Phương pháp giải bài tập CO tác dụng với oxit kim loại

Một số bài tập minh họa về “Sử dụng các định luật bảo toàn giải dạng bài tập CO tác dụng với oxit kim loại”.... Qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy: mặc dù số lượng và số lần xuất hiện

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU 1

I.1 Lý do chọn đề tài 1

I.2 Mục đích nghiên cứu 1

I.3 Đối tượng nghiên cứu 1

I.4 Phương pháp nghiên cứu 1

I.5 Giới hạn của đề tài 1

II NỘI DUNG 2

II.1 Cơ sở lý luận 2

II.2 Thực trạng của vấn đề nghiên cứu 3

II.3 Có thể chia bài tập “CO tác dụng với oxit kim loại” thành 3 dạng cơ bản: 4

1 Dạng 1: Oxit kim loại tác dụng với CO tạo chất rắn mới và hỗn hợp khí 4

2 Dạng 2: Oxit kim loại tác dụng với CO tạo thành chất rắn và hỗn hợp khí, cho khí thu được vào dung dịch kiềm 6

3 Dạng 3: Oxit kim loại tác dụng với CO tạo thành chất rắn và hỗn hợp khí, cho chất rắn thu được phản ứng với dung dịch axit 7

II.4 Kết quả đạt được và bài học kinh nghiệm 9

1 Kết quả 9

2 Bài học kinh nghiệm 10

III KẾT LUẬN 10

IV TƯ LIỆU THAM KHẢO 12

V PHỤ LỤC 13

V.1 Một số bài tập minh họa về “Sử dụng các định luật bảo toàn giải dạng bài tập CO tác dụng với oxit kim loại” 13

V.2 Các đề kiểm tra có 1 số câu về dạng bài tập CO tác dụng với oxit kim loại 38

I MỞ ĐẦU

I.1 Lý do chọn đề tài

Với hình thức thi trắc nghiệm khách quan, đòi hỏi học sinh trong một thời gian rất ngắn phải làm xong một bài tập Vì vậy, học sinh phải nắm kiến thức một cách nhuần nhuyễn, vận dụng một cách linh hoạt để trong thời gian ngắn nhất có thể tìm ra đáp án của bài toán Muốn làm được điều này thì giáo viên giảng dạy đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc hướng dẫn học sinh nhận dạng, phân loại và có cách giải phù hợp với mỗi bài toán

Qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy: mặc dù số lượng và số lần xuất hiện của dạng bài tập về “CO tác dụng với oxit kim loại” trong các đề thi không thường xuyên và nhiều nhưng khi có thì nhiều em học sinh vẫn còn rất lúng túng trong việc giải các bài tập này Các em thường sử dụng cách giải truyền thống là viết và tính theo phương trình hoá học, như vậy sẽ mất rất nhiều thời gian để giải quyết một bài toán Vì vậy, trong thời gian ngắn thì các em khó có thể hoàn thành được bài tập

Để giúp các em có thể giải nhanh được các bài tập phần này, tôi đề xuất “Sử dụng các định luật bảo toàn để giải bài tập dạng CO tác dụng với oxit kim loại” I.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nhằm mục đích làm rõ bản chất của phản ứng giữa CO với oxit kim loại, đồng thời, giúp học sinh hình thành và củng cố những nội dung của các định luật bảo toàn thường được sử dụng trong việc giải các bài tập hóa học, qua đó giúp học sinh hình thành kỹ năng giải các bài toán liên quan đến phản ứng hóa học này

Đề tài còn nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo trong giải toán hóa học của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng học tập

I.3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài này nghiên cứu bản chất của phản ứng khi cho CO tác dụng với oxit kim loại và một số định luật bảo toàn thường được áp dụng để giải bài toán hóa học

có liên quan

I.4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài, tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là tổng kết kinh nghiệm, được thực hiện theo các bước:

- Xuất phát từ những khó khăn vướng mắc trong công tác giảng dạy, tôi xác định

cần phải có một đề tài nghiên cứu về các phương pháp giải bài toán về phản ứng giữa CO với oxit kim loại

- Trong quá trình vận dụng đề tài, tôi đã áp dụng nhiều biện pháp, như: trao đổi

với đồng nghiệp, trò chuyện cùng học sinh; kiểm tra, đánh giá, so sánh kết quả Ngoài ra, tôi còn dùng một số phương pháp hỗ trợ khác như phương pháp nghiên cứu tài liệu, điều tra nghiên cứu…

I.5 Giới hạn của đề tài

Đề tài này được nghiên cứu và áp dụng cho đối tượng là học sinh khối 11 của trường THPT Tân Lâm trong năm học 2018 – 2019

Về mặt kiến thức kỹ năng, đề tài chỉ nghiên cứu một số định luật bảo toàn để

đề ra phương pháp giải toán có liên quan đến phản ứng nhiệt luyện giữa CO tác dụng với oxit kim loại

II NỘI DUNG

II.1 Cơ sở lý luận

1 Các định luật bảo toàn thường được sử dụng

a) Định luật bảo toàn khối lượng:

Là một định luật cơ bản trong lĩnh vực hóa học, được phát biểu như sau: “Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành”

b) Định luật bảo toàn nguyên tố:

Nội dung của định luật: “Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn”

Điều này có nghĩa: “Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kì trước

và sau phản ứng là luôn bằng nhau”

+ Nên quy về số mol nguyên tố (nguyên tử)

+ Đề bài thường cho (hoặc qua dữ kiện bài toán sẽ tính được) số mol của

nguyên tố quan tâm  Lượng chất (chú ý hiệu suất phản ứng, nếu có)

c) Định luật bảo toàn electron:

Nội dung của định luật: Trong phản ứng oxi hoá - khử, số mol electron mà chất khử cho bằng số mol electron mà chất oxi hoá nhận

+ Chủ yếu áp dụng cho bài toán oxi hóa khử các chất vô cơ;

+ Có thể áp dụng bảo toàn electron cho một phương trình, nhiều phương trình hoặc toàn bộ quá trình;

+ Xác định chính xác chất nhường và nhận electron Nếu xét cho một quá trình, chỉ cần xác định trạng thái đầu và trạng thái cuối số oxi hóa của nguyên tố, thường không quan tâm đến trạng thái trung gian số oxi hóa của nguyên tố;

b) Phản ứng giữa CO với oxit kim loại ở nhiệt độ cao:

t t

Theo định luật bảo toàn e, ta có: 2 nCO  2 nCO2  n n . ion KL  n n . KL

II.2 Thực trạng của vấn đề nghiên cứu

Tài liệu tham khảo trong nhà trường được quan tâm nhiều hơn, mỗi năm đều mua bổ sung thêm

Đa số học sinh nhận thức được môn Hóa học rất quan trọng và có tính thực

tế cao, nhiều em rất hứng thú học tập, sôi nổi trong tiết học

b, Khó khăn:

Đầu vào về trình độ học sinh của trường tương đối thấp Một số học sinh ỷ lại, lười suy nghĩ, trong giờ học thường lơ là, không tập trung, không học bài và làm bài trước khi đến lớp… làm kiến thức bị thiếu hụt, mất dần Lâu dần tỏ ra sợ học, chán học từ đó bị hổng về kiến thức

Là học sinh vùng nông thôn còn nhiều khó khăn, vì vậy điều kiện học tập của các em còn rất hạn chế

2 Chuẩn bị thực hiện đề tài:

Để áp dụng đề tài, tôi thực hiện một số khâu quan trọng như sau:

+ Điều tra trình độ, tình cảm thái độ của học sinh về nội dung của đề tài; điều kiện học tập của học sinh;

+ Chọn lọc và nhóm các bài toán theo dạng, xây dựng phương pháp giải chung cho mỗi dạng, biên soạn bài tập mẫu; bài tập vận dụng và nâng cao Ngoài ra, phải dự đoán những sai lầm mà học sinh có thể mắc phải;

+ Tham khảo tài liệu, trao đổi với đồng nghiệp để viết thành tài liệu riêng để truyền đạt cho học sinh

Tiếp theo, tôi tiến hành bồi dưỡng kỹ năng theo dạng toán Mức độ rèn luyện

từ dễ đến khó, nhằm bồi dưỡng học sinh phát triển kỹ năng từ biết làm đến thành thạo và sáng tạo Khi tổ chức bồi dưỡng kỹ năng giải toán cho học sinh, tôi luôn tạo

cơ hội cho học sinh phát hiện vấn đề, hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề, tổ chức vận dụng và nâng cao Từ việc giải bài tập mẫu, học sinh rút ra được phương pháp giải và tránh được những sai lầm trong nhận thức hóa học

II.3 Có thể chia bài tập “CO tác dụng với oxit kim loại” thành 3 dạng cơ bản:

1 Dạng 1: Oxit kim loại tác dụng với CO tạo chất rắn mới và hỗn hợp khí

- Hỗn hợp khí thu được khi CO tác dụng với oxit kim loại là CO dư và CO2 Do đó:

- Nếu khi cho hỗn hợp gồm các kim loại, oxit kim loại tác dụng với CO thì thường

sẽ sử dụng phương pháp quy đổi và thường sử dụng các cách quy đổi sau:

+ Cách quy đổi 1: A

A

B B

KL KL

KL OKL

KL OKL

O OKL

- Khi cho m1 (g) oxit kim loại tác dụng với CO tạo thành m2 (g) chất rắn

Ta có:

( ) ( )

n x

c Ví dụ

Câu 1: (TS CĐ năm 2007) Cho 4,48 lít khí CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung

nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20 Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là

n x

y  n    Công thức của oxit sắt là Fe2O3

n x

y  n    Công thức của oxit sắt là Fe2O3

Câu 2: (TS ĐH năm 2008 – khối A) Cho V lít hỗn hợp khí (ở đktc) gồm CO và H2

phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe3O4 nung nóng Sau khi các

phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32 gam Giá trị của V là

Câu 3: (TS CĐ năm 2009) Khử hoàn toàn một oxit sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa

đủ V lít khí CO (ở đktc), sau phản ứng thu được 0,84 gam Fe và 0,02 mol khí CO2

Công thức của X và giá trị V lần lượt là

O

n x

x y

x y

Dựa vào những dữ kiện đó để xác định các yêu cầu của bài toán đề ra

2 3

* HD

Khi cho hỗn hợp khí Y (gồm có CO và CO2) vào dung dịch nước vôi trong dư thì

CO2 chỉ tạo CaCO3 kết tủa, nên: ( ) 2 3 80 0,8

100

OKL

* HD

Khi cho hỗn hợp khí X (gồm có CO và CO2) vào dung dịch nước vôi trong dư thì

CO2 chỉ tạo CaCO3 kết tủa

* HD

Khi cho toàn bộ lượng khí sau phản ứng vào dung dịch nước vôi trong dư thì CO2

chỉ tạo CaCO3 kết tủa

0, 05100

Dựa vào những dữ kiện đó để xác định các yêu cầu của bài toán đề ra

Cần lưu ý khi sử dụng định luật bảo toàn e:

- Nếu sử dụng định luật bảo toàn e cho quá trình hỗn hợp rắn sau phản ứng nhiệt luyện xong tác dụng với dung dịch axit có tính oxy hóa mạnh:

Câu 46: (TS ĐH năm 2012 – khối B) Dẫn luồng khí CO đi qua hỗn hợp gồm CuO

và Fe2O3 nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn X và khí Y Cho Y hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được 29,55 gam kết tủa Chất rắn X phản ứng với dung dịch HNO3 dư thu được V lít khí NO (sản phẩm khửduy nhất,

ở đktc) Giá trị của V là

* HD

em đã biết vận dụng những kỹ năng được bồi dưỡng để giải thành thạo nhiều bài toán với mức độ phức tạp phù hợp Điều đáng mừng là có nhiều em đã biết sáng tạo

trong giải toán hóa học, có nhiều cách giải nhanh và thông minh

Qua đề tài này, kiến thức, kỹ năng của học sinh được củng cố một cách vững chắc, sâu sắc; kết quả học tập của học sinh luôn được nâng cao

2 Bài học kinh nghiệm

Trong quá trình vận dụng đề tài, tôi rút ra một số kinh nghiệm như sau:

 Giáo viên phải chuẩn bị thật kỹ nội dung cho mỗi dạng bài tập cần bồi dưỡng cho học sinh, xây dựng được phương pháp giải các dạng bài toán đó

 Việc hình thành các kỹ năng giải các dạng bài toán nêu trong đề tài phải được thực hiện theo hướng đảm bảo tính kế thừa và phát triển Tôi thường bắt đầu từ một bài tập mẫu, hướng dẫn phân tích đề bài để học sinh xác định hướng giải và

tự giải, từ đó các em có thể rút ra phương pháp chung để giải các bài toán cùng loại Sau đó tôi tổ chức cho học sinh giải bài tập tương tự mẫu; phát triển vượt mẫu và cuối cùng nêu ra các bài tập tổng hợp Cách làm này giúp cho giáo viên

dễ dàng phát hiện sai lầm trong nhận thức của học sinh, giúp học sinh hiểu lý thuyết sâu sắc

 Mỗi dạng bài toán, tôi đều xây dựng phương pháp giải, nhằm giúp các em dễ dàng nhận dạng và vận dụng các kiến thức, kỹ năng một cách chính xác; hạn chế được những nhầm lẫn có thể xảy ra trong cách nghĩ và cách làm của học sinh Sau mỗi dạng tôi luôn chú trọng đến việc kiểm tra, đánh giá kết quả, sửa chữa rút kinh nghiệm và nhấn mạnh những sai sót mà học sinh thường mắc phải

III KẾT LUẬN

Phân loại bài tập hóa học và xây dựng hướng giải hợp lý là một trong các yêu cầu quan trọng của giáo viên, để kích thích học sinh học tập một cách say mê và hứng thú, đồng thời vận dụng những hiểu biết của mình vào cuộc sống Muốn làm được điều này, đòi hỏi giáo viên phải có trình độ chuyên môn vững vàng, có sự hiểu biết sâu sắc bao quát hết toàn bộ nội dung chương trình hóa học của toàn cấp học

Những kinh nghiệm nêu trong đề tài nhằm mục đích bồi dưỡng và phát triển kiến thức kỹ năng cho học sinh vừa bền vững, vừa sâu sắc; phát huy tối đa sự tham

gia tích cực của người học Học sinh có khả năng tự tìm ra kiến thức, tự mình tham gia các hoạt động để vừa làm vững chắc kiến thức, vừa rèn luyện kỹ năng Đề tài này còn tác động rất lớn đến việc phát triển tiềm lực trí tuệ, nâng cao năng lực tư duy độc lập và khả năng tìm tòi sáng tạo cho học sinh giỏi Tuy nhiên cần biết vận dụng các kỹ năng một cách hợp lý và biết kết hợp các kiến thức cơ bản hoá học, toán học cho từng bài tập cụ thể thì mới đạt được kết quả cao

Trong khi viết đề tài này, chắc chắn tôi chưa thấy hết được những ưu điển và tồn tại trong tiến trình áp dụng, tôi rất mong muốn được sự góp ý của các đồng nghiệp để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đánh giá của Hội đồng khoa học Nhà trường: ………

………

………

………

………

………

………

………

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép của người khác

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG

ĐƠN VỊ Cam Lộ, ngày 10 tháng 5 năm 2019

IV TƯ LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa, sách bài tập môn Hóa lớp 11, 12 – NXB GD

2 Báo Hóa học và Ứng dụng

3 Các đề thi Tuyển sinh Đại học, Cao đẳng từ năm 2007 đến năm

4 Các đề thi Tốt nghiệp THPT Quốc gia từ năm

5 Một số đề thi thử tuyển sinh Đại học – Cao đẳng, tốt nghiệp THPT Quốc gia của các trường trên cả nước từ năm 2007 đến nay

6 Sưu tầm các bài toán ở Internet

V PHỤ LỤC

V.1 Một số bài tập minh họa về “Sử dụng các định luật bảo toàn giải dạng bài tập CO tác dụng với oxit kim loại”

1 Dạng 1: Oxit kim loại tác dụng với CO tạo thành chất rắn mới và hỗn hợp khí

Câu 4: (TS ĐH năm 2009 – khối A) Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn

hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam

chất rắn Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là

A 0,8 gam B 8,3 gam C 2,0 gam D 4,0 gam

Câu 5: (THPT QG năm 2015) Khử hoàn toàn 4,8 gam Fe2O3 bằng CO dư ở nhiệt

độ cao Khối lượng Fe thu được sau phản ứng là

A 2,52 gam B 3,36 gam C 1,68 gam D 1,44 gam

Câu 6: (THPT QG năm 2017) Khử hoàn toàn 32g CuO bằng khí CO dư, thu được

m gam kim loại Giá trị của m là

Câu 8: (THPT QG năm 2017) Cho 6,72 lít khí CO (đktc) phản ứng với CuO nung

nóng, thu được hỗn hợp khí có tỉ khối hơi với H2 là 18 Khối lượng CuO đã phản

Câu 11: Khử hoàn toàn một oxit của kim loại M cần dùng 1,344 lít CO (đktc) vừa

đủ Toàn bộ lượng kim loại M sinh ra cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 1,008 lít H2 (đktc) Công thức oxit là

- Do đó: 3 4

2

0, 09 3

3 0, 06 2

4

M O

n n

x

Fe O x

Câu 13: Khử hoàn toàn 18,0 gam một oxit kim loại M cần 5,04 lít khí CO (đktc)

Công thức của oxit là

A Fe2O3. B FeO. C ZnO. D CuO

CuO x

Câu 14: Dẫn lượng khí CO dư đi qua ống sứ đựng m gam oxit sắt từ nung nóng

Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thị thu được 5,88g Fe Giá trị của m là

Câu 17: Để khử hoàn toàn 30 gam hỗn hợp CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, MgO cần

dùng 5,6 lít khí CO (ở đktc) Khối lượng chất rắn sau phản ứng là

A 28 gam B 26 gam C 22 gam D 24 gam

Câu 19: Cho 4,48 lít khí CO (đktc) phản ứng hoàn toàn với 8 gam một oxit kim

loại, thu được m gam kim loại và hỗn hợp khí A có tỉ khối hơi so với H2 là 20 Giá trị của m là

Theo ĐLBT khối lượng, ta có:

- Khi OKL tác dụng với CO:

Câu 27: Dẫn từ từ V lít khí CO (đktc) đi qua ống sứ đựng hỗn hợp rắn gồm CuO

và Fe2O3 (ở nhiệt độ cao) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X Dẫn toàn bộ khí X vào dung dịch nước vôi trong dư thì tạo thành 4 gam kết tủa Giá trị của V là

Câu 28: Dẫn khí CO dư qua ống sứ đựng 8g CuO nung nóng, thu được hỗn hợp khí

X Cho toàn bộ X và nước vôi trong dư, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

* HD

Khi cho hỗn hợp khí X (gồm có CO và CO2) vào dung dịch nước vôi trong dư thì

CO2 chỉ tạo CaCO3 kết tủa

Câu 29: Dẫn từ từ V lít khí CO (đktc) đi qua một ống sứ đựng 13,8 gam hỗn hợp

rắn gồm FeO, Fe2O3 (ở nhiệt độ cao) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X Dẫn toàn bộ khí X ở trên vào dung dịch Ca(OH)2 thì tạo thành 25 gam kết tủa Giá trị của V và khối lượng Fe thu được sau phản ứng lần lượt là

A 34,40 B 32,80 C 33,60 D 33,28

* HD

- Trong hỗn hợp X (gồm CuO, Fe2O3 và MgO) thì có CuO, Fe2O3 phản ứng với CO

- Khi cho hỗn hợp khí X (gồm CO và CO2) vào dung dịch Ba(OH)2 và NaOH thu được kết tủa, lọc kết tủa rồi đun nóng dung dịch lại thấy kết tủa xuất hiện, CO2 tạo

2 muối BaCO3 kết tủa và Ba(HCO3)2

- Ta có:

29,552.0, 2.1 0, 2.1 0, 45

Câu 31: Thổi khí CO đi qua m gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, CuO, MgO, Al2O3,

Cr2O3 đun nóng Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí X và còn lại 7,88 gam chất rắn Dẫn toàn bộ khí X vào dung dịch nước vôi trong dư thu được 7,5 gam kết tủa Giá trị của m là

A 9,08 g B 8,68 g C 9,48 g D 10,38 g

* HD

- Trong hỗn hợp A (gồm CuO, FeO, Fe2O3, MgO, Al2O3, Cr2O3) thì có CuO, FeO,

Fe2O3, Cr2O3 phản ứng với CO

- Khi cho hỗn hợp khí X (gồm CO và CO2) vào dung dịch nước vôi trong dư thì

CO2 chỉ tạo CaCO3 kết tủa

- Ta có: ( ) pu 2 3 7,5

0, 075100

A 6,24 B 5,32 C 4,56 D 3,12

* HD

- Khi cho hỗn hợp khí X (gồm CO và CO2) vào dung dịch nước vôi trong dư thì

CO2 chỉ tạo CaCO3 kết tủa

- Ta có:

5

0, 05 100

Câu 33: Dẫn một luồng khí CO dư qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp A gồm CuO,

Fe2O3, Fe3O4 và Al2O3 Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, cho khí thoát ra hấp thụ hết vào dung dịch nước vôi trong dư thu được 15 gam kết tủa Chất rắn còn lại trong ống sứ có khối lượng 215,0 gam Giá trị của m là

A 217,4 B 219,8 C 230,0 D 249,0

* HD

- Trong hỗn hợp A (gồm CuO, Fe3O4, Fe2O3, Al2O3) thì có CuO, Fe3O4, Fe2O3 phản ứng với CO

- Khi cho hỗn hợp khí X (gồm CO và CO2) vào dung dịch nước vôi trong dư thì

CO2 chỉ tạo CaCO3 kết tủa