Phân loại một số dạng bài về phản ứng của các chất với nước trong ôn thi đại học và học sinh giỏi

Khi học sinh hiểu được bản chất sâu xacủa các quá trình hóa học và biết cách giải thích các quá trình này thì tự bản thâncác em sẽ hình thành niềm đam mê khám phá, có tình yêu với bộ môn

A PHẦN MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài:

Hóa học không phải là quá trình được dạy, là sự tiếp nhận một cách thụ độngnhững tri thức hoá học mà chủ yếu là quá trình học sinh tự học, tự nhận thức, tựkhám phá, tìm tòi các tri thức hoá học một cách chủ động, tích cực, là quá trình tựphát hiện vấn đề và giải quyết các vấn đề Khi học sinh hiểu được bản chất sâu xacủa các quá trình hóa học và biết cách giải thích các quá trình này thì tự bản thâncác em sẽ hình thành niềm đam mê khám phá, có tình yêu với bộ môn hóa học.Chính từ nhu cầu này đòi hỏi các thầy cô giáo trong quá trình dạy học cần xây dựngcho học sinh cách khám phá, giải thích đơn giản, nhanh gọn các bản chất hóa học,hình thành cho các em cách tiếp nhận kiến thức một cách chủ động Trong xuhướng thi cử hiện tại của Bộ giáo dục là thi theo hình thức trắc nghiệm rất nhiềuhọc sinh đã lựa chọn cho mình hình thức nhớ máy móc các kiến thức hóa học, chỉhướng vào rèn luyện tốc độ làm bài mà không quan tâm nhiều đến bản chất hóa học

Xu hướng trên cũng tương đối phù hợp với xu thế thi cử hiện tại nhưng mô hìnhchung lại biến học sinh thành những cái máy nhớ mà không hiểu nhiều về bản chất,nhiều trường hợp sẽ gặp khó khăn khi có các câu hỏi khai thác về bản chất hóa học

Vì vậy, việc cân bằng giữa rèn luyện kĩ năng, tốc độ với tìm hiểu, phân tích bản chấtvấn đề là nhu cầu rất cấp thiết khi giảng dạy bộ môn hóa học phổ thông

Trong nội dung chương trình hoá học phổ thông có nhiều phần kiến thức khó

mà học sinh không tự lĩnh hội hết kiến thức Vì vậy giáo viên cần có những phươngpháp giúp học sinh nắm vững và đặc biệt là vận dụng kiến thức tốt hơn

Trong quá trình giảng dạy và ôn thi tôi nhận thấy phần kiến thức về phản ứngcủa các chất với nước xuất hiện ở nhiều mảng kiến thức và đều chứa đựng rất nhiềubản chất hóa học Phản ứng với nước có thể là quá trình trực tiếp tạo sản phẩm hoặc

là phản ứng mở đầu cho một chu trình gồm một số phản ứng hóa học Học sinh khinghiên cứu về phần kiến thức này thường chỉ nhớ một vài trường hợp cụ thể màkhông có cái nhìn tổng hợp về những chất có phản ứng với nước Nhiều giáo viênkhi giảng dạy cũng chỉ cung cấp cho học sinh phương trình hóa học cụ thể màkhông giải thích rõ để các em hiểu vì sao có phản ứng như vậy Chính vì không hiểu

rõ bản chất vấn đề nên nhiều tình huống bài tập tương đối dễ dàng bị học sinh giảiquyết sai, ảnh hưởng khá nhiều đến thành tích của các em Xuất phát từ nhu cầutrên tôi thấy cần phải tổng hợp kiến thức về phản ứng của các chất với nước thànhdạng bài cụ thể để học sinh dễ dàng nắm bắt dạng bài, có thể hình thành được tưduy giải thích bản chất vấn đề

Qua thực tế giảng dạy bồi dưỡng học sinh tôi nhận thấy kết quả học tập củahọc sinh đã được nâng cao hơn, nhiều học sinh đã yêu thích môn hoá học hơn Đaphần các em học sinh sau khi được phân loại dạng bài đã nắm bắt được kiến thức vàvận dụng giải quyết các câu trắc nghiệm có liên quan Chính vì vậy tôi mạnh dạn đềxuất một kinh nghiệm nhỏ:

“Phân loại một số dạng bài về phản ứng của các chất với nước trong ôn thi đại

học và học sinh giỏi”

II Mục đích nghiên cứu:

Thực hiện sáng kiến này nhằm mục đích:

- Khẳng định tầm quan trọng của việc đổi mới phương pháp trong giảng dạy

- Giúp học sinh biết cách tư duy, giải thích bản chất của các quá trình hóa học

mà không phải là quá trình tiếp thu thụ động, nhớ máy móc

- Nâng cao kết quả thi của học sinh trong các kì thi

III Phương pháp:

- Nghiên cứu tài liệu, sưu tầm các tài liệu phục vụ viêc soạn thảo

- Thực nghiệm trong giảng dạy

- Các oxit bazơ của một số kim loại mạnh, có khả năng tác dụng với nước ở điều kiện thường thì khi cho vào nước có thể tác dụng với nước tạo thành dung dịch kiềm tương ứng

- Các chất chứa một số liên kết không bền như: chức este, cầu peptit hoặc liênkết -CO-NH- thường dễ bị thủy phân trong môi trường axit hoặc môi trường kiềm, các chất chứa liên kết thường dễ tham gia phản ứng cộng

- Một số hiđroxit lưỡng tính có thể dễ dàng tan trong dung dịch kiềm như:Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Hoặc Al(OH)3 + NaOH → Na Al(OH)4

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O

II PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ ÁP DỤNG:

Dạng bài tập về phản ứng với nước là dạng bài tập đòi hỏi có sự tổng hòa rất nhiều vùng kiến thức khác nhau nên trong quá trình dạy học giáo viên cần xây dựng cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản đầy đủ, kĩ càng Dưới đây là một số dạng bài, cách áp dụng cụ thể và các bài tập tương tự dựa trên các yêu cầu của đề ra trong các đề thi trắc nghiệm hoặc đề thi học sinh giỏi để học sinh nghiên cứu và vận dụng

Dạng 1: Vận dụng phản ứng với nước để giải thích bản chất hóa học của một

số quá trình.

Trong quá trình giảng dạy có một số trường hợp khiến học sinh phân vân không biết vì sao sản phẩm lại khác nhau hoặc không biết tại sao quá trình lại tạo rasản phẩm như vậy, cụ thể như sau:

2

*Trường hợp 1: Tại sao phản ứng thủy phân este trong môi trường axit là phản ứng

thuận nghịch thường tạo sản phẩm là axit và ancol còn phản ứng thủy phân este trong môi trường kiềm lại là phản ứng một chiều thường tạo sản phẩm là muối và ancol?

RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O RCOOR1 + NaOH → RCOONa + R1OH

Do phản ứng không còn axit để tham gia phản ứng với ancol nên phản ứng chỉ xảy

ra theo một chiều duy nhất

*Trường hợp 2: Tại sao phản ứng của nhôm với dung dịch kiềm lại có sự tham gia

của H2O trong khi phản ứng của Zn với dung dịch kiềm lại không có H2O?

Giải quyết vấn đề:

- Khi Al tác dụng với dung dịch kiềm thì:

Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3/2H2+

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2H2

- Khi cho Zn tác dụng với dung dịch kiềm thì:

Zn + 2H2O → Zn(OH)2 + H2+

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2

*Trường hợp 3: Phản ứng sau: SO2 + Na2CO3 → Na2SO3 + CO2 có xảy ra không? Giải quyết vấn đề:

SO2 + H2O H2SO3+

2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 + H2O2Cl2 + H2O + Na 2CO 3 → 2NaCl + 2HClO + CO2↑Hiện tượng: Mất màu vàng lục của khí Cl2 và có bọt khí CO2 sủi lên

- Cho SO3 tác dụng với dung dịch BaCl2

SO3 + H2O → H2SO4+

H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl

SO3 + H2 O + BaCl 2 → BaSO4↓ + HCl Hiện tượng: Có kết tủa trắng của BaSO4

- Sục khí CO2 tới dư vào dung dịch

NaAlO2 NaAlO2 → Na+ + AlO2

-CO2 + H2O H2CO3+

H2CO3 HCO3 - + H+

H+ + AlO2 - + H2O → Al(OH)3NaAlO2 + CO2 + 2H2O → Al(OH)3↓ + NaHCO3Hiện tượng: Có kết tủa keo trắng

- Cho dung dịch AlCl3 tới dư vào dung dịch NaAlO2

3NaAlO2 → 3Na+ + 3AlO2

-AlCl3 → Al3+ + 3Cl+

-Al3+ + 6H2O → Al(OH)3 + 3H3O+3H3O+ + 3AlO2 - → 3Al(OH)3↓3NaAlO2 + AlCl3 + 6H2O → 4Al(OH)3↓ + 3NaClHiện tượng: Có kết tủa keo trắng

- Cho dung dịch NH4Cl vào dung dịch NaAlO2

NaAlO2 → Na+ + AlO2

-NH4Cl → NH4 + + Cl+

-NH4 + + H2O NH3 + H3O+

H3O+ + AlO2 - → Al(OH)3↓NaAlO2 + NH4Cl + H2O → NH3↑ + NaCl + Al(OH)3↓Hiện tượng: Có kết tủa keo trắng và khí mùi khai

- Cho kim loại có thể tác dụng với nước ở điều kiện thường (kim loại nhóm

IA, Ca, Sr, Ba) vào dung dịch muối

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2+

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO42Na + 2H2O + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 + H2↑Hiện tượng: Có kết tủa màu xanh lam và sủi bọt khí H2

*Trường hợp 5: Đếm số lượng các phản ứng xảy ra

Ví dụ 1: Cho BaO vào dung dịch H2SO4 loãng thu được kết tủa X và dd Y, lọc kết

tủa cho dd NaHCO3 vào dd Y lại thấy có kết tủa Nếu thêm Al dư vào dd Y thấy cókhí bay ra và thu được dd Z Cho Na2CO3 vào Z thấy có kết tủa Số phản ứng đãxảy ra trong các thí nghiệm trên là:

A.6 B.3 C.5 D.4 Giải quyết vấn đề: Vì dung dịch Y có thể tác dụng với

NaHCO3 tạo kết tủa nên ban đầu phản ứng xảy ra là:

BaO + H2SO4 → BaSO4 + H2OBaO + H2O → Ba(OH)2

2NaHCO3 + Ba(OH)2 → Na2CO3 + BaCO3↓ + 2H2O Khi cho Al vào dung dịch sau phản ứng:

Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3/2H22Al(OH)3 + Ba(OH)2 → Ba(AlO2)2 + 4H2O

Na2CO3 + Ba(AlO2) 2 → BaCO 3↓ + 2NaAlO2

Vậy số phản ứng đã xảy ra là 6 Chọn đáp án A.

Ví dụ 2: Cho hỗn hợp gồm Al, Fe, Cu tác dụng hoàn toàn với dung dịch NaOH dư,

sau phản ứng thu được dung dịch A, khí B và phần rắn C Cho C tác dụng hết với dung dịch HNO3 đặc, vừa đủ, đun nóng thu được dung dịch X và khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất) Thêm dung dịch NaOH tới dư vào dung dịch X thì thu được kết tủa

Y Số phản ứng đã xảy ra trong các thí nghiệm trên là:

Giải quyết vấn đề: Các phản ứng đã xảy ra

Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3/2H2Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2OFe(NO3)3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaNO3Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2NaNO3

Vậy số phản ứng là 6 Chọn đáp án C.

*Trường hợp 6: Dùng trong bài nhận biết hoặc xác định sản phẩm

Ví dụ 1: Có 5 mẫu kim loại: Ba, Mg, Fe, Ag, Al Nếu chỉ dùng dung dịch H2SO4loãng (không dùng thêm bất cứ chất nào khác kể cả quỳ tím và nước nguyên chất)thì số kim loại có thể nhận biết được tối đa là:

Ba + H2SO4 → BaSO4↓ + H2↑

5

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2↑

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑Cho Ba dư vào ống chứa dung dịch H2SO4 loãng, sau phản ứng lọc bỏ kết tủa ta thu được dung dịch Ba(OH)2

Ba + H2SO4 → BaSO4↓ + H2

Ba(dư) + 2H2O → Ba(OH)2 + H2Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vừa điều chế được vào 3 dung dịch muối trên thì:

- Muối tác dụng tạo kết tủa trắng là MgSO4

MgSO4 + Ba(OH)2 → Mg(OH)2↓ + BaSO4↓

- Muối tác dụng tạo kết tủa trắng xanh, sau đó hóa nâu khi để trong không khí là FeSO4

FeSO4 + Ba(OH)2 → Fe(OH)2↓ + BaSO4↓4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓

- Muối tác dụng tạo kết tủa trắng sau đó kết tủa tan lại một phần là Al2(SO4)3

Al2(SO4)3 + 3Ba(OH)2 → 2Al(OH)3↓ + 3BaSO4↓2Al(OH)3 + Ba(OH)2 → Ba(AlO2) 2 + 4H 2O

Vậy ta nhận biết được cả 5 mẫu kim loại Chọn đáp án A.

Ví dụ 2: Hỗn hợp X chứa Na2O, NH4Cl, NaHCO3 và BaCl 2 có số mol mỗi chất

đều bằng nhau Cho hỗn hợp X vào H2O (dư), đun nóng thì dung dịch thu được chứa sản phẩm là:

C NaCl, NaHCO3, NH4Cl, BaCl2 D NaCl

NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O1(mol) 1(mol) 1(mol)

BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3↓ + 2NaCl1(mol) 1(mol)

Như vậy dung dịch sau phản ứng chỉ còn NaCl Chọn đáp án D.

*Trường hợp 7: Nhận xét về vai trò của các chất

Ví dụ: Khi cho một mẩu nhôm vào dung dịch NaOH dư thì nhận xét đúng là:

A Nhôm không có phản ứng với NaOH do hiđroxit của nhôm kết tủa

B Nhôm tan trong dung dịch NaOH, sau phản ứng chỉ thu được dung dịch

C Có phản ứng xảy ra và NaOH là chất oxi hóa

D Có phản ứng xảy ra và H2O là chất oxi hóa

Giải quyết vấn đề:

Khi cho Al vào dung dịch NaOH thì phản ứng xảy ra là:

Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3/2H2+

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2H2Như vậy ta thấy H2O là chất oxi hóa, còn NaOH chỉ tham gia phản ứng trao đổi hòatan Al(OH)3 Chọn đáp án D.

*Trường hợp 8: Phản ứng của peptit hoặc các hợp chất chứa cầu -CO-NH- với dung

dịch axit hoặc dung dịch kiềm

- Cho peptit tác dụng với dung dịch HCl:

H2N-CH(R1)-CO-NH-CH(R2)-COOH + H2O → H2N-CH(R1)-COOH +

- Cho peptit tác dụng với dung dịch NaOH:

H2N-CH(R1)-CO-NH-CH(R2)-COOH + H2O → H2N-CH(R1)-COOH + H2N-CH(R2)-COOH

+

H2N-CH(R1)-COOH + NaOH → H2N-CH(R1)-COONa + H2O

H2N-CH(R2)-COOH + NaOH → H2N-CH(R2)-COONa + H2O

H2N-CH(R1)-CO-NH- CH(R2)-COOH + 2NaOH → H2N-CH(R1)-COONa

+ H2N-CH(R2)-COONa + H2O

- Hợp chất caprolactam tác dụng với dung dịch NaOH:

C=O(CH2)5 + H2O → H2N-(CH2)5-COOH

NH+

H2N-(CH2)5-COOH + NaOH → H2N-(CH2)5-COONa + H2O

C=O(CH2)5 + NaOH → H2N-(CH2)5-COONa

4R + O2 → 2R2O2R + O2 → R2O2Chất rắn sau phản ứng có thể gồm: R2O, R2O2, R(dư)

Nếu cho chất rắn này tác dụng với H2O dư thì:

R2O + H2O → 2ROH2R2O2 + 2H2O → 4ROH + O2↑2R + 2H2O → 2ROH + H2↑

- Trường hợp 2: Đốt cháy kim loại kiềm trong không khí

4R + O2 → 2R2O2R + O2 → R2O26R + N2 → 2R3NChất rắn sau phản ứng có thể gồm: R2O, R2O2, R(dư), R3N

Nếu cho chất rắn này tác dụng với H2O dư thì:

R2O + H2O → 2ROH2R2O2 + 2H2O → 4ROH + O2↑2R + 2H2O → 2ROH + H2↑

R3N + 3H2O → 3ROH + NH3↑

*Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 1 mẩu Na trong không khí, sau phản ứng thu được

chất rắn A Hòa tan A trong H2O dư thu được dung dịch B và 4,48 lít hỗn hợp khí C (đktc) có tỉ khối so với H2 là 12,25 Để trung hòa dung dịch B cần 500 ml dung dịchHCl 2M Tính khối lượng mỗi chất trong A

Giải quyết vấn đề:

Do đốt cháy hoàn toàn nên Na đã phản ứng hết Sau phản ứng thuđược hỗn hợp khí C nên trong A chắc chắn có Na2O2, Na3N, có thể có Na2O

4Na + O2 → 2Na2O2Na + O2 → Na2O26Na + N2 → 2Na3NCho chất rắn A tác dụng với H2O thì:

Cho dung dịch sau tác dụng với dung dịch HCl thì:

NaOH + HCl → NaCl + H2O1(mol) 1(mol)

Giả sử hỗn hợp C có: x mol O2, y mol NH3

Từ giả thiết ta có: x= 0,1(mol); y= 0,1(mol)

Vậy trong hỗn hợp A có: 9,3 gam Na2O; 15,6 gam Na2O2 và 8,3 gam Na3N

8

Ví dụ 2: Đốt cháy 15,6 gam một kim loại kiềm trong không khí một thời gian ta thu

được 17,76 gam hỗn hợp chất rắn A Cho A tác dụng hoàn toàn với H2O dư, đun nóng

ta thu được dung dịch X và 1,792 lít khí Z (đktc) gồm 2 khí có khả năng làm xanh quỳ tím ẩm và có tỉ khối so với H2 là 4,75 Công thức của kim loại kiềm là:

Giải quyết vấn đề:

Ta có: MZ = 9,5 → Z có H2 → trong A có kim loại kiềm dư

Z có khả năng làm xanh quỳ tím ẩm nên có NH3 → trong A có muối nitrua

Z có 2 khí nên trong A không có peoxit

4R + O2 → 2R2O

6R + N2 → 2R3N0,12(mol) 0,04(mol)Cho A tác dụng với nước dư:

R2O + H2O → 2ROHa(mol)

2R + 2H2O → 2ROH + H2↑

R3N + 3H2O → 3ROH + NH3↑

Giả sử trong Z có: x(mol) H2, y(mol) NH3

Từ giả thiết ta có: x= 0,04(mol) ; y= 0,04(mol)

40 ml dung dịch H2SO4 2M Tổng khối lượng các chất trong X là:

3 Đốt cháy m gam Na trong 7,28 lít O2 (đktc) đến hoàn toàn ta thu được chất rắn

M Cho M tác dụng hoàn toàn với H2O dư thu được dung dịch A và hỗn hợp khí B

có tỉ khối so với H2 là 401/26 Để trung hòa hoàn toàn dung dịch A cần dùng vừa đủ

405 ml dung dịch HCl 2M Giá trị của m và khối lượng của Na2O trong M là:

Dạng 3: Phản ứng hiđrat hóa anken, ankin.

*Lý thuyết: Anken và ankin có liên kết nên có thể tham gia phản ứng cộng với

nước (phản ứng hiđrat hóa)

- Với anken: phản ứng hiđrat hóa xảy ra khi cho anken tác dụng với nướctrong điều kiện có xúc tác là môi trường axit, đun nóng

- Anken đối xứng khi hiđrat hóa chỉ thu được 1 anken duy nhất, anken

không đối xứng khi hiđrat hóa có thể thu được 2 sản phẩm chính phụ theo quy tắc Maccopnhicop ↔ nếu sau phản ứng hiđrat hóa một anken mà chỉ thu được 1 sản phẩm duy nhất thì anken đó là anken đối xứng

- Sau phản ứng hiđrat hóa anken thu được ancol no, đơn chức, mạch hở ↔nếu một hiđrocacbon thực hiện phản ứng hiđrat hóa thu được ancol no, đơn chức,mạch hở thì hiđrocacbon đó là anken

- Với ankin: Phản ứng hiđrat hóa xảy ra khi cho ankin tác dụng với

H2O trong điều kiện có xúc tác là HgSO4, 800C

CH CH + H2O → CH3CHO

CH3-C CH + H2O → CH3CO-CH3

CH3-C C-CH3 + H2O → CH3-CH2CO-CH3+ Nhận xét:

-Chỉ có axetilen khi hiđrat hóa tạo thành anđêhit, các ankin còn lại khihiđrat hóa đều chỉ thu được xeton

- Sau phản ứng hiđrat hóa ankin thì cả ankin có liên kết ba đầu mạch dư lại và

CH3CHO tạo ra đều có khả năng tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3 nhưng với ankin

có liên kết ba đầu mạch là phản ứng thế còn anđêhit là phản ứng tráng gương

*Ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 7,84 lít hỗn hợp (đktc) gồm 2 hiđrocacbon X, Y và

dẫn toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)2 thấy có 30 gam kết tủa và khối lượng dung dịch tăng 22,08 gam Nếu tiến hành phản ứng hiđrat hóa của

2 hiđrocacbon trong điều kiện thích hợp ta thu được hỗn hợp 2 ancol no, đơn chức, mạch hở là đồng đẳng kế tiếp Xác định công thức phân tử của X,Y

Giải quyết vấn đề:

Do khi hiđrat hóa hỗn hợp 2 hiđrocacbon thu được hỗn hợp 2 ancol no, đơnchức, mạch hở là đồng đẳng kế tiếp → hỗn hợp hiđrocacbon gồm 2 anken là đồngđẳng kế tiếp nhau

Gọi công thức trung bình của hỗn hợp là: CnH2n 0,35(mol)

Khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp và cho sản phẩm hấp thụ hết vào dung dịch

Ca(OH)2 thì khối lượng dung dịch tăng 22,08 gam nên ta có phương trình

(44.0,35n + 18.0,35n) - 30 = 22,08 → n = 2,4 → hai anken là C2H4 và C3H6

10