SKKN hướng dẫn học sinh giải bài tập oxitaxit phản ứng với dung dịch bazơ

Như vậy, muốn đổi mới phương pháp dạy học phải chống thói quen áp đặt, truyền thụ kiến thức theo một chiều mà phải tạo cơ hội cho học sinh phát hiện kiến thức và tiếp cận kiến thức để gi

I. PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1.1 Cơ sở lý luận:

Mục tiêu của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm góp phần thực hiện mục tiêu đổi mới nền giáo dục nước nhà Muốn đổi mới giáo dục thì phải đổi mới cách dạy và cách học, người giáo viên cần coi trọng việc hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh, đặc biệt là năng lực tư duy, năng lực hành động Cần tạo điều kiện cho học sinh có ý thức và biết vận dụng tổng hợp kiến thức vào cuộc sống thực tiễn, đồng thời chú ý rèn luyện cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo; chú ý các thao tác tư duy cơ bản như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa …

Như vậy, muốn đổi mới phương pháp dạy học phải chống thói quen áp đặt, truyền thụ kiến thức theo một chiều mà phải tạo cơ hội cho học sinh phát hiện kiến thức và tiếp cận kiến thức để giải quyết vấn đề một cách linh hoạt

và sáng tạo

1.1.2 Cơ sở thực tiễn:

Ngày nay, việc đổi mới phương pháp giảng dạy đã được thực hiện một cách rộng rãi và có hiệu quả, đặc biệt là trong các bài giảng lý thuyết Tuy nhiên, đổi mới trong phương pháp bồi dưỡng kỹ năng giải bài tập cho học sinh vẫn còn nhiều hạn chế, chưa phát huy hết tiềm lực tư duy, sáng tạo và trí thông minh của học sinh

Qua kinh nghiệm giảng dạy của bản thân và ý kiến của một số giáo viên cùng chuyên môn nhận thấy bản chất của phản ứng giữa oxit axit (CO2

hoặc SO2) với dung dịch bazơ rất phức tạp, khó hiểu nên học sinh thường lúng túng khi gặp các bài toán có liên quan đến phản ứng giữa oxit (CO2

hoặc SO2) với dung dịch bazơ

Trong nhiều năm công tác giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THCS, tôi nhận thấy học sinh vẫn còn nhiều lúng túng trong việc giải các dạng bài tập nâng cao, trong đó có bài toán oxit axit (SO2, CO2) tác dụng với dung dịch bazơ Trong khi loại bài tập này không thể thiếu trong chương trình hóa học trung học cơ sở

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã tìm tòi, tham khảo tư liệu và áp dụng

đề tài: “Hướng dẫn học sinh giải bài tập: oxit axit phản ứng với dung

dịch bazơ” nhằm giúp các em khắc phục những sai lầm và biết cách giải

dạng bài tập này một cách hiệu quả

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Làm rõ bản chất của phản ứng giữa oxit axit (CO2, SO2) với dung dịch bazơ, qua đó hình thành cho học sinh kĩ năng giải bài tập hóa học có liên quan đến phản ứng hóa học này

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Trong đề tài, tôi vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học như: phân tích lý thuyết, điều tra cơ bản, tổng kết kinh nghiệm sư phạm và sử dụng một số phương pháp thống kê toán học trong việc phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm …

Tham khảo tài liệu để thiết kế nội dung bài tập và trực tiếp giảng dạy trong các giờ học tự chọn theo chuyên đề nâng cao

1.4 PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU.

Đề tài được lồng ghép vào các tiết dạy bồi dưỡng học sinh giỏi và tự chọn ở trường

II NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP OXIT AXIT

CO 2 , SO 2 PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH BAZƠ.

2.1.1 Bản chất của phản ứng giữa oxit axit CO 2 (hoặc SO 2 ) với dung dịch bazơ.

Giả sử dẫn V lit CO2 (hoặc SO2) ở đktc vào dung dịch chứa b mol dung dịch bazơ R(OH)2, phản ứng xảy ra theo trình tự sau:

Đầu tiên, phản ứng tạo ra muối trung hòa, đến khi nRCO3 = nR(OH)2 = b thì kết tủa đạt cực đại

CO2 + R(OH)2  RCO3 + H2O (1)

b b b(mol)

Nếu tiếp tục sục khí CO2 (hoặc SO2) vào thì kết tủa RCO3 bị tan dần và chuyển thành muối axit R(HCO3)2 Khi n CO2 (hoặc SO2) = 2b thì kết tủa tan hoàn toàn

CO2 + H2O + RCO3  R(HCO3)2 (2)

Tổng hợp (1) và (2) ta có phương trình chung:

2CO2 + R(OH)2  R(HCO3)2 (3)

Như vậy, tùy thuộc vào số mol của dung dịch bazơ và oxit axit mà muối tạo thành có thể là muối trung hòa hoặc muối axit hoặc cả 2 muối

+ Nếu chỉ tạo ra muối trung hòa thì chỉ có phản ứng (1)

+ Nếu chỉ tạo ra muối axit thì chỉ có phản ứng (3)

+ Nếu tạo ra hỗn hợp 2 muối thì xảy ra cả phản ứng (1) và (2)

2.1.2 Phương pháp xác định muối tạo thành.

Căn cứ vào bản chất của phản ứng, ta có thể kết luận nhanh loại muối tạo thành dựa vào tỉ lệ số mol của dung dịch bazơ với oxit

Nếu đặt k = nR(OH)n Oxit2 = b

a thì ta có:

K Quan hệ mol Muối tạo thành Ghi chú

K  0,5 b  2a Muối axit R(HCO3)2 K < 0,5 thì CO2 dư 0,5 < K < 1 a < b < 2a Hỗn hợp 2 muối Vừa đủ

K  1 b  a Muối trung hòa

RCO3

K > 1 thì R(OH)2 dư

2.2 CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG CỤ THỂ:

2.2.1 Dạng 1: Xác định muối tạo thành khi biết số mol của oxit và bazơ.

Các bước giải:

- Bước 1: Lập tỉ lệ số mol: k = nR(OH)n Oxit2

- Bước 2: Lập PTHH theo kết quả tính toán ở trên.

- Bước 3: Thực hiện các phép tính dựa vào PTHH.

Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Dẫn 6,72 lít CO2 ở đktc lội qua 120 ml dung dịch Ba(OH)2 1M Tính khối lượng muối tạo thành sau phản ứng

22,4 ; nBa(OH)2= 0,12 x 1 = 0,12 mol

=> nBa(OH)2

n CO2 = 0,120.3 = 0,4 < 0,5

Vậy muối axit Ba(HCO3)2 tạo thành và CO2 dư

PTHH: 2CO2 + Ba(OH)2  Ba(HCO3)2

0,24 0,12 0,12 (mol)

=> mBa(HCO )3 2 = 0,12 x 259 = 31,08 gam

Ví dụ 2: Nếu cho 100 gam dung dịch muối Na2SO3 12,6% phản ứng hoàn toàn với dung dịch axit H2SO4 rồi dẫn toàn bộ lượng khí SO2 sinh ra vào 100ml dung dịch Ca(OH)2 1,5M thì muối nào tạo thành ? Khối lượng bao nhiêu ?

Hướng dẫn

Ta có: nNa SO2 3= 100 12,6100 126x x = 0,1 mol

nCa(OH)2= 0,1 x 1,5 = 0,15 mol PTHH: Na2SO3 + H2SO4  Na2SO4 + SO2 + H2O

0,1 0,1 (mol)

=> nCa(OH)2

n SO2 = 0,150,1 = 1,5 > 1

Vậy: muối trung hòa CaSO3 tạo thành và Ca(OH)2 dư

PTHH: SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O

=> mCaSO3 = 0,1 120 = 12 gam

Lưu ý: Nếu biết phản ứng tạo ra hai muối thì bài toán có nhiều cách giải khác nhau.

Giả sử dẫn a mol oxit CO2 (hoặc SO2) vào dung dịch chứa b mol R(OH)2, phản ứng tạo ra hỗn hợp 2 muối RCO3 và R(HCO3)2 thì bài toán có các cách giải sau:

Cách 1: Phương pháp nối tiếp

CO2 + R(OH)2  RCO3 + H2O

CO2 + RCO3 + H2O  R(HCO3)2

(a-b) (a-b) (a-b) (mol)

Kết quả phản ứng tạo ra: (2b - a) mol RCO3;(a - b) mol R(HCO3)2

Cách 2: Phương pháp song song

Gọi x, y lần lượt là số mol của 2 muối RCO3 và R(HCO3)2 ta có:

CO2 + R(OH)2  RCO3 + H2O

2CO2 + R(OH)2  R(HCO3)2

2y y y (mol)

Ta có hệ phương trình:  2 

 



x y a

x y b Giải hệ ta được x, y

Cách 3: Phương pháp hợp thức

Có thể gọp thành 1 phương trình sao cho tỷ lệ số mol bazơ với mol oxit phù hợp với tỷ số K

Ví dụ minh họa: Dẫn 0,3 mol khí CO2 vào dung dịch chứa 0,2 mol Ca(OH)2 Tính khối lượng muối tạo thành Biết H = 100%

Hướng dẫn

Ta có 0,5 <n a(OH)2

n O2

C

C = 0, 2

0.3  0,6 <1 Vậy phản ứng tạo ra hỗn hợp 2 muối CaCO3 và Ca(HCO3)2

 Bài toán có 3 cách giải:

Cách 1: Phương pháp nối tiếp.

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

CO2 + CaCO3 + H2O  Ca(HCO3)2

0,1 0,1 0,1 (mol)

Vậy: Sau phản ứng: nCaCO3= 0,2 - 0,1 = 0,1 mol => mCaCO3= 10 gam

nCa(HCO )3 2 = 0,1 mol => mCa(HCO )3 2= 16,2 gam

Cách 2: Phương pháp song song

Gọi x, y lần lượt là số mol của 2 muối CaCO3 và Ca(HCO3)2 ta có:

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

2CO2 + Ca(OH)2  Ca(HCO3)2

2y y y (mol)

Ta có hệ phương trình: 2 0,3

0, 2

x y

x y





 

 Giải hệ ta được: 0,1

0,1

x y











=> mCaCO3= 10 gam; mCa(HCO )3 2= 16,2 gam

Cách 3: Phương pháp hợp thức

Ta có: n a(OH)2

n O2

C

C = 2

3 => PTHH chung:

3CO2 + 2Ca(OH)2  CaCO3 + Ca(HCO3)2 + H2O

=> mCaCO3= 10 gam; mCa(HCO )3 2= 16,2 gam

2.2.2 Dạng 2: Biện luận khối lượng muối theo số mol của oxit hoặc bazơ

2.2.2.1.Biện luận khối lượng của muối theo số mol của oxit.

- Trường hợp 1: Giả sử muối tạo thành là muối trung hòa => nmuối = noxit

- Trường hợp 2: Giả sử muối tạo thành là muối axit => nmuối 1

2 noxit

- Trường hợp 3: Giả sử tạo ra hỗn hợp 2 muối, ta có: 0,5 < nnba ¬

oxit

z

<1

=> m muối axit < m muối trung hòa + mmuối axit < mmuối trung hòa

Ví dụ: Hấp thụ hoàn toàn 0,672 lit khí SO2 vào dung dịch Ba(OH)2 Hỏi muối nào tạo thành? Khối lượng bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Ta có: nSO2 22,4 0,6720,03 mol

Vì chưa biết tỉ lệ số mol n bazô

n oxit nên có thể xảy ra 3 trường hợp:

- Trường hợp 1: Giả sử phản ứng chỉ tạo ra muối trung hòa BaSO3

PTHH: Ba(OH)2 + SO2  BaSO3 + H2O

=> mBaSO3 = 0,03 x 217 = 6,51 gam

-Trường hợp 2: Phản ứng chỉ tạo ra muối axit Ba(HSO3)2

=>

3

1

n Ba(HSO )2 2nSO2

PTHH: 2SO2 + Ba(OH)2  Ba(HSO3)2

Vì

3

1

n Ba(HSO )2 2nSO2= 0,03

2 = 0,015

=> mBa(HSO )3 2 ≤ 0,015 x 299 = 4,485 gam

- Trường hợp 3: Giả sử phản ứng tạo ra hỗn hợp 2 muối

PTHH: Ba(OH)2 + SO2  BaSO3 + H2O (1)

2SO2 + Ba(OH)2  Ba(HSO3)2 (2)

Vì tạo ra hỗn hợp 2 muối nên ta có: 0,5 < ( )2

2

n Ba OH

n SO <1

 0,5 < ( )2

0,03

n Ba OH

< 1  0,015 < nBa OH( )2< 0,03 Theo (1) và (2) ta luôn có nBaSO + nBa(HSO ) = nBa(OH)

 4,485 < mBaSO + mBa(HSO )

3 3 2< 6,51

2.2.2.2 Biện luận khối lượng của muối theo số mol của bazơ

- Trường hợp 1: Giả sử muối tạo thành là muối trung hòa

=> nmuối  nbazơ

- Trường hợp 2: Giả sử muối tạo thành là muối axit => nmuối = nbazơ

- Trường hợp 3: Giả sử tạo ra hỗn hợp 2 muối, ta có: 0,5 < nnba ¬

oxit

z

<1

=> mmuối trung hòa < mmuối trung hòa + mmuối axit < mmuối axit

Ví dụ: Sục khí SO2 vào 100 ml dung dịch Ca(OH)2 0,5M Hỏi muối nào tạo thành? Khối lượng bao nhiêu?

Vì chưa biết tỉ lệ số mol n bazo

n oxit nên có thể có 3 trường hợp:

- Trường hợp 1: Giả sử chỉ tạo ra muối trung hòa CaSO3 => nCaSO3 nCa(OH)2

PTHH: SO2 + Ca(OH)2  CaSO3

=> nCaSO3 nCa(OH)2 => mCaSO3≤ 0,05 x 120 = 6 gam

-Trường hợp 2: Giả sử chỉ tạo ra muối axit Ca(HSO3)2

=> n Ca(H SO3)  2 nCa(OH)2

PTHH: 2SO2 + Ca(OH)2  Ca(HSO3)2

0,05 0,05 (mol)

=> mCa(HSO )3 2= 0,05 x 202 = 10,1 gam

- Trường hợp 3: Giả sử phản ứng tạo ra hỗn hợp 2 muối.

PTHH: SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 (1)

2SO2 + Ca(OH)2  Ca(HSO3)2 (2)

Vì tạo ra hỗn hợp 2 muối nên ta có:

0,5 < n a(OH)2

n SO2

C

<1  0,5 <n Ca(OH)2

n SO2 < 1

Theo (1) và (2) ta luôn có nCaSO + nCa(HSO ) = nCa(OH)

=> mCaSO < mCaSO + mCa(HSO ) < mCa(HSO )

<=> 6 < mCaSO + mCa(HSO )

3 3 2 < 10,1

2.2.2.3 Biện luận lượng chất tham gia dựa vào khối lượng của muối.

Cơ sở lý thuyết:

- Nếu biết khối lượng 1 muối trung hòa (hoặc axit) thì biện luận 2 trường hợp:

+ Trường hợp 1: Chỉ có 1 muối tạo thành theo đề cho.

+ Trường hợp 2: Tạo ra hỗn hợp 2 muối.

- Nếu biết khối lượng kết tủa chưa cực đại (nRCO3 < nR(OH)2) thì biện luận theo 2 trường hợp:

+ Trường hợp 1: mol oxit thiếu, phản ứng chỉ tạo ra muối trung hòa.

+ Trường hợp 2: mol oxit dư so với dung dịch bazơ nên hòa tan một phần kết

tủa

- Nếu số mol kết tủa < mol CO2 thì cũng biện luận theo 2 trường hợp:

+ Trường hợp 1: mol CO2 dư (trường hợp này thường vô lý)

+ Trường hợp 2: mol oxit dư so với dung dịch bazơ nên hòa tan một phần kết

tủa

- Nếu biết khối lượng muối chung thì biện luận theo 3 trường hợp:

+ Trường hợp 1: Phản ứng chỉ tạo ra muối axit.

+ Trường hợp 2: Phản ứng chỉ tạo ra muối trung hòa.

+ Trường hợp 3: Phản ứng tạo ra hỗn hợp 2 muối, rồi giải theo phương pháp

song song

* Lưu ý: Đối với trường hợp nếu biết số mol kết tủa chưa cực đại thì cũng có

thể áp dụng phương pháp khảo sát đồ thị để giải

Nếu: 0 < n < n R OH( ) 2

thì bài toán có 2 nghiệm x1 và x2 Với x1 = n; x2 = 2n R OH( ) 2  n

Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Sục từ từ V lít khí SO2 ở đktc vào 100 ml dung dịch Ba(OH)2 1,5M, thu được 23,3 gam kết tủa Tính giá trị của V

Hướng dẫn:

Cách 1:

Ta có : nBa(OH)2 = 0,15 mol; nBaSO3= 0,1 mol

Vì n < nBa(OH)2nên kết tủa chưa cực đại => có các trường hợp sau:

- Trường hợp 1: Ba(OH)2 dư => muối tạo thành chỉ có BaSO3

PTHH: SO2 + Ba(OH)2  BaSO3 + H2O

=> VSO2 = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

- Trường hợp 2: SO2 hết nhưng đã hòa tan một phần kết tủa

PTHH: SO2 + Ba(OH)2  BaSO3 + H2O (1)

Theo (1) thì nBaSO3= 0,15mol, nhưng theo đề thì nBaSO3= 0,1mol => nBaSO3 bị hòa tan: 0,15 – 0,05 = 0,1 mol

SO2 + H2O + BaSO3  Ba(HSO3)2 (2)

=> VSO2 = (0,15 + 0,05) x 22,4 = 4,48 lít

Cách 2: Áp dụng phương pháp khảo sát đồ thị, ta có:

0 < nBaSO3 = 0,1 <nBa(OH)2 = 0,15

nR

(OH)2

noxit

x1 a x2 2a

a

Vậy bài toán có hai nghiệm x1 và x2

Với x1 = nBaSO3 = 0,1 mol;

x2 =2 nBa(OH)2- nBaSO3 = 2 x 0,15 – 0,1 = 0,2 mol

=> V SO2= 0,1 x 22,4 = 2,24 lít và V SO2= 0,2 x 22,4 = 4,48 lít

Ví dụ 2: Dẫn 10 lít hỗn hợp khí A gồm O2 và CO2 (đo ở đktc) vào bình đựng 0,02 mol Ca(OH)2 Sau khi phản ứng kết thúc, lọc riêng kết tủa, làm khô, cân nặng 1gam Hãy tính % theo thể tích mỗi khí trong hỗn hợp A

Hướng dẫn:

Cách 1:

Ta có: nCaCO3 = 0,01mol; n Ca OH( ) 2

= 0,02 mol

Ta thấy: nCaCO < nCa(OH)

3 2 => kết tủa chưa cực đại nên có 2 trường hợp:

- Trường hợp 1: nCa(OH)2 dư

PTHH: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

=> %V CO2 = 0,01 22, 4 100% 2, 24%

10

x

x  ; %VO2 = 97,76%

- Trường hợp 2: CO2 hết nhưng đã hòa tan được một phần CaCO3

PTHH: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (1)

Theo (1) thì nCaCO3= 0,02mol, nhưng theo đề thì nCaCO3= 0,01mol

=> nCaCO3bị hòa tan = 0,02 – 0,01 = 0,01 mol

CO2 + H2O + CaCO3  Ca(HCO3)2

=> %V CO2 = 0,03 22, 4 100% 6,72%

10

x

x  ; %VO2 = 93,28%

nBaSO

3

n SO

2

0,1 0,15 0,2

0,3 0,15

0,1

Cách 2: Áp dụng phương pháp khảo sát đồ thị, ta có:

0 < nCaCO3 = 0,01mol <nCa(OH)2 = 0,02 mol

=> Bài toán có 2 nghiệm x1, x2

Với x1 = nCaCO3= 0,01mol;

x2 = 2nCa(OH)2– x1 = 2 x 0,02 – 0,01 = 0,03 mol

2

0,01 22, 4

10

x

VO









2

0,03 22, 4

10

% 93, 28%

x

VO









Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 30 gam muối CaCO3 bằng axit HCl Hấp thụ hoàn toàn lượng khí sinh ra vào 100 ml dung dịch Ba(OH)2 aM, thu được 14,95 gam muối axit Ba(HCO3)2 Tính giá trị của a

Hướng dẫn Ta có: nCaCO3= 0,3 mol

PTHH: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2 + H2O

Theo PTHH => nCO2 = 0,3 mol

Theo đề: nBa(HCO )3 2= 0,05 mol

Ta thấy: nBa(HCO )3 2 < nCO2=> bài toán có 2 trường hợp

- Trường hợp 1: CO2 dư

PTHH: 2CO2 + Ba(OH)2  Ba(HCO3)2

0,05 0,05 (mol)

=> a = 0,5M

nCaCO

3

n CO

2

0,01 0,02 0,03 0,04

0,02

0,01

- Trường hợp 2: CO2 hết nhưng đã hòa tan một phần kết tủa BaCO3

PTHH: CO2 + Ba(OH)2  BaCO3 + H2O

(0,3–0,05) (0,3- 0,05) (mol)

CO2 + BaCO3 + H2O  Ba(HCO3)2

=> a = 2,5M

Ví dụ 4: Dẫn 10 lít hỗn hợp khí A gồm CO và CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch Ba(OH)2 2M Cô cạn hỗn hợp sản phẩm thu được 42,5 gam muối Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp A Biết H = 100%

Hướng dẫn:

Vì đề cho 42,5 gam muối là khối lượng muối chung nên có các trường hợp sau:

- Trường hợp 1: 42,5 gam chỉ tồn là muối BaCO3

=> n BaCO 3= 42,5197 0, 22mol; nBa OH( )2= 0,2 mol

PTHH: CO2 + Ba(OH)2  BaCO3 + H2O

Theo PTHH: nBa OH( )2= 0,22 > 0,2 => Vô lý.

- Trường hợp 2: 42,5 gam chỉ tồn là muối Ba(HCO3)2

=> nBa(HCO )3 2= 42,5259 0,16mol

PTHH: 2CO2 + Ba(OH)2  Ba(HCO3)2

0,16 0,16 (mol) Theo PTHH: nBa OH( )2 = 0,16 < 0,2 => Vô lý.

- Trường hợp 3: Phản ứng tạo ra hỗn hợp 2 muối

Đặt x, y lần lượt là số mol của BaCO3 và Ba(HCO3)2

PTHH: CO2 + Ba(OH)2  BaCO3 + H2O

2CO2 + Ba(OH)2  Ba(HCO3)2

Ta có hệ pt: 0, 2

197 259 42,5

x y

 





0,05

x y











=> nCO2= x + 2y = 0,25 mol Vậy: %VCO2 = 56%; %VCO = 44%

2.2.3 Dạng 3: Oxit axit CO 2 (hoặc SO 2 ) tác dụng với hỗn hợp dung dịch

Cơ sở lí thuyết: