Chuyên đề: AXIT NITRIC VÀ BÀI TOÁN QUY ĐỔI

Bài giảng được thiết kế theo hướng: Giáo viên là người tổ chức, định hướng các hoạt động học tập còn học sinh thực hiện các nhiệm vụ do giáo viên chuyển giao một cách chủ động, tích cực. Giáo viên theo dõi quá trình thực hiện nhiệm vụ của học sinh hỗ trợ kịp thời những khó khăn, vướng mắc nhằm giúp học sinh giải quyết vấn đề học tập một cách hiệu quả, phù hợp với mục tiêu phát triển năng lực cho học sinh. Bài giảng thực hiện trong 3 tiết: 1 tiết nghiên cứu về cấu tạo phân tử, tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng. 2 tiết còn lại nghiên cứu về điều chế axit nitric và các dạng bài toán quy đổi có HNO3

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC

TRƯỜNG THPT ……….

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

DỰ ÁN

AXIT NITRIC VÀ BÀI TOÁN QUY ĐỔI

Môn: Hóa học – Bài 9 – Lớp 11

TÁC GIẢ: ………

CHỨC VỤ: GIÁO VIÊN

Vĩnh Yên, 12/ 2018

A TÁC GIẢ CHUYÊN ĐỀ

- Tác giả: Cao Thị Nhung

- Chức vụ: Giáo viên giảng dạy môn hóa học

- Đơn vị công tác: trường THPT Nguyễn Thái Học

B TÊN CHUYÊN ĐỀ

- Tên: Axit nitric và bài toán quy đổi

(Bài 9: Axit nitric và muối nitrat – Hóa học 11 – Ban cơ bản)

- Đối tượng học sinh: Học sinh lớp 11

- Số tiết dự kiến: 3 tiết

C XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC

CHỦ ĐỀ: AXIT NITRIC VÀ BÀI TOÁN QUY ĐỔIBÀI 9: AXIT NITRIC VÀ MUỐI NITRAT

Giới thiệu chung

- Bài Axit nitric và muối nitrat gồm các nội dung: Cấu tạo phân tử, tính chất vật lý,tính chất hóa học, ứng dụng, điều chế axit nitric Tính chất vật lý, tính chất hóa học,ứng dụng của muối nitrat

- Chủ đề Axit nitric và bài toán quy đổi bao gồm các nội dung: Cấu tạo phân tử, tínhchất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng, điều chế axit nitric Bài toán quy đổi có axitnitric

- Bài giảng được thiết kế theo hướng: Giáo viên là người tổ chức, định hướng các hoạtđộng học tập còn học sinh thực hiện các nhiệm vụ do giáo viên chuyển giao một cáchchủ động, tích cực Giáo viên theo dõi quá trình thực hiện nhiệm vụ của học sinh hỗtrợ kịp thời những khó khăn, vướng mắc nhằm giúp học sinh giải quyết vấn đề họctập một cách hiệu quả, phù hợp với mục tiêu phát triển năng lực cho học sinh

- Bài giảng thực hiện trong 3 tiết: 1 tiết nghiên cứu về cấu tạo phân tử, tính chất vật

lý, tính chất hóa học, ứng dụng 2 tiết còn lại nghiên cứu về điều chế axit nitric và cácdạng bài toán quy đổi có HNO3

I Mục tiêu

1 Kiến thức, kỹ năng, thái độ

a Kiến thức

- HS nêu được: Cấu tạo phân tử và số oxi hóa của nito trong HNO3, tính chất vật lí(trạng thái, màu sắc, tính tan), ứng dụng của axit nitric Một số dạng toán quy đổi oxitkim loại đã được học ở chương trình hóa 10 chương oxi – lưu huỳnh

HS giải thích được: Axit nitric vừa có tính axit mạnh (5 tính chất chung của axit: làmquỳ tím hóa đỏ, tác dụng với bazo, tác dụng với oxit bazo, tác dụng với kim loại, tácdụng với muối), vừa có tính oxi hóa rất mạnh (oxi hóa hầu hết các kim loại, một sốphi kim, nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ), tuy nhiên trọng tâm là tính oxi hóa mạnh(N+5 bị khử về các số oxi hóa thấp hơn như N+4, N+2, N-3, N0)

- Say mê, hứng thú trong học tập bộ môn

- Có ý thức bảo vệ môi trường, sử dụng hóa chất đủ liều lượng và hiệu quả

- Thực hiện thí nghiệm cẩn thận

2 Định hướng các năng lực cần hình thành và phát triển

- Năng lực tự học, năng lực hợp tác

- Năng lực thực hành hóa học

- Năng lực giải quyết vấn đề thống qua môn hóa học

- Năng lực vận dụng kiến thức môn hóa học vào cuộc sống

II Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Video, máy tính, máy chiếu

- Dụng cụ, hóa chất: quỳ tím, CuO, dung dịch NaOH, CaCO3, Cu, Zn, HNO3 đặc,HNO3 loãng, dung dịch HCl, ống nghiệm, đèn cồn, giá thí nghiệm, giá đỡ ốngnghiệm, bông, nút cao su, cốc thủy tinh

2 Học sinh

- Ôn lại kiến thức cũ: Cách viết công thức cấu tạo của axit có oxi, phản ứng oxi hóakhử, phương trình ion rút gọn, bài toán quy đổi đã học ở bài axit sunfuric đặc

- Chuẩn bị bài mới theo sách giáo khoa

III Thiết kế, tổ chức hoạt động học

1 Giới thiệu chung

- Tình huống xuất phát: Khai thác kiến thức đã học ở lớp 10 bài axit sunfuric và kiếnthức thực tế về phương pháp quy đổi có axit nitric, tạo hứng thú học tập cho học sinh,

sử dụng kĩ thuật KWLH

- Hoạt động hình thành kiến thức: Phương pháp dạy học chủ yếu: Phương pháp sửdụng thí nghiệm (TN đối chứng, TN nghiên cứu) và phương pháp dạy học hợp táctheo nhóm Thông qua thí nghiệm và hoạt động nhóm, HS rút ra được tính chất hóahọc cơ bản của axit nitric: Tính axit và tính oxi hóa mạnh Nhận dạng được bài toánquy đổi có axit nitric

- Hoạt động luyện tập gồm các câu hỏi nhằm củng cố, khắc sâu kiến thức trọng tâmbài

- Hoạt động vận dụng, tìm tòi được thiết kế cho các nhóm HS tìm hiểu tại nhà giúpcho HS phát triển năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào giải quyết các vấn đề thựctiễn và tạo kết nối với bài học tiếp theo

2 Tổ chức các hoạt động cho HS

hoạt động 1: Tình huống xuất phát

a) Mục đích hoạt động

Huy động các kiến thức đã được học, kiến thức thực tế của HS về axit nitric và tạonhu cầu tiếp tục tìm hiểu kiến thức mới của HS.

b) Nội dung hoạt động

HS xem hình ảnh, nêu những điều mình đã biết và những điều mình muốn biết tìm

hiểu thêm về axit HNO3

c) Phương thức tổ chức hoạt động

GV cho HS hoạt động nhóm: xem hình ảnh và trả lời câu hỏi (trước khi HS xemhình ảnh, GV yêu cầu HS sẽ phải trả lời các câu hỏi sau):

1 Hình ảnh trên nói đến hiện tượng gì trong cuộc sống?

2 Hãy cho biết những điều em đã được biết, những điều em muốn biết thêm vềaxit được nói đến.

K

(điều đã biết)

W(điều muốn biết)

L(điều học được)

H(học bằng cách nào)

và Fe3O4 ) (từ 3 chất trở lên) thành hỗn hợp hai chất ( như: Fe, O hoặc FeO, Fe2O3hoặc Fe, FeO hoặc Fe, Fe2O3 hoặc Fe, Fe3O4 hoặc ) một chất ( như: FexOy hoặc…)

- HS có thể nêu một số vấn đề muốn tìm hiểu thêm về axit HNO3 như: Công thứccấu tạo của HNO3, ngoài tính tan thì HNO3 còn có thêm những tính chất vật lí nào?Ngoài tính axit thì HNO3 còn có tính chất hóa học gì? Tại sao? HNO3 là chất oxi hóamạnh hay yếu? Thể hiện khi tác dụng với những chất nào? Với dạng toán quy đổi cóHNO3 ngoài dạng quy đổi oxit sắt thì còn có các dạng quy đổi nào như: quy đổi hỗnhợp FeS, FeS2, Cu2S … về các nguyên tố Fe, Cu, S; quy đổi tác nhân oxi hóa, quy đổihỗn hợp sản phẩm khử chứa nito…

Dự kiến một số khó khăn vướng mắc của HS và giải pháp hỗ trợ:

HS có thể không nêu hết được những điều muốn tìm hiểu về HNO3, khi đó GV cóthể có một số gợi ý khéo léo HS như: Các em có muốn tìm hiểu xem ngoài nhữngHNO3 được xếp vào axit loại mấy? Vì sao? Tính chất hóa học đặc trưng của HNO3 làgì? HNO3 tác dụng được với các chất nào? Điều kiện phản ứng của HNO3 vói các chất

đó như thế nào? Ngoài dạng quy đổi ở trên thì trong bài toán có HNO3 còn có dạngquy đổi nào khác? Cách xử lí số liệu của các dạng mới này? Hiện nay liên quan đếnHNO3, những bài toán nào chinh phục điểm giỏi? Có sử dụng phương pháp quy đổi

để giải quyết bài toán đó không? Phương pháp quy đổi tác nhân oxi hóa, quy đổi hỗnhợp sản phẩm khử của nito

e) Kiểm tra, đánh giá kết quả hoạt động

+ Thông qua quan sát, GV biết được mức độ hoạt động tích cực của các nhóm vàcủa các HS

+ Thông qua cột K và cột W trong bảng KWLH của các nhóm, GV biết được HS đãbiết những gì về phương pháp quy đổi này, HS muốn biết thêm các dạng nào củaphương pháp này Từ đó GV có thể nhận xét, đánh giá sơ bộ giữa các nhóm

Hoạt động 2: Hình thành kiến thức

a) Mục tiêu hoạt động

- HS nêu được: Cấu tạo phân tử và số oxi hóa của nito trong HNO3, tính chất vật lí(trạng thái, màu sắc, tính tan), ứng dụng của axit nitric Một số dạng toán quy đổi oxitkim loại đã được học ở chương trình hóa 10 chương oxi – lưu huỳnh

- HS giải thích được: Axit nitric vừa có tính axit mạnh (5 tính chất chung của axit:làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng với bazo, tác dụng với oxit bazo, tác dụng với kim loại,tác dụng với muối), vừa có tính oxi hóa rất mạnh (oxi hóa hầu hết các kim loại, một

số phi kim, nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ), tuy nhiên trọng tâm là tính oxi hóa mạnh(N+5 bị khử về các số oxi hóa thấp hơn như N+4, N+2, N-3, N0)

b) Nội dung hoạt động

ND1: Tìm hiểu cấu tạo phân tử, tính chất vật lý, ứng dụng của axit nitric.

ND2: Tìm hiểu về tính chất hóa học, điều chế axit nitric trong phòng thí nghiệm và

trong công nghiệp

ND3: Tìm hiểu về các dạng toán quy đổi có HNO3

c) Phương thức tổ chức hoạt động

ND1: Tìm hiểu cấu tạo phân tử, tính chất vật lý, ứng dụng của axit nitric.

* GV cho HS hoạt động nhóm (mỗi nhóm từ 4 – 6 HS: 10 nhóm 4): Nghiêncứu SGK và quan sát lọ đựng dung dịch HNO3 để trả lời các câu hỏi sau (ghi kết quảvào bảng phụ; GV ghi câu hỏi ra phiếu học tập, sử dụng máy chiếu để chiếu câu hỏicho HS…)

+ Màu sắc

+ Độ bền

+ Tính tan trong nước

+ Nồng độ của HNO3 đậm đặc và khối lượng riêng

Câu 3: Ứng dụng của HNO3?

ND2: Tìm hiểu về tính chất hóa học, điều chế axit nitric trong phòng thí nghiệm và

trong công nghiệp

- GV: Yêu cầu HS viết phương trình điện li của HNO3, từ đó dự đoán được tínhchất hóa học nào? Thể hiện khi tác dụng với các chất nào?

GV: Yêu cầu HS làm thí nghiệm theo nhóm như cũ chứng minh tính axitmạnh của HNO3 với:

+ Quỳ tím

+ CuO

+ Ca(OH)2

+ CaCO3

Nhận xét hiện tượng, viết phương trình phân tử và ion thu gọn

GV: Từ số oxi hóa của N trong phân tử HNO3 dự đoán tính chất hóa học củaHNO3?

- GV: cho HS quan sát thí nghiệm đối chứng, nhận xét, viết phương trình

+ Cu tác dụng với HCl

+ Cu tác dụng với HNO3 loãng, đặc

Xác định vai trò của HNO3 trong các phản ứng trên?

GV: Cho các 5 nhóm HS tiến hành thí nghiệm của Fe với HNO3 đặc nóng, 5Nhóm tiến hành thí nghiệm của Fe với HNO3 đặc nguội Các nhóm quan sát kết quảcủa nhau nhận xét hiện tượng, rút ra kết luận?

- GV: Cho HS quan sát video thí nghiệm của HNO3 đặc với C, S; thí nghiệm củaHNO3 đặc với FeO, để nguội, nhỏ vài giọt dung dịch NaOH vào cho đến khi có kết

tủa xuất hiện Các nhóm HS quan sát kết quả của nhóm mình và nhóm bạn, nhận xét,viết phương trình, xác định vai trò của HNO3 trong các phản ứng đó?

- Tiếp theo GV cho HS hoạt động cá nhân: Đọc SGK và cho biết trong phòng thínghiệm điều chế HNO3 bằng cách nào? Trong công nghiệp HNO3 được sản xuất nhưthế nào?

ND3: Tìm hiểu về các dạng toán quy đổi có HNO3

- GV: Yêu cầu HS liệt kê các dạng quy đổi đã biết? Phát phiếu học tập cho HShoạt động cá nhân giải các bài toán quy đổi quen thuộc, phân loại dạng toán quy đổiđó?

d) Dự kiến sản phẩm của học sinh

Ở ND1: HS có thể trả lời các ý sau:

- Cấu tạo phân tử:

+ CTCT: H – O – N = O

O

+ Trong ptử HNO3: N có số oxi hóa +5

+ Liên kết trong phân tử HNO3 là liên kết cộng hóa trị có cực, phân tử HNO3phân cực

- Tính chất vật lý:

+ Trạng thái: lỏng

+ Màu sắc: không màu

+ Độ bền: kém bền, khi có ánh sáng axit nitric đặc đã bị phân hủy một phần

ra khí nitơ đioxit Khí NO2 tan trong dung dịch axit, làm cho dung dịch có màu vàng + Tính tan trong nước: tan theo bất kì tỉ lệ nào

+ Nồng độ của HNO3 đậm đặc 68% và khối lượng riêng D = 1,40 g/cm3

- Ứng dụng: dùng để điều chế phân đạm, thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm

Ở ND2: HS có thể thực hiện được các yêu cầu sau

- Viết được phương trình điện li của HNO3

HNO3  H+ + NO3- => là axit mạnh

- Làm được các thí nghiệm chứng minh tính axit mạnh của HNO3, thí nghiệmcủa Fe với HNO3 đặc nguội

- Viết phương trình mô tả tính axit mạnh và tính oxi hóa mạnh của HNO3

1 Tính axit : HNO3 là axit mạnh

+ Quỳ tím hoá đỏ

+ Tác dụng với oxít bazơ, bazơ, muối của các axít yếu muối nitrat

2 HNO3 + CuO  Cu(NO3)2 + H2O

2HNO3 +Ca(OH)2Ca(NO3)2+2H2O

2HNO3 + CaCO3  Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

- H N O+5 3 Số OXH cao nhất nên chỉ có thể giảm => tính oxi hoá

a Tác dụng với kim loại:

+ Oxy hoá hầu hết kim loại (trừ Au, Pt)

0 +5 +2 +2

3Cu +8HNO3(l)  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

3Cu0 + 8H+ + 2NO3-→ 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

b Tác dụng với phi kim:

HNO3 đặc, nóng OXH được một số phi kim C,S,P,  NO2

- Tìm hiểu về phương pháp điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm dựa vào phản ứngaxit tác dụng với muối để tạo muối mới axit mới Trong công nghiệp đi từ hóa chấtphổ biến và có nhiều nitơ

1.Trong PTN:Cho tinh thể NaNO3 (hoặc KNO 3 ) tác dụng với H 2 SO 4 đặc, đun nóng

NaNO 3 + H 2 SO 4(đ)

o t

  HNO 3 + NaHSO 4

2 Trong CN:

* Sản xuất HNO 3 từ NH 3 , không khí: Gồm 3 giai đoạn

- Oxi hoá khí NH 3 bằng oxi kk thành NO:

- NO 2 tác dụng với nước và oxi kk tạo HNO 3 :

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O  4HNO 3

* Dung dịch HNO 3 có nồng độ 52 – 68 %

→ Để HNO 3 có nồng độ cao hơn: Chưng cất với H 2 SO 4 đậm đặc.

Ở ND3: HS làm được một số bài tập được đưa ra

Bài toán 1: Nung m gam bột sắt trong oxi thu đựơc 3 gam hỗn hợp chất rắn X Hoàtan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 0,56 lít NO (đktc) là sản phẩmkhử duy nhất giá trị của m là:

+ 3e 3x

A 2,52 gam B 1,96 gam C 3,36 gam D 2,1 gam

Từ (1) và (2) suy ra Fe = 0,045 mol => mFe = 56.0,045 = 2,52 gam  A đúng

Cách 2: Quy hỗn hợp chất rắn X về hai chất Fe, Fe 2 O 3

Cách 3: Quy hỗn hợp chất rắn X về hai chất FeO, Fe 2 O 3

3FeO + 10HNO3  3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

Chú ý: + Kết quả âm ta vẫn tính bình thường vì đây là phương pháp quy đổi

+ Nếu nFe(Fe O )2 3 0,015mol  mFe = 56.0,06 = 3,36g  C sai

+ 3e 3x

là sản phẩm khử duy nhất của N+5 Số mol HNO3 có trong Y là

A 0,54 mol B 0,78 mol C 0,50 mol D 0,44 mol

2

+ + NO

3 + 3e → NO + 2H

-2OSuy ra nNO = (2.nFe – 2nO)/3 = 0,08 mol

Suy ra nHNO3 = 4nNO + 2nO = 0,5 mol

Đáp án C

Bài toán 4: Hoà tan 13,875 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 trong dungdịch có chứa x mol HNO3 đặc nóng Sau phản ứng thu được 1,68 lít NO duy nhất (ởđktc), dng dịch X chứa y gam muối và còn lại 1,095 gam kim loại chưa tan Giá trịcủa x và y lần lượt gần với các giá trị nào nhất?

2

+ + NO

3 + 3e → NO + 2H

-2O

Áp dụng đinh luật bảo toàn electron: ne cho = ne nhận

hay: 2.nFe = 2nO + 3nNO 2x = 2y + 0,225 (2)

Từ (1) và (2) suy ra nFe = 0,2025 mol và nO = 0,09 mol

suy ra: x = mFe(NO3)2 = 0,2025x180 = 36,45 gamsuy ra: y = mHNO3 = 4x0,075 + 2x0,09=0,48 mol

 Đáp án C đúng

Bài toán 5: Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với dung dịchHCl (dư) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y; cô cạn Y thuđược 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 Giá trị của m là

Bài giải

Áp dụng phương pháp quy đổi nguyên tử

Ta xem 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 là hỗn hợp của FeO và Fe2O3

+ 3e 3x

Phương trình hóa học:

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O (1)

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O (2)

Ta có nFeCl2 = 7,62/127 = 0,06 mol

Từ (1) => nFeO = 0,06 mol => mFeO = 4,32 gam => mFe2O3 = 4,8 gam

=> nFe2O3 = 0,03 mol Từ (2) => nFeCl3 = 0,06 mol => mFeCl3 = 9,75 gam

Bài toán 6: Hoà tan hoàn toàn 49,6 gam hh X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 bằng

H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch Y và 8.96 lít khí SO2(đktc) Tính thành phầnphần trăm về khối lượng của oxi trong hỗn hợp X và khối lượng muối trong dung dịch

Y lần lượt:

A 20,97% và 140 gam B 79,03% và 180 gam

C 20,97% và 180 gam D 79,03% và 140 gam

Bài giải

Áp dụng phương pháp quy đổi nguyên tử

Ta xem 49,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 là hỗn hợp của xmol Fe và y mol O Ta có: mhh =56x+16y =49,6 (1)

Mặt khác quá trình cho và nhận electron như sau

+ 3e 3x

Bài toán 7: Hoà tan hết m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeS , FeS2, và S bằng HNO3 nóng

dư thu được 9,072 lít khí màu nâu duy nhất (đktc, sản phẩm khử duy nhất ) và dungdịch Y Chia dung dịch Y thành 2 phần bằng nhau

Phần 1 cho tác dụng với dung dịch BaCl2 dư thu được 5,825 gam kết tủa trắng.Phần 2 tan trong dung dịch NaOH dư thu được kết tủa Z, nung Z trong khôngkhí đến khối lượng không đổi được a gam chất rắn

Tính giá trị của m và a

Bài giải

Áp dụng phương pháp quy đổi nguyên tử

Xem hỗn hợp chất rắn X là hỗn hợp của x mol Fe và y mol S

Quá trình cho và nhận electron như sau