Đề tái nâng cao kiến thức về pư oxi hóa khử

Về sau ngời ta xác định đợcrằng các phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có kèm theo sựchuyển dịch electron từ tố này sang nguyên tố khác, nghĩa làphản ứng oxi hoá - khử bao giờ cũng xảy r

Trờng đại học s phạm Hà Nội

Khoa Hoá họC

Ngời thực hiện: Đặng Việt Hà

Bài tập nghiệp vụ s phạm

Tên đề tài: Nâng cao kiến thức về phản ứng oxi hoá khử cho học sinh năng khiếu môn hoá học THCS

Phú Thọ, tháng 6 năm 2009

Trờng đại học s phạm Hà Nội

Khoa Hoá HọC

Bài tập nghiệp vụ s phạm

Tên đề tài: Nâng cao kiến thức về phản ứng oxy hoá khử cho học sinh năng khiếu môn hoá học THCS

Ngời hớng dẫn: Tiến sĩ Phạm Đức Roãn Ngời thực hiện: Đặng Việt Hà

Chơng I: Tổng quan về phản ứng oxi hoá khử 8

I.1- Một số khái niệm và định nghĩa về phản ứng

oxy hoá khử

8

I.2- Một số khái niệm có liên quan 9

I.3- Phân loại phản ứng oxi hoá khử 11

Chơng II: Sơ lợc phân loại bài tập về phản ứng oxi hoá

-khử

13

II.1- Các dạng bài toán lý thuyết 13

II.2- Các dạng bài toán định lợng 17

Chơng III: Các phơng pháp cân bằng phản ứng oxi hoá

-khử

22

III.2- Phơng pháp cân bằng electron 22

III.3- Phơng pháp cân bằng ion - electron 23

III.4- Phơng pháp cân bằng số oxi hoá 26

II.2- Một số bài tập tham khảo 28

B- Quá trình thực nghiệm giải pháp mới 41

I Quy tr×nh tiÕn hµnh 41

2- Mét sè nhËn xÐt rót ra tõ thùc tÕ 43

4- KiÕn nghÞ

Phần I: Những vấn đề chung.

I Lý do chọn đề tài.

Giáo dục giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển của xãhội, muốn xã hội phát triển thì trớc tiên phải quan tâm pháttriển giáo dục

Gần đây, nhà nớc ta đã thực hiện công cuộc cải cách giáodục Trong công cuộc cải cách giáo dục nói chung và cải cáchmôn hoá học nói riêng, một trong các mục tiêu đợc đặt ra làthay đổi tăng dần mức độ khoa học hiện đại, cung cấp đầy

đủ cơ sở lý thuyết cho các quá trình hoá học để đảm bảo hộinhập về kiến thức, với sự phát triển chung của thế giới

Là giáo viên trong thời đại ngày nay, tôi thiết nghĩ mìnhphải học tập và giảng dạy theo tiêu chí: "Nhà giáo - Nhà nghiêncứu khoa học" Chính vì vậy, chẳng những tôi bám, sát yêucầu về chuyên môn mà còn say mê tìm hiểu ở học sinh nhữngvấn đề gì còn vớng mắc trong học tập hoá học, từ đó cónhững sáng kiến kinh nghiệm nho nhỏ nhằm khắc phục vớngmắc đó để giảng dạy tốt hơn

Sau nhiều năm dạy học Hoá học tôi nhận thấy học sinhtrung học cơ sở rất lúng túng trong việc nghiên cứu về phảnứng oxi hoá khử (Đây là một trong những phản ứng quan trọngnhất trong các phản ứng hoá học) Và hơn nữa kiến thức vềphản ứng oxi hoá khử rất phong phú và phức tạp Trong các kỳthi học sinh giỏi, thi vào các trờng chuyên, lớp chọn của tỉnh,của bộ, các em thờng nhầm lẫn và không có cách giải các bàitập về phản ứng oxi hoá khử Vì vậy tôi đã đi chọn đề tài:

"Nâng cao kiến thức về phản ứng oxi hoá khử cho học sinh năng khiếu môn hoá học THCS"

Thuật ngữ oxi hoá khử xuất hiện trong hoá học từ khi ngời

ta cho rằng quá trình oxi hoá là quá trình kết hợp với oxi cònquá trình khử là quá trình oxi Về sau ngời ta xác định đợcrằng các phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng có kèm theo sựchuyển dịch electron từ tố này sang nguyên tố khác, nghĩa làphản

ứng oxi hoá - khử bao giờ cũng xảy ra đồng thời quá trình oxihoá và quá trình khử Trong tự nhiên quá trình oxi hoá - khử rất

đa dạng, có tầm quan trọng hết sức to lớn Sự cháy, sự thối rữa,

sự cháy âm ỉ, sự trao đổi chất, sự hấp thụ khí cacboníc của cây cối và các quá trình sinh học khác là các phản ứng oxihoá - khử Các phản ứng oxi hoá - khử là cơ cở của nhiều quátrình kỹ thuật nh: Điều chế kim loại, phi kim từ hợp chất tơngứng, sản xuất hoá chất, vật liêu xây dựng, tổng hợp thuốcmen chúng còn là nền tảng của nhiều phơng pháp phântích hoá học xác định các chất khác nhau

Vì vậy, đề tài: "Nâng cao kiến thức về phản ứng oxi hoá

- khử cho học sinh năng khiếu môn hoá học THCS" là một đềtài giúp học sinh nắm chắc về lý thuyết, ứng dụng rộng rãi bàitập, có ý nghĩa thiết thực nâng cao việc dạy và học phản ứngoxi hoá khử ở trờng THCS

II Mục đích - Nhiệm v ụ nghiên cứu.

vận dụng những kiến thức đó để giải các bài tập định tính

và định lợng về phản ứng oxi hoá khử một cách dễ dàng

2 Nhiệm vụ.

Tìm ra phơng pháp đa kiến thức phản ứng oxi hoá khử tớihọc sinh THCS một cách đơn giản - dễ hiểu - dễ tiếp thu nhất:Hớng cho các em học sinh ham hiểu biết, tìm tòi, giải thích cáchiện tợng có trong cuộc sống

III Khách thể và đối tợng.

1 Đối tợng:

* Lý thuyết về phản ứng oxi hoá khử: Định nghĩa, các yếu

tố ảnh hởng, các yếu tố liên quan, phân loại

* Bài tập về phản ứng oxi hoá khử: Phân loại một số bàitoán mẫu, một số bài tập tham khảo

2 Khách thể:

Nghiên cứu về quá trình giảng dạy phần kiến thức phảnứng oxy hoá khử ở THCS

IV Giả thuyết khoa học.

Phần kiến thức oxi hoá khử bắt đầu đợc đề cập trongchơng trình SGK hoá học lớp 8 và xuyên suốt chơng trình hoáhọc Nếu đề tài áp dụng vào giảng dạy thì học sinh sẽ khôngcòn lúng túng vớng mắc khi gặp phải các bài tập oxy hoá khửnữa, và qua đó học sinh sẽ nắm bắt đợc kiến thức sâu rộng

VI Đóng góp của đề tài.

Cung cấp cho học sinh có kiến thức sâu rộng về phản ứngoxi hoá - khử, giúp cho học sinh biết giải các bài toán có liênquan đến phản ứng oxi hoá - khử

VII Giới hạn của đề tài.

Hoá học lớp 8, 9 THCS

Phần II: Nội dung

A Cơ sở lý luận và thực tiễn.

I Cơ sở lý luận.

Chơng I: Tổng quan về phản ứng oxi hoá - khử

I.1: Một số khái niệm và định nghĩa về phản ứng oxi hoá - khử.

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về phản ứng oxi hoá khử

- Chất khử là chất chiếm oxi của chất khác (hoặc hoá hợpvới đơn chất oxi)

- Chất oxi hoá là chất nhờng oxi cho chất khác

- Chất khử là chất nhờng electron

- Chất oxi hoá là chất thu electron

* Oxi hoá là sự nhờng electron

* Sự khử là sự nhận electron

* Chất khử là chất nhờng electron

* Chất oxi hoá là chất nhận electron

Đây là định nghĩa khái quát hơn cả giúp ta phân biệt vớiphản ứng không thay đổi số oxi hoá

I.2: Một số khái niệm liên quan.

Để hiểu rõ về quá trình oxi hoá khử, chúng ta cần xétmột số khái niệm quan trọng trong hoá học có liên quan

1 Độ âm điện:

Khái niệm độ âm điện đã tồn tại trong hoá học từ rất lâu

và đợc giải thích theo quan điểm electron từ khi thuyết cấutạo nguyên tử và liên kết hoá học ra đời

Theo Pao Linh "Độ âm điện là khả năng của nguyên tửtrong phân tử hút electron về phía mình" Theo khái niệmnày thì độ âm điện của nguyên tố khí trơ bằng không vì lớpelectron ngoài cùng trong nguyên tử của chúng ta đã bão hoà

Khái niệm này thờng gắn liền với sự phân chia các nguyên

tố thành kim loại và phi kim Tính chất kim loại của các nguyên

tố giảm đi thì độ âm điện của chúng tăng lên

2 Hoá trị:

Hoá trị của một nguyên tố đặc trng cho khả năng củanguyên tử của nguyên tố đó có thể hình thành một số liên kếthoá trị nhất định Hoá trị thờng

gắn liền với một kiểu liên kết cụ thể

Điện hoá trị đợc xác định bằng số electron mà mộtnguyên tử mất đi hay thu vào khi tạo thành ion đơn Đó là

điện tích của các ion trong hợp chất ion Chẳng hạn trong quátrình phân tử CaCl2 nguyên tử Ca có điện hoá trị +2, nguyên

tử Cl là-1.

Cộng hoá trị đợc xác định bẳng số liên kết cộng hoá trị

do các nguyên tử trong phân tử tạo thành Mỗi liên kết cộnghoá trị đợc hình thành từ một cặp electron

VD: - Trong phân tử H2 : Hiđrô có cộng hoá trị 1

- Trong phân tử N2 : Nitơ có cộng hoá trị 3

- Trong phân tử CO2; CH4 : Các bon có cộng hoá trị 4

- Trong phân tử NH3 : Nitơ có cộng hoá trị 3

- Trong phân tử NH4+ : Nitơ có cộng hoá trị 4

Nh vậy là phải biết rõ cấu tạo phân tử của một chất mới xác

định đợc hoá trị của các nguyên tố tạo nên chất đó Thực tếkhông phải bao giờ ta cũng làm đợc điều đó Vì vậy các nhàhoá học đề nghị đa vào hoá học khái niệm hoá trị hình thức:

Đó là số oxi hoá

3 Số oxi hoá.

Số oxi hoá là điện tích quy ớc của nguyên tử trong phân

tử đợc tính với giả thiết rằng phân tử chỉ gồm những ion

Số oxi hoá biểu thị giá trị điện tích và nó dựa trên giả

định rằng những electron của mỗi liên kết trong phân tửhoặc trong ion thuộc về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn

Số oxi hoá có giá trị âm, dơng, bằng không hoặc phân

số và thờng đợc viết trên ký hiệu của nguyên tố đó

Số oxi hoá của một nguyên tố đợc xác định theo qui ớcsau:

a Số oxy hoá của đơn chất bằng không

VD: Số oxi hoá của Fe, Cu,Cl2, S bằng không

b.Đối với các ion đơn nguyên tử, số oxy hoá bằng điện tích củaion đó

VD: Số oxi hoá của Na+, Mg2+, I-1 , S-2 lần lợt bằng +1, +2,

-1, -2.

c Trong các hợp chất, số oxi hoá của hyđrô bằng +1 (Trừ hợpchất của hyđrô với kim loại phân nhóm IA, IIA, IIIA) Số oxi hoácủa oxi bằng -2 (Trừ hợp chất với Flo, H2O2, KO3

d Trong một phân tử, tổng số oxi hoá của các nguyên tử trongphân tử bằng không, từ đó có thể tính số oxi hoá của nguyên

tố cha biết trong hợp chất

VD: Tính số oxi hoá của ni tơ trong các hợp chất amôniac

NH3, axit nitrơ HNO2 và axit nitric HNO3

Ta gọi x,y,z là các số oxi hoá cần tìm

VD: - Trong hợp chất: CH4 ; CH3OH; HCHO; HCOOH; và CO2

cácbon có số oxi hoá lần lợt là: -4; -2; 0; +2; +4 trong khi đócộng hoá trị của cacbon trong tất cả các hợp chất trên đềubằng 4 Trong ion [ Fe(CN)6]3-sắt có số oxi hoá là +3, cộng hoátrị của nó bằng 6

II Phân loại phản ứng oxi hoá - khử.

Có thể chia các phản ứng oxi hoá - khử thành 3 loại:

1 Phản ứng giữa các phân tử.

Trong các phản ứng oxi hoá - khử giữa các phân tử sự chuyểnelectron xảy ra giữa các phân tử khác nhau Đây là loại phảnứng o xi hoá - khử phổ biến nhất

Một số ví dụ:

+ Sự kết hợp giữa các nguyên tố

+ Phản ứng giữa kim loại với các hợp chất

Zn + CuSO4 Cu+ ZnSO4

2 Các phản ứng dị ly hay phản ứng oxi hoá khử

Trong hợp chất này một chất phân ly thành hai chất khác,trong đó một chất ở mức oxi hoá thấp hơn và một chất ở mứcoxi hoá cao hơn

VD: 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O

khi đun nóng

2 KClO3 2 KCl + 3 O2

Chơng II:

Sơ lợc phân loại bài tập về phản ứng oxi hoá khử

Loại bài tập về phản ứng oxi hoá khử, có thể chia làm hai loại cơ bản sau:

Bài toán định tính (bài toán lý thuyết)Bài toán định lợng

II.1 Các dạng bài toán lý thuyết:

Xác định

số oxi hoá

Trong hợp chất hữu cơ

1 Xác định số oxi hoá.

a Xác định số oxi hoá của hợp chất vô cơ

Nguyên tắc

+ Trong phân tử số oxi hoá bằng 0

+ Trong ion tổng số oxi hoá của các nguyên tố tạo nên ion bằng điện tích ion

đồ phản ứng

Hoàn thành ph-

ơng trình Phản ứng

Số oxi hoá dơng cao nhất +1 +2 +3 +

4

+5

2

+1+2+3+4

+2+4

+1+3+5

b Xác định số oxi hoá của hợp chất hữu cơ.

Nguyên tắc chung: Giống phần các định của hợp chất vô cơ, ngoài ra trong liên kết với phi kim (O; Cl; Br; I; N; S) các bon có

số oxi hoá âm, trong liên kết C - C cácbon có số oxi hoá bằng 2

Có 2 cách xác định số oxi hoá của C là:

+ Số oxi hoá trung bình + Dựa vào công thức cấu tạo (có thể áp dụng cho hợp chất vô cơ)

VD: Xác định số oxi hoá của C trong hợp chất C3H8O

C1: Tính số oxi hoá trung bình của tổng số oxi hoá: C3H8O

Ta có: 3x + 8(+1) + 1(-2) = 0 x = -2

C2: Dựa vào công thức cấu tạo

CH3 - CH2 - CH2 - OH Số oxi hoá TB của C=2

2 Nhận biết phản ứng oxi hoá khử.

Nguyên tắc: Dựa vào định nghĩa phản ứng oxi hoá khử (Là có sự thay đổi số oxi hoá)

VD: Trong các phản ứng cho dới đây phản ứng nào là

phản ứng oxi hoá khử, viết quá trình cho nhận e.

Trình bày riêng ở chơng III

b Hoàn thành phơng trình phản ứng oxi hoá - khử

Phơng pháp: - Xác định chất oxi hoá, chất khử mạnh hay yếu

- Chọn khả năng số oxi hoá của nguyên tố thay đổi cho phù hợp đề bài (chú ý môi trờng phản ứng của các chất)

VD: Hoàn thành PTHH sau:

H2SO3 + Br2 + H2O H2SO4 +

Ta có: H2S+4O3 + Br0

2 + H2O H2S+6O4 + HBr-1

- Xác định rõ đợc sự thay đổi số oxi hoá

- Nắm chắc đợc tính chất hoá học của các chất

Phản ứng 1, 2, 5 ,7 là phản ứng oxi hoá khử vì có sự thay

đổi số oxi hoá

II Các dạng bài toán định lợng.

1 Dạng bài toán áp dụng phơng pháp bảo toàn khối lợng

và tăng giảm khối lợng.

* Bài toán áp dụng phơng pháp bảo toàn khối lợng

Dựa vào định luật bảo toàn khối lợng: "Tổng khối lợng các chất tham gia phản ứng bằng tổng các chất tạo thành sau phản ứng"VD1 Đốt cháy m gam hiđrôcácbon, C và H của hiđrôcácbon biến thành C và H trong CO2 và H2O có khối lợng mc và mH

Bài toán áp dụng phơng pháp bảo toàn khối lợng

và tăng, giảm khối lợng

Bài toán tổng hợp

Bài toán áp dụng phơng pháp bảo toàn e Bài toán áp dụng phơng pháp bảo toàn nguyên tố

Ta luôn có: mHiđrocacbon + mO2 = mCO2 + mH2O

Nguyên tắc: Dựa vào sự tăng, giảm khối lợng khi chuyển từ

1 mol chất A thành một hoặc nhiều mol chất B (có thể qua cácgiai đoạn trung gian) ta dễ dàng tính đợc số mol các chất

hoặc ngợc lại

VD1 Phản ứng có tạo thành chất khí: 2KClO3 2KCl + 3O2

Khi chuyển từ 1 mol KClO3 thành 1 mol KCl, khối lợng giảm là:

122,5 - 74,5 = 48 (g) Có 1 mol O2 đợc giải phóng Nh vậy khi biết khối lợng muối giảm ta có thể tính đợc số mol O2 hoặc ng-

ợc lại

VD2 Bài toán nhúng thanh kim loại A vào dung dịch muối của kim loại B Sau khi lấy thanh kim loại A ra thanh kim loại khối lợng Aban đầu sẽ thay đổi do:

- Một lợng A tan vào dung dịch

- Một lợng B từ dung dịch đợc ghiản phóng bám vào A

- Và khối lợng thanh A tăng hay giảm tuỳ vào phơng trình hoá họccụ thể

Chẳng hạn bài toán: Nhúng một thanh kim loại Al nặng 50 gamvào 400 ml dung dịch CuSO4 0.5 M Sau một thòi gian lấy thanh Al ra rửa sạch, cân nặng 51,38 gam Tính kgối lợng Cu thoát ra và nồng độ các chất trong dung dịch sau phản ứng,

giả sử tất cả Cu thoát ra bám trên thanh Al.

Giải:

- Gọi số mol Al tham gia phản ứng là 2x

PTHH: 2Al + 3CuSO4 Al2(SO4)3 + 3Cu

2 Dạng bài toán dựa vào phơng pháp bảo toàn nguyên tố

Định luật bảo toàn nguyên tố "Trong phản ứng hoá học, tổng số mol nguyên tử của mỗi nguyên tố trớc và sau phản ứng không thay đổi"

VD: Hỗn hợp A gồm a mol FeO, b mol Fe2O3 bị khử bởi khí

CO cho hỗn hợp chất rắn B gồm x mol Fe2O3 d, y mol Fe3O4, z mol FeO d, t mol Fe

Khi đó: nFe(trong A) = nFe(trong B) Nghĩa là a+ 2b = 2x + 3y +

z +t

3- Phơng pháp bảo toàn electron

Nguyên tắc: Khi có nhiều chất oxy hoá hoặc chất khử trong hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol e nhờng = tổng số mol e nhận

VD: Hỗn hợp X gồm O2 và Cl2 có tỷ khối so với H2 là 25,75 Cho 1,12 lít X phản ứng vừa đủ với hỗn hợp nhôm và magiê thu

mỗi kim loại trong hỗn hợp

Giải

Dùng phơng pháp bảo toàn electron

Tổng số mol electron mà các chất đã cho = tổng số mol electron mà các chất đã nhận

* Chất cho electron có Al và Mg theo phơng trình

=0,72(g)

4- Bài toán tổng hợp

Các bớc:

- Viết tất cả các PTHH theo yêu cầu bài toán

-Đổi các dữ kiện bài toán theo đơn vị mol

- Đặt số mol các chất ban đầu rồi áp dụng vào PTHH đểgiải

- Sử dụng các công thức để lập đợc hệ phơng trình toán

- Gi¶i theo yªu cÇu cña bµi

VD: §Ó m gam ph«i bµo s¾t (A) ngoµi kh«ng khÝ, sau métthêi gian biÕn thµnh hçn hîp B cã khèi lîng 30gam gåm s¾t vµoxit (FeO, Fe2O3, Fe3O4) Cho B t¸c dông hoµn toµn víi dung dÞchaxit HNO3 thÊy gi¶i phãng ra 5,6 dm3 khÝ NO duy nhÊt (®ktc).TÝnh khèi lîng cña A

Chia (*) cho 8 rồi cộng (**) ta đợc

khối lợng để cân bằng nguyên tố và lập phơng trình đại số.

- Chọn nghiệm tuỳ ý cho 1 ẩn số rồi dùng hệ phơng trình

đại số để suy ra các ẩn số còn lại

VD: a FeS2 + bO2  c Fe2O3 + d SO2

Ta có: Fe: a = 2c

S: 2a = dO: 2b = 3c + 2dChọn c = 1, a = 2, d = 4, d=

Nhân cả 2 vế với 2, ta có phơng trình

4FeS2 + 11 O2  2Fe2O3 + 8SO2

b- Bản chất của phơng trình đại số:

Phơng pháp đại số không cho thấy bản chất của phản ứngoxi hoá - khử không thể xác định chất oxi hoá, chất khử vàtrong một số trờng hợp không xác định đợc các hệ số Ngoài ra,phơng pháp này có nhợc điểm là dài dòng, mất thời gioan hơn

so với phơng pháp cân bằng electron

II.2- Phơng pháp cân bằng electron

Phơng pháp này dựa vào sự bảo toàn electron nghĩa làtổng số electron của chất khử cho phải bằng tổng số electronchất oxi hoá nhận

a- Các bớc tiến hành

+ Viết sơ đồ phản ứng với các chất tham gia vào sảnphẩm xác định

nguyên tố có số oxi hoá thay đổi

+ Viết các bán phơng trình của quá trình: Khử (Choelectron)

Oxi hoá (nhậnelectron)

+ Cân bằng electron: Nhân hệ số để

Tổng số electron cho = Tổng số electron nhận

(Hay số oxi hoá tăng = Số oxi hoá giảm)

+ Cân bằng nguyên tố: Nói chung theo thứ tự

3Cu + 2HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O

Sau đó thêm 6 gốc NO (trong đó N không thay đổi sốoxi hoá) nghĩa là có tất cả 8HNO3

Cuối cùng ta có phơng trình

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO2  + 4H2O

Tuy nhiên, phơng pháp cân bằng electron không nêu đợcvai trò của môi trờng, độ pH, khi có sự tham gia phản ứng củaion H+ hoặc OH- của H2O trong trờng hợp các phản ứng oxi hoá -khử xảy ra trong dung dịch Chúng ta tiếp tục xét tiếp phơngpháp cân bằng ion electron

III.3- Phơng pháp cân bằng ion electron

Phơng pháp này không đòi hỏi phải biết chính xác số oxihoá của nguyên tố, nhng chỉ áp dụng đợc cho trờng hợp cácphản ứng oxi hoá - khử xảy ra trong dung dịch, ở đó phần lớncác chất oxi hoá và chất khử tồn tạo ở dạng ion