SKKN Phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc

Nội dung text: SKKN Phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc

1. PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I.1. Lý do chọn đề tài: Hóa Học là môn khoa học thực nghiệm, giữa kiến thức lý thuyết gắn liền với thực nghiệm để kiểm chứng. Cũng giống như các môn học khác sau khi được nghiên cứu về lý thuyết là vận dụng vào giải các bài tập nhằm củng cố lại kiến thức lý thuyết. Mặt khác, các bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập lại không được phân dạng cụ thể, đây là vấn đề làm cho học sinh “lúng túng”, cũng như “ ngại” làm bài tập tính toán. Vì vậy, xây dựng một phương pháp, đưa phương pháp vào nội dung kiến thức nào để khi các em học sinh tiếp thu được và vận dụng có hiệu quả nhất là một thành công nhất định nào đó của Thầy cô trược tiếp giảng dạy. Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT, đặc biệt là trong quá trình ôn thi học sinh giỏi, ôn thi Đại học - Cao đẳng; các dạng bài tập định tính, định lượng về: Sắt, Đồng và hợp chất của chúng khi tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc là một chủ đề hay, đa dạng và khá quan trọng nên các bài tập thường có mặt trong các kì thi lớn của Tỉnh, của Quốc Gia. Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài: “Phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc” làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình. Với hy vọng đề tài sẽ là tài liệu hữu ích cho việc học tập của các em học sinh, cho công tác giảng dạy của cá nhân tôi và các đồng nghiệp. I.2. Mục đích của đề tài: Giúp học sinh nghiên cứu cơ sở lý thuyết cơ bản về: Sắt, Đồng và một số dạng hợp chất của chúng. Đồng thời tìm hiểu vai trò, cách vận dụng và kết hợp ba định luật hóa học: Bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron. Để giải quyết các dạng bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất. Từ đó phát triển tư duy, sáng tạo, tránh được những lúng túng, sai lầm, tiết kiệm thời gian làm bài và nâng cao kết quả trong học tập, trong các kỳ thi. . I.3. Nhiệm vụ đề tài: + Phân loại cơ bản về dạng bài tập Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc và đưa ra cách giải nâng cao hiệu quả trong học tập của học sinh. + Hệ thống, sắp xếp các dạng bài tập theo đặc điểm chung, các dạng bài tập. I.4. Đối tượng nghiên cứu: + Bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc. + Các dạng bài tập trong chương trình THPT và trong các đề thi HSG, ĐH - CĐ. I.5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Qua quá trình giảng dạy hóa học trong trường THPT và quá trình ôn thi TN, HSG, ĐH - CĐ. I.6. Phương pháp nghiên cứu: Trang 1
2. - Nghiên cứu cơ sở lý luận của giảng dạy bài toán hóa học trong nhà trường. - Nghiên cứu tài liệu, Internet, sách giáo khoa, tham khảo, các đề thi: HSG, ĐH, - Thực nghiệm: Thống kê toán học và xử lý kết quả thực nghiệm. PHẦN II: NỘI DUNG. II. 1. Cơ sở lý luận: Để hình thành được kỹ năng giải nhanh bài tập hóa học thì ngoài việc giúp học sinh nắm được bản chất của quá trình phản ứng 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. Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán hóa học là yêu cầu hàng đầu của người học, yêu cầu tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh nhất, không những giúp người học tiết kiệm được thời gian làm bài mà còn rèn luyện được tư duy và năng lực phát hiện vấn đề của người học. II. 2. Thực trạng vấn đề: Về chủ đề : Sắt, Đồng và hợp chất của chúng khi tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc. Một số tác giả khác cũng đã đề cập đến cách làm này trong một số tài liệu tham khảo. Tuy nhiên, ở đó mới chỉ dừng lại giải một số bài tập đơn lẻ chưa có hệ thống, chưa có tính khái quát. Do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải về chủ đề này cung cấp cho học sinh chưa được nhiều. Nên khi gặp các bài toán dạng này các em thường lúng túng trong việc tìm ra cách giải phù hợp, hoặc không làm được hoặc làm được nhưng mất rất nhiều thời gian. Trên thực tế, với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay đã có rất nhiều Thầy cô có uy tín xây dựng nên hệ thống “Công thức kinh nghiệm” giúp tìm ra kết quả nhanh nhất. Nhưng, những công thức về dạng bài tập này như: + Công thức tính khối lượng muối thu được khi hòa tan hết hỗn hợp sắt và các oxít sắt bằng HNO3 dư giải phóng khí NO và NO2 . 242 mMuối = ( mhỗn hợp + 24. nNO + 8. nNO ) 80 2 + Công thức tính khối lượng muối thu được khi hòa tan hết hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng H2SO4 đặc, nóng, dư giải phóng khí SO2 . 400 mMuối = ( mhỗn hợp + 16.nSO ). V.v Thiết nghỉ để học sinh áp dụng 160 2 không khó, nhưng để nhớ, hiểu trong quá trình thi cử mà không có tài liệu“Công thức kinh nghiệm” thì rất khó và dể nhầm lẫn. Do đó, tôi đã chọn và xây dựng “Phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc” với mục đích giúp học sinh nhận dạng bài toán, giảm áp lực phải ghi nhớ công thức và giải bài toán một cách nhanh nhất nhưng cũng được lập luận chặt chẽ. II. 3. Phạm vi và cách tiến hành đề tài; Trang 2
3. II. 3. 1. Phạm vi: Do khuôn khổ của đề tài có hạn nên đề tài Tôi chỉ đề cập đến việc vận dụng và kết hợp: Định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng và bảo toàn Electron. Để giải một số dạng bài tập về Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc trong chương trình THPT. II. 3. 2. Cách tiến hành: Trong đề tài này tôi xin trình bày phương pháp giải các dạng bài bập về: Fe, Cu và hợp chất như: các oxit sắt, oxit đồng; hợp chất sắt, đồng với lưu huỳnh tác dụng + HNO3, H2SO4 đặc nóng, H + NO 3 ở ba dạng chính: Dạng1: Bài tập Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc. Dạng2: Bài tập Đồng và hợp chất của đồng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc. Dạng3: Bài tập Sắt, Đồng và hợp chất của chúng tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc. II. 4. Biện pháp thực hiện. II. 4. 1. Cơ sở của phương pháp: II.4.1.1. Định luật bảo toàn nguyên tố (ĐLBTNT): Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố: Trong các phản ứng, quá trình hóa học các nguyên tố luôn được bảo toàn. Nghĩa là: - Tổng số mol nguyên tử của nguyên tố M bất kì trước và sau phản ứng không đổi. - Khối lượng nguyên tử của nguyên tố M bất kì trước và sau phản ứng không đổi. II.4.1.2. Định luật bảo toàn khối lượng (ĐLBTKL): - Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sau phản ứng. Nghĩa là: Tổng khối lượng các chất trước phản ứng( m T). Tổng khối lượng các chất sau phản ứng( mS ).  *mT = mS. - Khối lượng hợp chất bằng tổng khối lượng nguyên tử của nguyên tố tạo thành hợp chất đó. II.4.1.3. Định luật bảo toàn electron (ĐLBTe): Nguyên tắc cân bằng phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron: Tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận. Từ đó suy ra hệ quả: Tổng số mol electron nhường bằng tổng số mol electron nhận trong một phản ứng hoặc hệ phản ứng. *  ne (nhường) =  a.nM =  ne (nhận) = b.nX . Với a là số electron M nhường; b là số electron X nhận; nM, nX lần lượt là số mol của M, X. II.4.2. Một số lưu ý: Trang 3
4. * Về HNO3: - Từ sơ đồ trên ta có: n =3.n n 8n 10n 8n [1.1]  e (nhận) NO NO2 N2O N2 NH4 NO3 nHNO (p/ứ) = n (tạo muối kim loại) + nNO nNO 2nN nN O 2nNH NO [1.2] 3 NO3 2 2 2 4 3 + Với dạng kim loại tác dụng với HNO3: Ta có: n (tạo muối kim loại) = ne (nhường) = ne (nhận) NO3   - Từ [1.1],[1.2] n = 4n 2n 10n 12n 10n [1.3] HNO3 (p/ứ) NO NO2 N2O N2 NH4 NO3 Ta có: mmuối = mkim loại + m (tạo muối kim loại) NO3  m =m + 62 (3.n n 8n 10n ) 80n [1.4] muối kim loại NO NO2 N 2O N 2 NH 4 NO3 Chú ý: Với các công thức [1.1]; [1.2]; [1.3]; [1.4], sản phẩm khử nào không có thì số mol của chúng bằng không. * Về H2SO4 đặc nóng: - Từ sơ đồ trên ta có: n = 2 n + 6 n 8n [1.5]  e (nhận) SO2 S H2S nH SO (p/ứ) = n 2 (tạo muối) + nSO + nS nH S [1.6] 2 4 SO4 2 2 1 1 n n n Ta có: SO 2 (tạo muối) =  e (nhường) =  e (nhận) 4 2 2 - Từ [1.5], [1.6]  n = 2n 3n 4n [1.7] H2SO4 (p/ứ) SO2 S H2S + Với dạng kim loại tác dụng với H2SO4 đặc nóng: Ta có: mmuối = mkim loại + m 2 (tạo muối) SO4 1 m muối =mkim loại + 96 (2n 6n 8n ) [1.8] 2 SO2 S H 2 S Chú ý: Với các công thức [1.5]; [1.6]; [1.7]; [1.8], sản phẩm khử nào không có thì số mol của chúng bằng không. + - * Về H + NO3 : Hỗn hợp ion này được tạo ra khi thành phần dung dịch tham gia Trang 4
5. + phản ứng có ion NO 3 và ion H . Phản ứng có dạng: n+ M + H NO3  M + sp khử: NO, NO2 + H2O. II.5. Các dạng bài tập: Dạng 1: Bài tập Sắt và hợp chất của sắt tác dụng với axit có tính oxi hóa ở gốc. * Dãy điện hóa: K+ Na+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+ Tính oxi hóa của ion kim loại tăng dần K Na Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Fe2+ Hg Ag Tính khử của kim loại giảm dần Nếu sau quá trình phản ứng xảy ra hoàn toàn dư kim loại Fe thì: Fe + 2 Fe+3 → 3 Fe+2 Bài 1.1 : Nung 25,2 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam chất rắn X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung dịch HNO3 dư thu được 6,76 lít khí NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là A. 33,6 gam. B. 40,32 gam. C. 28,2 gam. D. 38,6 gam. Hướng dẫn giải * Phân tích bài toán: + BTKL tìm m = mFe + mO(pứ) (1) + Trong quá trình: Fe nhường electron; O, N nhận electron.  ĐLBTe ta có: 3n = 2n + n (2) Fe O(pứ) NO2 * Giải: n = 0,45 mol; n = 0,3 mol . Fe NO2 Từ (2) → nO(pứ) = 0,225 mol. Từ (1) m = mFe + mO = 25,2 + 0,225.16 = 33,6 gam (Đáp án A) Bài 1.2: Hòa tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe 2O3, Fe3O4 bằng H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 (đktc). Khối lượng muối trong dung dịch Y là A. 160 gam. B.140 gam. C. 120 gam. D.100 gam. Hướng dẫn giải * Phân tích bài toán: + ĐLBTKL: mX = mFe + mO =49,6 (1) + Trong quá trình: Fe nhường electron; O, S nhận electron.  ĐLBTe ta có: 3n = 2n + 2 n (2) Fe O(pứ) SO2 1 + mmuối = m n .400 (3) Fe2 (SO4 )3 2 Fe 8,96 *Giải: n = 0,4 mol . Gọi số mol Fe, O trong X lần lượt là a, b: SO2 22,4 Từ (1) (2) ta có: 3a = 2b + 0,8 56a + 16b = 49,6 Giải hệ ta được: a = 0,7; b = 0,65. Trang 5