Sáng kiến kinh nghiệm trung học cơ sở xây dựng tư duy qua bài tập CO, h2 khử oxit kim loại

Hệ thống bài tập và phươngpháp giải bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại có nhiều ý nghĩa: Học sinh tìm ra phương pháp giải nhanh rất hiệu quả đặc biệt trong dạng bài tậptrắc nghiệm khách qu

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hóa học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông Môn

Hóa học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông cơ bản và thiếtthực đầu tiên về Hóa học, giáo viên bộ môn Hóa học cần hình thành ở các em một kĩnăng cơ bản, phổ thông và thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng choviệc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động Cónhững đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu chân lí khoa học,

có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình và xã hội, có thể hòa nhập với môitrường thiên nhiên chuẩn bị cho học sinh học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động

theo phương pháp thông thường thì mất rất nhiều thời gian làm bài, hơn nữa lại trìnhbày dài dòng và khó hiểu; hơn nữa để giải nhanh bài tập nhất là bài tập trắc nghiệmđịnh lượng cần đòi hỏi phải tiết kiệm thời gian mà đề thi trắc nghiệm trong các bàikiểm tra định kì chiếm khoảng từ 20% đến 50%, thi Đại học 100% Xuất phát từthực tế giảng dạy, nhiều năm ôn thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh tôi thấy dạng bài

trong bài tập đại trà, thi học sinh giỏi các cấp, thi đại học Hệ thống bài tập và phươngpháp giải bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại có nhiều ý nghĩa:

Học sinh tìm ra phương pháp giải nhanh rất hiệu quả đặc biệt trong dạng bài tậptrắc nghiệm khách quan

Đòi hỏi học sinh không những nắm rõ bản chất, kĩ năng tính toán mà còn tìmhướng giải quyết nhanh, ngắn gọn, tiết kiệm thời gian

Trong thời gian ngắn nhất đưa ra kết quả chính xác nhất và đó chính là mụctiêu chung của giáo viên, học sinh sẽ tận dụng tốt thời gian kiểm tra, thi cử

Học sinh có cách kiểm tra nhanh kết quả, rèn luyện tư duy cho học sinh đíchđến, điểm đến

Vậy để nâng cao chất lượng giáo dục đại trà, tập trung mũi nhọn đội tuyển thi

học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh Tôi mạnh dạn đưa và chọn đề tài “Xây dựng tư

duy qua bài tập CO, H 2 khử Oxit kim loại ”

II MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1 Mục đích :

- Nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy – học Hóa học

- Giúp cho học sinh nắm chắc được phương pháp làm nhanh một số dạng bàitập Từ đó rèn kĩ năng giải nhanh một số dạng bài tập Hóa học

- Phát huy tính tích cực và tạo hứng thú cho học sinh trong học tập đặc biệt làtrong giải bài tập Hóa học.

- Là tài liệu rất cần thiết cho việc ôn HSG khối 9 và giúp giáo viên hệ thốngHóa được kiến thức, phương pháp dạy học

- Một số bài tập minh họa và bài tập vận dụng

III

ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu

THCS

2 Thời gian nghiên cứu

Hệ thống bài tập tích lũy nhiều năm Đã áp dụng giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi.Tôi tiến hành nghiên cứu thêm và bổ sung hoàn thiện trong năm hoc 2017-2018

3 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành tốt đề tài này, tôi đã vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa họcnhư:

- Phân tích lí thuyết, điều tra cơ bản, tổng kết kinh nghiệm sư phạm và sử dụngmột số phương pháp thống kê toán học trong việc phân tích kết quả thực nghiệm sưphạm v.v…

- Khảo sát đánh giá thực trạng học sinh giỏi Hóa học, qua đó đề ra những giảipháp hữu hiệu

- Nghiên cứu kĩ SGK Hóa học 9 và các sách nâng cao về phương pháp giải bàitập, tham khảo các tài liệu đã được biên soạn và phân tích, hệ thống các dạng bài toán

Hóa học theo nội dung đã đề ra.

- Đúc rút kinh nghiệm của bản thân trong quá trình dạy học

- Tham khảo, học hỏi kinh nghiệm một số đồng nghiệp

- Áp dụng đề tài vào chương trình giảng dạy đối với học sinh lớp 9 đại trà và ônthi HSG

PHẦN II NỘI DUNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CƠ SỞ LÝ LUẬN

Dạng bài toán cơ bản là dạng bài toán có nội dung đơn giản, chỉ vận dụng trựctiếp những kiến thức vừa học xong và vận dụng rất ít những kiến thức đã học, đa sốhọc sinh đều có thể giải được

Từ bài toán cơ bản thay đổi giả thiết hoặc kết luận ta có những bài toán mới Từbài toán cơ bản kết hợp với các bài toán phụ dạng khác ta có bài tập nâng cao Từnhững bài tập nâng cao ta tìm ra nhũng cách giải mới hay hơn nhanh hơn

Về nguyên tắc, muốn giải nhanh và chính xác một bài toán Hóa học thì nhấtthiết học sinh phải hiểu sâu sắc nội dung và đặc điểm của bài toán đó Nắm vững cácmối quan hệ giữa các lượng chất cũng như tính chất của các chất, viết đúng cácphương trình phản ứng xảy ra Thực tế có rất nhiều bài toán phức tạp: các dữ kiện đềbài cho ở dạng tổng quát hoặc không rõ, hoặc thiếu nhiều dữ kiện…tưởng chừng nhưkhông bao giờ giải được Muốn giải chính xác và nhanh chóng các bài toán loại nàythì phải chọn một phương pháp phù hợp nhất (phương pháp giải thông minh) Vì vậyhọc sinh phải biết nhận dạng bài tập, xác định hướng giải có phù hợp Đây là khâuquan trọng nhất của quá trình giải bài tập Để làm được điều đó học sinh đọc kĩ bài,tóm tắt được đầu bài theo sơ đồ tư duy: điều đã biết, điều chưa biết, sử dụng phươngpháp nào nhanh và hiệu quả nhất Trong đề tài này tôi khai thác định luật bảo toànkhối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn electron va dạng bài tậpchất khí Trong phạm vi của đề tài này, tôi xin được trình bày một số bài tập định tính

và bốn dạng bài tập định lượng

II CƠ SỞ THỰC TIỄN

Thực tế cho thấy quá trình học Hóa học đa số các em học sinh chỉ nắm đượccác khái niệm, các tính chất mà chưa biết vận dụng,khai thác, mở rộng, nâng cao bàitoán, khó khăn khi kết hợp các dạng bài tập với nhau Thậm chí có em còn mất gốc cảkiến thức cơ bản Đối với giáo viên chỉ mới cung cấp kiến thức cơ bản sách giáo khoahoặc các tài liệu tham khảo mà chưa có hệ thống các bài tập mở rộng giúp học sinhhiểu tận gốc rễ và cách phát triển mở rộng các bài toán.Trong quá trình dạy học người

giáo viên phải giúp học sinh xây dựng tư duy: biết cách phát triển tính logic, tổnghợp bài toán, phát triển bài toán từ bài toán gốc, kết hợp nhiều dạng toán trong mộtbài để có những bài toán hay.

Chất rắn X + CO,(H2 ) –> Chất rắn Y + CO2 (H2O,CO, H2 )

Bài toán thường tính toán các đại lượng như khối lượng chất rắn trước và sau phản

Hoặc cho các đại lượng yêu cầu xác định công thức hóa học của hợp chất.Nhưng ởcác bài toán mở rộng, để xác định được lượng chất rắn Y và lượng chất khí , (hơinước ) sau phản ứng thường kết hợp với nhiều bài toán phụ như: cho chất rắn Y phảnứng với dung dịch axit loãng (bài mở rộng cơ bản), cho chất rắn Y phản ứng với dungdịch axit đặc (bài nâng cao), cho hơi nước hấp thụ vào axit H2SO4 đặc, cho CO2 phảnứng với dung dịch kiềm Vì vậy khi mở rộng bài toán cơ bản phải kết hợp với bàitoán phụ như:

Dạng bài tập kim loại phản ứng với dung dịch axit

Dạng bài tập nồng độ dung dịch

Dạng bài tập chất khí

Dạng bài tập xác định công thức hóa học của hợp chất

Và cần vận dụng các phương pháp giải bài tập như:

Phương pháp bảo toàn khối lượng ( BTKL )

Phương pháp bảo toàn nguyên tố

Phương pháp bảo toàn electron

Phương pháp quy đổi

III.ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG

Trong những năm gần đây, vấn đề dạy và học môn hoá học đã và đang đổimới và là một trong những môn có chuyển biến mạnh mẽ về đổi mới phương phápdạy học

Được sự đồng tình của xã hội, nhất là các bậc cha mẹ học sinh tích cực phối hợpcùng với nhà trường trong công tác giáo dục đạo đức cho học sinh.

Tôi đã tiến hành khảo sát bài tập dạng 1,2 tại lớp 9A và 9B và thu được kết quảnhư sau:

Kết quả khảo sát bài dạng 1,2 : (Chưa áp dụng đề tài)

1.Mục tiêu của giải pháp

Đưa ra các dạng bài tập, đặc điểm từng dạng và phương pháp giải từng dạng, cách kết hợp với các dạng bài tập khác,cách sử dụng các phương pháp giải giúp học sinh xây dựng tư duy giải bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại cho học sinh đại trà và giúp học sinh giỏi thành thạo loại bài tập này

2.Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp

A BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH

1 Đặc điểm bài toán

sản phẩm thu được, hoặc cho sản phẩm phản ứng với các chất khác Viết các phươngtrình phản ứng

2 Phương pháp giải

- Dãy hoạt động hóa học của kim loại:

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

các phương trình phản ứng xảy ra

Na2O hết, sau phản ứng hoàn toàn còn lại các chất rắn: CaO, Al2O3, Cu, Fe

Tác dụng với dung dịch NaOH có các phản ứng:

CaO + H2O → Ca(OH)2

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 +H2O

Al2O3 + Ca(OH)2 → Ca(AlO2)2 +H2O

CaO + H2O → Ca(OH)2

2NaOH + CuCl2 → 2NaCl + Cu(OH)2

Ca(OH)2 + CuCl2 → CaCl2 + Cu(OH)2

Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu

Bài 2:

Dẫn luồng khí H2 dư đi qua các ống lần lượt chứa các chất rắn dạng bột: CaO, CuO, Al2O3, Fe2O3 và Na2O, các ống đó đều được đốt nóng và mắc nối tiếp bằng các ống dẫn khí Sau đó lấy các sản phẩm còn lại trong mỗi ống chia làm 2 phần:

Ngoài ra chúng ta còn thu được chất rắn màu xám nhẹ của Fe, màu đỏ của Cu do

Xuất hiện kết tủa có màu đen:

AgNO3 + NaOH → AgOH + NaNO3

2AgNO3 + Ca(OH)2 → 2AgOH + Ca(NO3)2

Xuất hiện chất rắn màu xám bạc, sau đó một thời gian lại xuất hiện chất rắn màu

đỏ

Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag

Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)22 + 2Ag

Fe(dư) + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu

Ngoài ra chúng ta thu được Al2O3 , CaO và Na2O có màu trắng

Nhận xét: Để làm được loại bài tập định tính học sinh cần nắm được kiến thức

về tính chất hóa học của nước,về tính chất hóa học của oxit axit ,oxit bazơ,về tính chất hóa học của muối và các hợp chất khác kết hợp với dạng CO, H2 khử oxit kim loại.Từ đó viết đúng các phương trình phản ứng.

B: BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG

DẠNG 1 BÀI TẬP CO, H 2 KHỬ OXIT KIM LOẠI SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BTKL, BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN

1 Đặc điểm bài toán

Bài toán thường tính toán các đại lượng như khối lượng chất rắn trước và sau phản

Hoặc cho các đại lượng yêu cầu xác định công thức hóa học của hợp chất

2 Phương pháp giải

X) thu được kim loại hoặc hỗn hợp kim loại và các oxit ( chất rắn Y) và CO2 , H2.Ta

có sơ đồ:

Chất rắn X + CO,(H2 ) –> Chất rắn Y + CO2 (H2O,CO, H2 )

- CO, H2 khử được các oxit kim loại từ Zn trở về cuối dãy điện hóa

* Khử các oxit, CO , H2 lấy oxi của oxit để tạo ra kim loại và CO2 , H2O theo phản ứng:

H2 + O (oxit)  H2O

=> nO (oxit) = nCOpu = nH2pu = nCO2 = nH2O

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

mY = mX - mO

Khối lượng chất rắn X giảm chính là khối lượng của của Oxi trong các oxit

3 Các trường hợp thường gặp

Trường hợp 1:Bài toán cơ bản:

Bài toán cho hai trong ba đại lượng khối lượng của chất rắn X, khối lượng chấtrắn Y, lượng CO,CO2, H2 ,H2O.Tính một đại lượng còn lại

Ví dụ 1:

Khối lượng chất rắn còn lại trong ống sứ là: 24  1,6 = 22,4 gam

Cách nhẩm: nO trong hỗn hợp oxit bằng số mol khí nên: mY = 24- 0,1.16 = 22,4g

Ví dụ 3:

gam hỗn hợp 3 oxit: CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hoàn toàn Sau phản ứng thu được m gam chất rắn và một hỗn hợp khí và hơi nặng hơn khối lượng của hỗnhợp V là 0,32 gam Tính V và m

 

n CO  n H 2  0,02 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

moxit = mchất rắn + 0,3216,8 = m + 0,32

Thay đổi hình thức giả thiết và kết luận ta các trường hợp sau:

Trường hợp 2 :

Chất rắn X + CO,(H2 ) –> Chất rắn Y + CO2 (H2O )

Chất rắn Y cho tác dụng với lượng dung dịch axit thu được lượng chất khí.Sửdụng định luật bảo toàn nguyên tố: lượng kim loại trong X bằng lượng kim loại trong

Y bằng lượng kim loại cho phản ứng với axit.Đưa bài toán về dạng cơ bản như trườnghợp 1

Ví dụ 1:

vừa đủ trong 0,3 lít dung dịch H2 SO4 1M cho ra 4,48 lít khí (đktc) Tính m?

cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Sau phản ứng thu được 20,8 gam chất rắn Mặt khác 0,15 mol hỗn hợp X tác dụng vừa đủ với 225ml dung dịch HCl 2M Hãy viết các phương trình phản ứng xảy ra và tính % số mol của mỗi chất trong hỗn hợp X

* Theo 3,4,5 ta có 0,15 mol hh X phản ứng vừa đủ với 0,45 mol HCl

Vậy (a+b+c)……… ….(8a+2b+2c)……

Ta có : 0,15(8a+2b+2c) = 0,45(a+b+c) => 5a – b – c = 0 (**)

* Vậy ta có hệ pt:

232a +40 b + 80 c = 25,6168a + 40b + 64c = 20,85a – b – c = 0

Trường hợp 3: H2 khử oxit kim loại sau phản ứng cho hỗn hợp khí và hơi qua H2SO4

bài toán về dạng cơ bản như trường hợp 1

Ví dụ :

phản ứng khử được hoà tan bằng axit sunfuric H2SO4 loãng thấy thoát ra 3,36 lít khí Tìm công thức của oxit sắt đã dùng

BÀI GIẢI

Gọi công thức oxit sắt là: FexOy

Trường hợp 4 : Xác định công thức oxit kim loại.

Trong phần này thường gặp bài tập xác định công thức oxit kim loại hoặc oxitsắt

Để xác định công thức của oxit sắt (FexOy) ta có thể làm như sau:

3

; ) O Fe ( 3

2

; ) FeO ( 1

1 n

2 O

Dẫn H2 dư qua 8,14 gam hỗn hợp A gồm CuO, Al2O3 ,FenOm nung nóng, sau

dụng với dung dịch NaOH loãng dư, lọc lấy kết tủa đem nung trong không khí đến

khối lượng từng chất trong A

Tiếp tục tăng độ khó các bài toán bằng để tìm được lượng chất khí sau phảnứng hoặc tìm được chất rắn sau phản ứng bằng các bài toán phụ khi cho các chất nàyphản ứng với các chất khác Ta có thêm các dạng sau:

DANG 2: BÀI TẬP CO, KHỬ OXIT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI BÀ I TẬP

CO 2 PHẢN ỨNG VỚI KIỀM.

1 Đặc điểm bài toán

Bài toán thường tính toán các đại lượng như khối lượng chất rắn trước và sau phản

2 Phương pháp giải

Chất rắn X + CO –> Chất rắn Y + CO2 (CO )

Cho hỗn hợp chất khí sau phản ứng tác dụng với dung dịch kiềm.Để tính được

Bài toán nghịch: VD: Cho x mol CO2 tác dụng với a mol OH- tạo thành b mol kết tủa( b mol muối trung hòa) Tìm giá trị x biết b, biết a và b

Phương trình:

CO2 +2 OH− ¿¿  CO32− ¿ ¿ + H2O (1)

CO2 + OH− ¿¿ H CO3– (2)

Giải: Với bài toán này thì chúng ta chú ý đến giá trị a, b

- Nếu a=2b thì bài toán rất đơn giản x= b

- Nếu a> 2b thì bài toán có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp

+ Trường hợp 2: Xảy cả 2 phản ứng (1),(2): Vậy x= a-b

3 Bài tập

Ví dụ 1:

nung nóng đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại

Tính khối lượng hỗn hợp hai oxit kim loại ban đầu?

gam kết tủa Mặt khác hòa tan B bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít khí

H2 (đktc)

a Tính thành phần phần trăm khối lượng các chất trong A

b Tính thành phần phần trăm khối lượng các chất trong B Biết trong B số mol

Fe3O4 bằng 1/3 tổng số mol FeO và, Fe2O3

BÀI GIẢI

Theo đề số mol Fe3O4 bằng 1/3 tổng số mol FeO và Fe2O3

Giải hệ PT(I, II, III, IV) ta có : x = y = 0,006 ; z = 0,012 ; u = 0,028

Trường hợp 2: Biết lượng kiềm và lượng kết tủa.cho biết (a và b) ta so sánh a và b:

- Nếu a=2b thì bài toán rất đơn giản x= b

- Nếu a> 2b thì bài toán có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp

+ Trường hợp 2: Xảy cả 2 phản ứng (1),(2): Vậy x= a-b

Ví dụ :

Cho dòng khí CO qua ống sứ đựng 31,2 gam hỗn hợp gồm CuO và FeO nungnóng Sau phản ứng thu được chất rắn A Cho khí thoát ra khỏi ống sứ lội từ từ qua 1

a Tính khối lượng của A

b Chia A làm 2 phần bằng nhau:

- Phần 1 cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 0,56 lít H2 (đo ở đktc)

muối trung hoà và V lít SO2 (đo ở đktc)

Tính khoảng giá trị của V

2CO2 + Ba(OH)2  Ba(HCO3)2 (4)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho (1) và (2)

Vì A chia 2 phần bằng nhau nên n Fe + n Cu = 0,15/2 = 0,075 mol

nCu trong ½ A = 0,075 - 0,025 = 0,05 mol

(mFeO + mCuO) dư = 28,8/2 - 56.0,025 – 64.0,05 =9,8 gam

- Giả sử A không có CuO  nFeO = 9,8/72  0,136 mol

Cu + 2H2SO4  CuSO4 + SO2 + 2H2O (5)

0,05 0,05

2Fe + 6H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (6)

0,025 0,0375

2FeO + 4H2SO4  Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O (7)

0,136 0,068

Từ (5), (6) và (7)  nSO2 = 0,05 + 0,0375 + 0,068 = 0,1555 mol  VSO2 = 3,4832 lít

- Giả sử A không có FeO  nCuO= 9,8/80  0,1225 mol

CuO tác dụng H2SO4 không tạo ra SO2 nên nSO2 = 0,05 + 0,0375 = 0,0875 mol

VSO2 = 1,96 lít

Vậy khoảng xác định là: 1,96 < VSO2 < 3,4832

Trường hợp2: (Tương tự): 3,08 < VSO2 < 3,976

Nhận xét : Để giải được bài toán này học sinh cần nắm rõ kiến thức về dạng toán CO2 phản ứng với kiềm, kết hợp với bài toán cơ bản CO, H2 khử oxit kim loại.

DẠNG 3 : BÀI TẬP CO KHỬ OXIT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI BÀI TẬP

CHẤT KHÍ

1 Đặc điểm bài toán

Sau khi xảy ra phản ứng:

Chất rắn X + CO –> Chất rắn Y + CO2 (CO )

toán thường tính toán số mol hoặc thể tích 2 khí hoặc tỷ lệ số mol , tỷ lệ thể tích 2 khí

về dạng cơ bản Để tính được lượng khí ta dùng phương pháp sau:

Với MA, MB là khối lượng mol của khí A và khí B

Mtb là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và MA > MB Ta có: