Mục đích xây dựng hệ thống bài tập phần kim loại nhằm phát triển năng lực nhận thức, rèn luyện kĩ năng hóa học cho học sinh giỏi hóa học.
2.4.2. Xác định nội dung hệ thống bài tập
Nội dung của hệ thống bài tập phải bao quát được kiến thức phần kim loại trong chương trình hoá 12, bao gồm:
- Hệ thống kiến thức đại cương về kim loại: Cấu tạo nguyên tử, cấu tạo tinh thể, tính chất vật lý, tính chất hóa học, điều chế, sự điện phân, ăn mòn kim loại...
- Các kim loại nhóm A (nhóm IA, IIA, nhôm) và một số hợp chất quan trọng của chúng (oxit, hiđroxit, muối).
- Các kim loại nhóm B (Cr, Fe, Cu,Ag, Ni, Zn, Sn, Pb, Au,…) và một số hợp chất quan trọng của chúng.
2.4.3. Xác định loại bài tập, các kiểu bài tập
- Bài tập định tính; - Bài tập định lượng; - Bài tập thực nghiệm; - Bài tập tổng hợp;...
2.4.4. Thu thập thông tin để soạn hệ thống bài tập
25
- Nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn nội dung thi chọn HSG cấp tỉnh, thành phố, nội dung thi chọn HSG quốc gia của Bộ Giáo dục và đào tạo, các kì thi Olympic hóa học trong nước và quốc tế.
- Sưu tầm, phân tích các đề thi chọn HSG môn Hóa quốc gia, đề thi HSG của các tỉnh, thành phố Quảng Ninh, Hải Phòng, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Thái Bình, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương, Nghệ An, An Giang,… từ các năm đến 2013.
- Thu thập và tham khảo các tài liệu liên quan đến hệ thống bài tập cần xây dựng qua sách, báo, tạp chí, mạng internet...
- Tìm hiểu, nghiên cứu thực tế những nội dung hóa học có liên quan đến thực tiễn của đời sống.
2.4.5. Tiến hành xây dựng hệ thống bài tập
Gồm các bước sau:
- Soạn từng loại bài tập: Chọn lọc bài tập từ các nguồn tài liệu và đề thi sưu tầm phù hợp với nội dung hệ thống bài tập cần xây dựng.
- Chỉnh sửa các bài tập chưa phù hợp như quá khó hoặc quá nặng nề, chưa chính xác,…
- Chọn lọc bài tập theo từng giai đoạn nhận thức: Từ đơn giản đến phức tạp, từ mức độ nhận thức hiểu biết đến vận dụng và sáng tạo.
- Xây dựng bài tập bồi dưỡng HSG hóa học.
Ngoài tuyển chọn, GV phải biết cách xây dựng bài tập phù hợp với trình độ nhận thức, rèn kỹ năng giải quyết vấn đề thông qua một số cách sau:
+ Lược bớt hoặc chia nhỏ
+ Thay đổi mức độ yêu cầu hoặc hình thức bài tập + Thay đổi hình thức phát triển bài tập theo nhiều hướng + Xây dựng các bài tập tương tự nhau,...
2.4.6. Tham khảo, trao đổi ý kiến với đồng nghiệp
Sau khi xây dựng xong hệ thống câu hỏi lí thuyết và bài tập, chúng tôi tham khảo ý kiến các đồng nghiệp về tính chính xác, tính khoa học, tính phù hợp với trình độ của học sinh, với mục đích BDHSG.
26
2.4.7. Thực nghiệm, chỉnh sửa và bổ sung
Để khẳng định lại mục đích của hệ thống câu hỏi lí thuyết và bài tập là nhằm phát triển năng lực nhận thức, rèn luyện kỹ năng hóa học cho học HSG HH, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm để bước đầu thử nghiệm sử dụng hệ thống bài tập và đánh giá tính hiệu quả của việc áp dụng hệ thống bài tập trong BDHSG HH.
2.5. Hệ thống hóa các dạng câu hỏi lí thuyết về đại cương kim loại Dạng 1: Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa, viết PTHH điều chế kim loại Dạng 1: Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa, viết PTHH điều chế kim loại Bài 1: Viết PTHH của các phản ứng theo sơ đồ chuyển hóa sau:
a. Sơ đồ 1
Hãy chọn các chất A, B, C, D thích hợp từ các chất Al2O3, AlCl3, Na[Al(OH)4], Al(NO3)3 để hoàn thành sơ đồ biến hóa sau:
b. Sơ đồ 2
FeS2 A(khí) B (rắn) D E F
E G E H K M Bài 2: Từ các chất ban đầu là KCl, FeS2, H2O, MgCO3.CaCO3, Cu(OH)2.CuCO3 và điều kiện cần thiết. Hãy viết PTHH điều chế các kim loại K, Fe, Mg, Ca, Cu.
Bài 3: Viết 3 PTHH của phản ứng trực tiếp điều chế
a. Kim loại Fe b. Kim loại Na c. Kim loại Ag
Bài 4(HSG Vĩnh Phúc – 2010): Xác định các chất ứng với các kí hiệu và hoàn thành các phương trình hóa học theo sơ đồ sau.
A + B + H2O có kết tủa và có khí thoát ra C + B + H2O có kết tủa trắng keo Al (5) (6) (8) (9) (11) (12) (7) (10) (1) (2) (3) (4) D C A B + O2, t0 (1) + dd H2S (2) + Fe, t0 (3) + dd H2SO4 l (4) đpdd (5) + KMnO4 / H2SO4 l (7) + F (8) + dd NaOH (9) + O2 + H2O (10) t0 (11) + dd H2SO4 l (6)
27 D + B + H2O có kết tủa và khí A + E có kết tủa
E + B có kết tủa
D + Cu(NO3)2 có kết tủa ( màu đen)
Với A, B, C, D, E là các muối vô cơ có gốc axit khác nhau.
Bài 5(HSG Nghệ An – 2010): Sục khí A vào dung dịch chứa chất B ta được rắn C màu vàng và dung dịch D. Khí X có màu vàng lục tác dụng với khí A tạo ra C và F. Nếu X tác dụng với khí A trong nước tạo ra Y và F, rồi thêm BaCl2 vào dung dịch thì có kết tủa trắng. A tác dụng với dung dịch chất G là muối nitrat kim loại tạo ra kết tủa H màu đen. Đốt cháy H bởi oxi ta được chất lỏng I màu trắng bạc. Xác định A, B, C, F, G, H, I, X, Y và viết phương trình hóa học của các phản ứng.
Dạng 2: Giải thích hiện tượng hóa học
Bài 1: Nêu hiện tượng, giải thích và viết PTHH cho các trường hợp sau: a. Cho kim loại K vào dung dịch FeCl2.
b. Cho kim loại Al vào dung dịch Ba(OH)2 thu được dung dịch X. Sục CO2 tới dư vào dung dịch X.
c. Cho Zn vào dung dịch NH3 đặc.
d. Cho thanh Fe vào dung dịch CuSO4 đun nóng.
e. Cho kim loại Cu vào dung dịch H2SO4 loãng, sau đó sục liên tục khí O2 vào. Bài 2(HSG Quảng Ninh – 2004): Cho một kim loại A tác dụng với một dung dịch muối của B. Viết các PTHH trong các trường hợp sau và giải thích.
a. Có 2 chất khí.
b. Dung dịch mất màu xanh.
c. Có kim loại mới kết tủa bám lên kim loại A. Lấy hỗn hợp kim loại cho tan hết trong HNO3 đặc, nóng thu được một dung dịch G chứa 3 muối và khí D duy nhất. d. Có khí + kết tủa xanh và dung dịch D. Lọc bỏ kết tủa lấy dung dịch D cho thêm một mẩu Cu sau đó nhỏ dung dịch HCl đến dư vào dung dịch D thấy có khí không màu F dễ hóa nâu ngoài không khí.
e. Có khí + kết tủa trắng + kết tủa xanh. Lọc kết tủa sục NH3 dư vào thấy xuất hiện dung dịch màu xanh đặc trưng, còn một phần kết tủa không tan.
28
f. Có khí + dung dịch K. Sục từ từ CO2 vào ½ dung dịch K thấy kết tủa xuất hiện. Sục từ từ HCl vào ½ dung dịch K thấy kết tủa xuất hiện sau đó tan dần khi dư HCl tạo dung dịch trong suốt Y. Tiếp tục nhỏ NaOH từ từ vào dung dịch trong suốt Y thấy kết tủa xuất hiện sau đó tan dần khi dư NaOH
Bài 3: Hỗn hợp A gồm Fe3O4, Al, Fe, Al2O3. Cho A tan trong NaOH dư được hỗn hợp chất rắn A1 dung dịch B1 và khí C1. Khí C1 (dư) cho tác dụng với A đun nóng được hỗn hợp chất rắn A2. Dung dịch B1 cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dư được dung dịch B2. Chất rắn A2 tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng được dung dịch B3 và khí C2. Viết các PTHH xảy ra.
Bài 4: Vì sao Au, Pt lại tan được trong nước cường toan? Ag có bị nước cường toan ăn mòn không? Tại sao? Tại sao Ag để lâu trong không khí bị xám lại.
Bài 5: Trong công nghiệp người ta điều chế CuSO4 bằng cách ngâm Cu trong dung dịch H2SO4 loãng đồng thời sục O2 liên tục. Giải thích, viết ptpư và chứng minh? Nếu điều chế CuSO4 bằng cách cho Cu tác dụng với H2SO4 đặc, nóng có hiệu quả hơn phương pháp trên đây hay không? Giải thích?
Bài 6: a. Cho biết Cu(OH)2 tan trong axit dễ hơn hay trong kiềm dễ hơn. Có thể coi là hợp chất lưỡng tính không?
b. Viết các PTHH trong các thí nghiệm sau:
- Đun nóng Cu(OH)2 với dung dịch NaOH đặc 50%. - Đun nóng kết tủa Cu(OH)2 trong nước ở 80-90 0C. Bài 7: Nêu và giải thích hiện tượng xảy ra khi:
- Cho bột Fe tác dụng với dung dịch CuSO4.
- Cho từ từ dung dịch NaOH đặc đến dư vào dung dịch CuSO4 đun nóng. - Cho từ từ dung dịch NH3 đến dư vào dung dịch CuSO4.
Bài 8: Canxi xianamit (CaCN2) là một loại phân bón đa năng có tác dụng tốt. Nó có thể được sản xuất rất dễ dàng từ các loại hóa chất thông thường như CaCO3. Quá trình nhiệt phân của CaCO3 cho ra một chất rắn màu trắng XA và một chất khí không màu XB không duy trì sự cháy. Một chất rắn màu xám XC và khí XD được tạo thành bởi phản ứng của XA với cacbon. XC và XD còn có thể bị oxi hóa để tạo thành các sản phẩm có mức oxi hóa cao hơn. Phản ứng của XC với nitơ taoh thành CaCN2.
29
a. Viết tất cả các phương trình phản ứng xảy ra.
b. Khi thuỷ phân CaCN2thì thu được chất gì? Viết phương trình phản ứng. c. Trong hóa học chất rắn thì ion CN22--có thể có đồng phân. Axit của cả hai anion đều đã được biết (chỉ tồn tại trong pha khí). Viết công thức cấu tạo của cả hai axit và cho biết cân bằng chuyển hóa giữa hai axit trên dịch chuyển về phía nào? Dạng 3: Tách và nhận biết
Bài 1: Trình bày phương pháp hóa học nhận biết các kim loại riêng biệt sau: Na, Ba, Mg, Fe, Cu.
Bài 2: Bằng phương pháp hóa học hãy phân biệt 4 kim loại sau: Al, Zn, Cu, Fe. Bài 3: Có 4 oxit sau riêng biệt: Na2O, Al2O3, Fe2O3 và MgO. Làm thế nào để nhận biết được mỗi oxit bằng phương pháp hóa học chỉ được dùng thêm 2 chất.
Bài 4: Chỉ dùng một hóa chất hãy nhận biết các kim loại: Mg, Zn, Fe, Ba.
Bài 5: Có ba lọ đựng ba hỗn hợp dạng bột (I) chứa Al và Al2O3, (II) chứa Fe và Fe2O3, (III) chứa FeO và Fe2O3. Dùng phương pháp hóa nhận biết ba mẫu bột trên. Bài 6(HSG Vĩnh Phúc – 2013): Không dùng thêm thuốc thử, hãy trình bày cách phân biệt 5 dung dịch sau: NaCl, NaOH, NaHSO4, Ba(OH)2, Na2CO3.
2.6. Hệ thống hóa các dạng bài tập về đại cương kim loại
2.6.1. Bài tập cấu tạo tinh thể kim loại
Bài 1: Tinh thể đồng kim loại có cấu trúc lập phương tâm diện.
a. Hãy vẽ cấu trúc mạng tế bào cơ sở và cho biết số nguyên tử Cu chứa trong tế bào sơ đẳng này.
b. Tính cạnh lập phương a của mạng tinh thể, biết nguyên tử Cu có bán kính bằng 1,28 Å.
c. Xác định khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử Cu trong mạng. d. Tính khối lượng riêng của Cu theo g/cm3.
Bài 2: Tinh thể CsCl có cấu tạo dạng lập phương như hình vẽ. Biết r+= 1,69 0 Avà r- = 1,81
0
A. Hãy xác định số đơn vị cấu trúc; hằng số mạng (cạnh a) theo bán kính nguyên tử (r); độ đặc khít ()
30
Bài 3: Cấu trúc mạng tinh thể của hợp chất ion NaCl được biểu diễn dưới đây: Trong đó các quả cầu lớn (ion Cl-) phân bố theo kiểu lập phương tâm diện, các quả cầu nhỏ (ion Na+) phân bố ở tâm và ở giữa các cạnh của hình lập phương. Biết r+ = 0,97
0 A và r- = 1,81A0 . Hãy xác định số đơn vị cấu trúc; hằng số mạng (cạnh a) theo bán kính nguyên tử (r); độ đặc khít ().
Bài 4(HSG Casio Bắc Ninh – 2013): Một nguyên tố kim loại M có bán kính nguyên tử R = 143 pm và đơn chất kết tinh theo cấu trúc lập phương tâm diện, có khối lượng riêng D = 2,7 g/cm3. Xác định kim loại M.
Bài 5: Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Ca ở 200C, biết tại nhiệt độ đó khối lượng riêng của Ca bằng 1,55 g/cm3. Giả thiết trong tinh thể các nguyên tử Ca có hình cầu, có độ đặc khít là 74%. Cho nguyên tử khối của Ca = 40,08
Bài 6(HSGQG – 2007): Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng (Au) có khối lượng riêng là 19,4g/cm3 và có mạng lưới lập phương tâm diện. Độ dài cạnh của ô mạng đơn vị là 4,070.10-10m. Khối lượng mol nguyên tử của Au là 196,97g/mol.
a. Tính phần trăm thể tích không gian trống trong mạng lưới tinh thể của Au. b. Xác định trị số của số Avogadro.
Bài 7(HSGQG - 2009): Máu trong cơ thể người có màu đỏ vì chứa hemoglobin (chất vận chuyển oxi chứa sắt). Máu của một số động vật nhuyễn thể không có màu đỏ mà có màu khác vì chứa kim loại khác (X). Tế bào đơn vị (ô mạng cơ sở) lập phương tâm diện của tinh thể X có cạnh bằng 6,62.10-8 cm. Khối lượng riêng của nguyên tố này là 8920 kg/m3.
31
a. Tính thể tích của các nguyên tử trong một tế bào và phần trăm thể tích của tế bào bị chiếm bởi các nguyên tử.
b. Xác định nguyên tố X.
Bài 8(HSG Quảng Ninh – 2013): Kim loại vàng kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện với chiều dài cạnh của ô mạng cơ sở a = 4,070
0 A. a. Tính khoảng cách ngắn nhất giữa 2 nguyên tử vàng.
b. Xung quanh nguyên tử vàng có bao nhiêu nguyên tử vàng khác kế cận có cùng khoảng cách ngắn nhất trên đây.
c. Tính khối lượng riêng của kim loại vàng (Au = 197u). d. Tính tỉ lệ đặc khít của vàng.
2.6.2. Bài tập xác định tên kim loại
Bài 1: Hòa tan hoàn toàn một kim loại hóa trị III trong 100ml dung dịch H2SO4 1M. Để trung hòa lượng axit dư phải dùng hết 30ml dung dịch NaOH 1M. Nếu lấy dung dịch thu được cho tác dụng với dung dịch NH3 dư thì thu được kết tủa, rửa sạch, sấy khô đến khối lượng không đổi cân được 2,89 gam. Xác định tên kim loại.
Bài 2: Cho 6,46 gam hỗn hợp hai kim loại hóa trị II là A và B tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư. Sau phản ứng thu được 1,12 lit khí (đktc) và 3,2 gam chất rắn. Lượng chất rắn này tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch AgNO3 0,5M thu được dung dịch D và kim loại E. Lọc E rồi cô cạn dung dịch D thu được muối khan F.
a. Xác định kim loại A và B biết A đứng trước B trong dãy hoạt động hóa học. b. Đem lượng muối khan F nung ở nhiệt độ cao trong một thời gian thu được 6,16 gam chất rắn G và V lít hỗn hợp khí (đktc). Tính V.
c. Nhúng thanh kim loại A vào 400ml dung dịch muối F có nồng độ aM. Sau khi phản ứng kết thúc, lấy thanh kim loại rửa nhẹ, làm khô và cân thấy khối lượng giảm 0,1 gam. Tính a biết tất cả các kim loại sinh ra đều bám lên bề mặt của A. Bài 3: Cho 6,3 gam hỗn hợp X gồm Mg và kim loại M (hóa trị không đổi) tác dụng với Cl2, sau một thời gian thu được 20,5 gam chất rắn Y. Hòa tan hết Y trong dung dịch HCl sinh ra 2,24 lít H2 (đktc). Mặt khác, cho 0,1 mol M phản ứng với dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thì lượng NO2 thoát ra vượt quá 5,04 lít (đktc).
32
b. Cho 12,6 gam X trên tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư, kết thúc phản ứng thu được 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí Z gồm N2 và N2O có tỉ khối hơi so với H2 là 18. Tính khối lượng muối thu được sau khi các phản ứng kết thúc.
Bài 4: Hòa tan 8,72 gam hỗ hợp gồm Ba và hai kim loại kiềm thuộc hai chu kì liên tiếp trong bảng tuần hoàn vào nước thu được dung dịch X và 3,024 lít H2 (đktc). Nếu cho toàn bộ dung dịch X tác dụng với 20ml dung dịch Na2SO4 1M thì sau khi kết thúc phản ứng lượng Na2SO4 còn dư.
a. Xác định tên 2 kim loại kiềm.
b. Tính thể tích dung dịch HCl 1M tối thiểu cần để trung hòa hết dung dịch X.