Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh bài tập về phản ứng oxi hóa – khử

1-Tên đề tài “Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh bài tập về phản ứng oxi hóa – khử” 2-Tóm tắt đề tài: Với hình thức thi trắc nghiệm học sinh thường phải mất nhiều thời gian khi giải những bài tập tính toán, đặc biệt là những bài tập về phản ứng oxi hóa - khử. Nếu các em vẫn giải bài tập theo hướng trắc nghiệm tự luận như trước đây thì thường không có đủ thời gian để hoàn thành một bài thi của mình. Để giải quyết những vấn đề đó cần tìm ra những phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm thời gian

SỞ GD – ĐT ĐỒNG THÁP TRƯỜNG THPT TRƯỜNG XUÂN ****** NGHIÊN CỨU KHSP ỨNG DỤNG Tên đề tài: “Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh tập phản ứng oxi hóa – khử” Giáo viên: Lý Bảo Việt Tổ: Hóa – Sinh Bộ mơn: 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 bàn luận 16 Kết luận khuyến nghị 17 Tài liệu tham khảo 18 1-Tên đề tài “Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh 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 tập tính tốn, đặc biệt tập phản ứng oxi hóa - khử Nếu em giải tập theo hướng trắc nghiệm tự luận trước thường khơng có đủ thời gian để hồn thành thi Để giải vấn đề cần tìm phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm thời gian Trong chương trình phổ thơng, học sinh gặp khơng tập oxi hóa - khử liên quan đến axit sunfuric đậm đặc, axit nitric, muối nitrat phản ứng nhiệt luyện điều chế kim loại,… Với tập này, việc áp dụng phương pháp giải học sinh gặp nhiều khó khăn em chưa nắm rõ phương pháp giải phạm vi áp dụng phương pháp Giải pháp đặt giới thiệu cụ thể nội dung phương pháp giải nhanh tập phản ứng oxi hóa – khử để học sinh vận dụng phương pháp cách có hiệu Đề tài giới thiệu với học sinh ba phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron phương pháp quy đổi Các phương pháp nêu giúp cho học sinh giải tập phản ứng oxi hóa khử cách dễ dàng, thời gian Nghiên cứu tiến hành hai nhóm có số lượng học sinh, kết học tập mơn hóa tương đương (Nhóm nhóm CLB hóa học, trường THPT Trường Xuân – nhóm có 20 học sinh) Nhóm nhóm thực nghiệm, nhóm nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm tác động việc áp dụng phương pháp nêu Kết cho thấy tác động có ảnh hưởng tích cực, kết nhóm thực nghiệm cao so với nhóm đối chứng 3-Giới thiệu: 3.1 Hiện trạng: Xu chung tương lai việc kiểm tra đánh giá học sinh hình thức trắc nghiệm Hình thức trắc nghiệm thay cho hình thức tự luận Hiện tại, mơn hóa học, kỳ thi TN THPT, tuyển sinh ĐH-CĐ 100% trắc nghiệm Điều đồi hỏi học sinh phải tìm cách giải nhanh Qua buổi sinh hoạt CLB hóa học cho thấy đa số học sinh biết giải tập phản ứng oxi hóa – khử theo cách thơng thường (viết phương trình phản ứng, lập phương trình đại số,…) với cách giải này, học sinh nhiều thời gian, chí có số học sinh khơng thể tìm đáp số Trong nhiều năm qua, đề thi tuyển sinh khối A, B ln có diện của tập phản ứng oxi hóa - khử Đề tài đặc biệt phục vụ cho học sinh ơn tập thi tuyển sinh, áp dụng để giải nhanh tập đơn giản kiểm tra định kỳ lớp 3.2 Giải pháp thay thế: Vận dụng phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron phương pháp quy đổi vào việc giải tập phản ứng oxi hóa – khử 3.2.1 Phương pháp bảo tồn electron: (Sử dụng tiện lợi cho 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 tổng số mol electron chất khử nhường tổng số mol electron chất oxi hóa nhận” Quy trình áp dụng phương pháp bảo toàn electron Bước 1: Xác định chất khử 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 trạng thái số oxi hóa cuối, chí khơng cần quan tâm đến việc cân phương trình phản ứng Bước 2: Viết trình nhường nhận electron (kèm theo số mol tương ứng chất trình Bước 3: Từ định luật bảo toàn electron suy phương trình liên hệ số mol electron nhường số mol electron nhận *Lưu ý: - Khi cần tìm số mol (khối lượng) chất đó, 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 khơng đổi có khối lượng cho trước phải nhường số mol electron không đổi cho tác nhân oxi hóa Và tác nhân oxi hóa hỗn hợp nhận lượng số mol electron *Cách tính số mol NO3- ; SO42- (trong axit HNO3 H2SO4 đặc) tạo muối 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 HNO +n (n>0) - Gọi số mol kim loại M là a Từ q trình oxi hóa M → M +n + ne suy số mol electron mà M nhường n.a - Giả sử N+5 (trong HNO3) bị khử xuống N+x Theo phương pháp bảo tồn electron 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(NO 3)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) (2) ta có mối liên hệ số mol NO 3- tạo muối 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 NO 3- 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 H2SO4 đặc - Giả sử S+6 (trong H2SO4) bị khử xuống S+x Theo phương pháp bảo tồn electron 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’) (2’) ta có mối liên hệ số mol SO 42- tạo muối số mol S +x (sản phẩm khử thu được) biểu thị biểu thức sau: n So − 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 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 Fe hỗn hợp ban đầu 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 = 6,72 = 0,3mol 22,4 Gọi x số mol Al, Y số mol Fe + 2e → S+4 0,6mol ← 0,3mol *Quá trình oxi hóa: Al → Al3+ + 3e Fe → Fe3+ + 3e xmol → 3x ymol → 3y mol Theo phương pháp thăng electron ta có: 3x + 3y = 0,6 (1) Theo đề ta có: 27x + 56y = 8,3 (2) Từ (1) (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 lập hệ hai phương trình giải tìm số mol kim loại Từ suy khối lượng kim loại *Nhận xét: Với tập HS tìm theo hai cách tương đối dễ dàng, nhiên với tập phức tạp bên đưới 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 sản phẩm khử X X là: A SO2 B H2S C S D SO2 S Hướng dẫn giải: Dung dịch H2SO4 đậm đặc vừa chất oxi hóa vừa mơi trường Gọi a số oxi hóa S X *Q trình oxi hóa Mg → Mg2+ + 2e *Q trình khử: S+6 9,6 = 0,4 mol → 0,4 mol 24 Tổng số mol H2SO4 dùng là: 0,8 mol 49 = 0,5mol 98 Số mol H2SO4 dùng để tạo muối số mol Mg2+ = 0,4 mol Vậy số mol H2SO4 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 tồn electron ta có: (6-a).0,1 = 0,8 → a = -2 Vậy X H2S *Nhận xét: Nếu học sinh giải theo cách thơng thường phải chia trường hợp X 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 NO2 có khối lượng mol trung bình 42,8 Biết 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) khối lượng mol trung bình (42,8) ta tìm số mol NO NO2 0,01 mol 0,04 mol Gọi x, y, z 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+5 + 1e → N+4 (NO2 ) 0,04 mol ← 0,04 mol *Q trình oxi hóa: Cu → Cu2+ + 2e xmol → x 2x 2+ Mg → Mg + 2e ymol → y 2y Al → Al3+ + 3e zmol → z 3z Theo phương pháp bảo tồn 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 oxi A phản ứng vừa hết với hỗn hợp gồm 4,8g Mg 8,1g Al tạo 37,05g hỗn hợp muối clorua oxit kim loại Xác định thành phần % theo khối lượng thể tích chất hỗn hợp A Hướng dẫn giải: Từ đề tìm số mol Mg Al 0,2 mol 0,3 mol Goij x, y số mol Cl2 O2 *Q trình oxi hóa: Al → Al3+ + 3e 0,3mol → 0,9 mol 2+ Mg → Mg + 2e 0,2mol → 0,4 mol *Quá trình khử: Cl2 + 2e → 2Cl x→ 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) (2) ta tìm x, y từ tìm thành phần chất A Ví dụ 5: (TS ĐH A 2007) Hịa tan hồn tồn 12g hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1)Bằng axit HNO3, thu V lít hỗn hợp khí X gồm NO NO (đktc) dung dịch Y chứa muối 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: Từ tỉ khối X H2 ta tính tỉ lệ mol khí 1:1 Đặt số mol khí x Gọi số mol kim loại y, ta có: 56y + 64 y = 12 → y = 0,1 *Q trình oxi hóa Cu → Cu2+ + 2e 0,1mol → 0,2 Fe → Fe3+ + 3e 0,1mol → 0,3 *Quá trình khử N+5 + 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 ví dụ học sinh giải theo cách thơng thường 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 sản phẩm khử (đktc) Giá trị m là: A 2,52 B 2,22 C 2,62 D 2,32 Hướng dẫn giải: Trong toán hỗn hợp X gồm Fe oxit sắt nên ta cần ý đến trạng thái đầu trạng thái cuối sắt NNO = nFe= 0,56 = 0,025mol 22,4 m mol 56 Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có mO = - m → nO = *Q trình oxi hóa: Fe → Fe3+ + m mol → 56 *Quá trình khử: O + 3e 3m mol 56 2e → O2- 3−m mol 16 3−m → 16 N+5 3−m 16 + 3e → N+2 (NO) 0,075 mol ← 0,025 mol Theo phương pháp bảo tồn electron ta có: 3m 2(3 − m) = 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 hịa tan hồn tồn hỗn hợp 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 NO có số mol = 0,448 = 0,02mol 22,4 Ở toán này, ta nhận thấy sắt không bị thay đổi trạng thái oxi hóa.(trạng thái đầu cuối sắt có số oxi hóa +3) CO chất khử, HNO chất oxi hóa Vì đặt số mol Co 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 CuO tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu hỗn hợp A Hịa tan hồn tồn hỗn hợp A dung dịch HNO hỗn hợp khí gồm NO NO2 có tỉ lệ số mol tương ứng là: 1:3 Thể tích (đktc) khí NO, NO là: A 0,224 lit 0,672 lit C 2,24 lit 6,72 lit B 0,672 lit 0,224 lit D 6,72 lit 2,24 lit Hướng dẫn giải: Xét q trình, thực chất có Al thay đổi số oxi hóa nên ta có *Q trình oxi hóa Al → Al3+ + 3e 0,02mol → 0,06 mol Gọi x số mol NO → số mol NO2 3x mol *Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2 (NO) 3x mol ← x mol N+5 + 1e → N+4 (NO2) 3x mol ← 3x mol Theo phương pháp bảo tồn electron ta có 6x = 0,06 → x = 0,01 Vậy thể tích NO NO2 là: 0,224 lit 0,672 lit Ví dụ 9: Hịa tan hết 16,3g hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al Fe Trong dung dịch H 2SO4 đặc nóng, thu 0,55 mol SO2 Cơ 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 3+ Fe → Fe + 3e zmol → z 3z Chất oxi hóa: S+6 + 2e → S+4 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 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 cơng 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 m = mKL + mSO42- tạo muối = 16,3 + 96.0,55 = 69,1g Ví dụ 10: Cho 18,4g hỗn hợp kim loại A B tan hết dung dịch hỗn hợp gồm HNO đặc H2SO4 đặc, nóng thấy 0,2 mol NO 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 tốn này, ngun tử khối hóa trị A, B chưa biết, sử dụng phương pháp thơng thường gặp khó khăn việc đặt ẩn, giải hệ phương trình để tìm đáp số Áp dụng cơng thức tính số mol nNO3-, nSO42- tạo muối tìm kết dễ dàng 10 2e → S+4 0,6 ← 0,3 mol +5 N + 3e → N+2 (NO) 0,6 mol ← 0,2 mol Vậy nNO3- tạo muối = số mol e N+5 nhận = 0,6 mol Quá trình nhận electron nSO42- tạo muối = S+6 + số mol e S+6 nhận = 0,3 mol Từ 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 khơng đổi thành phần -Phần 1: bị oxi hóa hồn tồn thu 0,78g hỗn hợp oxit -Phần 2: Tan hoàn toàn dung dịch H2SO4 lỗng 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: 0,78 − 0,62 = 0,01mol 16 O + 2e → O20,1 mol→ 0,2 mol Ở phần oxi hóa hỗn hợp kim loại nên H + axit nhận 0,02 mol electron theo 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 cịn áp dụng giải tốn phản ứng oxi hóa khử có mơi trường (axit, bazơ, nước), tính lượng mơi trường H + tham gia phản ứng Chỉ áp dụng cho dạng toán kim loại hỗn hợp kim loại tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh H2SO4 đặc HNO3 Nếu học sinh phương pháp mà sử dụng phương pháp khác để giải thời gian khơng tìm kết toán Đối với toán oxit kim loại hỗn hợp oxit kim loại tác dụng với axit theo phản ứng oxi hóa khử, sử dụng phương pháp ion – electron ngồi số mol H + tính theo bán phản ứng ion – electron cịn có số mol H+ lấy oxi oxit để tạo nước 3.2.2.1 Cách viết bán phản ứng oxi hóa – khử (q trình oxi hóa hóa trình khử) * Nếu phản ứng có axit tham gia Vế thiếu oxi O them nhiêu H2O để tạo H+ vế ngược lại Ví dụ: NO3- → NO Quá trình tạo oxit: 11 Vế phải thiếu 2O, them vào vế phải 2H2O để tạo vế trái 4H+, sau cân điện tích bán phản ứng NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O * Nếu phản ứng có bazơ tham gia Vế thiếu O them lượng OH- gấp đôi để tạo nước vế ngược lại Ví dụ: Cr2O3 → 2CrO42Vế trái thiếu 5O, thêm vào vế trái 10OH - để tạo 5H2O bên vế phải, sau cân điện tích bán phản ứng Cr2O3 + 10 OH- → 2CrO42- + 5H2O + 6e Ngoài ra, học sinh cần linh hoạt 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 ý thay đổi số oxi hóa KMnO4 theo môi trường - Trong môi trường kiềm: tạo K2MnO4 - Trong mơi trường trung tính 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 N 0,1 mol NO.Nồng độ dung dịch HNO 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 ta suy nHNO3 = nH+ = 2,4 + 0,4 = 2,8 mol [ ] → HNO3 = 2,8 = 3,5M 0,8 *Nhận xét: Học sinh dựa vào phương pháp bảo tồn electron để tìm số mol NO 3- tạo muối số mol NO3- nhận electron (theo cách học sinh thời gian nhiều hơn) Ví dụ 2: Cho m gam hỗn hợp X gơm 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 hịa tan hết m gam hỗn hợp trên? Biết lượng HNO dung dư 20% so với lượng cần thiết NO sản phẩm khử 12 Hướng dẫn giải: Vì lượng m g hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư, HNO dư nên tổng số mol electron nhận hai trường hợp phải Ta có: 2H+ + 2e → H2 0,6mol ← 6,72 = 0,3 22,4 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 dùng = 0,8 + 0,8x20% = 0,96 mol Vdd HNO3 = 0,96/2 = 0,48 lit Ví dụ 3: Hịa tan m gam hỗn hợp Y gồm FeO, Fe 2O3, Fe3O4 (với nFeO:nFe2O3 = 1: 1) cần dung 200ml dung dịch HNO 1,5M thu x lit khí NO (đktc) 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, Fe2O3, 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 ta tính nFe3O4 = 3.0,3 0,3 mol số mol NO = mol 28 28 → mFe3O4 = 7,46g ; VNO = 0,24 lit 3.2.3 Phương pháp quy đổi: Một số tồn hóa học giải nhanh phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tử, bảo toàn khối lượng song phương pháp quy đổi tìm đáp số nhanh phương pháp tương đối ưu việt, vận dụng vào 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, tổng số chất hợp chất nhiều tổng số nguyên tố tạo thành hỗn hợp - Bài toán hỗn hợp oxit, sunfua kim loại ; Xác định thành phần nguyên tố hỗn hợp phức tạp ; Các hợp chất khó xác định số oxi hóa Cu 2FeS2, Cu2FeS4,… 3.2.3.2 Các bước giải theo phương pháp quy dổi nguyên tử 13 - Bước 1: Quy hỗn hợp chất nguyên tố tạo thành hỗn hợp Đặt ẩn số thích hợp cho số mol nguyên tử nguyên tố hỗn hợp - Bước 2: Lập phương trình dựa vào định luật bảo toàn khối lương, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron dựa vào kiện khác đề có - Bước 3: Giải phương trình tính tốn kết tốn yêu cầu 3.2.3.3 Yêu cầu học sinh giải tập phương pháp quy dổi nguyên tử Phương pháp quy đổi nguyên tử phương pháp kết hợp ưu điểm việc vận dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố bảo tồn electron Vì để áp dụng có hiệu phương pháp học sinh phải thành thạo kỹ vận dụng định luật bảo toàn 3.2.3.4 Các 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 chất ta phải bảo toàn số mol nguyên tố 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 đơn giản có phản ứng oxi hóa – khử để đơn giản việc tính tốn - Trong q trình tính tốn theo phương pháp quy đổi đơi ta gặp số âm bù trừ khối lượng chất hỗn hợp Trong trường hợp ta tính tốn bình thường kết cuối thỏa mãn - Đối với hỗn hợp oxit sắt, quy đổi hỗn hợp chất Fe xOy oxit FexOy tìm oxit giả định khơng 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 Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu 1,344 lit (đktc) NO (là sản phẩm khử nhất) 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 Fe3O4 hỗn hợp xmol Fe ymol O *Bước 2: →mhh = 56x + 16y = 11,36 (1) Các q trình oxi hóa khử Fe → Fe3+ + 3e xmol → 3x O + 2e → O2ymol → 2y 14 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) (2) ta x = 0,16 mol 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 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 tác dụng với HNO3 số oxi hóa Fe khơng thay đổi) -Q 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) = 2.1,6 = 0,02mol 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 0,1 mol, hòa tan hết vào dung dịch Y dư (gồm HCl H 2SO4 loãng) thu dung dịch Z Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z ngưng khí Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dung thể tích khí 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 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4 Hỗn hợp X gồm: 0,2 mol Fe3O4 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+ 0,4 mol Fe3+ tác dụng với Cu(NO3)2 3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O 0,3 mol → 0,1 0,1 15 → 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 phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron phương pháp quy đổi có làm tăng hiệu giải tập phản ứng oxi hóa – khử học sinh hay khơng? 3.4 Giả thuyết nghiên cứu: Việc áp dụng phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron phương pháp quy đổi làm tăng hiệu giải tập phản ứng oxi hóa – khử học sinh 4- Phương pháp 4.1 Khách thể nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành hai nhóm có số lượng học sinh, kết học tập mơn hóa tương đương (Nhóm nhóm CLB hóa học, trường THPT Trường Xuân – nhóm có 20 học sinh) Nhóm nhóm thực nghiệm, nhóm nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm tác động việc áp dụng phương pháp nêu Kết cho thấy tác động có ảnh hưởng tích cực, kết nhóm thực nghiệm 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 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 mơn hóa nhóm sau tác động 4.3 Quy trình nghiên cứu: *Giáo viên chuẩn bị nội dung phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron, phương pháp quy đổi soạn tập áp dụng minh họa cho phương pháp nêu *Giáo viên chọn nhóm thực nghiệm đối chứng có kết học tập mơn hóa tương đương *Kiểm tra nhóm với tập phản ứng oxi hóa khử (ghi nhận kết để tổng hợp, phân tích đánh giá đề tài) 16 *Giáo viên tiến hành hướng dẫn học sinh nhóm thực nghiệm áp dụng phương pháp nêu để giải 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 bàn luận kết quả: 5.1 Kết kiểm tra trước sau tác động nhóm: HS 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Nhóm TN Trước Sau TĐ TĐ 6.8 5.3 8.5 7.8 9.5 5.8 4.3 5.3 4.5 7.3 6.8 8.5 10 6.5 9.5 7 7.8 6.5 8.3 9.5 4.8 6.3 7.3 7.5 6.8 3.5 2.5 4.5 Nhóm ĐC Trước Sau TĐ TĐ 2.5 5.3 5.5 5.8 8.5 3.8 4.3 5 6.3 6.5 8.3 8.5 4.5 5 6.5 6.8 7.3 7.5 4.8 5.3 6.8 7.3 4.3 3.5 4.8 6.3 7 4.5 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: 17 Giá trị T-test độc lập nhóm độc lập đối chứng trước tác động p = 0,7380 khẳng định giá trị TB nhóm (5,465 5,635) tương đương tác động mà tính ngẫu nhiên Giá trị T-test độc lập nhóm độc lập 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 ngẫu nhiên nhiều yếu tố tác động Giá trị mức độ ảnh hưởng SMD trước tác động 0,1026 khẳng định mức độ ảnh hưởng không đáng kể Giá trị mức độ ảnh hưởng SMD sau tác động 0,9951 khẳng định mức độ ảnh hưởng lớn Kết luận khuyến nghị: Hệ số tương quan trước sau tác động nhóm thực nghiệm r = 0,8261 hệ số tương quan trước sau tác động nhóm đối chứng r = 0,9333 lớn nói lên mức độ tương quan điểm số nhóm trước sau tác động có tương quan cao Giá trị T-test độc lập hai nhóm thực nghiệm đối chứng sau tác động 0,0042 giá trị mức độ ảnh hưởng SMD = 0,9951 khẳng định mức độ tác động đề tài khơng có yếu tố ngẫu nhiên tác động đề tài lớn Với giá trị tác động phân tích trên, đề tài áp dụng để hướng dẫn học sinh giải 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 toán háo học chọn lọc trung học phổ thông chuyên đề “Phản ứng oxi hóa – khử điện phân” – Nhà xuất giáo dục 18 Tạp chí hóa học & Ứng dụng 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 năm 2006, 2007, 2008, 2009 2010 Thông tin internet: www.violet.vn 19 ... giới thiệu với học sinh ba phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron phương pháp quy đổi Các phương pháp nêu giúp cho học sinh giải tập phản ứng oxi hóa khử cách dễ... em chưa nắm rõ phương pháp giải phạm vi áp dụng phương pháp Giải pháp đặt giới thiệu cụ thể nội dung phương pháp giải nhanh tập phản ứng oxi hóa – khử để học sinh vận dụng phương pháp cách có hiệu... ? ?Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh 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 tập tính tốn, đặc biệt tập phản