skkn bài TOÁN KIM LOẠI tác DỤNG với AXIT CHO LƯỢNG sản PHẨM KHÁC NHAU tùy THEO CÁCH ĐÁNH GIÁ sản PHẨM

TÊN ĐỀ TÀIBÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT CHO LƯỢNG SẢN PHẨM KHÁC NHAU TÙY THEO CÁCH ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM Quảng Bình, tháng 01 năm 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM... TÊN ĐỀ TÀIB

TÊN ĐỀ TÀI

BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT CHO LƯỢNG SẢN PHẨM KHÁC NHAU TÙY THEO CÁCH ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM

Quảng Bình, tháng 01 năm 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TÊN ĐỀ TÀI

BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT CHO LƯỢNG SẢN PHẨM KHÁC NHAU

TÙY THEO CÁCH ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM

Họ và tên: Trần Hữu Quyền

Chức vụ: Tổ phó chuyên môn

Đơn vị công tác: Trường THPT Lê Hồng phong

Quảng Bình, tháng 01 năm 2019

Nội dung Trang

Mục lục……… 1

1 Phần mở đầu ……… 2

1.1 Lý do chọn đề tài ……… 2

1.2 Phạm vi áp dụng của đề tài …… ……… 2

2 Phần nội dung……… 3

2.1 Thực trạng của đề tài nghiên cứu ……… 3

2.1.1 Các Trường hợp thường gặp trong các bài toán dạng này……… 3

2.1.2 Các phương pháp giải ……… 4

2.2 Nội dung của đề tài ……… 4

2.2.1 Phân tích những hướng sai mà người đọc có thể mắc phải…… 4

2.2.2 Một số bài toán tương tự ……… 15

2.2.3 Áp dụng vào thực tiễn ……… 23

2.2.4 Một số kinh nghiệm khi giải các bài tập dạng này ……… 24

3 Phần kết luận ……… 24

3.1 Ý nghĩa của đề tài ……… 24

3.2 Kiến nghị, đề xuất ……… 24

Tài liệu tham khảo……… 25

BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT CHO LƯỢNG SẢN PHẨM KHÁC NHAU TÙY THEO CÁCH ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM

- Trong bộ môn hóa học có thể nói rằng việc xác định đúng sản phẩm tạo thànhhết sức quan trọng vì nó quyết định kết quả của bài toán định tính cũng như bàitoán định lượng, đặc biệt trong các đề thi chọn Học sinh giỏi, thi tuyển sinh Đại

học, Cao đẳng hiện nay Chính vì vậy tôi chọn đề tài: “ Bài toán kim loại tác

dụng với axit cho lượng sản phẩm khác nhau tùy theo cách đánh giá sản phẩm” Thông qua đề tài này nhằm phân tích những sai sót mà người đọc có thể

mắc phải, từ đó rút ra hướng khắc phục những sai sót kiến thức, hiểu sai về quátrình giải bài tập, đặc biệt là giúp người đọc tham khảo áp dụng trong việc giảicác bài tập trong các đề thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng và cũng là tài liệu chohọc sinh tham khảo, kinh nghiệm nhỏ cho đồng nghiệp tham khảo nhằm nângcao chất lượng dạy và học, đáp ứng yêu cầu đổi mới phương pháp dạy và học

hiện nay Trong giới hạn của đề tài này Tôi chỉ trình bày phần kim loại tác dụng

với axit tính oxi hóa do gốc axit.

1.2 Phạm vi áp dụng đề tài

+ Áp dụng cho các đối tượng là học sinh luyện thi ĐH - CĐ, bồi dưỡng học sinhgiỏi

+ Kim loại tác dụng với HNO3 hoặc hỗn hợp HNO3 và H2SO4;

+ Hỗn hợp kim loại tác dụng với một axit hay hỗn hợp axit tính oxi hóa do gốcaxit

2 Phần nội dung

2.1 Thực trạng của nội dung cần nghiên cứu

- Bài toán kim loại tác dụng với axit tính oxi hoá do gốc axit trong các đề thi Đạihọc và đề thi học sinh giỏi phụ thuộc vào cách đánh giá sản phẩm Nếu có cáchđánh giá sản phẩm không đúng sẽ đưa bài toán sang một đáp án khác sai lệch.Chính vì vậy việc hiểu rõ bản chất hoá học và xác định đúng sản phẩm giúpchúng ta tìm được đáp án đúng

2.1.1 Các trường hợp thường gặp trong các bài toán dạng này

2.1.1.1 Một kim loại tác dụng với một axit tạo ra hỗn hợp sản phẩm khử:

+ Nếu axit dư thì sản phẩm chứa muối có số oxi hóa cao nhất của kim loại

-> Với các bài toán dạng này cần Chú ý thứ tự phản ứng của các cặp oxi khử.

n e chất khử nhường = n e Chất oxi hoá nhận

+ Sữ dụng công thức giải nhanh (phương pháp bảo toàn nguyên tố)

2.2 Nội dung của đề tài

- Phân tích những hướng sai mà người đọc có thể mắc phải

- Các bài tập tương tự

- Áp dụng vào thực tiễn

- Rút ra những kinh nghiệm khi giải những bài tập dạng này

2.2.1 Phân tích những hướng sai mà người đọc có thể mắc phải

Ví dụ 1: (THPT QG 2017 – MĐ 204) Câu 79 Cho 2,49 gam hỗn hợp Al và Fe

(có tỉ lệ mol tương ứng 1: 1) vào dung dịch chứa 0,17 mol HCl, thu được dung

chất rắn Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất của

N+5 Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

- Số mol: nFe = nAl = 0,03

- nH+ phản ứng = 2nFe + 3nAl = 0,15 và nH+ dư = 0,02 mol

Dung dịch X gồm: Fe2+ (0,03mol); Al3+ (0,03mol); H+ (0,02mol) và Cl

Ag+ + 1e → Ag

x mol x mol Bảo toàn electron : 0,03 = 0,015 + x  nAg = x = 0,015

 m = 0,17* 143,5 + 0,015* 108 = 26,015  Đáp án D

Hoặc:

Học sinh xác định đúng số mol Cl- là 0,17 mol

Ag+ + Cl- → AgCl↓

dư 0,17 mol 0,17mol

Ngoài ra, 3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O

0,015mol 0,02mol

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag

0,015mol 0,015mol

Nên: m = 0,17* 143,5 + 0,015* 108 = 26,015  Đáp án D

Học sinh xác định đúng số mol Cl- là 0,06 mol

Ag+ + Cl- → AgCl↓

dư 0,17 mol 0,17mol

Ngoài ra, bảo toàn electron cho cả bài toán (phải xác định số mol H 2)

Ví dụ 2: (THPT QG 2015 – MĐ 748)Câu 32: Hòa tan 1,12 gam Fe bằng 300

AgNO3 dư vào X, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và m gamkết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

Bài giải Trước hết ta xác định được

nFe = 0,02 mol; nHCl = 0,06 mol

Fe + 2H+  Fe2+ + H2

Dung dịch X gồm: Fe2+ (0,02 mol); H+

dư (0,02 mol) và Cl- (0,06 mol)

Thêm AgNO3 dư vào dung dịch X:

Tình huống 1: Học sinh xác định chỉ có kết tủa AgCl (0,06 mol)

Ngoài ra, NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O

dư 0,02mol 0,015mol

và Ag+ + 1e  Ag

0,015mol 0,015mol (do nhầm)

Nên được kết quả: m = 0,04* 143,5 + 0,015* 108 = 7,36  Đáp án C (sai)

Nên kết quả là: m = 0,06* 143,5 + 0,015* 108 = 10,23 Đáp án A (sai)

Tình huống 3: Học sinh xác định kết tủa chứa cả AgCl và Ag:

Nhưng do xác định sai số mol Cl- là 0,04 mol (chỉ có trong FeCl2)

0,015mol 0,015mol (do nhầm)

Nên được kết quả: m = 0,04* 143,5 + 0,015* 108 = 7,36  Đáp án C (sai)

Tình huống 4: Học sinh xác định kết tủa chứa cả AgCl và Ag:

Xác định đúng số mol Cl- là 0,06 mol

Ag+ + Cl- → AgCl↓

dư 0,06 mol 0,06mol

Ngoài ra, Fe2+ → Fe3+ + 1e NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 0,02mol 0,02mol dư 0,02 0,015

Ag+ + 1e → Ag

x mol x mol Bảo toàn electron  nAg = 0,005

Ngoài ra, 3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O

dư 0,06 mol 0,06mol

Ngoài ra, bảo toàn electron cho cả bài toán

Fe0 → Fe3+ + 3e 2H+ + 2e  H2 (phải chú ý QT này) 0,02mol 0,06mol 0,04 < 0,02mol

Ví dụ 3: (ĐH KB-2012, HSG 11 QB V1-2014) Câu 27: Cho 29 gam hỗn hợp

gồm Al, Cu và Ag tác dụng vừa đủ với 950 ml dung dịch HNO3 1,5M, thu đượcdung dịch chứa m gam muối và 5,6 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO và N2O Tỉkhối của X so với H2 là 16,4 Giá trị của m là

22,4 ; MX = 16,4.2 = 32,8 gam; n HNO3 = 1,5.0,95 = 1,425 mol

Gọi a, b lần lượt là số mol của NO và N2O trong 5,6 lít hỗn hợp X

Theo bài ra ta có: a + b = 0,25 (1)

30a + 44b = 0,25.32,8 = 8,2 (2)

Giải hệ 2 phương trình (1) và (2) ta được: a = 0,2; b = 0,05

Tình huống 1: Do hỗn hợp kim loại phản ứng vừa đủ nên học sinh sữ dụng

phương pháp bảo toàn nguyên tố N ngay và tính được :

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có: khối lượng muối : m = m Kl + 

3

NO m

m = 29 + (1,425 – 0,2 – 2 0,05).62 = 98,75 (đáp án C) Sai

Tình huống 2: Do hỗn hợp kim loại phản ứng vừa đủ nên học sinh sữ dụng

công thức tính số mol NO3- trong muối theo số mol sản phẩm khử

(n NO3 = 3 n NO + 8 n N2 O) và tính được :

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có: m = m Kl + 

3

NO m

m = 29 + (3 0,2 + 8 0,05).62 = 91 (đáp án D) Sai

Tình huống 3: Học sinh dùng phương pháp bảo toàn electron tính được số mol

NH4NO3 = 0,0125 mol Sau đó bảo toàn nguyên tố N ngay và tính được :

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có: m = m Kl + 

3

NO m

10H+ + 2

-3

NO + 8e  N2O + 5H2O 0,5 0,05 0,25

Giả sử sản phẩm khử chỉ có NO và N2O thì:



H ( p ­ )

n ­=­0,8­+­0,5­=­1,3­<­1,425­: Vô lý Vậy sản phẩm khử còn có NH4NO3 10H+ + -

3

NO + 8e  NH4 + 3H2O(1,425 - 1,3) ……… > 0,0125 0,0375

m = 29 + ( 3 0,2 + 8 0,05 + 8 0,0125) 62 + 0,0125 80 = 98,2

Ví dụ 4. (KB-08 ) : Cho 2,16 gam Mg tác dụng với dung dịch HNO3 (dư) Sau

khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,896 lít khí NO (ở đktc) và dung dịch

X Khối lượng muối khan thu được khi làm bay hơi dung dịch X là

A 8,88 gam B 13,92 gam C 6,52 gam D 13,32 gam Phân tích: Bài toán cho: nMg = 0,09 mol; nNO = 0,04 mol

Tình huống 1: HS xác định muối khan là Mg(NO 3 ) 2

- Axit dư nên số mol muối tính theo số mol Mg

3Mg + 8HNO3 → 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O 0,09 mol - - - - -> 0,09 mol

- Khối lượng muối khan thu được là: 0,09 148 = 13,32 (gam)

Tình huống 2:

- Tính theo số mol NO, Mg dư

3Mg + 8HNO3 → 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O 0,06 mol < - - - - - - 0,04 mol

- Khối lượng muối khan thu được là: 0,06 148 = 8,88 (gam)

12 , 0 18

2NO3- +10H+ + 8e →NH4NO3 + 3H2O (0,18-0,12) -> 0,0075

- Muối khan gồm Mg(NO3)2 và NH4NO3

Khối lượng muối khan = 0,09 188 + 0,0075 80 = 13,92 Đáp án B

Hoặc: Khối lượng muối khan = khối lượng kim loại + khối lượng gốc

axit + khối lượng muối NH4NO3 (nếu có)

= 2,16 + 0,18 62 + 0,0075 80 = 13,92 Đáp án B

Ví dụ 5: (THPT QG 2017 – MĐ 203) Câu 78 Cho lượng dư Mg tác dụng với

xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X chứa m gam muối và 6,272 lít hỗn hợpkhí Y (đktc) gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hoá nâu trong khôngkhí Tỉ khối của Y so với H2 là 13 Giá trị của m là

Trước hết ta xác định được

[ Mg dư + HCl + 0,1mol KNO3+ 0,2mol NaNO3] → dd X + 0,28mol Y + H2O

Vì có một khí hoá nâu trong không khí là NO và Y = 26< 28

nên có H2 ⇒ NO3- hết

- Do, nY = 0,28 và Y = 26 ta dễ dàng tính n NO = 0,24 và n H2 = 0,04

- BT nguyên tố Nitơ : nNH4+ = 0,3 – 0,24 = 0,06 mol

Tình huống 1: Học sinh xác định dung dịch X không có muối amoni:

Khi đó bảo toàn electron tính được:

nMg = (0,24*3+0,04*2)/2 = 0,4 mol và nNO3- = 0,06mol

Và bảo toàn khối lượng: m = kim loại + gốc axit

= 0,1*39+0,2*23+0,4*24+0,06.62+1,04*35,5 = 58,74

 Đáp án D (sai)

Tình huống 2: Học sinh xác định dung dịch X chứa muối amoni:

Khi đó bảo toàn electron tính được: nNH4+ = 0,06mol và nMg = (0,24*3+0,04*2+ 0,06*8)/2 = 0,64 mol nhưng do nhầm muối là NH4NO3

Nên  mMuối = mMgCl2 + mKCl + mNaCl + mNH4NO3 = 0,64*95 + 0,1*74,5 + 0,2*58,5 + 0,06*80 = 84,76  Đáp án C (sai)

Tình huống 3: Học sinh xác định dung dịch X chứa muối amoni:

Khi đó bảo toàn electron tính được: nNH4+ = 0,06mol

và nMg = (0,24*3+0,04*2+ 0,06*8)/2 = 0,64 mol

đồng thời xác định đúng muối NH4Cl

Nên: mMuối = mMgCl2 + mKCl + mNaCl + mNH4Cl =

0,64*95 + 0,1*74,5 + 0,2*58,5 + 0,06*53,5 = 83,16  Đáp án A

Ví dụ 6 :(KB-2013)Câu 36: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 2,8 gam Fe và 1,6

được m gam chất rắn, Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn, NO là sản phẩmkhử duy nhất của N+5 trong các phản ứng Giá trị của m là

Lời giải Tình huống 1: học sinh xác định chất rắn chỉ chứa AgCl:

Ag+ + Cl- → AgCl↓

dư 0,02 0,02

m AgCl = 0,2 143,5 = 28,7 (gam) -> Đáp án C (Sai)

Tình huống 2: Học sinh xác định chất rắn chứa cả AgCl và Ag:

Các phản ứng: Fe → Fe2+ + 2e NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 0,05 0,1mol 0,05 0,2 0,15

Tình huống 3: Học sinh xác định chất rắn chứa cả AgCl và Ag:

- Khi cho dung dịch AgNO3 dư vào dd X ta có

Ag+ + Cl- → AgCl↓ và Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag

dư 0,02 0,02mol 0,05 dư 0,05mol

nhưmg tính nhầm số mol Ag là 0,005 mol

mrắn = 0,2 143,5 + 0,005 108 = 29,24 → Đáp án A (sai)

Tình huống 4: Học sinh xác định chất rắn chứa cả AgCl và Ag:

Các phản ứng: Fe → Fe2+ + 2e NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 0,05 0,1mol 0,05 0,2 0,15

Bảo toàn e trên toàn bộ quá trình (sẽ thấy e nhường hết, e nhận tính theo H+ vì

NO3- trên toàn bộ quá trình dư)

3n Fe + 2nCu = ¾ n H + n Ag+ ( tạo Ag)

=> nAg = 0,05.3 + 0,025.2 - 0,25.3 : 4 = 0,0125 mol

 m = 0,2.143,5 + 0,0125.108 = 30,05 gam (có Ag và AgCl) Chọn B

Ví dụ 7 : (KB-2013)Câu 4: Hòa tan hoàn toàn 1,28 gam Cu vào 12,6 gam dung

4

hoàn toàn với 105 ml dung dịch KOH 1M, sau đó lọc bỏ kết tủa được dung dịch

Y Cô cạn Y được chất rắn Z Nung Z đến khối lượng không đổi, thu được 8,78gam chất rắn Nồng độ phần trăm của Cu(NO3)2 trong X là

Lời giải

Ví dụ 8.(KA-09)-Câu 22: Hòa tan hoàn toàn 12,42 gam Al bằng dung dịch

HNO3 loãng (dư), thu được dung dịch X và 1,344 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Y gồmhai khí là N2O và N2 Tỉ khối của hỗn hợp khí Y so với khí H2 là 18 Cô cạndung dịch X, thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là

Bài toán cho

46 , 0 27

42 , 12

344 , 1

3

3 )

Tình huống 2: Học sinh sữ dụng phương pháp bảo toàn electron, nhưng xác định Al dư

Al → Al3+ + 3e 2NO3- + 10H+ + 8e → N2O + 5H2O 0,18 < - 0,54 mol 0,24 < 0,03 mol

2NO3- + 12H+ + 10e → N2 + 6H2O 0,3 < 0,03 mol

m muối = 0,18 213 = 38,34 (gam) Đáp án C (Sai)

Tình huống 3: Học sinh sữ dụng phương pháp bảo toàn electron, xác định

2.2.2 Một số bài toán tương tự

1 (THPT QG 2018 – MĐ 202) Câu 73: Cho 4,32 gam hỗn hợp X gồm Mg và

Fe tác dụng với V lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm Cl2 và O2 (có tỉ khối so với H2

bằng 32,25), thu được hỗn hợp rắn Z Cho Z vào dung dịch HCl, thu được 1,12gam một kim loại không tan, dung dịch T và 0,224 lít khí H2 (đktc) Cho T vàodung dịch AgNO3 dư, thu được 27,28 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy rahoàn toàn Giá trị của V là

2 (THPT QG 2018 – MĐ 203) Câu 80: Cho 28 gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe3O4,CuO vào dung dịch HCl, thu được 3,2 gam một kim loại không tan, dung dịch Ychỉ chứa muối và 1,12 lít khí H2 (đktc) Cho Y vào dung dịch AgNO3 dư, thuđược 132,85 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Khối lượng Fe3O4

trong X là

3 (THPT QG 2017 – MĐ 204) Câu 80 Cho 9,6 gam Mg tác dụng với dung

500 ml dung dịch NaOH 2M vào X, thu được dung dịch Y, kết tủa và 1,12 lítkhí Z (đktc) Lọc bỏ kết tủa, cô cạn Y thu được chất rắn T Nung T đến khốilượng không đổi, thu được 67,55 gam chất rắn Biết các phản ứng xảy ra hoàntoàn Giá trị của m là

4 (THPT QG 2017 – MĐ 201) Câu 78 Cho 9,2 gam hỗn hợp X gồm Mg và Fe

vào dung dịch hỗn hợp AgNO3 và Cu(NO3)2, thu được chất rắn Y (gồm 3 kimloại) và dung dịch Z Hòa tan hết Y bằng dung dịch H2SO4 (đặc, nóng, dư), thuđược 6,384 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất của S+6, ở đktc) Cho dung dịchNaOH dư vào Z, thu được kết tủa T Nung T trong không khí đến khối lượngkhông đổi, thu được 8,4 gam hỗn hợp rắn Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.Phần trăm khối lượng của Fe trong X là

5 (THPT QG 2016 – MĐ 357) Câu 34: Cho 7,65 gam hỗn hợp Al và Mg tan

hoàn toàn trong 500 ml dung dịch HCl 1,04M và H2SO4 0,28M, thu được dung

ứng xảy ra hoàn toàn thu được 16,5 gam kết tủa gồm 2 chất Mặt khác cho từ từ

kết tủa lớn nhất, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi, thu được mgam chất rắn Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

A 32,3 B 38,6 C 46,3 D 27,4.

6 (THPT QG 2016 – MĐ 136) Câu 47: Hòa tan hết 14,8 gam hỗn hợp Fe và

muối amoni) Cho X phản ứng với 400 ml dung dịch hỗn hợp NaOH 1M vàKOH 0,5M, thu được kết tủa Y và dung dịch Z Nung Y trong không khí đếnkhối lượng không đổi, thu được 20 gam hỗn hợp Fe2O3 và CuO Cô cạn Z, thuđược hỗn hợp chất rắn khan T Nung T đến khối lượng không đổi, thu được42,86 gam hỗn hợp chất rắn Nồng độ phần trăm của Fe(NO3)3 trong X có giá trịgần nhất với giá trị nào sau đây?