học sinh nắm vững kiến thức, phát triển năng lực t duy, rèn luyện các kĩ năng và thói quen làm việc khoa học, biết tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề liên q
Trang 1Trêng thcs nga t©n
ph¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp d¹ng P2O5 t¸c dông víi dung dÞch kiÒm dµnh cho häc sinh giái ë trêng THCS
Ngêi thùc hiÖn: Ph¹m §øc M¹nh Chøc vô: Gi¸o viªn
SKKN thuéc tæ: Khoa häc tù nhiªn
Trang 2Năm học: 2008 – 2009
A Đặt vấn đề
I - Lời mở đầu
Hóa học là một khoa học thực nghiệm khá đặc biệt và tổng hợp Qua nghiên cứu thông tin, quan sát mô hình, quan sát các thí nghiệm, thực hành, thảo luận nhóm học sinh nắm vững kiến thức, phát triển năng lực t duy, rèn luyện các kĩ năng và thói quen làm việc khoa học, biết tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề liên quan đến hóa học, trong đó biết cách giải các dạng bài tập là một vấn đề hết sức quan trọng Thông qua việc giải các bài tập ấy nhằm giúp học sinh củng cố các kiến thức đã học một cách có hệ thống, đồng thời phân loại đợc các dạng toán, các dạng bài tập một cách vững chắc
Trong kế hoạch chuyên môn ở nhà trờng bậc THCS, công tác bồi dỡng, nâng cao chất lợng giáo dục mũi nhọn là đặc biệt quan trọng Công tác bồi dỡng học sinh giỏi
đòi hỏi ngời thầy giáo phải dụng công, đào sâu kiến thức, cần mẫn với đối tợng của mình, biết tìm ra phơng pháp phù hợp để hớng tới thành công Đây chính là lí do thôi thúc tôi hoàn thành sáng kiến này
II - Thực trạng của vấn đề nghiên cứu
1 Thực trạng
Bản thân là một giáo viên đã tham gia bồi dỡng học sinh giỏi môn hóa học, trong quá trình giảng dạy đã phát hiện ra một số sai lầm của học sinh khi giải các bài tập
hóa học nâng cao dạng: “P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm“ Nhiều học sinh tỏ
ra lúng túng, không tìm ra cách sử lí, ngay cả những vấn đề tởng chừng hết sức cơ bản Vì thế, dạng bài tập này trở thành vấn đề khó vợt qua đối với học sinh
2 Kết quả của thực trạng trên
Kết quả khảo sát chất lợng đội tuyển bộ môn hóa học lớp 9 trờng THCS Nga Tân
trong hai năm học gần đây về năng lực giải quyết dạng bài “P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm“ nh sau :
Năm học
Số học sinh
đợc khảo sát
Năng lực giải quyết dạng bài P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm
Trang 3Từ thực trạng trên, để giúp học sinh nắm vững bản chất, có phơng pháp, kỹ năng vận dụng giải bài tập hóa học một cách tốt hơn, tôi đã mạnh dạn đa ra “ phơng pháp giải bài tập dạng P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm dành cho học sinh giỏi
ở trờng THCS“.
B Giải quyết vấn đề
I Các giải pháp thực hiện
Dạng bài tập P2O5 tác dụng với dung dịch kiềm (dung dịch NaOH hoặc dung dịch KOH), thực chất là axit H3PO4 (do P2O5 tác dụng với H2O có trong dung dịch kiềm) tác dụng với dung dịch kiềm Xét một cách cụ thể, khi cho H3PO4 tác dụng với NaOH, có thể xảy ra các phản ứng sau :
H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (1)
1 (mol) 1 (mol)
H 3 PO 4 + 2 NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O (2)
1 (mol) 2 (mol)
H 3 PO 4 + 3 NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (3)
1 (mol) 3 (mol)
Giả sử có cho a (mol) dung dịch H3PO4 tác dụng với b (mol) dung dịch NaOH thu
đợc dung dịch A, ta có thể biện luận các chất có trong dung dịch A theo tơng quan
4 PO 3
H
n
=
1 Nếu < 1
a
b
thì chỉ xảy ra phản ứng (1) dung dịch A là NaH2PO4
H3PO4 còn d
2 Nếu
a
b
= 1 thì chỉ xảy ra phản ứng (1) dung dịch A là chứa NaH2PO4
H3PO4, NaOH cùng hết
3 Nếu 1 < < 2
a
b
thì xảy ra cả phản ứng (1) và phản ứng (2) dung dịch A gồm: NaH2PO4 và Na2HPO4 4 Nếu = 2
a
b
thì chỉ xảy ra phản ứng (2) dung dịch A là: Na2HPO4
5 Nếu 2 < < 3
a
b
thì xảy ra cả phản ứng (2) và phản ứng (3) dung dịch A gồm: Na3PO4 và Na2HPO4
6 Nếu = 3
a
b
thì chỉ xảy ra phản ứng (3) dung dịch A là: Na3PO4
7 Nếu > 3
a
b
thì chỉ xảy ra phản ứng (3) dung dịch A là Na3PO4
NaOH còn d
Trang 4Với các trờng hợp xảy ra nh trên học sinh có thể áp dụng làm các ví dụ cụ thể từ đó hình thành ở các em kỹ năng giải các các dạng bài tập này
II các giải pháp để tổ chức thực hiện
1 Biện luận sản phẩm
- Cho học sinh áp dụng làm các bài tập mà các em thờng mắc sai lầm để từ đó các
em đối chứng và rút ra kinh nghiệm
- Muốn xác định đợc muối nào tạo thành thì học sinh phải xét tỉ lệ mol của các chất tham gia
Ví dụ 1: Cho 63,9 gam P 2 O 5 tác dụng với 144 gam dung dịch NaOH 20% Tính nồng độ phần trăm các chất trong dung dịch thu đợc khi phản ứng kết thúc
Giải:
PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O trong dung dịch NaOH :
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)
1 (mol) 2 (mol) Theo đề bài, ta có: 0 , 72 ( )
100 40
20 144
mol
n NaOH = =
0 , 45 ( )
142
9 , 63 5
n P O = =
Theo PTHH (1): n H3PO4 = 2 n P2O5 = 2 0 , 45 = 0 , 9 (mol)
Xét tỉ lệ: 0 , 8 1
9 , 0
72 ,
= 4
3 PO H
NaOH
n
n
Vậy phản ứng chỉ tạo ra NaH2PO4 và H3PO4 d , tính toán theo NaH2PO4
H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (2)
1 (mol) 1 (mol) 1 (mol)
Theo PTHH: n NaH2PO4 =n H3PO4(pư) =n NaOH = 0 , 72 (mol)
0 , 72 120 86 , 4 ( )
4
0 , 9 0 , 72 0 , 12 ( )
4
0 , 18 98 7 , 84 ( )
4
Theo định luật bảo toàn khối lợng: mdd sau p = 63,9 +144 = 207,9 (g)
Nồng độ phần trăm về khối lợng các chất trong dung dịch thu đợc là:
% 56 , 41
% 100 9 , 207
4 , 86 )
C
% 77 , 3
% 100 9 , 207
84 , 7 )
C
Ví dụ 2: Cho 35,5 gam P 2 O 5 tan trong 200 ml dung dịch NaOH 2,5 M.
Tính khối lợng muối trong dung dịch thu đợc sau phản ứng?
Trang 5ớng dẫn giải :
PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O trong dung dịch NaOH :
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)
1 (mol) 2 (mol) Theo đề bài, ta có: 0 , 5 ( ) 1000 5 , 2 200 mol n NaOH = = 0 , 25 ( ) 142 5 , 35 5 2 mol n P O = = Theo PTHH (1): 2 2 0 , 25 0 , 5 ( ) 5 2 4 3 n mol n H PO = P O = = Xét tỉ lệ: = 00,,55 =1 4 3 PO H NaOH n n Vậy các chất tham gia cùng hết và chỉ xảy ra một phản ứng tạo muối NaH2PO4 PTHH: H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (2)
1 (mol) 1 (mol) 1 (mol) Theo PTHH: 0 , 5 ( ) 4 2 n mol n NaH PO = NaOH = 0 , 5 120 60 ( ) 4 2 g m NaH PO = = Ví dụ 3: Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với 150 g dd KOH 11,2% Sau khi phản ứng kết thúc, hỏi muối nào đợc tạo thành ? H ớng dẫn giải : Bài toán này, học sinh phải biết lờng trớc các phản ứng có thể xảy ra: P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)
H 3 PO 4 + KOH KH 2 PO 4 + H 2 O (2)
H 3 PO 4 + 2KOH K 2 HPO 4 + 2H 2 O (3)
H 3 PO 4 + 3KOH K 3 PO 4 + 3H 2 O (4)
Theo đề bài, ta có: 0 , 1 ( ) 142 2 , 14 5 2 mol n P O = = Theo PTHH (1): n H3PO4 = 2 n P2O5 = 2 0 , 1 = 0 , 2 (mol) 0 , 3 ( ) 56 100 2 , 11 150 mol n KOH = = Tỉ lệ: 1 00,,23 1,5 2 4 3 < = = < PO H KOH n n Vậy xảy ra phản ứng (2) và (3), thu đợc gồm hai muối là KH2PO4 và K2HPO4 Ví dụ 4: Cho 28,4 gam P 2 O 5 tác dụng với 400 ml dd NaOH 2M Muối tạo thành là muối gì ? Khối lợng là bao nhiêu ? H ớng dẫn giải : Ta có: nNaOH = 0,4.2 = 0,8 (mol), 0 , 2 ( ) 142 4 , 28 5 2 mol n P O = = PTHH xảy ra giữa P2O5 với nớc: P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)
Theo PTHH (1): n H3PO4 = 2 n P2O5 = 2 0 , 2 = 0 , 4 (mol)
Trang 6Xét tỉ lệ: =00,,48 =2
4
3 PO H
NaOH
n
n
Vậy các chất tham gia phản ứng cùng hết, chỉ xảy ra một PTHH tạo ra Na2HPO4
H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4 + 2H2O
1 (mol) 2 (mol) 1 (mol)
Theo PTHH: n NaH2PO4 =n H3PO4 = 0 , 4 (mol)
m NaH2PO4 = 0 , 4 142 = 56 , 8 (g)
Ví dụ 5 : Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam Phôt pho thu đợc chất A.
Cho chất A tác dụng với 800 ml dd NaOH 0,6 M thì thu đợc muối gì ?
H
ớng dẫn giải :
Theo đề bài, ta có: nP =
31
2 , 6
= 0,2 (mol)
Có thể xảy ra các phản ứng sau :
4P + 5O 2 →t o 2P 2 O 5 (1)
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (2)
H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (3)
H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O (4)
H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (5)
Theo PTHH (1) chất A là P2O5
0 , 1 ( )
2
1 5
n P O = P =
Theo PTHH (2): n H3PO4 = 2 n P2O5 = 2 0 , 1 = 0 , 2 (mol)
nNaOH = 0,8 0,6 = 0,48 (mol)
2 , 0
48 , 0
2 < = <
4
3 PO H
NaOH
n
n
Vậy xảy ra hai phản ứng (4) và (5), thu đợc hai muối là Na2HPO4 và Na3PO4
Ví dụ 6: Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với dd KOH 20 %
Tính nồng độ % các chất trong dung dịch thu đợc sau phản ứng
H
ớng dẫn giải :
PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O:
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)
Theo đề bài: 0 , 6 ( )
100 56
20 168
mol
n KOH = =
0 , 1 ( )
142
2 , 14 5
n P O = =
Theo PTHH (1): n H3PO4 = 2 n P2O5 = 2 0 , 1 = 0 , 2 (mol)
Xét tỉ lệ: 00,,62 3
4 3
=
=
PO H
KOH
n n
Vậy các chất tham gia cùng hết và chỉ xảy ra một phản ứng tạo muối K3PO4 :
Trang 7H 3 PO 4 + 3KOH K 3 PO 4 + 3H 2 O (2)
Theo PTHH (2): n K3PO4 =n H2PO4 = 0 , 2 (mol)
m K3PO4 = 0 , 2 212 = 42 , 6 (g)
Theo định luật bảo toàn về khối lợng: mdd sau p =14,2 + 168 = 182,2 (g)
Vậy nồng độ dung dịch thu đợc sau phản ứng là:
100 % 23 , 27 %
2 , 182
4 , 42 )
C
Nh vậy đối với ví dụ 3, 4 và 5 hai chất tham gia phản ứng vừa đủ , sản phẩm tạo thành chỉ có một muối duy nhất
Ví dụ 7: Cho 10,65g P 2 O 5 tác dụng với 300ml dung dịch NaOH 2M
Hỏi sau khi phản ứng kết thúc thu đợc dung dịch chứa những chất nào?
H
ớng dẫn giải:
PTHH của phản ứng giữa P2O5 với H2O:
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4 (1)
Theo đề bài: n NaOH = 0 , 3 2 = 0 , 6 (mol)
0 , 075 ( )
142
65 , 10 5
n P O = =
Theo PTHH (1): n H3PO4 = 2 n P2O5 = 2 0 , 075 = 0 , 15 (mol)
Xét tỉ lệ: 00,15,6 4 3
4 3
>
=
=
PO H
KOH
n n
Vậy dung dịch thu đợc sau phản ứng chỉ chứa một muối là K3PO4 , NaOH còn d PTHH xảy ra: H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (2)
Sau khi tính toán thông thờng, ta xác định đợc: mNaOH d = 6 (g)
Nh vậy, qua 7 ví dụ trên đây áp dụng cho 7 trờng hợp đã chỉ ra trong phần lí luận (về các giải pháp thực hiện – trang 3) sẽ giúp cho ngời học hiểu rõ vấn đề, hình
thành cho mình kĩ năng xác định sản phẩm thu đợc khi gặp dạng bài: “P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm“ căn cứ vào tỉ lệ mol giữa các chất tham gia phản ứng
(mà bản chất là tỉ lệ mol giữa kiềm và axit) Đó là cơ sở để viết đợc các PTHH xảy
ra và tính toán hóa học trong từng trờng hợp cụ thể
2 Tính toán hóa học
2.1 Đối với bài toán chỉ yêu cầu tính lợng sản phẩm
Phơng pháp u thế là viết các phơng trình phản ứng theo phơng pháp song song (với trờng hợp tạo ra hai muối) rồi dùng phơng pháp đại số để tính toán Tuy nhiên cũng
có thể sử dụng phơng pháp viết phơng trình phản ứng nối tiếp
Ví dụ 1: Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với 150 g dd KOH 11,2%
Tính khối lợng các chất thu đợc sau khi phản ứng kết thúc?
H
ớng dẫn giải :
Trang 8Sau khi biện luận đợc dung dịch thu đợc gồm hai muối là KH2PO4 và K2HPO4
(nh ở ví dụ 3 – trang5) ta tiến hành tính toán theo yêu cầu đề bài
Cách 1 : Viết các PTHH song song thì lập hệ phơng trình toán học để tính.
PTHH: H 3 PO 4 + KOH KH 2 PO 4 + H 2 O
x (mol) x (mol) x (mol)
H 3 PO 4 + 2 KOH K 2 HPO 4 + 2H 2 O
Y (mol) 2y (mol) y (mol)
Ta có:
= +
=
+
3, 0 2
2,
0
y x
y
x
giải ra ta đợc
=
=
1, 0
1,
0
y
x
m KH2PO4 = 0 , 1 136 = 13 , 6 (g)
m K2HPO4 = 0 , 1 174 = 17 , 4 (g)
Cách 2 : Viết phơng trình phản ứng nối tiếp nh sau:
H 3 PO 4 + KOH KH 2 PO 4 + H 2 O (1)
Theo PTHH (1): n KH2PO4 =n KOH(pư) =n H3PO4 = 0 , 2 (mol)
nKOH (d) = 0,3 - 0,2 = 0,1 (mol)
Vì KOH d nên : KOH + KH 2 PO 4 K 2 HPO 4 + H 2 O (2)
Theo PTHH (2): n KH2PO4 =n K2HPO4 =n KOH(pư) = 0 , 1 (mol)
Vậy số mol KH2PO4 thu đợc sau cùng là : 0,2- 0,1 = 0,1 (mol)
m KH2PO4 = 0 , 1 136 = 13 , 6 (g)
m K2HPO4 = 0 , 1 174 = 17 , 4 (g)
Ví dụ 2 : Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam Phôt pho thu đợc chất A, cho chất A tác dụng với 800 ml dd NaOH 0,6 M
Tính khối lợng các chất thu đợc sau phản ứng?
H
ớng dẫn giải :
Sau khi khẳng định đợc dung dịch thu đợc sau phản ứng gồm hai muối là Na2HPO4
và Na3PO4 (đã biện luận ở ví dụ 5 – trang6) ta có thể viết các PTHH song song hoặc nối tiếp Dới đây sử dụng phơng pháp viết PTHH song song
Các phản ứng xảy ra :
H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O
x (mol) 2x (mol) x (mol)
H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O
y (mol) 3y (mol) y (mol)
Trang 9Ta có:
= +
=
+
48 ,0 3 2
2,
0
y x
y
x
⇔
=
=
08 ,0
12
,0
y x
m NaH2PO4 = 0 , 12 142 = 17 , 04 (g)
) ( 12 , 13 164 08 , 0
4
2.2 Đối với bài toán yêu cầu mô tả hiện tợng thí nghiệm
Phơng pháp viết các phơng trình hóa học nối tiếp (theo thứ tự xảy ra) để lập luận là phơng pháp tối u
Dới đây giới thiệu hai ví dụ cho trờng hợp này
Ví dụ 1: Tiến hành hai thí nghiệm sau:
- Thí nghiệm 1:
Cho từ từ dung dịch chứa 0,12 mol H 3 PO 4 vào dung dịch chứa 0,2 mol NaOH
- Thí nghiệm 2:
Cho từ từ dung dịch chứa 0,2 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,12 mol H 3 PO 4 Giải thích quá trình thí nghiệm bằng PTHH Tính số mol muối tạo thành?
H
ớng dẫn giải :
*Xét thí nghiệm 1
Vì cho từ từ dung dịch H3PO4 vào dung dịch NaOH nên các phản ứng xảy ra theo thứ tự: H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (1)
3
2 , 0 3
1 4 3 4
n H PO (pư) = Na PO = NaOH =
3
16 , 0 3
2 , 0 12 , 0 4
n H PO(dư) = − =
Do đó xảy ra phản ứng sau : H 3 PO 4 + 2Na 3 PO 4 3Na 2 HPO 4 (2)
3
1 , 0 3
2 , 0 2
1
2
1
4 3 4
n H PO(pư) = Na PO = =
0 , 1 ( )
3
2 , 0 2
3
2
3
4 3 4
n Na HPO(pư) = Na PO = =
Sau PTHH (2): 0 , 02 ( )
3
1 , 0 3
16 , 0 4
n H PO(dư) = − =
Do đó xảy ra phản ứng sau: H 3 PO 4 + Na 2 HPO 4 2NaH 2 PO 4 (3)
Theo PTHH (3): n Na2HPO4(pư) =n H3PO4 = 0 , 02 (mol)
Trang 102 0 , 02 2 0 , 04 ( )
4 3 4
Sau PTHH (3): 0 , 1 0 , 02 0 , 08 ( )
4
Vậy dung dịch sau thí nghiệm có chứa 0,04 (mol) NaH2PO4
và 0,08 (mol) Na2HPO4
*Xét thí nghiệm 2
Vì cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch H3PO4 nên các phản ứng xảy ra theo thứ tự : NaOH + H 3 PO 4 NaH 2 PO 4 + H 2 O (4)
Theo PTHH (4): n NaOH(pư) =n NaH2PO4 =n H3PO4 = 0 , 12 (mol)
Sau PTHH (4): nNaOH (d) = 0,2 - 0,12 = 0,08 (mol)
Do đó có phản ứng sau : NaOH + NaH 2 PO 4 Na 2 HPO 4 + H 2 O (5)
4 2 4
n Na HPO = NaH PO(pư) = NaOH =
n NaH2PO4(cònlại) = 0 , 12 − 0 , 08 = 0 , 04 (mol)
Nh vậy dung dịch sau thí nghiệm có chứa 0,08 (mol) Na2HPO4
và 0,04 (mol) NaH2PO4
Ví du 2: Cho dung dịch H 3 PO 4 vào dung dịch NaOH thu đợc dung dịch M
a) Hỏi M có thể chứa những muối nào ?
b) Phản ứng nào có thể xảy ra khi thêm KOH vào M ?
c) Phản ứng nào có thể xảy ra khi thêm H 3 PO 4 ( hoặc P 2 O 5 ) vào dung dịch M Viết phơng trình phản ứng.
d) Xác định thành phần M với nH 3 PO 4 = 0,18mol; nNaOH = 0,3 mol
H
ớng dẫn giải :
Khi cho dung dịch H3PO4 vào dung dịch NaOH có thể xảy ra các phản ứng sau :
H 3 PO 4 + NaOH NaH 2 PO 4 + H 2 O (1)
H 3 PO 4 + 2NaOH Na 2 HPO 4 + 2H 2 O (2)
H 3 PO 4 + 3NaOH Na 3 PO 4 + 3H 2 O (3)
a) Dung dịch M chứa hỗn hợp 1, đến 2 hoặc 3 muối tạo ra các phơng trình trên b) Thêm KOH vào dd M ( thêm ba zơ mạnh ) có các phản ứng sau :
3NaH 2 PO 4 + 6KOH Na 3 PO 4 + 2K 3 PO 4 + 6H 2 O (4) 3Na 2 HPO 4 + 3KOH 2Na 3 PO 4 + K 3 PO 4 + 3H 2 O (5)
c) Thêm H3PO4 vào dung dịch M (thêm axit yếu)