Bai tap phan ung oxi hoa khu

1-Tên đề tài “Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh bài tập về phản ứng oxi hóa – khử” 2-Tóm tắt đề tài: Với hình thức thi trắc nghiệm học sinh thường phải mất nhiều thời gian kh

SỞ GD – ĐT ĐỒNG THÁP TRƯỜNG THPT TRƯỜNG XUÂN

******

NGHIÊN CỨU KHSP ỨNG DỤNG

Tên đề tài:

về phản ứng oxi hóa – khử”

Giáo viên: Lý Bảo Việt

Tổ: Hóa – Sinh

Bộ môn: Hóa học

Trường Xuân, tháng 11 năm 2010

1

-PHỤ LỤC

Trang

1 Tên đề tài 2

2 Tóm tắt 2

3 Giới thiệu 3.1 Hiện trạng 2

3.2 Giải pháp thay thế 3

3.2.1 Phương pháp bảo toàn electron 3

3.2.2 Phương pháp ion – electron 10

3.3.3 Phương pháp quy đổi 12

4 Phương pháp nghiên cứu 15

5 Phân tích dữ liệu và bàn luận 16

6 Kết luận và khuyến nghị 17

Tài liệu tham khảo 18

1-Tên đề tài

“Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh bài tập về phản ứng oxi hóa – khử”

2-Tóm tắt đề tài:

Với hình thức thi trắc nghiệm học sinh thường phải mất nhiều thời gian khi giải những bài tập tính toán, đặc biệt là những bài tập về phản ứng oxi hóa - khử Nếu các em vẫn giải bài tập theo hướng trắc nghiệm tự luận như trước đây thì thường không có đủ thời gian để hoàn thành một bài thi của mình Để giải quyết những vấn đề đó cần tìm ra những phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm thời gian

Trong chương trình phổ thông, học sinh gặp không ít những bài tập về oxi hóa - khử liên quan đến axit sunfuric đậm đặc, axit nitric, muối nitrat và các phản ứng nhiệt luyện điều chế kim loại,… Với những bài tập này, việc áp dụng các phương pháp giải đối với học sinh còn gặp nhiều khó khăn do các em chưa nắm rõ các phương pháp giải và phạm vi áp dụng của từng phương pháp Giải pháp đặt ra là giới thiệu cụ thể nội dung các phương pháp giải nhanh bài tập về phản ứng oxi hóa – khử để học sinh có thể vận dụng các phương pháp đó một cách có hiệu quả

Đề tài này giới thiệu với học sinh ba phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron và phương pháp quy đổi Các phương pháp nêu trên sẽ giúp cho học sinh giải các bài tập về phản ứng oxi hóa khử một cách dễ dàng, mất ít thời gian

Nghiên cứu được tiến hành trên hai nhóm có số lượng học sinh, kết quả học tập môn hóa tương đương nhau (Nhóm 1 và nhóm 2 của CLB hóa học, trường THPT Trường Xuân – mỗi nhóm có 20 học sinh) Nhóm 1 là nhóm thực nghiệm, nhóm 2 là nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm được tác động bằng việc áp dụng các phương pháp đã nêu Kết quả cho thấy tác động có ảnh hưởng tích cực, kết quả của nhóm thực nghiệm là cao hơn so với nhóm đối chứng

3-Giới thiệu:

3.1 Hiện trạng:

Xu thế chung hiện nay và trong tương lai là việc kiểm tra đánh giá học sinh bằng hình thức trắc nghiệm Hình thức trắc nghiệm dần dần thay cho hình thức tự luận Hiện tại, đối với môn hóa học, các kỳ thi TN THPT, tuyển sinh ĐH-CĐ 100% là trắc nghiệm Điều này đồi hỏi học sinh phải tìm ra những cách giải nhanh nhất có thể

Qua những buổi sinh hoạt CLB hóa học cho thấy đa số học sinh chỉ biết giải bài tập về phản ứng oxi hóa – khử theo cách thông thường (viết các phương trình phản ứng, lập các phương trình đại số,…) với cách giải này, học sinh mất nhiều thời gian, thậm chí có một số bài học sinh không thể tìm ra đáp số

Trong nhiều năm qua, đề thi tuyển sinh các khối A, B luôn có sự hiện diện của của các bài tập về phản ứng oxi hóa - khử Đề tài này đặc biệt phục vụ cho học sinh ôn tập thi tuyển sinh, cũng có thể áp dụng để giải nhanh các bài tập đơn giản trong kiểm tra định kỳ trên lớp

3

-3.2 Giải pháp thay thế:

Vận dụng các phương pháp: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp ion – electron và phương pháp quy đổi vào việc giải các bài tập về phản ứng oxi hóa – khử

3.2.1 Phương pháp bảo toàn electron: (Sử dụng tiện lợi cho các trường hợp xảy ra nhiều

phản ứng oxi hóa – khử hoặc thong qua nhiều giai đoạn)

3.2.1.1 Nội dung: “Trong phản ứng oxi hóa - khử thì tổng số mol electron do các chất khử

nhường bằng tổng số mol electron do các chất oxi hóa nhận”

Quy trình áp dụng phương pháp bảo toàn electron

Bước 1: Xác định chất khử và chất oxi hóa (dựa vào số oxi hóa, nếu chất khử, chất oxi hóa

có nhiều trạng thái oxi hóa (ví dụ như sắt) chỉ cần quan tâm trạng thái số oxi hóa đầu và trạng thái số oxi hóa cuối, thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng

Bước 2: Viết các quá trình nhường và nhận electron (kèm theo số mol tương ứng của các chất trong mỗi quá trình

Bước 3: Từ định luật bảo toàn electron suy ra phương trình liên hệ giữa số mol electron nhường và số mol electron nhận

*Lưu ý:

- Khi cần tìm số mol (khối lượng) của một chất nào đó, có thể áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố để hỗ trợ

- Một hỗn hợp gồm nhiều kim loại có hóa trị không đổi và có khối lượng cho trước sẽ phải nhường một số mol electron không đổi cho bất kỳ tác nhân oxi hóa nào Và các tác nhân oxi hóa hỗn hợp đó sẽ nhận lượng số mol electron bằng nhau

*Cách tính số mol NO 3 - ; SO 4 2- (trong axit HNO 3 và H 2 SO 4 đặc) tạo muối và bị khử khi tham gia phản ứng với kim loại

- Xét kim loại M có số oxi hóa khi tham gia phản ứng oxi hóa – khử với HNO3 là +n (n>0)

- Gọi số mol của kim loại M là là a Từ quá trình oxi hóa M → M+n + ne suy ra số mol electron mà M nhường là n.a

- Giả sử N+5 (trong HNO3) bị khử xuống N+x Theo phương pháp bảo toàn electron thì số mol electron mà N+5 nhận bằng n.a

Quá trình khử N+5 + (5-x) → N+x

x

na



5 ← n.a→

x

na



5 (1)

- Trong phản ứng thu được muối M(NO3)n nên số mol NO3- cần để tạo muối gấp n lần số mol của kim loại M Vậy nNO3- tạo muối bằng n.a (2)

- Từ (1) và (2) ta có mối liên hệ giữa số mol NO3- tạo muối và số mol N+x (sản phẩm khử thu được) được biểu thị bằng biểu thức sau:

x x

a

n

a

n

n

n

x

N

no













5 5

3

- Hay nói cách khác, số mol NO3- tạo muối bằng số mol electron kim loại nhường bằng số mol electron N+5 nhận

- Từ đây, suy ra số mol HNO3 phản ứng bằng số mol NO3- tạo muối + số mol N+5 nhận electron

- Tương tự đối với chất oxi hóa là H2SO4 đặc

- Giả sử S+6 (trong H2SO4) bị khử xuống S+x Theo phương pháp bảo toàn electron thì số mol electron mà N+5 nhận bằng n.a

Quá trình khử S+6 + (6-x) → S+x

x

na



6 ← n.a→

x

na



6 (1’)

- Trong phản ứng thu được muối M2(SO4)n nên số mol SO42- cần để tạo muối bằng

2

na

(2’)

Từ (1’) và (2’) ta có mối liên hệ giữa số mol SO42- tạo muối và số mol S+x (sản phẩm khử thu được) được biểu thị bằng biểu thức sau:

2 6

6

.

2

x

a

n

na

n

n

x

S











- Hay nói cách khác, số mol SO42- tạo muối bằng

2

1

số mol electron kim loại nhường bằng

số mol electron S+6 nhận

- Từ đây, suy ra số mol H2SO4 phản ứng bằng số mol SO42- tạo muối + số mol S+6 nhận electron

- Khối lượng muối của kim loại thu được sau phản ứng bằng khối lượng kim loại phản ứng cộng với khối lượng NO3- (hoặc SO42-) tạo muối

3.2.1.2 các ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho 8,3 g hỗn hợp hai kim loại Al, Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư, thu được 6,72 lí khí SO2 (đktc) Khối lượng của Al và Fe trong hỗn hợp ban đầu là

A 2,7g ; 5,6g B 5,4g ; 4,8g C 9,8g ; 3,6g D 1,35g ; 2,4g

Hướng dẫn giải:

*Cách 1:

Số mol của SO2 = 0,3mol

4 , 22

72 , 6



Gọi x là số mol của Al, Y là số mol của Fe

*Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4

0,6mol ← 0,3mol

5

-*Quá trình oxi hóa: Al → Al3+ + 3e Fe → Fe3+ + 3e xmol → 3x ymol → 3y mol Theo phương pháp thăng bằng electron ta có: 3x + 3y = 0,6 (1)

Theo đề bài ra ta có: 27x + 56y = 8,3 (2)

Từ (1) và (2) ta tìm được x = 0,1 mol ; y = 0,1 mol

Khối lượng của mỗi kim loại:

mAl= 27x0,1 = 2,7g ; mFe = 56x0,1 = 5,6g

*Cách 2: HS viết 2 phương trình phản ứng, dựa vào số liệu đề bài lập hệ hai phương trình

giải tìm được số mol của 2 kim loại Từ đó suy ra khối lượng của 2 kim loại

*Nhận xét: Với bài tập này HS có thể tìm theo hai cách tương đối dễ dàng, tuy nhiên với

những bài tập phức tạp hơn như những bài bên đưới thì việc giải theo cách 2 sẽ gặp khó khăn

Ví dụ 2: Khi cho 9,6g Mg tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, thấy có 49g H2SO4 tham gia phản ứng, tạo muối MgSO4, nước và sản phẩm khử X X là:

A SO2 B H2S C S D SO2 và S

Hướng dẫn giải:

Dung dịch H2SO4 đậm đặc vừa là chất oxi hóa vừa là môi trường Gọi a là số oxi hóa của S

trong X

*Quá trình oxi hóa Mg → Mg2+ + 2e

0 , 4

24

6 , 9

 mol → 0,4 mol 0,8 mol

Tổng số mol H2SO4 đã dùng là: 0 , 5mol

98

49



Số mol H2SO4 đã dùng để tạo muối bằng số mol Mg2+ = 0,4 mol

Vậy số mol H2SO4 đã dùng oxi hóa Mg là: 0,5 – 0,4 = 0,1 mol

*Quá trình khử: S+6 + (6-a)e → Sa

0,1mol → (6-a).0,1 mol Theo phương pháp bảo toàn electron ta có: (6-a).0,1 = 0,8 → a = -2

Vậy X là H2S

*Nhận xét: Nếu học sinh giải theo cách thông thường thì phải chia ra 3 trường hợp X là

H2S, S, SO2

Ví dụ 3: Cho 1,35g hỗn hợp A gồm Cu, Mg, Al tác dụng với HNO3 dư được 1,12 lít NO và

NO2 có khối lượng mol trung bình là 42,8 Biết các khí đo ở đktc Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là:

A 9,65 B 7,28 C 4,24 D 5,69

Hướng dẫn giải:

Từ thể tích hỗn hợp NO ; NO2 (1,12 lit) và khối lượng mol trung bình (42,8) ta tìm được số mol của NO và NO2 lần lượt là 0,01 mol và 0,04 mol

Gọi x, y, z lần lượt là số mol của Cu, Mg, Al trong 1,35g hỗn hợp

*Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2 (NO)

0,03 mol ← 0,01 mol

N+5 + 1e → N+4 (NO2 ) 0,04 mol ← 0,04 mol

*Quá trình oxi hóa: Cu → Cu2+ + 2e

xmol → x 2x

Mg → Mg2+ + 2e ymol → y 2y

Al → Al3+ + 3e zmol → z 3z Theo phương pháp bảo toàn electron ta có: 2x + 2y + 3z = 0,03 + 0,04 = 0,07

Từ đây, ta suy ra được khối lượng muối nitrat sinh ra là:

m = mCu(NO3)2 + mMg(NO3)2 + mAl(NO3)3

= 1,35 + 62 (2x + 2y + 3z)

= 1,35 + 62.0,07 = 5,69 g

Ví dụ 4: (Theo câu 5/136 SGK lớp 10 nâng cao) Hỗn hợp khí A gồm clo và oxi A phản

ứng vừa hết với một hỗn hợp gồm 4,8g Mg và 8,1g Al tạo ra 37,05g hỗn hợp các muối clorua và oxit của 2 kim loại Xác định thành phần % theo khối lượng và thể tích mỗi chất trong hỗn hợp A

Hướng dẫn giải:

Từ đề bài tìm được số mol của Mg và Al lần lượt là 0,2 mol và 0,3 mol

Goij x, y lần lượt là số mol của Cl2 và O2

*Quá trình oxi hóa: Al → Al3+ + 3e

0,3mol → 0,9 mol

Mg → Mg2+ + 2e 0,2mol → 0,4 mol

*Quá trình khử: Cl2 + 2e → 2Cl

-x → 2-x mol

O2 + 4e → 2O

2-y → 42-y mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 2x + 4y = 0,9 + 0,4 = 1,3 (1)

Theo định luật bảo toàn khối lượng: 71x + 32y + 4,8 + 8,1 = 37,05 (2)

Giải hệ (1) và (2) ta tìm được x, y và từ đó tìm được thành phần của các chất trong A

Ví dụ 5: (TS ĐH A 2007) Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1)Bằng axit

HNO3, thu được V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) và dung dịch Y chỉ chứa 2 muối và axit dư Tỉ khối của X đối với H2 bằng 19 Giá trị của V là:

7

-A 4,48 B 5,6 C 3,36 D 2,24

Hướng dẫn giải:

Từ tỉ khối của X đối với H2 ta tính được tỉ lệ mol 2 khí là 1:1 Đặt số mol mỗi khí là x Gọi số mol mỗi kim loại là y, ta có:

56y + 64 y = 12 → y = 0,1

*Quá trình oxi hóa Cu → Cu2+ + 2e

0,1mol → 0,2

Fe → Fe3+ + 3e 0,1mol → 0,3

*Quá trình khử N+5 + 3e → N+2 (NO)

3x mol ← x mol

N+5 + 1e → N+4 (NO2)

x mol ← x mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 3x + x = 0,2 + 0,3 → x = 0,125

Vậy, V = 0,125 x 22,.4 x 2 = 5,6 lit

*Nhận xét: Đối với ví dụ 3 và ví dụ 4 nếu học sinh giải theo cách thông thường thì học sinh

phải viết rất nhiều phương trình phản ứng, đặt nhiều ẩn số Từ giả thuyết kết hợp với kỹ thuật ghếp ẩn số toán học để suy ra đáp số

Ví dụ 6: (TSĐH B 2007) Nung m g bột sắt trong oxi, thu được 3 g hỗn hợp chất rắn X

Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 0,56 lit NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc) Giá trị của m là:

A 2,52 B 2,22 C 2,62 D 2,32

Hướng dẫn giải: Trong bài toán này hỗn hợp X gồm Fe và các 3 oxit của sắt nên ta chỉ cần

chú ý đến trạng thái đầu và trạng thái cuối của sắt

NNO = 0 , 025mol

4

,

22

56

,

0



nFe= m mol

56

Dựa vào định luật bảo toàn khối lượng ta có mO = 3 - m → nO = m mol

16

3 

*Quá trình oxi hóa: Fe → Fe3+ + 3e

mol m

56 → m mol

56 3

*Quá trình khử: O + 2e → O

2-16

3 m

→ 2

16

3 m

N+5 + 3e → N+2 (NO) 0,075 mol ← 0,025 mol

Theo phương pháp bảo toàn electron ta có:

16

) 3 ( 2 075 , 0 56



 m = 2,52 g

Ví dụ 7: Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 ở nhiệt độ cao một thời gian người ta thu được 6,72g hỗn hợp gồm 4 chất rắn khác nhau Đem hòa tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO3 dư thấy tạo thành 0,448 lít khí B duy nhất có tỉ khối so với H2 bằng 15 Giá trị m là:

A 5,56 B 6,64 C 7,2 D 8,81

Hướng dẫn giải:

MB = 15.2 = 30 → B là NO có số mol = 0,02mol

4 , 22

448 , 0



Ở bài toán này, ta nhận thấy sắt không bị thay đổi trạng thái oxi hóa.(trạng thái đầu và cuối sắt đều có số oxi hóa là +3) CO là chất khử, HNO3 là chất oxi hóa Vì vậy đặt số mol của

Co là x

*Quá trình nhận electron: N+5 + 3e → N+2 (NO)

0,06 mol ← 0,02 mol

*Quá trình nhường electron: C+2 → C+4 + 2e

x mol → x 2x Theo phương pháp bảo toàn electron: 2x = 0,06 → x = 0,03 mol

Ta có sơ đồ phản ứng: Fe2O3 + CO → A + CO2

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta suy ra được: m = 6,72 + mCO2 –mCO

→ m = 6,72 + 44.0,03 – 28.0,03 = 72, g

Ví dụ 8: Trộn 0,54g bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A trong dung dịch HNO3 được hỗn hợp khí gồm NO và NO2 có tỉ lệ số mol tương ứng là: 1:3 Thể tích (đktc) của khí NO, NO2 lần lượt là:

A 0,224 lit và 0,672 lit C 2,24 lit và 6,72 lit

B 0,672 lit và 0,224 lit D 6,72 lit và 2,24 lit

Hướng dẫn giải:

Xét trong cả quá trình, thực chất chỉ có Al thay đổi số oxi hóa nên ta có

*Quá trình oxi hóa Al → Al3+ + 3e

0,02mol → 0,06 mol Gọi x là số mol của NO → số mol NO2 là 3x mol

*Quá trình khử: N+5 + 3e → N+2 (NO)

3x mol ← x mol

N+5 + 1e → N+4 (NO2)

3x mol ← 3x mol Theo phương pháp bảo toàn electron ta có 6x = 0,06 → x = 0,01

9

-Vậy thể tích của NO và NO2 lần lượt là: 0,224 lit và 0,672 lit

Ví dụ 9: Hòa tan hết 16,3g hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe Trong dung dịch H2SO4 đặc nóng, thu được 0,55 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu được là:

A 51,8g B 55,2g C 69,1g D 82,9g

Hướng dẫn giải:

Cách thông thường:

Chất khử Mg, Al, Fe

Mg → Mg2+ + 2e xmol → x 2x

Al → Al3+ + 3e ymol → y 3y

Fe → Fe3+ + 3e zmol → z 3z Chất oxi hóa: S+6 + 2e → S+4

1,1 ← 0,55 mol Theo phương pháp bảo toàn electron: 2x + 3y + 3z = 1,1 (1)

Theo đề bài: 24x + 27y + 56z = 16,3 (2)

Khối lượng muối khan thu được bao gồm MgSO4, Al2(SO4)3 và Fe2(SO4)3

m = 120x + 171y + 200z

Để tính m ta lấy 48x (1) + ( 2) ta được m = 48.1,1 + 16,3 = 69,1 g

Cách tính nhanh: Áp dụng công thức tính số mol SO42- trong muối

Số mol SO42- tạo muối =

2

1

số mol e S+6 nhận = 0,55 mol Vậy khối lượng muối thu được là

m = mKL + mSO42- tạo muối = 16,3 + 96.0,55 = 69,1g

Ví dụ 10: Cho 18,4g hỗn hợp kim loại A và B tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HNO3

đặc và H2SO4 đặc, nóng thấy thoát ra 0,2 mol NO và 0,3 mol SO2 cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng muối khan thu được là:

A 42,2g B 63,3g C 79,6g D 84,4g

Hướng dẫn giải:

Trong bài toán này, nguyên tử khối và hóa trị của A, B chưa biết, nếu sử dụng các phương pháp thông thường sẽ gặp khó khăn trong việc đặt ẩn, giải hệ phương trình để tìm đáp số

Áp dụng công thức tính số mol nNO3-, nSO42- tạo muối chúng ta sẽ tìm kết quả dễ dàng hơn Quá trình nhận electron S+6 + 2e → S+4

0,6 ← 0,3 mol

N+5 + 3e → N+2 (NO)