PHÂN LOẠI và PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tập về KIM LOẠI

Để các em có thể giải tốt các bài toán hóa học thì phải rèn luyện cho học sinh có kĩ năng làm bài tốt, nhận dạng nhanh loại bài tập, để đưa ra các phương pháp giải thích hợp.. -Sử dụng c

I LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thời đại mà trình độ khoa học – công nghệ phát tiển nhanh chưa từng thấy và đã ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của mỗi quốc gia, cũng như đến mọi hoạt động hàng ngày của mỗi cá nhân Trong thời kìđổi mới và hội nhập của nước ta hiện nay, việc đào tạo nên những con người thực sự năng động và đầy sức sáng tạo để họ thích ứng được với sự phát triển nhanh chóng của xã hội là điều vô cùng cần thiết

Bài tập là một trong những phương tiện dạy học rất quan trọng và hiệu quả Điều mà các giáo viên cần quan tâm là làm thế nào để sử dụng bài tập hóa học sao cho đạt hiệu quả cao nhất

Phần kim loại là một phần đóng vai trò rất quan trọng trong chương trình hóa học 12 Bài tập ở phần này rất nhiều không thể giải hết tất cả được Thực tế cho thấy các em chỉ giải những bài tập quen thuộc và lúng túng khi gặp những bài tập mới mặc dù không khó do các em không nhìn ra được dạng toán, chưa biết vận dụng các phương pháp giải toán Để các em có thể giải tốt các bài toán hóa học thì phải rèn luyện cho học sinh có kĩ năng làm bài tốt, nhận dạng nhanh loại bài tập, để đưa ra các phương pháp giải thích hợp

Vì những lí do trên, tôi quyết định chọn đề tài

“ Phân loại và phương pháp giải bài tập kim loại”

1.2 Mục đích nghiên cứu

-Rèn luyện kỹ năng vận dung tri thức hóa học phần Kim loại

-Phân loại các dạng bài tập về kim loại

-Sử dụng các phương pháp giải toán về kim loại

-Lựa chon phương pháp giải nhanh bài tập về kim loại

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài áp dụng vào giảng dạy các lớp 12T, 12F, 12H và 12I trường THPT chuyên Lam Sơn Thanh Hóa năm học 2016-2017

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi đã phối hợp sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

-Phương pháp nghiên cứu lý luận

-Phương pháp điều tra, quan sát

-Phương pháp tổng kết kinh nghiệm

II NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGIỆM

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến

Để thực hiện đề tài này tôi sử dụng kiến thức lý thuyết về kim loại trong Sách giáo khoa môn Hóa học lớp 12

2.1.1 Phân loại bài tập kim loại

a) Dựa vào nội dung

-Bài tập đại cương về kim loại

-Bài tập kim loại phân nhóm chính nhóm IA

-Bài tập kim loại phân nhóm chính nhóm IIA

-Bài tập về kim loại nhôm và hợp chất của nó

-Bài tập về kim loại chuyển tiếp (Cr – Fe - Cu)

b) Dựa vào phương pháp giải bài tập

-Bài tập áp dụng định luật bảo toàn electron

-Bài tập áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, tăng giảm khối lượng-Bài tập dựa vào giá trị trung bình

-Bài tập áp dụng định luật bảo toàn điện tích

-Bài tập tính theo công thức và phương trình

-Bài tập sử dụng phương pháp ghép ẩn số…

c).Dựa vào tính chất của kim loại

-Bài tập kim loại tác dụng với nước

-Bài tập kim loại tác dụng với dung dịch kiềm

-Bài tập kim loại tác dụng với axit

-Bài tập kim loại tác dụng với muối

-Bài tập kim loại mạnh khử oxit của kim loại yếu

-Bài tập về xác định thế điện cực, điện phân, định luật Faraday

-Bài tập xác định tên kim loại

Mỗi cách phân loại đều có những ưu điểm riêng của nó Tuy nhiên cách phân loại theo tính chất của kim loại phù hợp khi giảng dạy tất cả các chương

của kim loại, mặt khác chưa có một tác giả nào thật sự đi sâu nghiên cứu theo cách phân loại này Vì thế luận văn của tôi xin trình bày theo cách phân loại thứ

3 tức là phân loại theo tính chất của kim loại

2.1.2 Phương pháp giải bài toán hóa học

a).Phương pháp bảo toàn số mol electron

Trong phản ứng oxi hóa – khử, số mol electron mà chất khử cho bằng

số mol electron mà chất oxi hóa nhận”

- Áp dụng định luật bảo toàn electron

b).Phương pháp bảo toàn khối lượng

Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng cácsản phẩm

Xét phản ứng: A + B → C + D

Luôn có: mA + mB = mC + mD

Các bước giải:

- Lập sơ đồ biến đổi các chất trước và sau quá trình phản ứng

- Từ giả thiết của bài toán tìm ∑m trước và ∑m sau (không cần biết là phảnứng hoàn toàn hay không hoàn toàn)

- Vận dụng phương pháp bảo toàn khối lượng để lập phương trình toán học, kết hợp với các dữ kiện khác để lập được hệ phương trình

- Giải hệ phương trình

c).Phương pháp bảo toàn nguyên tố

Căn cứ vào định luật bảo toàn nguyên tố: “Trong các phản ứng hóa

học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn”

Các bước giải

- Viết sơ đồ (PTPƯ) các biến đổi

- Rút ra mối liên hệ về số mol của các nguyên tố cần xác định theo yêu cầu của đề bài trên cơ sở định luật bảo toàn nguyên tố

d).Phương pháp tăng giảm khối lượng

Dựa vào sự tăng giảm khối lượng khi chuyển từ chất này sang chất khác

để xác định khối lượng một hỗn hợp hay một chất”

Các bước giải:

- Xác định mối quan hệ tỷ lệ mol giữa chất cần tìm và chất đã biết

- Lập sơ đồ chuyển hóa của 2 chất này

- Xem xét sự tăng hoặc giảm của ∆M và ∆m theo phản ứng và theo dữ kiện đề bài

- Lập phương trình toán học để giải

e).Phương pháp bảo toàn điện tích

Trong dung dịch luôn trung hòa về điện nên một dung dịch tồn tại đồng thời các các cation và anion thì tổng số điện tích dương bằng tổng số điện tích

âm hay tổng số mol điện tích dương bằng tổng số mol điện tích âm

Phạm vi áp dụng:

Định luật bảo toàn điện tích thường áp dụng cho các bài toán về chất điện

li để:

Tìm số mol, nồng độ các ion hoặc pH của dung dịch

Xét xem sự tồn tại hay không tồn tại của một dung dịch

Các bước giải:

- Xác định tổng số mol điện tích dương và tổng số mol điện tích âm

- Áp đụng định luật bảo toàn điện tích

- Xét các tương tác có thể xảy ra trong dung dịch (nếu tạo được kết tủa, chất khí, chất điện li yếu)

f) Phương pháp trung bình

Đối với một hỗn hợp bất kì ta luôn có thể biểu diễn chúng qua một đại lượng tương đương, thay thế cho cả hỗn hợp, là đại lượng trung bình (như khối

lượng mol trung bình, số nguyên tử trung bình, số nhóm chức trung bình…), được biểu diễn qua biểu thức:

1

n

i i i

n i i

X n X

n

=

=∑

∑

Trong đó: - Xi là đại lượng đang xét của chất thứ i trong hỗn hợp

- ni là số mol của chất thứ i trong hỗn hợp

Các bước giải:

- Xác định số trung bình giúp giải quyết yêu cầu bài toán

- Chuyển hỗn hợp về dạng công thức chung A B n m

- Xác định số n , m …theo dữ kiện đã cho, từ đó đưa ra kết luận cần thiết.

i) Phương pháp đường chéo

Sơ đồ đường chéo và công thức tương ứng với mỗi trường hợp:

Đối với nồng độ % về khối lượng:

- Xác định trị số cần tìm từ đề bài

- Chuyển các số liệu sang dạng đại lượng % khối lượng

- Xây dựng đường chéo để tìm kết quả của bài toán

k) Phương pháp đại số

- Viết các phương trình phản ứng

- Đặt ẩn số cho các đại lượng cần tìm

- Tính theo phương trình phản ứng và các ẩn số đó để lập ra các phương trình đại số

- Giải phương trình đại số hoặc hệ phương trình đại số và biện luận kết quả nếu cần

- Một số bài toán cho thiếu dữ kiện nê khi giải bằng phương pháp đại số,

số ẩn nhiều hơn số phương trình và có dạng vô định không giải được Nếu dùng phương pháp ghép ẩn ta có thể giải loại bài này một cách dễ dàng

- Xây dựng đồ thị theo số mol

- Xác định lượng chất mà đề bài yêu cầu từ đồ thị, chú ý đến các từ khóa

“lớn nhất”, “nhỏ nhất” nếu có

2.2 Phân loại và phương pháp giải bài tập kim loại

2.2.1.Bài tập kim loại tác dụng với nước

Phương pháp giải:

Tùy thuộc vào bản chất kim loại

• Với kim loại nhóm IA (Li, Na, K,…), Ca, Ba, Sr thì phản ứng ở điều kiện thường và cho ra bazơ kiềm, giải phóng Hiđro:

Nhận xét: Nếu dùng một mol kim loại thì số mol nguyên tử H2 giải phóng bằng

hóa trị của kim loại hoặc số mol H2 giải phóng bằng số mol OH- tạo ra

Ví dụ 1: Cho 0,69 g Na vào 100ml dung dịch HCl có nồng độ C mol/l Kết thúc

phản ứng thu được dung dịch A Cho lượng dư dung dịch CuSO4 vào dung dịch

A thu được 0,49g một kết tủa Trị số của C là

A.0,25M B 0,3M C 0,4M D 0,2M

Giải: Ta có: nNa = 0,03 mol

Na + dd HCl thiếu H O2 → NaCl, NaOH →C OuS 4 Cu(OH)2 ↓

Nhận xét: Khi cho các kim loại có khả năng tan trong nước vào dung dịch axit

thì kim loại phản ứng với axit trước, sau đó nếu axit hết kim loại mới tiếp tục phản ứng với nước.

Ví dụ 2: Hòa tan 8,15g hỗn hợp 2 kim loại kiềm Na và K vào H2O được dd A

a Để xác định lượng bazơ kiềm trong dung dịch A cần chuẩn bị tối thiểu bao nhiêu ml dung dịch HCl 1M?

b Để trung hòa dung dịch A cần dùng 250ml HCl 1M Xác định khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp

Giải:

a VHCl tối thiểu cần chuẩn bị:

Đặt M Thay cho K, Na (M cũng là nguyên tử lượng trung bình)

M + H2O  → MOH + 1

2 H2 ↑ (1)MOH + HCl  → MCl + H2O (2)

+ B là kim loại tan trực tiếp trong nước (Ba, Ca)

+ B là kim loại có hiđroxit lưỡng tính

Ví dụ 1: Hòa tan hết 26g một kim loại M vào dung dịch Ba(OH)2 có một khí thoát ra và khối lượng dung dịch tăng 25,2g M là

Giải: Dùng phương pháp bảo toàn electron:

Giải: Ta không viết ptpư mà biểu diễn các qua trình xảy ra bằng sơ đồ rồi áp

dụng định luật bảo toàn nguyên tố để tìm ra số mol mỗi chất trong hỗn hợp:

Al, Al4C3 →ddKOH H2↑, CH4↑,KAlO2 →CO2 +H O2 Al(OH)3↓

2.2.3 Bài tập kim loại mạnh khử oxit của kim loại yếu ( phản ứng nhiệt nhôm)

Các kim loại mạnh có thể khử được kim loại yếu ra khỏi oxit của nó

PTTQ: M + M’xOy  → M2On + M’

Điều kiện: M’ đứng sau Al và M đứng trước M’ tròng dãy hoạt động hóa học.Đối với chương trình phổ thông, ta chủ yếu gặp phản ứng loại này ở phản ứng nhiệt nhôm

PTPƯ: Al + MxOy

o

t

→ Al2O3 + M Các trường hợp có thể xảy ra:

-Trường hợp 1: Phản ứng xảy ra hoàn toàn ( hiệu suất 100%), khi đó có thể có

các khả năng

Sản phẩm

Khả năng

Sản phẩm sau phản ứng nhiệt nhôm Chất ban đầu

-Trường hợp 2: Phản ứng xảy ra không hoàn toàn, khi đó sản phẩm có M,

Al2O3, MxOy, Al dư Lúc này ta áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng

và định luật bảo toàn nguyên tố để có thể thiết lập 1 số phương trình toán học

Ví dụ 1: Trộn 2.7g Al vào 20g hỗn hợp Fe3O4 và Fe2O3 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm được hỗn hợp A Hòa tan A trong axit HNO3 thấy thoát ra 8,064 lít

NO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất Khối lượng của Fe2O3 trong hỗn hợp là

Nhận xét nhanh: dùng phương pháp bảo toàn e

Ví dụ 2: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và Fe3O4 ( hiệu suất100%) thì thu được hỗn hợp Y là 100ml NaOH 0,8M và khi đó thu được 806,4

ml H2 ở đktc Tính % theo khối lượng của các chất trong hỗn hợp X và Y

Giải: Y + dd NaOH có khí thoát ra nên Al dư, Fe3O4 phản ứng hết

Ta có: nNaOH = 0,08 mol; nH2= 0,036 mol

PTPƯ: 3Fe3O4 + 8Al  → 4Al2O3 + 9Fe

a 8a

3

4a

3 3a2Al + 2NaOH + H2O  → 2NaAlO2 + 3H2 ↑

- Thành phần % khối lượng các chất trong X:

3 4

Fe O

m = 232a = 4,872g; mAl = (8a

3 + 0,024).27 = 2,16g ⇒ % mFe3O4 = 4,872

Đặc điểm: + Kim loại phải đứng trước H trong dãy điện hóa

+ Muối thu được là muối có hóa trị thấp của kim loại + Khí thoát ra là khí H2

• Với dung dịch có tính oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc…( vai trò chất oxi hóa là nguyên tố trung tâm N+5, N+6 của anion NO3- và SO42- )

- Số oxi hóa là cao nhất của M

- Sản phẩm khử của axit phụ thuộc vào tính khử của kim loại, nồng độ của axit, nhiệt độ tiến hành phản ứng…Nói chung axit bị khử xuống mức oxi hóa càng thấp khi nồng độ càng loãng và tác dụng với kim loại càng mạnh

Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 11,7 gam bột Zn trong dung dịch HNO3 loãng thu được hỗn hợp khí N2, N2O có thể tích là 0,672 lít ở đktc và dung dịch có chứa 34,82 gam muối Tính % thể tích N2 và N2O tạo ra trong hỗn hợp

Mặt khác: x + y = 0,03 (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ: 10x + 8y = 0,36 x = 0,02

x + y = 0,03 y = 0,01 % VN2= 0,02/0,03.100= 66,7 %

% VN O2 = 100 – 66,7 = 33,3 %

2.2.5 Bài tập kim loại tác dụng với dung dịch muối

Phương pháp giải:

• Nếu kim loại tác dụng trực tiếp với nước thì:

+ Ban đầu kim loại tác dụng với nước tạo dung dịch bazơ kiềm

+ Sau đó bazơ kiềm sinh ra tác dụng với dung dịch muối

• Nếu kim loại từ Mg trở về sau thì áp dụng quy tắc α trong dãy điện hóa

Một kim loại tác dụng với dung dịch một muối

• Phương trình phản ứng: A + Bn+ → Am+ + B ↓

• Điều kiện: + A đứng trước B trong dãy điện hóa

+ Muối của B phải tan trong nước

• Biện luận một số trường hợp:

- Nếu A hết, Bn+ hết → dung dịch chỉ chứa muối của An+ và chất rắn chỉ chứa B

- Nếu A còn, Bn+ hết → dung dịch chỉ chứa muối của An+ và chất rắn gồmhỗn hợp kim loại A dư và kim loại B

- Nếu A hết, Bn+ còn → dung dịch chứa hỗn hợp muối của An+ và Bn+ dư, chất rắn chỉ chứa kim loại B

Chú ý: Các trường hợp trên chỉ đúng khi phản ứng xảy ra hoàn toàn.

• Nếu không biết số mol ban đầu của A hoặc Bn+ thì có thể dự đoán

Tính khối lượng tăng hoặc giảm của thanh A:

- Nếu mB↓ < mA tan → khối lượng thanh A giảm: ∆m = mA tan - mB↓

- Nếu mB↓ > mA tan → khối lượng thanh A tăng: ∆m = mB↓ - mA tan

Chú ý: Cũng có khi đề bài cho lấy thanh kim loại A ra khỏi dung dịch trước

khi phản ứng kết thúc, lúc này cần dựa vào lượng chất rắn thu được so với lượng ba đầu để tìm thành phần dung dịch ( sản phẩm tạo ra và cả chất phản ứng dư)

Ví dụ 1: Cho 6,48g bột kim loại nhôm vào 100ml dung dịch hỗn hợp Fe2(SO4)3

1M và ZnSO4 0,8M Sau khi kết thúc phản ứng thu được hỗn hợp các kim loại

có khối lượng m Giá trị của m là

Giải: nAl= 0,24 mol; nFe SO2( 4 3) = 0,1 mol; nZnSO4= 0,8 mol

Khi cho Al vào dung dịch sẽ xảy ra các phản ứng:

2.3 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, đối với bản thân và nhà trường

Với nội dung kiến thức này tôi đã áp dụng vào giảng dạy cho học sinh trường THPT chuyên Lam Sơn Cụ thể là học sinh ở các lớp 12T, 12F, 12H v à 12I (khoá học 2015-2017) đa số các em tiếp thu rất tốt và tự tin áp dụng phương pháp hợp lý vào giải c ác bài toán toán về kim loại Đặc biệt khi bồi dưỡng độituyển dự thi HSG tỉnh và thi vào các trường Đại học, Cao đẳng thì phần lớn các

em nắm được kiến thức và giải được dạng toán về kim loại

Kết quả bước đầu thu được cho thấy tính hiệu quả như sau:

Các kĩ năng học sinh nắm được

Lớp12T và 12F 1

- Hệ thống bài tập lựa chọn ứng với các dạng như vậy là tương đối đầy

đủ và hợp lí trong việc rèn luyện kỹ năng cho học sinh, góp phần nâng cao hiệu quả dạy học

- Việc đưa ra định hướng theo con đường định hướng tìm tòi và định hướng khái quát chương trình hóa học có tác dụng phát triển trí lực, góp phần phát triển tư duy năng lực và khả năng sáng tạo cho học sinh, đồng thời sự tích cực hóa hoạt động của học sinh tong quá trình học tập

3.2 Kiến nghị, đề xuất

Qua quá trình giải dạy, tôi có đề nghị với các cấp quản lí tạo điều kiện để

tổ chuyên môn thường xuyên trao đổi phương pháp và trao đổi kinh nghiệm nghiên cứu khoa học để các đồng chí tổ viên được nâng cao trình độ chuyên môn

Mong muốn chút ít kinh nghiệm này của tôi sẽ được các đồng nghiệp và học sinh tham khảo nhằm hiểu sâu hơn nữa kiến thức về kim loại, từ đó giúp ích cho quá trình giảng dạy và học tập của các thầy cô và các em học sinh

Tôi rất mong muốn được nhà trường và các cấp quản lí giáo dục quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi có thể mở rộng nghiên cứu, áp dụng, thử

nghiệm kinh nghiệm này cho các lớp học khác, khoá học khác trong chương trình Hóa học phổ thông, góp phần cùng toàn trường, toàn ngành và toàn xã hội nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học

Vì điều kiện thời gian nghiên cứu và năng lực còn hạn chế nên trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi chưa thể nêu hết các vấn đề Kính mong người đọc góp

ý và bổ sung để tác giả ngày càng hoàn thiện hơn trong phương pháp nghiên cứukhoa học

XÁC NHẬN CỦA Thanh Hóa, ngày 10 tháng 05 năm 2017

THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Tôi xin cam đoan đây là SKKN của

mình viết, không sao chép nội dung của

người khác