áp dụng định luật bảo toàn eletron để giải nhanh các bài trắc nghiệm hoá học vô cơ có liên quan đến phản ứng oxihóa khử SKKN THPT

Sáng kiến kinh nghiệm trung học phổ thông này quý thầy cô sẽ có nguồn tài liệu tham khảo hay, củng cố xây dựng phương pháp dạy hiệu quả, qua đó giúp các em học sinh tiếp thu bài tốt, nắm vững kiến thức phát triển tư duy trí tuệ. Sáng kiến kinh nghiệm tiểu học tập hợp các đề tài đa dạng mang tính ứng dụng cao như ứng dụng công nghệ thông tin trong trường học

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài.

Trong điều kiện hiện nay, khi mà Bộ GD&ĐT cải tiến nội dung và phương pháp thi kì thi quốc gia theo phương pháp trắc nghiệm Việc giải nhanh các bài tập hoá học có tác dụng rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, đào sâu

và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú Qua đó ôn tập củng cố hệ thống hoá kiến thức một cách thuận lợi nhất, rèn luyện kĩ năng tư duy giải bài tập, phát triển năng lực nhận thức, hành động, rèn trí thông minh, khả năng sáng tạo cho học sinh, nâng cao hứng thú học tập bộ môn hóa học cho học sinh là yêu cầu cấp bách hàng đầu đối với mỗi giáo viên

Thực tế cho thấy có rất nhiều em học sinh khi thi xong đều để lại tiếc nuối trên khuôn mặt Khi hỏi thì đa số các em đều trả lời do mất quá nhiều thời gian vào một số bài tập nhất định nên không làm hết đề Qua đó ta thấy học sinh còn rất lúng túng trong việc xác định các dạng toán, do đó gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập Khi mà thời gian bình quân cho một câu hỏi, một bài tập là 1,25 phút

Việc giải một bài toán hóa học có thể bằng nhiều cách khác nhau, nhưng chung qui lại chỉ gồm bốn phương pháp chính đó là:

Phương pháp đường chéo, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp bảo toàn khối lượng, phương pháp bảo toàn electron Cái cốt yếu là học sinh phải biết phân loại và định dạng bài tập sau đó dùng phương pháp thích hợp, hoặc kết hợp các phương pháp để giải thì sẽ mang lại kết quả chính xác và tiết kiệm thời gian cho các bài tập khác Trong các phương pháp trên thì phương pháp bao toàn electron là phương pháp giải độc đáo, rất ngắn gọn và mang tính chính xác cao

Nguyên tắc của phương pháp này là : " Khi có nhiều chất oxi hoá ,chất khử trong một hỗn hợp phản ứng ( nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số electron mà các chất khử nhường ra phải bằng tổng số elctron

mà chất oxi hoá thu vào " Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái

cuối của chất oxi hoá và chất khử thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng Phương pháp này đặc biết lý thú với các bài toán phải biện luận nhiều trường hợp có thể xảy ra các bài toán hỗn hợp Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho giải bài toán vô cơ mà trong đó có xảy

ra các phản ứng oxihóa-khử Đối với các bài toán liên quan đến phản ứng oxihóa-khử, việc áp dụng phương pháp bảo toàn electron sẽ là cách giải tối ưu,

áp dụng các phương pháp khác cũng có thể cho ta kết quả chính xác nhưng các cách giải đó sẽ có thể rất cồng kềnh mất quá nhiều thời gian

Với mục đích trên tôi đã nghiên cứu và hệ thống các bài tập : "áp dụng định luật bảo toàn eletron để giải nhanh các bài trắc nghiệm hoá học vô cơ có liên quan đến phản ứng oxihóa-khử" Sau đây tôi xin trình bày kinh nghiệm của

mình

1.2 Mục đích nghiên cứu

Giúp cho học sinh nắm vững các chuẩn kĩ năng, kiến thức về cấu tạo nguyên tử và phản ứng oxihóa-khử

Sử dụng định luật bảo toàn electron và hệ quả của định luật bảo toàn electron để giải nhanh bài toán hoá học

Phân loại và tuyển chọn một số bài tập, một số đề tuyển sinh vào các trường đại học, cao đẳng để học sinh áp dụng

Rèn trí thông minh, phát huy tính tích cực, chủ động,sáng tạo của học sinh, tạo ra hứng thú học tập bộ môn hoá học của học sinh trong quá trình học và

ôn thi tốt nghiệp và đại học

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu.

Học sinh các lớp 12 năm học 2015-2016 và năm học 2016-2017

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Hệ thống các bài tập hoá học vô vơ có liên quan đến phản ứng oxihóa-khử ở chương trình hoá học THPT

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài tập hoá học và thực trạng của việc giải bài tập hoá học của học sinh trong chương trình hóa học phổ thông hiện nay

Nghiên cứu lý thuyết về định luật bảo toàn electron, phản ứng oxi hoá - khử Soạn và giải các bài tập trắc nghiệm vô cơ có sự tham gia của chất oxihóa và chất khử : Theo phương pháp bảo toàn electron

Thực nghiệm đánh giá việc áp dụng phương pháp bảo toàn electron

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở phương pháp bảo toàn electron

Định luật bảo toàn electron là thước đo đúng đắn của nhiều định luật vật

lý, hoá học có liên quan đến electron Ở đây ta xét định luật bảo toàn electron và

hệ quả của định luật phổ biến trên vào bài toán hoá học

2.1.1 Định luật bảo toàn electron

Trong phản ứng oxihóa-khử, tổng số electron do chất khử nhường ra bằng tổng số elect ron do chất oxihoa thu vào

2.1.2 Hệ quả áp dụng

" Trong phản ứng oxi hoá khử, nếu chất khử phóng ra bao nhiêu mol electron thì chất oxi hoá thu vào bấy nhiêu mol electron "

2.2 Thực trạng

Việc chuyển đổi từ hình thức thi tự luận sang hình thức thi trắc nghiệm khách quan là thách thức đối với mỗi giáo viên và học sinh Hóa học là bộ môn khoa học thực nghiệm, nên cần rất nhiều thời gian để làm bài tập Trong khi thời lượng số tiết luyện tập trong chương trình hóa học phổ thông lại không nhiều, điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình dạy và học của giáo viên và học sinh Hầu hết các em học sinh đều rất lúng túng trong quá trình giải bài tập Thực tế cho thấy, để giải một đề thi trắc nghiệm, ngoài việc trang bị cho học sinh nắm vững kiến thức lí thuyết và làm bài tập luyện tâp theo thời lượng của sách giáo khoa thôi là chưa đủ Giáo viên cần truyền đạt cho học sinh các phương pháp giải, kĩ năng định dạng bài tập sau đó lựa chọn phương pháp giải tối ưu về mặt kiến thức cũng như thời gian

2.3 Giải pháp

2.3.1 Phương pháp giải nhanh

Để giải nhanh một bài tập trắc nghiệm hóa liên quan đến phản ứng oxihóa-khử Đối với những học sinh mới làm quen với phương pháp bảo toàn electron, cần tiến hành theo ba bước:

Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng (chỉ viết các chất phản ứng và sản phẩm tạo

thành chứ không cần viết chi tiết từng phản ứng ), xác định xem chất nào là chất khử, chất nào là chất oxihóa (chỉ quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối của những chất có sự thay đổi số oxihóa )

Bước 2: Viết các quá trình oxihóa và quá trình khử, cân bằng mỗi quá

trình Tính số mol electron cho chất khử nhường và số mol electron cho chất oxihóa nhận

Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn electron

2.3.2 Các bài tập vận dụng

Bài tập 1: (Sách gợi ý ôn tập kì thi trung học phổ thông quốc gia

2014-2015)

Cho bột nhôm tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được 6,72 lít khí H2

(ở đktc) Khối lượng bột nhôm đã phản ứng là:

A 10,4 gam B 16,2 gam C 5,4 gam D 2,7 gam

Giải

*Bước 1: Sơ đồ phản ứng : Al0 + NaOH + H 1O

2



 Al3+ 0

2

H 

Al0 là chất khử, H+1 là chất oxihoá

*Bước 2: Al3+  Al0 + 3e 2H+ + 2e  H 2

x (mol) 3x (mol) 2*0,3 0,3(mol)

*Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn e : 3x + 0,6  x + 0,2 mol

Ta có m Al = 0,2 * 27 = 5,4 (gam)  Đáp án C

Bài tập 2: (Sách gợi ý ôn tập kì thi trung học phổ thông quốc gia

2014-2015)

Cho 23,7 gam KMnO4 tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl đặc, dư thu được

V lít Cl2 (ỏ đktc) Giá trị của V là:

A 7,20 B 8,40 C.8,96 D.11,2

Giải

*Bước1: Sơ đồ phản ứng: Mn+7 + H+1Cl-1+  Mn+2 + Clo

Cl- là chất khử, Mn+7 là chất oxihoá

*Bước 2: 2Cl-  CL2  + 2e Mn+7 + 5e  Mn+2

a(mol) 2a(mol) 0,15 5*0,15(mol)

*Bước 3: Áp dụng bảo toàn e

2a = 0,15 * 5 = 0,75  a = 0,375 (mol)



2

Cl

V = 0,375 * 22,4 =8,4 (lít)  Đáp án B

Bài tâp 3:

Hòa tan hoàn toàn m(g) Al vào dung dịch HNO3 dư thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O, 0,01 mol NO (biết phản ứng không tạo muối amoni) Giá trị của m là:

A 13,5 B 0,81 C 8,1 D 1,35

Giải

*Bước 1: Sơ đồ phản ứng Al0 Al3+ +













2 1

N

N

3

5

O N

H 

Al0 là chất khử, N+1 và N+2 là chất oxihóa

*Bước 2 : Al0 Al3+ + 3e

0,05 (mol) 0,15 (mol)

2N+5 + 8e N2+1

8*0,015 (mol) 0,015( mol)

N+5 + 3e N+2

3*0,01(mol) 0,01(mol)

*Bước 3 : Áp dụng bảo toàn (e).

Tổng số mol(e) nhận = 8* 0,015 + 3*0,01 = 0,15 mol = tổng số mol (e) nhường Suy ra nAl pư =0,15 : 3 = 0,05 (mol) suy ra mAl = 0,05 * 27 = 1,35 (g) Vậy đáp án đúng là D

Bài tập 4: (đề thi đại học khối B năm 2007)

Nung m(g) Fe trong oxi thu được 3 (g) chất rắn X Cho X tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thu được 0,56 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất (đktc) Giá trị của m là:

A 2.62 g B 2.52 g C 2.32 g D 2.22 g

Giải

*Bước 1: Sơ đồ phản ứng.

Fe X + Fe3+ + N2O

Fe là chất khử, O2, HNO3 là chất oxihóa

*Bước 2 :

Fe0 Fe3+ +3e

m/56 (mol) 3m/56 (mol)

2

0

O + 2*2e 2 O

4*(3-m)/32

N+5 + 3e N+2

3*0,025 (mol) 0,025 (mol)

Ta có nNO = 0,56 : 22,4 = 0,025 (mol)

*Bước 3 :

Theo bảo toàn electron ta có :

3nFe = n O2 + 3nNO

Suy ra 3m/56 =4*(3-m)/32 +3*0,025

Giải ra ta được m = 2,52 Vậy đáp án đúng là B

Bài tập 5

2

0

O

5

O N

H 

Cho m g Zn vào dung dịch HNO3 thấy có 4,48 lít hỗn hợp khí NO và NO2

có tỉ lệ số mol là 1/1 ở đktc Giá trị của m là:

A 13 g 1,3 g 3,1 g 0.13g

Giải

*Bước 1:

Sơ đồ phản ứng:

Zn0 +













O N

O N

2 2 4

Chất khử là Zn , chất oxihóa là HNO3

*Bước 2 :

Zn0 Zn+2 + 2e

0,4/2(mol) 0,4(mol)

N+5 + 1e N+4

0,1 mol 0,1(mol)

N+5 + 3e N+2

3* 0,1 mol 0,1(mol)

Ta có nhỗn hợp = 224,48,4 = 0,2 (mol)

2

n n   (mol)

*Bước 3 : Áp dụng bảo toàn (e)

��Số mol electron N5+ nhận là : 3*0,1 + 0,1 = 0,4 mol

Số mol Zn = 0, 4 0, 2

mZn = 0,2 * 65 = 13 g Vậy đáp án đúng là A

Bài tập 6: (Thi đại học khối A năm 2009)

Cho 6,72 gam Fe tác dụng với 400 ml dung dịch HNO3 1M thu được khí

NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X Duch dịch X tác dụng hết với m gam Cu Giá trị của m là:

A 1,92 B 3,84 C 0,84 D 3,20

Giải

*Bước 1:

Sơ đồ phản ứng:







O N

? Cu X

2

3

5

O N

H

3

5

O

N

H

Chất khử là Fe, Cu

Chất oxihóa là HNO3

*Bước 2 :

Fe0 Fe+2 + 2e

0,12 (mol) 2 * 0,12 (mol)

Cu0 Cu2+ + 2e

x (mol) 2x (mol)

4 H+ + 

3

NO + 3e NO + 2 H2O 0,4 (mol) 3/4 * 0,4 (mol)

*Bước 3 :

áp dụng bảo toàn (e)

2nFe + 2nCu = 3/4 

H

n Thay số ta có :

2 * 0,12 + 2x = 3/4 * 0,4 Giải ra ta được x = 0,03(mol)

Suy ra mCu = 0.03 * 64 = 1,92 (g) Vậy đáp án đúng là A

Bài tập 7 : (Đề thi đại học khối B năm 2008)

Cho 2,16 gam Mg tác dụng với HNO3 dư, sau phản ứng tạo ra 0,896 lít khí NO ( khí duy nhất ở đktc) và dung dịch X Khối lượng muối khan thu được khi làm bay hơi dung dịch X là bao nhiêu ?

A 8,88 g B 13,92 g C 6,52 g D 13,32 g

Giải

*Bước 1:

Sơ đồ phản ứng

Mg N 2O

+ dd X   t0 m (g) muối ? Chất khử là Mg, chất oxihóa là HNO3

*Bước 2:

Mg0 Mg2+ + 2e

0,09(mol) 2 * 0,09(mol)

N+5 + 3e N+2

3*0,04(mol) 0,04 (mol)

*Bước 3 :

Áp dụng bảo toàn (e)

Ta thấy tổng số mol Mg nhường là 2*0,09 = 0,18(mol)

3

5

O

N

H



Số mol N+5 nhận = 0,04*3 = 0,12 mol < số mol chất khử nhường Mà theo bài

ra khí NO là duy nhất Vậy trong dung dịch X phải có NH4NO3

N+5 + 8e N-3

3

4 NO

NH

n = ( 0,18 – 0,12) : 8 = 0,0075(mol)

Suy ra mmuối = m MgNO 3 + m NH 4 NO = 0,09*148 +0,0075* 80 = 13,92 (g)

Vậy đáp án đúng là B

Bài tập 8 :

Hòa tan hoàn toàn 12,9 gam hỗn hợp Cu, Zn bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được 3,163 lít SO2 (đktc), 0,64 gam lưu huỳnh và dung dich muối sunfat Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu

.A 45,54% Cu và 54,46 % Zn B 49,61 % Cu và 50,39 % Zn

C 50,15 % Cu và 49,85 % Zn D 51,08 % Cu và 48,92 %Zn

Giải

*Bước 1 :

Sơ đồ phản ứng :









0

0

Zn

2

4

S , O S



, dd muối sun fat

Chất khử là Zn, Cu

Chất oxihóa là H2SO4

*Bước 2 :

x (mol) 2x (mol)

y (mol) 2y (mol)

S+6 + 6e S0

6*0,02 (mol) 0,02 (mol)

S+6 + 2e S+4

2*0,14(mol) 0,14(mol)

*Bước 3 :

Theo bài ra ta có: 64x + 65y = 12,9 (1)

áp dụng bảo toàn (e) : 2x + 2y = 2*0,14 + 6*0,02 (2)

Giải hệ phương trình trên ta được x = y = 0,1 (mol)

Suy ra %Cu = (0,1*64*100)/12,9 = 49,61%, %Zn = 100% - 49,61% = 50,39% Vậy đáp án đúng là B

Bài tập 9:

4

6

2 S O

H 



Hòa tan hoàn toàn 11,9 gam hỗn hợp kim loại Al, Zn bằng dung dịch

H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch X, 7,616 lít SO2 (đktc) và 0,64 gam lưu huỳnh Tính tổng khối lượng muối trong dung dịch X ?

A 50,30 g B 49,8 g C 47,15 g D 45,26 g

Giải

*Bước 1:

Sơ đồ phản ứng :









0

0

Zn

Al













 

ddX S

O S

o 2 4

Chất khử là Al, Zn

Chất oxihóa là H2SO4

*Bước 2 :

S+6 + 6e S0

S+6 + 2e S+4

nS = 0,64 : 32 = 0,02 (mol) ; n SO 2= 7,616 : 22,4 = 0,34 (mol)

*Bước 3:

Áp dụng bảo toàn (e) kết hợp bảo toàn khối lượng :

mX = (mAl + mZn) + mGốc sunfat

Ta thấy : cứ 1mol S tạo thành phải có 3 mol 2 

4

SO tạo muối

cứ 1 mol SO2 tạo thành phải có 1 mol 2 

4

SO tạo muối

Ta có : mX = 11,2 + (0,02*3 +0,34*1)*96 = 50,30 g Vậy đáp án đúng là A

Bài tập 10:

Cho một kim loại M có hóa trị không đổi cháy hoàn toàn trong khí Cl2 và

O2 thu được 23 gam chất rắn (biết khối lượng M bằng 7,2 (g) và thể tích hỗn hợp khí là 5,6 lít (đktc) ) Xác định kim loại M ?

A Al B Ca C Mg D Zn

Giải

*Bước 1:

Sơ đồ phản ứng :

















2 x 2 x x x

O M

Cl M

+ Chất khử là M

đn 4

6

2 S O

H 

2

0

2

0

O

,

Cl



+ Chất o xihóa là Cl2, O2

*Bước 2 :

M0 Mx+ + xe

2

0

Cl + 2e 2 Cl

-2

0

O + 4e 2 O-2

Bước 3 :

Theo bảo toàn (e) ta có : x * nM = 2 * n Cl 2+ 4*n O 2 (1)

Theo bảo toàn khối lượng :

2

Cl m

m  = mChất rắn – mM = 23 – 7,2 = 15,8

2

Cl n

n  = 5,6 : 22,4 = 0,25 (mol)















05

,

0

n

2 ,

0

n

2

2

O

Cl

Thay vào (1) ta có : x*nM = 0,2*2 +0,05*4 = 0,6

 x *

M

2

,

7

= 0,6  M = 12*x

Biện luận theo hóa trị của M với x = (1,2,3) ta thấy chỉ có x = 2 và M =

24 là phù hợp Vậy đáp án đúng là C

Bài tập 11: ( Đề thi THPT Quốc gia năm 2016)

Đun nóng 48,2 gam hỗn hợp X gồm KMnO4 và KClO3 sau một thời gian thu được 43,4 gam hỗn hợp chất rắn Y Cho Y tác dụng với dung dịch HCl đặc sau phản ứng thu được 15,2 lít Cl2 và dung dịch gồm MnCl2, KCl, HCl dư Số mol HCl phản ứng là?

A.2,1 B.1,9 C.1,8 D.2,4

Giải

* Bước 1:

Sơ đồ phản ứng:



















5

2

3

7

2

4

ClO

K

MnO

K

  to













 



) 15 , 0 (

0 2

4 2 2

mol O

KCl

MnO

   HCl



















d HCl KCl MnCl

mol Cl

2 2

0

2 ( 0 , 675 )

Ta có n O2=

32

4 , 43 2 ,

48 

= 0,15 (mol) , n Cl2 = 1522,12,4 = 0,675 (mol) Gọi số mol KMnO4 là x, số mol KClO3 là y

Ta sẽ có: 158*x +122,5*y = 48,2 (1)

*Bước 2:

























Cl e

Cl

Mn e

Mn

6

5

5

2 7





















2

2 2

2 2

2 4

Cl e Cl

O e O

*Bước 3:

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có:

5*x + 6*y = 0,15*4 + 0,675*2 (2)

Giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta được x = 0,15 (mol), y = 0,2 (mol)

Bảo toàn nguyên tố Cl

3

KClO

n +n HCl= 2n Cl2+ 2n MnCl2+ n KCl

Vì chỉ tính số mol HCl phản ứng, số mol HCl dư bỏ qua nên ta có :

0,2 +n HCl= 0,675*2 + 2* 0,15 + 0,2 + 0,15  n HCl = 1,8 mol  đáp án C

2.4 : Thực nghiệm sư phạm

2.4.1 Mục đích thực nghiệm.

Đánh giá khả năng giải các bài toán sử dụng phương pháp bảo toàn electron của học sinh

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm.

1.Đối tượng:

- Chọn học sinh lớp 12 làm đối tượng thực nghiệm

Chia lớp 12 thành 2 nhóm có học lực tương đương nhau

2 Cách tiến hành thực nghiệm :

Thực nghiệm theo kiểu đối chứng

Tôi hướng dẫn học sinh nhóm 1 cách giải bài tập theo phương pháp bảo toàn electron

Nhóm 2 không hướng dẫn trước như nhóm 1

-Tiến hành thực nghiệm :

* Thực nghiệm lần 1 ( kiểm tra khả năng nhận thức ): cho học sinh 2 nhóm làm các bài tập 1 , 2 , 4

Chấm điểm : - Phân loại giỏi ,khá trung bình , kém

* Thực nghiệm lần 2 (kiểm tra độ bền kiến thức ): cho học sinh 2 nhóm làm các bài tập 3, 5, 6

Chấm điểm :- Phân loại giỏi ,khá , TB , kém

2.4.3 Kết quả thực nghiệm

Năm học 2015-2016 sau khi chia 38 học viên thành hai nhóm có học lực tương đương nhau và tiến hành thực nghiệm tôi thu được bảng kết quả như sau *Kết quả thực nghiệm lần 1: