(SKKN HAY NHẤT) xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric

Dạy môn hóa học trong nhà trường phổ thông gắn liền với việc thực hiệnđổi mới ra đề kiểm tra, đánh giá theo năng lực học của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Sở Giáo dục và Đào tạo Thanh Hóa Để t

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Hóa Học

THANH HOÁ NĂM 2021

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài

Trong công cuộc xây dựng và bảo vệ đất nước, nhất là trong thời đại hiệnnay, hóa học luôn có vai trò to lớn Vì vậy, hóa học trở thành mục tiêu quantrọng trong giáo dục phổ thông Việc xác định mục tiêu đào tạo hóa học trongnhà trường có vai trò quyết định đến chất lượng dạy môn hóa học

Dạy môn hóa học trong nhà trường phổ thông gắn liền với việc thực hiệnđổi mới ra đề kiểm tra, đánh giá theo năng lực học của Bộ Giáo dục và Đào tạo,

Sở Giáo dục và Đào tạo Thanh Hóa

Để thực hiện nhiệm vụ năm học 2020-2021 của Sở giáo dục và Đào tạoThanh Hóa và trường THPT Thạch Thành 1 là đào tạo con người toàn diệnkhông chỉ cung cấp cho học sinh tri thức xã hội mà có cả kiến thức khoa học,không chỉ lí thuyết mà có cả thực tiễn Cho nên việc đổi mới phương pháp dạyhọc môn hóa học là rất cần thiết

Xuất phát từ thực tế dạy học môn Hóa học tại trường THPT cho thấy khảnăng nhận thức và phương pháp học của học sinh vẫn chưa đạt hiệu quả cao

Cấu trúc đề thi THPT Quốc gia năm học 2019-2020 có sự phân hóa về mức độnhận thức của học sinh rất rõ ràng, tôi nhận thấy việc học sinh phải biết nắmvững kiến thức trọng tâm, cơ bản, có phương pháp học bộ môn hóa học và vậndụng phương pháp giải nhanh bài tập là vô cùng cần thiết và quan trọng Điều

đó sẽ giúp người học có thể nâng cao điểm số bộ môn trong các bài kiểm tracũng như trong kỳ thi THPT Quốc gia và chắc chắn chất lượng giáo dục sẽ đượcnâng cao

Đối với chương trình hóa học phổ thông thì kiến thức về axit Nitric có nộidung bao quát nhiều vấn đề khó và phức tạp, có tính logic cao liên quan với các

nội dung học ở các khối lớp 11 và 12 Chính vì vậy, tôi lựa chọn sáng kiến “ Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với dung dịch axit Nitric”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Sáng kiến nhằm trang bị kiến thức, kỹ năng cơ bản nhất, cần thiết nhấtcho học sinh học môn Hóa học ở khối lớp 11 sau khi học xong phần axit Nitric

và học sinh khối lớp 12 khi học phần Hóa học Vô cơ

- Giúp học sinh ôn tập và những học sinh yêu thích môn hóa học có nguyện vọng thi khối A, B

- Giúp học sinh hứng thú, yêu thích bộ môn Hóa học hơn

- Phương pháp này còn có thể được ứng dụng trong phạm vị nhất địnhtrong quá trình giảng dạy môn hóa học nói chung theo hướng đổi mới tronggiảng dạy, học tập và thi cử hiện nay

1.3 Đối tượng nghiên cứu

+ Khảo sát các đối tượng là học sinh lớp 11 hàng năm

+ Áp dụng với đại đa số các học sinh trong nhà trường

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện sáng kiến này tôi vận dụng một số phương pháp chủ yếusau:

- Phương pháp phân tích: xây dựng nội dung lí thuyết, nguyên tắc để vận dụng theo từng dạng bài tập

- Phương pháp hệ thống tổng hợp: xây dựng hệ thống các câu hỏi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến tổng hợp kiến thức trong đề thi THPT Quốc gia

- Phương pháp so sánh: dựa trên việc xây dựng các dạng bài tập chuyên

đề có liên quan chú ý tới chất lượng giải bài tập, hứng thú khi giải bài tập, phongphú đa dạng về nội dung, thể loại, bài tập có thể giải theo nhiều cách khác nhautrong đó có cách giải ngắn gọn nhưng đòi hỏi sự suy luận Học sinh được làmbài tập có và không sử dụng định bảo toàn electron trong quá trình giải bài tập

Giáo viên so sánh thời gian, thái độ và kết quả học tập của học sinh theo từngnhóm đối tượng học sinh trước và sau khi sử dụng phương pháp này

- Phương pháp thống kê: sau khi tiến thành thực nghiệm, giáo viên chấmbài, thống kê điểm và phân tích kết quả thực nghiệm Từ đó rút ra hiệu quả vàmức độ, phạm vi áp dụng của sáng kiến.

1.5 Những điểm mới của SKKN.

- Sáng kiến kinh nghiệm đã chia được các dạng bài tập, phương pháp giải rõ ràng, dễ áp dụng

- Hệ thống bài tập đa dạng

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2 1.Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

- Áp dụng định luật bảo toàn eletron trong phản ứng oxi hóa khử :

số mol electron chất khử nhường = số mol electron chất oxi hóa nhận

- Phương pháp bảo toàn electron chỉ áp dụng cho phản ứng oxi hóa khử, chủ yếu áp dụng cho bài toán oxi hóa khử các chất vô cơ

- Có thể áp dụng định luật bảo toàn electron cho một phương trình, nhiềuphương trình hay toàn bộ quá trình, cho một hay nhiều chất khử và một haynhiều chất oxi hóa

- Xác định chính xác chất khử (nhường electron, số oxi hóa tăng sau phản ứng) và chất oxi hóa (nhận electron, số oxi hóa giảm sau phản ứng)

+ Xét cho một phương trình hay một quá trình, chỉ cần xác định trạng thái

số oxi hóa đầu và cuối của nguyên tố

+ Thường không quan tâm đến trạng thái số oxi hóa trung gian của nguyên tố

- Khi áp dụng định luật bảo toàn electron thường sử dụng kèm theo cácphương pháp bảo toàn khác (bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toànđiện tích ), phương pháp trung bình, phương pháp tăng giảm khối lượng…

- Đặc biệt khi cho đơn chất kim loại tác dụng với axit HNO3 và dung dịchsau phản ứng không chứa muối amoni: n NO ( tạo muối) = số mol e nhường

(hoặc nhận)

- Số mol HNO3 làm môi trường = số mol HNO3 tạomuối = số mol e cho =

số mol e nhận

- Số mol HNO3 oxi hóa tính được theo số mol các sản phẩm khử, từ đó ta tính được số mol HNO3 phản ứng

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Trong quá trình giảng dạy bộ môn Hóa học với đối tượng học sinh khối

11 và khối 12 tại trường THPT Thạch Thành 1 qua các năm, bản thân tôi và cácđồng nghiệp đều có những nhận định chung:

Về giáo viên, chúng tôi đã dạy và cho học sinh làm quen với phương phápgiải bài tập sử dụng định luật bảo toàn electron ngay từ lớp 10 sau khi các emhọc xong chương phản ứng oxi hóa khử song mới chỉ dừng ở các bài tập đơngiản

Về học sinh, mặc dù các em đã được làm quen và ôn luyện, song khả năngnhận thức và nắm vững kiến thức của học sinh vẫn chưa tốt, kĩ năng toán học vàtổng hợp kiến thức về axit HNO3 còn chậm, đồng thời các em gặp khó khăn khixác định dạng bài tập từ đó khó đưa ra cách giải quyết bài tập Từ đó các em cònlúng túng, bị động và chưa thực sự hứng thú học trong quá trình giải bài tập liênquan đến axit HNO3

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

Xây dựng và phân loại các dạng bài tập

Dạng 1: Một kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra một sản phẩm khử

a) Ví dụ mẫu VD1: Hoà tan hoàn toàn a gam Cu trong dd HNO3 loãng thì thu được 1,12 lit khí

NO (ở đktc).Giá trị của a là

A 2,8 gam B 4,8 gam  C 3,3 gam D 9,6 gam

Bài giải

Cách 1 : Tính theo phương trình hóa học

+ Bước 1: Tính số mol các chất theo số liệu đề bài đã cho

nNO = = 0,05 (mol)+Bước 2: Viết phương trình phản ứng ( Xác định sản phẩm phản ứng, xác định số oxi hóa, thực hiện các bước cân bằng phản ứng oxi hóa khử)

3Cu + 8HNO3 (loãng)→ Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2O

+ Tính theo yêu cầu đề bài

mCu = 0,075 64 = 4,8 (g)

Cách 2 : Áp dụng định luật bảo toàn electron

+ Bước1: Dấu hiệu nhận biết để áp dụng định luật bảo toàn electron: có

sự thay đổi số oxi hóa của các chất

+ Bước 2: Tính số mol các chất theo số liệu đề bài đã cho

nNO =+ Bước 3: Viết quá trình oxi hóa, quá trình khử:

Cuo →0,075

+Bước 4 : áp dụng định luật bảo toàn electron để tính theo yêu cầu đề bài mCu = 0,075 64 = 4,8 (g)

VD2: Cho 19,5 gam môt kim loai M hoa tri n tan hêt trong dung dich HNO3 thu đươc 4,48 lit khi NO (ơ đktc) M la kim loai

VD3: Để m gam bột sắt ngoài không khí một thời gian thu được 11,8 gam hỗn

hợp các chất rắn FeO, Fe3O4, Fe2O3, Fe Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp đó bằngdung dịch HNO3 loãng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc) Giá trị của m là

A 5,02 gam B 9,94 gam  C 15,12 gam D 20,16 gam

Bài 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 6 gam hỗn hợp chất rắn X Hoà

tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 1,12 lít (ở đktc) NO (làsản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là

Bài 2: Cho 11,2 gam môt kim loai Z tan trong môt lương HNO3 vưa đu, sauphan ưng thu đươc dung dịch A va 4,48 lit khi NO (ơ đktc) la san phâm khư duynhât Cô can dung dịch A thu đươc m gam muôi khan Kim loại Z và giá trị của

m là

A 55,6g, Fe B 48,4g, Fe  C 56,5g, Ca D 48,4g, Cu

Bài 3: Hoà tan hết 12 gam một kim loại chưa rõ hoá trị trong dung dịch HNO3

thu được 2,24 lit (đktc) một khí duy nhất có đặc tính không mầu, không mùi,không cháy, nhẹ hơn không khí Kim loại đó là

Dạng 2: Một kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra hỗn hợp sản phẩm khử

a) Ví dụ mẫu VD1: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO3 loãng (dư), thuđược dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồm hai khí là N2O và N2

Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạn dung dịch X, thu được mgam chất rắn khan Giá trị của m là

m muối = 0,46 213 + 80 0,105 = 106,38(g) Đáp án B

Nhận xét: n e nhường > n e nhận của sản phẩm khử HNO3 đã biết thì phải có muối

NH4NO3

VD2: Hòa tan 4,59 gam Al bằng dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khí NO và

N2O có tỉ khối hơi đối với hiđro bằng 16,75 Thể tích NO và N2O (đktc) thuđược lần lượt là

8x x mol

Áp dụng ĐLBT electron: 9x + 8x = 0,51 x = 0,03

= 0,03 22,4 = 0,672 lít VNO = 3 0,672 = 2,016 lít (Đáp án B) VD3:

Cho 2,16 gam Mg tác dụng với dung dịch HNO3 dư Sau khi phản ứng xảy ra

hoàn toàn thu được 0,896 lít khí NO (đktc) và dung dịch X Khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch X là

A 13,32 gam B 13,92 gam  C 8,88 gam D 6,52 gam

Bài giải

NMg = 2,16 / 24 = 0,09 mol nNO = 0,896 : 22,4 = 0,04 mol

HNO3 dư, phản ứng hoàn toàn nên Mg bị oxi hóa hết:

Mg0,09

n e cho > n e nhận nên tạo muối NH4NO3

0,06 0,0075mol m muối = 0,09.148 + 0,075 80 = 13,92

gam b) Bài tập vận dụng Bài 1:Hòa tan hoàn toàn 13 gam Zn trong dung dịch HNO3 loãng dư thu đượcdung dịch X và 0,448 lít N2 (đktc) Khối lượng muối trong dung dịch X là

A 18,9 gam B 37,8 gam C 28,35 gam D 39,8 gam  Bài 2: Hoà tan 32gkim loại M trong dd HNO3 dư thu được 8,96lit (đktc) hỗn

hợp khí gồm NO, NO2 có tỉ khối so với H2 là 17 Kim loại M là

Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 16,2 gam một kim loại chưa rõ hoá trị bằng dung dịch

HNO3 được 5,6 lit (đktc) hỗn hợp A nặng 7,2 gam gồm NO và N2 Kim loại đólà

Dạng 3: Hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra một sản phẩm khử

a) Ví dụ mẫu VD1: Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hòa tan hoàntoàn một hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe và 0,15 mol Cu là (biết phản ứng tạo chấtkhử duy nhất là NO)

A 0,8

Giải

Dung dịch HNO3 dùng ít nhất nên tạo muối

0,15

VD3: Cho 38,7 gam hôn hơp kim loai Cu va Zn tan hêt trong dung dich HNO3,sau phan ứng thu đươc 8,96 lit khi NO (ơ đktc) sản phẩm khử duy nhất Vâykhôi lương cua môi kim loai trong hôn hơp se la

A 19,2 g va 19,5 g 

C 9,6 g va 29,1 g

n NO = 8,96 : 22,4 = 0,4 mol

x mol 2x mol+ 3e

Bài 1: Hòa tan hòa toàn 10,44 gam hỗn hợp X gồm Al và Fe trong dung dịch

HNO3 loãng dư thu được 6,496 lít khí NO duy nhất bay ra ở điều kiện tiêuchuẩn Tính % khối lượng của Al trong hỗn hợp X

A 51,72% B.38,79% C.25,86% D 46,45% Bài 2: Cho 1,86 gam hôn

hơp kim loai gôm Mg va Al tan hêt trong dung dich HNO3 thu đươc 560 ml khi

N2O ( sản phẩm khử duy nhất ơ đktc) thoat ra va dung dich A Cô can dung dich

A thu đươc lương muôi khan băng

A 41,26 gam B 14,26 gam C 24,16 gam D 21,46 gam Bài 3: Hoa tan

hoan toan 0,368 gam hôn hơp gôm Al va Zn cân 25 lit dung dich HNO3 0,001M thi vưa đu Sau phan ưng thu đươc 1 dung dich gôm 3 muôi Vây

nông độ mol/l cua NH4NO3 trong dung dịch sau la

A 0,01 M B 0,001 M C 0,0001 M  D 0,1 M

Dạng 4: Hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra hỗn hợp sản phẩm khử

a) Ví dụ mẫu VD1: Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu ( tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3

dư thu được V lít (đktc) hỗn hợp X ( gồm NO và NO2 là sản phẩm khử duy nhất)

và dung dịch Y Tỉ khối của X so với H2 bằng 19 Giá trị của V là

Nhận xét: Nếu bài toán này giải bằng cách viết phương trình phản ứng thì

viết tối đa 4 phương trình hóa hóa học ( mỗi kim loại tạo 1 sản phẩm khử) và tốithiểu 1 phương trình hóa học (khi gộp các chất theo đúng tỉ lệ mol), tuy nhiêncân bằng phương trình đó lại mất thời gian nhiều

VD2: Cho 3 kim loại Al, Fe, Cu vào 2 lít dung dịch HNO3 phản ứng vừa đủ thuđược 1,792 lít khí X (đktc) gồm N2 và NO2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 9,25 vàdung dịch Y( không chứa muối amoni) Nồng độ mol của HNO3 trong dung dịchđầu là

Giải

Áp dụng bảo toàn nguyên tố:

(bị khử) = (muối) + n N(trong khí) 0,44 + 0,04.2 + 0,04 = 0,56 mol

CM = 0,56 / 2 = 0,28M (Đáp án A)

b) Bài tập vận dụng

Bài 1: Hoà tan hết 7,44g hỗn hợp Al và Mg trong thể tích vừa đủ là 500ml dung

dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và 3,136 lit (đktc) hỗn hợp hai khí đẳngmol có khối lượng 5,18g, trong đó có một khí bị hoá nâu trong không khí Thànhphần phần trăm theo khối lượng của mỗi kim loại Mg và Al trong hỗn hợp lầnlượt là

A 81,8%; 18,2%

C 18,8%; 81,2%

Bài 2: Hòa tan hết 4,43 gam hỗn hợp Al, Mg trong dung dịch HNO3 loãng thuđược dung dịch X (không chứa muối amoni) và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khíkhông màu có khối lượng 2,59 gam trong đó có một khí bị hóa thành màu nâutrong không khí Số mol HNO3 đã phản ứng là

A 0,51

Bài 3: Hoa tan hoan toan 11 gam hh gôm Fe va Al trong dung dịch HNO3 dư thuđươc 11,2 lit hỗn hợp khi X (đktc) gôm NO va NO2 co khôi lương 19,8 gam(biêt phan ưng không tao NH4NO3) Vây khôi lương cua môi kim loai trong hỗnhợp băng

A 5,6 gam va 5,4 gam 

C 8,4 gam va 2,7 gam

B 2,8 gam va 8,2 gam

D 2,8 gam va 2,7 gam

Dạng 5: Xác định sản phẩm khử khi cho kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric

VD1: Hòa tan hoàn toàn 4,05 gam bột Al trong dung dịch HNO3 dư thấy thoát ra0,56 lít khí X nguyên chất (đktc) và dung dịch có chứa 33,95 gam muối Khí Xlà

A N2O

Giải

Theo ĐLBT khối lượng:

Sơ đồ Al

Gọi CTPT X là N2Ox

Theo ĐLBT electron: 0,45 = 0,2 + 0,25 – 0,05x

Không có Oxi trong X

Nhận xét: Dạng bài tập này bài toán thường hay cho dữ kiện tính được

muối NH4NO3 Khi bài toán không cho sản phẩm khử duy nhất, hay muối duynhất thì chú ý sẽ có thể có muỗi NH4NO3 Tránh nhầm lẫn khí X nguyên chất(chỉ có 1 khí duy nhất) với sản phẩm khử duy nhất

VD2: Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO3 loãng, thuđược 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H2

bằng 22 Khí NxOy và kim loại M là

Bài giải

Khí = 22.2 = 44 g/molchứng tỏ NxOy là N2O sản phẩm khử duy nhất

n N2O = 0,9408 : 22,4 = 0,042 mol

MM = 3,024: (0,336/n) = 9n

VD 3 : Hòa tan 5,95 gam hỗn hợp Al, Zn có tỉ lệ mol là 2 : 1 bằng dung dịch

HNO3 loãng dư thu được 0,896 lít (đktc) một sản phẩm khử duy nhất có chứanitơ X là

A N2O B N2  C NO D NH4NO3

Giải

nAl = 2x mol nZn = x mol nX = 0,896 : 22,4 = 0,04 mol27.2x+ 65x = 5,95 x = 0,05

Tổng số mol electron nhường = 0,1 + 0,3 = 0,4 mol

0,4 mol

n = 10

b) Bài tập vận dụng Bài 1: Cho 6,48 gam kim loại Al tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãngnóng dư thu được 0,896 lít khí X nguyên chất và dung dịch Y Cho dung dịchNaOH dư vào dung dịch Y và đun nóng thấy thoat ra 1,12 lít khí mùi khai( đktc) Công thức của khí X là

Bài 2: Cho 0,05 mol Mg tan hết trong dung dịch HNO3 thấy thoát ra 0,01 molkhí X là sản phẩm khửduy nhất( đktc) X là

Bài 3: Hòa tan 2,4 gam Mg trong dung dịch HNO3 loãng dư được hỗn hợp gồm

0,04 mol NO và 0,01 mol NxOy (không có sản phẩm khử nào khác) Công thức

NxOy là

A N2O  B NO C NO2 D N2

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với

bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

- Tiến hành rèn luyện thông qua các giờ luyện tập trên lớp, trong phần

củng cố bài, kiểm ra đầu giờ và hướng dẫn cho học sinh tự nghiên cứu ở nhà

- Giao bài tập cho học sinh về nhà làm, học sinh nộp bài làm, giáo viên

chấm chữa bài, phân tích lỗi hay mắc phải của học sinh trong quá trình vận

dụng

Giáo viên ra đề kiểm tra, học sinh làm trong thời gian 45 phút (thực hiện

vào buổi học chiều), giáo viên chấm bài và phân tích kết quả thu được

Lớp

Tổng số

11B2

32 trước

11B2

32 sau

11B2

Sĩ số