Trong chương trình ở THCS nội dung môn Hóa học bao gồm các phần về chất – nguyên tử - phân tử; phản ứng hóa học; mol và tính toán hóa học; oxi – không khí; hiđro – nước; dung dịch lớp 8.
Trang 1DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Công thức cấu tạo : CTCT
Trang 2PHẦN I MỞ ĐẦU
I Lý do chọn đề tài
Hóa học là khoa học nghiên cứu các chất, sự biến đổi và ứng dụng của chúng Nhưng không chỉ học trên lý thuyết mà còn phải vận dụng vào giải thích các hiện tượng của đời sống hằng ngày và còn phải giải quyết các bài toán có liên quan Việc làm các bài tập Hóa học không chỉ giúp củng cố kiến thức mà còn giúp cho học sinh thêm hứng thú với môn học hơn Đặc biệt đối với các em học khá, giỏi muốn làm nhiều bài tập để nâng cao kỹ năng của mình hơn nữa
Trong chương trình ở THCS nội dung môn Hóa học bao gồm các phần về chất – nguyên tử - phân tử; phản ứng hóa học; mol và tính toán hóa học; oxi – không khí; hiđro – nước; dung dịch (lớp 8) Các loại hợp chất vô cơ; kim loại; phi kim – sơ lược
về bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; hiđrocacbon – nhiên liệu; dẫn xuất của hiđrocacbon – polime (lớp 9) Trong các nội dung trên tôi muốn đi sâu về phần kim loại, cụ thể là các dạng bài tập có liên quan đến phần này với mục đích tìm hiểu và xây dựng thành hệ thống các dạng bài tập nâng cao chuyên đề về kim loại ở THCS Các dạng bài tập về kim loại rất hay và phong phú, nhưng nếu chỉ làm các bài tập ở trong sách giáo khoa và sách bài tập thôi thì ta sẽ không khai thác hết được các dạng
bài tập và cái hay của nó, chính vì vậy tôi muốn chọn đề tài: “Tuyển chọn hệ thống bài tập vô cơ chuyên đề kim loại ở THCS”.
II Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu
II.1 Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu để xây dựng thành hệ thống các bài tập nâng cao về kim loại trong chương trình Hóa học của THCS theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo
và rèn luyện những khả năng tiếp cận với các bài tập nâng cao từ đó hình thành kĩ năng tính toán khi giải các bài tập không chỉ ở THCS mà còn phục vụ cho quá trình học sau này với cấp độ cao hơn
Trang 3II.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu các nội dung tính chất của kim loại trên cơ sở đó để tìm hiểu các dạng bài tập có liên quan đến những tính chất đó
- Đưa ra các dạng bài tập cơ bản và nâng cao nhưng trọng tâm là các dạng bài tập nâng cao về phần kim loại nằm trong chương trình Hóa học ở THCS
- Sưu tầm, tìm kiếm các dạng bài tập khó để xây dựng thành hệ thống bài tập nâng cao
- Tổng hợp và sưu tầm các phương pháp giải chi tiết và cụ thể
III Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
III.1 Đối tượng nghiên cứu
Các dạng bài tập nâng cao về kim loại trong chương trình Hóa học THCS
III.2 Phương pháp nghiên cứu
- Sưu tầm các bài tập nâng cao về kim loại
- Phân loại thành các dạng khác nhau, sau đó nêu ra các bài tập có hướng dẫn giải cụ thể
Trang 4PHẦN II NỘI DUNG
Chương 1 Cơ sở và tổng quan
I Vị trí các bài tập kim loại trong chương trình SGK Hóa học của THCS.
- Chương 1: Các loại hợp chất vô cơ
- Chương 2: Kim loại
II Các dạng bài tập cơ bản
1 Dạng bài tập định tính có tính thực tế
2 Bài tập lập công thức của một chất vô cơ và xác định nguyên tố kim loại
3 Bài toán tính theo công thức hóa học
4 Bài toán tính theo phương trình hóa học
Chương 2 Nội dung nghiên cứu
Xây dựng hệ thống bài tập nâng cao trong chương trình Hóa học của THCS.
1 Bài tập lý thuyết
- Giải thích hiện tượng và viết phương trình hóa học
- Điều chế kim loại
- Phân biệt và nhận biết kim loại
- Tinh chế và tách hỗn hợp thành chất nguyên chất
2 Bài tập tính toán
- Bài toán xác định tên kim loại và công thức các hợp chất của chúng
- Bài toán hỗn hợp
- Bài toán về lượng chất dư
- Bài toán tăng giảm khối lượng
- Bài toán biện luận
Trang 5A BÀI TẬP LÝ THUYẾT
I Giải thích hiện tượng và viết PTHH
Dạng bài này yêu cầu người học sinh phải nắm rõ tính chất của các kim loại và
có kĩ năng thành thạo trong việc nhận biết hiện tượng của phản ứng hóa học từ đó giải thích và viết PTHH
Ví dụ : Hòa tan Fe bằng HCl và sục khí Cl2 đi qua hoặc cho KOH vào dung dịch và để lâu ngoài không khí Giải thích hiện tượng và viết PTHH
Hướng dẫn giải
Khi cho Fe tác dụng với HCl thấy có khí thoát ra :
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3 dung dịch chuyển màu vàng
FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2↓ + 2KCl có kết tủa trắng xanh
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 kết tủa chuyển màu nâu đỏ
Bài tập vận dụng
Bài 1 Dung dịch M có chứa CuSO4 và FeSO4
a Cho Al vào dung dịch M, sau phản ứng có dung dịch N chứa 3 muối tan
b Cho Al vào dung dịch M, sau phản ứng có dung dịch N chứa 2 muối tan
c Cho Al vào dung dịch M, sau phản ứng có dung dịch N chứa 1 muối tan
Giải thích mỗi trường hợp bằng phương trình phản ứng
II Điều chế kim loại và hợp chất của chúng
Thực chất đây là kiểu bài tập thực hiện quá trình biến hóa nhưng chỉ cho biết chất đầu và chất cuối Học sinh phải suy nghĩ và lựa chọn con đường đúng nhất và ngắn nhất để thực hiện (vì chất được điều chế được phải tinh khiết và về nguyên tắc nếu đi bằng con đường dài hơn nhưng không sai thì vẫn giải quyết được yêu cầu của
đề bài nhưng sẽ mất nhiều thời gian để viết phương trình đã dùng đến một cách không cần thiết)
Trang 61 Sơ đồ phản ứng:
Dạng bài này thường bao gồm một chuỗi phản ứng hóa học yêu cầu phải nắm được tính chất hóa học của từng chất trong chuỗi phản ứng và viết PTHH để hoàn thành chuỗi phản ứng đó
Ví dụ: Viết phương trình phản ứng hoàn thành sơ đồ sau:
FeCl2 → FeSO4 → Fe(NO3)2 → Fe(OH)2
Fe ↓↑ ↓↑ ↑↓ ↓ Fe2O3
FeCl3 → Fe2(SO4)3 → Fe(NO3)3 → Fe(OH)3
Hướng dẫn giải
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
FeCl2 + Ag2SO4 → FeSO4 + 2AgCl↓
FeSO4 + Ba(NO3)2 → Fe(NO3)2 + BaSO4↓
Fe(NO3)2 + 2KOH → Fe(OH)2 + 2KNO3
tº
Fe(OH)2 + O2 → Fe2O3 + H2O
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
2FeCl3 + 3Ag2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6AgCl↓
Fe2(SO4)3 + 3Ba(NO3)2 → 2Fe(NO3)3 + 3BaSO4↓
Fe(NO3)3 + 3KOH → Fe(OH)3 + 3KNO3
4Fe(NO3)2 + O2 + 4HNO3 → 4Fe(NO3)3 + 2H2O
2Fe(NO3)3 + Cu → 2Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2
4Fe(OH)2(trắng xanh) + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3(nâu đỏ)
Trang 7Fe2(SO4)3 + 3Ba(NO3)2 → 2Fe(NO3)3 + 3BaSO4↓
2AlCl3 + 3Ag2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 AgCl↓
Al2O3 + 6KHSO4 → Al2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O
KHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + KOH + H2O
Điện phân có vách ngăn:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
Ca(HCO3)2 +K2CO3 → CaCO3↓ + 2KHCO3
3 Điều chế một chất từ nhiều chất bằng nhiều cách:
Dạng này ta phải sử dụng nhiều cách khác nhau để điều chế ra một chất Để làm được dạng này thì học sinh cũng cần phải nắm rõ tính chất không chỉ riêng về kim loại
mà còn các hợp chất khác liên quan đến và đòi hỏi chất điều chế được phải tinh khiết
Trang 8+ Oxit kim loại + H2O
+ Điện phân dung dịch muối clorua (có vách ngăn)
Trang 9Fe2O3 + 3CO → 2Fe + CO2
Bài tập vận dụng
Bài 1 Viết phương trình phản ứng biểu diễn các chuyển hóa sau:
a CuSO4 → B → C → D → Cu
b FeS2 → Fe2O3 → Fe2(SO4)3 → FeCl3 → Fe(OH)3
Bài 2 Hoàn thành sơ đồ phản ứng dưới đây.
Al2O3 → Al2(SO4)3 NaAlO2
Al ↓ ↓ Al(OH)3 ↑
AlCl3 → Al(NO3)3 Al2O3
III Phân biệt và nhận biết các chất
1 Lý thuyết cơ bản về thuốc thử hóa học lớp 9 của THCS
(áp dụng để nhận biết và phân biệt kim loại)
Trang 10↓ đỏ nâu
2Fe(trắng xám) + 3Cl2(vàng lục) → 2FeCl3(nâu đỏ)
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2↓ (trắng xanh)
Fe(OH)2 + O2 + H2O → Fe(OH)3↓ (nâu đỏ)
↓ xanh sau
đó tanTan, dd xanh
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 ↑+ 2H2O
Cu2+ + NH3 + H2O → Cu(OH)2 + NH4+
Cu(OH)2 + NH3 → [Cu(NH3)4](OH)2
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag↓
Ag + 2HNO3 → AgNO3 + NO2↑+ H2OAgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
Ag+ + S2- → Ag2S↓
Ag+ + OH- → AgOH2AgOH → Ag2O↓ + H2O
Trang 11Ví dụ: Có 8 dung dịch chứa: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4 Hãy nêu các thuốc thử và trình bày phương án phân biệt 8 dung dịch nói trên
Hướng dẫn giải
Thuốc thử để phân biệt là: dd BaCl2, dd NaOH Cách làm như sau:
- Cho dd BaCl2 vào 8 dung dịch sẽ thấy ở 4 dung dịch có kết tủa là: Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4 (nhóm A) còn 4 dung dịch không có hiện tượng gì là: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 (nhóm B)
- Trong mỗi nhóm A, B đều dùng dd NaOH để thử:
Nhận ra Na2SO4 và NaNO3 không có hiện tượng gì
Nhận ra CuSO4 và Cu(NO3)2 tạo kết tủa màu xanh:
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Xanh
Nhận ra MgSO4 và Mg(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng:
Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3
Trang 124Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ nâu đỏ
• Nhận biết chỉ bằng thuốc thử qui định
Đây là dạng bài tập đề bài đã cho sẵn một loại thuốc thử nhất định và yêu cầu chỉ dùng thuốc thử này để nhận biết một loạt các chất mà đề bài yêu đã cho
Ví dụ: Nhận biết các chất trong mỗi cặp dưới đây chỉ bằng dung dịch HCl
a 4 dung dịch : MgSO4, NaOH, BaCl2, NaCl
b 4 chất rắn : NaCl, Na2CO3, BaCO3, BaSO4
Hướng dẫn giải
a Xét khả năng phản ứng của 4 chất, nhận được chỉ có MgSO4 tạo được kết tủa với 2 dung dịch khác:
MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2SO4
MgSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + MgCl2
Suy ra dung dịch còn lại không kết tủa là NaCl
- Dùng axit HCl hòa tan 2 kết tủa thấy kết tủa không tan là BaSO4 → nhận được BaCl2, kết tủa tan là Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O thì nhận được NaOH
b Hòa tan 4 chất rắn bằng dung dịch HCl nhận được BaSO4 không tan, NaCl tan mà không có khí bay ra Còn:
Trang 13- Dựa vào màu sắc của các dung dịch.
- Các phản ứng hóa học đặc trưng của các hóa chất cần nhận biết
- Lập bảng để nhận biết
Ví dụ: Có 5 lọ mất nhãn, mỗi lọ đựng một trong các dung dịch sau đây:
NaHSO4, KHCO3, Na2SO3, Mg(HCO3)2, Ba(HCO3)2 Trình bày cách nhận biết từng dung dịch chỉ được dùng thêm cách đun nóng
Hướng dẫn giải
- Đun nóng các mẫu thử đựng các hóa chất trên, có hai ống nghiệm cho kết tủa
và khí bay lên, 3 ống nghiệm không cho kết tủa
có khí bay lên là NaHSO4
2NaHSO4 + Mg(HCO3)2 → Na2SO4 + MgSO4 + 2CO2↑ + 2H2O
2NaHSO4 + Ba(HCO3)2 → Na2SO4 + BaSO4↓ + 2CO2↑ + 2H2O
Như vậy chất trong dung dịch lọ nào vừa cho kết tủa vừa có khí bay lên lọ đó đựng Ba(HCO3)2, lọ kia là Mg(HCO3)2
- Lấy vài giọt Ba(HCO3)2 đã biết nhỏ vào hai ống nghiệm chứa các chất còn lại, ống nghiệm nào cho kết tủa là Na2SO3
Na2SO3 + Ba(HCO3)2 → BaSO3↓ + 2NaHCO3
Ống nghiệm còn lại chứa dung dịch KHCO3
Bài tập vận dụng
Bài 1 Hãy nhận biết chỉ bằng 2 hóa chất đơn giản tự chọn:
a 9 chất rắn : Ag2O, BaO, MgO, MnO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, CaCO3, CuO
Trang 14b 6 chất bột: Mg(OH)2, Zn(OH)2, Fe(OH)3, BaCl2, sôđa, xút ăn da
c 3 dung dịch: NaCl, HCl, NaNO3, chỉ bằng 2 kim loại
d 4 chất bột : Na2CO3, NaCl, BaCO3, BaSO4 chỉ bằng CO2, H2O
Bài 2 Có 8 dung dịch chứa: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4 Hãy nêu các thuốc thử và trình bày phương án phân biệt 8 dung dịch nói trên
IV Tinh chế và tách hỗn hợp thành chất nguyên chất
* Nguyên tắc:
- Bước 1 Chọn chất X chỉ tác dụng với A (mà không tác dụng với B) để chuyển A thành dạng A1 kết tủa, bay hơi, hoặc hòa tan; tách ra khỏi B (bằng cách lọc hoặc tự tách)
- Bước 2 Điều chế lại chất A từ chất A1
Sơ đồ tổng quát:
+ X B
A, B + Y
A1 (↑,↓, tan) A
Nếu hỗn hợp A, B đều tác dụng được với X thì dùng chất X' chuyển cả A, B thành A', B' rồi tách A', B' thành 2 chất nguyên chất Sau đó tiến hành bước 2 (điều chế lại A từ A')
Ví dụ: Nêu phương pháp tách hỗn hợp gồm MgO, Fe2O3, CuO ở thể rắn thành các chất nguyên chất
Cu không phản ứng và bị oxi hóa ở ngoài không khí tạo thành CuO:
2Cu + O2 → 2CuO Ta tách được CuO ra khỏi hỗn hợp
Trang 15Bài 2 Một hỗn hợp gồm Al, Fe, Cu và Ag Bằng phương pháp hóa học hãy tách
rời hoàn toàn các kim loại ra khỏi hỗn hợp trên
B BÀI TẬP TÍNH TOÁN
I Giới thiệu một số phương pháp giải
Phương pháp 1 Áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố.
- Nguyên tắc: Trong các phản ứng hóa học, nguyên tố và khối lượng của chúng được bảo toàn
Khi đề bài cho kim loại tác dụng với dung dịch muối:
- Kim loại mạnh (trừ những kim loại tác dụng với nước) đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của kim loại yếu
- Khi cho thanh kim loại vào dung dịch muối, sau phản ứng khối lượng thanh kim loại tăng hoặc giảm:
Trang 16• Viết phương trình hóa học Dưới mỗi phương trình hóa học đặt ẩn số theo số mol chất, sau đó quy số mol ra khối lượng (theo ẩn số trên)
• Nếu khối lượng thanh kim loại tăng Lập phương trình đại số
m kim loại giải phóng – m kim loại tan = m kim loại tăng
• Nếu khối lượng thanh kim loại giảm:
m kim loại tan – m kim loại giải phóng = m kim loại giảm
- Khi cho thanh kim loại vào dung dịch muối, sau khi lấy miếng kim loại ra thì thấy khối lượng dung dịch giảm Ta lập luận như sau:
∑ m các chất tham gia = ∑ m chất tạo thành
m thanh kim loạAi + m dd = m' thanh kim loại + m'' dd
Theo định luật bảo toànkhối lượng, nếu sau phản ứng khối lượng dung dịch nhẹ
đi bao nhiêu có nghĩa là khối lượng dung dịch nhẹ đi bao nhiêu có nghĩa là khối lượng thanh kim loại tăng lên bấy nhiêu
Phương pháp 3 Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng.
- Nguyên tắc: So sánh khối lượng của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ khối lượng tăng (hay giảm) này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa hai chất này trong phản ứng mà giải quyết yêu cầu đặt ra
Theo trình tự các bước sau:
• Xác định mối liên hệ tỉ lệ mol giữa chất đã biết (chất A) với chất cần xác định (chất B) (có thể không cần thiết phải viết phương trình phản ứng, chỉ lập sơ đồ phản ứng giữa hai chất này nhưng phải dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố để xác định tỉ lệ mol giữa chúng)
• Xét xem khi chuyển từ chất A thành B (hay ngược lại) thì khối lượng tăng lên hay giảm xuống bao nhiêu gam theo tỉ lệ phản ứng và theo đề cho
• Sau đó dựa vào quy tắc tam suất, lập phương trình toán học để giải
Phương pháp 4 Áp dụng phương pháp tăng giảm thể tích
- Nguyên tắc: So sánh thể tích (hoặc số mol) của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ thể tích (hoặc số mol) tăng (hay giảm) này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa 2 chất này trong phản ứng mà giải quyết yêu cầu đặt ra
Trang 17Theo trình tự các bước tương tự phương pháp 3.
Phương pháp 5 Áp dụng phương pháp chuyển bài toán hỗn hợp thành một chất tương đương (hay phương pháp sử dụng đại lượng trung bình)
- Nguyên tắc: khi trong bài toán xảy ra nhiều phản ứng nhưng các phản ứng cùng loại và cùng hiệu suất phản ứng thì ta thay hỗn hợp nhiều chất thành một chất tương đương Lúc đó: lượng (số mol, khối lượng hay thể tích) của chất tương đương bằng của hỗn hợp
Phương pháp 6 Phương pháp áp dụng sơ đồ đường chéo.
Khi pha trộn 2 dung cùng loại nồng độ, cùng loại chất tan thì có thể dùng phương pháp đường chéo:
• Trộn m1 gam dung dịch có nồng độ C1% với m2 gam dung dịch có nồng độ
C2% thì thu được dung dịch mới có nồng độ C%:
• Trộn V1 ml dung dịch có nồng độ C1 mol với V2 ml dung dịch có nồng độ C2
mol thì thu được dung dịch mới có nồng độ C mol và giả sử có thể tích V1 + V2
Trang 18D => — =
V2 │ D1 - D│
V2 lít dd D2 │D1 - D│
(Với giả thiết V = V1 + V2)
II Một số dạng bài tập nâng cao
Dạng 1 Bài toán xác định tên kim loại và hợp chất của chúng
Ví dụ 1: Hòa tan hỗn hợp X gồm 11,2 gam kim loại M và 69,6 gam oxit MxOy của kim loại đó trong 2 lít dung dịch HCl, thu được dung dịch A và 4,48 lít khí H2 (đktc) Nếu cũng hòa tan hỗn hợp X đó trong 2 lít dung dịch HNO3 thì thu được dung địch B
b Gọi công thức oxit MxOy là FexOy
Ta có số mol của khí NO là: nNO = 0,3 (mol)