Do đó, vận dụng phương pháp bảo toàn electron để giải các bài toán được nhanh chóng (không cần viết các phương trình phản ứng xảy ra).. Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 9 gam hỗn hợp X gồm bột[r]
(1)RÈN LUYỆN KỶ NĂNG GIẢI BÀI TOÁN HĨA HỌC THEO PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN ELECTRON
Nguyễn Thị Kim Cúc A Đặt vấn đề:
Với cách thức kiểm tra đánh giá nay, thời gian để hoàn thành thi ngắn, thi có thời gian 90 phút với số lượng 50 câu Như vậy, thời gian để hoàn thành tốn hóa học cho phép khoảng thời gian từ – phút Vì vậy, khơng nắm vững phương pháp giúp giải nhanh tốn hóa học khó hồn thành thi thời gian quy định Sau xin giới thiệu cách rèn kỷ vận dụng phương pháp bảo toàn electron (một phương pháp giải nhanh) giúp giải nhanh tốn hóa học
B Nội dung:
I – Định luật bảo toàn Electron: Trong trình Oxi hố – Khử tổng số electron chất khử nhường tổng số electron chất oxi hoá nhận
II – Ưu điểm phương pháp bảo tồn Electron:
- Cho phép giải nhanh chóng, xác tốn hố học mà khơng cần viết phương trình phản ứng xảy
- Đặc biệt thích hợp với toán mà việc giải toán theo phương pháp đại số số ẩn số nhiều số phương trình
- Phù hợp với hình thức kiểm tra, đánh giá
III – Phạm vi áp dụng giải toán hoá học theo phương pháp bảo toàn Electron:
Áp dụng phương pháp vào giải toán hoá học phản ứng xảy phản ứng Oxi hoá - Khử
IV – Rèn luyện kỷ giải tốn Hóa học theo phương pháp bảo toàn Electron: Với toán hoá học đưa ra, cần cho học sinh xem xét vận dụng phương pháp bảo tồn electron để giải hay khơng.
Ví dụ 1: Có hỗn hợp bột kim loại Fe Al Lấy 8,3 gam hỗn hợp bột tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ Phản ứng xong thu 5,6 lít H2 (đktc) Tổng số mol electron
đã trao đổi bao nhiêu? a) 0,75 mol b) 0,5 mol c) mol d) mol
Nhận xét: Bài toán yêu cầu xác định tổng số mol electron trao đổi Vì vậy, nên vận dụng phương pháp bảo tồn electron để xác định nhanh chóng kết tốn Cần phân tích để học sinh hiểu:
Tổng số mol electron trao đổi = tổng số mol electron cho + tổng số mol electron nhận Ví dụ 2: Hồ tan hồn tồn a (gam) hỗn hợp Al, Cu dung dịch HNO3 loãng thu
được 4,8 lít NO (đktc) Cũng cho a (gam) hỗn hợp tác dụng với dung dịch NaOH dư thu 3,36 lít H2 (đktc) Thành phần % khối lượng Al là:
(2)
Nhận xét: Muốn vận dụng phương pháp bảo tồn electron để giải tốn cần xác định q trình hố học xảy có phải q trình oxi hố – khử hay khơng? Ta có:
Al + HNO3 (l) → NO ↑ Như vậy, lúc này:
Cu dd (Al3+; Cu2+) Al – 3e → Al3+
Cu – 2e → Cu+ + NaOH N+5 + 3e → N+
Al3+, H2: Al – 3e → Al3+ 2H+ + 2e → H2
Vậy, q trình hố học xảy q trình oxi hố - khử Do đó, vận dụng phương pháp bảo tồn electron để giải tốn nhanh chóng (khơng cần viết phương trình phản ứng xảy ra)
Ví dụ 3: Hồ tan hồn tồn gam hỗn hợp X gồm bột Mg bột Al dung dịch H2SO4 lỗng, dư thu khí A dung dịch B Thêm từ từ dung dịch NaOH vào B cho kết tủa đạt tới khối luợng lớn dừng lại Lọc kết toả đem nung khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu 16,2 gam chất rắn Thể tích khí A thu đktc là:
a) 6,72 lít b) 8,96 lít c) 10,08 lít d) 7,84 lít
Nhận xét: Các q trình hoá học:
X Mg + H2SO4 (l) → A ↑ to
Al dd B (Mg2+, Al3+) ddNaOH ↓(Mg(OH)2, Al (OH)3 → Al2O3, MgO
(I) (II) (III)
Như vậy, q trình hố học này, có q trình (I) q trình oxi hố – khử Vì vậy, khơng thể đơn vận dụng phương pháp bảo tồn electron để giải tốn Giải tốn theo phương pháp bảo tồn Electron:
* Nguyên tắc chung: Viết đầy đủ q trình oxi hố đầy đủ trình khử để xác định tổng số electron chất khử nhường tổng số electron chất oxi nhận dựa vào kiện đề thiết lập phương trình tốn học liên hệ
Ví dụ 1: Giải ví dụ Mục I Có trình:
Fe + HCl → H2
Al Fe2+, Al3+
Như vậy: Fe – 2e → Fe2+ 2H+ + 2e → H2
Al – 3e → Al3+ 0,5 (mol) 0,25 (mol) 5,6
1 nH2 = = 0,25 mol
22,4
2 Ta có: Tổng số mol electron nhận = 0,5 mol Vậy tổng số mol electron nhường = 0,5 mol → Tổng số mol electron trao đổi = 0,5 + 0,5 = mol
(3)Có q trình: a (g) Al + HNO3 (l) → Al3+, Cu2+
Cu NO
+ NaOH → Al3+ H2
Gọi x số mol Al a (g) hỗn hợp, ta có:
Gọi y số mol Cu Al – 3e → Al3+
x 3x Cu – 2e → Cu2+ y 2y
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
0,6 0,2 4,48
nNO = = 0,2 mol 22,4
Áp dụng định luật bảo toàn electron: 3x + 2y = 0,6 (1) Al – 3e → Al3+ 2H+ + 2e → H2 x 3x 0,3 0,15 mol 3,36
nH2 = = 0,15 mol, 3x = 0,3 → x = 0,1 mol thay vào (1), 22,4
ta có y = 0,15 mol
Vậy: mAl = 0,1 X 27 = 2,7 gam 2,7
%Al = X 100% = 21,95% mCu = 0,15 X 64 = 9,6 gam 2,7 + 9,6
Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 27,8g hợp kim Al – Mg với vừa đủ dung dịch HNO3 1,25M
thu 8,961 lít đktc hỗn hợp khí A gồm NO N2O có tỷ khối với H2 = 20,25 Xác định
thành phần % khối lượng hợp kim thể tích HNO3 dùng
Phân tích:
27,8 Al + HNO3 1,25M → dd B
Mg 8,961 hhA (NO + N2O); (dA/H = 20,25) a) %mAl = ?; %mMg = ?
- Muốn xác định %mAl, %mMg phải xác định mAl, mMg hợp kim → xác định nAl, nMg → dựa vào: Khối lượng hợp kim nNO, nN2O
- Xác định nNO, nN2O qua MA, nA tính nNO = 0,1 mol nN2O =
0,3 mol
- Dùng định luật bảo tồn electron, thơng qua bán phản ứng lập phương trình: Al – 3e → Al+3
x 3x
Mg – 2e → Mg+2 y 2y
(4)0,1 0,4 0,3 0,1
2NO3- + 10H+ + 8e → N2O + 5H2O
0,6 2,4 0,3 3x + 2y = 2,7 (1)
Từ khối lượng hợp kim lập phương trình: 27x + 24y = 27,8 (2) Từ (1) (2) x = 0,5, y = 0,58
mAl = 13,8g, mMg = 14g
%mAl = 49,64%, %mMg = 50,36%
b) VHNO3 dùng = ? 3,4
nHNO3 dùng = nH+ = 3,4mol VHNO3 dùng = = 2,721 lít 1,25
3 Nâng cao dần mức độ khó khăn tốn u cầu học sinh giải theo các phương pháp khác nhau:
Để học sinh thích ứng phương pháp giải toán cần cho học sinh rèn luyện toán từ đơn giản đến phức tạp để hình thành kỷ giải tốn theo phương pháp cho em Và với toán đưa cần cho học sinh giải theo phương pháp giải có để từ em thấy rõ ưu điểm phương pháp giải toán
Ví dụ 1: Hồ tan hồn tồn m gam Al vào dung dịch HNO3 đặc, nóng thấy 6,72 lít khí màu nâu (đktc) Tính m?
Bài giải:
Al + HNO3 → Al+3
NO2
Ta có: Al – 3e → Al3+
NO3- + 2H+ + e → NO2 + H2O
6,72 3nAl = n NO2 = = 0,3
22,4 m
3 = 0,3 → m = 2,7 gam 27
Ví dụ 2: Hồ tan hồn tồn hỗn hợp kim loại gồm 0,02 mol Al 0,015 mol Zn với vừa đủ dung dịch HNO3 2M thu V lít khí (đktc) bị hố nâu khơng khí
a) Tính V?
b) Tính thể tích HNO3 dùng?
* Nhận xét: So với ví dụ 1, ví dụ nội dung kiến thức tập đuợc nâng lên Ở học sinh giải cách:
Cách 1: Bằng phương pháp thơng thường tính được: a) V = 0,672 lit
b) VHNO = 0,06 lít
(5)Q trình oxi hóa Q trình khử
Al – 3e → Al+3 NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
0,02 0,06 4x 3x x Zn – 2e → Zn+2
0,015 0,03
Kết hợp q trình oxi hố q trình khử, ta có: 3x = 0,06 + 0,03 → x = 0,03
nNO = x = 0,03 mol → VNO = 0,672 lít
nHNO3 dùng = nH+ = 4x = 0,12 mol VHNO3 = 0,06 lít
Ví dụ 3: Nung nóng m gam phơi bào sắt khơng khí, sau thời gian biến thành hỗn hợp (A) có khối lượng 30 gam gồm sắt oxít FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp (A) dung dịch HNO3 lỗng thấy bay 5,6 lít khí NO (đo đktc)
Tính khối lượng m? Giải:
* Cách 1: Bằng phương pháp đại số: Các phương trình phản ứng xảy ra:
2Fe + O2 → 2FeO (1)
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (2)
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 (3)
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (4)
3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O (5)
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (6)
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (7)
Gọi x, y, z, t số mol Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tương ứng Theo kiện đề cho theo
các phương trình phản ứng, ta có:
56x + 72y + 232z + 160t = 30 (a) y z 5,6
Từ (4), (5), (6): x + + = nNO = = 0,25 mol (b) 22,4
Từ (1), (2), (3) từ (a) suy ra: 30 - m
y + 4z + 3t = nO = (c) 16
y z t
Từ (b) x = 0,25 - - - Thế x vào (a) ta có:
48 y + 4z + 3t = = 0,3 160 30 - m
(6)* Cách 2: Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng:
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng từ phương trình (4) đến (7), ta có: mA + mHNO3
= mFe(NO)3 + mNO + mH2O (*)
Theo đề ta có: m
nFe ban đầu = = nFe(NO)3
56
nNO3- tạo khí = nNO = 0,25 mol 3m
nNO3- muối = 3nFe = (mol) 56
3m
nHNO3 tham gia = + 0,25 mol
56
nHNO3 3m 0,25
nH2O = = = mol
2.56 Thay vào phương trình (*) ta có:
3m 242 3m 0,25 30 + + 0,25 63 = .m + 0,25.30 + 18 + 56 56 112 Giải ta m = 25,2 gam
* Cách 3: Dùng phương pháp bảo tồn electron: Từ phương trình (1) đến (7):
Fe: chất khử: Fe – 3e → Fe+3 a 3a
O2 HNO3: chất oxi hoá: O2 + 4e → 2O-2 b 4b
NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 3.0,25 0,25 Gọi số mol Fe ban đầu a
Số mol O2 phản ứng b
Áp dụng định luật bảo tồn electron, ta có:
3a = 4b + 3.0,25 <=> 3a – 4b = 0,75 (a) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
56a + 32b = 30 (b)
(7)