Kinh nghiệm phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề đối với bài tập hay và khó về sắt giúp học sinh THPT giải nhanh bài tập trắc nghiệm

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRƯỜNG THPT CẨM THỦY 2 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KINH NGHIỆM PHÁT HIỆN VẤN ĐỀ VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ĐỐI VỚI BÀI TẬP HAY VÀ KHÓ VỀ SẮT GIÚP HỌC SINH TRUNG HỌC

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT CẨM THỦY 2

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

KINH NGHIỆM PHÁT HIỆN VẤN ĐỀ VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ĐỐI VỚI BÀI TẬP HAY VÀ KHÓ VỀ SẮT

GIÚP HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM HOÁ HỌC

Người thực hiện: Nguyễn Đức Hào Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học

A MỞ ĐẦU

I Lí do chọn đề tài

Ở trường trung học phổ thông, môn hóa học là một trong những môn học cơbản bao gồm cả lí thuyết và thực nghiệm Bài tập hoá học là một phương tiện rấtcần thiết giúp học sinh nắm vững, nhớ lâu các kiến thức cơ bản, mở rộng và đàosâu những nội dung đã được học Nhờ đó, học sinh hoàn thiện được kiến thức,đồng thời phát triển trí thông minh, sáng tạo, rèn luyện được những kĩ năng, kĩ xảo,năng lực nhận thức và tư duy phát triển Thông qua bài tập hoá học giúp giáo viênđánh giá kết quả học tập của học sinh Từ đó phân loại học sinh và có kế hoạch ôntập, củng cố kiến thức sát với đối tượng

Trong các dạng bài tập hóa học thì sắt và hợp chất của sắt luôn có trong các

đề thi như đề thi học sinh giỏi, đề thi đại học (nay gọi là đề thi trung học phổ thôngQuốc gia) Sắt là kim loại đa hóa trị nên bài tập về sắt và hợp chất của sắt có nhiềudạng, nhiều bài tập khó, học sinh dễ bị nhầm lẫn và thường bị lúng túng khi phântích đề, không xác định được phản ứng tạo ra hợp chất sắt (II) hay hợp chất sắt (III)hay hỗn hợp cả hợp chất sắt (II) và sắt (III) Do đó, phương pháp giải bài tập về sắt

và hợp chất của sắt rất quan trọng Mấu chốt của phương pháp là học sinh phải pháthiện ra vấn đề của mỗi bài tập và có phương pháp giải bài tập phù hợp

Hiện tại chưa có các tài liệu nghiên cứu nào bàn sâu vào vấn đề này, cácđồng nghiệp trong trường chưa có kinh nghiệm để giải quyết, khắc phục nên tôi

chọn đề tài: “Kinh nghiệm phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề đối với các bài

tập hay và khó về sắt giúp học sinh trung học phổ thông giải nhanh bài tập trắc nghiệm hoá học”.

II Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đề tài để giúp học sinh phân tích, giải nhanh, gọn nhất, tiết kiệmthời gian, từ đó gây hứng thú học tập cho học sinh

III Đối tượng nghiên cứu

Phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề cho các bài tập hay và khó về sắt vàhợp chất của sắt

IV Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tôi nghiên cứu các tài liệu sách báo cóliên quan, tổng hợp và phân loại bài tập theo một trình tự logic, phù hợp với quátrình nghiên cứu

Phương pháp quan sát sư phạm: Nghiên cứu thực tiễn dạy và học của giáoviên và học sinh trường THPT Cẩm Thủy 2 nhằm tìm ra những nhu cầu kiến thứccần thiết trong lĩnh vực hóa học vô cơ

Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tôi tham khảo ý kiến của các thầy, côgiáo trong bộ môn, những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này

Phương pháp toán học: Sử dụng các phương pháp thống kê toán học để xử lýkết quả thu được

B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

I Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

- Sắt có màu trắng hơi xám, dẻo, dai, dễ rèn, nhiệt độ nóng chảy khá cao.

- Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, có tính nhiễm từ.

+ Tác dụng với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc, nóng tạo muối sắt (III)

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Fe bị thụ động trong axit H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc, nguội

- Tác dụng với dung dịch muối

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

2 Hợp chất sắt (II)

2.1 Tính chất của hợp chất sắt (II)

2.1.2 Tính oxi hóa: Hợp chất sắt (II) có tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử

ở nhiệt độ cao như: C, CO, H2, Al, … Khi đó: Fe2+ + 2e → Fe

- Tác dụng với kim loại

+ Kim loại (từ Fe đến Cu) tác dụng với Fe3+ → Fe2+

2FeCl3 + 2KI → 2FeCl2 + 2KCl + I2

3.1.2 Tính bazơ: Oxit và hiđroxit của sắt (III) có tính bazơ.

II Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Qua theo dõi trong thực tế giảng dạy nhiều năm ở trường THPT Cẩm Thủy

2, trên nhiều đối tượng học sinh, kết hợp với việc tham khảo ý kiến của đồng

nghiệp giảng dạy cùng bộ môn, tôi nhận thấy hiện nay đa số học sinh đang còn dễ

bị nhầm lẫn và thường bị lúng túng khi phân tích đề, không xác định được phảnứng tạo ra hợp chất sắt (II) hay hợp chất sắt (III) hay hỗn hợp cả hợp chất sắt (II) vàsắt (III) hoặc không có hướng giải quyết được các bài tập tính toán về sắt và hợpchất của sắt Trong quá trình làm bài tập của học sinh, các biểu hiện có thể dễ dàngnhận thấy như:

Thứ nhất, chưa tự giác, chưa tích cực trong việc đào sâu nghiên cứu kiếnthức, học đang còn mang tính đối phó, việc tìm tài liệu tham khảo của học sinh cònhạn chế nên chưa hiểu sâu sắc kiến thức đã được học

Thứ hai, học sinh không tích cực trong các giờ học trên lớp với các biểu hiện

cụ thể như: ít đóng góp ý kiến xây dựng bài, việc tham gia hoạt động học và ghi bàimột cách thụ động, …

Thứ ba, chưa có tài liệu nào hướng dẫn học sinh cách phát hiện ra điểm mấuchốt của bài tập để có hướng giải quyết bài tập phù hợp

Từ những hiện trạng trên dẫn tới kết quả là: Tiết luyện tập, tiết tự chọn về sắt

và các hợp chất của sắt thường trầm, tính tích cực tự giác của học sinh không đượcphát huy, ít học sinh làm đúng kết quả, thậm trí có học sinh không làm bài

NGUYÊN NHÂN: Thực trạng trên có thể được tạo nên từ nhiều nguyên

nhân khác nhau như:

Từ phía học sinh: Có thể do ý thức tự giác của học sinh chưa cao, do trình độcủa học sinh còn hạn chế, …

Từ phía giáo viên: Do cách hướng dẫn giải bài tập của giáo viên chưa phùhợp, đang còn rườm rà, khó hiểu, không logic nên chưa khơi gợi sự hứng thú, tíchcực cho học sinh Đôi khi có cách hướng dẫn giải bài tập của giáo viên quá khókhiến học sinh lúng túng, không tự tin khi làm các bài tập khác tương tự

Từ phía xã hội: Do xu thế xã hội hiện nay có nhiều vấn đề khiến học sinhbận tâm như: việc yêu sớm, sự quan tâm của gia đình, các trang mạng xã hội (đặcbiệt là facebook), các tệ nạn xã hội, Từ xu thế đó khiến học sinh giảm bớt hứngthú, động lực học tập

Ngoài ra, việc thi theo hình thức trắc nghiệm đối với môn môn hóa học cũng

là lí do của phần đông học sinh ngại giải các bài tập đề dài và khó Hơn nữa, hệthống bài tập trong sách giáo khoa chỉ là định hướng chung cho việc khai thác kiếnthức, trong khi đó trình độ của học sinh lại hết sức đa dạng, được phân chia thànhnhiều đối tượng khác nhau, không phải nơi nào, lớp nào cũng như nhau

III Giải pháp và tổ chức thực hiện

Khi tham gia phản ứng hoá học, tuỳ theo tác nhân oxi hoá và tỉ lệ số mol cácchất, Fe có thể bị oxi hoá thành sắt (II) hoặc sắt (III) hoặc hỗn hợp cả sắt (II) và sắt(III)

1 Phản ứng tạo ra muối sắt (II)

1.1 Cơ sở lý thuyết

- Nếu sắt tác dụng với các chất như: S, I2, dung dịch HCl, dung dịch H2SO4

loãng, dung dịch muối sắt (III), dung dịch HNO3 thiếu, dung dịch H2SO4 đặc, nóng,thiếu, hoặc khi cho sắt, hỗn hợp gồm sắt và kim loại (từ sắt đến đồng trong dãyđiện hóa) tác dụng với dung dịch HNO3, dung dịch H2SO4 đặc, nóng, mà kim loại

dư, thì phản ứng tạo ra muối sắt (II)

- Căn cứ dãy điện hóa chuẩn của kim loại để xác định thứ tự phản ứng

- Sử dụng các định luật bảo toàn để giải nhanh bài tập

1.2 Bài tập minh họa

Câu 1 Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2

0,2M và H2SO4 0,25M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gamhỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Giá trị của

m và V lần lượt là:

A 17,8 và 4,48 B 17,8 và 2,24

C 10,8 và 2,24 D 10,8 và 4,48

Giải Phát hiện vấn đề:

- Do sau phản ứng thu được hỗn hợp bột kim loại (gồm Cu và Fe dư) nênphản ứng tạo ra muối sắt (II)

A 17,92 gam B 22,4 gam C 26,88 gam D 20,16 gam.

Giải

(với x là số mol của Fe2O3)

- dd Y gồm Cu2+ (x mol), Fe2+ (2x mol), Cl- (6x mol)

Giải Phát hiện vấn đề:

- Vì còn lại chất rắn Z (Cu dư) nên phản ứng chỉ tạo muối sắt (II)

- Với bài tập có chứa oxit sắt, ta thường dùng phương pháp quy đổi

Giải quyết vấn đề:

- Qui đổi X thành Fe (3b mol), O (4b mol) và Cu (c mol)

(với b là số mol của Fe3O4)

+

N + 3e → N+2Bảo toàn electron: 2nFe + 2nCu = 4nO2 + 3nNO hay 6b + 2c = 8b + 0,9 (2)

Từ (1) và (2) → b= 0,3 và c = 0,75

- Dung dịch Y gồm Fe(NO3)2 (3b mol) và Cu(NO3)2 (c mol)

Vậy m = 180.3.0,3 + 188 0,75 = 303,0 gam → Chọn đáp án A

Câu 4: Điện phân 150 ml dung dịch AgNO3 1M với điện cực trơ trong t giờ,cường độ dòng điện không đổi 2,68A (hiệu suất quá trình điện phân là 100%), thuđược chất rắn X, dung dịch Y và khí Z Cho 12,6 gam Fe vào Y, sau khi các phảnứng kết thúc thu được 14,5g hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhấtcủa N+5) Giá trị của t là

Giải Phát hiện vấn đề:

- Cho Fe vào dung dịch Y thu được hỗn hợp kim loại (Fe dư và Ag) nênphản ứng chỉ tạo muối sắt (II)

- Sau thời gian điện phân t giờ thì AgNO3 có thể dư

Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag (0,15-x)/2 (0,15-x) (0,15-x)

K2Cr2O7/H+ dư, dung dịch AgNO3 dư, thì phản ứng tạo ra muối sắt (III)

- Căn cứ dãy điện hóa chuẩn của kim loại để xác định thứ tự phản ứng

- Sử dụng các định luật bảo toàn để giải nhanh bài tập

2.2 Bài tập minh họa

Câu 1: Hòa tan 1,12 gam Fe bằng 300 ml dung dich HCl 0,2M thu được

dung dịch X và khí H2 Cho dung dịch AgNO3 dư vào X thu được khí NO (là sảnphẩm khử duy nhất của N+5) và m gam kết tủa Biết Các phản ứng hóa học đều xảy

ra hoàn toàn Giá trị của m là:

A 7,36 B 8,61 C 10,23 D 9,15

Giải Phát hiện vấn đề:

- Do dung dịch AgNO3 dư nên toàn bộ Fe phản ứng chỉ tạo muối sắt (III).

- Kết tủa gồm AgCl và Ag (do Fe2+ tác dụng với Ag+)

AgNO

NO Fe

Bảo toàn electron: 0,06 = 0,04 + x + 0,015 → x = 0,005

→ m = 0,06.143,5 + 0,005.108 = 9,15 gam → Chọn đáp án D

Câu 2: Hòa tan hòa toàn 19,2 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 và

Fe2O3 trong 250 ml dung dịch H2SO4 3,6M đặc, dư, đun nóng thu được dung dịch Ychứa m gam muối và V lít khí SO2 (là sản phẩm khử duy nhất ở đktc) Cho 450 mldung dịch NaOH 2,0M vào dung dịch Y thu được 21,4 gam kết tủa Giá trị của m

và V lần lượt là:

A 60 và 6,72 B 60 và 3,36 C 40 và 5,60 D 40 và 4,48

Giải Phát hiện vấn đề:

- Do dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư nên phản ứng chỉ tạo muối sắt (III)

- Với bài tập có chứa oxit sắt, ta thường dùng phương pháp quy đổi

Nếu toàn bộ Fe3+ tạo kết tủa hết thì nFe (trong X) = nFe (OH) 3=

107

4 , 21

= 0,2 mol

→ nO (trong X) =

16

56 2 , 0 2 ,

4 + 2e → SO2 + 2H2OBảo toàn electron: 0,6 = 1 + 2.nSO2 → nSO2 < 0 (loại)

Vậy Fe3+ phải dư, NaOH thiếu

Giải quyết vấn đề:

Dung dịch Y + Dung dịch NaOH:

H+ (dư) + OH- → H2O (1) 0,3 0,3 (nH+ dư = nOH− (1) = 0,45.2 – 0,6 = 0,3 mol)

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3  (2) 0,6 0,2

→ nH+ (pư với X) = 2.0,25.3,6 – 0,3 = 1,5 mol

4 + 2e → SO2 + 2H2O(1,5-2y) (0,75-y) (0,75-y)/2

Bảo toàn eletron: 3x = 2y + (0,75 – y) → 3x – y = 0,75 (*)

= 60 gam và V = 0,15.22,4 = 3,36 lít

→ Vậy chọn đáp án B

Câu 3 Cho 1,572 gam hỗn hợp A gồm Al, Fe và Cu tác dụng với 40 ml dung

dịch CuSO4 1M, thu được dung dịch B và hỗn hợp D gồm 2 kim loại Cho B tácdụng với dung dịch NH3 dư, kết tủa thu được nung trong không khí đến khối lượngkhông đổi được 1,82 gam hỗn hợp hai oxit Cho D tác dụng với dung dịch AgNO3

dư thì lượng Ag thu được lớn hơn khối lượng của D là 7,336 gam Biết các phảnứng đều xảy ra hoàn toàn Khối lượng Al, Fe và Cu trong A lần lượt là

A 0,81 gam; 0,616 gam; 0,64 gam B 0,54 gam; 0,616 gam; 0,416 gam

C 0,54 gam; 0,56 gam; 0,416 gam D 0,27 gam; 0,56 gam; 0,32 gam

Giải Phát hiện vấn đề:

- Do D gồm 2 kim loại (Cu và Fe dư) nên hỗn hợp A tác dụng với CuSO4 tạo

ra muối Fe2+

- Cho D tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thì tạo ra muối Fe3+

Giải quyết vấn đề:

Ta có các phương trình hoá học sau:

2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu (1)

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu (2)Khi cho dung dịch B tác dụng dung dịch NH3

Fe2+ + 2NH3 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2NH+4 (3)

Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH+4 (4)Khi nung kết tủa :

4Fe(OH)2 + O2  →t 2Fe2O3 + 4H2O (5)2Al(OH)3  →t0 Al2O3 + 3H2O (6)Khi cho D tác dụng AgNO3 :

Fe + 3Ag+ → Fe3+ + 3Ag (7)

Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag (8)Gọi x, y, z, t là số mol Al, Fe phản ứng, Fe dư và Cu

−

− + +

= +

= +

= + + +

336 , 7 ) 04 , 0 ((

64 56 ) 2 3 08 , 0 (

108

82 , 1 80 51

04 , 0 5

, 1

572 , 1 64 56 56 27

t z

t z

y x

y x

t z y x

001 , 0

01 , 0

02 , 0

t z y x

Vậy trong A: mAl = 0,54 gam; mFe = 0,616 gam; mCu = 0,416 gam

→ Chọn đáp án B

Câu 4: Hỗn hợp X gồm Al, Fe3O4 và CuO, trong đó oxi chiếm 25% khốilượng hỗn hợp Cho 1,344 lít khí CO (đktc) đi qua m gam X nung nóng, sau mộtthời gian thu được chất rắn Y và hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H2 bằng 18 Hòatan hoàn toàn Y trong dung dịch HNO3 loãng, dư, thu được dung dịch chứa 3,08m

gam muối và 0,896 lít khí NO (là sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc) Giá trị m gần

nhất với giá trị nào sau đây?

Giải Phát hiện vấn đề:

Cho Y tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, dư nên tạo ra muối Fe3+

3 3

3 3

) (

) (

) (

HNO

NO Cu

NO Fe

NO Al

=

= +

16 , 2 18 2 06 , 0 28 44

06 , 0 4 , 22

344 , 1

y x

y x

03 , 0

- 2.0,03 + 4.220,896,4 =

8

25 ,

+ 0,1

Bảo toàn nguyên tố N: n −

3

NO tạo muối = nHNO3 (pư) – nNO =

8

25 ,

- Sử dụng các định luật bảo toàn để giải nhanh bài tập

3.2 Bài tập minh họa

Câu 1: (KA-2014) Đốt cháy 4,16 gam hỗn hợp gồm Mg và Fe trong khí O2,thu được 5,92 gam hỗn hợp X chỉ gồm các oxit Hòa tan hoàn toàn X trong dungdịch HCl vừa đủ, thu được dung dịch Y Cho dung dịch NaOH dư vào Y, thu đượckết tủa Z Nung Z trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được 6 gam chấtrắn Mặt khác cho Y tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, thu được m gam kết tủa.Giá trị của m là

A 10,80 B 32,11 C 32,65 D 31,57

Giải Phát hiện vấn đề:

Nhận thấy phản ứng đốt cháy không hoàn toàn nên tạo ra MgO và các oxitsắt (chứa Fe2+ và Fe3+)

3 2

O Fe

O Fe FeO

FeCl FeCl

) (

) (

) (

OH Fe

OH Fe

OH Mg

3 2

y

O Fe x MgO

= +

6 80 40

16 , 4 56 24

y x

y x

01 , 0

y x

Bảo toàn khối lượng: mO2 = 5,92 – 4,16 = 1,76 gam → nO2 = 0,055 mol

Bảo toàn electron: 0,02 + 2a + (0,21 – 3a) = 0,22 → a = 0,01

→ Dd Y gồm Mg2+ (0,01 mol); Fe2+ (0,01 mol); Fe3+ (0,06 mol); Cl- (b mol)Bảo toàn điện tích: nCl− = 2.0,01 + 2.0,01 + 3.0,06 = 0,22 mol

Dung dịch Y + dung dịch AgNO3 dư:

Ag+ + Cl- → AgCl 

Ag+ + Fe2+ → Ag  + Fe3+

→ m = 0,22.143,5 + 0,01.108 = 32,65 gam → Chọn đáp án C

Câu 2: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit

sắt trong khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X Cho X vào dung dịch NaOH dư, thuđược dung dịch Y, chất không tan Z và 0,672 lít khí H2 (đktc) Sục khí CO2 dư vào

Y, thu được 7,8 gam kết tủa Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4, thu được dungdịch chứa 15,6 gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO2 (ở đktc, là sản phẩm khử duynhất của H2SO4) Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

A 5,04 B 6,29 C 6,48 D 6,96

Giải Phát hiện vấn đề:

Cho X vào dung dịch NaOH dư thấy có khí H2 thoát ra → Al dư, oxit sắt hết

→ Z chỉ chứa Fe Cho Z (Fe) + dung dịch H2SO4 → SO2 + H2O + dung dịch chứa FeSO4 hoặc Fe2(SO4)3 hoặc hỗn hợp hai muối FeSO4 và Fe2(SO4)3

Nếu phản ứng tạo FeSO4: Fe + 2H2SO4 → FeSO4 + SO2 + 2H2O

→ nSO2 = nFeSO4 =

152

6 , 15

= 0,103 mol ≠ 222,464,4 = 0,11 mol → loại

Nếu phản ứng tạo Fe2(SO4)3: 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

→ nSO2 = 3nFeSO4 =

400

6 , 15 3

= 0,117 mol ≠ 222,464,4 = 0,11 mol → loại

Vậy Cho Z (Fe) + dung dịch H2SO4 tạo ra cả hai muối FeSO4 và Fe2(SO4)3

) (

y O

x Fe

x Fe

) 3 / (

) (

- 0,02) = 0,04 mol =

3

y

→ y = 0,12Cho Z (Fe) + dung dịch H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O

a mol b mol

→ mmuối = 152a + 400b = 15,6 (*)

Sự oxi hóa: Sự khử: