Cỏc chỳ ý khi giải bài toỏn húa học vụ cơ

9 .Đúng gúp mới của đề tài

10. Cấu trỳc luận văn

2.1. Cỏc chỳ ý khi giải bài toỏn húa học vụ cơ

Phương phỏp chung giải bài toỏn húa học, THPT trỡnh bày ở trờn ỏp dụng chung cho cỏc bài toỏn húa học vụ cơ cũng như hữu cơ. Tuy nhiờn với cỏc bài toỏn húa học vụ cơ học sinh thường gặp khú khăn và cần chỳ ý hơn những vấn đề sau:

Chỳ ý 1: Phải viết đỳng cỏc phương trỡnh phản ứng xảy ra Thớ dụ:

* Phản ứng giữa FexOy với dung dịch HCl tạo thành muối FeCl2y/x (hoặc FexCl2y) chứ khụng phải là FeClx hoặc FeCly ...

* Phản ứng giữa NaOH với H2SO4, H2S, H3PO4....phản ứng giữa NaOH với CO2 , SO2 ... tạo thành sản phẩm gỡ, tựy thuộc vào tỷ lệ giữa số mol NaOH và số mol của cỏc chất tương ứng.

* Phản ứng giữa muối cacbonat (CO32-, HCO3- ) với dung dịch axớt xảy ra khỏc nhau khi thờm muối từ từ vào axớt hay khi thờm axớt từ từ vào muối .v.v...

Những điều cần chỳ ý về phản ứng của kim loại và một số phản ứng quan trọng của hợp chất kim loại sẽ được trỡnh bày chi tiết hơn ở phẩn tiếp theo của bản luận văn.

Chỳ ý 2: Sau khi viết đỳng cỏc phương trỡnh phản ứng, học sinh cần chỳ ý biện luận xem chất phản ứng nào dư, chất nào phản ứng hết để xỏc định được cỏc sản phẩm sau phản ứng là gỡ, cũng như để tớnh toỏn cỏc chất tạo thành theo chất phản ứng hết

Thớ dụ với phản ứng nhiệt nhụm:

8Al + 3Fe3O4 t0 9Fe + 4Al2O3 (*)

- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn thỡ sản phẩm sau phản ứng cú thể là Fe + Al2O3 hoặc Fe + Al2O3 + Al dư hoặc Fe + Al2O3 + Fe3O4 dư. Để biết cụ thể trường hợp nào đỳng thỡ phải dựa vào cỏc dữ kiện cho trong bài để suy luận và nếu khụng suy luận được ngay thỡ phải giả thiết từng trường hợp để

giải bài toỏn. Trường hợp nào cho kết quả hợp lý là đỳng, trường hợp nào cho kết quả vụ lý thỡ loại ...

- Nếu phản ứng xảy ra khụng hoàn toàn thỡ sản phẩm sau phản ứng ngoài Fe và Al2O3 cũn cả Al và Fe3O4 chưa phản ứng hết. Trong trường hợp này việc tớnh toỏn khụng thể dựa vào số mol cú ban đầu của Al hoặc Fe3O4. Cần phải đặt số mol của Al hoặc Fe3O4 đó phản ứng là n và việc tớnh toỏn phải dựa vào giỏ trị n đú. Để minh họa ta xột bài toỏn sau:

Trộn 10,8 gam bột Al với 34,8 gam bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhụm trong điều kiện khụng cú khụng khớ. Hũa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 loóng (dư) thu được 10,752 lớt H2. (đktc). Tớnh hiệu suất của phản ứng nhiệt nhụm?

Giải: Bài toỏn hỏi hiệu suất của phản ứng, chứng tỏ phản ứng nhiệt nhụm (*) chưa hoàn toàn và hỗn hợp rắn sau phản ứng ngoài Fe, Al2O3 cũn Al và Fe3O4 chưa phản ứng hết. Đặt số mol Al đó phản ứng là n thỡ

số mol nFe= 9 8n và nAl dư = 0,4 – n. Theo cỏc phản ứng: 2Al + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 Fe + H2SO4  FeSO4 + H2. ta cú: 2 H n = 32(0,4-n) + 98n = 0,48 n = 0,32

Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhụm (*):

h = 0,320, 40. 100% = 80%

Chỳ ý 3: Đối với một số bài toỏn cú cỏc phản ứng xảy ra phức tạp hoặc theo nhiều khả năng khỏc nhau ( thớ dụ bài toỏn cho hỗn hợp cỏc kim loại tỏc dụng với một dung dịch muối chưa biết nồng độ .v.v...) hoặc cỏc bài toỏn mà số dữ kiện cho trước tương đối ớt thỡ phải giải kết hợp biện luận hoặc chỳ ý

vận dụng thờm cỏc định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn số mol electron ...

Với bài toỏn hỗn hợp kim loại tỏc dụng với H2SO4 đặc hoặc với HNO3 tạo ra

nhiều sản phẩm khớ thỡ việc viết và cõn bằng cỏc phản ứng mất khỏ nhiều thời gian. Trường hợp này nờn sử dụng định luật bảo toàn số mol electron để giải.

2.2. Giới thiệu chƣơng trỡnh húa học vụ cơ lớp 12 (chƣơng trỡnh nõng cao)

Chương trỡnh húa học vụ cơ lớp 12 bắt đầu từ chương 5.

Chương 5 : Đại cương về kim loại.

Chương này được học trong 13 tiết, bao gồm 9 tiết lớ thuyết, 2 tiết luyện tập, 2 tiết thực hành.

Nội dung kiến thức trong chương cung cấp cho học sinh những kiến thức, khỏi niệm cơ bản về:

- Vị trớ, tớnh chất vật lớ, tớnh chất húa học chung của kim loại; - Dóy điện húa, thế điện cực chuẩn của kim loại, sự điện phõn; - Ăn mũn kim loại và chống ăn mũn kim loại;

- Nguyờn tắc và phương phỏp điều chế kim loại.

Đõy là cỏc khỏi niệm và kiến thức đai cương về kim loại làm cơ sở cho việc nghiờn cứu cỏc nhúm kim loại cụ thể.

Chương 6: Kim loại kiềm – Kim loại kiềm thổ - Nhụm.

Chương 6 gốm 7 tiết lớ thuyết, 1 tiết luyện tập và 1 tiết thực hành.

Sự nghiờn cứu cỏc nhúm kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhụm được thực hiện từ vị trớ cấu tạo nguyờn tử, tớnh chất vật lớ, tớnh chất húa học, ứng dụng và điều chế, một số hợp chất quan trọng của chỳng. Từ cỏc kiến thức lớ thuyết về cấu tạo nguyờn tử, đại cương về kim loại tạo điều kiện cho học sinh dự đoỏn lớ thuyết về tớnh chất cỏc chất và dựng thớ nghiệm kiểm chứng cỏc dự đoỏn của mỡnh cũng như suy luận về cỏc phương phỏp điếu chế chỳng.

Chương 7 : Crom – Sắt – Đồng.

Chương này gồm 7 tiết lớ thuyết, 2 tiết luyện tập, 1 tiết thực hành.

Đõy là cỏc kim loại nhúm B và cú nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Sự nghiờn cứu cỏc kim loại cũng yờu cầu học sinh biết vị trớ, cấu hỡnh electron

nguyờn tử và sự tạo thành cỏc trạng thỏi số oxi húa của crom, sắt, đồng và hiểu được cỏc tớnh chất, phương phỏp điều chế cỏc kim loại cũng như cỏc hợp chất quan trọng của chỳng. Trong chương này cũn giới thiệu cho học sinh biết vị trớ, cấu tạo nguyờn tử, tớnh chất ứng dụng và điều chế của cỏc kim loại bạc, vàng, niken, kẽm, thiếc, chỡ.

Chương 8: Phõn biệt một số chất vụ cơ. Chuẩn độ dung dịch.

Chương này gồm 5 tiết lớ thuyết, 1 tiết luyện tập, 2 tiết thực hành.

Nội dung kiến thức trong chương giỳp học sinh hiểu được phương phỏp phõn tớch định tớnh như cỏch nhận biết một số ion vụ cơ (cation kim loại và anion) trong dung dịch và cỏch nhận biết một số chất khớ. Đồng thời trang bị cho học sinh những kiến thức đại cương về phương phỏp phõn tớch định lượng húa học như bản chất và đặc điểm của cỏc phương phỏp định lượng húa học (phõn tớch khối lượng và phõn tớch thể tớch), nguyờn tắc của cỏc phương phỏp chuẩn độ trung hũa, chuẩn độ oxi húa – khử và cỏc ứng dụng phổ biến của cỏc phương phỏp đú.

Chương 9: Húa học và cỏc vấn đề kinh tế, xó hội, mụi trường.

Chương này cú 3 tiết lớ thuyết.

Nội dung kiến thức trong chương giỳp cho học sinh cú những hiểu biết về vai trũ của húa học đối với cỏc vấn đề kinh tế (gúp phần giải quyết cỏc vấn đề về năng lượng, nhiờn liệu, vật liệu cho hiện tại và tương lai), xó hội (gúp phần nõng cao chất lượng cuộc sống như giải quyết vấn đề lương thực, thực phẩm, may mặc và sức khỏe con người). Đồng thời học sinh cũng hiểu được những tỏc dụng tiờu cực của cỏc sản phẩm húa học tới cuộc sống của con người và biết vận dụng một số biện phỏp để bảo vệ mụi trường sống trong cuộc sống hàng ngày.

2.3. Phõn loại cỏc bài toỏn húa học vụ cơ lớp 12

Chương trỡnh húa học vụ cơ lớp 12 nghiờn cứu về kim loại, chủ yếu là kim loại kiềm (đại diện là Na), kim loại kiềm thổ (đại diện là Ca), nhụm, sắt và cỏc phương phỏp điều chế kim loại. Trong luận văn này, chỳng tụi tập trung nghiờn cứu phương phỏp giải cỏc bài toỏn húa học vụ cơ lớp 12, cỏc dạng toỏn đưa ra chủ yếu dựa vào tớnh chất húa học đặc trưng của kim loại và hợp chất của kim loại. Vỡ vậy, chỳng tụi khụng đề cập đến tớnh chất vật lớ cũng như ứng dụng của kim loại.

Tớnh chất húa học của kim loại.

Cỏc kim loại (Na, Ca, Al, Fe ...) đều cú tớnh khử nghĩa là đều nhường electron trong quỏ trỡnh phản ứng để thành cỏc ion dương. Tớnh khử đú thể hiện ở cỏc phản ứng của kim loại với phi kim, với axit, với nước, với dung dịch muối hoặc oxit của kim loại yếu hơn với mức độ giảm dần từ Na, Ca

Al  Fe ....

 Kim loại tỏc dụng với phi kim ( Cl2, O2, S,... ).

Phi kim tỏc dụng với Na, Ca dễ dàng; tỏc dụng với Al ở dạng bột, to; tỏc dụng với Fe ở dạng bột, to cao

Vớ dụ: 3Fe + 2O2 to Fe3O4 2Fe +3 Cl2 2 FeClto 3

 Kim loại tỏc dụng với axit.

+ Kim loại tỏc dụng H2SO4 loóng  Muối + H2.

+ Kim loại tỏc dụng với H2SO4 đặc, HNO3 ( loóng, đặc). Muối(số oxi húa cao nhất của kim loại) + sản phẩm của N hoặc S + H2O.

Chỳ ý

- Kim loại khử càng mạnh, HNO3 càng loóng thỡ số oxi húa của N+5 giảm càng thấp.

 Kim loại tỏc dụng với nước

Cỏc kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng mạnh với nước. 2Na + 2H2O 2NaOH + H2.

Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2.

Al phản ứng với nước ở nhiệt độ thường nhưng phản ứng nhanh chúng bị dừng lại do tạo lớp hiđroxit nhụm trờn bề mặt. Fe phản ứng với nước ở nhiệt độ cao.

 Kim loại tỏc dụng với dung dịch muối hoặc oxit của kim loại yếu hơn.

Fe + CuSO4  FeSO4 + Cu. 2Al + Fe2O3 to Al2O3 + 2Fe.

Chỳ ý: Na, Ca và cỏc kim loại phản ứng mạnh với nước, khi phản ứng với

dung dịch muối của kim loại yếu hơn sẽ phản ứng trước với nước. Vớ dụ : Cho Na tỏc dụng với dung dịch CuSO4:

Na + 2H2O  2NaOH + H2. 2 NaOH + CuSO4  Cu( OH)2 + Na2SO4.

 Riờng Al ( và một số kim loại như Zn, Cr,...) cũn phản ứng với dung dịch

kiềm.

2 Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2 + 3 H2. ( Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2 ).

Cỏc bài toỏn liờn quan đến cỏc phản ứng trờn sẽ được trỡnh bày chi tiết trong phần sau của luận văn.

Tớnh chất húa học của cỏc hợp chất kim loại.

Hợp chất của kim loại bao gồm cỏc oxit, cỏc bazơ và cỏc muối của kim loại. Trong chương trỡnh húa vụ cơ lớp 12, một số phản ứng quan trọng của cỏc hợp chất kim loại được đề cập nhiều trong sỏch giỏo khoa cũng như trong sỏch tham khảo đú là:

 Cỏc phản ứng của hiđroxit kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ với CO2,

 Phản ứng của muối cacbonat (CO32-, HCO3- ) với dung dịch axit và của

HCO3- với dung dịch kiềm.

 Phản ứng thể hiện lưỡng tớnh của Al2O3, Al (OH)3, Zn(OH)2...

 Phản ứng của oxit kim loại với cỏc chất khử như Al, CO, H2... ( phản ứng

nhiệt luyện.)

 Phản ứng điện phõn, cỏc hợp chất của kim loại.

Cỏc phản ứng trờn cũng như cỏc bài toỏn liờn quan đến cỏc phản ứng đú sẽ được trỡnh bày chi tiết trong phần sau của luận văn.

2.4. Bài toỏn về phản ứng của kim loại

2.4.1. Bài toỏn kim loại tỏc dụng với phi kim

1. Kim loại trừ (Au, Pt ) tỏc dụng với oxi tạo oxit.

a, Một số oxit thể hiện tớnh khử khi gặp chất oxi húa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc ( FeO, Fe3O4...).

b, Cỏc oxit tỏc dụng với axit thụng thường như HCl, H2SO4 loóng: MxOy + 2yHCl  MxCl2y + yH2O.

MxOy + yH2SO4  Mx(SO4)y + yH2O. Ta thấy nO ( trong oxit) = 1

2 nH+.

Dựa vào hệ thức trờn giỳp giải nhanh bài toỏn húa học. 2. Kim loại trừ (Au, Pt ) tỏc dụng với halogen tạo muối halogenua.

- Với cỏc kim loại đa húa trị như Fe, Cr, Cu thỡ halogen X2 sẽ oxi húa lờn số oxi húa cao nhất. (Fe Fe3+; Cr Cr3+; CuCu2+...).

3. Kim loại trừ (Au, Pt ) tỏc dụng với lưu huỳnh tạo muối sunfua.

- Với cỏc kim loại đa húa trị thỡ lưu huỳnh chỉ oxi húa kim loại lờn số oxi húa thấp (Fe + S FeS ).

- Muối sunfua dễ tan trong dung dịch axit HCl, H2SO4 loóng... nhưng một số muối như CuS, PbS, Ag2S... khụng tan.

- Cỏc muối sunfua đều cú tớnh khử mạnh, dễ tỏc dụng với HNO3, tuy nhiờn PbS... thỡ khụng tan trong HNO3.

Cỏc phương phỏp thường dựng để giải nhanh cỏc bài toỏn loại này là phương phỏp bảo toàn số mol e, bảo toàn nguyờn tố, bảo toàn khối lượng. v.v...

Bài toỏn minh họa.

Bài 1: Đốt chỏy m gam hỗn hợp 3 kim loại Mg, Cu, Zn thu được 34,5 gam hỗn hợp gồm cỏc oxit kim loại. Để hũa tan hết X cần vừa đủ 0,8 mol HCl. Tớnh m? Lời giải: 4M + nO2 to 2M2On. M2On + 2nHCl  2MCln + nH2O. nO = 34,5 16 m  = nO ( trong oxit) = 1 2nH+ = 0,4 mol. mO = 0,4.16 = 6,4gam  m=34,5 – 6,4 = 28,1 gam. Bài 2: Hỗn hợp khớ X gồm Cl2 và O2. X phản ứng hết với một hỗn hợp gồm 4,8gam Mg và 8,1 gam Al tạo ra 37,05 gam hỗn hợp cỏc muối và oxit của 2 kim loại. Tớnh tỷ lệ thể tớch giữa khớ Cl2 và O2 trong hỗn hợp X.

Lời giải:

nMg = 0,2 mol; nAl = 0,3 mol.

Quỏ trỡnh nhường e: Quỏ trỡnh nhận e: Mg Mg2+ + 2e Cl2 + 2e 2 Cl- 0,2 0,4 x 2x Al  Al3+ + 3e O2 + 4e 2 O2- 0,3 0,9 y 4y Áp dụng ĐLBT số mol electron, ta cú 2x + 4y = 0,4 + 0,9 = 1,3. (1) Mặt khỏc : m( Clo + Oxi) = 71x + 32 y = 37,05 – ( 4,8 + 8,1 ) = 24,15 (2) Từ (1) và (2)  x= 0,25 mol và y = 0,2 mol.  2 2 Cl O V V = 2 2 Cl O n n = 0, 25 0, 2 = 5 4.

Bài 3: Cho 1,92 gam hỗn hợp bột X gồm Fe và S nung núng trong bỡnh kớn khụng cú khụng khớ, sau một thời gian thu được chất rắn Y. Hũa tan hết Y trong dung dịch HNO3 đặc, núng, dư thu được dung dịch Z và V lớt khớ thoỏt ra ( đktc). Cho Z tỏc dụng với dung dịch BaCl2 dư được 5,825 gam kết tủa. Tớnh V?.

Lời giải:

nS = nBaSO4 = 0,025 mol ( theo bảo toàn nguyờn tố S ).

nFe = 1,92 0,025.32

56

 = 0,02 mol.

Quỏ trỡnh nhường e: Quỏ trỡnh nhận e: Fe Fe3+ + 3e N+5 + 1e N+4 0,02 0,06 x x

SS6+ + 6e 0,025 0,15

Áp dụng ĐLBT số mol electron, ta cú: 0,06 + 0,15 = x  x = 0,21 mol.  V = 0,21 . 22,4 = 4,704 lớt.

Bài 4: Để m gam bột sắt ngoài khụng khớ, sau một thời gian thu được hỗn hợp

A cú khối lượng 37,6 gam gồm 4 chất. Cho A tỏc dụng hết với ddH2SO4 đặc, núng, dư thu được 3,36 lớt khớ SO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tớnh m?

Lời giải: nSO 2= 0,15 mol Fe O2hỗn hợp A FeH SO2 4 2(SO4)3 + SO2 + H2O. ( FeO, Fe3O4, Fe2O3, Fe) 2 O m = 37,6 – m  2 O n = 37,6 32 m 

Quỏ trỡnh nhường e Quỏ trỡnh nhận e Fe Fe3+ + 3e O2 + 4e 2O 2- 56 m  3 56 m 37,6 4.37,6 32 32 m m    S+6 + 2eS+4 0,3 0,15.

Áp dụng ĐLBT số mol electron ta cú: 3 56 m = 4.(37,6 ) 32 m  + 0,3 m= 28 gam.

Bài 5: Đốt chỏy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (cú húa trị 2 khụng đổi trong

hợp chất) trong hỗn hợp khớ Cl2 và O2. Sau phản ứng thu được 23 gam chất rắn và thể tớch hỗn hợp khớ đó phản ứng là 5,6 lớt (đktc). Xỏc định M?

Lời giải:

2M + O2 to 2MO M + Cl2 t0 MCl2

2xx y y

m( oxi + clo) = 32x + 71y = 23 – 7,2 = 15,8 (1)

m( oxi + clo) = x + y = 0,25 (2)

Từ (1) và (2)  x= 0,05 mol và y = 0,2 mol. nM= 2.0,05 + 0,2 = 0,3 mol  M= 7, 2

0,03 = 24 ( Mg)

Bài toỏn vận dụng

Bài toỏn tự luận

Bài1: Cho 23,8gam X gồm Cu, Fe, Al tỏc dụng vừa hết với 14,56 lớt Cl2 (đktc) thu được hỗn hợp muối Y. Mặt khỏc 0,25 mol X tỏc dụng với HCl (dư) thu được 0,2 mol H2. Tớnh phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X.

Đỏp ỏn : % Cu = 53,78%; %Fe = 23,53% ; %Al = 22,69% Bài 2: Đốt chỏy a gam bột Fe thu được b gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3(trong đú số mol FeO bằng số mol Fe2O3). để hoà tan hết b gam X cần vừa đủ 80ml dung dịch HCl 1M. Tớnh a và b?

Đỏp ỏn: a = 1,68 gam; b = 2,32 gam Bài 3: Cho m gam hỗn hợp x gồm Mg, Fe, Zn ở dạng bột tỏc dụng hoàn toàn

với oxi thu được 2,81 gam hỗn hợp Y gồm cỏc oxit. Hoà tan hoàn toàn Y bằng H2SO4 loóng vừa đủ. Sau phản ứng cụ cạn dung dịch được 6,81 gam muối sunfat khan. Tớnh m?