Mot so phuong phap giup hoc sinh giai nhanh bai tap

3.2.3 Phương pháp quy đổi: Một số bài toàn hóa học có thể giải nhanh bằng các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tử, bảo toàn khối lượng song phương pháp quy đổi cũng tìm ra [r]

NGHIÊN CỨU KHSP ỨNG DỤNG Tên đề tài: “Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh bài tập phản ứng oxi hóa – khử” Giáo viên: NGUYỄN THỊ THANH NHÀN Tổ: Hóa – Sinh Bộ môn: Hóa học Trường Xuân, tháng 11 năm 2010 PHỤ LỤC Trang Tên đề tài 2 Tóm tắt .2 Giới thiệu 3.1 Hiện trạng .2 3.2 Giải pháp thay 3.2.1 Phương pháp bảo toàn electron 3.2.2 Phương pháp ion – electron 10 3.3.3 Phương pháp quy đổi 12 Phương pháp nghiên cứu 15 Phân tích liệu và bàn luận 16 Kết luận và khuyến nghị 17 Tài liệu tham khảo 18 1-Tên đề tài “Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh bài tập phản ứng oxi hóa – khử” 2-Tóm tắt đề tài: Với hình thức thi trắc nghiệm học sinh thường phải nhiều thời gian giải bài tập tính toán, đặc biệt là bài tập phản ứng oxi hóa - khử Nếu các em giải bài tập theo hướng trắc nghiệm tự luận trước đây thì thường không có đủ thời gian để hoàn thành bài thi mình Để giải vấn đề đó cần tìm phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm thời gian Trong chương trình phổ thông, học sinh gặp không ít bài tập oxi hóa - khử liên quan đến axit sunfuric đậm đặc, axit nitric, muối nitrat và các phản ứng nhiệt luyện điều chế kim loại,… Với bài tập này, việc áp dụng các phương pháp giải học sinh còn gặp nhiều khó khăn các em chưa nắm rõ các phương pháp giải và phạm vi áp dụng phương pháp Giải pháp đặt là giới thiệu cụ thể nội dung các phương pháp giải nhanh bài tập phản ứng oxi hóa – khử để học sinh có thể vận dụng các phương pháp đó cách có hiệu Đề tài này giới thiệu với học sinh ba phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron và phương pháp quy đổi Các phương pháp nêu trên giúp cho học sinh giải các bài tập phản ứng oxi hóa khử cách dễ dàng, ít thời gian Nghiên cứu tiến hành trên hai nhóm có số lượng học sinh, kết học tập môn hóa tương đương (Nhóm và nhóm CLB hóa học, trường THPT Trường Xuân – nhóm có 20 học sinh) Nhóm là nhóm thực nghiệm, nhóm là nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm tác động việc áp dụng các phương pháp đã nêu Kết cho thấy tác động có ảnh hưởng tích cực, kết nhóm thực nghiệm là cao so với nhóm đối chứng 3-Giới thiệu: 3.1 Hiện trạng: Xu chung và tương lai là việc kiểm tra đánh giá học sinh hình thức trắc nghiệm Hình thức trắc nghiệm thay cho hình thức tự luận Hiện tại, môn hóa học, các kỳ thi TN THPT, tuyển sinh ĐH-CĐ 100% là trắc nghiệm Điều này đồi hỏi học sinh phải tìm cách giải nhanh có thể Qua buổi sinh hoạt CLB hóa học cho thấy đa số học sinh biết giải bài tập phản ứng oxi hóa – khử theo cách thông thường (viết các phương trình phản ứng, lập các phương trình đại số,…) với cách giải này, học sinh nhiều thời gian, chí có số bài học sinh không thể tìm đáp số Trong nhiều năm qua, đề thi tuyển sinh các khối A, B luôn có diện của các bài tập phản ứng oxi hóa - khử Đề tài này đặc biệt phục vụ cho học sinh ôn tập thi tuyển sinh, có thể áp dụng để giải nhanh các bài tập đơn giản kiểm tra định kỳ trên lớp 3.2 Giải pháp thay thế: Vận dụng các phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron và phương pháp quy đổi vào việc giải các bài tập phản ứng oxi hóa – khử 3.2.1 Phương pháp bảo toàn electron: (Sử dụng tiện lợi cho các trường hợp xảy nhiều phản ứng oxi hóa – khử thong qua nhiều giai đoạn) 3.2.1.1 Nội dung: “Trong phản ứng oxi hóa - khử thì tổng số mol electron các chất khử nhường tổng số mol electron các chất oxi hóa nhận” Quy trình áp dụng phương pháp bảo toàn electron Bước 1: Xác định chất khử và chất oxi hóa (dựa vào số oxi hóa, chất khử, chất oxi hóa có nhiều trạng thái oxi hóa (ví dụ sắt) cần quan tâm trạng thái số oxi hóa đầu và trạng thái số oxi hóa cuối, chí không cần quan tâm đến việc cân các phương trình phản ứng Bước 2: Viết các quá trình nhường và nhận electron (kèm theo số mol tương ứng các chất quá trình Bước 3: Từ định luật bảo toàn electron suy phương trình liên hệ số mol electron nhường và số mol electron nhận *Lưu ý: - Khi cần tìm số mol (khối lượng) chất nào đó, có thể áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố để hỗ trợ - Một hỗn hợp gồm nhiều kim loại có hóa trị không đổi và có khối lượng cho trước phải nhường số mol electron không đổi cho tác nhân oxi hóa nào Và các tác nhân oxi hóa hỗn hợp đó nhận lượng số mol electron *Cách tính số mol NO3- ; SO42- (trong axit HNO3 và H2SO4 đặc) tạo muối và bị khử tham gia phản ứng với kim loại - Xét kim loại M có số oxi hóa tham gia phản ứng oxi hóa – khử với HNO3 là +n (n>0) - Gọi số mol kim loại M là là a Từ quá trình oxi hóa M → M +n + ne suy số mol electron mà M nhường là n.a - Giả sử N+5 (trong HNO3) bị khử xuống N+x Theo phương pháp bảo toàn electron thì số mol electron mà N+5 nhận n.a Quá trình khử N+5 + (5-x) → N+x na 5−x ← n.a→ na 5−x (1) - Trong phản ứng thu muối M(NO3)n nên số mol NO3- cần để tạo muối gấp n lần số mol kim loại M Vậy nNO3- tạo muối n.a (2) - Từ (1) và (2) ta có mối liên hệ số mol NO 3- tạo muối và số mol N+x (sản phẩm khử thu được) biểu thị biểu thức sau: nno nN − +x = n.a =5 − x n.a 5− x - Hay nói cách khác, số mol NO3- tạo muối số mol electron kim loại nhường số mol electron N+5 nhận - Từ đây, suy số mol HNO3 phản ứng số mol NO3- tạo muối + số mol N+5 nhận electron - Tương tự chất oxi hóa là H2SO4 đặc - Giả sử S+6 (trong H2SO4) bị khử xuống S+x Theo phương pháp bảo toàn electron thì số mol electron mà N+5 nhận n.a Quá trình khử S+6 + (6-x) → S+x na 6− x ← n.a→ na 6− x (1’) - Trong phản ứng thu muối M2(SO4)n nên số mol SO42- cần để tạo muối na (2’) Từ (1’) và (2’) ta có mối liên hệ số mol SO 42- tạo muối và số mol S+x (sản phẩm khử thu được) biểu thị biểu thức sau: nSo 2− nS +x na 6−x = = n.a 6− x - Hay nói cách khác, số mol SO 42- tạo muối số mol electron kim loại nhường số mol electron S+6 nhận - Từ đây, suy số mol H2SO4 phản ứng số mol SO42- tạo muối + số mol S+6 nhận electron - Khối lượng muối kim loại thu sau phản ứng khối lượng kim loại phản ứng cộng với khối lượng NO3- (hoặc SO42-) tạo muối 3.2.1.2 các ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho 8,3 g hỗn hợp hai kim loại Al, Fe tác dụng với dung dịch H 2SO4 đặc, nóng dư, thu 6,72 lí khí SO2 (đktc) Khối lượng Al và Fe hỗn hợp ban đầu là A 2,7g ; 5,6g B 5,4g ; 4,8g C 9,8g ; 3,6g D 1,35g ; 2,4g Hướng dẫn giải: *Cách 1: Số mol SO2 = , 72 =0,3 mol 22 , Gọi x là số mol Al, Y là số mol Fe *Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4 0,6mol ← 0,3mol *Quá trình oxi hóa: Al → Al3+ + 3e xmol → 3x Fe → Fe3+ ymol → + 3e 3y mol Theo phương pháp thăng electron ta có: 3x + 3y = 0,6 (1) Theo đề bài ta có: 27x + 56y = 8,3 (2) Từ (1) và (2) ta tìm x = 0,1 mol ; y = 0,1 mol Khối lượng kim loại: mAl = 27x0,1 = 2,7g; mFe = 56x0,1 = 5,6g *Cách 2: HS viết phương trình phản ứng, dựa vào số liệu đề bài lập hệ hai phương trình giải tìm số mol kim loại Từ đó suy khối lượng kim loại *Nhận xét: Với bài tập này HS có thể tìm theo hai cách tương đối dễ dàng, nhiên với bài tập phức tạp bài bên đưới thì việc giải theo cách gặp khó khăn Ví dụ 2: Khi cho 9,6g Mg tác dụng hết với dung dịch H 2SO4 đậm đặc, thấy có 49g H2SO4 tham gia phản ứng, tạo muối MgSO4, nước và sản phẩm khử X X là: A SO2 B H2S C S D SO2 và S Hướng dẫn giải: Dung dịch H2SO4 đậm đặc vừa là chất oxi hóa vừa là môi trường Gọi a là số oxi hóa S X *Quá trình oxi hóa Mg → Mg2+ + 2e 9,6 =0,4 mol → 0,4 mol 24 49 =0,5 mol Tổng số mol H2SO4 đã dùng là: 98 0,8 mol Số mol H2SO4 đã dùng để tạo muối số mol Mg2+ = 0,4 mol Vậy số mol H2SO4 đã dùng oxi hóa Mg là: 0,5 – 0,4 = 0,1 mol *Quá trình khử: S+6 + (6-a)e → Sa 0,1mol → (6-a).0,1 mol Theo phương pháp bảo toàn electron ta có: (6-a).0,1 = 0,8 → a = -2 Vậy X là H2S *Nhận xét: Nếu học sinh giải theo cách thông thường thì phải chia trường hợp X là H2S, S, SO2 Ví dụ 3: Cho 1,35g hỗn hợp A gồm Cu, Mg, Al tác dụng với HNO dư 1,12 lít NO và NO2 có khối lượng mol trung bình là 42,8 Biết các khí đo đktc Tổng khối lượng muối nitrat sinh là: A 9,65 B 7,28 C 4,24 D 5,69 Hướng dẫn giải: Từ thể tích hỗn hợp NO ; NO (1,12 lit) và khối lượng mol trung bình (42,8) ta tìm số mol NO và NO2 là 0,01 mol và 0,04 mol Gọi x, y, z là số mol Cu, Mg, Al 1,35g hỗn hợp *Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2 (NO) 0,03 mol ← 0,01 mol N + 1e → N+4 (NO2 ) 0,04 mol ← 0,04 mol *Quá trình oxi hóa: Cu → Cu2+ + 2e xmol → x 2x Mg → Mg2+ + 2e ymol → y 2y 3+ Al → Al + 3e zmol → z 3z Theo phương pháp bảo toàn electron ta có: 2x + 2y + 3z = 0,03 + 0,04 = 0,07 Từ đây, ta suy khối lượng muối nitrat sinh là: m = mCu(NO3)2 + mMg(NO3)2 + mAl(NO3)3 = 1,35 + 62 (2x + 2y + 3z) = 1,35 + 62.0,07 = 5,69 g Ví dụ 4: (Theo câu 5/136 SGK lớp 10 nâng cao) Hỗn hợp khí A gồm clo và oxi A phản ứng vừa hết với hỗn hợp gồm 4,8g Mg và 8,1g Al tạo 37,05g hỗn hợp các muối clorua và oxit kim loại Xác định thành phần % theo khối lượng và thể tích chất hỗn hợp A Hướng dẫn giải: Từ đề bài tìm số mol Mg và Al là 0,2 mol và 0,3 mol Goij x, y là số mol Cl2 và O2 *Quá trình oxi hóa: Al → Al3+ + 3e 0,3mol → 0,9 mol Mg → Mg2+ + 2e 0,2mol → 0,4 mol *Quá trình khử: Cl2 + 2e → 2Clx→ 2x mol O2 + 4e → 2O2y→ 4y mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 2x + 4y = 0,9 + 0,4 = 1,3 (1) Theo định luật bảo toàn khối lượng: 71x + 32y + 4,8 + 8,1 = 37,05 (2) Giải hệ (1) và (2) ta tìm x, y và từ đó tìm thành phần các chất A Ví dụ 5: (TS ĐH A 2007) Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1)Bằng axit HNO3, thu V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) và dung dịch Y chứa muối và axit dư Tỉ khối X H2 19 Giá trị V là: A 4,48 B 5,6 C 3,36 D 2,24 Hướng dẫn giải: +5 Từ tỉ khối X H2 ta tính tỉ lệ mol khí là 1:1 Đặt số mol khí là x Gọi số mol kim loại là y, ta có: 56y + 64 y = 12 → y = 0,1 *Quá trình oxi hóa Cu → Cu2+ + 2e 0,1mol → 0,2 Fe → Fe3+ + 3e 0,1mol → 0,3 +5 *Quá trình khử N + 3e → N+2 (NO) 3x mol ← x mol +5 N + 1e → N+4 (NO2) x mol ← x mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 3x + x = 0,2 + 0,3 → x = 0,125 Vậy, V = 0,125 x 22,.4 x = 5,6 lit *Nhận xét: Đối với ví dụ và ví dụ học sinh giải theo cách thông thường thì học sinh phải viết nhiều phương trình phản ứng, đặt nhiều ẩn số Từ giả thuyết kết hợp với kỹ thuật ghếp ẩn số toán học để suy đáp số Ví dụ 6: (TSĐH B 2007) Nung m g bột sắt oxi, thu g hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết hỗn hợp X dung dịch HNO (dư), thoát 0,56 lit NO là sản phẩm khử (đktc) Giá trị m là: A 2,52 B 2,22 C 2,62 D 2,32 Hướng dẫn giải: Trong bài toán này hỗn hợp X gồm Fe và các oxit sắt nên ta cần chú ý đến trạng thái đầu và trạng thái cuối sắt ,56 =0 , 025 mol 22 , m mol nFe= 56 NNO = Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có mO = - m → nO = *Quá trình oxi hóa: Fe → Fe3+ m mol 56 *Quá trình khử: O 3e 3m mol 56 → + 3−m → 16 N+5 + 3−m mol 16 2e → O2- 3−m 16 + 3e → N+2 (NO) 0,075 mol ← 0,025 mol Theo phương pháp bảo toàn electron ta có: 2(3 −m) 3m =0 , 075+ 56 16 m = 2,52 g Ví dụ 7: Cho luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam Fe 2O3 nhiệt độ cao thời gian người ta thu 6,72g hỗn hợp gồm chất rắn khác Đem hòa tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO dư thấy tạo thành 0,448 lít khí B có tỉ khối so với H 15 Giá trị m là: A 5,56 B 6,64 C 7,2 D 8,81 Hướng dẫn giải: MB = 15.2 = 30 → B là NO có số mol = , 448 =0 , 02 mol 22 , Ở bài toán này, ta nhận thấy sắt không bị thay đổi trạng thái oxi hóa.(trạng thái đầu và cuối sắt có số oxi hóa là +3) CO là chất khử, HNO là chất oxi hóa Vì đặt số mol Co là x *Quá trình nhận electron: N+5 + 3e → N+2 (NO) 0,06 mol ← 0,02 mol *Quá trình nhường electron: C+2 → C+4 + 2e x mol → x 2x Theo phương pháp bảo toàn electron: 2x = 0,06 → x = 0,03 mol Ta có sơ đồ phản ứng: Fe2O3 + CO → A + CO2 Theo định luật bảo toàn khối lượng ta suy được: m = 6,72 + mCO2 –mCO → m = 6,72 + 44.0,03 – 28.0,03 = 72, g Ví dụ 8: Trộn 0,54g bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu hỗn hợp A Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A dung dịch HNO hỗn hợp khí gồm NO và NO2 có tỉ lệ số mol tương ứng là: 1:3 Thể tích (đktc) khí NO, NO là: A 0,224 lit và 0,672 lit C 2,24 lit và 6,72 lit B 0,672 lit và 0,224 lit D 6,72 lit và 2,24 lit Hướng dẫn giải: Xét quá trình, thực chất có Al thay đổi số oxi hóa nên ta có *Quá trình oxi hóa Al → Al3+ + 3e 0,02mol → 0,06 mol Gọi x là số mol NO → số mol NO2 là 3x mol *Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2 (NO) 3x mol ← x mol +5 N + 1e → N+4 (NO2) 3x mol ← 3x mol Theo phương pháp bảo toàn electron ta có 6x = 0,06 → x = 0,01 Vậy thể tích NO và NO2 là: 0,224 lit và 0,672 lit Ví dụ 9: Hòa tan hết 16,3g hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe Trong dung dịch H 2SO4 đặc nóng, thu 0,55 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu là: A 51,8g B 55,2g C 69,1g D 82,9g Hướng dẫn giải: Cách thông thường: Chất khử Mg, Al, Fe Mg → Mg2+ + 2e xmol → x 2x 3+ Al → Al + 3e ymol → y 3y Fe → Fe3+ + 3e zmol → z 3z +6 +4 Chất oxi hóa: S + 2e → S 1,1 ← 0,55 mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 2x + 3y + 3z = 1,1 (1) Theo đề bài: 24x + 27y + 56z = 16,3 (2) Khối lượng muối khan thu bao gồm MgSO4, Al2(SO4)3 và Fe2(SO4)3 m = 120x + 171y + 200z Để tính m ta lấy 48x (1) + ( 2) ta m = 48.1,1 + 16,3 = 69,1 g Cách tính nhanh: Áp dụng công thức tính số mol SO42- muối Số mol SO42- tạo muối = số mol e S+6 nhận = 0,55 mol Vậy khối lượng muối thu là m = mKL + mSO42- tạo muối = 16,3 + 96.0,55 = 69,1g Ví dụ 10: Cho 18,4g hỗn hợp kim loại A và B tan hết dung dịch hỗn hợp gồm HNO đặc và H2SO4 đặc, nóng thấy thoát 0,2 mol NO và 0,3 mol SO cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng muối khan thu là: A 42,2g B 63,3g C 79,6g D 84,4g Hướng dẫn giải: Trong bài toán này, nguyên tử khối và hóa trị A, B chưa biết, sử dụng các phương pháp thông thường gặp khó khăn việc đặt ẩn, giải hệ phương trình để tìm đáp số Áp dụng công thức tính số mol nNO3-, nSO42- tạo muối chúng ta tìm kết dễ dàng Quá trình nhận electron S+6 + 2e → S+4 0,6 ← 0,3 mol N+5 + 3e → N+2 (NO) 0,6 mol ← 0,2 mol +5 Vậy nNO3 tạo muối = số mol e N nhận = 0,6 mol nSO42- tạo muối = số mol e S+6 nhận = 0,3 mol Từ đó ta tính khối lượng muối khan thu được: m = mKL + mNO3- + mSO42- = 18,4 + 62.0,6 + 96.0,3 = 84,4 g Ví dụ 11: Cho 1,24g hỗn hợp kim loại có hóa trị không đổi thành phần -Phần 1: bị oxi hóa hoàn toàn thu 0,78g hỗn hợp oxit -Phần 2: Tan hoàn toàn dung dịch H 2SO4 loãng thu V lit khí H2 đktc Giá trị V là: A 2,24 lit B 0,112 lit C 5,6 lit D 0,224 lit Hướng dẫn giải: Khối lượng phần 1,24 : = 0,62g Số mol O kết hợp với 0,62g kim loại: ,78 − ,62 =0 , 01 mol 16 O + 2e → O20,1 mol→ 0,2 mol Ở phần cùng oxi hóa hỗn hợp kim loại trên nên H + axit nhận 0,02 mol electron theo quá trình sau H+ + 2e → H2 0,02mol → 0,01 mol Vậy thể tích H2 thu là: 0,01 22,4 = 0,224 lit 3.2.2 Phương pháp ion – electron Ngoài việc cân oxi hóa – khử còn áp dụng giải các bài toán phản ứng oxi hóa khử có môi trường (axit, bazơ, nước), tính lượng môi trường H+ tham gia phản ứng Chỉ áp dụng cho dạng toán kim loại hỗn hợp các kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh H2SO4 đặc HNO3 Nếu học sinh không biết phương pháp này mà sử dụng phương pháp khác để giải thì thời gian và có thể không tìm kết bài toán Đối với bài toán oxit kim loại hỗn hợp các oxit kim loại tác dụng với axit theo phản ứng oxi hóa khử, sử dụng phương pháp ion – electron thì ngoài số mol H + tính theo bán phản ứng ion – electron còn có số mol H+ lấy oxi oxit để tạo nước 3.2.2.1 Cách viết các bán phản ứng oxi hóa – khử (quá trình oxi hóa và hóa trình khử) * Nếu phản ứng có axit tham gia Vế nào thiếu bao nhiêu oxi O thì them nhiêu H2O để tạo H+ vế và ngược lại Ví dụ: NO3- → NO Vế phải thiếu 2O, them vào vế phải 2H 2O để tạo vế trái 4H+, sau đó cân điện tích bán phản ứng NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O * Nếu phản ứng có bazơ tham gia Vế nào thiếu bao nhiêu O thì them lượng OH- gấp đôi để tạo nước vế và ngược lại Quá trình tạo oxit: Ví dụ: Cr2O3 → 2CrO42Vế trái thiếu 5O, thêm vào vế trái 10OH - để tạo 5H2O bên vế phải, sau đó cân điện tích bán phản ứng Cr2O3 + 10 OH- → 2CrO42- + 5H2O + 6e Ngoài ra, học sinh cần linh hoạt các trường hợp ngoại lệ * Phản ứng có nước tham gia - Sản phẩm phản ứng tạo axit (viết phản ứng có axit tham gia) - Sản phẩm phản ứng tạo bazơ (viết phản ứng tạo bazơ) MnO4- + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH* Học sinh chú ý thay đổi số oxi hóa KMnO4 theo môi trường - Trong môi trường kiềm: tạo K2MnO4 - Trong môi trường trung tính và kiềm yếu: tạoMnO2, KOH - Trong môi trường axit: tạo Mn2+ 3.2.2.2 Một số ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm kim loại chưa biết hóa trị hòa tan vừa đủ vào 800ml dung dịch HNO3 sinh hỗn hợp gồm 0,2 mol N2 và 0,1 mol NO.Nồng độ dung dịch HNO3 đã dung là: A 1,5M B 2,5M C 3,5M D 4,5M Hướng dẫn giải: Ta có: 2NO3- + 12H+ + 10e → N2 + 6H2O 2,4 mol ← 0,2 mol + 2NO3 + 4H + 3e → NO + 2H2O 0,4 mol ← 0,1 mol Từ bán phản ứng trên ta suy nHNO3 = nH+ = 2,4 + 0,4 = 2,8 mol → [ HNO3 ] = 2,8 =3,5 M 0,8 *Nhận xét: Học sinh có thể dựa vào phương pháp bảo toàn electron để tìm số mol NO 3- tạo muối và số mol NO3- nhận electron (theo cách này học sinh thời gian nhiều hơn) Ví dụ 2: Cho m gam hỗn hợp X gôm Fe, Al, Mg tác dụng với dung dịch HCl dư, thu 6,72 lit khí hidro đktc Tính thể tích dung dịch HNO 2M cần dùng để hòa tan hết m gam hỗn hợp trên? Biết lượng HNO đã dung dư 20% so với lượng cần thiết và NO là sản phẩm khử Hướng dẫn giải: Vì cùng lượng m g hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư, HNO dư nên tổng số mol electron nhận hai trường hợp này phải Ta có: 2H+ + 2e → H2 0,6mol ← , 72 =0,3 22 , 2NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 0,8 ← 0,6 mol Vậy số mol HNO3 phản ứng = 0,8 mol Vì lượng HNO3 dùng dư 20% so với lượng cần thiết nên: Số mol HNO3 đã dùng = 0,8 + 0,8x20% = 0,96 mol Vdd HNO3 = 0,96/2 = 0,48 lit Ví dụ 3: Hòa tan m gam hỗn hợp Y gồm FeO, Fe 2O3, Fe3O4 (với nFeO:nFe2O3 = 1: 1) cần dung 200ml dung dịch HNO3 1,5M thu x lit khí NO (đktc) là sản phẩm khử Giá trị m, x là: A 7,46g ; 0,24 lit C 52g ; 0,07lit B 52,2g ; 1,68 lit D 51,2g ; 1,68 lit Hướng dẫn giải: Vì hỗn hợp Y gồm FeO, Fe 2O3, Fe3O4 (với nFeO:nFe2O3 = 1: 1) nên ta xem hỗn hợp Y có Fe3O4 Số mol H+ = nHNO3 = 0,15.2 = 0,3 mol 3fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O 0,3 mol Từ phương trình trên ta tính nFe3O4 = 0,3 0,3 mol và số mol NO = mol 28 28 → mFe3O4 = 7,46g ; VNO = 0,24 lit 3.2.3 Phương pháp quy đổi: Một số bài toàn hóa học có thể giải nhanh các phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tử, bảo toàn khối lượng song phương pháp quy đổi tìm đáp số nhanh và đó là phương pháp tương đối ưu việt, có thể vận dụng vào các bài tập trắc nghiệm để phân loại học sinh 3.2.3.1 Dấu hiệu nhận biết dạng toán vận dụng phương pháp quy đổi nguyên tử - Bài toán hỗn hợp, đó tổng số chất và hợp chất nhiều tổng số nguyên tố tạo thành hỗn hợp đó - Bài toán hỗn hợp các oxit, sunfua kim loại ; Xác định thành phần các nguyên tố hỗn hợp phức tạp ; Các hợp chất khó xác định số oxi hóa Cu2FeS2, Cu2FeS4,… 3.2.3.2 Các bước giải theo phương pháp quy dổi nguyên tử - Bước 1: Quy hỗn hợp chất các nguyên tố tạo thành hỗn hợp Đặt ẩn số thích hợp cho số mol nguyên tử các nguyên tố hỗn hợp - Bước 2: Lập các phương trình dựa vào các định luật bảo toàn khối lương, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron và dựa vào các kiện khác đề bài có - Bước 3: Giải các phương trình và tính toán các kết bài toán yêu cầu 3.2.3.3 Yêu cầu học sinh giải bài tập phương pháp quy dổi nguyên tử Phương pháp quy đổi nguyên tử là phương pháp kết hợp ưu điểm việc vận dụng các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron Vì để áp dụng có hiệu phương pháp này học sinh phải thành thạo kỹ vận dụng các định luật bảo toàn trên 3.2.3.4 Các chú ý sử dụng phương pháp quy đổi - Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (hỗn hợp X) – (từ chất trở lên) thành hỗn hợp chất hay còn chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp - Có thể quy đổi hỗn hợp X cặp chất nào, chí quy dổi chất Tuy nhiên ta nên chọn cặp chất nào đơn giản có ít phản ứng oxi hóa – khử để đơn giản việc tính toán - Trong quá trình tính toán theo phương pháp quy đổi đôi ta gặp số âm đó là bù trừ khối lượng các chất hỗn hợp Trong trường hợp này ta tính toán bình thường và kết cuối cùng thỏa mãn - Đối với hỗn hợp các oxit sắt, quy đổi hỗn hợp chất là Fe xOy thì oxit FexOy tìm là oxit giả định không có thực 3.2.3.5 Các ví dụ minh họa: Ví dụ 1: (TSĐH A 2008) Cho 11,36g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lit (đktc) NO (là sản phẩm khử nhất) và dung dịch X Cô cạn dung dịch X m gam muối khan Giá trị m là: A 49,09 B 34,36 C 35,5 D 38,72 Hướng dẫn giải: *Bước 1: Coi 11,36g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 là hỗn hợp xmol Fe và ymol O *Bước 2: →mhh = 56x + 16y = 11,36 (1) Các quá trình oxi hóa khử Fe → Fe3+ + 3e xmol → 3x O + 2e → O2ymol → 2y N+5 + 3e → N+2 (NO) 0,18 mol ← 0,06 mol Áp dụng phương pháp bảo toàn electron: 3x = 2y + 0,18 (2) Giải hệ (1) và (2) ta x = 0,16 mol và y = 0,15 mol Ta có: nFe(NO3)3 = nFe = 0,16 mol Vậy: m Fe(NO3)3 = 0,16.242 = 38,72 g Ví dụ 2: (TSĐH B 2007) Nung m g bột sắt oxi, thu g hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết hỗn hợp X dung dịch HNO (dư), thoát 0,56 lit NO là sản phẩm khử (đktc) Giá trị m là: A 2,52 B 2,22 C 2,62 D 2,32 Hướng dẫn giải: Quy hỗn hợp chất rắn X chất Fe, Fe 2O3 (chọn Fe2O3 vì tác dụng với HNO3 số oxi hóa Fe không thay đổi) -Quá trình nhường electron: Fe → Fe3+ + 3e xmol → 3x +5 -Quá trình nhận electron: N + 3e → N+2 (NO) 0,075 mol ← 0,025 mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 3x = 0,075 → x = 0,025 mol → mFe2O3 = – 56.0,025 = 1,6 gam → nFe (Trong Fe2O3) = 1,6 =0 , 02 mol 160 Vậy, m = (0,02 + 0,025).56 = 2,52 gam Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm (Fe, FeO, Fe 2O3, Fe3O4) với số mol chất là 0,1 mol, hòa tan hết vào dung dịch Y dư (gồm HCl và H 2SO4 loãng) thu dung dịch Z Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z ngưng thoát khí Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dung và thể tích khí thoát đktc là: A 25ml ; 1,12 lit B 0,5 lit ; 22,4 lit C 50ml ; 2,24 lit D 50ml ; 1,12 lit Hướng dẫn giải: Quy hỗn hợp 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4 Hỗn hợp X gồm: 0,2 mol Fe3O4 và 0,1 mol Fe tác dụng với dung dịch Y Fe3O4 + 8H+ → Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O 0,2 mol → 0,2 0,4 Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 0,1 mol → 0,1 Dung dịch Z gồm 0,3 mol Fe2+ và 0,4 mol Fe3+ tác dụng với Cu(NO3)2 3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O 0,3 mol → 0,1 0,1 → VNO = 0,1.22,4 = 2,24 lit nCu(NO3)2 = ½ nNO3- = 0,05 mol → Thể tích Cu(NO3)2 cần dùng: 0,05/1 = 0,05 lit = 50 ml 3.3 Vấn đề nghiên cứu: Việc áp dụng các phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron và phương pháp quy đổi có làm tăng hiệu giải các bài tập phản ứng oxi hóa – khử học sinh hay không? 3.4 Giả thuyết nghiên cứu: Việc áp dụng các phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron và phương pháp quy đổi làm tăng hiệu giải các bài tập phản ứng oxi hóa – khử học sinh 4- Phương pháp 4.1 Khách thể nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành trên hai nhóm có số lượng học sinh, kết học tập môn hóa tương đương (Nhóm và nhóm CLB hóa học, trường THPT Trường Xuân – nhóm có 20 học sinh) Nhóm là nhóm thực nghiệm, nhóm là nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm tác động việc áp dụng các phương pháp đã nêu Kết cho thấy tác động có ảnh hưởng tích cực, kết nhóm thực nghiệm là cao so với nhóm đối chứng 4.2 Thiết kế nghiên cứu: Nhóm N1 Kiểm tra trước tác động N2 O2 O1 Tác động Vận dụng các phương pháp giải X Kiểm tra sau tác động O3 O4 Trong đó: N1: nhóm CLB hóa học 20 học sinh N2: nhóm CLB hóa học có 20 học sinh O1, O2: kiểm tra kết học tập môn hóa nhóm trước tác động O3, O4: kiểm tra kết học tập môn hóa nhóm sau tác động 4.3 Quy trình nghiên cứu: *Giáo viên chuẩn bị nội dung các phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron, phương pháp quy đổi và soạn bài tập áp dụng minh họa cho các phương pháp nêu trên *Giáo viên chọn nhóm thực nghiệm và đối chứng có kết học tập môn hóa tương đương *Kiểm tra nhóm với bài tập phản ứng oxi hóa khử (ghi nhận kết để tổng hợp, phân tích đánh giá đề tài) *Giáo viên tiến hành hướng dẫn học sinh nhóm thực nghiệm áp dụng các phương pháp nêu trên để giải bài tập phản ứng oxi hóa khử *Tiến hành kiểm tra nhóm, ghi nhận kết để tổng hợp phân tích, đánh gái kết Phân tích liệu và bàn luận kết quả: 5.1 Kết kiểm tra trước và sau tác động nhóm: HS Nhóm TN Trước Sau Nhóm ĐC Trước Sau 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 TĐ 5.3 7.8 4.3 4.5 6.8 8.5 6.5 6.5 4.8 6.3 5 3.5 2.5 TĐ 6.8 8.5 9.5 5.8 5.3 7.3 10 9.5 7.8 8.3 9.5 7.3 7.5 6.8 4.5 TĐ 2.5 5.3 3.8 6.3 8.3 6.5 7.3 6.8 7.3 4.3 4.8 4.5 TĐ 5.5 5.8 8.5 4.3 6.5 8.5 4.5 6.8 7.5 4.8 5.3 7 3.5 6.3 3.8 5.2.Phân tích số liệu thu được: Mốt Trung vị Giá trị TB Độ lệch chuẩn SD Giá trị T-test , p = Mức độ ảnh hưởng SMD Hệ số tương quan (r) Độ tin cậy Nhóm thực nghiệm Trước tác động Sau tác động 9.5 5.15 7.3 5.465 7.32 1.5315 1.5956 0.7380 Nhóm đối chứng Trước tác động Sau tác động 5.15 5.65 5.635 5.83 1.6567 1.4974 0.0042 0.1026 0.9951 0.8261 0.9047 0.9333 0.9655 5.3 Bàn luận kết quả: Giá trị T-test độc lập nhóm độc lập và đối chứng trước tác động p = 0,7380 khẳng định giá trị TB nhóm (5,465 và 5,635) là tương đương không phải tác động mà tính ngẫu nhiên Giá trị T-test độc lập nhóm độc lập và đối chứng sau tác động p = 0,0042 khẳng định gía trị trung bình nhóm thực nghiệm cao giá trị trung bình nhóm đối chứng là ngẫu nhiên nhiều là yếu tố tác động Giá trị mức độ ảnh hưởng SMD trước tác động là 0,1026 khẳng định mức độ ảnh hưởng không đáng kể Giá trị mức độ ảnh hưởng SMD sau tác động là 0,9951 khẳng định mức độ ảnh hưởng lớn Kết luận và khuyến nghị: Hệ số tương quan trước và sau tác động nhóm thực nghiệm r = 0,8261 và hệ số tương quan trước và sau tác động nhóm đối chứng r = 0,9333 là lớn nói lên mức độ tương quan điểm số các nhóm trước và sau tác động là có tương quan cao Giá trị T-test độc lập hai nhóm thực nghiệm và đối chứng sau tác động là 0,0042 và giá trị mức độ ảnh hưởng SMD = 0,9951 khẳng định mức độ tác động đề tài không có yếu tố ngẫu nhiên và tác động đề tài là khá lớn Với giá trị tác động phân tích trên, đề tài này có thể áp dụng để hướng dẫn học sinh giải các bài tập phản ứng oxi hóa khử TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu học tập nghiên cứu Khoa học sư phạm ứng dụng – Trường THPT Trường Xuân Các bài toán háo học chọn lọc trung học phổ thông chuyên đề “Phản ứng oxi hóa – khử và điện phân” – Nhà xuất giáo dục Tạp chí hóa học & Ứng dụng các số 9/2007 ; 10/2007 ; 12/2007 ; 2/2008 ; 3/2008 ; 10/2008 ; 11/2008 ; 12/2008 ; 3/2009 – Tạp chí Hội háo học Việt Nam Đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ khối A, B các năm 2006, 2007, 2008, 2009 và 2010 Thông tin trên internet: www.violet.vn