Trong sunfua của kim loại đó thì lưu huỳnh chiếm phần trăm theo khối lượng là A.
Trang 1
1.Mở đầu
-Lý do chọn đề tài
Hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu về chất và sự biến đổi giữa các chất Phản ứng hóa học là đối tượng chính của hóa học Trong phản ứng hóa học các nguyên tố được bảo toàn về số mol, khối lượng để giải nhanh một số bài tập thì học sinh không phải chỉ biết các định luật mà phải biết nhìn ra các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập đó
Trong chương trình hóa học phổ thông không đề cập sâu cách phân loại, phương pháp giải và phương pháp ứng dụng các định luật bảo toàn vào giải toán hóa học, trong khi để giải các đề thi thì học sinh phải nắm vững các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập đó
Trong khi giải bài tập hầu hết học sinh đều rất lúng túng khi nhận ra các dạng bài tập
Việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn học sinh vận dụng các định luật bảo toàn vào giải bài tập về xác định công thức của oxít là việc làm rất cần thiết Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn để nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải
Xuất phát từ thực trạng trên, cùng một số kinh nghiệm sau những năm công
tác, tôi mạnh dạn nêu ra sáng kiến về “Một số kinh nghiệm hướng dẫn học
sinh lớp 11 cách giải bài tập xác định công thức của oxit kim loại” nhằm
giúp các em khắc phục những sai lầm, biết giải bài tập một cách tự tin hiệu quả
- Mục đích nghiên cứu
Sau khi học phần này học sinh nắm được cách phân loại và phương pháp giải các bài tập xác định công thức của oxit kim loại Chuyên đề này cũng trình bày về các định luật, phân loại và chỉ rõ việc áp dụng các định luật vào giải toán hóa học
Chuyên đề có thể áp dụng cho chương trình Hóa học cả 10,11,12
-Đối tượng nghiên cứu
Là học sinh trung học phổ thông và đang học lớp 11 trường Trần Khát Chân-huyện Vĩnh Lộc
-Phương pháp nghiên cứu
Ở đây tôi dùng phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết, tức là khi
ôn tập đến phần oxít tôi cho ôn tập khái niệm phân loại, tính chất tính chất vật lý, tính chất hóa học, các phương trình phản ứng minh họa, sau đó mới cho học sinh làm quen với dạng bài tập này
2.Nội dung
2.1 Cơ sở lí luận
Trang 2
Ngoài việc phân tích, làm rõ bản chất của phản ứng, giáo viên còn phải biết sáng tạo trong cách phân dạng bài tập, nhằm giúp học sinh có định hướng rõ ràng về phương pháp giải Đây là yêu cầu rất quan trọng vì nó có thể biến cái phức tạp trở thành những điều đơn giản
Dựa vào các dữ kiện của đề tài tôi thường chia các bài toán thành 4 dạng chính sau
*Dạng 1 : Xác định công thức dựa vào % hoăc tỉ lệ khối lượng
*Dạng 2: Tìm công thức của oxit sắt trong phản ứng nhiệt luyện
*Dạng 3: Tìm công thức của oxit sắt trong phản ứng với axít
*Dạng 4 :Tìm công thức của oxit trong bài tập hỗn hợp oxit và kim loại hoặc hỗn hợp oxit và hợp chất
2.2 Thực trạng của vấn đề nghiên cứu
Trong một buổi học ở lớp 11 A1 tôi đưa bài toán "A là 1 oxít của kim loại M có tỉ lệ về khối lượng mM:mO=21:8 Tính thể tích dung dịch HCl 0,5M cần dùng để phản ứng hết với 11,6g A" Kết quả có khoảng 30 em trong lớp không biết cách giải bài toán như thế nào và không làm bài ,10 em khác thì bắt tay vào làm bài nhưng không biết biến đổi trong đó có 1 em tính ra được M nhưng lại cho rằng kim loại chỉ có hóa trị 1,2,3 nên không tìm được công thức và rất nhiều sai lầm khác có liên quan đến bài toán Hầu hết các em đều cho rằng bài quá khó, thường tỏ ra rất sợ khi nhận nhiệm vụ giải các bài tập này Vì thế các em rất thụ động trong các buổi học, không hứng thú học tập Từ những sai lầm và khó khăn trên, tôi nghĩ cần phải nghiên cứu tổng hợp về phương pháp giải một số dạng bài toán liên quan đến tìm công thức của oxit kim loại
2.3.Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề
Từ thực trạng trên để công việc đạt hiệu quả cao hơn tôi mạnh dạn thực hiện một số khâu quan trọng như sau giảng dạy nhằm làm rõ bản chất phản ứng của oxit Sau đó hướng dẫn phương pháp giải, từ đó giúp học sinh hình thành kỹ năng giải các bài toán có liên quan đến % các nguyên tố, phản ứng hóa học hoặc các định luật bảo toàn
Sau đây là một số kinh nghiệm về phân dạng và phương pháp giải các bài toán về tìm công thức của oxit của kim loại
2.3.1.Dạng 1:Xác định công thức oxit biết % về khối lượng hoặc tỉ lệ khối lượng
Cơ sở : Nếu các oxit đã biết hóa trị thì gọi công thức tương ứng với hóa trị Nếu
kim loại chưa biết hóa trị mà có hóa trị duy nhất thì có thể gọi công thức là
M2On ( n là hóa trị của kim loại )
Nếu kim loại chưa biết hóa trị mà không cho biết gì thêm thì gọi công thức là
MxOy
Ở đây ta chỉ xét trường hợp công thức MxOy
*Nếu biết % về khối lượng thì
nhưng phức tạp )
Trang 3
của kim loại M trong MxOy )
Hóa trị của kim loại thường có giá trị bằng 1,2,3
1 2 3 4 8/3
M
Thay hóa trị vào biểu thức tính M tìm cặp giá trị thỏa mãn ,nếu hóa trị là 1,2,3,4 không có cặp nào thỏa mãn thì lấy giá trị đặc biệt là 8/3( có trong Fe3O4 hoặc
Pb3O4) để thử
*Nếu biết tỉ lệ khối lượng thì
biện luận giống ở trường hợp biết % về m
a Phương pháp chung
Bước 1: Tính % của chất còn lại (Nếu biết %)
Bước 2 :Gọi công thức của oxit , lập tỉ lệ về % hoặc tỉ lệ về khối lượng ) Bước 3: biện luận tìm công thức của oxit
b.Các ví dụ
Ví dụ 1 X là 1 oxít của kim loại M có % về khối lượng M=70%.Thể tích (lít)
khí CO cần để khử hoàn toàn 8g oxit X là
A.2,24 B.1,12 C.3,36 D.4,48
Phát hiện vấn đề: đề bài cho biết % về khối lượng, phải xác định được công
thức của oxit mới tính được thể tích khí CO, H2
Bài giải : % O=100%-70%=30%
Gọi công thức là MxOy
Thay 2y/x bằng các giá trị 1,2,3 chỉ thấy 2y/x =3 thì M=56 thỏa mãn
Vậy công thức của X là Fe2O3
nFe O =0,05 mol
Cách 1 Tính theo phương trình
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3 CO2
0,05 mol 0,15mol
VCO = 0,15.22,4=3,36 lít Đáp án C
Cách 2 Tính theo bảo toàn nguyên tố
nO =nFe O 3=0,15 mol
Vì CO khử oxit kim loại tạo ra CO2 (nhận 1 nguyên tử O)
nCO= nO= 0,15 mol
VCO =3,36 lit Đáp án C
Trang 4
Ví dụ 2 X là 1 oxít của kim loại M có % về khối lượng M=72,41%.Thể tích
(lít) hỗn hợp CO,H2 cần để khử hoàn toàn 5,8g X là
A.2,24 B.1,12 C.3,36 D.4,48
Phát hiện vấn đề : biết % về khối lượng, phải xác định được công thức của oxit
mới tính được thể tích khí CO
Bài giải : % O=100%-72,41%=27,59%
Gọi công thức là MxOy
1 2 3 4 8/3
M 21 42 63 84 56
Thay 2y/x bằng các giá trị 1,2,3,4 không thấy giá trị nào thỏa mãn chỉ có 8/3 thì M=56 thỏa mãn
Vậy công thức của X là Fe3O4
nFe O =0,025 mol
Theo bảo toàn nguyên tố nO = nFe O 4=0,1 mol
Vì CO,H2 khử oxit kim loại tạo ra CO2 ,H2O (đều nhận thêm 1 nguyên tử O)
nhh CO,H = nO= 0,1 mol
Vhh =2,24 lit Đáp án A
Ví dụ 3.Y là 1 oxít của kim loại M có tỉ lệ về khối lượng mM:mO=21:8 Thể tích dung dịch HCl 0,5M cần dùng để phản ứng hết với 11,6g Y là
A.800ml B.600ml C.8960ml D.100ml
Phát hiện vấn đề : Biết tỉ lệ về khối lượng, phải xác định được công thức của
oxit mới tính được thể tích dung dịch HCl
Bài giải :
Gọi công thức là MxOy
1 2 3 4 8/3
M 21 42 63 84 56
Thay 2y/x bằng các giá trị 1,2,3,4 không thấy giá trị nào thỏa mãn chỉ có 8/3 thì M=56 thỏa mãn
Vậy công thức của Y là Fe3O4 nFe O =0,05 mol
Cách 1 Tính theo phương trình
Fe3O4 + 8HCl 2FeCl3 +FeCl2 + 3 H2O
0,05 0,4 (mol)
Trang 5
VHCl = 0,4/0,5=0,8 lít =800 ml Vậy đáp án đúng là A
Cách 2.Tính theo bảo toàn nguyên tố
nO =nFe O 4 = 0,2 mol
Vì bản chất của phản ứng 2H+ +O2- H2O
Nên nHCl =nH = 2nO = 0,4 mol
VHCl = 0,4/0,5=0,8 lít =800 ml Vậy đáp án đúng là A
c.Bài tập đề nghị
Câu 1.X là 1 oxít của kim loại M có % về khối lượng M=77,78% Thể tích (lít)
hỗn hợp CO,H2 cần để khử hoàn toàn 14,4g X là
A.2,24 B.1,12 C.3,36 D.4,48
Câu 2 Oxit của một kim loại có chứa 40% oxi về khối lượng Trong sunfua của
kim loại đó thì lưu huỳnh chiếm phần trăm theo khối lượng là
A 80% B 57,14% C 43,27% D 20%
2.3.2.Dạng 2:Tìm công thức của oxit sắt trong phản ứng nhiệt luyện
a.Phương pháp
Có nhiều cách để làm bài tập dạng này Nhưng ở đây tôi xin đưa ra 2 cách
Cách 1.Phương pháp đại số
Bước 1:đặt công thức tổng quát MxOy
Bước 2 : viết phương trình hóa học
Bước 3: lập phương trình toán học dựa vào các ẩn số theo cách đặt, sử dụng
phương pháp bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng và tăng giảm khối lượng
Bước 4 : giải phương trình toán học
Cách 2.Áp dụng các định luật bảo toàn
-Để xác định công thức nhanh của oxít cần xác định khối lượng của oxi và kim loại mO và mM Sau đó áp dụng cách tìm công thức giống ở dạng 1
-Thường gặp là bài toán xác định công thức của oxit sắt, phương pháp ta tính nFe
và nO theo bảo toàn nguyên tố
Sau đó lập tỉ lệ
+ nếu =1 thì oxit là FeO
+nếu =0,666 = thì oxit là Fe2O3
+nếu =0,75= thì oxit là Fe3O4
Chú ý: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố và bảo toàn ta có
nO =
và moxit =mkim loai +mO
b.Các ví dụ
Trang 6
Ví dụ 1.Để khử hoàn toàn 23,2 g một oxit kim loại ,cần dùng 8,96 lít
H2(đktc).Kim loại đó là
A.Mg B.Cu C.Fe D.Cr
Bài giải : nH =0,4 mol
Cách 1.Bảo toàn nguyên tố oxi và bảo toàn khối lượng
nO= nH =0,4 mol
mO=0,4.16=6,4g
mM=23,2-6,4=16,8 g
Gọi công thức của oxit là MxOy
1 2 3 4 8/3
M 21 42 63 84 56
Thay 2y/x bằng các giá trị 1,2,3,4 không thấy giá trị nào thỏa mãn chỉ có 8/3 thì M=56 thỏa mãn
Vậy kim loại cần tìm là Fe Đáp án C
Cách 2.Phương pháp đại số
Gọi công thức là MxOy
Đặt số mol của MxOy là a mol (Mx+16y)a=23,2 (1)
Xảy ra phản ứng
MxOy + y H2 x M +y H2O
a ay (mol)
Ta có nH = ay =0,4 mol thay ay=0,4 vào (1) ta có Max=16,8
M=21
1 2 3 4 8/3
M 21 42 63 84 56
Vậy kim loại cần tìm là Fe Đáp án C
Ví dụ 2.Có một loại oxit sắt dùng để luyện gang Nếu khử a gam oxit sắt này
bằng cacbon oxit ở nhiệt độ cao người ta thu được 0,84 gam sắt và 0,448 lít khí cacbonic (đktc) Công thức hoá học của loại oxit sắt nói trên là
A Fe2O3 B Fe3O4 C FeO D cả A, B đều đúng
Bài giải : nFe=0,015mol ; nCO =0,02 mol
Gọi công thức của oxit sắt là FexOy
Cách 1 Phương pháp đại số
Đặt số mol của FexOy là b mol Xảy ra phản ứng
FexOy +y CO x Fe +y CO2
Trang 7
b bx by (mol)
Ta có : nFe= bx=0,015mol và nCO = by=0,02 mol
Công thức cần tìm là Fe3O4 Đáp án B
Cách 2 Phương pháp bảo toàn nguyên tố oxi
nO =nCO =0,02 mol
Công thức cần tìm là Fe3O4 Đáp án B
Ví dụ 3 Dẫn luồng khí CO dư đi qua ống sứ đựng 16 g bột FexOy nung nóng, sau khi phản ứng kết thúc (giả sử xảy ra phản ứng trực tiếp oxít sắt thành Fe kim loại ), toàn bộ khí thoát ra được dẫn vào bình đựng nước vôi trong dư thấy có 30
g kết tủa trắng Vậy công thức của oxit là
A Fe2O3 B Fe3O4 C FeO D Cả A, B, C đều đúng
Bài giải :
nCaCO =30:100=0,3 mol
Cách 1 Phương pháp đại số
Đặt số mol của FexOy là a mol a(56x+16y)=16 (1)
Ta có các phương trình
FexOy +y CO x Fe +y CO2
a ax ay (mol)
CO2 +Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
ay ay (mol)
ay=0,3 mol thay vào (1) ta có ax=0,2 Vậy oxit sắt là Fe2O3
Đáp án A
Cách 2.Phương pháp bảo toàn khối lượng
Ta có nCO = nCO
mFe O + mCO =mFe +mCO 16+28.0,3=56.nFe +44.0,3 nFe =0,2 mol
Cách 2.1: mO =16-56.0,2=4,8 g nO =0,3
Vậy oxit sắt là Fe2O3 Đáp án A
Cách 2.2:nFe =0,2 mol nFe O =0,2/x
Vậy oxit sắt là Fe2O3 Đáp án A
Cách 3 Phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng
nO =nCO =0,3 mol mFe =16-16.0,3=11,2 g nFe =0,2 mol
Vậy oxit sắt là Fe2O3 Đáp án A
Ví dụ 4.Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X và một oxít sắt FexOy(trong điều kiện không có không khí ) thu được 92,35 g chất rắn Y Hòa tan Y trong
Trang 8
NaOH dư thấy có 8,4 lít khí H2(đktc) thoát ra và còn lại phần không tan Z Hòa tan ½ Z bằng dung dịch H2SO4 dặc nóng dư thấy có 13,44 lít (đktc) khí SO2
thoát ra Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Khối lượng Al2O3 và công thức của
FexOy là
A.40,8g và Fe3O4 B 45,9g và Fe2O3 C.40,8 g và Fe2O3 D.45,9g và Fe3O4
Bài giải :
nH =0,375 mol, nSO =0,6 mol
Cách 1 Phương pháp đại số + bảo toàn khối lượng
Ta có phản ứng nhiệt nhôm
2y Al + 3 FexOy y Al2O3 +3x Fe (1)
Cho Y phản ứng với NaOH sinh ra H2 chứng tỏ Al dư FexOy hết Chất rắn Y gồm Al dư , Fe và Al2O3
Ta có các phương trình phản ứng
0,25 0,375 (mol)
Al2O3 + 2NaOH + 3 H2O 2Na
Chất rắn Z là Fe
2Fe +6 H2SO4 đặc nóng dư Fe2(SO4)3 + 3SO2 +6H2O
0,4.2 0,6.2 (mol)
Bảo toàn khối lượng mAl O =92,35- 0,8.56-0,25.27=40,8 g nAl O =0,4 mol
40,8 g và công thức của oxit sắt là Fe2O3 Đáp án C
Cách 2 Phương pháp bảo toàn mol electron + bảo toàn khối lượng
Ta có phản ứng nhiệt nhôm
2y Al + 3 FexOy y Al2O3 +3x Fe (1)
Cho Y phản ứng với NaOH sinh ra H2 chứng tỏ Al dư FexOy hết Chất rắn Y gồm Al dư , Fe và Al2O3
Ta có quá trình
2Al 3H2
0,25 0,375 (mol)
Chất rắn Z là Fe
Ta có các quá trình
SO42- +2e SO2
2,4 0,6.2 (mol)
Fe Fe3+ + 3 e
0,8 2,4 (mol)
Bảo toàn khối lượng mAl O =92,35- 0,8.56-0,25.27=40,8 g
nAl O =0,4 mol nO =0,4.3=1,2 mol = Vậy khối lượng của oxit nhôm là 40,8 g và công thức của oxit sắt là Fe2O3 Đáp án C
c.Bài tập đề nghị
Trang 9
Câu 1 Khử hoàn toàn một oxit sắt nguyên chất bằng CO dư ở nhiệt độ cao Kết
thúc phản ứng, khối lượng chất rắn giảm đi 27,58% Oxit sắt đã dùng là
A Fe2O3 B Fe3O4 C FeO D.Cả A, B, C đều đúng
Câu 2 Cho 1 luồng khí CO qua ống sứ đựng 3,045 g FexOy nung nóng sau phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y Cho Y tác dụng với dd HNO3 loãng thu được dung dịch Z và 0,784 lít NO (đktc) Công thức của oxit là
A Fe2O3 B Fe3O4 C FeO D Cả B, C đều đúng
Câu 3 Khử hoàn toàn 4,06 g một oxit kịm loại bằng CO ở nhiệt cao thành kim
loại dẫn toàn bộ lượng khí sinh ra vào bình đựng dd Ca(OH)2 dư thấy tạo thành
7 gam kết tủA Nếu lấy lượng kim loại tạo thành hòa tan hết trong HCl thu được
1,176 lít khí H2 (đktc) Công thức của oxit là
Câu 4.Cho 4,48lít CO (ở đktc) từ từ qua ống sứ nung nóng đựng 8g một oxit sắt
đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so vơi hiđro bằng 20 Công thức của oxit và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là
A.Fe2O3 và 25% B.Fe2O3 và 75% C.Fe3O4 và 25% D.Fe3O4 và 75%
2.3.3.Dạng 3:Tìm công thức của oxit sắt trong phản ứng với axít
a.Phương pháp
Có nhiều cách làm các bài dạng này Nhưng ở đây tôi xin nêu ra 2 cách
Cách 1 Phương pháp đại số
Cách giải giống ở dạng 2
Cách 2.Dựa vào các định luật bảo toàn
Chú ý : Phản ứng với axit không có tính oxi hóa (HCl hoặc H2SO4 loãng )
Bản chất: 2H+ (axit) + O2- (oxit) H2O
Từ nH nO mO mM =moxit –mO Sau đó áp dụng cách tìm công thức giống ở dạng 1
-Nếu là bài toán xác định công thức của oxit sắt, ta tính nO dựa vào nH , sau đó tính nFe theo bảo toàn nguyên tố
Từ đó lập tỉ lệ
b.Các ví dụ
Ví dụ1 Hòa tan hết 34,8 g FexOy bằng dung dịch HNO3 thu được dung dịch A Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch A, kết tủa thu được nung ở nhiệt độ cao cho đến khối lượng không đổi Dùng H2 để khử hết lượng oxit tạo thành sau khi nung thì thu được 25,2 g chất rắn Xác định FexOy
Bài giải : Áp dụng bảo toàn nguyên tố cho Fe: sắt trong oxit là sắt thu được
Áp dụng bảo toàn khối lượng cho nguyên tố O: mO= 34,8-25,2=9,6 g
nO =0,6 mol Vậy oxit là Fe3O4
Trang 10
Ví dụ2 Một oxit sắt có khối lượng 25,52 gam Để hòa tan hết lượng oxit sắt này
cần dùng vừa đủ 220 ml dung dịch H2SO4 2M (loãng) Công thức của oxit sắt này là
A Fe3O4 B Fe2O3 C FeO D Cả B, C đều đúng
Bài giải :
Cách 1 Phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng
nH SO =0,44 mol nH =0,88 mol nO =0,44 mol
Áp dụng bảo toàn khối lượng mFe=25,52-0,44.16=18,48 g nFe=0,33 mol
Vậy oxit là Fe3O4 Đáp án A
Cách 2 Phương pháp đại số
Đặt số mol của FexOy là a mol a(56x+16y)=25,52 (1)
Ta có phương trình
2FexOy+ 2y H2SO4 loãng xFe2(SO4)2y/x + 2yH2O
a ay (mol)
Ta có ay=0,44 thay vào (1) ax=0,33
vậy oxit là Fe3O4 Đáp án A
Ví dụ 3 Hòa tan hoàn toàn một oxit sắt FexOy bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được 2,24 lít khí SO2 duy nhất (đktc) và dung dịch muối Y, cô cạn dung dịch muối Y cân nặng 120 gam chất rắn khan Công thức phân tử của oxit sắt là
Bài giải :
Muối thu được là muối Fe2(SO4)3 nmuối=0,3 mol
Cách 1 Phương pháp đại số
Đăt số mol của FexOy là a mol
2FexOy+ (6x-2y) H2SO4 đặc nóng xFe2(SO4)3 +(3x-2y)SO2+(6x- 2y)H2O
a a(3x-y) ax/2 a(3x-2y)/2 (mol)
Ta có nmuối= ax/2=0,3 mol ax=0,6
Và nSO = a(3x-2y)/2=0,1 mol ay=0,8
Vậy oxit là Fe3O4 Đáp án C
Cách 2 Phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn mol electron
nFe =nFe (SO ) 2= 0,6 mol
Quy đổi FexOy thành hỗn hợp Fe và O
Đặt số mol của O là a mol
Ta coi đây là bài toán : Fe FexOy Fe2(SO4)3 + SO2
Ta có các quá trình
Fe Fe3+ +3e
0,6 1,8 (mol)
O + 2e O2-