Thiết lập sơ đồ phản ứng trong hoá học vô cơ phần các nguyên tố phi kim và ứng dụng trong giảng dạy hoá học phổ thông

LỜI CẢM ƠN Sau một khoảng thời gian tìm tòi, nghiên cứu, khoá luận tốt nghiệp với đề tài: “Thiết lập sơ đồ phản ứng trong hoá học vô cơ phần các nguyên tố phi kim và ứng dụng trong giản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HOÁ HỌC

======☼♦♦♦☼======

TRẦN THỊ VÂN ANH

THIẾT LẬP SƠ ĐỒ PHẢN ỨNG TRONG

HOÁ HỌC VÔ CƠ PHẦN CÁC

NGUYÊN TỐ PHI KIM VÀ ỨNG

DỤNG TRONG GIẢNG DẠY HOÁ HỌC

PHỔ THÔNG

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hoá vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

NGUYỄN VĂN QUANG

HÀ NỘI – 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HOÁ HỌC

======☼♦♦♦☼======

TRẦN THỊ VÂN ANH

THIẾT LẬP SƠ ĐỒ PHẢN ỨNG TRONG

HOÁ HỌC VÔ CƠ PHẦN CÁC

NGUYÊN TỐ PHI KIM VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY HOÁ HỌC PHỔ

THÔNG

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hoá vô cơ

HÀ NỘI – 2010

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian tìm tòi, nghiên cứu, khoá luận tốt nghiệp với

đề tài: “Thiết lập sơ đồ phản ứng trong hoá học vô cơ phần các nguyên tố

phi kim và ứng dụng trong giảng dạy hoá học phổ thông”, đã được hoàn

thành Ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em nhận được sự khích lệ, giúp

đỡ rất nhiều từ phía nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy

Nguyễn Văn Quang, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình xây dựng

và hoàn thiện khoá luận

Em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa hoá học Trường Đại Học

Sư Phạm Hà Nội 2 đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập

Và đặc biệt, em xin cảm ơn các thầy cô và các em học sinh Trường THPT Văn Giang – Hưng Yên đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài này

Mặc dù bản thân em đã hết sức cố gắng nhưng việc thực hiện khoá luận không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, em kính mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và bạn bè!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 5 tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Trần Thị Vân Anh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan khoá luận này là kết quả nghiên cứu của bản thân tôi Những kết quả thu đƣợc là hoàn chân thực và chƣa có một đề án nghiên cứu nào Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Sinh viên

Trần Thị Vân Anh

MỤC LỤC

Trang MỞĐẦU……….……… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……….……… 2

1.1 Tính chất hoá học của halogen……… …… ……… 2

1.2 Tính chất hoá học của oxi – lưu huỳnh……….………… 7

1.3 Tính chất hoá học của nitơ – photpho……… 14

1.4 Vị trí các kiến thức về nhóm Halogen, Oxi- Lưu huỳnh, Nitơ-Photpho trong chương trình hoá học phổ thông……….…….21

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU……… 22

2.1 Phương pháp nghiên cứu……… ……….…22

2.2 Mục đích nghiên cứu……… …… 23

2.3 Đối tượng nghiên cứu……….…23

2.4 Nhiệm vụ nghiên cứu……… … ………… 23

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN…….……… 24

3.1 Sơ đồ hoá phản ứng của nhóm Halogen……….24

3.2 Sơ đồ hoá phản ứng của Oxi – Lưu huỳnh……… ……… 34

3.3 Sơ đồ hoá phản ứng của Nitơ – Photpho ……… …… 42

3.4 Vận dụng sơ đồ hoá phản ứng vô cơ vào giảng dạy hoá học vô cơ ở trường phổ thông……… ………… ……….… 49

KẾT LUẬN……….… 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ………… 55

PHỤ LỤC……….………… 56

ĐỀ LỚP 10 KIỂM TRA HOÁ (đề gốc) và đáp án……….56

ĐỀ LỚP 11 KIỂM TRA HOÁ (đề gốc) và đáp án……… … 59

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hoá học là môn khoa học nghiên cứu về chất, sự biến đổi của chất Nó vừa có tính lý thuyết, vừa có tính thực nghiệm và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất Hai mảng lý thuyết chủ đạo của hoá học là Vô cơ và Hữu cơ Mỗi mảng đi nghiên cứu sâu về một vấn đề nhất định Tuy nhiên, hai mảng này lại không tách rời mà luôn có sự liên quan thống nhất với nhau Vì vậy, các lý thuyết hoá học nói chung và cả lý thuyết vô cơ nói riêng đều có sự móc xích liên quan lẫn nhau, muốn tiếp thu kiến thức mới phải dựa trên nền tảng kiến thức đã biết Vì vậy, việc ôn tập, củng cố và khắc sâu kiến thức cho học sinh là một trong những nhiệm vụ rất quan trọng của người giáo viên Là một giáo viên tương lai, tôi cần phải làm như thế nào?

Có rất nhiều phương pháp khác nhau giúp cho việc ôn tập và củng cố

kiến thức cho học sinh Trong đó, việc sử dụng “Sơ đồ phản ứng” là công cụ

đơn giản và hữu hiệu giúp cho người học củng cố, ôn tập và kiểm tra kiến thức đã tiếp thu

Với lý do trên tôi đã chọn đề tài:

“Thiết lập sơ đồ phản ứng trong hoá học vô cơ phần các nguyên tố phi kim và ứng dụng trong giảng dạy hoá học phổ thông”

Với đề tài này, tôi hy vọng sẽ góp phần nâng cao việc giảng dạy lý thuyết hoá vô cơ, giúp cho học sinh có nền tảng kiến thức hoá học vững chắc

và rèn kỹ năng viết phương trình hoá học của phản ứng

2 Nội dung nghiên cứu

Thiết lập sơ đồ phản ứng cho nhóm Halogen, Oxi – Lưu huỳnh, Nitơ – Photpho

Vận dụng sơ đồ hoá phản ứng trong giảng dạy hoá học ở phổ thông và thử nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Tính chất hoá học điển hình là tính oxi hóa mạnh, hoạt tính đó giảm dần

 Tác dụng với phi kim

+ Tác dụng với H2 : H2  X2  2HXKhả năng phản ứng giảm dần từ F đến I

3I2 + 6NaOH  5NaI + NaIO3 + 3H2O

 Tác dụng với muối của các halogen khác

Halogen mạnh đẩy halogen yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó

Iot còn có khả năng tạo ra những hợp chất trong đó Iot ở dạng cation

I2 + AgNO3  AgI + INO3 (Kém bền)

 Điều chế Br2, I2: Cl2 vừa đủ + 2NaBr  2NaCl + Br2

Cl2 vừa đủ + 2NaI  2NaCl + I2

1.1.5 Một số hợp chất của Halogen

1.1.5.1 Hiđrohalogenua và axit Halogenhiđric (HX)

- Khí hiđrohalogenua (HX) khô không có tính axit

- Khí hiđrohologenua tan vào trong nước tạo thành dung dịch có tính

axit và được gọi là axit halogenhiđric

HX + H2O     H3O+

+ X- Tính axit tăng theo dãy axit: HF < HCl < HBr < HI

 Tính chất hoá học của axit halogenhiđric

- Làm đổi màu chỉ thị: Làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ

- Tác dụng với bazơ

HCl + NaOH  NaCl +H2O

(Riêng 2HF +NaOH  NaHF2 + H2O)

- Tác dụng với oxit bazơ

Ngoài ra SiO2 + 4HF  SiF4 + 2H2O

Nếu HF dư SiF4 + 2HF  H2SiF6 (Axit Hexaflosilixic)

- Tính khử: HF không thể hiện tính khử, HCl chỉ thể hiện tính khử khi

tác dụng với những chất oxi hoá mạnh, còn HBr và nhất là HI có tính khử

mạnh

MnO2 + 4HCl to MnCl2 + Cl2 + 2H2O

ClO- phân huỷ nhanh ở 750C

Ở nhiệt độ thường: Cl2 + 2KOH  KCl + KClO + H2O

Khi đun nóng: 3Cl2 + 6KOH to 5KCl + KClO3 + 3H2O

-BrOphân huỷ chậm ở 0oC, phân huỷ nhanh ở nhiệt độ thường

- IO phân huỷ ở tất cả các nhiệt độ

3I2 + 6KOH  5KI + KIO3 + 3H2O

Axit Hipohalogenơ và muối hipohalogenit đều là những chất oxi hoá mạnh, tính oxi hoá giảm dần từ clo đến iot

3ClO + 2NH3  N2 + 3Cl + 3H2O

1.1.5.3 Axit Halogenơ (HXO 2 )

 Người ta chỉ biết đến axit clorơ HClO2

Axit clorơ là hợp chất không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch và phân huỷ một phần: 4HClO2  2ClO2 + HClO3 + HCl + H2O

Axit clorơ có độ axit trung bình, có hằng số phân ly là K  2

10

 Muối Clorit bền hơn axit clorơ

NaClO2 được điều chế: 2ClO2 + Na2O2  2NaClO2 + O2

Khi đun nóng: 3NaClO2  NaCl + 2NaClO3

Điều chế: Ba(ClO2)2 + H2SO4  2HClO2 + BaSO4 

Huyền phù

 Axit HXO3 là những axit mạnh một nấc lực axit giảm dần từ Cl đến I

 Cả 3 axit HXO3 (HClO3, HBrO3, HIO3) đều là chất oxi hoá mạnh tính oxi hoá giảm từ clo đến iot

- Tác dụng với S, P, As, SO2

4HClO3 + 5S  2Cl2 + 5SO2 + 2H2O

- Giấy hay bông bốc cháy ngay khi tiếp xúc với dd HClO3 40%

 Điều chế: cho Halogenat tác dụng với axit H2SO4

Ba(ClO3)2 + H2SO4  2HClO3 + BaSO4¯

Riêng HIO3: 3I2 + 10HNO3  6HIO3 + 10NO­ + 2H2O

 Muối halogenat bền hơn axit tương ứng trong môi trường trung tính, nhưng muối halogenat có tính oxi hoá yếu hơn axit

Các muối halogenat đều không bền với nhiệt dễ bị phân huỷ tạo oxi 2KClO3 400 Co 2KCl + 3O2­

2NH4ClO3 90 Co N2­ + Cl2 ­ + O2­ + 4H2O

HClO4: axit pecloric là axit mạnh nhất

Axit pecloric khan là chất oxi hoá mạnh trong khi đó ở dung dịch loãng hầu như không có tính oxi hoá Nhưng trong môi trường axit mạnh:

4

ClO + 8H+ + 8e     Cl

+ 4H2O

1.2 Tính chất hoá học của Oxi – Lưu huỳnh

8O) Oxi là nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hoá mạnh

 Tác dụng với kim loại: Oxi phản ứng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt ) 4Na + O2 to 2Na2O

 Tác dụng với phi kim

 Trong phòng thí nghiệm: bằng phản ứng phân huỷ những hợp chất oxi, kém bền với nhiệt nhƣ KMnO4, KClO3, H2O2

2H2O2 MnO 2 2H2O + O2

 Trong công nghiệp

- Đi từ không khí: Chƣng cất phân đoạn không khí lỏng thu đƣợc khí Oxi ở -183o

Ozon là một chất có tính oxi hoá mạnh, mạnh hơn Oxi

+ Ozon oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt)

- Ở trên tầng cao của khí quyển: 3O2 UV 2O3

Bột Mg và Al đang cháy sẽ tiếp tục cháy trong hơi nước ở 1000

C, các kim loại như Fe, Zn, Ni, phản ứng thuận nghịch với nước ở to

cao Nước còn là chất xúc tác: 2NO + O2 ¾ ¾ ¾®h¬i H O 2 2NO2

1.2.4 Tính chất hoá học của Lưu huỳnh

Lưu huỳnh là một nguyên tố tương đối hoạt động, đặc biệt là khi đun nóng

 Lưu huỳnh thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với H2 và kim loại

 Lưu huỳnh thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hoá

- Với những nguyên tố phi kim hoạt động như clo, flo, oxi,

1.2.5 Sản xuất Lưu huỳnh

 Khai thác lưu huỳnh: trong lòng đất

 Sản xuất lưu huỳnh từ hợp chất

- Đốt H2S trong điều kiện thiếu không khí

- Sunfua kim loại kiềm và kiềm thổ

BaSO4 + 4C 600 800 C o BaS + 4CO

- Các sunfua kim loại dễ tan: H2S + 2NaOH  Na2S + 2H2O

- Các sunfua ít tan của các kim loại nặng

Đốt quặng sunfua kim loại:

4FeS2 + 11O2 to 2Fe2O3 + 8SO2 

Dung dịch H2SO4 loãng có các tính chất chung của axit

- Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ

- Tác dụng với kim loại hoạt động giải phóng khí hiđro

- Phương pháp tiếp xúc: gồm 3 công đoạn

 Muối Sunfat: Có 2 loại muối

- Muối trung hoà (muối sunfat): Na2SO4, BaSO4,…

- Muối axit (muối hiđrosunfat): NaHSO4, Ba(HSO4)2,…

 Nhận biết ion sunfat: dùng ion 2

Ba  tạo BaSO4 kết tủa trắng

H2SO4(dd) + BaCl2(dd)  BaSO4 + 2HCl(dd)

Na2SO4(dd) + BaCl2(dd)  BaSO4 + 2NaCl(dd)

1.3 Tính chất hoá học của Nitơ - Photpho

1.3.1 Tính chất hoá học của Nitơ

- Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hoá học, chỉ tác dụng với Li 6Lio + No2  2Li31N3

- Ở nhiệt độ cao, nitơ trở lên hoạt động hơn

No2 + 3Mgo 600 Co Mg32N23

+ Tính khử: N2 + O2

o

3000 C tialöa®iÖn

+ Tác dụng với muối: Al3+ 3NH3 + 3H2OAl(OH)3+ 3NH+4

- Khả năng tạo phức với một số ion: Cu2, Ag, Zn2,

4N H  3F  N F   3NH F

I2 tác dụng với dung dịch NH3 tạo kết tủa đen (NI3.NH3)

+ Tác dụng với oxit kim loại

+ Tác dụng với bazơ HNO3  NaOH NaNO3  H O2 + Tác dụng với muối

CaCO32HNO3Ca(NO )3 2H O CO2  2

+ Tác dụng với kim loại

Fe + 2HNO3 (rất loãng) ¾ ¾® Fe(NO3)2 + H2

- Tính oxi hoá mạnh

+ Với kim loại

HNO3 oxi hoá hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt)sản phẩm khử khác nhau tuỳ thuộc nồng độ HNO3 và tính khử của kim loại

3

M  HNO  muối + H2O +X(NO2, NO, N2O, N2, NH4, ) (Muối ở trạng thái hoá trị cao nhất)

Fe + 4HNO3(l) ¾ ¾® Fe(NO3)3 + NO­ + 2H2O

Al, Fe, Cr, bị thụ động hoá trong HNO3 đặc, nguội

+ Với phi kim

HNO3 đặc oxi hoá đƣợc nhiều phi kim nhƣ C, S, P, đƣa phi kim lên trạng thái oxi hoá cao nhất

3H2S + 2HNO3(loãng)  3S + 2NO  + 4H2O

Nhiều chất hữu cơ bị phá huỷ hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với axit HNO3 đặc

 Điều chế HNO3

- Trong phòng thí nghiệm:

KNO3(rắn) + H2SO4(đặc)¾ ¾® KHSO4+ HNO3

- Trong công nghiệp: đi từ NH3, gồm 3 giai đoạn:

- Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước

- Có tính oxi hoá trong môi trường axit

+ Muối nitrat của Ag, Au, Hg, bị phân huỷ thành kim loại tương ứng

NO2 và O2: 2AgNO3 to 2Ag  2NO2   O2 1.3.4 Tính chất hoá học của Photpho

 Riêng P trắng có thể giải phóng kim loại khỏi dung dịch muối Au, Ag,

Pb, Cu: P 5AgNO3  4H O2 5Ag  H PO3 4 5HNO3

H3PO4 thể hiện đầy đủ tính chất của một axit:

+ Làm đổi màu quỳ tím thành đỏ

+ Tác dụng với kim loại: 2H PO3 4  3Zn  Zn (PO )3 4 2  3H2 + Tác dụng với oxit bazơ:2H PO3 4 3CaOCa (PO )3 4 2 3H O2

+ Tác dụng với bazơ: H3PO4 + 3NaOH ¾ ¾® Na3PO4 + 3H2O + Tác dụng với muối

 Nhóm Halogen: Chương 5/ SGK hóa học lớp 10

 Oxi- Lưu huỳnh: Chương 6/SGK hóa học lớp 10

 Nitơ- Photpho: Chương 2/ SGK hóa học lớp 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Tìm hiểu vấn đề lý thuyết liên quan đến phần nghiên cứu, các phản ứng

có liên quan đến các chất vô cơ được giảng dạy trong môi trường phổ thông

Tổng hợp và xử lý tài liệu bằng phương pháp khái quát hoá, thống kê logic

 Tổng hợp: Sau khi có kết quả của bài kiểm tra sẽ tổng hợp để đánh giá kết quả thu được

 So sánh: So sánh kết quả giữa các lớp đã tiến hành kiểm tra

Vận dụng sơ đồ phản ứng trong giảng dạy tiết luyện tập để ôn tập, củng

cố kiến thức

2.2 Mục đích nghiên cứu

Xem xét mối quan hệ giữa các chất vô cơ (cụ thể là nhóm Halogen, Oxi – Lưu huỳnh, Nitơ – Photpho và các hợp chất của chúng) thông qua tính chất, điều chế để từ đó thiết lập nên sơ đồ phản ứng nhằm phục vụ cho việc giảng dạy hoá học ở trường phổ thông

Việc thiết lập sơ đồ phản ứng còn giúp cho học sinh dễ học, tư duy linh hoạt, kiến thức được củng cố, mở rộng, đào sâu Ngoài ra, còn giúp cho học sinh các kỹ năng viết phương trình hoá học

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Một số chất vô cơ thuộc phần phi kim: các đơn chất và các hợp chất (axit, bazơ, muối,…) của Halogen, Oxi – Lưu huỳnh, Nitơ – Photpho (các chất này liên quan đến chương trình hoá học lớp 10, 11 trung học phổ thông) được sử dụng để sơ đồ hoá phản ứng

Học sinh trung học phổ thông

2.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Sơ đồ hoá phản ứng vô cơ liên quan đến Halogen, Oxi – Lưu huỳnh, Nitơ – Photpho

Thử nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Sơ đồ hoá phản ứng của nhóm Halogen

3.1.1 Dạng 1: Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa các chất mà trong sơ đồ tất cả các chất đều biết

Để thiết lập nên sơ đồ dạng này người ta dựa vào tính chất hoá học cũng như các phương pháp điều chế các chất nhóm halogen từ đó sơ đồ hoá phản ứng tạo thành sơ đồ phản ứng

Dạng này khá đơn giản, dễ làm bởi trong sơ đồ các chất đều đã biết, học sinh chỉ cần tìm chất phản ứng với nó hay điều kiện của phản ứng là viết được phương trình hoá học của phản ứng

VD: Sơ đồ hóa phản ứng vô cơ thể hiện tính chất hoá học của clo

Để thiết lập được sơ đồ dạng này ta đi từ tính chất của clo là một phi kim hoạt động mạnh, tác dụng với hiđro, tác dụng với nước, với dung dịch kiềm, với kim loại

Để điều chế clo trong phòng thí nghiệm người ta tiến hành cho HCl tác dụng với chất oxi hoá mạnh (MnO2, KClO3,…), còn trong công nghiệp tiến hành điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp

Từ các tính chất trên ta thiết lập được một số sơ đồ sau:

đđ đđ đ

2

k m.n t