SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT HÀM RỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM GIÚP HỌC SINH LỚP 11 TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG GIẢI BÀI TẬP HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI VỚI LƯU HUỲNH TÁC DỤNG VỚI AXIT NI
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
GIÚP HỌC SINH LỚP 11 TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG GIẢI BÀI TẬP HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI VỚI LƯU
HUỲNH TÁC DỤNG VỚI AXIT NITRIC
Người thực hiện: Bùi Thị Bích Ngọc Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc môn: Hóa học
THANH HÓA NĂM 2016
Trang 2MỤC LỤC TRANG
1 MỞ ĐẦU
- Lý do chọn đề tài
- Mục đích nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu
1 1 1 2 2
2 NỘI DUNG
2.1 Cơ sở lý luận
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến
2.3 Các phương pháp đã sử dụng
2.4 Các ví dụ minh họa
2.5 Hiệu quả sáng kiến kinh nghiệm
3 3 3 3 3 9
3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
- Kết luận
- Kiến nghị
12 12 12
1 MỞ ĐẦU
Trang 3Lý do chọn đề tài
Trong học tập hoá học, việc giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng Ngoài việc rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động; bài tập hoá học còn được dùng để ôn tập, rèn luyện một số
kỹ năng về hoá học Thông qua giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập
Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Mỗi bài tập có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau, cách tiếp cận kiến thức khác nhau Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh nắm vững hơn bản chất của các hiện tượng hoá học
Qua quá trình giảng dạy học sinh lớp 11 ở chương I - Sự điện li và chương
II – Nhóm nitơ, tôi cảm thấy học sinh lúng túng trong giải quyết một số bài tập khi cho hợp chất của kim loại với lưu huỳnh tác dụng với axit nitric HNO3 Đặc biệt các em thấy khó viết phương trình phản ứng và xác định được sản phẩm phản ứng Để giải một bài toán có rất nhiều phương pháp Việc vận dụng cùng lúc các phương pháp khác nhau để giải bài tập hoá học đã tỏ ra có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khi các kỳ thi ngày nay đã chuyển đổi sang dạng câu hỏi TNKQ Một số tác giả khác cũng đã đề cập đến nhiều phương pháp giải bài tập khác nhau trong một số tài liệu tham khảo Tuy nhiên, ở đó cũng mới chỉ dừng lại ở việc giải một số bài tập đơn lẻ mà chưa có tính khái quát, có tính tổng thể Chính vì vậy, tôi chọn viết đề tài này nhằm giới thiệu với các thầy cô giáo
và học sinh phương pháp giải một số bài tập về hợp chất của kim loại với lưu huỳnh tác dụng với axit nitric Thông qua phương pháp này, tôi muốn giới thiệu cách kết hợp các phương pháp khác nhau trong giảng dạy rất có hiệu quả mà không cần viết phương trình phản ứng Vận dụng được các phương pháp này sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hoá học được thuận lợi hơn rất nhiều, bồi dưỡng được niềm đam mê bộ môn cho học sinh, đặc biệt là công tác bồi dưỡng học sinh giỏi
Đề tài được viết dựa trên cơ sở giải một số bài tập điển hình bằng cách kết hợp nhiều phương pháp khác nhau Tổ chức giảng dạy ở một lớp, đánh giá việc học sinh vận dụng các phương pháp này sau khi đã được học tập So sánh kết quả làm bài với học sinh của một lớp khác không được giới thiệu các phương pháp Trên cơ sở kết quả thu được, đánh giá được ưu điểm và khái quát thành các phương pháp chung cho một số dạng bài tập phần này
Mục đích nghiên cứu
Qua thực tế giảng dạy học sinh khối lớp 11, nhận thấy học sinh còn lúng túng trong các dạng bài tập vận dụng sự điện li trong dung dịch với các phương pháp bảo toàn electron, phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên
tố Trong số những dạng bài tập đó tôi lựa chọn bài tập khi cho hợp chất của kim loại với lưu huỳnh tác dụng với axit nitric có tác dụng kích thích tính chủ động, sáng tạo, hứng thú trong môn học Đó là mục đích thôi thúc tôi tìm tòi, nghiên cứu sáng kiến trên
Đối tượng được nghiên cứu
- Các phương pháp dạy học tích cực
- Các bài dạy trong chương trình THPT
- Học sinh khối lớp 11 (học kì I)
Trang 4- Học sinh lớp 12 (ôn thi đại học và học sinh giỏi)
Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình học tập, giảng dạy và nghiên cứu kiến thức này tôi tập trung giải quyết các vấn đề sau:
- Một là nghiên cứu kĩ lý thuyết trong sách giáo khoa
- Hai là nghiên cứu tình hình thực tiễn ở đề thi để đưa ra những câu hỏi sát
với thực tế giúp học sinh dễ nhận thấy và nắm được vấn đề
- Ba là nghiên cứu khả năng tiếp thu của học sinh trường THPT Hàm Rồng
để có những cách trình bày thật dễ hiểu, phù hợp với từng đối tượng học sinh
- Bốn là vận dụng phương pháp giải bài tập vào thực tiễn giảng dạy của mình, học tập của học sinh, cũng như thu thập ý kiến phản hồi từ học sinh và đồng nghiệp, rút kinh nghiệm sữa chữa, bổ sung, hoàn thiện hơn
Trang 52 NỘI DUNG
2.1 Cơ sở lý luận
• Dựa trên nội dung của bộ SGK 10, 11, 12 do bộ giáo dục phát hành
• Dựa trên bài tập của bộ sách bài tập hóa học đang dùng trong trường
• Dựa trên nội dung của các đề thi do bộ giáo dục ra
Đó là 3 cơ sở vững chắc để tôi chọn, nghiên cứu và viết sáng kiến kinh nghiệm này
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến
Trong những năm gần đây bài tập về hợp chất của kim loại với lưu huỳnh tác dụng với axit nitric được sử dụng tương đối nhiều trong các đề thi ĐH – CĐ;
đề thi HSG cấp tỉnh; đề thi HSG Casio… Sở dĩ như vậy vì:
- Tính chất của muối sunfua khá phức tạp; các phản ứng của muối sunfua thường có qui luật nhưng cũng có rất nhiều trường hợp đặc biệt; đòi hỏi người viết phản ứng đó phải có một kiến thức khá sâu mới hiểu hết được về phản ứng đó
- Việc cân bằng phản ứng này cũng khó hơn so với các phương trình oxi hóa khử đơn giản khác
Từ những thực trạng trên tôi thấy việc viết sáng kiến kinh nghiệm trên là
rất cần thiết cho giáo viên hóa học cũng như học sinh lớp 11 bậc THPT
2.3 Các phương pháp đã sử dụng
Để giải quyết các bài toán này mà không viết phương trình phản ứng, tôi đã kết hợp các phương pháp cơ bản sau:
- Phương pháp bảo toàn electron
- Phương pháp bảo toàn nguyên tố
- Phương pháp bảo toàn khối lượng
- Phương pháp bảo toàn điện tích các ion trong dung dịch
2.4 Các ví dụ minh họa
Ví dụ 1:
Hòa tan hoàn toàn 0,1 mol FeS2 trong 200 ml dung dịch HNO3 4M, thu được dung dịch X và một chất khí thoát ra Dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 đều là NO; trong dung dịch xảy ra phản ứng: Cu + Fe3+ → Cu2+ + Fe2+ Tính m
(Dựa theo đề thi TS ĐH - Năm 2013)
Lời giải:
Coi FeS2 được sinh ra từ Fe và S
Quá trình oxi hóa khử:
Fe → Fe2+ + 2e
0,1 0,1 0,2 (mol)
Cu → Cu2+ + 2e
y y 2y (mol)
S → S+6 + 6e
0,2 0,2 1,2 (mol)
N+5 + 3e → NO
x 3x x (mol)
- Nếu dung dịch sau phản ứng cón H+ thì NO3- hết → x= 0,8 vô lí
Vậy dung dịch sau phản ứng không còn H+
Trang 6→ Dung dịch sau phản ứng chứa: Cu2+ , Fe2+, SO42-, NO3-.
- Bảo toàn điện tích ta có: 0,1.2 + 2y = 0,2.2 + (0,8-x)
- Bảo toàn e có: 0,2 + 2y + 1,2 = (0,8-x).3
Giải ra ta được y = 0,2 → m = 12,8 gam
Ví dụ 2:
Hòa tan m gam hỗn hợp X gồm a mol FeS2 và b mol Cu2S bằng lượng vừa
đủ dung dịch HNO3 thì thu được dd Y chỉ chứa 2 muối sunfat của 2 kim loại và giải phóng khí NO2 duy nhất
a Tìm mối liên hệ của a và b
b Tính m, biết cô cạn Y thu được 47,2 gam chất rắn khan
c Tính số mol HNO3 cần dùng
(Dựa theo đề thi TS ĐH - Năm 2012)
Lời giải:
a Gọi số mol của FeS2 và Cu2S lần lượt là a và b (mol)
Sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron
FeS2 → Fe+3 + 2SO42- + 15 e
a a 2a 15a (mol)
Cu2S → 2Cu+2 + SO42- + 10 e
b 2b b 10b (mol)
N+5 + 1 e → N+4
(15a + 10b) (15a + 10b)
- Vì dung dịch thu được chỉ chứa muối sunfat nên theo ĐLBT ĐT ta có
3.a + 2.2b = 2.(2a + b)
→ Mối liên hệ là: a = b (1)
b Vì cô cạn dung dịch Y được 47,2 gam rắn ta có phương trình :
56.a + 64.2b + 96.(2a + b) = 47,2 (2) Giải hệ kết hợp (1) và (2) ta có : a = b = 0,1 mol → m = 28 gam
c Sử dụng phương pháp bảo toàn electron ta có số mol NO2 là
15a + 10b = 2,5 mol
- Vì dung dịch chỉ chứa muối sunfat nên theo ĐLBT nguyên tố N ta có :
Số mol HNO3 = số mol NO2 = 2,5 mol
Ví dụ 3:
Cho 18,4 gam hỗn hợp X gồm Cu2S, CuS, FeS2 và FeS tác dụng hết với HNO3 (đặc nóng dư) thu được V lít khí chỉ có NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch Y Cho toàn bộ Y vào một lượng dư dung dịch BaCl2, thu được 46,6 gam kết tủa, còn khi cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch NH3 dư thu được 10,7 gam kết tủa
a Tính V
b Tính khối lượng muối thu được trong dung dịch Y
c Tính số mol HNO3 đã tham gia phản ứng
(Dựa theo đề thi ĐH khối A năm 2010)
Lời giải:
- Sử dụng phương pháp qui đổi hỗn hợp X thành Cuo, Feo và So với số mol tương ứng là a, b, c (mol)
- Theo phương pháp BT electron ta có :
Trang 7Cuo → Cu+2 + 2 e
a a 2a (mol)
Feo → Fe+3 + 3 e
b b 3b (mol)
So → S+6 + 6 e
c c 6c (mol)
N+5 + 1 e → N+4
(2a + 3b + 6c) (2a + 3b + 6c)
- Cho BaCl2 dư vào dung dịch Y, có phương trình :
Ba2+ + SO42- → BaSO4 ↓ Theo ĐLBT nguyên tố S: số mol BaSO4 = c = 46,6 : 233 = 0,2 mol
- Cho NH3 dư vào dung dịch Y, có phương trình :
Fe3+ + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3NH4+
Cu2+ + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2 ↓ + 2NH4+
Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2
Theo ĐLBT nguyên tố Fe : số mol Fe(OH)3 = b = 10,7 : 107 = 0,1 mol
- Theo ĐLBT khối lượng :
Số mol Cu = a = (18,4 – 0,1.56 – 0,2.32) : 64 = 0,1 mol
a) - Theo BT electron :
Số mol NO2 = 2a + 3b + 6c = 1,7 mol → V = 38,08 lit
b) – Dung dịch Y gồm : 0,1 mol Fe3+ ; 0,1 mol Cu2+ ; 0,2 mol SO42- và chỉ có thể
NO3- với số mol theo ĐLBT điện tích là : 0,1.3 + 0,1.2 – 0,2.2 = 0,1 mol
Khối lượng muối trong Y là : 0,1.56 + 0,1.64 + 0,2.96 + 0,1.62 = 37,4 gam c) – Theo ĐLBT nguyên tố N :
Số mol HNO3 phản ứng là : 1,7 + 0,1 = 1,8 mol
Ví dụ 4:
Hòa tan vừa hết hỗn hợp A gồm FeS và Fe3O4 trong 500 ml dung dịch HNO3 (vừa đủ) thì thu được dung dịch B và 896 ml (đktc) khí NO Cho B tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc lấy kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thì thu được 10,33 gam chất rắn
a Tính khối lượng muối trong B
b Tính nồng độ CM của dung dịch axit đã dùng
(Dựa theo đề thi thử ĐH KHTN - 2014)
Lời giải:
Các quá trình oxi hóa, khử xảy ra:
FeS → Fe+3 + S+6 + 9e
x x x 9x (mol)
Fe3O4 → 3 Fe+3 + 1e
y 3y y (mol)
Dung dịch B có: Fe3+, SO42- và H+ hoặc NO3- dư:
Ba2+ + SO42- → BaSO4
x x (mol)
Fe3+ + 3 OH- → Fe(OH)3
(x + 3y) (x + 3y) (mol)
2 Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3 H2O
2
3y
Trang 8Gọi x, y là số mol FeS và Fe3O4 trong A, ta có:
3x + y = 3 0,04 (mol)
233x + 160
2
3y
x+ = 10,33 (gam)
Giải hệ phương trình được: x = 0,01 và y = 0,03 (mol)
+ Dung dịch B có: 0,01 + 3 0,03 = 0,1 (mol) Fe3+ và 0,01 mol SO42- + Vì dung dịch trung hòa về điện nên dễ thấy B còn có NO3- (H+ hết):
Số mol NO3-: 3 0,1 – 2 0,01 = 0,28 (mol) a) Khối lượng muối trong B là
0,1.56 +0,01.56 + 0,28.62 = 23,92 gam b) Theo ĐLBT nguyên tố N:
Số mol HNO3 = Số mol NO3- = 0,28 + 0,04 = 0,32 (mol)
→ [HNO3] =
5 , 0
32 , 0
= 0,64 (M)
Ví dụ 5:
Hòa tan m gam hỗn hợp A gồm Fe3O4 và FeS2 trong 150 gam dung dịch HNO3 thì thu được 34,272 lit khí NO2 (đktc) và dung dịch B Biết dung dịch B tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 0,2M Lọc lấy kết tủa nung đến khối lượng không đổi được 57 gam chất rắn
a Tính m
b Tính nồng độ C% của dd HNO3 ban đầu
(Dựa theo đề thi thử ĐH KHTN - Năm 2014)
Lời giải:
Các quá trình oxi hóa, khử xảy ra:
FeS2 → Fe+3 + 2S+6 + 15e
x x 2x 15x (mol)
Fe3O4 → 3Fe+3 + 1e
y 3y y (mol)
Dung dịch B có: Fe3+, SO42- và H+ hoặc NO3- dư:
Ba2+ + SO42- → BaSO4
2x 2x (mol)
Fe3+ + 3 OH- → Fe(OH)3
(x + 3y) (x + 3y) (mol)
2 Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3 H2O
2
3y
Gọi x, y là số mol FeS và Fe3O4 trong A, ta có:
15x + y = 1,53.1 (mol)
233.2x + 160
2
3y
x+
= 57 (gam) a) Giải hệ phương trình được: x = 0,01 và y = 0,1 (mol) → m = 14,32 gam b) + Dung dịch B có: 0,1 + 3 0,01 = 0,13 (mol) Fe3+ và 0,2 mol SO42-
Trang 9+ Vì dung dịch trung hòa về điện nên dễ thấy B còn có H+ (giả sử HNO3
hết):
Số mol H+ : 2 0,2 – 3 0,13 = 0,01 (mol) Trung hòa B thu được
H+ + OH- → H2O 0,04mol 0,04 mol
Tổng số mol H+ trong HNO3 dư sau phản ứng là: 0,04 – 0,01 = 0,03
- Số mol HNO3 đã lấy = số mol HNO3 phản ứng + số mol HNO3 dư
= số mol NO2 + số mol H+ dư = 1,53 + 0,03 = 1,56 mol
→ C%(HNO3) = 65,52%
Ví dụ 6:
Hỗn hợp X gồm FeS2 và một muối sunfua của kim loại M (M có hóa trị II không đổi) có số mol bằng nhau Cho 6,51 gam hỗn hợp X tác dụng với lượng tối thiểu dung dịch HNO3 đun nóng, phản ứng kết thúc được dung dịch Y và 13,216 lit (đktc) hỗn hợp khí Z có khối lượng là 26,34 gam gồm NO2, NO
a Xác định M
b Thêm 90ml dung dịch Ba(OH)2 1M vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa Tính m
(Câu hỏi trong đề thi TS CĐ khối A - Năm 2010)
Lời giải:
- Các quá trinh oxi hóa khử xảy ra là
FeS2 → Fe3+ + 2S+6 + 15e
a a 2a 15a
MS → M+2 + S+6 + 8e
b b b 8b
N+5 + 1e → N+4
x x x
N+5 + 3e → N+2
y 3y y
- Gọi x, y lần lượt là số mol của NO2 và NO Ta có hệ :
x + y = 0,59 (mol)
46 x + 30y = 26,34 (gam)
→ x = 0,54 mol ; y = 0,05 mol
- Theo ĐLBT electron ta có : 23a = x + 3y = 0,54 + 3.0,05 = 0,69
→ a = 0,03 mol
Mặt khác, mX = a (56 + 32.2) + a.(M + 32) = 120a + (M + 32).a = 6,51
a) → M = 65 (Zn)
b) Dung dịch sau phản ứng gồm :
0,03 mol Fe3+ ; 0,03 mol Zn2+ ; 0,09 mol SO42- Theo ĐLBT điện tích ion H+ dư 0,09.2 – 0,03.3 – 0,03.1 = 0,03 mol
- Thêm Ba(OH)2 vào dung dịch sau phản ứng có các phương trình sau :
H+ + OH- → H2O
0,03 0,03 (mol)
Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 ↓
0,03 0,09 0,03 (mol)
Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2 ↓
Ba2+ + SO42- → BaSO4 ↓ 0,09 0,09 0,09 (mol)
Trang 100,03 0,06 0,03 (mol)
→ OH- vừa hết, Zn(OH)2 không tan
- Khối lượng kết tủa thu được là :
0,03 107 + 0,03 99 + 0,09 233 = 27,15 gam
Ví dụ 7:
Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm FeS2 và Fe3O4 bằng 100g dung dịch HNO3
a% vừa đủ thu được 15,344 lít hỗn hợp khí gồm NO và NO2 (không tạo thêm
sản phẩm khử khác) có khối lượng 31,35g và dung dịch chỉ chứa 30,15 gam hỗn
hợp muối Giá trị của a là?
(Đề thi thử ĐH)
Lời giải:
- Các quá trình oxi hóa khử xảy ra là
FeS2 → Fe3+ + 2S+6 + 15e
a a 2a 15a
Fe3O4 → 3Fe+3 + 1e
b 3b b
N+5 + 1e → N+4
x x x
N+5 + 3e → N+2
y 3y y
- Gọi số mol NO2 và NO tương ứng là x, y (mol)
Ta có hệ :
46x + 30y = 31,35 (gam)
x + y = 0,685 (mol) Giải hệ phương trình được: x = 0,675 và y = 0,01 (mol)
- Gọi số mol FeS2 và Fe3O4 lần lượt là a, b (mol)
Vì dung dịch sau phản ứng chỉ chứa hỗn hợp muối nên dung dịch sau phản ứng
có chứa : (a + 3b) mol Fe3+ ; 2a mol SO42- và (3a + 9b – 4a) mol NO3
-Theo ĐLBT electron,
15a + b = x + 3y = 0,705 (mol)
56(a + 3b) + 96.2a + (9b – a).62 = 30,15 (gam)
→ a = 0,045 mol và b = 0,03 mol
- Theo ĐLBT nguyên tố N, ta có :
Số mol HNO3 = x + y + (9b – a) = 0,91 mol → C% HNO3 = 57,33%
2.5 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm
THỰC NGHIỆM
Với nội dung các phương pháp như đã được trình bày ở trên, tôi đã áp dụng giảng dạy ở các lớp khối 11 và thu được kết quả rất tốt
Đề kiểm tra và đáp án:
Câu 1: Cho 18,4 gam hỗn hợp X gồm Cu2S, CuS, FeS2 và FeS tác dụng hết với HNO3 (đặc nóng dư) thu được V lít khí chỉ có NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch Y Cho toàn bộ Y vào một lượng dư dung dịch BaCl2, thu được 46,6 gam kết tủa, còn khi cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch NH3 dư thu được 10,7 gam kết tủa Giá trị của V là
C 24,64 D 16,8.