Sáng kiến kinh nghiệm Tính oxi hóa của ion nitrat trong môi trường axít

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Tính oxi hóa của ion nitrat trong môi trường axít

1. TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH OXI HÓA CỦA ION NITRAT TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT A. MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, trong các đề thi đại học, cao đẳng luôn có những bài tập khó để học sinh “chinh phục” nhằm lấy điểm cao. Một trong các dạng bài tập - + quan trọng đó là dạng bài tập vận dụng cao về ion NO 3 trong môi trường H , học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn để tìm ra hướng giải loại bài tập này. Khi giải loại bài tập này yêu cầu học sinh phải có tư duy cao và vận dụng thành thạo các định luật bảo toàn trong hóa học, phân tích đúng hướng. Bài tập tính oxi hóa của ion nitrat trong môi trường axít là loại bài tập khó, yêu cầu đặt ra là học sinh phải nắm chắc bản chất các quá trình để có khả năng biến đổi linh hoạt. Với những lý do trên, tôi chọn đề tài “Tính oxi hóa của ion nitrat trong môi trường axít”, với hi vọng mang lại cho các em học sinh lớp11, 12 một số kinh nghiệm trong việc giải bài tập loại này được tốt hơn. II. Mục đích nghiên cứu Chỉ ra được những nội dung cần nắm vững để giải loại bài tập này được nhanh hơn, dễ hiểu hơn, đem lại kết quả cao nhất trong quá trình làm bài tập trắc nghiệm. III. Đối tượng nghiên cứu Học sinh khối 11,12 có năng lực học môn Hóa học tốt. IV. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu bản chất: các quá trình xảy ra, các định luật bảo toàn thường sử dụng, vai trò của ion H+ trong quá trình, công thức tính nhanh số mol H+ phản ứng, phân tích dự đoán dung dịch thu được. . Khảo sát học sinh để phân loại các đối tượng sao cho phù hợp với mỗi mức độ của bài tập đưa ra. Xây dựng phương pháp giải cụ thể cho một số bài tập. V. Phạm vi nghiên cứu Từ tháng 9/2018 đến 6/2020: Trong thời gian này vừa nghiên cứu, vừa áp dụng bồi dưỡng học sinh giỏi và ôn thi trung học phổ thông quốc gia trong năm học 2019-2020. Đề tài này tôi đã xây dựng và báo cáo chuyên đề Hóa học cấp cụm Vĩnh Linh- Gio Linh vào ngày 01/11/2019 tại trường THCS & THPT Cồn Tiên. B. NỘI DUNG I. Cơ sở lí luận Đối với dạng bài tập tính oxi hóa của ion nitrat trong môi trường axít, việc viết phương trình để giải là rất phức tạp, đôi khi còn gặp nhiều rắc rối trong quá trình giải toán. Điều quan trọng nhất đối với học sinh là phải phân tích được đề bài, xây dựng được sơ đồ tổng quát của bài toán. Kỹ năng giải toán hoá học chỉ được hình thành khi học sinh nắm vững lý thuyết, nắm vững các kiến thức về tính chất hoá học của chất, biết vận dụng kiến thức vào giải bài tập. Học sinh phải hình thành được một mô hình giải toán, các bước để giải một bài toán, kèm theo đó là phải hình thành ở học sinh thói quen phân tích đề bài và định hướng được cách làm đây là một kỹ năng rất quan trọng
2. đối với việc giải một bài toán hóa học. Do đó, để hình thành được kỹ năng giải nhanh loại bài tập này thì ngoài việc giúp học sinh nắm được bản chất của các quá trình xãy ra thì giáo viên phải hình thành cho học sinh một phương pháp giải nhanh bên cạnh đó rèn luyện cho học sinh tư duy định hướng khi đứng trước một bài toán và khả năng phân tích đề bài. - Chính vì vậy việc rèn luyện cho học sinh các phương pháp giải nhanh bài tập NO 3 trong môi trường H+để giúp học sinh định hướng đúng, xử lý nhanh khi làm bài tập loại này là điều rất cần thiết, nó giúp học sinh có tư duy khoa học khi học tập hoá học nói riêng và các môn học khác nói chung nhằm nâng cao chất lượng dạy học. II. Thực trạng vấn đề nghiên cứu II.1. Thuận lợi - Trong quá trình thực hiện đề tài sáng kiến kinh nghiệm bản thân tôi đã được tham khảo rất nhiều nguồn tư liệu thông tin thông qua các tài liệu sách báo, mạng internet. Ngoài ra còn có sự giúp đỡ, góp ý nhiệt tình của bạn bè, đồng nghiệp trong và ngoài trường. - Trong quá trình còn đi học cho đến khi là giáo viên bản thân tôi đã luôn tìm tòi, học hỏi và sưu tầm được một nguồn bài tập phong phú. -Nội dung trong sáng kiến kinh nghiệm lần này bản thân tôi đã áp dụng, lồng ghép vào quá trình giảng dạy và thấy đạt hiệu quả cao trong dạy học, làm cho các em thấy thích thú với môn học và chất lượng học tập của các em đã có sự nâng lên, điều đó đã thúc đẩy tôi thực hiện nội dung sáng kiến này. II.2. Khó khăn. - Kỹ năng giải bài tập hóa học của học sinh còn yếu. -Chuyên đề này chỉ sử dụng để dạy cho những học sinh khá, giỏi. - Khi gặp bài toán dạng này thông thường học sinh sẽ gặp nhiều khó khăn trong việc tìm hướng giải quyết. Nhiều bài tập trong các đề thi đại học các em thường không làm vì thấy phức tạp. III. MỘT SỐ NỘI DUNG LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TOÁN TÍNH OXI HÓA CỦA ION NITAT TRONG MÔI TRƯỜNG AXÍT Khi cho hỗn hợp các chất (kim loại, muối, oxit của kim loại) tác dụng với dung + - dịch HNO3 (hoặc gián tiếp tạo môi trường (H , NO3 ) thì thường gặp bài toán có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát như sau: N O 2 N O N 2 O K h í Z + H 2 O N 2 m X H 2 C O K im lo a ïi H 2 m h h X O x it k im lo a ïi + N O X 3 M u o ái (n itra t / c a c b o n a t / ) M n C l 2 S O , N H (c o ù th e å c o ù) 4 4 d d Y H (c o ù th e å c o ù) N O ( c o ù th e å c o ù) 3 C l S O 2 , 4 III.1. Các quá trình
3. a. Quá trình oxi hóa -Thông thường là các quá trình nhường e của kim loại, ion kim loại, phi kim, VD: M → Mn+ + ne b. Quá trình khử -Thông thường gặp một số quá trình sau:  2H + NO3 + e NO2 + H2O 4H + NO3 + 3e NO + 2H2O 10H + 2NO3 + 8e N2O + 5H2O (*) 12H + 2NO + 10e N + 6H O 3 2 2 10H + NO + 8e NH + 3H O 3 4 2  2H + 2e H2 ( ) O + 2e O 2 (Neáu coù qui ñoåi hoãn hôïp coù Oxi),  n(e nhaän) = 1. nNO2 3.nNO 8.nN2O 10.nN2 8.nNH4 2nH2 2.nO(co ù qui ñoåi)+ III.2. Các định luật bảo toàn thường sử dụng - Bảo toàn nguyên tố. - Bảo toàn điện tích. - Bảo toàn electron. - Bảo toàn khối lượng. III.3. Vai trò của H+ -Làm môi trường: các quá trình (*). -Là chất oxi hóa: quá trình ( ). -Tham gia phản ứng trao đổi, ví dụ như: + 2- 2H + O → H2O + 2- 2H + CO3 → CO2 + H2O III.4. Số mol H+ phản ứng  nH (phaûn öùng) = 2. nNO2 4.nNO 10.nN2O 12.nN2 10.nNH4 2nH2 2.nO(oxit)+2.nCO2 III.5. Dự đoán thành phần dung dịch Y a. Nếu trong hỗn hợp phản ứng ban đầu có kim loại có tính khử mạnh (Mg, Al, + Zn, ) và hợp chất của chúng thì dung dịch Y thông thường có muối amoni NH4 . b. Nếu trong hỗn hợp X có Fe và hợp chất của sắt tham gia phản ứng thì dung dịch Y thông thường gồm Fe2+, Fe3+ (trừ các trường hợp đề cho tồn tại một ion, hoặc có dữ kiện để xác định dung dịch chỉ tồn tại một ion). - - c. Nếu sản phẩm có khí H 2 xuất hiện thì dung dịch Y không có ion NO 3 (NO3 đã hết). d. Nếu dung dich Y chỉ gồm các muối trung hòa thì trong dung dịch Y không có ion H+ (H+ hết). 2+ 3+ e. Nếu dung dịch Y gồm (Fe , Fe , một số ion khác, ) tác dụng với AgNO 3 dư, sản phẩm thu được có khí thì kết luận trong dung dịch có ion H+
4. f. Một số trường hợp thường gặp của dung dich Y F e 2 3 F e A l 3 N O d d A g N O d ö V D1 : d d Y N H +    3  A g , 4  A g C l H N a C l , A g C l A g C l  2 3 C a ùc p h a ûn ö ùn g 3 F e 4 H N O 3 3 F e N O 2 H 2 O (1 ) 2 2 3 S a u (1 ) F e c o øn d ö th ì: F e + A g F e + A g  Fe 2 3 Fe Al3 2 3 3 VD 2 : ddY NH 4 + am ol NaOH (toái ña) thì: nOH a nH + 2.nFe 3.nFe 4nAl nNH 4 H Na Cl , Fe2  3 Fe m(g) 29,18g  2 Mg  K 0,91mol VD3: ddY(46,95g) + 0,91 mol KOH (toái ña) Na 0,01mol ddZ Na 0,01mol NH ? Cl 0,92mol 4 Cl ? *Neân tìm thaønh phaàn dung dòch Z maëc duø ñeà baøi khoâng yeâu caàu (VD tröôøng hôïp naøy tính ñöôïc nCl 0,92mol) *Co ù theå tính ñöôïc giaù trò m, nNH4 ,töø ñoù vaän duïng caùc ñònh luaät baûo toaøn nhanh hôn m  m 17.(0,91 nNH4 ) 29,18 m 13,88gam nNH 0,01mol mY m 23.0,01 18.nNH4 0,92.35,5 46,95 4 IV. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1. Hòa tan hết 11,02 gam hỗn hợp X gồm FeCO3, Fe(NO3)2, Al vào dung dich Y chứa KNO3 và 0,4 mol HCl, thu được dung dich Z và 2,688 lít (đktc) hỗn hợp khí T gồm CO2, H2, NO (có tỉ lệ mol tương ứng là 5:2:5). Dung dịch Z phản ứng tối đa với 0,45 mol NaOH. Nếu cho dung dịch Z tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thì thu được m gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và NO là sản phẩm khử duy nhất của của N+5 trong các quá trình trên. Giá trị m là A. 63,88. B. 68,74. C. 59,02. D. 64,69. (Đề THPT Quốc Gia 2019)
5. Hướng dẫn giải: Fe 2 x 3 Fe y toái ña: 0,45 mol NaOH 3        Al z Ag AgNO 3 dö K t     mg  FeCO 0, 05 AgCl 0, 4 3 HCl 0, 4 H 11, 02g X Fe(NO )   3 2 KNO 3 Cl 0, 4 Al H 2 O CO 0, 05 2 T H 2 0, 02 NO 0, 05 + + Ta có: nH pứ = 2. nCO2 + 2. nH2 + 4. nNO = 0,34 mol → nH (Z) = 0,06 mol [C] [Fe]  nFeCO3 0,05mol  nFe(NO3 )2 (x y 0,05)mol [ , ] 2x 3y 3z t 0,06 0,4 x 0,06mol [nOH ] 2x 3y 4z 0,06 0,45 y 0,01mol [N]  2x 2y 0,1 t 0,05 z 0,06mol mX  116.0,05 180(x y 0,05) 27z 11,02 t 0,01mol Cho dung dịch (Z) + AgNO3dư, các phản ứng như sau: Ag+ + Cl- → AgCl 0,4 2+ + - 3+ 3Fe + 4H + NO3 → 3Fe + NO + 2H2O 0,045←0,06 Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag 0,015 →0,015 AgCl 0,4  m  59,02gam Ag 0,015 Câu 2. Hòa tan hết 23,18 gam hỗn hợp X gồm Fe, Mg, Fe(NO 3)3 vào dung dịch chứa 0,92 mol HCl và 0,01 mol NaNO3 thu được dung dịch Y (chất tan chỉ có 46,95 gam hỗn hợp muối) và 2,92 gam hỗn hợp Z gồm ba khí không màu (trong đó hai khí có số mol bằng nhau). Dung dịch Y phản ứng tối đa với 0,91 mol KOH, thu được 29,18 gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn . Phần trăm thể tích của khí có phân tử khối lớn nhất trong Z là A. 58,82%. B. 51,37%. C. 75,34%. D. 45,45% (Đề THPT Quốc Gia 2019) Hướng dẫn giải 2 , 9 2 g ( Z ) F e 2  3 F e  m ( g ) m  2 9 ,1 8 g F e 2 0 ,9 2 H C l M g N a 0 , 0 1 0 ,0 1 N a N O 3  0 ,9 1 K O H 2 3,1 8 g ( X ) M g     4 6 , 9 5 g ( Y )     N a 0 , 0 1 d d ( T ) K 0 , 9 1 F e ( N O 3 ) 3 N H C l 0 , 9 2 4 C l 0 , 9 2 H 2 O