SKKN phương pháp xác định kim loại dựa vào định luật bảo toàn electron

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Hóa học môn khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm nên có tính hấp dẫn, lại mơn học khó Vì muốn học tốt mơn Hóa Học nắm vững kiến thức bản, biết suy luận, việc áp dụng định luật giải nhanh để tìm hướng giải nhanh cho tốn trắc nghiệm Định luật bảo tồn electron phương pháp Xác định kim loại chưa biết dạng toán thường gặp, giải tốn có nhiều cách làm theo tơi dùng định luật bảo tồn electron nhanh hiệu Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải tập lại có ý nghĩa quan trọng Mỗi tập có nhiều phương pháp giải khác Nhưng biết phân dạng lựa chọn phương pháp hợp lý, giúp học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập, nắm phương pháp giải Tôi ln động viên, khuyến khích em tìm tịi sáng tạo để bổ sung thêm tập, học sinh có lực hứng thú học tập, cịn học sinh yếu, trung bình tìm thấy điều cần thiết cho Xuất phát từ lí trên, với số kinh nghiệm sau năm giảng dạy năm học 2018 - 2019 này, chọn đề tài: “Phương pháp xác định kim loại dựa vào định luật bảo tồn electron” 1.2 Mục đích nghiên cứu Vận dụng cách tốt giải toán kim loại Từ nghiên cứu đề tài giúp học sinh nắm tính chất kim loại Khi nghiên cứu định luật bảo tồn electron nhằm giải tốn tìm kim loại giúp học sinh có nhìn nhận toán Kim loại 1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứa Học sinh khối 12 Trung tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân hai năm học 2017 – 2018 2018 – 2019 1.4 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Dùng định luật bảo tồn electron giải tốn kim loại Xây dựng phương pháp giải chi tiết cho dạng, đưa tập từ dễ tới khó cho học sinh khối 12 làm để hình thành kỷ giải tốn kim loại NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận - Về nguyên tắc để xác định kim loại phải tìm nguyên tử khối kim loại - Nắm vững chất oxi hóa, chất khử, q trình oxi hóa, q trình khử để vận dụng kiến thức liên quan để hồn thiện tốn - Trong phản ứng nói riêng, q trình nói chung tổng số mol electron nhường tổng số mol electron nhận 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng - Học sinh Trung tâm đa số em có kiến thức mơn hóa học yếu, đặc biệt giải tốn hóa học lại khó khăn nhiều - Tìm phương pháp giải tốn kim loại khó khăn Khảo sát với khối 12 hai năm học liên tiếp 2017 – 2018 2018 – 2019 12A1; 12A2(Năm 2017 – 2018 ) 12A1 12A2(Năm 2018 - 2019) trường Trung Tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân có kết qủa sau: * Khi chưa áp dụng chuyên đề vào giảng dạy: Năm học : 2017 – 2018 Lớp 12A1 Sĩ số/ Số Giỏi Lần kiểm tra SL % 37/1 37 0 Lớp 12A2 Sĩ số/ Số Lần kiểm tra Giỏi SL 31/1 31 Năm học : 2018 – 2019 Khá Trung bình Yếu Kém SL % SL % SL % SL % 0 20 54,05 14 37,83 8,12 Khá % SL Trung Yếu Kém bình % SL % SL % SL % 3,22 18 58,09 25,8 12,89 Lớp 12A1 Sĩ số/ Số Lần kiểm tra 47/1 47 Lớp 12A2 Sĩ số/ Số Lần kiểm tra 43/1 43 Giỏi SL % Khá SL Giỏi SL % Trung Yếu bình % SL % SL % 2,17 27 57,41 12 25,53 Khá SL % Trung bình SL % 23 53,5 Kém SL % 14,89 Yếu Kém SL % 14 32,55 SL % 13,95 Nội dung, biện pháp thực giải pháp đề tài Đề tài chia thành hai phần: * Phần 1: Phân loại dạng tập thường gặp - Dạng 1: Xác định kim loại dựa vào tập kim loại tác dụng với chất khí - Dạng 2: Xác định kim loại dựa vào tập kim loại tác dụng với nước - Dạng 3: Xác định kim loại dựa vào tập kim loại tác dụng với axit - Dạng 4: Xác định kim loại dựa vào tập kim loại tác dụng với dung dịch muối - Dạng 5: Xác định kim loại dựa vào tập điện phân - Dạng 6: Xác định kim loại dựa vào tập khử oxit kim loại Mỗi dạng có hai phần: Phương pháp giải; ví dụ minh họa đưa hệ thống tập đa dạng, khai thác nhiều khía cạnh khác từ đến nâng cao, vừa hay, vừa có loại khó hướng dẫn giải cho dạng với phương pháp ngắn gọn dễ nhớ * Phần 2: Các tập vận dụng Cung cấp hệ thống tập từ dễ đến khó nhằm giúp em tự ôn luyện, phân loại vận dụng phương pháp hợp lý để giải chúng cách nhanh nhất, qua giúp em nắm phương pháp giải 2.3.1 Phân loại dạng tập thường gặp Dạng 1: Xác định kim loại dựa vào tập cho kim loại tác dụng với chất khí 1) Phương pháp giải: Bước 1: Xác định số mol chất đề thi - Đổi số mol cụ thể chất - Chuyển sang liên hệ với số mol cho giá trị dạng tham số, ẩn số Bước 2: Xác định chất trình nhường nhận electron - Đối với phương trình phản ứng xác định số oxi hóa tăng lên hay giảm xuống - Đối với trình xác định trình đầu, cuối - Viết q trình oxi hóa q trình khử - Tính số mol ne nhường; ne nhận Bước 3: Thiết lập mối liên hệ - ne nhường = ne nhận - Giải mối liên hệ phương trình - Lập bảng hóa trị (n) với khối lượng phân tử (M) Bước 4: Kết luận kim loại cần tìm Ví dụ minh họa : Ví dụ 1: Đốt kim loại M bình kín đựng khí clo thu 6,5 gam muối clorua nhận thấy thể tích clo bình giảm 1,344 lít (đktc) Kim loại dùng là: A Al B Fe C Cu D Cr Hướng dẫn: Thể tích clo bình giảm thể tích clo phản ứng nCl2 = 0,06 mol Quá trình oxi hóa khử M0 M+n + ne Cl2 + 2e 2Cl012/n 0,12 0,06 0,12 012/n(M + 35,5n) = 6,5 n= 3; M = 56 đvc Fe Đáp án B Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm A, B thuộc hai chu kỳ liên tiếp bảng tuần hồn có khối lượng 10,6 gam Khi cho hỗn hợp X tác dụng với khí Cl2 dư cho hỗn hợp hai muối nặng 31,9 gam Hai kim loại kiềm A Li, Na B Na, K C K, Rb D Li, K Hướng dẫn: nCl 31,9 10,6 = 0,3 mol 71 Gọi hai kim loại kiềm M hóa trị chung n Q trình oxi hóa khử M0M+n + ne + 2e2ClCl2 10,6/M 10,6n/M 0,3 0,6 Dùng định luật bảo tồn electron có 10,6n/M = 0,6 M = 17,67 Hai kim loại Li, Na Đáp án A Ví dụ : Lượng khí sinh cho 6,96 gam MnO2 tác dụng hết với dung dịch HCl oxi hóa hồn tồn kim loại M, tạo 7,6 gam muối (biết kim loại M có hóa trị II) Kim loại M là: A Be B Mg C Ca D Ba Hướng dẫn: Số mol MnO 2: n = 0,08 mol Quá trình oxi hóa khử M0 M+n + ne 2ClCl2 + 2e 0,16/n 0,16/n 0,16 0,08 0,16 +2 Mn+4 + 2e Mn 0,08 0,16 Dùng định luật bảo tồn electron có 0,16/n(M + 71) = 7,6 M = 24 Đáp án B Ví dụ 4: Đốt cháy a gam kim loại M 6,72 lít khí clo (đktc) tạo 26 gam muối clorua (biết hiệu suất phản ứng tính theo clo đạt 80%) Kim loại M A Fe B Mg C Cu D Al Hướng dẫn n 6,72 80 = 0,24 (mol) : Cl2 phản ứng = 22,4 Quá trình oxi hóa khử M0 M+n + ne Cl2 + 2e 2Cl0,48/n 0,48 0,24 0,48 Dùng định luật bảo tồn electron có 0,48/n(M + 71n).100/80 = 2,6 M = 18,67n M = 56 Đáp án A Ví dụ : Đốt cháy hoàn toàn 3,6 gam kim loại M (có hố trị khơng đổi) hỗn hợp khí Cl2 O2 Sau phản ứng thu 11,5 gam chất rắn thể tích hỗn hợp khí phản ứng 2,8 lít (ở đktc) Kim loại M A Al B Ca C Be D Mg Hướng dẫn: Số mol khí: nkhí = 2,8/22,4 = 0,125 mol Q trình oxi hóa khử M0 M+n + ne Cl2 + 2e2Cl3,6/M 3,6n/M a 2a -2 O2 + 4e2O b 4b Theo giả thiết ta có khối lượng Cl O2 phản ứng 11,5 – 3,6 = 7,9g Gọi x, y số mol Cl2, O2 Ta có x y 0,125 x 0,1 71x 32 y 7,9 y 0,025 Theo định luật bảo toàn electron ta có: 3,6 n M 0,1 + 0,025 M=12n n=2; M = 24 đvc Đáp án D Dạng 2: Xác định kim loại dựa vào tập kim loại tác dụng với nước 1) Phương pháp giải: Bước 1: Xác định số mol chất đề thi - Đổi số mol cụ thể chất - chuyển sang liên hệ với số mol cho giá trị dạng tham số, ẩn số Bước 2: Xác định chất trình nhường nhận electron - Chỉ có Kim loại IA với Ca, Sr, Ba phản ứng với H2O điều kiện thường - Tính số mol ne nhường; ne nhận Chú ý: - Be không phản ứng với H2O điều kiện - Mg phản ứng với H2O nhiệt độ cao Phương trình: Mg + H2O MgO + H2 Bước 3: Thiết lập mối liên hệ ne nhường = ne nhận Giải mối liên hệ phương trình Lập bảng hóa trị (n) với khối lượng phân tử (M) Ln có nOH = nH2 Bước 4: Kết luận kim loại cần tìm Ví dụ minh họa: Ví dụ 6: Cho 10 gam kim loại M hóa trị II tác dụng với nước, thu 6,11 lít khí H2 (250C atm) Kim loại M dùng A Ca B Sr B Mg D Ba Hướng dẫn: PV 6,11 = 0,25 (mol) n nM = H2 RT 0,082 (273 25) Quá trình oxi hóa khử M0M+2 + 2e 2H+ + 2eH2 10/M 20/M 0,5 0,25 Dùng định luật bảo tồn electron có 20/M = 0,5 M = 40 Đáp án A Ví dụ 7: Cho 5,55 gam kim loại kiềm tác dụng với nước có dư, thu khí A Cho khí A qua CuO đun nóng tạo 25,6 gam Cu Kim loại kiềm A Li B Na C K D Rb Hướng dẫn: Số mol nCu = 0,4 mol - - Q trình oxi hóa khử M0 M+ + e 5,55/M 5,55/M +2 Cu + 2e 2H+ + 2e 0,8 H2 0,4 Cuo 0,8 0,4 nM = 2nCu = 0,4 = 0,8 (mol) Mkim loại = 6,94 Đáp án A Ví dụ 8: Hồ tan hoàn toàn 3,1 gam hỗn hợp kim loại kiềm thuộc hai chu kì liên tiếp Bảng tuần hồn vào nước, thu lit dung dịch có pH = 13 Hai kim loại kiềm là: A Na, K B Li, Na C K, Rb D Rb, Cs Hướng dẫn: Từ pH = 13 [OH-] = 0,1 nOH = nM = 0,1 mol Q trình oxi hóa khử M0 M+ + e 2H+ + 2e H2 3,1/M 3,1/M = 0,05 mol M = 0,1 0,05 3,1 = 31 Na K Đáp án A n nH2 = 1/2 OH 0,1 Ví dụ 9: Hồ tan hoàn toàn 10,1 gam hỗn hợp kim loại kiềm thuộc hai chu kì liên tiếp bảng tuần hồn vào nước thu dung dịch X Để trung hòa 1/2 dung dịch X cần 1,5 lít dung dịch HCl + HNO3 có pH = Hai kim loại kiềm A K, Rb B Li, Na C Na, K D Rb, Cs Hướng dẫn: Đặt M ký hiệu chung kim loại Ta có sơ đồ: M MOH + pH = [H ] = 0,1M nH = 0,15 (mol) Phản ứng trung hòa 1/2 dung dịch X: nH = nOH nM (dung dịch X) = nH = 0,3(mol) Q trình oxi hóa khử M0M+ + e 2H+ 10,1/M 10,1/M 0,3 10,1 = 33,67 Đáp án C M + 2eH2 0,3 = 0,3 Ví dụ 10: Hai kim loại kiềm A, B thuộc hai chu kì liên tiếp bảng tuần hồn Cho 17,94 gam hỗn hợp A, B tan hoàn toàn 500 gam H 2O thu 500ml dung dịch (d = 1,03464) Kim loại A, B A Li, Na B Na, K C Rb, Cs D K, Rb Hướng dẫn: Ta có sơ đồ: A, B H2 Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: mH2 = 17,94 + 500 – 500 1,03464 = 0,62 gam Từ sơ đồ nA, B = nH2 = Quá trình oxi hóa khử M0M+ + e 17,94/M 17,94/M M 17,94 0,62 = 0,62 (mol) 2H+ 0,62 + 2eH2 0,62 0,31 0,62 = 28,9 A, B Na K Đáp án B Dạng 3: Xác định kim loại dựa vào tập kim loại tác dụng với axit 1) Phương phương pháp: Bước 1: Xác định số mol chất đề thi - Đổi số mol cụ thể chất - Chuyển sang liên hệ với số mol cho giá trị dạng tham số, ẩn số Bước 2: Xác định chất trình nhường nhận electron HCl * Kim loai H SO4 ( loang) muối có hóa trị thấp + H2 * Khi kim loại hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch HCl, H2SO4 n 2n loãng ta ln có: ; nH SO nH HCl H * Nếu toán cho kim loại tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp axit HCl H2SO4 lỗng ta nên tính 2 n * H n H SO4 H SO ( dac) = nHCl + Kim loai 24 HNO3 san pham khu cua S + H2O muối có hóa trị cao + san pham khu cua N Chú ý : Khi viết trình nhượng nhận electron phải biết phân biệt chất số nguyên tử có chất khử, chất oxi hóa để tính số mol nhường nhận cho thật xác Thường gặp Fe3O4 ; N2O… 2N+5 + 8e → 2N+1 3Fe+8/3 → 3Fe+3 + 1e (0,3) 0,1 0,8 (0,1) Vì chất chất phân tử có nguyên tử Fe nguyên tử N Đối với Fe cần năm thuật ngữ dùng để tạo số oxi hóa + : - Lượng HNO3 cần dùng - Lượng Fe dùng dư - Lượng HNO3 loãng Bước 3: Thiết lập mối liên hệ - ne nhường = ne nhận - Giải mối liên hệ phương trình - Lập bảng hóa trị (n) với khối lượng phân tử (M) Bước 4: Kết luận kim loại cần tìm Ví dụ minh họa: Ví dụ 11: Ngâm kim loại M nặng 50 gam dung dịch HCl, sau thu 336 ml khí H2 (đktc) khối lượng kim loại giảm 1,68% Kim loại M A Zn B Mg C Fe D Ni Hướng dẫn: Số mol nkhí = 0,015 mol Khối lượng kim loại giảm khối lượng kim loại phản ứng mkim loại phản ứng = 50 1,69 = 0,84 (gam) 100 Theo đáp án tất kim loại tác dụng với axit HCl có hóa trị II nên ta xem hóa trị kim loại II Q trình oxi hóa khử M0 M+2 + 2e 2H+ + 2e H2 0,84/M 1,68/M 0,015 0,03 Theo định luật bảo tồn electron có: 0,84 1,68/M = 0,03 M = 0,015 = 56 đvc Đáp án C Ví dụ 12: X kim loại thuộc nhóm IIA Cho 3,4 gam hỗn hợp gồm kim loại X Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl sinh 1,344 lit khí H (ở đktc) Mặt khác cho 3,8g X tác dụng với lượng dư dung dịch H 2SO4 lỗng thể tích khí H2 sinh chưa đến 2,24 lit (ở đktc) Kim loại X A Ba B Ca C Sr D Mg Hướng dẫn: = 0,06 mol Số mol khí H2: nKhí Gọi công thức chung kim loại M Q trình oxi hóa khử M0M+2 + 2e 2H+ + 2e H2 3,4/M 6,8/M 0,06 0,06 Theo định luật bảo tồn electron có: 6,8/M = 0,06 3, M = = 56,67 kim loại X có M < 56,67 (1) 0,06 Mặt khác nX < nH2 = 0,1 3,8 M < 0,1 MX >38 (2) X Kết hợp (1) (2) Đáp án B Ví dụ 13: Hồ tan 16 gam hỗn hợp A gồm Fe kim loại X hố trị II vào dung dịch HCl thu 8,96 lit khí H (ở đktc) Nếu dùng 9,6 gam kim loại X hóa trị II cho vào dung dịch HCl dùng khơng hết 500 ml dung dịch HCl 4M Kim loại X cần tìm là: A Ba B Mg C Ca D Zn Hướng dẫn Số mol khí H2: nKhí = 0,04 mol Gọi công thức chung kim loại M Q trình oxi hóa khử M0M+2 + 2e 2H+ + 2e H2 16/M 32/M 0,8 0,8 0,4 Theo định luật bảo tồn electron có: 32/M = 0,8 nA = nH2 = 0,4 M