Sáng kiến kinh nghiệm Áp dụng định luật bảo toàn electron để giải bài tập hoá học chương "Nitơ - Phốt pho"

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Áp dụng định luật bảo toàn electron để giải bài tập hoá học chương "Nitơ - Phốt pho"

1. sở GD- đt hà nội trường thpt Việt nam- ba lan  Sáng kiến kinh nghiệm áp dụng định luật bảo toàn electron để giải bài tập hoá học ChƯơng Nitơ-phốt pho Người thực hiện: Nguyễn thu hằng Môn: hoá đơn vị: trường thpt Việt nam- ba lan năm học 2009 - 2010
2. Mở đầu I . Lý do chọn đề tài. Cải tiến nội dung và phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng của quá trình dạy học là nhiệm vụ thường xuyên và lâu dài của nghành giáo dục . Hoá học là môn khoa học vừa lý thuyết ,vừa thực nghiệm , do đó muốn nâng cao kết quả của quá trình dạy học hoá học người ta cho rằng. Một học sinh hiếu học là học sinh sau khi học bài xong, chưa vừa lòng với những hiểu biết của mình và chỉ yên tâm khi đã tự mình giải được các bài tập ,vận dụng kiến thức đã học dể giải bài tập. Bài tập hoá học có tác dụng rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức ,đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động , phong phú .Qua đó ôn tập củng cố hệ thống hoá kiến thức một cách thuận lợi nhất ,rèn luyện kĩ năng giải bài tập , phát triển năng lực nhận thức ,năng lực hành động ,rèn trí thông minh ,sáng tạo cho học sinh ,nâng cao hứng thú học tập bộ môn .Có thể nói rằng bài tập hoá học vừa là mục đích ,vừa là nội dung ,lại vừa là phương pháp dạy học rất có hiệu quả . Bài tập còn là con đường đầu tiên để áp dụng chính xác kiến thức khoa học vào cuộc sống. Song thực tế cho thấy nhiều học sinh phổ thông rất sợ giải bài tập hoá học hoặc còn rất lúng túng trong việc xác định các dạng toán , do đó gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập . Hơn nữa số tiết bài tập hoá học ở trên lớp lại rất ít, nên việc củng cố, đào sâu và vận dụng kiến thức hoá học còn hạn chế. Trước tình trạng đó là một giáo viên chuyên ngành hoá, trong quá trình giảng dạy, tôi thường xuyên hệ thống -phân dạng các bài tập cho học sinh ,góp phần nâng cao khả năng giải bài tập của học sinh ,phục vụ kiến thức cho học sinh ôn thi vào các trường đại học và cao đẳng . Thực tế một bài tập có thể có nhiều cách khác nhau: có cách giải thông thường theo các bước quen thuộc, nhưng cũng có cách giải độc đáo ,thông minh ,rất ngắn gọn mà lại chính xác chẳng hạn như " Phương pháp bảo toàn electron ". Nguyên tắc của phương pháp này là : " Khi có nhiều chất oxi hoá ,chất khử trong một hỗn hợp phản ứng ( nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số elctron mà chất oxi hoá nhận ". Ta chỉ cần nhận định đúng 1
3. trạng thái đầu và trạng thái cuối của chất oxi hoá và chất khử thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng .Phương pháp này đặc biết lý thú với các bài toán phải biện luận nhiều trường hợp có thể xảy ra các bài toán hỗn hợp . Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho hệ phương trình phản ứng oxi hoá khử và thường dùng giải bài toán vô cơ . Với mục đích trên tôi đã nghiên cứu và hệ thống các bài tập : "áp dụng định luật bảo toàn eletron để giải các bài toán hoá học vô cơ" . Sau đây tôi xin trình bày kinh nghiệm của mình . II. Mục đích nghiên cứu. Thăm dò khả năng và năng lực riêng của học sinh khi tiếp xúc với một phương pháp giải toán mới . Sử dụng hệ quả của định luật bảo toàn điện tích để giải nhanh bài toán hoá học . Phân loại và tuyển chọn một số bài tập ,một số đề tuyển sinh vào các trường đại học,cao đẳng để học sinh luyện thi đại học Rèn trí thông minh ,phát huy tính tích cực , chủ động ,sáng tạo của học sinh ,tạo ra hứng thú học tập bộ môn hoá học của học sinh phổ thông . III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Hệ thống các bài tập hoá học vô vơ ở chương trình hoá học THPT . IV. Nhiệm vụ nghiên cứu. Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài tập hoá học và thực trạng của việc giải bài tập hoá học của học sinh phổ thông hiện nay . Nghiên cứu lý thuyết về định luật bảo toàn điện tích , phản ứng oxi hoá khử Soạn và giải các bài tập vô cơ : Theo phương pháp bảo toàn electron . Thực nghiệm đánh giá việc áp dụng phương pháp bảo toàn electron. 2
4. V. Phương pháp nghiên cứu. 1. Nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu SGK ,sách bài tập hoá học phổ thông , các nội dung lí thuyết về bài tập hoá học , định luật bảo toàn điện tích làm cơ sở . 2. Tổng kết kinh nghiệm và thủ thuật giải bài tập hoá học . 3. Trao đổi ,trò chuyện với đồng nghiệp , học sinh trong quá trình nghiên cứu VI. Giả thuyết khoa học. Nếu sử dụng thành thạo phương pháp này thì sẽ giúp hoc sinh giải nhanh một số bài toán hoá học vô cơ mà không phải lập hệ phương trình đại số hay biện luận nhiều trường hợp . 3
5. Nội dung Chương I: cơ sở phương pháp bảo toàn electron 1. Định luật bảo toàn điện tích. Định luật bảo toàn địên tích là thước đo đúng đắn của nhiều định luật vật lý ,hoá học có liên quan đến điện tích .ở đây ta chỉ xét một số hệ quả của định luật phổ biến trên vào bài toán hoá học. 2. Các hệ quả và áp dụng. *Hệ quả 1: "Điện tích luôn xuất hiện hoặc mất đi từng cặp có giá trị trái dấu nhau " + - Ví dụ 1 : Na2SO4 tan vào nước sẽ bị điện li và xuất hiện K và Cl + 2- Na2SO4 2Na + SO4 Ví dụ 2 : Mg2+ cùng mất đi đồng thời với 2OH- theo phản ứng : Mg2 2OH Mg OH  2 Mg2+ có hai điện tích +2e. 2OH- có điện tích -2e. Còn Mg(OH)2 thì không mang điện *Hệ quả 2 : " Trong phản ứng oxi hoá khử ,nếu chất khử phóng ra bao nhiêu mol electron thì chất oxi hoá thu vào bấy nhiêu mol electron " Ta đã vận dụng hệ quả trên để cân bằng phản ứng oxi hoá khử .Và nhiều trường hợp chỉ cần vần dụng hệ quả trên là có thể giải được bài toán mà không cần phải viết và cân bằng phương trình phản ứng . Ví dụ 3 : Cho 1,92 gam Cu tan vừa đủ trong dung dịch HNO3 loãng ,nóng ta thu được V lít khí NO (đktc) .Tính V và khối lượng HNO 3 nguyên chất đã tham gia phản ứng . Bài giải 1,92 nCu = = 0,03 (mol). 64 4
6. Ta có các quá trình trao đổi electron : Quá trình nhường e: Quá trình nhận e : Cu Cu 2 2e N 5 3e N 2 số mol electron cho = số mol electron nhận Hay : 0,06 = 3x suy ra : x = 0,02 (mol) . Thể tích khí NO thoát ra ở đktc là : VNO = 0,02 x 22,4 = 0,448 (lit) Từ (1) suy ra trong dung dịch xuất hiện 0,03 mol Cu2+ nên theo định luật bảo toàn điện - tích phải có 0,06 mol NO3 tham gia tạo muối - Vậy phản ứng trên có 0,02 mol NO3 tham gia phản ứng oxi hoá khử và 0,06 mol - NO3 tham gia phản ứng trung hoà ( Làm môi trường ) - Tổng số mol NO3 = Tổng số mol HNO3 = 0,08 mol suy ra : khối lượng HNO3 = 0,08 x 63 = 5,04 (g) . * Hệ quả 3 : "Một hỗn hợp gồm nhiều kim loại có hoá trị không đổi và khối lượng cho trước sẽ phóng ra bao nhiêu mol electron không đổi cho bất kì gốc phi kim nào " Ví dụ 4 : Lấy 7,78 gam hỗn hợp A gồm hai kim loại hoạt động (X,Y) có hoá trị không đổi chia thành 2 phần bằng nhau: Phần 1: Nung trong oxi dư để oxi hoá hoàn toàn ta thu được 4,74 gam hỗn hợp 2 oxit. Phần 2:Hoà tan hoàn toàn trong dung dịch hỗn hợp HCl và H2 SO4 loãng . Tính thể tích khí H2 thu được ở đktc Bài giải 7,78 Số mol oxi nguyên tử kết hợp với = 3,94 gam hỗn hợp hai kim loại: 2 4,74 3,94 = 0,05 mol oxi nguyên tử 16 Trong quá trình tạo oxit ,oxi đã thu electron của kim loại như sau: O + 2e O2- (1) 5
7. ( mol) : 0,05 0,1 0,05 Theo (1) thì 0,05 mol O đã thu được 0,1 mol electron do 3,94 g hỗn hợp 2 kim loại phóng ra .Khi 3,94 g hỗn hợp 2 kim loại khử H+ của dung dịch axit cũng phóng ra 0,1 mol electron . Vậy H+ sẽ thu 0,1 mol electron theo bán phản ứng : + 2H + 2e H2  (2) (mol) : 0,1 0,05 Vậy thể tích khí H2 thoát ra là :V = 0,05. 22,4 = 1,12 lít. 6
8. Chương II : Hệ thống bài tập hoá học giải theo phương pháp bảo toàn electron Loại 1 : Phản ứng của kim loại với axít . Bài 1: Cho m g Zn vào dung dịch HNO3 thấy có 4,48 lít hỗn hợp khí NO và NO2 có tỉ lệ số mol là 1/1 ở đktc. Tính m? Bài giải a. Phương trình phản ứng: Zn + 4 HNO3 = Zn(NO3)3 + 2NO2 + 2H2O (1) 3Zn + 8 HNO3 = 3 Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2) 4,48 Ta có nhỗn hợp = = 0,2 mol 22,4 0,2 n n n 0,1 mol NO NO2 2 Ta có các quá trình trao đổi electron : Quá trình nhường e: Quá trình nhận e : N 5 1e N 4 Zn Zn 2 2e N 5 3e N 2  Số mol electron N5+ nhận là : 3*0,1+0,1=0,4 mol 0,4 Số mol Zn = 0,2mol 2 m=65*0,2=13 gam Bài 2: Cho 6,3 g hỗn hợp Al ,Mg vào 500 ml dung dịch HNO3 ( loãng ) 2M thấy có 4,48 lít khí NO , (duy nhất ) ở đktc và thu được dung dịch A 1. Chứng minh rằng trong dung dịch còn dư axít . 2. Tính nồng độ các chất trong dung dịch A . Bài giải a. Phương trình phản ứng: Al + 4 HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O (1) 3Mg + 8HNO3 = 3 Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2) 7
9. 4,48 Ta có nNO = = 0,2 mol 22,4 n = 0,5 .2 = 1 mol HNO3 Ta có các quá trình trao đổi electron : Quá trình nhường e: Quá trình nhận e : Mg Mg 2 2e N 5 3e N 2 Al Al 3 3e Số mol electron N5+ nhận là : 3*0,2 =0,6 mol Kim loại cho bao nhiêu electron thì nhận về bấy nhiêu gốc NO3 Số mol HNO3 tham ra phản ứng là: 0,2+0,6=0,8<1 Vậy axit dư. b/Tính số mol Al ,Mg Gọi số mol Al ,Mg lần lượt bằng a,b mol. Ta có phương trình : 27a 24b 6,3 g a 0,1 mol 3a 2b 0,6 mol b 0,15 mol Dung dịch A có : Mg(NO)2 0,15 mol HNO3 dư 0,2 mol Al(NO3)3 0,1 mol 0,1 [Al(NO3)3] = = 0,2 (M) 0,5 0,2 [HNO3] = = 0,4 (M) 0,5 0,15 [Mg(NO3)2 ] = 0,3 (M) 0,5 Bài 3: Hoà tan 2,88 gam hỗn hợp Fe , Mg bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu 0 được 0,9856 lít hỗn hợp khí NO , N2 ( ở 27,3 c , 1 at ) có tỉ khối so với H2 bằng 14,75 1. Viết các phương trình phản ứng có thể xảy ra 2. Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp 8
10. Bài giải 1. Phương trình phản ứng: 3Mg + 8 HNO3 = 3 Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O 5Mg + 12HNO3 = 5Mg(NO3)2 + N2 + 6 H2O Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 2.Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp. Đặt số mol NO, N2 lần lượt là a,b mol Ta có hệ phương trình : 30a 28b 14,72 . 2 a b a b 0,04 Ta được a= n = 0,03 mol ; b = n = 0,01 mol NO N 2 Ta có các quá trình trao đổi electron : Quá trình nhường e: Quá trình nhận e : Fe Fe 3 3e N 5 3e N 2 Mg Mg 2 2e 2N 5 10e 2N0 Số mol e do N+5 nhận : 3.n + 10 . n = 3.0,03 + 0,01 .10 = 0,19 mol (I) NO N 2 Gọi số mol Fe , Mg bằng x ,y mol , ta có ssố mol e do Fe ,Mg nhường : ne = 3x + 2y (II) áp dụng định luật bảo toàn e ta có 3x + 2y = 0,19 (mol) (III) Mặt khác ta có : 56x + 24 y = 2,88 (g ) (IV) Ta có hệ phương trình : 3x 2y 0,19 mol x 0,03 mol 56x 24 y 2,88 g y 0,05 mol Vậy mFe = 0,03 . 56 = 1,68 (g) mMg = 0,05 . 24 = 1,2 (g) 9