Giúp học sinh làm tốt các bài tập muối sunfua phần hóa học vô cơ

Vì vậy việc nghiên cứu, tìm tòi và xây dựng các phương phápgiải nhanh các bài tập hóa học là một việc rất cần thiết để giúp các em đạt kếtquả cao trong các kỳ thi trung học phổ quốc gia

MỤC LỤC

A Mở đầu………

……… 02

I Lí do chọn đề tài 02

II Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 03

III Đồi tượng nghiên cứu ……….……… 03

IV Phương pháp nghiên cứu ……… 03

B Giải quyết vấn đề……… ……….… ……… 04

I Thực trạng 04

II Giải pháp 04

Phần 1: Cơ sở lí luận về muối sunfua ……….… 04

Phần 2: Bài tập lí thuyết về muối sunfua……… ………… 07

Phần 3: Một số phương pháp giải bài tập về muối sunfua 11

- Phương pháp 1: Giải bài tập muối sunfua bằng phương pháp quy đổi 11

- Phương pháp 2: Giải bài tập muối sunfua bằng định luật bảo toàn 14

Phần 4: Một số bài tập muối sunfua trong các đề thi HSG-ĐH-CĐ-THPTQG 17

C Kết luận ……….…….……….……… 20

I Kết quả đạt được ……… 20

II Kết luận ……… 20

III Đề xuất ……….……… 20

Tài liệu tham khảo ……….……… 22

A MỞ ĐẦU.

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

Trong những năm gần đây, các phương pháp giải nhanh toán hóa họckhông ngừng phát triển, đây là hệ quả tất yếu khi Bộ giáo dục và đào tạo triểnkhai hình thức thi trắc nghiệm với bộ môn Hóa học Với hình thức thi trắcnghiệm, trong một khoảng thời gian rất ngắn học sinh phải giải quyết được mộtlượng khá lớn các câu hỏi, bài tập Điều này không những yêu cầu các em phảinắm vững và hiểu rõ hệ thống kiến thức mà còn phải thành thạo trong việc sửdụng các kỹ năng giải bài tập và đặc biệt phải có phương pháp giải hợp lý chotừng dạng bài tập Từ thực tế sau mỗi kỳ thi ĐH-CĐ hay THPTQG, thi học sinhgiỏi, nhiều em học sinh có kiến thức khá vững nhưng kết quả thi vẫn không cao,

lý do chủ yếu là các em vẫn giải các bài toán theo phương pháp truyền thống,việc này rất mất thời gian nên từ đó không đem lại hiệu quả cao trong việc làmbài trắc nghiệm Vì vậy việc nghiên cứu, tìm tòi và xây dựng các phương phápgiải nhanh các bài tập hóa học là một việc rất cần thiết để giúp các em đạt kếtquả cao trong các kỳ thi trung học phổ quốc gia hay thi học sinh giỏi Tuy nhiênHóa học là một môn khoa học thực nghiệm nên để áp dụng tốt các phương phápgiải nhanh mà vẫn giúp các em học sinh hiểu được bản chất hóa học là một vấn

đề khá khó khăn

Trong quá trình giảng dạy, tôi phát hiện thấy các em học sinh thường gặp nhiều khó khăn trong việc giải quyết các bài tập lí thuyết tổng hợp về muối sunfua hoặc các bài toán cho hỗn hợp các kim loại và muối sunfua kim loại như:

2 2 , , 2 , 2 , uS

Cu FeS FeS FeS Cu S C tác dụng với O2, dung dịch HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng Đây là các dạng bài tập khó và rất hay gặp trong các đề thi ĐH-CĐ, thi THPTQG hay thi học sinh giỏi những năm gần đây mà học sinh thường bị mất điểm vì không nhớ tính chất của muối sunfua hay áp dụng phương pháp giải chưa hợp lí Để giải các bài toán dạng này có nhiều phương pháp nhưng phương pháp tối ưu nhất và tiết kiệm thời gian nhất có thể nói đến là phương pháp quy đổi và phương pháp bảo toàn Tuy nhiên nếu chúng ta không biết cách áp dụng hoặc không hiểu rõ về bản chất của các phản ứng hóa học xảy ra thì việc áp dụng phương pháp này sẽ không tránh khỏi những sai xót

Vì vậy việc nghiên cứu, tìm tòi và xây dựng hệ thống các kiến thức lí thuyết

và các phương pháp giải nhanh các bài tập về muối sunfua là một việc rất cần thiết Để giúp học sinh giải quyết tốt các bài tập phần muối sunfua này đặc biệt

là các bài toán phức tạp, tôi xin mạnh dạn trình bày một số kinh nghiệm trong

việc "Giúp học sinh làm tốt các bài tập muối sunfua phần hóa học vô cơ", để

từ đó đem đến cho học sinh kết quả cao hơn trong mỗi kỳ thi

II MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI.

1 Mục đích.

Nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả quá trình giảng dạy và học tập mônHoá học nhất là phần hợp chất muối sunfua trong chương trình hóa học vô cơ

Thì đề tài "Giúp học sinh làm tốt các bài tập muối sunfua phần hóa học vô

cơ" hi vọng sẽ giúp đỡ chính bản thân và các đồng nghiệp trong quá trình giảng

dạy Để từ đó cùng trao đổi và tìm ra giải pháp tốt nhất cho sự dạy và học củahọc sinh và các đồng nghiệp trong quá trình giảng dạy các tiết tự chọn hay cáctiết ôn thi học sinh giỏi, giúp học sinh tích lũy kiến thức, làm tốt các bài tập vàđạt kết quả cao trong các kì thi

2 Nhiệm vụ

1) Xây dựng hệ thống kiến thức lý thuyết cơ bản và nâng cao về muối sunfua 2) Xây dựng bài tập lý thuyết về muối sunfua

3) Xây dựng một số phương pháp giải bài tập về muối sunfua như:

- Giải bài tập muối sunfua bằng phương pháp qui đổi

- Giải bài tập muối sunfua bằng các định luật bảo toàn

4) Giải một số bài tập muối sunfua trong đề học sinh giỏi, luyện thi đại học - cao đẳng, trung học phổ thông quốc gia

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.

V PHƯƠNG PHÁP

Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là phương pháp nghiên cứu lí thuyết Căn

cứ vào nhiệm vụ của đề tài, thì phương pháp nghiên cứu dựa trên nội dung kiến thức về muối sunfua và dựa trên cơ sở lí luận về các phương pháp giải bài tập hóa học trong chương trình hoá học vô cơ để xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.

I Thực trạng.

Trong những năm gần đây bài tập về hiđrosunfua và muối sunfua được sử dụng tương đối nhiều trong các đề thi ĐH – CĐ hay đề thi THPTQG, đề thi HSG Trong khi đó tính chất của muối sunfua lại khá phức tạp, các phản ứng củamuối sunfua thường có qui luật nhưng cũng có rất nhiều trường hợp đặc biệt, đòihỏi người viết phản ứng đó phải có một kiến thức khá sâu mới hiểu hết được về phản ứng đó, bên cạnh đó các bài tập về muối sunfua lại đòi hỏi nhiều kĩ năng giải toán hóa học Do đó khi gặp các bài tập về hiđrosunfua và muối sunfua học sinh rất lúng túng và thường làm không chính xác

II Giải pháp.

Để giải quyết vấn đề trên, ngoài việc học sinh phải nắm vững hệ thống kiến

thức lí thuyết về muối sunfua thì cần phải vận dụng thành thạo phương pháp quyđổi nguyên tử và phương pháp bảo toàn để giải nhanh các dạng bài tập tính toán

của nó Sau đây là 4 phần, vừa là lí thuyết vừa là bài tập về muối sunfua tôi đã

nghiên cứu và xây dựng nên nhằm phần nào giúp học sinh làm tốt các bài tập về muối sunfua để có thành tích cao hơn trong các kì thi

Phần I: Cơ sở lí luận về muối sunfua.

1 Công thức tổng quát của muối sunfua là: MxSy

2 Phân loại: Có 4 loại

- Loại 1: Tan trong nước: Na2S, K2S, (NH4)2S, BaS, Cr2S3…

- Loại 2: Không tan trong nước nhưng tan trong HCl, H2SO4 loãng: FeS, ZnS, MnS, CoS, NiS…

- Loại 3: Không tan trong nước và không tan trong HCl, H2SO4 loãng: CuS, PbS, Ag2S, SnS, CdS, HgS, As2S3…

- Loại 4: Không tồn tại trong nước: MgS, Al2S3, …

3 Tính chất hóa học:

3.1 Môi trường của muối sunfua: Các muối sunfua tan trong nước thường có

môi trường Bazơ

Nhưng: 2CuFeS 2 + O2thiếu → t 0 Cu2S + 2FeS + SO2 ↑

2 Cu2S + 3O2 thiếu → t 0 2Cu2O + 2SO2 ↑

FeS 2

0

600 C

3.3 Phản ứng với axit HCl và H 2 SO 4 loãng:

Muối sunfua + H + → muối + H2S ↑ (muối sunfua loại 3 không phản ứng)

Muối sunfua + H2SO4 đặc → t 0 Muối sunfat + SO2 + H2O

VD: CuS + 4H2SO4 đặc → t 0 CuSO4 + 4SO2↑ + 4H2O

2FeS2 + 14H2SO4 đặc → t 0 Fe2(SO4)3 + 15SO2↑ + 14H2O

3.5 Phản ứng với HNO 3 :

Phản ứng của muối sunfua với HNO3 rất phức tạp, nói chung là HNO3 sẽ oxi hóa chất khử lên số oxi hóa cao nhất Một số muối sunfua có nhiều cách viết phản ứng dạng phân tử nhưng đều có chung phương trình ion thu gọn

VD1: FeS2 + 18HNO3 → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2↑ + 7H2O

Hoặc: 3FeS2 + 48HNO3 → Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + 3H2SO4 + 45NO2↑ + 21H2OHoặc: 2FeS2 + 30HNO3 → Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 30NO2↑ + 14H2O

Cả 3 cách viết trên đều có phương trình ion thu gọn là:

FeS2 + 14H+ + 15NO3- → Fe3+ + 2SO42- + 15NO2↑ + 7H2O

VD: FeCl2 + Na2S → FeS↓ + 2NaCl

2FeCl3 + 3Na2S → 2FeS↓ + S↓ + 6NaCl

2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaCl

AlCl3 + 3NaHS + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 3NaCl

MgCl2 + Na2S + 2H2O → Mg(OH)2↓ + 2NaCl + H2S↑

Ag2S + 4KCN → 2K[Ag(CN)2] + K2S

Cu2S + 2Fe2(SO4)3→ 4FeSO4 + 2CuSO4 + S

3.7 Phản ứng với S: Muối sunfua loại 1 phản ứng với lưu huỳnh tạo ra

polisunfua

S2- + nS → 2

n 1

S −+ (polisunfua)

3.8 Phản ứng với hiđro peoxit:

H2O2 có thể oxi hóa được nhiều muối sunfua tạo muối sunfat hoặc axit H2SO4.

3.9 Màu của muối sunfua kết tủa:

FeS; CuS; PbS; CoS và NiS có màu đen, HgS = đỏ, CdS = vàng; MnS =

hồng; ZnS = trắng Đôi khi người ta cũng dựa vào màu sắc của muối sunfua để nhận biết các muối sunfua.

+ Với nước clo: H2S + 4Cl2 + 4H2O → H2SO4 + 8HCl

+ Với clo: H2S + Cl2 → S↓+ 2HCl

+ Với muối: FeCl3 + H2S → FeCl2 + S↓ + HCl

CuCl2 + H2S → CuS↓ + 2HCl

FeCl2 + H2S → không phản ứng

+ Với Ag: 4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S↓ + 2H2O

⇒ Phản ứng này giải thích hiện tượng Ag bị hóa đen trong không khí bị ô

5 Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử có muối sunfua.

Các phản ứng oxi hóa – khử thông thường sẽ có một chất khử và một chất oxi hóa nhưng phản ứng oxi – hóa khử của muối sunfua phức tạp hơn vì thường có hai chất khử

Phần II: Bài tập lý thuyết về muối sunfua.

Bài 1: Hoàn thành các phản ứng sau (nếu có):

1/ FeCl2 + H2S → 2/ CuS + HCl →

3/ FeCl3 + K2S → 4/ FeS + HCl →

5/ As2S3 + HNO3loãng→ 6/ FeS2 + HCl →

7/ FeS2 + HNO3 loãng → 8/ Cu2S + HNO3 đặc→

7/ FeS2 + 8HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 5NO↑ + 2H2O

8/ Cu2S + 14HNO3 đặc → 2Cu(NO3)2 + H2SO4 + 10NO2↑ + 6H2O

9/ Cu2S + 6H2SO4 đặc→ 2CuSO4 + 5SO2↑ + 6H2O

10/ 2KMnO4 + 5H2S + 3H2SO4 → 5S + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

Bài 2: Cho hỗn hợp gồm FeS2 và FeCO3 phản ứng hết với dung dịch HNO3 đặc,nóng thu được dung dịch A và hỗn hợp khí B gồm NO2, CO2 Thêm dung dịchBaCl2 vào dung dịch A Hấp thụ hỗn hợp khí B bằng dung dịch NaOH dư Viếtphương trình phân tử và phương trình ion rút gọn của các phản ứng xảy ra

1/ Hoàn thành phản ứng dạng phân tử và ion thu gọn.

FeS + 2HCl  → FeCl2 + H2S↑(A)

B1, B2?

Giải

Khi nung hỗn hợp FeS2 và FeCO3

4FeS2 + 11O2 →t0 2Fe2O3 + 8SO2↑

Bài 6 (ĐH - CĐ Khối B - 2011): Dãy gồm các chất (hoặc dung dịch) đều phản

ứng được với dung dịch FeCl2 là:

A Bột Mg, dung dịch BaCl2 , dung dịch HNO3

B Khí Cl2, dung dịch Na2CO3, dung dịch HCl

C Bột Mg, dung dịch NaNO3, dung dịch HCl

D Khí Cl2, dung dịch Na2S, dung dịch HNO3

Đáp án: D.

Bài 7 (ĐH - CĐ Khối A - 2012): Cho các phản ứng sau:

(a) FeS + 2HCl  FeCl2 + H2S↑

A Fe3O4 B Fe(OH)2 C FeS D FeCO3

Đáp án: C.

Bài 9 (ĐH - CĐ Khối A- 20013) Thực hiện các thí nghiệm sau:

(a) Cho dung dịch HCl vào dung dịch Fe(NO3)2

(b) Cho FeS vào dung dịch HCl

(c) Cho Si vào dung dịch NaOH đặc

(d) Cho dung dịch AgNO3 vào dung dịch NaF

(e) Cho Si vào bình chứa khí F2

c) SiO2 + 2NaOH (đặc) → Na2SiO3 + H2O

e) Si + 3F2 → SiF6

f) SO2 + 2H2S → 3S↓ + 2H2O

Đáp án: B.

Bài 10 (ĐH - CĐ Khối B- 2014): Nung nóng hỗn hợp bột X gồm a mol Fe và b

mol S trong khí trơ, hiệu suất phản ứng bằng 50%, thu được hỗn hợp rắn Y Cho Yvào dung dịch HCl dư, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợpkhí Z có tỉ khối so với H2 bằng 5 Tỉ lệ a: b bằng

− + ⇒ a : b = 2 : 1 ⇒ Đáp án: A.

Bài 11 (THPTQG - 2015): Thực hiện các thí nghiệm sau ở điều kiện thường:

(a) Sục khí H2S vào dung dịch Pb(NO3)2

(b) Cho CaO vào H2O

(c) Cho Na2CO3 vào dung dịch CH3COOH

(d) Sục khí Cl2 vào dung dịch Ca(OH)2

Số thí nghiệm xảy ra phản ứng là

A 3 B 4 C 2 D 1.

Đáp án: B.

Câu 12 (THPTQG - 2015): Tiến hành các thí nghiệm sau:

(a) Cho Mg vào dung dịch Fe2(SO4)3 dư

(b) Sục khí Cl2 vào dung dịch FeCl2

(c) Dẫn khí H2 dư qua bột CuO nung nóng

(d) Cho Na vào dung dịch CuSO4 dư

(e) Nhiệt phân AgNO3

(g) Đốt FeS2 trong không khí

(h) Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ

Sau khi kết thúc các phản ứng, số thí nghiệm thu được kim loại là

Phần III: Một số phương pháp giải bài tập về muối sunfua.

Bài 1: Hòa tan hết 30,4 gam hỗn hợp X gồm Cu, CuS, Cu2S và S bằng dung dịch HNO3 dư thu được 20,16 lít khí NO duy nhất ở đktc và dung dịch Y Thêm Ba(OH)2 dư vào Y được m gam kết tủa Tính m?

+ Qui đổi là phương pháp đưa hỗn hợp nhiều chất về 1 chất hoặc hỗn

hợp ít chất hơn Trong bài tập về muối sunfua người ta thường qui đổi

về các nguyên tử tương ứng

+ Vì số chất giảm đi nên số phản ứng phải viết và số ẩn sẽ giảm do đó

việc giải toán sẽ nhanh và dễ dàng hơn

+ Khi áp dụng phương pháp qui đổi ta thường dùng thêm 3 định luật

sau:

 Định luật bảo toàn khối lượng

 Định luật bảo toàn nguyên tố

 Định luật bảo toàn electron

+ Nếu qui đổi ra số mol âm thì ta vẫn lấy bình thường

Theo định luật bảo toàn electron và giả thiết ta có hệ: 64x 32y 30, 4

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2n SO2 = 0,6 1,8 2, 4 + = ⇒n SO2 = 1, 2mol

Ta có phương trình phản ứng của SO2 tác dụng với dung dịch KMnO4 là: 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4

A 38,08 lit B 11,2lit C 24,64 lit D 16,8 lit.

Giải

Quy đổi hỗn hợp X thành: x(mol) Fe; y(mol) Cu và z(mol) S

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

mX = mFe + mCu + mS = 56x + 64y + 32z = 18,4 (1)

Ta có sơ đồ bài toán :

X( Fe0, Cu0, S0 ) + HNO3 → Dung dịch Y (Fe+3, Cu+2, SO4-2) + Khí SO2

Y + BaCl2 → 46,6 gam ↓ BaSO4

Y + Dung dịch NH3 → 10,7 gam ↓ Fe(OH)3

nS = 0,2 mol = n BaSO4= z và nFe = nFe(OH)3 = 0,1 mol = x

BaSO : ymol

Mg : xmol

Mg : xmol

Bài 5: Hòa tan 25,6 gam chất rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằng dd HNO3

loãng dư thu được V lít NO duy nhất ở đktc và dd Y Thêm Ba(OH)2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa Giá trị của V là

Đáp án: C.

Bài 6: Cho 3,76 gam hỗn hợp X gồm FeS, S, FeS2 phản ứng với dung dịch HNO3 đặc nóng, dư được 0,48 mol NO2 duy nhất và dung dịch D Cho D tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn Giá trị của m là

A 11,650 gam B 12,815 gam C 13,98 gam D.17,545 gam.

Đáp án: D

Bài 1 (ĐH-CĐ KHối A-2007): Hoà tan hết hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol

Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat)

và khí duy nhất NO Giá trị của a là

Các định luật bảo toàn thường áp dụng trong bài tập về muối sunfua là:

- Định luật bảo toàn electron: Tổng số mol e cho bằng tổng số mol e

nhận.

- Định luật bảo toàn nguyên tố: Tổng số mol của một nguyên tố trước

phản ứng bằng tổng số mol của nguyên tố đó sau phản ứng.

- Định luật bảo toàn điện tích: Tổng điện tích trong một hệ được bảo

toàn ⇒ trong dung dịch tổng số mol điện tích âm bằng tổng số mol điện tích dương.

- Định luật bảo toàn khối lượng: Tổng khối lượng hỗn hợp các chất

bằng tổng khối lượng các nguyên tố tạo nên các chất đó.

Bài 3: Hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol bằng nhau (M là kim loại có hóa trị không đổi) Cho 6,51 gam X phản ứng hết với HNO3 đun nóng được dung dịch A1 và 13,216 lít (đktc) hỗn hợp khí A2 có khối lượng là 26,34 gam gồm NO

và NO2 Thêm BaCl2 dư vào A1 thấy tạo thành m1 gam kết tủa trắng

a) Tìm M và phần trăm khối lượng mỗi chất trong X?

NO NO

FeS : x mol NO : 0,05 mol

NO : 0,54 mol MS: x mol

N+5 + → 3e N+2 N+5 + → 1e N+4

Mol: 0,15¬ 0,05 0,54¬ 0,54

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 15x + 8x = 0,15 + 0,54 ⇒ x = 0,03 Theo giả thiết ta có: mX = 120x + x(M+32) = 6,51 ⇒ M = 65 = MZn ⇒M là Zn.Vậy phần trăm khối lượng là: 2

m m

b) Từ sơ đồ trên ta có: m1 =m↓B OaS 4 = 3 233 3.0, 03.233 20,97(x = = gam)

Bài 4: Hòa tan hết hỗn hợp X gồm 0,02 mol FeS2 và 0,03 mol FeS vào lượng dư

H2SO4 đặc nóng thu được Fe2(SO4)3, SO2 và H2O Hấp thụ hết SO2 bằng mộtlượng vừa đủ dung dịch KMnO4 thu được dung dịch Y không màu, trong suốt,

Áp dụng ĐLBT electron ta có: 0,02.15 + 0,03.9 = 2x ⇒x n= SO2 = 0, 285mol

+ Phản ứng của SO2 với thuốc tím:

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2H2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4

−

= ⇒ VY = 22,8 lít