This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
“SỬ DỤNG CÂN BẰNG ION – ELECTRON TRONG GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC”
PHẦN I: MỞ ĐẦU
I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong quá trình dạy học, việc hình thành phương pháp, kỹ năng giải bài tập cho học sinh là rất quan trọng. Đặc biệt đối với phương pháp đổi mới trong kiểm tra đánh giá và thi Đại học – Cao đẳng, khi học sinh đã có phương pháp tốt thì việc giải bài toán để có kết quả nhanh, chính xác sẽ trở nên nhanh chóng, đơn giản. Không có phương pháp nào tối ưu để áp dụng cho mọi dạng bài tập. Trên cơ sở đó tôi mạnh rạn đưa ra đề tài sáng kiến kinh nghiệm “sử dụng cân bằng ion –electron để giải nhanh một số bài toán Hóa học”. Thông qua đó học sinh có thể nhìn nhận được dạng bài tập và áp dụng để giải nhằm thu được kết quả nhanh và chính xác đáp ứng nhu cầu thi trắc nghiệm như hiện nay.
II. LỊCH SỬ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Để giải các bài tập phần oxi hóa – khử trong dung dịch đòi hỏi học sinh phải viết và cân bằng đúng phương trình phản ứng, thao tác này mất nhiều thời gian hơn nữa khi cân bằng được rồi thì tính toán theo phương trình cũng mất nhiêu thời gian để có thể đưa ra kết quả chính xác, việc này không phù hợp với hình thức kiểm tra đánh như hiện nay. Do đó đề tài ra đời đáp ứng yêu cầu của phương pháp trắc nghiệm như hiện nay đối với bài tập sử dụng cân bằng phản ứng oxi hóa –khử theo phương pháp ion –electron.
Đưa ra một số bài tập Hóa học có thể áp dụng phương pháp cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp ion – electron giúp học sinh nhận biết được dạng bài tập, hình thành được kỹ năng và “xử lý” được bài tập nhanh chóng, đưa ra kết quả nhanh và chính xác.
IV. NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Có đưa ra cơ sở lí thuyết và nhắc lại các kiến thức liên quan tới phản
ứng oxi hóa khử mà học sinh đã được học trong chương trình sgk Hóa học lớp
11. Thông qua đó học sinh có cái nhìn khách quan về phương pháp này, học sinh
không bị gò ép mà có thể chủ động lĩnh hội, nắm bắt phương pháp, hình thành
kỹ năng giải bài tập.
- Thông qua việc phân tích, giải bài tập theo phương pháp tính toán đơn
thuần với phương pháp sử dụng cân bằng ion – electron để giải bài tập từ đó rút
ra tính nhanh chóng, chính xác và hiệu quả của phưong pháp ion – electron.
V. GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU.
- Các bài tập Hóa học trongchương trình THPT
- Chuẩn bị những kiến thức giúp học sinh giải các bài tập Hóa học
VI. ĐIỂM MỚI TRONG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
- §a ra cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp ion –
electron
- Hệ thống các dạng bài tập có thể sử dụng cân bằng ion – electron để giải
I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT1. Nhắc lại phản ứng oxi hóa khửa. Khái niệm: - Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố trước và sau phản ứng
- Chất khử là chất nhường electron- Chất oxi hóa là chất nhận electron- Quá trình oxi hóa là quá trình chất khử nhường electron- Quá trình khử là quá trình chất oxi hóa nhận electron
b. Quy tắc xác định số oxi hóaQuy tắc 1: Số oxi hóa của nguyên tố trong các đơn chất bằng khôngQuy tắc 2: Trong một phân tử tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng khôngQuy tắc 3: Số oxi hóa của ion đơn nguyên tử bằng điện tích của ion đó.Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tố bằng điện tích của ion đóQuy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, trừ một số hiđrua kim loại (NaH, CaH2 …). Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ hợp chất OF2, peoxit (H2O2, Na2O2 …)2. Cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp ion – electronBước 1: Viết sơ đồ phản ứngBước 2: Xác định số oxi hóa của nguyên tử các nguuyên tố thay đổi số oxi hóaBước 3: Viết quá trình oxi hóa – quá trình khử theo nguyên tắc - Chất điện li mạnh: Viết dưới dạng ion - Chất điện li yếu hoặc không điện li: Viết dưới dạng phân tử
* Nếu phản ứng có axit tham gia (môi trường axit): Vế nào thừa a nguyên tử Oxi thì thêm vào vế đó 2a ion H+, vế còn lại thêm a phân tử H2O.
* Nếu phả ứng xảy ra trong môi trường trung tính ( không có axit, bazơ tham gia phản ứng) mà sau phản ứng tạo thành axit hoặc bazơ thì viết quá trình oxi hóa – quá trình khử như trong môi trường axit hoặc bazơ
Bước 4: Tìm hệ số thích hợp: - Tìm bội chung nhỏ nhất (BCNN) của số electron nhường – nhận - Lấy BCNN chia cho số e nhường hoặc nhận → hệ số thích hợp
II. MỘT SỐ BÀI TOÁN VÍ DỤ
DẠNG 1: CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ THEO PHƯƠNG PHÁP ION - ELECTRON
Lưu ý: - Trường hợp phản ứng xảy ra trong môi trường bazơ mà sản phảm tạo thành có NH3 thì trong quá trình khử tạo NH3 cần viết và cân bằng điện tích trước sau đó mới cân bằng cho nguyên tử nguyên tố Oxi - Trường hợp có muối amoni (NH 4
+ ) tạo thành thì phái cân bằng cho số nguyên tử Oxi trước bằng cách thêm H2O vào vế thiếu Oxi sau đó mới cân bằng đến ion H+ theo định luật bảo toàn điện tích.
DẠNG 2: KIM LOẠI, HỖN HỢP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT HNO3, H2SO4 đặc
Bài 1: Hòa tan hoàn toàn 4,431g hỗn hợp X gồm Mg và Al trong dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và 1,568 lít hỗn hợp khí B gồm NO và N2O cân nặng 2,59g. Số mol HNO3 đã phản ứng làA. 0,385 B. 0,425 C. 0,49 D. 0,105
Giải: Đặt NOn = a mol, ONn
2 = b mol a + b = 0,07 a = 0,035 mol 30a + 44b =2,59 → b = 0,035 mol
Cách 1: Sử dụng phương pháp ion-electronQuá trình nhận electron: OHNOHeNO 23 243 +→++ +− (1) OHONHeNO 223 51082 +→++ +− (2)Theo (1), (2) ta có: 49,0104
23=+==
+Onnnn NNOHHNO
pp mol
Cách 2: Sử dụng định luật bảo toàn electronGọi x, y lần lượt là số mol của Mg và Al trong hỗn hợp X Ta có: 24x + 27y = 4,431 (*)Quá trình nhường – nhận electron 0 +2
Mg → Mg +2e 0 +3 → ∑ne nhường = 2x +3y (mol)Al → Al + 3e +5 +2
2N + 2.4 e → 2N (N2O) Theo định luật bảo toàn e ta có: 2x +3y = 0,385 (**)Từ (*), (**) suy ra: x = 0,161 mol; y = 0,021 mol
→ −++=323
2NOONNOHNO nnnn
(tạo muối) = ++ +++ 32
2322
AlMgONNO nnnn = 0,49 mol
Nhận xét: Thông qua việc giải bài toán trên theo 2 cách chúng ta nhận thấy rằng nếu giải theo phương pháp bảo toàn electron mà học sinh thường hay áp dụng thì mất khoảng 3 phút trong khi đó nếu giải theo phương pháp ion-electron thì chỉ mất khoảng hơn 1 phút. Do đó với bài toán trên chúng ta nên sử dụng phương pháp ion-electron thì đỡ mất thời gian mà kết quả lại chính xác Vậy những dạng toán nào có thể áp dụng phương pháp ion-electron để giải và yêu cầu của phương pháp này là gi? Xin thưa rằng đối với những bài toán oxi hóa khử xảy ra trong dung dịch thì đều có thể vận dụng phương pháp này để giải và yêu cầu của phương pháp này là cần nắm được cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử theo phương pháp ion-electron như phần bổ túc kiến thức đã nêu.
Bài 2: Cho a gam bột Al tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch HNO3 0,5M thu được dung dịch A và 1,792 lít hỗn hợp khí B gồm N2 và NO. Biết d B/H2 = 14,25. Tính a và V Giải: Đặt )(molanNO = , )(
2molbnN = → a + b = 0,08 (1)
NO (30), a 0,5
28,5 → 3
1
5,1
5,0 ==b
a (2)
N2 ( 28), b 1,5 Từ (1) và (2) suy ra : a = 0,02 mol, b = 0,06 molQuá trình nhường – nhận e:
OHNHeNO 223 612102 +→++ +−
0,12 0,6 0,06OHNOHeNO 23 243 +→++ +−
0,02 0,06 0,02
Ta có: 3HNOn pư = +Hn pư = )(8,0412
2molnn NON =+ → V )(6,1
5,0
8,03
lítVHNO ==
→ 3HNOn tạo muối = 3HNOn pư - 3HNOn tạo khí = 0,8 – 0,14 = 0,66 mol
- → 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O (1)Giả sử H+ phản ứng hết
Ta có: nCu (pư) = 045,012,0.8
3
8
3 ==+Hn < 0,05 mol
03.04
12,0
4
13
=== +− HpuNOnn < 0,08 mol.
Vậy Cu và NO3- phản ứng dư, H+ phản ứng hết
Theo (1) ta có: )(672,04,22.03,0)(03.04
1lítVmolnn NOHNO ==→== +
Bài 4: Hòa tan hoàn toàn 24,2 gam hỗn hợp A gồm 3 kim loại bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu được 6,72 lít NO duy nhất (đktc) và dung dịch B chỉ chứa muối nitrat của kim loại. Khối lượng muối nitrat thu được khi cô cạn cẩn thận dung dịch B làA. 61,4g B. 98,6g C. 80g D. 43,5g
Giải: Ta có: )(3,0 molnNO =
Quá trình khử: OHNOHeNO 23 243 +→++ +− (1)Theo (1) ta có: )(12,04
3molnnn NOHHNO === + .
Nhận thấy HNO3 phản ứng dùng vào 2 việc: tạo khí và tạo muối−3NO
n (tạo muối) = gmmolnnNONOHNO 8,55)(9,003,02,1
33=→=−=− −
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mmuối = m kimloại + −
3NOm = 24,2 + 55,8 = 80g
Bài 5: Cho m (g) bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4 0,25M. Sau khi các phản ứng hoàn toàn thu được 0,6m (g) hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO duy nhất (đktc). Giá trị của m và V lần lượt là
A. 17,8g và 4,48 lít B. 10,8g và 4,48 lítC. 17,8g và 2,24 lít D. 10,8g và 2,24 lít
OHNOeHNO 223 .12 +→++ +− (***) 0,09 0,09Theo định luật bảo toàn e: ∑ne nhường = ∑ne nhận → x + 0,06 = 0,09 → x = 0,03(mol)→ )(92,13116.06,0232.03,0
343gmmm FeCOOFe
=+=+=
Theo (*),(**) và (***) ta có: )(54,009,0.206,0.203,0.8228
23433molnnnnn NOFeCOOFeHHNO =++=++== +
(hoặc: )(54,009,0)06,003,0.3(3323
molnnn NOFeHNO =++=+= ∑ )
Bài 7: Khuấy kĩ dung dịch chứa 13,6g AgNO3 và m (g) bột Cu rồi thêm vào đó V lít dung dịch H2SO4 1M loãng, đun nóng tới phản ứng hoàn toàn thu được 9,28(g) hỗn hợp bột kim loại dung dịch A và khí NO. Lượng NaOH cần thiết để tác dụng hết với các chất trong A là 13g. Xác định các chất trong A và tính mGiải: Ta có: )(08,0)(08,0
33molnnmoln
NOAgAgNO ==→= −+
Ptpư: Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag (1)
Giả sử (1) hoàn toàn thì khối lượng Ag giải phóng tối đa là )(64,8)(08,0 gmmolnn AgAgAg =→== + < 9,28 (g) nên Cu phải dư
→ hỗn hợp bột kim loại gồm: Cu = 9,28 – 8,64 = 0,64 (g) và Ag = 8,64(g) Do Cu có tính khử mạnh hơn Ag nên khi thêm H2SO4 loãng vào vì Cu đang dư nên Ag chưa phản ứngPtpư: 3Cu + 8H+ + NO3
- → 3Cu2+ + 2NO + 4 H2O (2)
TH1: Sau (2), NO3- dư, H+ hết → A gồm Cu2+, NO3
- , SO42-
Ta có: −OHn = 0,325 mol
Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 (3)Theo (1), (2), (3): −OH
n = 0,08 < 0,325 (loại)
TH2: Sau (2), NO3- hết, H+ dư → A gồm Cu2+, H+ , SO4
2- H+ + OH- → H2O (4) Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 (5)
Ta có: )(16,02
3
2
13
2 molnnnNOAgCu
=+= −++
→ −OHn (5) = 0,32 mol → −OH
n (4) = 0,005 mol → Cumm = (pư) + Cum (dư) = 0,16.64 + 0,64 =10,88(g)
Phân tích: Qua hai cách giải bài toán đều cho đáp số đúng tuy nhiên khi giải theo cách 2 thì kết qua đưa ra nhanh hơn cách 1 chứng tỏ trong bài toán này khi sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố sẽ nhanh hơn. Vậy có một câu hỏi đặt ra ở đây là khi nào thì nên sử dụng phương pháp cân bằng ion-electron để giải và khi nào thì không nên?Tiểu kết
Qua việc trình bày cách cân bằng và một số ví dụ minh họa cho phương pháp giải bài tập thì chúng ta đều nhận thấy rằng đối với những bài toán khi cho Kim loại tác dụng với axit hoặc với hỗn hợp các chất trong dung dịch thì viêc áp dung phương pháp cân bằng ion-electron tỏ ra hiệu quả hơn khi giải theo phương pháp khác.Đây là điểm nổi bật của phương pháp này so với các phương pháp.
III. MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG
Câu 1: Hỗn hợp X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO với số mol mỗi chất là 0,1 mol, hoà tan hết vào dung dịch Y gồm HCl và H2SO4 loãng dư được dung dịch Z. Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z tới khi ngừng thoát khí NO. Thể tích dung dịch Cu(NO3)2 cần dùng và thể tích khí thoát ra (đktc) là:A. 25 ml; 1,12 lít B. 500ml; 22,4 lít C. 50ml; 2,24 lít D. 50ml; 1,12 lítCâu 2: Hoà tan 0,1 mol Cu kim loại trong 120ml dung dịch X gồm HNO3 1M và H2SO4 0,5M. Sau khi phản ứng kết thúc thu được V lít khí NO duy nhất (đktc).A. 1,344 lít. B. 1,49 lít. C. 0,672 lít. D. 1,12 lít.Câu 3: Dung dịch A chứa 0,01 mol Fe(NO3)3 và 0,15 mol HCl có khả năng hoà tan tối đa bao nhiêu gam Cu kim loại? (Biết NO là sản phẩm khử duy nhất)A. 2,88 g B. 3,92 g C. 3,2 g D. 5,12 gCâu 4: Hoà tan hỗn hợp chứa 0,8 mol Al và 0,6 mol Mg vào dd HNO3 1M vừa đủ, đến phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch A và 6,72 lít hỗn hợp khí N2 và N2O (ở đktc). Cô cạn cẩn thận A thu được 267,2 gam muối khan. Thể tích HNO3
cần dùng là:A. 4,2 lít. B. 4,0 lít. C. 3,6 lít. D. 4,4 lít
dư, thu được dung dịch Y và hỗn hợp khí Z gồm 0,4 mol NO và 0,05 mol N2O. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, được m gam kết tủa. Giá trị của ma làA. 62,4. B. 59,0. C. 70,9. D. 43,7.Câu 6: Cho 1,35 gam hỗn hợp gồm Cu, Mg, Al tác dụng với dung dịch HNO3
dư, thu được 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí NO và NO2 có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra làA. 66,75 g B. 33, 35 g C. 6,775 g D. 3, 335 g Câu 7: Hoà tan hoàn toàn 2,16g Mg bằng dung dịch HNO3 dư, thấy thoát ra 0,896 lít khí NO (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được lượng muối khan làA. 13,92 g B. 8,88 g C. 6,52 g D. 13,32 gCâu 8: Hòa tan 4,86 gam hỗn hợp 3 kim loại X, Y, Z trong dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thu được 1,792 lít NO2 (đktc). Cô can dung dịch thu được m gam muối khan. Giá trị của m làA.9,82 g B. 8,92 g C. 8,29 g D. 9,28 gCâu 9: Hoà tan hỗn hợp chứa 0,8 mol Al và 0,6 mol Mg vào dd HNO3 1M vừa đủ, thu được dung dịch A và 6,72 lít hỗn hợp khí N2 và N2O (đktc). Cô cạn cẩn thận A được 267,2 gam muối khan. Thể tích HNO3 cần dùng là:A. 4,2 lít. B. 4,0 lít. C. 3,6 lít. D. 4,4 lít.Câu 10: Thực hiện 2 thí nghiệm:- TN1: Cho 3,84g Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO3 1M thoát ra V1 lít NO.- TN2: Cho 3,84g Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO3 1M và H2SO4 0,5M thoát ra V2 lít NO. Biết NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng điều kiện. Quan hệ giữa V1 và V2 là:A. V2 = V1 B. V2 = 2 V1 C. V2 = 2,5V1 D. V2 = 1,5V1
Câu 11: Cho 26 gam Zn tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu được 8,96 lít hỗn hợp khí NO, NO2 (đktc). Số mol HNO3 đã phản ứng là A. 0,4 mol B . 0,8mol C. 1,2 mol D . 0,6 mol Câu 12: Cho 3,76 gam hỗn hợp X gồm Mg và MgO có tỉ lệ mol tương ứng là 14:1 tác dụng hết với dung dịch HNO3 thu được 0,448 lít một khí duy nhất (đktc) và dung dịch Y. Cô cạn cẩn thận dung dịch Y thu được 23 gam chất rắn khan T. Số mol HNO3 đã phản ứng là
A. 0,32 B. 0,28 C. 0,34 D. 0,36Bài 13: Hoà tan m g Al trong HNO3 loãng thu được 0,896 (l) hỗn hợp khí NO và N2O có tỉ khối với H2 là 16.75. Tìm giá trị m và khối lượng muối tạo thànhBài 14: Hoà tan 3,15 g kim loại Al trong dung dịch HNO3 2M thu đượ muối vàNO, N2O có tỉ khối so với H2 là 15,28. Tính thể tích khí NO và N2O, HNO3 đãtham gia phản ứng.
Khi chưa giới thiệu phương pháp “sử dụng cân bằng ion –electron” tôi cho học sinh làm các bài tập tương tự theo phương pháp trắc nghiệm khách quan đối với học sinh lớp 11A, 11C, 11D, 11K. Tôi thu được kết quả như sau:
Lớp Sĩ số Giỏi Khá TB Yêú - kémSL % SL % SL % SL %