SKKN Xây dựng hệ thống bài tập làm cơ sở để giúp học sinh giải quyết tốt dạng toán kim loại(hay ion...

SKKN Xây dựng hệ thống bài tập làm cơ sở để giúp học sinh giải quyết tốt dạng toán kim loại(hay ion Fe2 tác dụng với dung dịch chứa đồng thời H và NO MỤC LỤC trang A MỞ ĐẦU 2 I Đặt vấn đề 2 II Mục đích của đề tài 2 III Đối tượng nghiên cứu 2 IV Phương pháp nghiên cứu 3 B NỘI DUNG 4 I Cơ sở lí luận 4 II Thực trạng vấn đề nghiên cứu 5 III Giải pháp thực hiện 5 IV Các biện pháp tổ chức thực hiện 5 4 1 Tổng Quan 5 4 2 Phân loại và phương pháp giải bài tập về kim loại tác dụng với HNO3 6 4 2 1 Một số[.]

MỤC LỤC

trang

A MỞ ĐẦU 2

I Đặt vấn đề .2

II Mục đích của đề tài 2

III Đối tượng nghiên cứu 2

IV Phương pháp nghiên cứu 3

B NỘI DUNG 4

I Cơ sở lí luận……… 4

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu………5

III Giải pháp thực hiện……… 5

IV Các biện pháp tổ chức thực hiện 5

4.1 Tổng Quan 5

4.2 Phân loại và phương pháp giải bài tập về kim loại tác dụng với HNO3 6

4.2.1 Một số lưu ý 6

4.2.2 Một số dạng bài tập thường gặp và phương pháp giải 6

C KẾT LUẬN 15

1 Kết luận kết quả nghiên cứu 15

2 Kiến nghị 16

phụ lục 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

A MỞ ĐẦU

I Lí do chọn đề tài.

Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THPT nói chung, lớp 11 và đặc biệt là trong quá trình ôn luyện cho học sinh thi ở kì thi học sinh giỏi, kỳ thi THPT

Quốc Gia; chuyên đề axit nitric là một chuyên đề hay và khá quan trọng nên các bài

tập về axit nitric thường có mặt trong các kì thi của quốc gia

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, đi bằng con đường ngắn 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 và giải quyết vấn đề của người học

Trong thực tế tài liệu viết về axit nitric rất nhiều nhưng chưa có tài liệu nào hệ thống, chuyên sâu về dạng bài tập của kim loại hoặc sắt(II) tác dụng với dung dịch chứa H+ và NO3- nên nguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu còn hạn chế do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải các bài tập axit nitric cung cấp cho học sinh chưa được nhiều Vì vậy, khi gặp các bài toán axit nitric các em thường lúng túng trong việc tìm

ra phương pháp giải phù hợp

Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài

“Xây dựng hệ thống bài tập làm cơ sở để giúp học sinh giải quyết tốt dạng toán kim loại(hay ion Fe 2+ ) tác dụng với dung dịch chứa đồng thời H + và NO ” 3

làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh và cho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp

II Mục đích của đề tài

Qua quá trình tìm tòi, nghiên cứu trong nhiều năm tôi đã hệ thống hóa các dạng bài tập axit nitric và phương pháp giải các dạng bài tập đó cho học sinh một cách dễ hiểu, dễ vận dụng, tránh được những lúng túng, sai lầm và nâng cao kết quả trong các

kỳ thi

III Đối tượng nghiên cứu

+ Phân loại bài tập kim loại tác dụng với dung dịch HNO3

+ Ứng dụng bài toán đơn lẻ để giải quyết tốt các bài toán kim loại hoặc sắt(II) tác dụng với hỗn hợp chứa H+ và NO3-

IV Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của phương pháp giảng dạy bộ môn ở trường THPT

- Nghiên cứu các loại tài liệu: SGK, Tài liệu bồi dưỡng, internet…

- Thực nghiệm thống kê

V Những điểm mới của SKKN

Kết quả nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế dạy học cho thấy có sự phân hóa rõ rệt với từng đối tượng học sinh và theo từng giai đoạn Từ biết, hiểu, đến vận dụng và vận dụng để giải các dạng bài tập nâng cao Nhờ những ứng dụng thực tiễn của axit nitric tạo cho học sinh hứng thú với việc nghiên cứu, tìm tòi thông tin liên quan Từ đó giúp cho học sinh tự nâng cao được kiến thức về axit nitric về các dạng bài tập liên quan tới phản ứng của kim loại với dung dịch chứa H+ và NO3-

B NỘI DUNG

I Cơ sở lí luận

Theo Nghị quyết hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện Giáo dục và đào tạo đã chỉ đạo như sau:

“Giáo dục và đào tạo là quốc sách hàng đầu, là sự nghiệp của Đảng, Nhà nước

và của toàn dân Đầu tư cho giáo dục là đầu tư phát triển, được ưu tiên đi trước trong các chương trình,kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội.”

“Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo là đổi mới những vấn đề lớn, cốt lõi, cấp thiết, từ quan điểm, tư tưởng chỉ đạo đến mục tiêu, nội dung, phương pháp, cơ chế, chính sách, điều kiện bảo đảm thực hiện; đổi mới từ sự lãnh đạo của Đảng, sự quản lý của Nhà nước đến hoạt động quản trị của các cơ sở giáo dục, việc tham gia của gia đình, cộng đồng, xã hội và bản thân người học; đổi mới ở tất cả các bậc học, ngành học.

Trong quá trình đổi mới, cần kế thừa, phát huy những thành tựu, phát triển những nhân tố mới, tiếp thu có chọn lọc những kinh nghiệm của thế giới; kiên quyết chấn chỉnh những nhận thức, việc làm lệch lạc Đổi mới phải bảo đảm tính

hệ thống, tầm nhìn dài hạn, phù hợp với từng loại đối tượng và cấp học; các giải pháp phải đồng bộ, khả thi, có trọng tâm, trọng điểm, lộ trình, bước đi phù hợp.” Theo quan điểm đó tôi nhận thấy rằng: Chuyên đề về phản ứng của kim loại với dung dịch axit nitric là một phần nhỏ trong tổng thể chương trình hoá học nhưng lại là phần quan trọng và hay trong những bài tập hoá vô cơ Đây là nội dung đòi hỏi lượng kiến thức lớn và khó đối với học sinh Dẫn đến các em rất ngại khi gặp các bài tập gây ra tâm lí sợ và không muốn làm.

Nên chuyên vấn đề kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric là nội dung quan trọng trong kì thi THPT Quốc Gia Và nếu không phân loại các bài tập và

có những phương pháp giải nhanh về các dạng bài tập đó thì học sinh mất rất nhiều thời gian và lúng túng trong việc giải các bài tập về hóa vô cơ

II Thực trạng vấn đề nghiên cứu

1 Thực trạng.

Bài tập kim loại tác dụng với dung dịch kiểu HNO3 là nội dung nhỏ nhưng khá mới trong tổng thể chương trình hóa học và luôn là một trong những nội dung trong các kỳ thi hiện nay

Đây là nội dung đòi hỏi kiến thức từ dễ đến khó đối với học sinh THPT, tuy nhiên do chủ quan nên học sinh thường ít chú ý đến và với tâm lí chỉ là phần nhỏ, xen

kẽ của chương trình học và thi nên khi gặp các bài tập này các em thường bị mất điểm, trong khi đó đây là nội dung “ghi điểm” Đặc biệt đối với học sinh thuộc nhóm không chuyên

2 Kết quả.

Với thực trạng đó làm ảnh hưởng không nhỏ tới kết quả học tập, thiếu tự tin khi tiến hành thí nghiệm thực tiễn cũng như trong các kì thi, học sinh thường mất điểm trong các câu hỏi thuộc phần này và hiệu quả đạt được không cao

Kết quả nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế dạy học cho thấy có sự phân hóa rõ rệt với từng đối tượng học sinh và theo từng giai đoạn Từ biết, hiểu, đến vận dụng để giải các dạng bài tập nâng cao Nhờ được trang bị những kiến thức một cách hệ thống

sẽ tạo cho học sinh hứng thú với việc nghiên cứu, tìm tòi thông tin liên quan, tự tin khi làm bài tập

III Giải pháp thực hiện

- Nghiên cứu tổng quan về axit nitric trong khuôn khổ chương trình và dung dịch chứa H và NO3

- Phân loại một số dạng bài tập thường gặp

- Đề xuất phương pháp chung và hướng dẫn giải chi tiết một số dạng bài tập

- Ứng dụng vào thực tiễn dạy học ở nhà trường

IV Các biện pháp tổ chức thực hiện

4.1 Tổng quan về axit nitric[1,3,13]

4.1.1 Tính chất vật lí

Axit nitric là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học HNO3 Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm Trong tự nhiên, axit nitric hình thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axit

Nó là một chất độc và ăn mòn và dễ gây cháy Axit nitric tinh khiết không màu còn nếu để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các oxit nitơ Nếu một dung dịch

có hơn 86% axit nitric, nó được gọi là axit nitric bốc khói Axit nitric bốc khói có đặc

trưng axit nitric bốc khói trắng và axit nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng nitơ đioxit hiện diện

4.2.2 Tính chất hóa học[5,7]

4.2.2.1 Tính axit

- Là axit mạnh: quỳ chuyển đỏ

- Tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối muối nitrat (không có khả năng khử)

CuO +2HNO3 Cu(NO3)2 +H2O

Ca(OH)2 + 2HNO3 Ca(NO3)2 +2H2O

CaCO3 + 2HNO3 Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

4.2.2.2 Tính oxi hóa mạnh

- Tính oxi hoá mạnh, tuỳ vào nồng độ của axit và bản chất của chất khử mà HNO3 có thể bị khử đến một số sp khác nhau

a Với kim loại (trừ Au, Pt)

R + HNO3  R(NO3)n +X +H2O

(X: NH4NO3; N2; N2O; NO; N2O3; NO2) VD: Fe + 6HNO3đặc  t o Fe(NO3)2 + 3NO2 + 3H2O

3

Fe HNO Fe NO  H O

3Cu + 8HNO3loãng  t o 3Cu(NO3)2 +2NO + 4H2O

2

3Cu8H2NO3Cu 2NO4H O

Thông thường:

Axit loãng có tính oxi hóa mạnh hơn axit đặc

R kim loại yếu thì X: NO hoặc NO2 HNO3đặc thì X: NO2

Chú ý: Các kim loại: Al, Fe, Cr bị thụ động trong HNO3 đặc nguội

b Với phi kim

Pkim + HNO3 đặc axit (I’) +NO2/NO +H2O

VD: C + 4HNO3đặc  t o CO2 + 4NO2 + 2H2O

c Với hợp chất

H2S; HI; SO2; FeO; muối sắt (II) chất hữu cơ

3H2S + 8HNO3 loãng  3S + 2NO + 4H2O FeS2 +18HNO3 → Fe(NO3)3+ 2H2SO4+ 15NO2+ 7H2O

4.2 Phân loại và phương pháp giải bài tập axit nitric

4.2.1 Một số lưu ý khi giải bài tập về axit nitric

HNO3 thể hiện tính oxi hóa mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử như: Kim loại, phi kim, các hợp chất Fe(II), hợp chất S2-, I-,

Thông thường:

+ Nếu axit đặc, nóng tạo ra sản phẩm NO2

+ Nếu axit loãng, thường cho ra NO

Nếu chất khử có tính khử mạnh, nồng độ axit và nhiệt độ thích hợp có thể cho ra N2O, N2, NH4NO3

* Chú ý:

- Một số kim loại (Fe, Al, Cr, ) không tan trong axit HNO3 đặc, nguội do bị thụ động hóa

- Trong một số bài toán ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra các sản phẩm

khác: NH 4 NO 3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu ne cho > ne nhận để tạo khí) hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản

ứng thấy có khí thoát ra) hoặc các hợp chất khí của Nitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn

hợp đã cho

- Khi axit HNO3 tác bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phản ứng trung hòa

- Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3 của kim loại (Fe3+, Cr3+); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2 (Fe2+,

Cr2+), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối

- Các chất khử phản ứng với muối NO3- trong môi trường axit tương tự phản ứng với HNO3 Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương trình ion

Một số công cụ thường áp dụng để giải bài tập:

 Dùng định luật bảo toàn e

0

M → M n + ne

5



N + (5 – x)e → N x

  n e nhường = n e nhận

* Đặc biệt

+ Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử của N thì ne nhường = ne nhận

+ Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng ne nhường = ne nhận

- Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng

điện tích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn nguyên tố

- Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn các quá trình

M  Mn+

+ ne 4H+ + NO3- + 3e  NO + 2H2O

+ Đặc biệt trong trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO3 ta có:

nHNO3 (pư) = 2n NO2 = 4nNO = 10nN

2O = 12nN

2 = 10nNH

4NO3

nNO

3-(trong muối) = nNO2 = 3nNO = 8nN

2O = 10nN

2 = 8nNH

4NO3

Nếu hỗn hợp gồm cả kim loại và oxit kim loại phản ứng với HNO 3 (và giả sử tạo ra khí NO) thì:

nHNO 3 (pư) = 4n NO + 2nO (trong oxit KL)

 Sử dụng phương pháp quy đổi

Khi quy đổi hỗn hợp nhiều chất (Ví dụ: hỗn hợp X gồm: Fe, FeO, Fe2O3 và

Fe3O4 ) (từ 3 chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất ( như: Fe, FeO hoặc Fe, Fe2O3 hoặc….) một chất ( như: FexOy hoặc…) ta phải bảo toàn số mol nguyên tố và bảo toàn khối lượng hỗn hợp

 Sử dụng bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng

4.2.2 Một số dạng bài tập thường gặp và phương pháp giải

Dạng 1: Xác định sản phẩm khử

Nhận xét:

4H+ + NO3- + 3e  NO + 2H2O  ne = 3 nNO

2H+ + NO3- + 1e  NO2 + H2O  ne = nNO2

(tương tự đối với các trường hợp còn lại, chú ý tới trường hợp tạo muối amoni)

Từ tỉ lệ mol e và mol sản phẩm khử ta có thể suy ra đó là sản phẩm khử nào

Ví dụ 1: Cho 3,6 gam Mg tác dụng hết với dung dịch HNO3 (dư), sinh ra 2,24 lít

khí X (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Khí X là

HD: nMg=0,15 mol → ne =0,3 và nX=0,1

X là NO → chọn đáp án A

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 1,08g Al bằng dung dịch HNO3 dư, sản phẩm thu được 0,336 lít khí X(sản phẩm khử duy nhất) Công thức phân tử của X là

HD: nAl=0,04 mol → ne =0,12 và nX=0,015

Ví dụ 3: Hoà tan hoàn toàn 1,2 gam kim loại M vào dung dịch HNO3 dư thu được 0,224 lít khí N2 ở đktc (sản phẩm khử duy nhất) Xác định kim loại M

HD: số mol nitơ: 0,01 → số mol e: 0,1

24( )

n





Dạng 2 Đề cho một kim loại phản ứng với axit nitric.

Một số chú ý:

- nắm vững về tính chất, các phản ứng của axit với kim loại

- tỉ lệ mol của sản phẩm khử và mol e trao đổi

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 2,7g một kim loại M bằng HNO3 thu được 1,12lít khí(đktc) hỗn hợp X gồm 2 khí không màu trong đó có 1 khí hóa nâu ngoài không khí Biết dH X2

=19,2 M là

HD: hóa nâu: NO → Mtb=38,4=>hh gồm NO(30)<Mtb< N2O(44)

Tính được số mol mỗi khí: x=0,02; y=0,03

Sử dụng bảo toàn electron: MM=9n → M=27(Al) chọn đáp án: B

Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 24,3g Al trong HNO3 loãng dư thu được hỗn hợp NO N2O

có tỉ khối hơi so với H2 = 20,25 và dung dịch B không chứa muối amoni Thể tích mỗi khí lần lượt là

A 1,12 lít và 3,36 lít B 1,12 lít và 5,6 lít.

C 2,24 lít và 6,72 lít D 1,12 lít và 6,72 lít.

HD:

Al: 0,9 mol → mol e: 2,7

Sử dụng bảo toàn electron và sơ đồ đường chéo

Ví dụ 3: Hoà tan 13,5g Al trong 1,9 lit dung dịch HNO3 vừa đủ thu được hỗn hợp NO,

N2O có tỉ khối so với H2 = 19,2 và muối nhôm Tính CM của HNO3

HD:

Al: 0,5 mol → mol e: 1,5

Sử dụng bảo toàn electron và sơ đồ đường chéo

→ NO: 0,1 mol và N2O: 0,15 mol

Có thể tính số mol HNO 3 theo 2 phương pháp:

Bảo toàn H: Dựa vào bán phản ứng của H+: 4H+ + NO3- + 3e  NO + 2H2O

10H+ + 2NO3- + 8e  N2O + 5H2O

→ H+: 1,9 mol CM=1M(chọn đáp án: B)

Bảo toàn N: nN = 2nAl + nNO+ 2nN2O=1,9

Dạng 2 Nhiều kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric

Nhận xét:

- Hầu hết dạng bài tập này không liên quan đến số lượng kim loại tham gia phản

ứng(chỉ một số trường hợp yêu cầu tính số liệu liên quan trực tiếp tới kim loại: khối lượng, số mol, …)

- Thường quan tâm tới sản phẩm khử là gì để tính theo các bán phản ứng

Ví dụ 1: Cho 11 g hỗn hợp hai kim loại Al và Fe vào dung dịch HNO3 loãng dư, thu được 6,72 lit khí NO (đktc) duy nhất Khối lượng(g) của Al và Fe trong hỗn hợp đầu là

A 5,4 và 5,6 B 5,6 và 5,4 C 4,4 và 6,6 D 4,6 và 6,4 Giải:

nNO = 6,72/22,4 = 0,3 mol

5



N + 3e  N2

0,9 mol 0,3 mol

Ta có: 27x + 56y = 11 (1)

Al  Al+3 + 3e

x mol 3x mol

Fe  Fe+3 + 3e

y mol 3y mol

Theo định luật bảo toàn e: ne (KL nhường) = n e (N nhận) = 0,9 mol

hay: 3x + 3y = 0,9 (2)

Từ (1) và (2) ta có









 mol 0,1

y

mol 0,2

x

















g 5,6 56.0,1 m

g 5,4 27.0,2 m

Fe

Ví dụ 2: Hòa tan m gam hỗn hợp kim loại gồm Fe và Cu trong đó Fe chiếm 40% khối lượng bằng dung dịch HNO3 được dung dịch X; 0,448 lít NO(sản phẩm khử duy nhất, đktc) và còn lại 0,65m gam kim loại Khối lượng muối trong dung dịch X là

HD: Vì Fe chiếm 40% nên khối lượng của Fe là 0,4m

khối lượng của Cu là 0,6m

Sau khi phản ứng với HNO3, còn dư đến 0,65m g kim loại => Fe dư và Fe chỉ bị oxi hóa lên Fe2+, hay nói cách khác, chỉ có 0,35m g Fe phản ứng với HNO3

Fe → Fe2+ + 2e

3

 

Bảo toàn e, ta có: 2.0,35m/56 = 0,02.3 -> m = 4,8 gam

Khối lượng muối = mKL + m gốc axit => m muối = 0,35 4,8 + 0,06.62 = 5,4 gam

Ví dụ 3: Cho 9,55 gam hỗn hợp gồm Mg, Al và Zn tác dụng vừa đủ với 870 ml dung dịch HNO3 1M, thu được dung dịch chứa m gam muối và 0,06 mol hỗn hợp khí N2 và N2O Tỉ khối của hỗn hợp khí so với H2 là 20,667 Giá trị của m là

HD:

3 12 2 10 2 10 4 3

Khối lượng muối thu được sau phản ứng:

mmuối = mkim loại + (muối)

3

NO

m 

= 9,55 + 62.(10.0,01 + 8.0,05 + 8.0,025) + 80.0,025 = 54,95(gam)

Chọn đáp án: A

Dạng 3 Hợp chất tác dụng với dung dịch axit nitric

Một số chú ý:

- Thực ra phát triển từ hai dạng bài tập trên đây

- Một số trường hợp đặc biệt đối với sắt…

- Chú ý bảo toàn nguyên tố, quy đổi

Ví dụ 1: Cho 61,2 gam hỗn hợp X gồm Cu và Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, đun nóng và khuấy đều Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 3,36