Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric

Việc xác định mục tiêu đào tạo hóa học trongnhà trường có vai trò quyết định đến chất lượng dạy môn hóa học.Dạy môn hóa học trong nhà trường phổ thông gắn liền với việc thực hiệnđổi mới

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Hóa Học

THANH HOÁ NĂM 2021

trọng trong giáo dục phổ thông Việc xác định mục tiêu đào tạo hóa học trongnhà trường có vai trò quyết định đến chất lượng dạy môn hóa học.

Dạy môn hóa học trong nhà trường phổ thông gắn liền với việc thực hiệnđổi mới ra đề kiểm tra, đánh giá theo năng lực học của Bộ Giáo dục và Đào tạo,

Sở Giáo dục và Đào tạo Thanh Hóa

Để thực hiện nhiệm vụ năm học 2020-2021 của Sở giáo dục và Đào tạoThanh Hóa và trường THPT Thạch Thành 1 là đào tạo con người toàn diệnkhông chỉ cung cấp cho học sinh tri thức xã hội mà có cả kiến thức khoa học,không chỉ lí thuyết mà có cả thực tiễn Cho nên việc đổi mới phương pháp dạyhọc môn hóa học là rất cần thiết

Xuất phát từ thực tế dạy học môn Hóa học tại trường THPT cho thấy khảnăng nhận thức và phương pháp học của học sinh vẫn chưa đạt hiệu quả cao.Cấu trúc đề thi THPT Quốc gia năm học 2019-2020 có sự phân hóa về mức độnhận thức của học sinh rất rõ ràng, tôi nhận thấy việc học sinh phải biết nắmvững kiến thức trọng tâm, cơ bản, có phương pháp học bộ môn hóa học và vậndụng phương pháp giải nhanh bài tập là vô cùng cần thiết và quan trọng Điều

đó sẽ giúp người học có thể nâng cao điểm số bộ môn trong các bài kiểm tracũng như trong kỳ thi THPT Quốc gia và chắc chắn chất lượng giáo dục sẽ đượcnâng cao

Đối với chương trình hóa học phổ thông thì kiến thức về axit Nitric có nộidung bao quát nhiều vấn đề khó và phức tạp, có tính logic cao liên quan với các

nội dung học ở các khối lớp 11 và 12 Chính vì vậy, tôi lựa chọn sáng kiến “

Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với dung dịch axit Nitric”.

- Giúp học sinh ôn tập và những học sinh yêu thích môn hóa học cónguyện vọng thi khối A, B.

- Giúp học sinh hứng thú, yêu thích bộ môn Hóa học hơn

- Phương pháp này còn có thể được ứng dụng trong phạm vị nhất địnhtrong quá trình giảng dạy môn hóa học nói chung theo hướng đổi mới tronggiảng dạy, học tập và thi cử hiện nay

1.3 Đối tượng nghiên cứu

+ Khảo sát các đối tượng là học sinh lớp 11 hàng năm

+ Áp dụng với đại đa số các học sinh trong nhà trường

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện sáng kiến này tôi vận dụng một số phương pháp chủ yếusau:

- Phương pháp phân tích: xây dựng nội dung lí thuyết, nguyên tắc để vậndụng theo từng dạng bài tập

- Phương pháp hệ thống tổng hợp: xây dựng hệ thống các câu hỏi từ dễđến khó, từ đơn giản đến tổng hợp kiến thức trong đề thi THPT Quốc gia

- Phương pháp so sánh: dựa trên việc xây dựng các dạng bài tập chuyên

đề có liên quan chú ý tới chất lượng giải bài tập, hứng thú khi giải bài tập, phongphú đa dạng về nội dung, thể loại, bài tập có thể giải theo nhiều cách khác nhautrong đó có cách giải ngắn gọn nhưng đòi hỏi sự suy luận Học sinh được làmbài tập có và không sử dụng định bảo toàn electron trong quá trình giải bài tập.Giáo viên so sánh thời gian, thái độ và kết quả học tập của học sinh theo từngnhóm đối tượng học sinh trước và sau khi sử dụng phương pháp này

- Phương pháp thống kê: sau khi tiến thành thực nghiệm, giáo viên chấmbài, thống kê điểm và phân tích kết quả thực nghiệm Từ đó rút ra hiệu quả vàmức độ, phạm vi áp dụng của sáng kiến

1.5 Những điểm mới của SKKN.

- Sáng kiến kinh nghiệm đã chia được các dạng bài tập, phương phápgiải rõ ràng, dễ áp dụng.

- Hệ thống bài tập đa dạng

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2 1.Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

- Áp dụng định luật bảo toàn eletron trong phản ứng oxi hóa khử :

∑ số mol electron chất khử nhường = ∑ số mol electron chất oxi hóa nhận

- Phương pháp bảo toàn electron chỉ áp dụng cho phản ứng oxi hóa khử,chủ yếu áp dụng cho bài toán oxi hóa khử các chất vô cơ

- Có thể áp dụng định luật bảo toàn electron cho một phương trình, nhiềuphương trình hay toàn bộ quá trình, cho một hay nhiều chất khử và một haynhiều chất oxi hóa

- Xác định chính xác chất khử (nhường electron, số oxi hóa tăng sau phản ứng) và chất oxi hóa (nhận electron, số oxi hóa giảm sau phản ứng)

+ Xét cho một phương trình hay một quá trình, chỉ cần xác định trạng thái

số oxi hóa đầu và cuối của nguyên tố

+ Thường không quan tâm đến trạng thái số oxi hóa trung gian củanguyên tố

- Khi áp dụng định luật bảo toàn electron thường sử dụng kèm theo cácphương pháp bảo toàn khác (bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toànđiện tích ), phương pháp trung bình, phương pháp tăng giảm khối lượng…

- Đặc biệt khi cho đơn chất kim loại tác dụng với axit HNO3 và dung dịchsau phản ứng không chứa muối amoni: n NO −

3 ( tạo muối) = ∑ số mol e nhường (hoặc nhận)

- Số mol HNO3 làm môi trường = số mol HNO3 tạo muối = số mol e cho =

số mol e nhận

- Số mol HNO3 oxi hóa tính được theo số mol các sản phẩm khử, từ đó tatính được số mol HNO3 phản ứng

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Trong quá trình giảng dạy bộ môn Hóa học với đối tượng học sinh khối 11

và khối 12 tại trường THPT Thạch Thành 1 qua các năm, bản thân tôi và cácđồng nghiệp đều có những nhận định chung:

Về giáo viên, chúng tôi đã dạy và cho học sinh làm quen với phương phápgiải bài tập sử dụng định luật bảo toàn electron ngay từ lớp 10 sau khi các emhọc xong chương phản ứng oxi hóa khử song mới chỉ dừng ở các bài tập đơngiản

Về học sinh, mặc dù các em đã được làm quen và ôn luyện, song khảnăng nhận thức và nắm vững kiến thức của học sinh vẫn chưa tốt, kĩ năng toánhọc và tổng hợp kiến thức về axit HNO3 còn chậm, đồng thời các em gặp khókhăn khi xác định dạng bài tập từ đó khó đưa ra cách giải quyết bài tập Từ đócác em còn lúng túng, bị động và chưa thực sự hứng thú học trong quá trình giảibài tập liên quan đến axit HNO3

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

Xây dựng và phân loại các dạng bài tập

Dạng 1: Một kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra một sản phẩm khử

Cách 1 : Tính theo phương trình hóa học

+ Bước 1: Tính số mol các chất theo số liệu đề bài đã cho

nNO = 221,12,4= 0,05 (mol)

+Bước 2: Viết phương trình phản ứng ( Xác định sản phẩm phản ứng, xácđịnh số oxi hóa, thực hiện các bước cân bằng phản ứng oxi hóa khử)

3Cu + 8HNO3 (loãng)→ Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2O

0,075 ¬ 0,05 (mol)

+ Tính theo yêu cầu đề bài

⇒ mCu = 0,075 64 = 4,8 (g)

Cách 2 : Áp dụng định luật bảo toàn electron

+ Bước1: Dấu hiệu nhận biết để áp dụng định luật bảo toàn electron: có sựthay đổi số oxi hóa của các chất

+ Bước 2: Tính số mol các chất theo số liệu đề bài đã cho

VD3: Để m gam bột sắt ngoài không khí một thời gian thu được 11,8 gam hỗn

hợp các chất rắn FeO, Fe3O4, Fe2O3, Fe Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp đó bằngdung dịch HNO3 loãng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc) Giá trị của m là

A 5,02 gam B 9,94 gam  C 15,12 gam D 20,16 gam

Bài giải

Bài 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 6 gam hỗn hợp chất rắn X Hoà

tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 1,12 lít (ở đktc) NO (làsản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là

A 5,04  B 4,44 C 5,24 D 4,64

Bài 2: Cho 11,2 gam một kim loại Z tan trong một lượng HNO3 vừa đủ, sauphản ứng thu được dung dịch A và 4,48 lít khí NO (ở đktc) là sản phẩm khử duynhất Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối khan Kim loại Z và giá trị của

m là

A 55,6g, Fe B 48,4g, Fe  C 56,5g, Ca D 48,4g, Cu

Bài 3: Hoà tan hết 12 gam một kim loại chưa rõ hoá trị trong dung dịch HNO3

thu được 2,24 lit (đktc) một khí duy nhất có đặc tính không mầu, không mùi,không cháy, nhẹ hơn không khí Kim loại đó là

A Cu B Pb C Ni D Mg 

Dạng 2: Một kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra hỗn hợp sản phẩm khử

VD2: Hòa tan 4,59 gam Al bằng dung dịch HNO3 thu được hỗn hợp khí NO và

N2O có tỉ khối hơi đối với hiđro bằng 16,75 Thể tích NO và N2O (đktc) thuđược lần lượt là

A 13,32 gam B 13,92 gam  C 8,88 gam D 6,52 gam

N+5 +8e →N−3

0,06 →0,0075mol ⇒ m muối = 0,09.148 + 0,075 80 = 13,92 gam

b) Bài tập vận dụng

Bài 1:Hòa tan hoàn toàn 13 gam Zn trong dung dịch HNO3 loãng dư thu đượcdung dịch X và 0,448 lít N2 (đktc) Khối lượng muối trong dung dịch X là

A 18,9 gam B 37,8 gam C 28,35 gam D 39,8 gam 

Bài 2: Hoà tan 32g kim loại M trong dd HNO3 dư thu được 8,96lit (đktc) hỗnhợp khí gồm NO, NO2 có tỉ khối so với H2 là 17 Kim loại M là

A Mg B Al C Fe D Cu 

Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 16,2 gam một kim loại chưa rõ hoá trị bằng dung dịch

HNO3 được 5,6 lit (đktc) hỗn hợp A nặng 7,2 gam gồm NO và N2 Kim loại đólà

Dạng 3: Hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra một

sản phẩm khử

a) Ví dụ mẫu

VD1: Thể tích dung dịch HNO3 1M (loãng) ít nhất cần dùng để hòa tan hoàntoàn một hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe và 0,15 mol Cu là (biết phản ứng tạo chấtkhử duy nhất là NO)

Theo ĐLBT electron: ∑ n e nhường = 0,3 + 0,3 = 0,6 mol = n e nhận

⇒

3

NO

n − (muối) = n e nhận = 0,6 mol

Số mol electron do Cu nhường = 0,3 – 0,24 = 0,06 mol

0

Cu → 2

Cu+ + 2e 0,03 ¬ 0,06 mol ⇒ mCu = 0,03 64 = 1,92 gam

Nhận xét: Dung dịch X có thể gồm: Fe3+, HNO3 dư hay Fe2+ và Fe3+ khi phản

ứng với Cu tối đa thì dung dịch thu được sẽ có Cu2+ và Fe2+ Áp dụng ĐLBTelectron cho toàn bộ quá trình không cần xác định trong chất X (sản phẩm trunggian) có chất gì

VD3: Cho 38,7 gam hỗn hợp kim loại Cu và Zn tan hết trong dung dịch HNO3,sau phản ứng thu được 8,96 lít khí NO (ở đktc) sản phẩm khử duy nhất Vậykhối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp sẽ là

A 19,2 g và 19,5 g  B 12,8 g và 25,9 g

C 9,6 g và 29,1 g D 22,4 g và 16,3 g

Bài giải

n NO = 8,96 : 22,4 = 0,4 mol

Bài 1: Hòa tan hòa toàn 10,44 gam hỗn hợp X gồm Al và Fe trong dung dịch

HNO3 loãng dư thu được 6,496 lít khí NO duy nhất bay ra ở điều kiện tiêuchuẩn Tính % khối lượng của Al trong hỗn hợp X

A 51,72% B.38,79% C.25,86% D 46,45%

Bài 2: Cho 1,86 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg và Al tan hết trong dung dịch

HNO3 thu được 560 ml khí N2O ( sản phẩm khử duy nhất ở đktc) thoát ra vàdung dịch A Cô cạn dung dịch A thu được lượng muối khan bằng

A 41,26 gam B 14,26 gam C 24,16 gam D 21,46 gam

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 0,368 gam hỗn hợp gồm Al và Zn cần 25 lít dung dịch

HNO3 0,001M thì vừa đủ Sau phản ứng thu được 1 dung dịch gồm 3 muối Vậynồng độ mol/l của NH4NO3 trong dung dịch sau là

A 0,01 M B 0,001 M C 0,0001 M  D 0,1 M

Dạng 4: Hỗn hợp nhiều kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric tạo ra hỗn hợp sản phẩm khử

a) Ví dụ mẫu

VD1: Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu ( tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3

dư thu được V lít (đktc) hỗn hợp X ( gồm NO và NO2 là sản phẩm khử duynhất) và dung dịch Y Tỉ khối của X so với H2 bằng 19 Giá trị của V là

A 3,36 B 2,24 C 4,48 D 5,6

Giải

Cu → 2

Cu+ + 2e N+5 + 1e → N+40,1 → 0,2 mol x ¬ x mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x + x = 0,3 + 0,2

⇒ x = 0,125 mol

⇒ V = 0,125 2 22 ,4 = 5,6 lít

Nhận xét: Nếu bài toán này giải bằng cách viết phương trình phản ứng thì

viết tối đa 4 phương trình hóa hóa học ( mỗi kim loại tạo 1 sản phẩm khử) và tốithiểu 1 phương trình hóa học (khi gộp các chất theo đúng tỉ lệ mol), tuy nhiêncân bằng phương trình đó lại mất thời gian nhiều

VD2: Cho 3 kim loại Al, Fe, Cu vào 2 lít dung dịch HNO3 phản ứng vừa đủ thuđược 1,792 lít khí X (đktc) gồm N2 và NO2 có tỉ khối hơi so với H2 bằng 9,25 vàdung dịch Y( không chứa muối amoni) Nồng độ mol của HNO3 trong dung dịchđầu là

Áp dụng bảo toàn nguyên tố:

⇒ n HNO3 (bị khử) = n NO3− (muối) + n N(trong khí) 0,44 + 0,04.2 + 0,04 = 0,56 mol

CM HNO3 = 0,56 / 2 = 0,28M (Đáp án A)

b) Bài tập vận dụng

Bài 1: Hoà tan hết 7,44g hỗn hợp Al và Mg trong thể tích vừa đủ là 500ml dung

dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và 3,136 lit (đktc) hỗn hợp hai khí đẳngmol có khối lượng 5,18g, trong đó có một khí bị hoá nâu trong không khí Thànhphần phần trăm theo khối lượng của mỗi kim loại Mg và Al trong hỗn hợp lầnlượt là

A 81,8%; 18,2% B 27,42%; 72,58%.

C 18,8%; 81,2% D 28,2%; 71,8%.

Bài 2: Hòa tan hết 4,43 gam hỗn hợp Al, Mg trong dung dịch HNO3 loãng thuđược dung dịch X (không chứa muối amoni) và 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khíkhông màu có khối lượng 2,59 gam trong đó có một khí bị hóa thành màu nâutrong không khí Số mol HNO3 đã phản ứng là

A 0,51 B 0,45 C 0,55 D 0,49 

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 11 gam hh gồm Fe và Al trong dung dịch HNO3 dư thuđược 11,2 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO và NO2 có khối lượng 19,8 gam(biết phản ứng không tạo NH4NO3) Vậy khối lượng của mỗi kim loại trong hỗnhợp bằng

A 5,6 gam và 5,4 gam  B 2,8 gam và 8,2 gam

C 8,4 gam và 2,7 gam D 2,8 gam và 2,7 gam

Dạng 5: Xác định sản phẩm khử khi cho kim loại tác dụng với dung dịch axit nitric

VD1: Hòa tan hoàn toàn 4,05 gam bột Al trong dung dịch HNO3 dư thấy thoát ra0,56 lít khí X nguyên chất (đktc) và dung dịch có chứa 33,95 gam muối Khí Xlà

A N2O B N2  C NO2 D NO

n Al = 4,05

27 = 0,15 mol Axit dư

⇒ Theo ĐLBT khối lượng: ⇒ nAl = n Al(NO )3 3 = 0,15 mol

⇒ Không có Oxi trong X ⇒ N2

Nhận xét: Dạng bài tập này bài toán thường hay cho dữ kiện tính được

muối NH4NO3 Khi bài toán không cho sản phẩm khử duy nhất, hay muối duynhất thì chú ý sẽ có thể có muỗi NH4NO3 Tránh nhầm lẫn khí X nguyên chất(chỉ có 1 khí duy nhất) với sản phẩm khử duy nhất

VD2: Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO3 loãng, thuđược 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H2

⇒ MM = 3,024: (0,336/n) = 9n ⇒ n = 3, M = 27 ⇒ Al (Đáp án B)

VD 3 : Hòa tan 5,95 gam hỗn hợp Al, Zn có tỉ lệ mol là 2 : 1 bằng dung dịch

HNO3 loãng dư thu được 0,896 lít (đktc) một sản phẩm khử duy nhất có chứa nitơ X là

0,05mol→ 0,1 mol 0,1 mol 0,3 mol

Tổng số mol electron nhường = 0,1 + 0,3 = 0,4 mol

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với

bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

- Tiến hành rèn luyện thông qua các giờ luyện tập trên lớp, trong phầncủng cố bài, kiểm ra đầu giờ và hướng dẫn cho học sinh tự nghiên cứu ở nhà

- Giao bài tập cho học sinh về nhà làm, học sinh nộp bài làm, giáo viênchấm chữa bài, phân tích lỗi hay mắc phải của học sinh trong quá trình vậndụng

Giáo viên ra đề kiểm tra, học sinh làm trong thời gian 45 phút (thực hiệnvào buổi học chiều), giáo viên chấm bài và phân tích kết quả thu được

số

Xếp loại điểm Giỏi

≥8,0

Khá 6,5 - 7,5

T.bình 5,0 - 6,0

Yếu 3,5- 4,5

- Thời gian làm bài và kết quả bài kiểm tra của đa số học sinh sử dụngphương pháp giải bài tập này cao hơn khi chưa áp dụng.

- Hầu hết tất cả học sinh đều có thể tiếp cận, làm quen và có khả năng ápdụng phương pháp giải vào các bài tập vận dụng Đặc biệt học sinh khá giỏi rấthứng thú và áp dụng rất nhanh phương pháp này

- Đa số học sinh tiến thành thực nghiệm hứng thú với phương pháp giảibài tập này

- Một số ít học sinh gặp khó khăn khi áp dụng phương pháp này do nhậnthức của các em còn hạn chế (một số còn lúng túng khi xác định số oxi hóa,không có kĩ năng toán học hay không nhớ tính chất hóa học của axit HNO3)

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

3.1 Kết luận

- Việc áp dụng định luật bảo toàn elecron khi giải bài tập kim loại tácdụng với dung dịch axit Nitric trong dạy học môn Hóa học ở trường THPT đãđáp ứng được yêu cầu đổi mới ra đề kiểm tra, đánh giá năng lực của học sinhtheo định hướng của Bộ Giáo dục và Đào tạo

- Việc áp dụng nội dung của sáng kiến này trong dạy học môn Hóa học ởtrường THPT trong quá trình kiểm tra bài cũ, củng cố kiến thức, luyện tập, ôntập góp phần tạo ra hiệu quả tích cực cung cấp cho học sinh kiến thức, kĩ năngthiết thực để giải quyết các vấn đề phức tạp trong học tập và trong thi cử

- Đối với học sinh khi học nội dung này theo phương pháp đề xuất đãphát huy được tính tích cực và chủ động, tạo sự say mê yêu thích môn học

Nếu đề tài này giúp các thầy cô giáo hiểu được kỹ hơn và sâu hơn về

vấn đề “ Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với

dung dịch axit Nitric” hoặc tìm được một vài từ ngữ phù hợp, dễ hiểu để diễn

đạt vấn đề trên thì đó là điều tôi rất hạnh phúc Đề tài chắc chắn còn có chỗ chưađược như ý muốn, vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quýthầy cô