SKKN Mở rộng bài tập phản ứng oxi hóa - Khử trong dung dịch chất điện li

SKKN Mở rộng bài tập phản ứng oxi hóa Khử trong dung dịch chất điện li 1 1 MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài Trong dạy học hóa học, mỗi một phần nội dung kiến thức đều vô cùng quan trọng Nó là cơ[.]

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong dạy học hóa học, mỗi một phần nội dung kiến thức đều vô cùng quan trọng Nó là cơ sở, là tiền đề để tiếp thu, để phát triển những nội dung kiến thức khác Để nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức cho học sinh ta có 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, 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 về phản ứng oxi hóa - khử tương đối lớn, phạm vi sử dụng rộng, xuyên suốt cả quá trình hóa học phổ thông 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 và cân bằng, phân loại các phản ứng oxi hóa – khử, các bài tập về bảo toàn electron 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 nhôm, sắt, crom, đồng

Là giáo viên tham gia giảng dạy môn hóa học ở trường trung học phổ thông, tôi nhận thấy rằng cần có một hệ thống bài tập cụ thể, đầy đủ, với độ chính xác cao, nhằm mục đích củng cố, phát triển và hoàn thiện về nội dung kiến thức phần phản ứng oxi hóa - khử cho học sinh nhằm phục vụ tốt nhất cho kì thi

THPTQG Vì thế, tôi lựa chọn và triển khai đề tài sáng kiến kinh nghiệm:

“MỞ RỘNG BÀI TẬP PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ TRONG DUNG

DỊCH CHẤT ĐIỆN LI”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

- 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

- Trang bị cho học sinh 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

- Nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học trong trường THPT

1.3 Đối tượng nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu:

Bài tập oxi hóa - khử trong dung dịch chất điện li

+ Khách thể nghiên cứu:

Những học sinh lớp 11A1, 12A1 Trường PT Nguyễn Mộng Tuân năm học 2018 -2019

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tư liệu và sản phẩm hoạt động sư phạm

- Phương pháp quan sát thực tế: quan sát các cách cân bằng phản ứng oxi hóa khử, cách giải bài tập bảo toàn electron, bài tập phản ứng oxi hoá - khử trong dung dịch điện li của học sinh

- Phương pháp hỏi đáp: trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh về những vấn

đề liên quan đến nội dung đề tài

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm

- 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

- Trích dẫn được nhiều bài tập chuyên sâu về phản ứng oxi hóa – khử trong dung dịch chất điện li có trong các đề thi THPTQG những năm gần đây

- Tôi đã phân ra thành từng dạng từ dễ đến khó Ở mỗi bài tập đều có hướng dẫn học sinh phân tích đề và cách vận dụng lí thuyết cho từng dạng bài đó Sau khi giải quyết xong từng dạng bài tập tôi đã đưa ra một số bài tập có đáp án và không có đáp án để học sinh có thể tự giải, tự rèn luyện kĩ năng tư duy cũng như sáng tạo của các em

2 NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN

Trong số các môn học tự nhiên thì Hóa Học là môn khoa học nghiên cứu các

chất, sự biến đổi các chất và ứng dụng của nó trong đời sống và sản xuất Nhưng đối với học sinh THPT, lượng kiến thức lại rất nhiều, đặc biệt việc vận

dụng kiến thức vào giải bài tập trong đề thi THPTQG còn gặp nhiều khó khăn

- Bài tập hóa học là những vấn đề lí thuyết, thực tiễn thuộc ngành khoa học

hóa học được mô hình hóa trong các dữ kiện của các dạng bài tập nhận thức đặt

ra cho học sinh dưới dạng câu hỏi, bài toán và trong khi tìm lời giải đáp họ sẽ

tiếp thu được những kiến thức và kĩ năng hóa học

- Như vậy, bài tập và lời giải là nguồn tri thức mới đối với học sinh Để giải

bài tập, học sinh cần tìm kiếm các tri thức đã học, các nguồn thông tin bổ sung,

sử dụng cách thức tư duy sáng tạo và các phương pháp nhận thức khoa học

- Bài tập hóa học tạo điều kiện phát triển tư duy học sinh, khi giải bài tập đòi

hỏi học sinh phải suy lí, qui nạp, diễn dịch, loại suy Khi kết hợp bài tập hóa học

với các hoạt động tự lực cùng sách giáo khoa tài liệu tham khảo, thì bài tập hóa

học có vai trò kích thích, định hướng nhận thức việc nghiên cứu để tìm tòi, giải

quyết vấn đề đặt ra

- Kiến thức lí thuyết và bài tập phần phản ứng oxi hóa – khử là nội dung kiến

thức vô cùng quan trọng, xuyên suốt cả quá trình môn hóa học THPT Đặc biệt

là bài tập phản ứng oxi hóa – khử trong chương điện li

- Trong tất cả các đề thi THPTQG của những năm gần đây đều có những bài

tập ở dạng lí thuyết cũng như bài tập ở mức độ thông hiểu hay vận dụng thấp,

vận dụng cao thuộc nội dung kiến thức phản ứng oxi hóa – khử, nhưng học sinh

thì thường bị vướng mắc do kĩ năng và mức độ nắm bắt kiến thức chưa vững

- Tôi lựa chọn và triển khai đề tài sáng kiến kinh nghiệm “MỞ RỘNG BÀI

TẬP PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN

LI” với mong muốn các em học sinh của mình nắm vững kiến thức và phương

pháp giải các bài toán về phản ứng oxi hóa - khử trong dung dịch điện li Từ đó giúp các em tạo hứng thú trong học tập môn hóa học và nâng cao chất lượng học tập Nhằm giúp các em đạt kết quả cao nhất trong kì thi THPTQG

2.2 THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Thuận lợi

- Bản thân tôi là giáo viên có nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy chương trình hoá học cấp THPT

- Học sinh nhiệt tình trong học tập hoá học

Khó khăn

- Kiến thức hoá học ở các lớp dưới học sinh còn chưa chắc chắn đặc biệt là kiến thức về phản ứng oxi hóa – khử

- Học sinh chưa vận dụng thành thạo các bài tập về phản ứng oxi hoá khử nhất

là các bài tập ở mức độ vận dụng và vận dụng cao trong các đề thi THPTQG

- Phần lớn học sinh chưa làm được các bài tập về bảo toàn electron, bảo toàn điện tích

2.3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

2.3.1 Nêu các kiến thức cơ bản cần nắm trong chương phản ứng oxi hóa- khử

2.3.1.1 Các khái niệm trong phản ứng oxi hóa- khử

Định nghĩa

* 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

+ Số oxi hóa của các nguyên tố trong đơn chất bằng 0

+ Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong một phân tử bằng 0

+ Trong hợp chất số oxi hóa của nguyên tử H thường là +1 (trừ các hidrua kim loại),của nguyên tử oxi thường là -2 (trừ OF2, các peroxit) Của kim loại là điện tích của ion đơn nguyên tử của kim loại đó

+ Tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong một ion bằng điện tích của ion 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

2.3.1.2 Các phương pháp lập phương trình hóa học của phản ứng oxi hóa - khử

Thông thường ta sử dụng chủ yếu hai phương pháp đó là: Phương pháp thăng bằng electron và phương pháp thăng bằng ion - electron

* 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.

FeO H NO     Fe(NO )  N O H O 

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

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

NO   MnO   H    NO   Mn  

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi

2

NO  Mn O   H   NO  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

dư oxi

Thêm vào vế 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: ne 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 _

7

2

2

2





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

+ 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

2.3.2 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 NaNO3 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:

3Cu + 8 H+ + 2NO3  3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O

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 xảy 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

3Fe2+ + NO3 + 4 H+   3Fe3+ + NO + 2H2O

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

2.3.3 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

Ví dụ: Au3+, Ag+, Fe3+, H+, Fe2+, Zn2+

(2) Khử H2O: 2H2O +2e  H2 + 2OH

-(3) Khử : Al3+, Mg2+, K+ Các cation kim loại mạnh không bị khử khi điện phân trong dung môi nước(trừ trường hợp sử dụng catot bằng vật liệu đặc biệt) Tại anot: Xảy ra sự oxi hóa chất khử

R   Rn+ + ne

- Nếu ở anot có mặt đồng thời nhiều chất khử thuộc các cặp oxi hóa - khử khác nhau thì chất khử thuộc thuộc cặp oxi hóa – khử nào có thế điện cực thấp hơn, tức là có tính khử mạnh hơn thì bị oxi hóa trước

- Nếu anot là kim loại thông thường thì anot bị oxi hóa, ta có hiện tượng anot tan

- Nếu anot trơ thì một cách gần đúng có thể xếp thứ tự sự oxi hóa xảy ra ở anot khi điện phân dung dịch nước từ dễ đến khó là:

(1) Các anion gốc axit không có oxi: S2-,, I-, Br-, Cl

-(2) Khử H2O: 2H2O  O2 + 4H+ +4e

(3) Khử OH-: 4OH-  O2 +2H2O +4e

(4) Ion F- và các anion gốc axit có oxi như 2 nói chung không bị

3 4

NO ; SO 

oxi hóa khi điện phân dung dịch (trừ trường hợp đặc biệt)

* Phân loại điện phân

- Điện phân nóng chảy: Dùng để điều chế kim loại có tính khử mạnh như Na,

Ca, Al……

- Điện phân dung dịch chất điện li với điện cực trơ (hay anot trơ)

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2

Sơ đồ điện phân:

CuCl2  H2O Cu2+ + 2Cl

-Anot có: Cl-, H2O sự oxi hóa: 2Cl-   2e + Cl2

Catot có: Cu2+, H2O sự khử: Cu2+ +2e  Cu

Phương trình điện phân: CuCl2 dpdd   Cu + Cl2

Ví dụ: Điện phân dung dịch AgNO3

Sơ đồ điện phân: H O 2

3

AgNO   Ag  NO3

Anot có: sự oxi hóa: 2H2O 4e +O2 +4H+

3 2

Catot có: sự khử: Ag+ + 1e Ag+

2

Phương trình điện phân: 4AgNO3 +2 H2O dpdd   4Ag +4HNO3 + O2

* Biểu thức của định luật Faraday

Số mol electron trao đổi trên điện cực: ne It

9600



I(ampe): cường độ dòng điện; t thời gian điện phân

Ví dụ: Điện phân dung dịch chứa 0,2 mol CuSO4 và 0,12 mol HCl bằng điện cực trơ, I= 1,433 A trong 4 giờ Tính thề tích khí thoát ra ở anot

Phân tích

, 2

4

Cu CuSO HCl H

Cl











e

Ta thấy Cu2+> H+ về tính oxi hóa nên trên catot ion Cu2+ bị khử trước

Phản ứng xảy ra trên catot

Cu2+ + 2e   Cu

0,1 0,2

Ta thấy Cu2+ chưa khử hết, dư( 0,2 - 0,1=0,1) Vậy H+ chưa diện phân

Phản ứng xảy ra trên anot: Thứ tự xảy ra như sau:

2Cl- - 2e  Cl2

012 0,12 0,06

Ta nhận thấy 0,12 < 0,2 ( số mol electron trên điện cực) chứng tỏ có H2O điện phân

2H2O  4e + O2 + 4H+

(0,2- 0,12) 0,02

Thể tích khí trên anot : VCl O2 2  0,08.22,4 1,792(lit) 

2.3.4 BÀI TẬP PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI VÀ CÁCH SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC

2.3.4.1 Bài tập hóa học giúp định hướng hoạt động của học sinh nhằm xây dựng và phát triển kiến thức mới, kỹ năng mới cho học sinh

Sử dụng khi nghiên cứu bài muối nitrat