Phương pháp xác định kim loại dựa vào định luật bảo toàn electron

Xác định các kim loại chưa biết là một trong những dạng toán thường gặp, vìvậy giải quyết được bài toán này có nhiều cách làm nhưng theo tôi dùng định luậtbảo toàn electron nhanh và rất

Trang 1

1 MỞ ĐẦU1.1 Lý do chọn đề tài

Hóa học là môn khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm nên có tính hấp

dẫn, nhưng lại là một môn học khó Vì vậy muốn học tốt môn Hóa Học ngoài nắm

vững kiến thức cơ bản, biết suy luận, thì việc áp dụng các định luật giải nhanh đểtìm hướng giải quyết nhanh nhất cho một bài toán trắc nghiệm Định luật bảo toànelectron là một phương pháp như thế

Xác định các kim loại chưa biết là một trong những dạng toán thường gặp, vìvậy giải quyết được bài toán này có nhiều cách làm nhưng theo tôi dùng định luậtbảo toàn electron nhanh và rất hiệu quả

Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩaquan trọng hơn Mỗi bài tập có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Nhưngnếu biết phân dạng và lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh trong thờigian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải

Tôi luôn động viên, khuyến khích các em tìm tòi và sáng tạo để bổ sungthêm các bài tập, vì vậy học sinh có năng lực rất hứng thú trong học tập, còn nhữnghọc sinh yếu, trung bình cũng tìm thấy ở đây những điều cần thiết cho mình

Xuất phát từ những lí do trên, cùng với một số kinh nghiệm sau những năm

giảng dạy trong năm học 2018 - 2019 này, tôi đã chọn đề tài: “Phương pháp xác

định kim loại dựa vào định luật bảo toàn electron”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng một cách tốt nhất giải bài toán kim loại

Từ nghiên cứu đề tài giúp học sinh nắm chắc về các tính chất của kim loại Khi nghiên cứu định luật bảo toàn electron nhằm giải quyết bài toán tìmkim loại giúp học sinh có nhìn nhận mới hơn về bài toán Kim loại

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứa

Học sinh khối 12 của Trung tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân trong hai năm

học 2017 – 2018 và 2018 – 2019

1.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Dùng định luật bảo toàn electron trong giải bài toán kim loại

Xây dựng phương pháp giải chi tiết cho từng dạng, đưa các bài tập từ dễ tớikhó cho học sinh khối 12 làm để hình thành kỷ năng giải toán kim loại

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận

- Về nguyên tắc để xác định một kim loại phải tìm được nguyên tử khối của kim loại đó

- Nắm vững được các chất oxi hóa, chất khử, các quá trình oxi hóa, quá trình khử

để vận dụng các kiến thức liên quan để hoàn thiện bài toán

- Trong một phản ứng nói riêng, trong cả quá trình nói chung thì tổng số mol

electron nhường bằng tổng số mol electron nhận

Trang 2

Khảo sát với khối 12 trong hai năm học liên tiếp 2017 – 2018 và 2018 – 2019 là 12A1; 12A2(Năm 2017 – 2018 ) và 12A1 và 12A2(Năm 2018 - 2019) của trường Trung Tâm GDNN – GDTX Thọ Xuân có kết qủa như sau:

* Khi chưa áp dụng chuyên đề trên vào giảng dạy:

2 3 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài

Đề tài được chia thành hai phần:

* Phần 1: Phân loại các dạng bài tập thường gặp

- Dạng 1: Xác định kim loại dựa vào bài tập kim loại tác dụng với chất khí.

- Dạng 2: Xác định kim loại dựa vào bài tập kim loại tác dụng với nước.

- Dạng 3: Xác định kim loại dựa vào bài tập kim loại tác dụng với axit.

- Dạng 4: Xác định kim loại dựa vào bài tập kim loại tác dụng với dung dịch muối.

- Dạng 5: Xác định kim loại dựa vào bài tập điện phân.

- Dạng 6: Xác định kim loại dựa vào bài tập khử oxit kim loại.

Mỗi dạng đều có hai phần: 1 Phương pháp giải; 2 ví dụ minh họa đưa ra hệthống những bài tập đa dạng, khai thác ở nhiều khía cạnh khác nhau từ cơ bản đếnnâng cao, vừa hay, vừa có loại khó và hướng dẫn giải cho các dạng đó với phươngpháp ngắn gọn và dễ nhớ

* Phần 2: Các bài tập vận dụng

Trang 3

Cung cấp hệ thống bài tập từ dễ đến khó nhằm giúp các em tự ôn luyện,phân loại và vận dụng phương pháp hợp lý để giải chúng một cách nhanh nhất, qua

đó giúp các em nắm chắc phương pháp giải hơn

2.3.1 Phân loại các dạng bài tập thường gặp

Dạng 1: Xác định kim loại dựa vào bài tập cho kim loại tác dụng với chất khí

1) Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số mol của các chất trong đề thi

- Đổi số mol cụ thể các chất

- Chuyển sang liên hệ với số mol khi cho giá trị dạng tham số, ẩn số

Bước 2: Xác định đúng bản chất quá trình nhường nhận electron

- Đối với một phương trình phản ứng thì xác định đúng số oxi hóa tăng lênhay giảm xuống

- Đối với cả quá trình xác định quá trình đầu, cuối

- Viết các quá trình oxi hóa và quá trình khử

- Tính số mol ne nhường; ne nhận

Bước 3: Thiết lập mối liên hệ

- ne nhường = ne nhận

- Giải quyết các mối liên hệ trong phương trình trên

- Lập bảng về hóa trị (n) với khối lượng phân tử (M)

Bước 4: Kết luận kim loại cần tìm

2 Ví dụ minh họa :

Ví dụ 1: Đốt một kim loại M trong bình kín đựng khí clo thì thu được 6,5

gam muối clorua và nhận thấy thể tích clo trong bình giảm 1,344 lít (đktc) Kim

Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm hai kim loại kiềm A, B thuộc hai chu kỳ liên tiếp

trong bảng tuần hoàn có khối lượng 10,6 gam Khi cho hỗn hợp X tác dụng với khí

Cl2 dư cho ra hỗn hợp hai muối nặng 31,9 gam Hai kim loại kiềm là

Hướng dẫn: 2 31,9 10,6

71

Cl

n   = 0,3 mol Gọi hai kim loại kiềm là M hóa trị chung n

Quá trình oxi hóa và khử

M0  M+n + ne Cl2 + 2e  2Cl

10,6/M 10,6n/M 0,3 0,6

Dùng định luật bảo toàn electron có

10,6n/M = 0,6

Trang 4

 M = 17,67 Hai kim loại là Li, Na  Đáp án A

Ví dụ 3 : Lượng khí sinh ra khi cho 6,96 gam MnO2 tác dụng hết với dung dịchHCl đã oxi hóa hoàn toàn kim loại M, tạo ra 7,6 gam muối (biết kim loại M có hóa

trị II) Kim loại M là: A Be B Mg C Ca D Ba

Hướng dẫn:

Số mol MnO2: n = 0,08 mol

Ví dụ 4: Đốt cháy a gam kim loại M trong 6,72 lít khí clo (đktc) tạo ra 26 gam

muối clorua (biết hiệu suất phản ứng tính theo clo và đạt 80%) Kim loại M là

Hướng dẫn: n Cl2phản ứng = 6, 72 80

22, 4

 = 0,24 (mol)

Ví dụ 5: Đốt cháy hoàn toàn 3,6 gam kim loại M (có hoá trị không đổi) trong hỗn

hợp khí Cl2 và O2 Sau phản ứng thu được 11,5 gam chất rắn và thể tích hỗn hợpkhí đã phản ứng là 2,8 lít (ở đktc) Kim loại M là

Theo giả thiết ta có khối lượng Cl2 và O2 đã phản ứng là 11,5 – 3,6 = 7,9g

Gọi x, y lần lượt là số mol Cl2, O2 Ta có

Trang 5

Bước 1: Xác định số mol của các chất trong đề thi

- Đổi số mol cụ thể các chất

- chuyển sang liên hệ với số mol khi cho giá trị dạng tham số, ẩn số

- Chỉ có Kim loại IA với Ca, Sr, Ba mới phản ứng với H2O ở điều kiện thường

- Tính số mol ne nhường; ne nhận

Chú ý: - Be không phản ứng với H2O ở mọi điều kiện

- Mg chỉ phản ứng với H2O ở nhiệt độ cao

Phương trình: Mg + H2O  MgO + H2

- Luôn có n OH = 2n H2

2 Ví dụ minh họa:

Ví dụ 6: Cho 10 gam một kim loại M hóa trị II tác dụng với nước, thu được 6,11

lít khí H2 (250C và 1 atm) Kim loại M đã dùng là

RT



  = 0,25 (mol) Quá trình oxi hóa và khử

M0  M+2 + 2e 2H+ + 2e  H2

10/M 20/M 0,5 0,25

Dùng định luật bảo toàn electron có

20/M = 0,5  M = 40  Đáp án A

Ví dụ 7: Cho 5,55 gam một kim loại kiềm tác dụng với nước có dư, thu được khí

A Cho khí A đi qua CuO đun nóng thì tạo ra 25,6 gam Cu Kim loại kiềm là

Hướng dẫn: Số mol nCu = 0,4 mol

M0  M+ + e 2H+ + 2e  H2

5,55/M 5,55/M 0,8 0,4

Cu+2 + 2e  Cuo

0,8 0,4

 nM = 2nCu = 0,42 = 0,8 (mol)  Mkim loại = 6,94  Đáp án A

Ví dụ 8: Hoà tan hoàn toàn 3,1 gam hỗn hợp 2 kim loại kiềm thuộc hai chu kì liên

tiếp trong Bảng tuần hoàn vào nước, thu được 1 lit dung dịch có pH = 13 Hai kim

loại kiềm là: A Na, K B Li, Na C K, Rb D Rb, Cs

Hướng dẫn:

Từ pH = 13  [OH-] = 0,1  n OH = nM = 0,1 mol

M0  M+ + e 2H+ + 2e  H2

Trang 6

3,1/M 3,1/M 0,1 0,05

nH2 = 1/2n OH = 0,05 mol  M = 3,1

0,1 = 31  là Na và K  Đáp án A

Ví dụ 9: Hoà tan hoàn toàn 10,1 gam hỗn hợp 2 kim loại kiềm thuộc hai chu kì

liên tiếp trong bảng tuần hoàn vào nước thu được dung dịch X Để trung hòa 1/2dung dịch X cần 1,5 lít dung dịch HCl + HNO3 có pH = 1 Hai kim loại kiềm là

Ví dụ 10: Hai kim loại kiềm A, B thuộc hai chu kì liên tiếp trong bảng tuần hoàn.

Cho 17,94 gam hỗn hợp A, B tan hoàn toàn trong 500 gam H2O thu được 500mldung dịch (d = 1,03464) Kim loại A, B là

- Chuyển sang liên hệ với số mol khi cho giá trị dạng tham số, ẩn số

Trang 7

*

HCl Kim loai

HNO



 muối có hóa trị cao + san pham khu cua S

san pham khu cua N

- Lượng HNO 3 rất loãng.

Ví dụ 11: Ngâm một lá kim loại M nặng 50 gam trong dung dịch HCl, sau khi thu

được 336 ml khí H2 (đktc) thì khối lượng lá kim loại giảm 1,68% Kim loại M là

Trang 8

Ví dụ 12: X là kim loại thuộc nhóm IIA Cho 3,4 gam hỗn hợp gồm kim loại X và

Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl sinh ra 1,344 lit khí H2 (ở đktc) Mặt kháckhi cho 3,8g X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng thì thể tích khí H2

sinh ra chưa đến 2,24 lit (ở đktc) Kim loại X là

Hướng dẫn:

Số mol khí H2: nKhí = 0,06 mol

Gọi công thức chung của 2 kim loại là M

Ví dụ 13: Hoà tan 16 gam hỗn hợp A gồm Fe và một kim loại X hoá trị II vào

dung dịch HCl thì thu được 8,96 lit khí H2 (ở đktc) Nếu chỉ dùng 9,6 gam kim loại

X hóa trị II đó cho vào dung dịch HCl thì dùng không hết 500 ml dung dịch HCl

4M Kim loại X cần tìm là: A Ba B Mg C Ca D Zn

Hướng dẫn

Số mol khí H2: nKhí = 0,04 mol

Gọi công thức chung của 2 kim loại là M

Áp dụng định luật bảo toàn electron có:

Trang 9

Ví dụ 15: Hoà tan hoàn toàn 19,2 gam kim loại R trong dung dịch HNO3 loãng,thu được 4,48 lít khí NO là sản phẩm khử duy nhất ở (đktc) Kim loại R là:

1) Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số mol các chất

Bước 2: Thiết lập các mối quan hệ

* Điều kiện để kim loại M khử được ion kim loại ( X n+ ) ra khỏi dung dịch muối của nó:

- M đứng trước X trong dãy điện hóa.

- Cả M và X đều không tác dụng được với nước ở điều kiện thường.

- Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan

* Khối lượng chất rắn tăng: m = m X (tạo ra) – m M (tan)

* Khối lượng chất rắn giảm: m = m M (tan) – m X (tạo ra)

* Khối lượng chất rắn tăng = khối lượng dung dịch giảm.

* Phản ứng giữa kim loại với dung dịch muối xảy ra theo qui tắc α “ChấtChất

khử mạnh tác dụng với chất oxi hoá mạnh sẽ sinh ra chất khử yếu hơn và chất oxi hoá yếu hơn.

* Khi giải dạng toán này ta cần xác định thứ tự các phản ứng xảy ra và xác định chính xác sau phản ứng chất nào dư (kim loại hay muối dư)

- Kim loại có tính khử mạnh hơn và muối của ion kim loại tính oxi hoá mạnh hơn sẽ phản ứng trước.

- Nói chung, nếu chưa biết số mol của kim loại và số mol của muối ban đầu thì ta không thể xác định được chính xác phản ứng nào xảy ra tiếp theo.

* Trường hợp nếu M là kim loại kiềm, kiềm thổ (Ca, Sr, Ba) thì M sẽ khử ion

H + của H 2 O thành H 2 và tạo thành dung dịch bazơ Sau đó xảy ra các phản ứng trao đổi giữa muối và dung dịch bazơ (nếu có).

Bước 3: Dùng định luật bảo toàn electron Xác định các yêu cầu theo bài toán.

Ví dụ 16: Nhúng một kim loại M chỉ có hoá trị II trong hợp chất có khối lượng 25

gam vào 100ml dd AgNO3 1M cho đến khi phản ứng hoàn toàn Lọc dung dịch,đem cô cạn thu được 9,4 gam muối khan Kim loại M là

Hướng dẫn:

mmuối thu được < mkim loại do đó kim loại dư, AgNO3 hết

M0  M+2 + 2e Ag+ + 1e  Ag0

0,05 0,05 0,1 0,1 0,1 0,1

Trang 10

Ví dụ 17: Ngâm một lá sắt vào dung dịch chứa 1,6 gam muối sufat của kim loại M

hoá trị II Sau phản ứng khối lượng lá sắt tăng thêm 0,08 gam Kim loại M là

Ví dụ 18: Nhúng một thanh kim loại M hóa trị II vào 1120 ml dung dịch CuSO4

0,2M sau phản ứng khối lượng thanh kim loại giảm 1,344 gam Nồng độ CuSO4

còn lại là 0,05M Kim loại M là

Hướng dẫn:

Vì hai kim loại đều có hóa trị 3 nên nX = nAl = 0,14 mol

Quá trình nhường nhận electron

Al0  Al+3 + 3e X+3 + 3e  X0

Theo bảo toàn e kết hợp với tăng giảm khối lượng ta có

 MX – 27 = 4,06

0,14  MX = 56 đvc  Đáp án B

Ví dụ 20: Lấy hai thanh kim loại M hóa trị II, khối lượng ban đầu bằng nhau và

bằng a gam Nhúng thanh thứ nhất vào dung dịch Cu(NO3)2; nhúng thanh thứ haivào dung dịch Pb(NO3)2 Sau một thời gian, lấy hai thanh kim loại ra và cân lạithấy thanh thứ nhất giảm 0,2%; thanh thứ hai tăng 28,4% (so với khối lượng banđầu) Cho biết Cu(NO3)2 và Pb(NO3)2 phản ứng với số mol bằng nhau Kim loại M

Hướng dẫn:

Quá trình nhường nhận electron ở thí nghiệm 1:

Trang 11

M0  M+2 + 2e Cu+2 + 2e  Cu0

a/M 2a/M 2a/M a/M

Quá trình nhường nhận electron ở thí nghiệm 1:

M0  M+2 + 2e Pb+2 + 2e  Pb0

a/M 2a/M 2a/M a/M

Cách 1: Vì khối lượng 2 thanh kim loại bằng nhau và nCu NO( 3 2)  nPb NO( 3 2) nên:

- Khi nhúng thanh kim loại M vào dung dịch Cu(NO3)2 khối lượng thanh Mgiảm  M > 64 (1)

- Khi nhúng thanh kim loại M vào dung dịch Pb(NO3)2 khối lượng thanh Mtăng  M < 207 (2)

Bước 2 : Thiết lập các mối liên hệ trong bài toán

* Phải viết đúng phương trình điện phân : Muốn vậy phải nắm vững các qúatrình xảy ra ở các điện cực, xác định chính xác những ion có trong dung dịch chấtđiện phân

- Ở cực anot (+): Xảy ra qúa trình oxi hóa

+ Cation kim loại Mn+ (nếu kim loại M yếu hơn Al)

+ Rồi đến nước (2H2O + 2e  H2 + 2OH-)

Sau đó tổ hợp các qúa trình xảy ra ở các điện cực ta được phương trình điệnphân

* Khi điều chế kim loại có tính khử mạnh ta thườmg điện phân muốihalogenua nóng chảy

* Khi điều chế kim loại có tính khử trung bình hay yếu (kim loại sau Al) tathườmg điện phân dung dịch muối

* Điều chế kim loại Al bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy

* Xác định khối lượng các chất thu được ở các điện cực theo công thứcFarađay có : m = A I t

n F

 



Trong đó:

m: Khối lượng chất thu được ở điện cực (gam)

A: Khối lượng mol nguyên tử của chất

Trang 12

n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận.

I: Cường độ dòng điện (ampe)

t: Thời gian điện phân (giây)

F: Hằng số Farađay (F = 96500)

* Xác định số mol electron nhường nhận trong quá trình điện phân

Ne = q/96500 = It/96500

Trong đó:n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận

I: Cường độ dòng điện (ampe)

t: Thời gian điện phân (giây)

F: Hằng số Farađay (F = 96500)

* Khi điện phân các dung dịch: axit có oxi; bazơ kiềm (NaOH, KOH, Ca(OH)2 , Ba(OH)2); muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm thì chính là điện phân H2O của dung dịch theo phản ứng: 2H2O  2H2 + O2 Chất tan không đổi

catot anot

Bước 3: Kết luận yêu cầu của bài toán

Ví dụ 21: Điện phân nóng chảy hoàn toàn 1,9 gam muối clorua của kim loại M hóa

trị II với điện cực trơ, thu được 0,48 gam kim loại ở catot Kim loại M là

B

Ví dụ 22 : Điện phân dung dịch muối clorua của kim loại M với điện cực trơ, ở

catot thu được 16 gam kim loại, ở anot thu được 5,6 lít khí Kim loại M là

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	569 KB