chuyên đề bài TOÁN KIM LOẠI tác DỤNG với AXIT

TấN Chuyên đề: BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU I.. Một trong những biện phỏp quan trọng trong dạy học húa học là người thầy giỏo coi trọng hơn việc chỉ dẫn cho học

TấN Chuyên đề:

BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU

I Cơ sở lớ luận:

“Nõng cao dõn trớ - Đào tạo nhõn lực – Bồi dưỡng nhõn tài” là nhiệm vụ hàng đầu của ngành Giỏo dục – Đào tạo Chất lượng Giỏo dục – Đào tạo phải đặt bờn cạnh yờu cầu nõng cao chất lượng nguồn nhõn lực và phỏt triển khoa học cụng nghệ trong thời đại kinh tế tri thức đang diễn ra trờn phạm vi toàn thế giới

Việc phỏt hiện và bồi dưỡng học sinh cú năng khiếu về cỏc mụn học núi chung và mụn húa học núi riờng ngay từ cấp THCS được coi là một trong những nhiệm vụ ưu tiờn hàng đầu gúp phần thực hiện tốt mục tiờu giỏo dục của trường THCS, là bước khởi đầu quan trọng để đào tạo cỏc em thành những người đi đầu trong cỏc lĩnh vực khoa học và cụng nghệ sau này

Vỡ vậy bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ quan trọng và thường xuyờn của mỗi nhà trường và mỗi giỏo viờn Số lượng và chất lượng HSG là một trong những thước đo để đỏnh giỏ chất lượng dạy học của mối giỏo viờn và mỗi nhà trường

Húa học là bộ mụn khoa học thực nghiệm đũi hỏi tớnh hệ thống và tớnh logic cao Một trong những biện phỏp quan trọng trong dạy học húa học là người thầy giỏo coi trọng hơn việc chỉ dẫn cho học sinh con đường tỡm ra kiến thức mà khụng chỉ dừng lại ở việc cung cấp những kiến thức cú sẵn, chỳ ý rốn luyện kĩ năng , khả năng vận dụng kiến thức thức, dạy cỏch học và tự học Tạo điều kiện cho học sinh được rốn luyện năng lực độc lập tư duy sỏng tạo thụng qua bài tập húa học là cơ sở để hỡnh thành và phỏt triển tiềm lực trớ tuệ cho học sinh

Qua thực tiễn giảng dạy và học tập, học sinh cũn gặp nhiều trở ngại vướng mắc khi giải quyết những vấn đề của húa học nhất là bài toỏn kim loại tỏc dụng

với axit Vỡ vậy, tụi đó lựa chọn chuyờn đề : “ BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC

DỤNG VỚI AXIT” nhắm giỳp cho học sinh thỏo gỡ phần nào những khú khăn

,vướng mắc về kiến thức cũng như phương phỏp giải nhanh gọn, dễ hiểu Từ

đú, cỏc em cú thể đề xuất được những bài tập mới phỏt huy tiềm năng sỏng tạo ,

tự tin chiếm lĩnh kiến thức và đạt kết quả cao trong cỏc kỡ thi HSG cấp huyện và cấp tỉnh

II Mục đớch và phạm vi của đề tài:

1.Mục đớch:

- Giúp học sinh hình thành kĩ năng phân tích tổng hợp, xác định dạng bài, tìm ra phương pháp giải phù hợp để tham gia dự thi HSG cấp huyện, tỉnh

- Đưa ra một số phương pháp phù hợp để học sinh có thể giải nhanh, chính xác bài toán liên quan, tiết kiệm thời gian làm bài, đảm bảo bài làm đạt hiệu quả cao

2 Phạm vi của chuyên đề:

- Áp dụng đối với HSG lớp 9

- Thời gian dự kiến bồi dưỡng : 3 tiết

PHẦN HAI: NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ

I.Một số biện pháp thực hiện:

1 Đối với giáo viên:

- Ôn tập , củng cố cho học sinh kiến thức về tính chất của kim loại, axit, bazơ, muối và hợp chất hữu cơ; dãy hoạt động hóa học của các nguyên tố kim loại Tổng hợp,hệ thống hóa kiến thức

- Tổng hợp các bài tập mẫu và các bài tập tự giải trong tài liệu,

- Phân loại bài tập theo mức độ

2 Đối với học sinh:

- Nắm vững những kiến thức đã học, đặc biệt là những tính chất riêng của chất

- Nắm chắc các phương pháp giải bài tập

- Đọc thêm sách tham khảo, tài liệu liên quan, đề thi học sinh giỏi cấp huyện,tỉnh qua các năm …

3 Lưu ý sau khi giải bài tập:

- Khắc sâu những vấn đề trọng tâm, chỉ ra những điểm khác biệt

- Mở rộng khái quát hóa kiến thức

- Phương pháp vận dụng

II Nội dung:

1.Cơ sở lí thuyết:

a.Phân loại axit:

- Axit loại 2: HNO3 và H2SO4đặc,nóng

b Công thức phản ứng:

- Công thức 1: Kim loại + Axit loại 1 → Muối + H 2

+) Điều kiện: Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học Bêketop:

K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au

+)Đặc điểm:

* Muối thu được có hóa trị thấp ( đối với kim loại có nhiều hóa trị )

Cu + HCl → Không phản ứng

Đặc điểm:

+ Phản ứng xảy ra với tất cả các kim loại ( Trừ Au ,Pt)

+ Tạo muối có hóa trị cao nhất ( đối với kim loại đa hóa trị)

Ví dụ: 2Fe +6H2SO4(đ)

o

t

  Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

Chú ý:

N 2 O, NO 2 , N 2 ,NH 4 NO 3 …tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại, điều kiện phản ứng và nồng độ axit.

+ Với những kim loại vừa phản ứng với nước , vừa phản ứng với axit, khi cho vào dung dịch axit, kim loại sẽ phản ứng với axit trước, nếu dư kim loại mới phản ứng với nước.

Vd: Cho Ba dư vào dung dịch H 2 SO 4

Ba + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + H 2 ↑

Ba + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 ↑

( Trong hai phản ứng trên khi lọc bỏ kết tủa, dung dịch thu được là Ba(OH) 2 ) + Al, Fe ,Cr không tác dụng với HNO 3 đặc, nguội và H 2 SO 4 đặc, nguội

2.Phân loại bài tập:

Dựa vào các chất tham gia trong phản ứng tôi chia bài toán thành 3 dạng:

- Một kim loại tác dụng với một dung dịch axit

- Hỗn hợp kim loại tác dụng với một dung dịch axit

- Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp dung dịch axit

3.Phương pháp giải bài tập:

- Dựa vào số mol các chất theo phương trình phản ứng

- Phương pháp đại số

- Bảo toàn electron

- Bảo toàn khối lượng

III Một số bài tập minh họa:

Dạng 1: Một kim loại tác dụng với một axit

Bài 1: Cho 11,2 gam Fe phản ứng vừa đủ với dung dịch HCl 7,3% Sau phản ứng

thu được khí A và dung dịch B

a) Tính thể tích khí A (ở đktc)

b) Tính khối lượng dung dịch axit tham gia

c) Tính C% dung dịch B

Hướng dẫn: Bài toán dựa vào số mol tính theo PTHH

11, 2 0, 2

56

Fe

1 2 1 1 (mol)

a) Theo phương trình (1): n H2 n FeCl2  0, 2 (mol)

Thể tích khí H2 thu được (ở đktc) là:

2 22, 4 0, 2.22, 4 4, 48

H

b) Theo phương trình (1): n HCl  2n Fe  0, 4 (mol)

Khối lượng dung dịch HCl 7,3% cần dùng là:

dd

0, 4.36,5.100

200 7,3

c) Theo phương trình, ta có : n FeCl2 n H2 n Fe  0, 2 (mol)

Khối lượng dung dịch sau phản ứng (ddB):

mdd = 11,2 +200 – 0,2.2 =210,8 (g)

Nồng độ % của dung dịch B:

% 25, 4 .100% 12, 05%

210,8

Bài 2: Để hòa tan hoàn toàn 5,4 gam kim loại cần 300 gam dung dịch HCl 7,3%.

Đó là kim loại nào

Hướng dẫn:

Đây là bài toán xác định kim loại nhưng chưa biết hóa trị của chúng, Vì vậy cần lập mối liên hệ giữa khối lượng mol (M) với hóa trị của kim loại, sau đó biện luận để tìm kim loại

300.7,3 0.6

100.36,5

HCl

Gọi KHHH của kim loại là A, hóa trị x

1 x (mol)

Theo phương trình:

.

A HCl

Khối lượng mol của kim loại A:

0,6

5, 4 : 9

A

x

Vì x là hóa trị của kim loại nên nhận giá trị 1,2,3

Vậy kim loại cần tìm là Al

Bài 3: Cho 6,72 gam Fe vào 400 ml dung dịch HNO3 1M, khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được khí NO ( sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu Tính giá trị của m

Hướng dẫn:

Ta thấy nFe tạo Fe(NO3)3 = 0,1 < 0,12 => Dung dịch X chứa 2 muối

6,72 0,12

56

Fe

n   (mol) n HNO3  0, 4.1 0, 4  (mol)

0,1 ← 0,4→ 0,1

Fe + 2Fe(NO3)3 → 3Fe(NO3)2 (2)

0,02→ 0,04 0,06

Dung dịch X tác dụng với Cu:

2Fe(NO3)3 + Cu → 2Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2

0,1→ 0,03

=> m = 0,03 64= 1,92 (g)

Lưu ý : Fe và Cu đều tác dụng với muối sắt (III).

Bài 4: Hòa tan hoàn toàn một lượng kim loại M trong dung dịch HNO3 dư thu được một muối duy nhất có khối lượng là m gam Cũng cho kim loại đó đem hòa tan hết

Hướng dẫn:

Kim loại M có thể là kim loại đa hóa trị nên khi tác dụng với 2 axit này thì có thể bị oxi hóa lên các số oxi hóa khác nhau

- Theo bài ra ta có:

3

HNO

n

M   M NO

HCl

m

M    MCl

Ta có : M M 35,562n m 127242



Ta có kết quả phù hợp là: n = 3 ; m = 2 và M = 56

Chú ý : Khi giải bài toán có 2 gốc axit hóa trị I cần chú ý đến tính oxi hóa của

nó.

rắn khan Tính giá trị của m

Hướng dẫn:

- Từ đề bài ta có: nAl = 0,46 mol ; n N O2 n N2  0,03mol

Quá trình oxi hóa:

Al – 3e → Al3+ (1)

Mol pư: 0,46 → 1,38 0,46

Quá trình khử:

+5 +1

2NO3- + 8e → N2O (2)

Mol pư: 0,24 ← 0,03

+5 0

2NO 3- + 10e → N2 (3)

Mol pư: 0,3 ← 0,03

Ta có số mol e nhường = 1,38 > số mol e thu ( Trái định luật bảo toàn e) do đó sản phẩm khử phải có muối amoni

+5 -3

NO3- + 8e → NH4+ (4)

Mol pư: 0,84 → 0,105

Khối lượng chất rắn thu được bằng khối lương muối tạo thành

m = 0,46 213 + 0,105 80 = 106,38 (g)

Dạng 2: Hỗn hợpkim loại tác dụng với một dung dịch axit

Bài 1:

Cho 18,6 gam hỗn hợp A gồm Zn và Fe vào 500 ml dung dịch HCl Khi phản ứng hoàn toàn, cô cạn dung dịch được 34,575 gam chất rắn Lập lại thí nghiệm trên với 800 ml dung dịch HCl rồi cô cạn thu được 39,9 gam chất rắn Tính nồng độ mol của dung dịch HCl và khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp

Hướng dẫn:

Trong thí nghiệm 1, nếu kim loại hết thì chất rắn thu được ở thí nghiệm 2 bằng lần thứ nhất Theo đầu bài , khối lượng chất rắn lần 2 nhiều hơn lần 1 nên ở thí nghiệm 1 dư kim loại, ở thí nghiệm 2 kim loại hết

- Thí nghiệm 2: Gọi a và b lần lượt là số mol của Zn và Fe

PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

a 2a a a (mol)

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

b 2b b b (mol)

Ta có: mZn + mFe = 65a + 56b = 18,6 => 18,6 65

56

a

Theo phương trình : m ZnCl2 m FeCl2  136a 127b 39,9 (2)

Từ (1) , (2) => a= 0,2

mFe = 18,6 - 13 = 5,6 (g)

- Thí nghiệm 1: Gọi x và y lần lượt là số mol của Zn và Fe

PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

x 2x x x (mol)

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

y 2y y y (mol)

Theo phương trình: m ZnCl2 m FeCl2  136x 127y

Ta có : mZn dư = 13 – 65x

mFe dư = 5,6 – 56y

 mRắn = 136x +127y +13- 65x + 5,6 – 56y = 34,575

- Nồng độ mol của dung dịch HCl là:

0, 45

0,9( ) 0,5

M

n

V

Bài 2 : ( Đề thi chọn HSG lớp 9 cấp tỉnh Vĩnh Phúc năm học 2012-2013)

Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe và Mg bằng một lượng vừa đủ dung dịch

11,787%

1 Tính nồng độ % của muối sắt trong dung dịch Y

2 Nếu thêm vào dung dịch Y nói trên một lượng dung dịch NaOH 10% vừa đủ thì nồng độ % của chất tan có trong dung dịch sau phản ứng là bao nhiêu

Hướng dẫn: Dựa vào PTHH dể tính toán.

Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 

x 2x x x (mol)

Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 

dd HCl

(2x 2y) 36,5

20

m dd Y = 24x + 56y + 365x + 365y – (2x + 2y ) = ( 387x + 419y ) ( gam)

95x 11,787 387x 419y   100 giải ra x  y FeCl2

m  127y 127x ( gam) 

Vì nồng độ % tỷ lệ thuận với khối lượng chất tan trong dung dịch nên :

FeCl2

127x

95x

2) Cho dung dịch Y tác dụng NaOH thì thu được dung dịch Z

dd NaOH 10%

(2x 2y) 40

10

m kết tủa = (58x + 90y ) ( gam)

dd Z

m  387x 419y 800x 800y (58x 90y) 1129(x + y) (gam)      





Bài 3:

Hòa tan 13,2 gam hỗn hợp A gồm 2 kim loại có cùng hóa trị vào 400 ml dung dịch HCl 1,5M Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 32,7 g hỗn hợp muối khan

a) Chứng minh hỗn hợp A không tan hết

b) Tính thể tích khí hidro sinh ra (đktc)

Hướng dẫn: Cần chứng minh khối lượng của A phản ứng nhỏ hơn khối lượng của

A ban đầu

a) nHCl = 0,4 , 1,5 = 0,6 (mol)

Gọi M và N là 2 kim loại trong hỗn hợp A có hóa trị x , a và b lần lượt là số mol của M và N

a 2a 2a 0,5xa (mol)

2N + 2xHCl  2NClx + xH 2

b bx b 0,5xb (mol)

Theo phương trình : n HCl x x(ab)  0 , 6 (mol)

Ta có: m MCl x m NCl x  (M  35 , 5x)a (N  35 , 5x)b 32 , 7

Hay: (Ma + Nb) + 35,5x(a + b) = 32,7

Nên: mM + mN = 11,4 < 13,2

=> Do đó hỗn hợp không tan hết

b) Theo phương trình: n H2  0 , 5x(ab)  0 , 5 0 6  0 , 3 (mol)

Thể tích khí H2 thu được (đktc) là:

V H2  22 , 4 0 , 3  6 , 72 (l)

Chú ý:

Bài toán cho biết tổng khối lượng của 2 kim loại (không biết số mol mỗi kim loại)

và số mol ban đầu của axit Để biết hỗn hợp kim loại có tan hết trong lượng axit nói trên hay không ta có thể áp dụng phương pháp sau:

Gọi A, B là khối lượng mol của hai kim loại A, B; M là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp ( với A < B) Ta có:

A

m M

m n B

hh hh





 ( vì A < M < B) + Muốn chứng minh hỗn hợp tan hết, ta giả sử hỗn hợp chỉ gồm kim loại nhẹ hơn

A, Nếu ta đủ axit để hòa tan hết A, do A

hh

A

m

n   , thì hỗn hợp thật ta sẽ dư axit

=> hỗn hợp tan hết.

+ Muốn chứng minh không đủ axit để hòa tan hết hỗn hợp , ta giả sử hỗn hợp chỉ gồm kim loại nặng hơn B (

B

m

n hh

B  ) Nếu ta không có đủ axit để hòa tan hết B thì với hỗn hợp thật, với số mol lớn hơn, ta sẽ thiếu axit, suy ra hỗn hợp không tan hết Khi đó kim loại nào hoạt động mạnh hơn trong dãy hoạt động hóa học của kim loại sẽ tan trước, kim loại đó tan hết rồi đến kim loại kia.

( Lưu ý: Các lí luận trên chỉ chắc chắn đúng khi A , B có cùng hóa trị).

Bài 4:

Một hỗn hợp X gồm Al và Fe nặng 22 gam Cho hỗn hợp X tác dụng với 2 lít dung dịch HCl 0,3M (D= 1,05 g/ml)

a) Chứng tỏ rằng hỗn hợp không tan hết

chất tan trong dung dịch Z thu được Biết rằng trong 2 kim loại chỉ có 1 kim loại tan

Hướng dẫn:

a) nHCl = 2.0,3 = 0,6 (mol)

56

22





Fe

Do Fe = 56 > Mhh nên :m hh n hh

Để hòa tan hết 0,39 mol Fe này cần một số mol HCl là 0,78 mol

Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 

1 2 (mol)

0,39 → 0,78

Ta không đủ axit để hòa tan hết 0,39 mol Fe Vậy hỗn hợp X không tan hết

c) Do Al hoạt động mạnh hơn Fe nên Al tan trước

2Al + 6 HCl  2AlCl3 + 3H2 

0,2 0,6 0,3 (mol)

H

Chất rắn Y không tan gồm Al dư và Fe:

my = mx – mAl tan = 22 – 0,2 27 = 16,6 (g)

Khối lượng dung dịch Z:

7 , 26 5 , 133 2 , 0

AlCl

8 , 2104

% 100 7 , 26

C

Nhận xét: Với cách giải trên , HS làm bài nhanh , chính xác, khắc phục được

nhược điểm mà các phương pháp khác không giải quyết được.

Bài 5:

( Trích đề thi tuyển sinh lớp 10 chuyên năm 2013-2014 tỉnh Vĩnh Phúc)

Cho hỗn hợp X gồm ba kim loại Na, Al, Fe phản ứng hoàn toàn với dung dịch

cũng đỳng bằng V lớt (đktc) Xỏc định kim loại M

Hướng dẫn:

Gọi số mol của Na và Fe lần lượt là 2a mol và b mol

PTHH: 2Na + H2SO4(loóng)  Na2SO4 + H2

2a a (mol)

Fe + H2SO4 (loóng)  FeSO4 + H2

b b (mol)

Thay Na,Fe bằng M:

M + H2SO4 (loóng)  MSO4 + H2

(a + b) (a + b) (mol)





23



b

b b a b

Vậy M là Mg

Bài 6:

Hũa tan hoàn toàn 3,22 g hỗn hợp X gồm Fe, Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ

muối Tớnh m?

Hướng dẫn :

Ta thấy số phương trỡnh lập được ớt hơn số ẩn => dựng ĐLBT khối lượng để tớnh Gọi KHHH chung của 3 kim loại là M

M + H2SO4  MSO 4 + H 2 

4 , 22

344 , 1

2 4

Áp dụng ĐLBTKL:

2 4

 H SO H

Dạng 3: Hỗn hợp kim loại tỏc dụng với hỗn hợp dung dịch axit

Bài 1: Hoà tan 7,74g hỗn hợp 2 kim loại Mg, Al trong 500ml dung dịch hỗn hợp

H2(đktc)

a Kim loại đã tan hết cha? giải thích?

b Tính khối lợng muối có trong dung dịch A?

Hớng dẫn:

n HCl = 0,5 (mol) ; n H2SO4= 0,19 (mol) ; 0 , 39

2 

H

a/ Các PTHH:

Mg + 2HCl  MgCl2 + H2  (1)