Sáng kiến kinh nghiệm Mở rộng bài tập oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Mở rộng bài tập oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li

1. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong dạy học hóa học, có thể nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức cho học sinh bằng nhiều biện pháp, phương pháp khác nhau. Trong đó, giải bài tập hóa học với tư cách là một phương pháp dạy học có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục, rèn luyện và phát triển học sinh. Mặt khác, cũng là thước đo thực chất sự nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học sinh. Trong chương trình hóa học phổ thông dung lượng kiến thức phản ứng oxi hóa - khử tương đối lớn, khái niệm về phản ứng oxi hóa - khử được củng cố, hoàn thiện và phát triển qua từng lớp học. Ở lớp 10 chúng ta nghiên cứu phản ứng oxi hóa khử trên cơ sở lý thuyết chủ đạo về cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học. Đến lớp 11 khái niệm phản ứng oxi hóa khử được củng cố và mở rộng trong dung dịch chất điện li qua nghiên cứu nhóm nguyên tố VA, IVA. Đến lớp 12 khái niệm phản ứng oxi hóa - khử được phát triển và mở rộng ở phần pin điện hóa và phản ứng điện phân, các nhóm nguyên tố, sắt, crom, đồng. Ta thấy rằng kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử được củng cố và hoàn thiện qua từng lớp học. Là giáoviên tham gia giảng dạy môn hóa học ở trường trung học phổ thông, tôi nhận thấy rằng cần có một hệ thống bài tập tốt nhằm mục đích củng cố, phát triển và hoàn thiện kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử cho học sinh. Vì thế, tôi lựa chọn và triển khai đề tài: MỞ RỘNG BÀI TẬP OXI HÓA - KHỬ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu xây dựng, tuyển chọn và sử dụng bài tập về phản ứng oxi hóa - khử xảy ra trong dung dịch chất điện li. Nghiên cứu sử dụng hệ thống bài tập nhằm củng cố và phát triển kiến thức cho học sinh về phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li. Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 1
2. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Bài tập oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li. + Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học hóa học vô cơ lớp 11, 12 ban khoa học tự nhiên. 4. Giả thuyết khoa học Trong quá trình dạy học, nếu giáo viên xây dựng được hệ thống phương pháp luận đúng, sử dụng bài tập phù hợp thì có tác dụng phát huy tích cực, phát triển tư duy logic cho học sinh sẽ nâng cao chất lượng của quá trình dạy học hóa học, đáp ứng yêu cầu chung của xã hội. 5. Đóng góp của đề tài Sử dụng bài tập hóa học để củng cố và phát triển khái niệm phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li. Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 2
3. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Khái niệm phản ứng oxi hóa- khử trong chương trình hóa học phổ thông 1.1.1. Định nghĩa Ta có thể chia phản ứng hóa học làm hai loại: phản ứng có sự trao đổi electron giữa các nguyên tử và phản ứng không có sự trao đổi electron giữa các nguyên tử. * Phản ứng oxi hóa - khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi electron giữa các nguyên tử của các chất tham gia phản ứng do đó làm biến đổi số oxi hóa của chúng. * Qui tắc tính số oxi hóa + Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong một phân tử bằng 0. + Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong một ion bằng điện tích của ion đó. + Trong hợp chất thường số oxi hóa của hidro là +1; của oxi là -2, của kim loại là điện tích của ion đơn nguyên tử của kim loại đó. Dựa vào sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử trong phản ứng oxi hóa – khử mà ta xác định được sự cho, nhận electron. 1.1.2. Các phương pháp lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử Có bốn phương pháp cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa- khử, nhưng thông thường ta sử dụng chủ yếu hai phương pháp đó là: Phương pháp thăng bằng electron và phương pháp thăng bằng ion - electron. + Thông thường lập phương trình oxi hóa - khử ta thực hiện các bước sau: Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng: Các chất phản ứng  chất tạo thành. Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 3
4. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 Bước 2: Chọn hệ số thích hợp đặc trước công thức hóa học của mỗi chất trong sơ đồ phản ứng thể hiện sự bảo toàn nguyên tử của mỗi nguyên tố hóa học trong phản ứng hóa học. Bước này gọi là cân bằng hóa học. Một số phương pháp lập phương trình oxi hóa - khử hay gặp trong chương trình trung học phổ thông. * Phương pháp thăng bằng electron Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: Tổng sô electron do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận ( ne cho=n e nhận). Ví dụ: Lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử theo sơ đồ sau FeO + HNO3  Fe(NO3)3 + NO + H2O Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi. 2 5 3 2 FeO H NO3  Fe(NO3 )3 N O H 2O Bước 2: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử và cân bằng mỗi quá trình Fe2+  Fe3+ + 1e (1) quá trình oxi hóa N+5 +3e  N+2 (2) quá trình khử Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho: ne cho=n e nhận Hệ số của (1) là 3; Hệ số của (2) là 1. Bước 4: Đặt hệ số vừa chọn vào công thức hóa học tương ứng, hoàn thành phương trình hóa học 3FeO + 10HNO3  3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O Nhận xét: Phương pháp thăng bằng electron không nhữngthiết lập được mọi phương trình hóa học mà còn chỉ ra được chất oxi hóa, chất khử, sự oxi hóa, sự khử. Từ phương pháp thăng bằng electron ta còn ứng dụng trong giải bài tập có nhiều phản ứng oxi hóa - khử trên cơ sở sự bảo toàn electron. Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 4
5. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 Tuy nhiên phương pháp thăng bằng electron không phân tích rõ bản chất của phản ứng oxi hóa- khử trong dung dịch chất điện li. * Phương pháp thăng bằng ion - electron Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc: Tổng số e chất khử nhường = Tổng số e chất oxi hóa nhận Ví dụ: Lập phương trình phản ứng hóa học của phản ứng oxi hóa - khử 2 NO2 MnO4 H  NO3 Mn Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi 3 7 5 2 NO2 Mn O4 H  NO3 Mn Bước 2: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử và cân bằng mỗi quá trình theo nguyên tắc. + Viết đúng dạng tồn tại trong dung dịch của chất oxi hóa, chất khử, sản phẩm bị khử và bị oxi hóa. + Xét đến sự tham gia của các chất tạo môi trường bằng cách: thêm vào nữa phương trình khử hoặc nữa phương trình oxi hóa như sau: Thêm vào vế Thêm vào vế dư oxi Thiếu oxi + Môi trường axit hoặc sinh ra axit H H2O - Môi trường bazo hoặc sinh ra bazo H2O OH Bước 3: Tìm hệ số thích hợp sao cho: n e cho=n e nhận sau đó cộng 2 quá trình oxi hóa và quá trình khử vào phương trình ion của phản ứng đã cho. 5 5 _ NO2 H 2O  N O3 2e 2H 7 2 2 MnO4 8H 5e  Mn 4H 2O 2 5NO2 2MnO4 6H  5NO3 2Mn 3H 2O Nhận xét: Đây là phương pháp khoa học nhất để lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong dung dịch chất điện li. Phương pháp này phân tích rõ: + Chất oxi hóa - sự khử; chất khử- sự oxi hóa Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 5
6. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 + Vai trò của môi trường trong phản ứng oxi hóa - khử + Bản chất của phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li. 1.2. Phát triển kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li chương trình hóa học 11 Ở chương trình lớp 11, trên cơ sở thuyết điện li và sự nghiên cứu các nhóm nguyên tố: Nhóm nitơ; Nhóm cacbon khái niệm về phản ứng oxi hóa - khử được củng cố và phát triển là chỉ ra được bản chất của phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dung dịch chất điện li. Từ các kiến thức đã được mở rộng, đào sâu của khái niệm phản ứng oxi hóa - khử mà học sinh có thể vận dụng giải quyết những vấn đề học tập như: Ví dụ: Vì sao kim loại Cu không tan trong dung dịch HCl hoặc dung dịch NaNO3, nhưng lại tan trong hỗn hợp dung dịch HCl, NaNO3? Phân tích Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học của kim loại nên Cu không tan trong HCl hoặc không tác dụng với dd NaNO 3 đơn lẻ, nhưng trong hỗn hợp HCl, NaNO3 thì Cu tan ra tạo dung dịch màu xanh và khí không màu bay - lên hoá nâu ngoài không khí là do: NO3 có tính oxi hoá mạnh trong môi trường axit H+ và Cu có tính khử. Trong dung dịch các chất điện li đã xảy ra phản ứng oxi hóa - khử sau: 3Cu + 8 HCl + 2NaNO3  3 CuCl2 + 2 NaCl + 2NO + 4 H2O 2NO + O2  2NO2 (Không màu) ( nâu đỏ) Bản chất của phản ứng trên là trong dung dịch các chất phân li thành ion : HCl  H+ + Cl- + NaNO3  Na + NO3 + 2+ 3Cu + 8 H + 2 NO3  3 Cu + 2 NO + 4 H2O Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 6
7. Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2013 – 2014 Nhờ có sự tiếp xúc đồng thời của chất khử (Cu) và chất oxi hoá (có + trong NaNO3 cùng với chất tạo môi trường: H từ HCl mà phản ứng oxi hóa – khử đã xãy ra, các thành phần khác như: Na +, Cl- thực chất không tham gia vào phản ứng hoá học. Như vậy có thể khái quát: muối Nitrat có khả năng oxi hoá được Cu trong môi trường axit. Ví dụ: Thêm dung dịch H2SO4 loãng vào dd Fe(NO3)2 thấy bọt khí không màu thoát ra và dung dịch không màu đổi thành màu vàng. Viết phương trình hoá học dạng ion và xác định vai trò của các chất phản ứng? Phân tích 2+ + 3+ 3Fe + NO3 + 4 H  3Fe + NO + 2H2O Ta có thể trang bị cho học sinh phương pháp cân bằng ion – electron. Vận dụng kiến thức này học sinh có thể hiểu rõ hơn bản chất của quá trình oxi hoá- khử xảy ra trong dung dịch chất điện li có ảnh hưởng bởi môi trường, thường gặp là môi trường axit. 1.3. Phát triển kiến thức về phản ứng oxi hóa - khử trong phản ứng điện phân hóa học lớp 12 * Khái niệm về điện phân: Điện phân thực ra là quá trình oxi hóa - khử trên bề mặt điện cực dưới tác dụng của dòng điện một chiều bên ngoài. * Cơ chế điện phân Tại catot: Xảy ra sự khử chất oxi hóa Rn+ + ne  R Nếu ở catot có mặt đồng thời nhiều chất oxi hóa thuộc các cặp oxi hóa khử khác nhau với một điện thế điện phân thích hợp, chất oxi hóa thuộc cặp oxi hóa - khử nào có thế điện cực cao hơn, tức là có tính oxi hóa mạnh hơn thì bị khử trước. Thứ tự khử gần đúng từ dễ đến khó được quy ước như sau (1) Ưu tiên trước hết là khử các cation từ cuối dãy điện hóa. Thạc sĩ: Nguyễn Thanh Phúc 7