nhanh, chính xác bài toán liên quan, tiết kiệm thời gian làm bài, đảm bảo bài làm đạt hiệu quả cao
2 Phạm vi của chuyên đề:
- Áp dụng đối với HSG lớp 9
- Thời gian dự kiến bồi dưỡng : 3 tiết
Trang 4PHẦN HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
I.Một số biện pháp thực hiện:
1 Đối với giáo viên:
- Ôn tập , củng cố cho học sinh kiến thức về tính chất của kim loại, axit, bazơ, muối và hợp chất hữu cơ; dãy hoạt động hóa học của các nguyên tố kim loại Tổng hợp,hệ thống hóa kiến thức
- Tổng hợp các bài tập mẫu và các bài tập tự giải trong tài liệu,
- Phân loại bài tập theo mức độ
2 Đối với học sinh:
- Nắm vững những kiến thức đã học, đặc biệt là những tính chất riêng của chất
- Nắm chắc các phương pháp giải bài tập
- Đọc thêm sách tham khảo, tài liệu liên quan, đề thi học sinh giỏi cấp huyện,tỉnh qua các năm …
3 Lưu ý sau khi giải bài tập:
- Khắc sâu những vấn đề trọng tâm, chỉ ra những điểm khác biệt
- Mở rộng khái quát hóa kiến thức
- Phương pháp vận dụng
II Nội dung:
1.Cơ sở lí thuyết:
a.Phân loại axit:
- Axit loại 1: Gồm HCl, H2SO4 loãng, HBr… trừ HNO3 và H2SO4đặc
- Axit loại 2: HNO3 và H2SO4đặc,nóng
b Công thức phản ứng:
- Công thức 1: Kim loại + Axit loại 1 → Muối + H 2
+) Điều kiện: Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học Bêketop:
K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
+)Đặc điểm:
* Muối thu được có hóa trị thấp ( đối với kim loại có nhiều hóa trị )
* Ví dụ: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Cu + HCl → Không phản ứng
- Công thức 2: Kim loại + Axit loại 2 → Muối + sản phẩm khử + H 2 O
Đặc điểm:
+ Phản ứng xảy ra với tất cả các kim loại ( Trừ Au ,Pt)
+ Tạo muối có hóa trị cao nhất ( đối với kim loại đa hóa trị)
Ví dụ: 2Fe +6H2SO4(đ)
o t
Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O 3Cu + 8HNO3→ 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
Chú ý:
Trang 5+ Kim loại phản ứng với HNO 3 có thể tạo ra nhiều sản phẩm như : NO, NO 2 ,
N 2 O, NO 2 , N 2 ,NH 4 NO 3 …tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại, điều kiện phản ứng và nồng độ axit.
+ Với những kim loại vừa phản ứng với nước , vừa phản ứng với axit, khi cho vào dung dịch axit, kim loại sẽ phản ứng với axit trước, nếu dư kim loại mới phản ứng với nước.
Vd: Cho Ba dư vào dung dịch H 2 SO 4
Ba + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + H 2 ↑
Ba + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 ↑
( Trong hai phản ứng trên khi lọc bỏ kết tủa, dung dịch thu được là Ba(OH) 2 ) + Al, Fe ,Cr không tác dụng với HNO 3 đặc, nguội và H 2 SO 4 đặc, nguội
2.Phân loại bài tập:
Dựa vào các chất tham gia trong phản ứng tôi chia bài toán thành 3 dạng:
- Một kim loại tác dụng với một dung dịch axit
- Hỗn hợp kim loại tác dụng với một dung dịch axit
- Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp dung dịch axit
3.Phương pháp giải bài tập:
- Dựa vào số mol các chất theo phương trình phản ứng
- Phương pháp đại số
- Bảo toàn electron
- Bảo toàn khối lượng
III Một số bài tập minh họa:
Dạng 1: Một kim loại tác dụng với một axit
Bài 1: Cho 11,2 gam Fe phản ứng vừa đủ với dung dịch HCl 7,3% Sau phản ứng
thu được khí A và dung dịch B
a) Tính thể tích khí A (ở đktc)
b) Tính khối lượng dung dịch axit tham gia
c) Tính C% dung dịch B
Hướng dẫn: Bài toán dựa vào số mol tính theo PTHH
11, 2 0, 2
56
Fe
PTHH: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
1 2 1 1 (mol)
a) Theo phương trình (1): n H2 n FeCl2 0, 2 (mol)
Thể tích khí H2 thu được (ở đktc) là:
2 22, 4 0, 2.22, 4 4, 48
H
b) Theo phương trình (1): n HCl 2n Fe 0, 4 (mol)
Khối lượng dung dịch HCl 7,3% cần dùng là:
Trang 60, 4.36,5.100
200 7,3
c) Theo phương trình, ta có : n FeCl2 n H2 n Fe 0, 2 (mol)
Khối lượng dung dịch sau phản ứng (ddB):
mdd = 11,2 +200 – 0,2.2 =210,8 (g)
Nồng độ % của dung dịch B:
% 25, 4 .100% 12, 05%
210,8
Bài 2: Để hòa tan hoàn toàn 5,4 gam kim loại cần 300 gam dung dịch HCl 7,3%
Đó là kim loại nào
Hướng dẫn:
Đây là bài toán xác định kim loại nhưng chưa biết hóa trị của chúng, Vì vậy cần lập mối liên hệ giữa khối lượng mol (M) với hóa trị của kim loại, sau đó biện luận để tìm kim loại
300.7,3 0.6
100.36,5
HCl
Gọi KHHH của kim loại là A, hóa trị x
PTHH: 2A + 2xHCl → 2AClx + xH2
1 x (mol)
Theo phương trình:
.
A HCl
(mol) Khối lượng mol của kim loại A:
0,6
5, 4 : 9
A
x
Vì x là hóa trị của kim loại nên nhận giá trị 1,2,3
Vậy kim loại cần tìm là Al
Bài 3: Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M, khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được khí NO ( sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu Tính giá trị của m
Hướng dẫn:
Ta thấy nFe tạo Fe(NO3)3 = 0,1 < 0,12 => Dung dịch X chứa 2 muối
6,72 0,12
56
Fe
n (mol) n HNO3 0, 4.1 0, 4 (mol)
PTHH: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1)
0,1 ← 0,4→ 0,1
Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2)
0,02→ 0,04 0,06
Trang 7Dung dịch X chứa: Fe(NO3)3 = 0,1- 0,04 = 0,06 mol và Fe(NO3)2 = 0,06 mol.
Dung dịch X tác dụng với Cu:
2Fe(NO3)3 + Cu → 2Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2
0,1→ 0,03
=> m = 0,03 64= 1,92 (g)
Lưu ý : Fe và Cu đều tác dụng với muối sắt (III).
Bài 4: Hòa tan hoàn toàn một lượng kim loại M trong dung dịch HNO3 dư thu được một muối duy nhất có khối lượng là m gam Cũng cho kim loại đó đem hòa tan hết trong dung dịch HCl thì thu được 127
242m (g) muối Xác định kim loại M
Hướng dẫn:
Kim loại M có thể là kim loại đa hóa trị nên khi tác dụng với 2 axit này thì có thể bị oxi hóa lên các số oxi hóa khác nhau
- Theo bài ra ta có:
3
3
HNO
n
M M NO
M HCl MCl m
Ta có : M M 35,562n m 127242
Ta có kết quả phù hợp là: n = 3 ; m = 2 và M = 56
Chú ý : Khi giải bài toán có 2 gốc axit hóa trị I cần chú ý đến tính oxi hóa của
nó.
Bài 5: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng(dư), thu được dung dịch X và 1,344lit (đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạn dung dịch X, thu được m gam chất rắn khan Tính giá trị của m
Hướng dẫn:
- Cần xác định trong dung dịch X có muối NH4NO3 hay không ?
- Sử dụng phương pháp bảo toàn e để giải(có chất khử và chất oxi hóa)
- Từ đề bài ta có: nAl = 0,46 mol ; n N O2 n N2 0,03mol
Quá trình oxi hóa:
Al – 3e → Al3+ (1)
Mol pư: 0,46 → 1,38 0,46
Quá trình khử:
+5 +1
2NO3- + 8e → N2O (2)
Mol pư: 0,24 ← 0,03
+5 0
2NO 3- + 10e → N2 (3)
Mol pư: 0,3 ← 0,03
Ta có số mol e nhường = 1,38 > số mol e thu ( Trái định luật bảo toàn e) do đó sản phẩm khử phải có muối amoni
+5 -3
Trang 8NO3- + 8e → NH4+ (4)
Mol pư: 0,84 → 0,105
Khối lượng chất rắn thu được bằng khối lương muối tạo thành
m = 0,46 213 + 0,105 80 = 106,38 (g)
Dạng 2: Hỗn hợpkim loại tác dụng với một dung dịch axit
Bài 1:
Cho 18,6 gam hỗn hợp A gồm Zn và Fe vào 500 ml dung dịch HCl Khi phản ứng hoàn toàn, cô cạn dung dịch được 34,575 gam chất rắn Lập lại thí nghiệm trên với 800 ml dung dịch HCl rồi cô cạn thu được 39,9 gam chất rắn Tính nồng độ mol của dung dịch HCl và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp
Hướng dẫn:
Trong thí nghiệm 1, nếu kim loại hết thì chất rắn thu được ở thí nghiệm 2 bằng lần thứ nhất Theo đầu bài , khối lượng chất rắn lần 2 nhiều hơn lần 1 nên ở thí nghiệm 1 dư kim loại, ở thí nghiệm 2 kim loại hết
- Thí nghiệm 2: Gọi a và b lần lượt là số mol của Zn và Fe
PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
a 2a a a (mol)
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
b 2b b b (mol)
Ta có: mZn + mFe = 65a + 56b = 18,6 => 18,6 65
56
a
b (1) Theo phương trình : m ZnCl2 m FeCl2 136a 127b 39,9 (2)
Từ (1) , (2) => a= 0,2
Nên : mZn = 65a = 65.0,2 = 13 (g)
mFe = 18,6 - 13 = 5,6 (g)
- Thí nghiệm 1: Gọi x và y lần lượt là số mol của Zn và Fe
PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
x 2x x x (mol)
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
y 2y y y (mol)
Theo phương trình: m ZnCl2 m FeCl2 136x 127y
Ta có : mZn dư = 13 – 65x
mFe dư = 5,6 – 56y
mRắn = 136x +127y +13- 65x + 5,6 – 56y = 34,575
x +y = 0,225
- Theo phương trình: nHCl =2 (x + y) = 2 0.225 = 0,45 (mol)
Trang 9- Nồng độ mol của dung dịch HCl là:
0, 45
0,9( ) 0,5
M
n
V
Bài 2 : ( Đề thi chọn HSG lớp 9 cấp tỉnh Vĩnh Phúc năm học 2012-2013)
Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl 20% thu được dung dịch Y Biết nồng độ của MgCl2 trong dung dịch Y là 11,787%
1 Tính nồng độ % của muối sắt trong dung dịch Y
2 Nếu thêm vào dung dịch Y nói trên một lượng dung dịch NaOH 10% vừa đủ thì nồng độ % của chất tan có trong dung dịch sau phản ứng là bao nhiêu
Hướng dẫn: Dựa vào PTHH dể tính toán.
1) Gọi số mol của Mg và Fe lần lượt là x,y (đk: x,y>0)
Mg + 2HCl MgCl2 + H2
x 2x x x (mol)
Fe + 2HCl FeCl2 + H2
y 2y y y (mol)
dd HCl
(2x 2y) 36,5
20
m dd Y = 24x + 56y + 365x + 365y – (2x + 2y ) = ( 387x + 419y ) ( gam)
Phương trình biểu diễn nồng độ % của MgCl2 trong dung dịch Y :
95x 11,787 387x 419y 100 giải ra x y FeCl2
m 127y 127x ( gam)
Vì nồng độ % tỷ lệ thuận với khối lượng chất tan trong dung dịch nên :
FeCl2
127x
95x
2) Cho dung dịch Y tác dụng NaOH thì thu được dung dịch Z
MgCl2 + 2NaOH Mg(OH)2 + 2NaCl
x 2x x 2x ( mol)
FeCl2 + 2NaOH Fe(OH)2 + 2NaCl
y 2y y 2y (mol)
dd NaOH 10%
(2x 2y) 40
10
m kết tủa = (58x + 90y ) ( gam)
dd Z
m 387x 419y 800x 800y (58x 90y) 1129(x + y) (gam)
NaCl
Bài 3:
Trang 10Hòa tan 13,2 gam hỗn hợp A gồm 2 kim loại có cùng hóa trị vào 400 ml dung dịch HCl 1,5M Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 32,7 g hỗn hợp muối khan
a) Chứng minh hỗn hợp A không tan hết
b) Tính thể tích khí hidro sinh ra (đktc)
Hướng dẫn: Cần chứng minh khối lượng của A phản ứng nhỏ hơn khối lượng của
A ban đầu
a) nHCl = 0,4 , 1,5 = 0,6 (mol)
Gọi M và N là 2 kim loại trong hỗn hợp A có hóa trị x , a và b lần lượt là số mol của M và N
PTHH: 2M + 2xHCl 2MClx + xH2
a 2a 2a 0,5xa (mol)
2N + 2xHCl 2NClx + xH 2
b bx b 0,5xb (mol)
Theo phương trình : n HCl x x(ab) 0 , 6 (mol)
Ta có: m MCl x m NCl x (M 35 , 5x)a (N 35 , 5x)b 32 , 7
Hay: (Ma + Nb) + 35,5x(a + b) = 32,7
Nên: mM + mN = 11,4 < 13,2
=> Do đó hỗn hợp không tan hết
b) Theo phương trình: n H2 0 , 5x(ab) 0 , 5 0 6 0 , 3 (mol)
Thể tích khí H2 thu được (đktc) là:
V H2 22 , 4 0 , 3 6 , 72 (l)
Chú ý:
Bài toán cho biết tổng khối lượng của 2 kim loại (không biết số mol mỗi kim loại)
và số mol ban đầu của axit Để biết hỗn hợp kim loại có tan hết trong lượng axit nói trên hay không ta có thể áp dụng phương pháp sau:
Gọi A, B là khối lượng mol của hai kim loại A, B; M là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp ( với A < B) Ta có:
A
m M
m n B
hh hh
( vì A < M < B) + Muốn chứng minh hỗn hợp tan hết, ta giả sử hỗn hợp chỉ gồm kim loại nhẹ hơn
A, Nếu ta đủ axit để hòa tan hết A, do A
hh
A
m
n , thì hỗn hợp thật ta sẽ dư axit
=> hỗn hợp tan hết.
+ Muốn chứng minh không đủ axit để hòa tan hết hỗn hợp , ta giả sử hỗn hợp chỉ gồm kim loại nặng hơn B (
B
m
n hh
B ) Nếu ta không có đủ axit để hòa tan hết B thì với hỗn hợp thật, với số mol lớn hơn, ta sẽ thiếu axit, suy ra hỗn hợp không tan hết Khi đó kim loại nào hoạt động mạnh hơn trong dãy hoạt động hóa học của kim loại sẽ tan trước, kim loại đó tan hết rồi đến kim loại kia.
( Lưu ý: Các lí luận trên chỉ chắc chắn đúng khi A , B có cùng hóa trị).