Phản ứng oxi hóakhử là phần kiến thức quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông, phản ứng OXH – KH tạo cơ sở nền tảng kiến thức trong việc nghiên cứu tính chất của các đơn chất, hợp chất vô cơ và hữu cơ trong chương trình hóa học. Vì vậy việc sử dụng hệ thống bài tập để củng cố và giúp HS rèn luyện khắc sâu kiến thức là việc rất cần thiết.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
Học phần: Dạy học Bài tập Hóa học
XÂY DỰNG BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ
“PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ”
Hà Nội, 12/2018
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Môn học này cũng là một trong số những môn học chuyên ngày sưphạm Hóa học em được học và không giống với các môn học khác, chúng
em sẽ phải đứng vào vị trí của người dạy để phân tích sâu nội dung, cách
để dạy các bài tập Hóa học phục vụ cho việc giảng dạy ở kì thực tập kiếntập sắp tới hay cả sau này của mình Với điều kiện, vốn kiến thức, trình độ
lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế của mình, em đã cốgắng hoàn thiện bài tiểu luận, nhưng chắc chắn bài tiểu luận của em còn córất nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của cô để bàiluận của em được hoàn thiện đầy đủ
Em xin chân thành cảm ơn!
Trân trọng Hà Nội, tháng 12 năm 2018
3
Trang 5MỤC LỤC
TRANG BÌA 1
LỜI CẢM ƠN 3
DANH MỤC VIẾT TẮT 4
MỤC LỤC 5
MỞ ĐẦU 6
1 Lý do chọn đề tài 6
2 Cấu trúc bài tiểu luận 6
NỘI DUNG I Lý thuyết về phản ứng oxi hóa – khử 8
1 Phản ứng oxi hóa – khử 8
1.1 Số oxi hóa 8
1.2 Khái niệm về phản ứng oxi hóa – khử 9
1.3 Phân loại phản ứng oxi hóa – khử 9
2 Lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử 11
2.1 Phương pháp thăng bằng electron 11
2.2 phương pháp tăng – giảm số oxi hóa 12
3 Phương pháp giải bài tập phản ứng oxi hóa – khử 12
3.1 Phương pháp bảo toàn electron 12
3.2 Phương pháp quy đổi 13
II Phân loại dạng bài tập 14
Dạng 1: Phân loại phản ứng trong hóa học vô cơ Xác định số oxi hóa, chất khử, chất oxi hóa 15
Dạng 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử 16
Dạng 3: Nhận biết – Điều chế - Tinh chế 19
Dạng 4: Bài tập tính toán dựa vào phản ứng oxi hóa – khử 20
III Bài tập theo định hướng mới 25
Trang 61 Bài tập thí nghiệm 25
2 Bài tập thực tiễn 26
IV Xây dựng kế hoạch dạy học 27
V Kiểm tra – đánh giá 31
KẾT LUẬN 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
Trang 7MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài:
Trong dạy học môn Hóa học có nhiều phương pháp dạy học phát triểnnhận thức và tư duy của học sinh, trong đó việc sử dụng hệ thống bài tập hóahọc trong giảng dạy được đánh giá là một phương pháp dạy học hiệu quả.Phản ứng oxi hóa-khử là một loại phản ứng quan trọng trong chươngtrình hóa học phổ thông hiện hành của Bộ Giáo dục và đào tạo Kiến thức vềphản ứng oxi hóa – khử được vận dụng phổ biến, đa dạng và xuyên suốtchương trình (từ lớp 8 – lớp 12) Phản ứng OXH – KH có một ý nghĩa quantrọng, tạo cơ sở nền tảng kiến thức trong việc nghiên cứu tính chất của cácđơn chất, hợp chất vô cơ và hữu cơ trong chương trình hóa học
Do vậy, trong khuôn khổ bài tiểu luận này, em sẽ trình bày hệ thống bàitập về phản ứng OXH-KH trong chương trình Hóa học vô cơ được vận dụngvào dạy học một cách hiệu quả
2 Cấu trúc bài luận:
Bài luận được trình bày trong ba phần, phần nội dung gồm năm mục chính:
- Mở đầu
- Nội dung:
I Lý thuyết về phản ứng oxi hóa – khử
II Phân loại dạng bài tập
III Bài tập theo định hướng mới
IV Vận dụng vào bài dạy
V Kiểm tra – đánh giá
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
Trang 8XÂY DỰNG BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ
số quy tắc xác định số oxi hóa dùng cho cả các chất vô cơ và hữu cơ
- Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử trung hòa điệnbằng 0 Ví dụ trong phân tử K2O, số oxi hóa của K là +1, của O là -2.(+1).2 + (-2) =0
- Trong đơn chất, số oxi hóa của các nguyên tử bằng 0 Ví dụ trong phân tử Cl2, số oxi hóa của Cl bằng 0
đổi như sau:
Kim loại kiềm có số oxi hóa bằng +1
Kim loại kiềm thổ có số oxi hóa bằng +2
Kim loại nhôm có số oxi hóa +3
Oxi có số oxi hóa bằng -2, trừ trường hợp F2O oxi có số oxi hóa bằng +2 và các peoxit oxi có số oxi hóa bằng -1
Hiđro thường có số oxi hóa bằng +1, trừ trường hợp các hiđrua kim loại hiđro có số oxi hóa bằng -1
8
Trang 91.2 Khái niệm phản ứng oxi hóa – khử
“Phản ứng OXH-KH là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của cácnguyên tố tham gia vào thành phần phân tử của các chất trong hệ phản ứng”.[tr199 3]
Trong một phản ứng OXH-KH luôn luôn có hai quá trình song hành là
sự oxi hóa và sự khử, trong đó sự oxi hóa là sự nhường electron và sự khử là
sự nhận electron
Một cách tương tự:
- Chất nhường electron được gọi là chất khử, nó bị oxi hóa
- Chất nhận electron được gọi là chất oxi hóa, nó bị khử
Trong quá trình phản ứng OXH-KH, số oxi hóa của chất oxi hóa giảmxuống, còn số oxi hóa của chất khử tăng lên
1.3 Phân loại phản ứng oxi hóa – khử
Có thể chia các phản ứng OXH-KH thành 4 loại: phản ứng giữa cácphân tử, phản ứng dị li, phản ứng nội phân tử, phản ứng có sự tham gia củachất môi trường
a Phản ứng oxi hóa – khử đơn giản.
Trong phản ứng OXH-KH giữa các phân tử sự chuyển electronxảy ra giữa các phân tử khác nhau Đây là loại phản ứng OXH-KH phổbiến nhất
- Sự kết hợp giữa các nguyên tố:
- Phản ứng giữa kim loại với các hợp chất:
- Phản ứng giữa phi với các hợp chất:
- Phản ứng giữa các hợp chất:
Trang 102KMnO4 + 5HNO3 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O b Phản ứng dị li.
Trong phản ứng này một chất phân li thành hai chất khác, trong đómột chất ở mức oxi hóa cao hơn và một chất ở mức oxi hóa tháp hơn
1-d Phản ứng oxi hóa - khử ở môi trường axit, bazơ, trung tính (H 2 O)
Trong phản ứng này có axit, kiềm, hoặc nước tham gia làm môitrường, tạo ra các sản phẩm khử tương ứng
Trang 112 Lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử:
Đây là phương pháp mới để lập phương trình HS được học ở THPT so vớikhi học ở THCS tuy nhiên các phương pháp đều tuân theo nguyên lý chung làtuân theo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn điện tích
2.1 Phương pháp thăng bằng electron
Dựa trên nguyên tắc: Tổng số electron do chất khử nhường phải đúngbằng tổng số electron mà chất oxi hóa nhận (bài 25: Phản ứng OXH-KH)
Có 4 bước thực hiện để viết phương trình OXH-KH theo phương pháp thăng bằng electron:
- Bước 1: Xác định số oxi hóa của những nguyên tố có số oxi hóa thay đổi
11
Trang 12- Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử (bán phản ứng), cân bằng mỗi quá trình.
- Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số electron do chất khử nhường bằng tổng số electron do chất oxi hóa nhận
- Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng
Hoàn thành phương trình hóa học
2.2 Phương pháp tăng - giảm số oxi hóa
Phương pháp này dựa vào nguyên tắc: trong một phản ứng OXH-KH,tổng số oxi hóa tăng bằng tổng số oxi hóa giảm
Các phương pháp lập phương trình phản ứng này đều khiến HS dễdàng hơn để viết được các phản ứng OXH-KH phức tạp, dựa vào việc xácđịnh số oxi hóa của chất tham gia và sản phẩm tạo thành
Tóm lại, khái niệm số oxi hóa là phương tiện giúp HS phát hiện phảnứng OXH-KH và cân bằng phản ứng OXH-KH Nêu rõ bản chất của phảnứng OXH-KH, lập phương trình phản ứng OXH-KH bằng phương phápthăng bằng electron, phương pháp tăng – giảm số oxi hóa Đồng thời ápdụng kiến thức của phản ứng OXH-KH tìm hiểu tính chất hóa học nhómnguyên tố phi kim và kim loại
3 Phương pháp giải bài tập phản ứng oxi hóa – khử
3.1 Phương pháp bảo toàn electron
a Nguyên tắc:
Định luật bảo toàn electron trong phản ứng oxi hóa – khử: “Khi cónhiều chất oxi hóa hoặc chất khử trong hỗn hợp phản ứng (nhiều phải ứnghoặc phản ứng qua nhiều gia đoạn) thì tồn số mol electron mà các phân tửchất khử nhường bằng tổng số mol electron mà các phân tử chất oxi hóanhận”
Tổng số mol electron nhường = Tổng số mol electron nhận
Trang 13b Cách giải:
- Xác định chất khử và chất oxi hóa ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối(bỏ qua các giai đoạn trung gian)
- Viết các quá trình khử và quá trình oxi hóa
- Áp dụng định luật bảo toàn electron
Lưu ý khi sử dụng phương pháp bảo toàn electron:
Điều quan trọng nhất khi áp dụng phương pháp này là xác định đúngtrạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất khử và chất oxi hóa, viếtđúng được các quá trình khử và quá trình oxi hóa Trong nhiều trường hợp
có thể không cần viết và cân bằng phương trình hóa học của phản ứng oxihóa – khử
3.2 Phương pháp quy đổi
a Nguyên tắc:
Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toánban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giải hơn, qua đó làm chophép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện để suy ra đúng đáp số cuối cùng
Khỉ áp dụng phương pháp quy đổi phải tuân theo 2 nguyên tắc sau:
- Bảo toàn nguyên tố
- Bảo toàn số oxi hóa
b Cách giải:
Môt bài toán có thể có nhiều cách quy đổi, dưới đây là 3 hướng quyđổi hay được áp dụng nhất trong giải các bài toán về phản ứng oxi hóa –khử:
- Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai chất hoặc chỉ một chất duy nhất
- Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử hoặc đơn chất tươngứng
Trang 14- Quy đổi tác nhân oxi hóa: với những bài toán trải qua nhiều giaiđoạn oxi hóa khác nhau bởi những chất oxi hóa khác nhau, ta cóthể quy đổi vai trò oxi hóa của chất oxi hóa này cho chất oxi hóacòn lại để bài toán trở nên đơn giản.
Lưu ý khi sử dụng phương pháp quy đổi:
Trong quá trình giải bài toán thường được kết hợp sử dụng các địnhluận bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron cùngvới việc sơ đồ hóa bài toán để tránh phải viết phương trình hóa học, qua
đó rút ngắn thời gian làm bài
Phương pháp quy đổi là một phương giải bải toán nhanh và phươngpháp quy đổi khái quát nhất là quy đổi về các nguyên tử nguyên tố tươngứng Lời giải nhanh, gọn, dễ hiểu và thể hiện đúng bản chất hóa học
II PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI TẬP
HS đã được làm quen với kiến thức về phản ứng oxi hóa – khử từchương trình hóa học lớp 8, tuy nhiên những kiến thức này mới được giớithiệu ở mức độ sơ khai nhất và chưa đi vào bản chất Lên đến lớp 10, sau khi
HS đã được trang bị những kiến thức tương đối đầy đủ về cấu tạo nguyên tử
và liên kết hóa học, trên cơ sở lý thuyết chủ đạo về cấu tạo chất, các kiếnthức về phản ứng oxi hóa – khử được trình bày trong chương 4 (Phản ứnghóa học) – Hóa học 10 một cách tổng quát, kiến thức bản chất của phản ứngoxi hóa - khử Để HS có thể củng cố và vận dụng thành thạo những kiến thứcnày, chuẩn bị cơ sở để nghiên cứu các nhóm nguyên tố cụ thể ở các chươngsau, em sẽ phân loại 4 dạng bài tập hóa học về phản ứng oxi hóa – khử vớibài tập được xây dựng theo bốn mức độ nhận thức và tư duy của học sinh(Nhớ - Hiểu – Vận dụng – Vận dụng cao):
Trang 15Dạng 1: Phân loại phản ứng trong hóa học vô cơ Xác định số oxi hóa,chất khử, chất oxi hóa.
Dạng 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Dạng 3: Nhận biết – điều chế - tinh chế
Dạng 4: Bài tập tính toán dựa vào phản ứng oxi hóa – khử
Dạng 1: Phân loại phản ứng trong hóa học vô cơ
Xác định số oxi hóa, chất khử, chất oxi hóa.
Dạng bài tập này giúp HS ghi nhớ và tái hiện lại nội dung về kháiniệm phản ứng OXH – KH, phân loại phản ứng OXH – KH, rèn luyệncách xác định số oxi hóa và xác định vai trò của các chất trong phản ứngOXH – KH Mức độ nhận thức chủ yếu là nhớ và hiểu là có thể giải quyếtđược bài tập dạng này
Bài 1: Loại phản ứng nào sau đây không phải phản ứng oxi hóa - khử:
Bài 2: Số oxi hóa của nguyên tử mangan trong phân tử kali pemanganat là:
Đáp án: C
HS nhớ được công thức phân tử của kali pemanganat là KMnO4 và xác định được số oxi hóa của Mn dựa vào quy tắc hóa trị
Trang 16Bài 3: Trong phương trình phản ứng: 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO NO2
đóng vai trò:
A Chất oxi hóa
B Chất khử
C Chất tạo môi trường
D Vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử
Đáp án: D
HS xác định được số oxi hóa của nguyên tố N trước và sau phản ứng và
sự tăng hay giảm số oxi hóa sẽ quyết định NO2 đóng vai trò gì trong phảnứng: N+4 trong NO2 sau phản ứng thành N+5 trong HNO3 và N+2 trong NO.Vậy N vừa có số oxi hóa tăng vừa có số oxi hóa giảm sau phản ứng nên NO2đóng vai trò vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử
Dạng 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa khử
Sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp tăng giảm số oxi hóa để cân bằng phương trình hóa học
1 Mức độ hiểu:
HS viết và cân bằng được phương trình hóa học của phản ứng oxi hóakhử khi đầu bài đã cho đầy đủ công thức hóa học của các chất tham gia vàsản phẩm tạo thành
Bài 4: Cân bằng các phản ứng oxi hóa khử sau bằng phương pháp thăng bằng electron:
a Cu + HNO 3(đặc) → Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O
Hướng dẫn giải:
a Phản ứng giữa kim loại và axit HNO3 đặc/loãng, H2SO4 đặc, nóng
- Xác định số oxi hóa và nguyên tố có số oxi hóa thay đổi:
16
Trang 17- Viết bán phản ứng:
- Viết PTHH: Cu + 4HNO3(đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Tương tự
b Phản ứng giữa phi kim với axit HNO 3 đặc/ loãng, H 2 SO 4 đặc, nóng S + 4HNO 3(đặc) → SO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
c. Phản ứng giữa hợp chất với axit HNO3 đặc/ loãng, H2SO4 đặc, nóng
Trang 18- Viết bán phản ứng:
- Viết PTHH:
2NO + K 2 Cr 2 O 0 7 + 4H 2 SO 4 → 2HNO 3 + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O Tương tự:
b 3Fe x O y + 2(6x –y)HNO 3 → 3xFe(NO 3 ) 3 + (3x – 2y)NO + (6x –y)H 2 O d 2KI + MnO 2 + 2H 2 SO 4 → I 2 + MnSO 4 +
(5) FeCl 3 + 3NaOH → 3NaCl + Fe(OH) 3
đ ệ ℎâ ó à ă
2NaOH + Cl2 + H2(6)2NaCl + 2H 2 O →
(7) 2NaOH + Cl 2 → NaCl + NaClO + H 2 O 18
Trang 19Để hoàn thành được bài tập này, HS phải xác định được phản ứng cầnhoàn thành là phản ứng điều chế hay phản ứng thể hiện tính chất hóa học, từ
đó vẫn dụng những kiến thức đã học vẫn dụng hoàn thành chuỗi phản ứngmột cách chính xác Với kiểu bài tập có thể thể để ẩn một số chất trongchuỗi khiến bài tập trở nên khó hơn, HS rèn luyện được kĩ năng hoàn thành
sơ đồ dãy biến hóa các chất bằng các phương trình hóa học và cân bằngphương trình oxi hóa – khử
Dạng 3: Nhận biết – điều chế - tinh
chế Mức độ vận dụng
Bài 7: Bằng phương pháp hóa học, hãy trình bày phương pháp nhận biết các
dung dịch mất nhãn sau: NaF, NaCl, NaBr và NaI
Hướng dẫn giải:
Để làm được bài tập này cần dựa vào tính chất vật lí, tính chất hóa học
để nhận biết các hóa chất thông qua dấu hiệu về màu sắc, mùi vị, tính tanhoặc phản ứng tạo chất kết tủa, bay hơi
Trích mỗi dung dịch một ít làm mẫu thử:
- Cho dung dịch AgNO3 lần lượt vào các mẫu thử trên Mẫu nàotrong suốt là NaF
- Mẫu thử tạo kết tủa trắng là NaCl, kết tủa trắng là AgCl tạo thành:
AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
- Mẫu thử tạo kết tủa vàng nhạt là NaBr, kết tủa vàng nhạt là AgBrtạo thành:
AgNO3 + NaBr → AgBr + NaNO3
- Mẫu thử tạo kết vàng đậm là NaI, kết tủa vàng đậm là AI tạo
thành:
AgNO3 + NaI → AgI + NaNO3
19
Trang 20Bài 8: Từ các nguyên liệu chính là NaCl, CaCO3, nước, các chất xúc tác vàcác dụng cụ cần thiết có đủ Hãy viết PTHH điều chế NaClO, CaOCl2.
Hướng dẫn giải:
Để làm được bài tập này nên bắt đầu từ chất cần điều chế, viết cácphương trình hóa học điều chế ra chất cần điều chế, qua đó sẽ xác định đượcchất trung gian, sau đó suy nghĩ làm sao để điều chế các chất trung gian từnguyên liệu ban đầu của đề bài
- Viết và cân bằng phương trình hóa học điều chế NaClO là: 2NaOH + Cl 2 → NaCl + NaClO + H 2 O
Chất trung gian cần điều chế là là NaOH và Cl 2
- Để điều chế được Cl2 phải bắt đầu từ nguyên liệu chứa nguyên tố clo,
ở đây là NaCl Điều chế NaOH cũng bắt đầu từ nguyên liệu chứa
nguyên tố natri và cũng là NaCl Vậy từ NaCl có phản ứng điện phân
NaClO
đ ệ ℎâ
2NaOH + Cl2 + H2
2NaCl + 2H 2 O →
- Điều chế CaOCl2 từ CaCO3 cũng suy luận tương tự:
Ca(OH) 2(vôi sữa) + Cl 2 → CaOCl 2 + H 2 O
20
Trang 21Chú ý: Phản ứng Ca(OH)2 phản ứng với Cl2, nếu là sữa vôi Ca(OH)2 sẽ
cho ra CaOCl2, còn dung dịch Ca(OH)2 sẽ ra sản phẩm là hỗn hợp CaCl2 vàCa(OCl)2
Bài tập điều chế qua chất trung gian là dạng bài tập yêu cầu HS phải cókiến thức tổng quát, có hệ thống để giải được dạng bài tập này, rèn luyện kỹnăng tư duy, phân tích, xử lý tình huống một các logic Mức độ nhận thứcvận dụng cao
Dạng 4: Bài tập tính toán dựa vào phản ứng oxi hóa – khử
Tính toán dựa vào hệ số cân bằng của phương trình hóa học
Mức độ vận dụng
Bài 8: Cho 19,2 gam kim loại đồng tác dụng với 200 ml dung dịch HNO3
loãng thu được V lít khí NO (đktc)
a) Viết phương trình hóa học
b) Tính thể tích V khí NO
c) Tính nồng độ mol dung dịch HNO3
Hướng dẫn giải:
Cách 1: Tính toán dựa vào hệ số cân bằng của phương trình hóa học.
a) PTHH: 3Cu + 8HNO 3 → 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H2 2 O b) n2 Cu = = 19,264 = 0,3 (mol)
Theo phương trình: n NO = 3 n Cu = 3 0,3 = 0,2 (mol)
c) Theo phương trình: n HNO3 = 83 n Cu = 83 0,3 = 0,8 (mol)
CM= = 0,8 =4(M)
0,2
21