SKKN một số kinh nghiệm giải dạng bài tập khi cho khí co2 tác dụng với dung dịch bazơ dành cho học sinh THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH ***************** SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KINH NGHIỆM GIẢI DẠNG BÀI TẬP KHI CHO KHÍ CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH BAZƠ DÀNH CHO HỌC SINH THPT Người thực hiện: Nguyễn Văn Hoạt Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực: Hóa Học THANH HỐ NĂM 2019 MỤC LỤC I/ Lý chọn đề tài: Trang II/ Thực trạng việc nghiên cứu đề tài: Trang 1 Thuận lợi: Trang Khó khăn: Trang III/ Giải vấn đề Trang Dạng : CO2 phản ứng với dung dịch chứa bazơ tan Trang Dạng : Phản ứng CO2 dung dịch chứa hỗn hợp bazơ tan Trang Các tập tự giải: Trang 10 IV/ Kết luận Trang 13 Kết đạt Trang 13 Bài học kinh nghiệm Trang 13 Kiến nghị Trang 13 V/ Tài liệu tham khảo Trang 14 ĐỀ TÀI MỘT SỐ KINH NGHIỆM GIẢI DẠNG BÀI TẬP KHI CHO KHÍ CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH BAZƠ DÀNH CHO HỌC SINH THPT I Phần mở đầu: Lý chọn đề tài: Trong vài năm gần đây, dạng toán CO2 tác dụng với dung dịch kiềm đề cập nhiều kì thi Kết làm học sinh dạng tốn thấp Vì thân tơi giáo viên phân công giảng dạy môn Hóa Học lớp 11 tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi thường thấy học sinh vận dụng lý thuyết vào làm tập chưa thật nhuần nhuyễn, chưa xác định dạng toán từ dạng tập đơn giản phát triển thành dạng tập khó học sinh thường gặp sai lầm khơng đáng có nên cách giải thường sót đáp án giải nhầm kết đạt chưa cao Vì tơi mạnh dạn đưa đề tài “ Một số kinh nghiệm giải dạng tập cho khí CO2 tác dụng với dung dịch bazơ” Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu vấn đề tơi muốn làm rõ vấn đề sau - Làm rõ dạng toán tổng quát giúp học sinh nhận dạng toán - Vận dụng dạng tổng quát để giải tập khó - Hình thành cho học sinh kỷ giải vấn đề cách triệt để - Học sinh sẻ đạt kết cao gặp dạng toán đề thi Phạm vi đối tượng nghiên cứu: Một số kinh nghiệm giải dạng tập “khi cho khí CO tác dụng với dung dịch bazơ’’ Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp xây dựng lý thuyết, phương pháp thống kê, sử lý số liệu… Điểm kết nghiên cứu: Tôi phân thành dạng từ dể đến khó sau giải xong đưa số tập có đáp án để học sinh tham gia giải, rèn luyện kỷ tư củng sáng tạo em II Phần nội dung: 1, Cơ sở lý luận: Trong số môn học tự nhiên Hóa Học mơn khoa học nghiên cứu chất, biến đổi chất ứng dụng đời sống sản xuất Nhưng học sinh tiếp cận môn học từ lớp nên ban đầu có nhiều bở ngỡ, kiến thức lại nhiều, đặc biệt việc ứng dụng vào thực tiển sống Học sinh thấy khó tiếp cận kiến thức cảm thấy mẻ, lại khơ khan nên hứng thú học tập học sinh Học sinh thường không nắm vững lý thuyết nắm vững lý thuyết vận dụng chúng vào làm tập sơ sài chưa nhuần nhuyễn nên học sinh có tâm lý chán học học sinh đại trà Còn học sinh giỏi giáo viên lấy làm đối tượng bồi dưỡng học sinh giỏi thi cấp em e ngại lo lắng so với học mơn khác Tốn hay Vật Lý Thực trạng việc nghiên cứu đề tài Thuận lợi Tôi nhận quan tâm ban giám hiệu nhà trường, đồng nghiệp quý bậc phụ huynh em học sinh Trong trình cơng tác tơi phân cơng giảng dạy mơn Hóa Học THPT nhiều năm thực cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Bản thân đúc rút số kinh nghiệm giúp thực tốt đề tài “ Một số kinh nghiệm giải dạng tập cho khí CO2 tác dụng với dung dịch kiềm dành cho học sinh THPT” Khó khăn Mặc dù có thuận lợi tơi gặp khơng khó khăn mơn Hóa Học đa số em chưa thật hứng thú tìm hiểu Đối tượng học sinh tơi phần lớn việc đầu tư cho học tập chưa cao, chưa đồng Đa số học sinh gặp khó khăn xác định dạng tập cách giải dạng tập nên hiệu chưa chưa cao, chưa đạt u cầu mơn học Vì thơi thúc tơi phải tìm giải pháp thời gian phù hợp để thực sáng kiến trên, nhằm tạo cho học sinh có hứng thú tìm hiểu mơn Hóa Học từ giúp em học tốt mơn Hóa Học Giải vấn đề Dạng : CO2 phản ứng với dung dịch chứa bazơ tan Phương pháp giải ● Khi đề yêu cầu xác định tính tốn lượng sản phẩm tạo thành ta nOH − dựa vào tỉ lệ n [3] CO ● Khi đề yêu cầu tính lượng CO phản ứng ta tính mol Ca(OH) Ba(OH)2 tính mol kết tủa BaCO3 CaCO3 So sánh số mol bazơ kết tủa số mol kết tủa nhỏ có hai khả xảy ra: Hoặc bazơ dư bazơ hết Trường hợp bazơ hết phản ứng phải tạo muối axit [4] ● Khi đề yêu cầu xác định lượng Ca(OH) Ba(OH)2 tham gia phản ứng ta tính mol CO2 mol kết tủa BaCO3 CaCO3 áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố C để xem phản ứng có tạo muối Ca(HCO 3)2 Ba(HCO3)2 hay khơng Từ áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Ca Ba để suy lượng Ca(OH)2 Ba(OH)2 [4] ►Các ví dụ minh họa ◄ Ví dụ 1: Nung 13,4 gam hỗn hợp muối cacbonat kim loại hóa trị II, sau phản ứng xảy hoàn toàn thu 6,8 gam chất rắn khí X Lượng khí X sinh cho hấp thụ vào 75 ml dung dịch NaOH 1M Khối lượng muối khan thu sau phản ứng A 4,2 gam B 6,5 gam C 6,3 gam D 5,8gam.[5] Hướng dẫn giải Nung muối cacbonat thu khí X CO2 MCO3 o t  → MO + CO2 Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có : mCO2 = mMCO − mchấtrắn = 13,4 − 6,8 = 6,6 gam ⇒ nCO2 = n 6,6 = 0,15 mol 44 0,075 NaOH Theo giả thiết ta có nNaOH = 0,075 mol ⇒ n = 0,15 < 1⇒ Muối tạo thành CO muối axit Phương trình phản ứng : CO2 + NaOH → NaHCO3 (1) → mol: 0,075 → 0,075 0,075 Theo (1) ta thấy số mol NaHCO3 0,075 mol nên suy khối lượng NaHCO3 : mNaHCO3 = 0,075.84 = 6,3 gam Đáp án C Ví dụ 2: (Chu Văn An Hà Nội 2017-2018) Cho 10 lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO2 68,64% CO thể tích qua 100 gam dung dịch Ca(OH)2 7,4% thấy tách m gam kết tủa Giá trị m A 10 gam B gam C gam D 12 gam.[5] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta thấy thành phần phần trăm thể tích CO2 : %CO2 = (100 – 68,64)% = 31,36% ⇒ nCO = mCa(OH)2 = 100.7,4% = 7,4 gam ⇒ nCa(OH)2 = 10 31,36% = 0,14 mol 22,4 7,4 = 0,1 mol 74 nOH − Cách : Dựa vào tỉ lệ mol n để xác định sản phẩm sinh CO nOH− Đặt T = n CO2 = 2nCa(OH)2 nCO2 = 2.0,1 = ⇒ 1< T < ⇒ Phản ứng tạo hai muối 0,14 1,4 Phương trình phản ứng : CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O ¬ → mol: x x x 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 ¬ → mol: 2y y y Theo (1), (2) giả thiết ta có : (1) (2)  x + y = 0,1 x = 0,06 ⇒   x + 2y = 0,14 y = 0,04 Khối lượng kết tủa : mCaCO = 0,06.100 = gam Cách : Dựa vào chất phản ứng CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (1) ¬ → mol: 0,1 0,1 0,1 CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (2) [1] ¬ (0,14 – 0,1) ¬ mol: 0,04 0,04 Theo phương trình phản ứng ta thấy : Lúc đầu có 0,1 mol CaCO tạo sau có 0,04 mol CaCO3 bị hòa tan CO2 dư Kết sau tất phản ứng thu 0,06 mol CaCO3, tức thu gam kết tủa Đáp án C Ví dụ 3: Cho V lít khí CO2 (đktc) lít dung dịch Ba(OH)2 0,2M Sau phản ứng thu 19,7 gam kết tủa Giá trị V A 2,24 B 2,24 6,72 C 4,48 D 2,24 4,48 [2] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : nBa(OH)2 = 0,2 mol, nBaCO3 = 0,1 mol ⇒ Còn 0,1 mol Ba2+ nằm dung dịch ● Trường hợp : Ba(OH)2 dư CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) ¬ mol: 0,1 ¬ 0,1 0,1 Theo (1) ta thấy số mol CO dùng 0,1 mol Suy thể tích CO điều kiện tiêu chuẩn dùng 2,24 lít ● Trường hợp : Ba(OH)2 phản ứng hết, 0,1 mol Ba2+ nằm dung dịch dạng Ba(HCO3)2 CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) ¬ mol: 0,1 ¬ 0,1 0,1 2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2 (2) ¬ mol: 0,2 ¬ 0,1 0,1 Ta thấy số mol CO2 0,3 mol Suy thể tích CO điều kiện tiêu chuẩn dùng 6,72 lít Đáp án B Ví dụ 4: Thổi khí CO2 vào dung dịch chứa 0,02 mol Ba(OH)2 Giá trị khối lượng kết tủa biến thiên khoảng CO2 biến thiên khoảng từ 0,005 mol đến 0,024 mol ? A gam đến 3,94 gam B gam đến 0,985 gam C 0,985 gam đến 3,94 gam D 0,985 gam đến 3,152 gam [5] Hướng dẫn giải Khi số mol CO2 biến thiên khoảng (0,005; 0,024) mol Ba(OH) 0,02 mol lượng kết tủa lớn thu nCO = nBa(OH) = 0,02 mol CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O → mol: 0,02 ¬ 0,02 0,02 Theo (1) suy mBaCO max (1) = 0,02.197 = 3,94 gam Khi số mol CO2 0,005 mol n BaCO = n CO = 0, 005 mol ⇒ m BaCO = 0,985 gam Khi số mol CO2 0,024 mol : CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (2) ¬ mol: 0,02 ¬ 0,02 0,02 BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 ¬ mol: 0,004 ¬ 0,004 0,004 Khi n BaCO = 0, 02 − 0, 004 = 0, 016 mol ⇒ m BaCO = 0, 016.197 = 3,152 gam Vậy khối lượng kết tủa biến đổi đoạn từ 0,985 gam đến 3,94 gam Đáp án C 3 3 Ví dụ 5: Hấp thụ hồn tồn 2,688 lít khí CO (đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH) nồng độ a mol/l, thu 15,76 gam kết tủa Giá trị a A 0,048 B 0,032 C 0,04 D 0,06 [2] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : nCO2 = 0,12 mol, nBaCO3 = 0,08 mol ⇒ Có 0,08 mol CO2 chuyển vào muối BaCO3 0,04 mol CO2 chuyển vào muối Ba(HCO3)2 Phương trình phản ứng : CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1) ¬ mol: 0,08 ¬ 0,08 0,08 2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2 (2) → mol: 0,04 → 0,02 0,02 Theo (1), (2) giả thiết ta có : n Ba (OH)2 = 0, 08 + 0, 02 = 0,1 mol ⇒ [Ba(OH) ]= 0,1 = 0, 04M 2,5 Đáp án C Ví dụ 6: (Khối B 2011) Hấp thụ hồn tồn 2,24 lít CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch gồm K2CO3 0,2M KOH x mol/lít, sau phản ứng xảy hoàn toàn thu dung dịch Y Cho toàn Y tác dụng với dung dịch BaCl2 (dư), thu 11,82 gam kết tủa Giá trị x A 1,0 B 1,4 C 1,2 D 1,6 [5] Hướng dẫn giải Nhận thấy : n CO + n CO > n BaCO nên suy dung dịch Y chứa muối HCO3- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố C ta có : nCO2 + nCO 2− (trong K 3 2CO3 ) 2− = nHCO − + nCO 2− (trong BaCO ) ⇒ nHCO − = 0,06 mol 3 Phương trình phản ứng : CO2 + OH- → HCO3¬ mol: 0,06 ¬ 0,06 0,06 → CO32CO2 + 2OH mol: (0,1 – 0,06) → 0,08 Theo (1) (2) ta thấy : ∑n OH− 3 (1) (2) = 0,06 + 0,08 = 1,4 mol ⇒ x = [KOH] = [OH − ] = 1,4 = 1,4M Đáp án B Dạng : Phản ứng CO2 dung dịch chứa hỗn hợp bazơ tan Phương pháp giải - Bản chất phản ứng : CO2 + 2OH − → CO32− + H 2O CO2 + CO32− + H 2O → HCO3− - Nếu dung dịch kiềm có Ba(OH) Ca(OH)2 có phản ứng tạo kết tủa phản ứng CO2 với OH − tạo CO32− Ba 2+ + CO32 − → BaCO3 ↓ Ca 2+ + CO32 − → CaCO3 ↓ - Dựa vào giả thiết phương trình phản ứng ion rút gọn để tính tốn suy kết cần tìm [“4”] ►Các ví dụ minh họa ◄ Ví dụ 1: (Khối A 2009) Cho 0,448 lít khí CO2 (đktc) hấp thụ hết vào 100 ml dung dịch chứa hỗn hợp NaOH 0,06M Ba(OH)2 0,12M, thu m gam kết tủa Giá trị m A 3,940 B 1,182 C 2,364 D 1,970 [5] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : n CO = 0,02 mol ; nNaOH = 0,006 mol ; n Ba (OH) = 0,012 mol ⇒ n Ba 2+ = 0,012 mol ; ∑n OH − = 0,03 mol Phương trình phản ứng : CO + 2OH − → CO32− + H 2O mol : 0, 015 ¬ 0, 03 → 0, 015 CO + CO32 − + H 2O → 2HCO3− mol : 0, 005 → 0, 005 Như n CO = 0, 015 − 0, 005 = 0, 01 mol < n Ba = 0, 012 mol nên lượng kết tủa tính theo CO32- 2− 2+ Ba 2+ + CO32− → BaCO3 ↓ mol : 0, 01 ¬ 0, 01 → 0, 01 ⇒ n BaCO = n CO = 0,01 ⇒ m BaCO = 0,01.197 = 1,97 gam 2− 3 Đáp án D Ví dụ 2: Dung dịch X chứa hỗn hợp chất KOH 0,05M, NaOH 0,05M Ba(OH)2 0,15M Sục 7,84 lít khí CO (đktc) vào lít dung dịch X lượng kết tủa thu A 19,7 gam B 9,85 gam C 29,55 gam D 10 gam [5] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : n CO = 0,35 mol ; nNaOH = 0,05 mol ; nKOH = 0,05 mol; n Ba (OH) = 0,15 mol 2 ⇒ n Ba 2+ = 0,15 mol ; ∑n OH − = 0,4 mol Phương trình phản ứng: CO + 2OH − → CO32− + H O mol : 0, ¬ 0, → 0, CO + CO32 − + H 2O → 2HCO3− mol : 0,15 → 0,15 Như n CO = 0, − 0,15 = 0, 05 mol < n Ba = 0,1 mol nên lượng kết tủa tính theo CO32- 2− 2+ Ba 2+ + CO32− → BaCO3 ↓ mol : 0, 05 ¬ 0, 05 → 0, 05 ⇒ m BaCO = 0,05.197 = 9,85 gam Đáp án B ● Lưu ý : Ngoài cách viết phương trình theo chất phản ứng CO2 dung dịch kiềm để tính lượng CO32- tạo ví dụ 2, ta nOH − dựa vào tỉ lệ n để tính lượng CO32- ví dụ đây.[3] CO Ví dụ 3: Hấp thụ hồn tồn 0,672 lít khí CO (đktc) vào lít dung dịch gồm NaOH 0,025M Ca(OH)2 0,0125M, thu x gam kết tủa Giá trị x A 2,00 B 0,75 C 1,00 D 1,25 [5] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : n CO2 = 0, 03 mol, n OH− = 0, 05 mol, n Ca 2+ = 0, 0125 mol n 0, 05 − OH Nhận xét : T = n = 0, 03 = ⇒ < T < ⇒ Phản ứng tạo muối CO32- CO HCO3- Phương trình phản ứng : CO2 + 2OH- → CO32- + → → mol: x 2x x CO2 + OH → HCO3→ → mol: y y y H2 O (1) (2)  x + y = 0, 03 x = 0, 02 ⇒  2x + y = 0, 05  y = 0, 01 Từ (1), (2) giả thiết ta có :  So sánh số mol ta thấy n CO > n Ca ⇒ Lượng kết tủa sinh tính theo ion Ca2+ 2− 2+ Ca2+ + CO32- → CaCO3 mol: 0,0125 → 0,0125 → 0,0125 Vậy mCaCO = 0,0125.100 = 1,25 gam Đáp án D (3) n OH Từ ví dụ ta thấy T = n và1< T < ta suy nCO = nOH − nCO CO − 2− − 2 Ví dụ 4: Đốt cháy hồn tồn m gam FeS2 lượng O2 vừa đủ, thu khí X Hấp thụ hết X vào lít dung dịch Y chứa Ba(OH) 0,15M KOH 0,1M, thu dung dịch Z 21,7 gam kết tủa Cho dung dịch NaOH vào Z thấy xuất thêm kết tủa Giá trị m A 23,2 B 12,6 C 18,0 D 24,0 [5] Hướng dẫn giải Đốt cháy FeS2 O2 vừa đủ thu khí X SO2 t 4FeS2 + 11O2  → 2Fe2O3 + 8SO2 o Theo giả thiết ta có : n SO = n BaSO = 0,1 mol, n OH = 0,4 mol, n Ba = 0,15 mol 2− 3 − 2+ 10 Cho dung dịch NaOH vào Z thấy xuất thêm kết tủa suy Z có HSO 3− , OH- Y phản ứng hết với khí SO2 Phương trình phản ứng : SO2 + 2OH − → SO32− mol: 0,1 ← 0,2 ← 0,1 SO2 + → OH − (1) (2) HSO3− mol: 0,2 ← (0,4 – 0,2) → 0,2 Theo phản ứng ta có : n FeS = n SO = 0,15 ⇒ m = 120.0,15 = 18 gam 2 Đáp án C Ví dụ 5: Sục CO2 vào 200 ml hỗn hợp dung dịch gồm KOH 1M Ba(OH) 0,75M Sau khí bị hấp thụ hoàn toàn thấy tạo 23,64 gam kết tủa Thể tích khí CO2 dùng (đktc) A 8,512 lít B 2,688 lít C 2,24 lít D Cả A B [5] Hướng dẫn giải Theo giả thiết ta có : n Ba 2+ = 0,15 mol, ∑n OH − = n KOH + 2n Ba (OH)2 = 0,5 mol, n BaCO3 = 0,12 mol Vì số mol Ba2+ lớn số mol BaCO3 nên Ba2+ dư Như phản ứng CO2 với dung dịch kiềm tạo 0,12 mol CO32- Xét khả xảy : ● Trường hợp OH − dư : CO2 + 2OH − → CO32- + H2O (1) ¬ mol: 0,12 ¬ 0,24 0,12 Theo (1) suy : n CO = 0,12 mol ⇒ VCO = 0,12.22, = 2, 688 lít ● Trường hợp OH − phản ứng hết phản ứng tạo muối axit : CO2 + 2OH − → CO32- + H2O (1) ¬ mol: 0,12 ¬ 0,24 0,12 − → CO2 + OH HCO3(2) mol: 0,26 ¬ (0,5 – 0,24) = 0,26 Theo (1) (2) suy : n CO = 0,38 mol ⇒ VCO = 0,38.22, = 8,512 lít Đáp án D 2 2 Ví dụ 6: (Đề thi thử ĐHKHTN) Sục V lít CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch hỗn hợp KOH 0,5M Ba(OH)2 0,375M Xác định giá trị V để thu lượng kết tủa lớn ? A 1,68 lít ≤ VCO < 3,92 lít C 1,68 lít