Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh sử dụng định luật bảo toàn electron để giải bài tập về kim loại tác dụng với dung dịch muối ở trường THPT hà văn mao

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT HÀ VĂN MAO SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI TÁC

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT HÀ VĂN MAO

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI Ở TRƯỜNG THPT HÀ VĂN MAO

Người thực hiện: Lê Anh Tuấn Chức vụ: TPCM SKKN thuộc môn: Hóa học

THANH HÓA, NĂM 2021

MỤC LỤC

Dạng 1: Một kim loại tác dụng với dung dịch chứa 1 muối 5 Dạng 2: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chứa 1 muối 6 Dạng 3: Một kim loại tác dụng với dung dịch chứa nhiều muối 8 Dạng 4: Hai kim loại tác dụng với dung dịch chứa 2 muối 10

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài.

Trong chương trình THPT hóa học là một môn học luôn đem lại sự thay đổi

diệu kỳ mà các em học sinh cảm nhận được ngay trong mỗi tiết học lý thuyêt và thực hành Nó giải thích được các hiện tượng cũng như các vấn đề trong cuộc sống bởi vì hóa học là môn khoa học thực nghiệm, lí thuyết đi đôi với thực tiễn Vậy để học sinh hiểu bản chất, khắc sâu các hiện tượng, các vấn đề mà các em được học vận dụng vào cuộc sống thì các em cần giải các bài tập định tính và định lượng Để làm được điều đó giáo viên là người có vai trò cực kì quan trọng vừa giúp học sinh lĩnh hội các tri thức, vừa là người gieo niềm đam mê, khả năng tự học, tự sáng tạo của học sinh Tuy nhiên để thành công trong sự nghiệp

“trồng người” ngoài năng lực chuyên môn, nghiệp vụ sư phạm còn đòi hỏi giáo viên phải đầu tư nhiều thời gian và thực sự tâm huyết với nghề,để có một bài giảng hay, thu hút học sinh giúp học sinh phát triển tư duy và niềm say mê hóa học, đó là vấn đề mà mỗi người giáo viên luôn trăn trở

Sự đổi mới trong kì thi TNTHPT của Bộ giáo dục & Đào tạo đã đặt ra

những yêu cầu mới cho học sinh, phải có kết quả chính xác và tốc độ giải nhanh Để có kết quả thi tốt học sinh cần phải nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức một cách linh hoạt đặc biệt là kĩ năng giải toán hoá học và việc lựa chọn phương pháp giải rất quan trọng Mà học sinh thường khá lúng túng vì các

em ít được thực hành Đặc biệt phần kim loại tác dụng với dung dịch muối là một phần khó đối với học sinh nhất là học sinh miền núi vì kiến thức trừu tượng yêu cầu độ tư duy logic cao Từ thực tế vấn đề tôi đã nghiên cứu đưa ra phương pháp đơn giản mà quen thuộc để giúp các em có năng lực trung bình có thể giải

quyết bài tập một cách nhanh nhất đó là đề tài “ Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh sử dụng định luật bảo toàn electron để giải bài tập về kim loại tác dụng với dung dịch muối ở trường THPT Hà Văn Mao”

1.2 Mục đích nghiên cứu.

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

- Giúp học sinh lĩnh hội và vận dụng kiến thức một cách chủ động nhuần nhuyễn hơn

-Tăng khả năng tư duy logic, tính toán của học sinh

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

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

- Học sinh khối 12

- Đội tuyển học sinh giỏi khối 11, 12

- Học sinh ôn thi TNTHPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

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

- Thực nghiệm trong giảng dạy

- Trao đổi, nhận xét và đúc rút kinh nghiệm với các giáo viên trong tổ.

- Giảng dạy tại lớp 12A1 trường THPT Hà Văn Mao để thu thập thông tin thực tế

- Phương pháp thống kê, sử lí số liệu.

2 NỘI DUNG 2.1 Cở sở lý luận

2.1.1 Bản chất của phương pháp

- Xác định số oxi hoá của các nguyên tố kim loại thay đổi ở trạng thái đầu và cuối của quá trình bỏ qua các giai đoạn trung gian

- Viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử

- Áp dụng định luật bảo toàn electron: ∑ n e nhận = ∑ n e nhường.

2.1.2 Các định luật sử dụng trong đề tài

- Định luật bảo toàn electron

- Bảo toàn khối lượng

- Bảo toàn nguyên tố

2.2.Thực trạng của vấn đề

Trong chương trình hóa học ở trường phổ thông, dạng bài tập về kim loại tác dụng với dung dịch muối rất phổ biến và rất thường gặp trong các đề thi Đây là những dạng bài tập khó và rất phức tạp vì phải chia thành nhiều trường hợp để xét Với hình thức thi trắc nghiệm thì khi học sinh đi chia các trường hợp

để giải sẽ mất nhiều thời gian Tuy nhiên khi vận dụng định luật bảo toàn electron để giải ta sẽ không cần phải xét các giai đoạn trung gian mà chỉ cần xét

sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố ban đầu và sau cùng Vì vậy sẽ không cần phải chia các trường hợp để xét Bằng thực tế nhiều năm giảng dạy học sinh

ôn thi học sinh giỏi và ôn thi đại học tôi thấy khi sử dụng định luật bảo toàn electron để giải bài tập đặc biệt là những bài tập về kim loại tác dụng với dung dịch muối thì học sinh giải nhanh và chính xác hơn

2.3 Giải pháp thực hiện.

2.3.1 Cơ sở lý thuyết:

Để giải được bài tập phần này thì học sinh cần nắm được những phần kiến thức sau:

Dãy điện hóa của kim loại:

Học sinh phải hiểu được ý nghĩa của dãy điện hóa : Kim loại đứng trước có tính khử mạnh hơn kim loại đứng sau, còn ion kim loại đứng sau có tính

oxi hoá mạnh hơn ion kim loại đứng trước Đồng thời biết được những kim loại đứng trước H thì đẩy H+ ra khỏi dd và giải phóng khí H2

+ Phương trình hóa học: nM + mNn+ → nMm+ + mN

Với M, N là kim loại.

Bản chất đây là phản ứng oxi hoá - khử nên ta có thể áp dụng các phương pháp giải bài tập của phần phản ứng oxihoa- khử

+ Điều kiện xảy ra phản ứng là gì?

Đây là phản ứng hóa học thể hiện tính chất hóa học của kim loại đồng thời cũng là một phương pháp điều chế kim loại (phương pháp thủy luyện) nên có điều kiện của M,N là:

M có tính khử mạnh hơn N

N là kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa

Chú ý: - Nếu dung dịch muối chứa ion Fe3+ thì phải xét 2 quá trình sau:

Fe3+ +1e → Fe2+ nếu kim loại cho vào đứng trước Fe2+ và đứng sau Fe

Fe2+ +2e → Fe nếu kim loại cho vào đứng trước Fe thì có 2 quá trình này

- Nếu khi cho kim loại có Fe vào dd chứa Ag+ thì ta có các quá trình

Fe + 2 Ag+ → Fe2+ + 2Ag (1)

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag (2)

Fe + 3 Ag+ → Fe3+ + 3Ag (3)

Đặt T= n Ag+ : n Fe Nếu:

T≤ 2 thì chỉ có phản ứng (1) và Ag+ hết Fe có thể dư

T≥ 3 thì đã hoàn toàn phản ứng (3) và Fe hết Ag+ có thể dư

2< T<3 thì đang xảy ra phản ứng (2), phản ứng (1) đã kết thúc

Sau khi học sinh nắm được vấn đề cơ bản thì giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh đi vào từng dạng

2.3.2 Phương pháp giải các dạng bài tập.

Dạng 1: 1 kim loại tác dụng với dung dịch chứa 1 muối.

* Bài tập tổng quát:

Bài toán 1: Cho kim loại Fe vào dung dịch chứa ion Cu2+

Ta có phương trình hóa học: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

Trường hợp 1: phản ứng vừa đủ: Thì thu được 1 kim loại là Cu và 1 muối là

Fe2+

Trường hợp 2: kim loại dư: Thì thu được 2kim loại là Cu, Fe dư và 1 muối là

Fe2+

Trường hợp 3: Muối dư: Thì thu được 1kim loại là Cu và 2 muối là Fe2+ và Cu2+

Bài toán 2: Cho kim loại Cu vào dung dịch chứa ion Fe3+

Ta có phương trình hóa học: Cu + Fe3+ → Fe2+ + Cu2+

Trường hợp 1: phản ứng vừa đủ: Thì không thu được kim loại và có 2 muối là

Fe2+, Cu2+

Trường hợp 2: Cu dư: Thì thu được 1kim loại là Cu dư và 2 muối là Fe2+, Cu2+

Trường hợp 3: ion Fe3+dư: Thì không thu được kim loại và có 3 muối là Fe2+,

Fe3+ và Cu2+

Bài toán 3: Cho kim loại Zn vào dung dịch chứa ion Fe3+

Ta có các phương trình hóa học xảy ra:

Zn+ 2Fe3+ → 2Fe2+ + Zn2+ (1)

Zn+ Fe2+ → Fe + Zn2+ (2)

3Zn+ 2Fe3+ → 2Fe + 3Zn2+ (3)

Trường hợp 1: Chỉ có phản ứng 1: Thì không thu được kim loại (Zn hết)và có 2

muối là Fe2+, Zn2+ hoặc 3 muối Fe3+ ,Fe2+, Zn2+

Trường hợp 2: Chỉ có phản ứng 3: Thì thu được 1kim loại là Fe hoặc 2 kim loại

là Fe, Zn dư và 1 muối là Zn2+(Fe3+ hết)

Trường hợp 3: Xảy ra phản ứng (1) và (2): Thì Fe3+, Zn hết thu được kim loại là

Fe và muối là Fe2+và Zn2+

*Bài tập vận dụng

Bài tập1:Ngâm một đinh sắt trong 200 ml dung dịch CuSO4 x M Sau khi phản ứng kết thúc lấy đinh sắt ra khỏi dung dịch rửa nhẹ, làm khô thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 1,6gam Tính x?

Hướng dẫn: Các quá trình xảy ra:

Fe → Fe2+ + 2 e Cu2+ + 2e → Cu

0,2xmol ¬ 0,4xmol 0,2xmol → 0,4xmol → 0,2xmol

Khối lượng thanh Fe tăng: m↑= 64.0,2x-56.0,2x = 1,6 ⇒x= 1M

Bài tập2: Một thanh kim loại M( hoá trị II) được nhúng vào 1 lit dung dịch

FeSO4 sau pư thấy khối lượng thanh tăng 16 g Nếu nhúng cùng thanh kim loại

ấy vào 1 lít dung dịch CuSO4 thì khối lượng tăng lên 20 g Biết rằng các phản ứng trên đều xảy ra hoàn toàn và sau pư còn dư kim loại M, 2 dung dịch FeSO4

và CuSO4 có cùng nồng độ CM Tìm kim loại M

Hướng dẫn: Gọi nFeSO4 = n CuSO4= x (mol)

Vì sau phản ứng còn dư kim loại M nên các muối hết

Các quá trình xảy ra:

M → M2+ + 2 e Fe2+ + 2e → Fe

x mol ¬ 2x mol x mol → 2x mol → x mol

Khối lượng thanh M tăng: m↑= (56-M) x= 16 (1)

M → M2+ + 2 e Cu2+ + 2e → Cu

x mol ¬ 2x mol x mol → 2x mol → x mol

Khối lượng thanh M tăng: m↑= (64-M) x= 20 (2)

lấy (1) chia cho (2) ta được: 20(56-M) = 16(64-M)

⇒ M =24g/mol ⇒ M: Mg

Bài tập3: Cho 0,1 mol Fe tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 0,25 mol AgNO3, sau phản ứng thu được chất rắn X và dung dịch Y Tính khối lượng mỗi muối trong Y?

Hướng dẫn: Trước tiên ta xét tỉ lệ: T = n Ag+ : n Fe = 0,25 : 0,1= 2,5

⇒ 2<T<3 ⇒ xảy ra các quá trình sau:

Fe → Fe2+ + 2 e Ag+ + 1e → Ag

0,1mol → 0,1mol →0,2mol 0,25mol → 0,25mol

Fe2+ → Fe3+ + 1 e

a mol → a mol →a mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,2 +a = 0,25 ⇒ a= 0,05mol

vậy trong dd Y chứa: 0,05mol Fe(NO3)2 và 0,05 mol Fe(NO3)3

m Fe(NO3)2 = 0,05 180= 9(g) và Fe(NO3)3 = 0,05 242=12,1(g)

Bài tập 4: Cho 0,2 mol Cu vào 200ml dd FeCl3 2,5M ,sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn chỉ thu được dd X Tính nồng độ mol các chất trong X, biết thể tích dd không đổi

Hướng dẫn: Vì sau phản ứng chỉ thu được dd X nên Cu hết.

Ta có: nFe3+ = nFeCl3= 0,2.2,5 = 0,5 mol

Các quá trình xảy ra:

Cu → Cu2+ + 2 e Fe3+ + 1e → Fe2+

0,2mol → 0,4mol xmol → xmol → xmol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: x = 0,4<0,5 ⇒ Fe3+ dư 0,1mol

Vậy trong X chứa: FeCl2 , CuCl2, FeCl 3 CMFeCl2 = 0,4: 0,2 = 2M ;

CMFeCl 3 = 0,1: 0,2 = 0,5M ; CMCuCl2 = 0,2: 0,2 = 1M

Bài tập 5: Cho 4,8 gam Mg vào dung dịch chứa 0,2 mol FeCl3, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch X và chất rắn Y Tính khối lượng rắn Y?

Hướng dẫn: Ta có: n Mg = 4,8: 24= 0,2 mol; n Fe3+= 0,2 mol

Các quá trình xảy ra:

Mg → Mg2+ + 2 e Fe3+ + 1e → Fe2+

0,2mol → 0,4mol 0,2mol → 0,2mol → 0,2mol

Fe2+ + 2e → Fe

xmol → 2xmol → xmol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,4= 0,2 + 2x ⇒ x= 0,1mol

⇒ Mg hết, Fe2+ còn ⇒ rắn Y chỉ có Fe ⇒m Fe = 0,1 56=5,6gam

Dạng 2: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chứa một muối

* Bài tập tổng quát:

Trường hợp này ta cần xét đến thứ tự xảy ra phản ứng theo nguyên tắc: kim loại

có tính khử mạnh hơn sẽ phản ứng trước

Bài toán: Cho hỗn hợp X gồm 2 kim loại Al, Fe vào dung dịch chứa CuSO4

Hướng dẫn giải: Vì Al đứng trước Fe trong dãy điện hoá nên Al phản ứng

trước, rồi mới đến Fe

Đặt : n Al = x mol và n Fe = y mol và n CuSO4 = z mol các quá trình xảy ra:

Al → Al3+ + 3 e (1) Cu2+ + 2e → Cu (2)

xmol → x mol →3x mol z mol → 2z mol → z mol

Fe → Fe2+ + 2 e (3)

y mol → y mol →2y mol

Trường hợp1: Nếu chỉ có quá trình (1), (2) thì Al có thể hết hoặc còn, Fe chưa

phản ứng ,CuSO4 hết và tính theo (2) sản phẩm thu được 2 hoặc 3 kim loại , 1 muối

Ta có: - 3x = 2z thì Al hết và Cu2+ hết

- 3x > 2z thì Al dư và Cu2+ hết

Trường hợp2: xảy ra cả 3 quá trình (1), (2) ,(3) thì xét các khả năng sau:

- Nếu 3x+2y = 2z ⇒phản ứng vừa đủ thu được 1 kim loại là Cu và 2 muối là

Al3+ , Fe2+

-Nếu 3x+ 2y > 2z thì Fe dư Cu2+ hết sau phản ứng thu được 2 kim loại là Cu, Fe

dư và 2 muối Al3+ , Fe2+

-Nếu 3x+ 2y < 2z thì Fe hết ,Cu2+ dư sau phản ứng thu được 1 kim loại là Cu, và

3 muối Al3+ , Fe2+, Cu2+

*Bài tập vận dụng

Bài tập 1:Cho 19,3 gam hỗn hợp bột gồm Zn và Cu có tỉ lệ mol tương ứng là 1 :

2 vào dung dịch chứa 0,2 mol Fe2(SO4)3 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m gam kim loại Tính m?

Hướng dẫn: đặt n Zn =x mol ⇒ n Cu = 2x mol

Ta có: mhh = 65x+ 64.2x=19,3 ⇒ x=0,1 mol và nFe3+= 0,4mol

Các quá trình xảy ra:

Zn → Zn2+ + 2 e (1) Fe3+ + 1e → Fe2+ (2)

0,1mol →0,2mol 0,4mol → 0,4mol

Cu → Cu2+ + 2 e (3)

0,2mol →0,4mol

Ta thấy: từ (1), (2) thì ne nhường = 0,2mol< ne nhận =0,4 mol ⇒ Zn hết thì không thu

được Fe Gọi nCu pư = y mol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,2 +2y =0,4 ⇒ y =0,1 mol

⇒ nCu còn = 0,1 mol ⇒ m = 0,1 64=6,4 gam

Bài tập 2:Cho hỗn hợp bột gồm 2,7gam Al và 5,6gam Fe vào 550ml dung dịch

AgNO3 1M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn Tính m?

Hướng dẫn: Ta có: nAl= 0,1 mol ; nFe = 0,1 mol ; n Ag+ = 0,55 mol

Ta thấy Al có tính khử mạnh hơn Fe nên Al phản ứng trước, hết Al rồi đến Fe, hết Fe rồi đến Fe2+

Các quá trình xảy ra:

Al → Al3+ + 3 e (1) Ag+ + 1e → Ag (2)

0,1mol →0,3mol 0,55mol → 0,55mol → 0,55mol

Fe → Fe2+ + 2 e (3)

0,1mol →0,2mol

Fe2+ → Fe3+ + 1 e (4)

xmol → x mol

Từ 1,2,3 ta có: ne nhường = 0,5mol< ne nhận =0,55 mol ⇒đã có (4)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 0,3+0,2 + x = 0,55 ⇒x=0,05

⇒ Ag+ hết ,đang còn Fe2+

Vậy rắn chỉ có Ag ⇒ m =m Ag = 0,55.108=59,4g

Bài tập 3:Cho 11,6g hh X gồm Mg, Al và Zn td hoàn toàn với dd AgNO3 thấy khối lượng chất rắn tăng 64,0g Nếu cho 11,6g X td hết với oxi thì thu được m gam chất rắn Tính m?

Hướng dẫn: Vì tác dụng hoàn toàn nên kim loại hết.

Ta có: mrắn tăng = mAg – mhh ⇒ mAg = 64,0 + 11,6 = 75,6 g ⇒nAg=0,7 (mol)

Các quá trình xảy ra:

Mg → Mg2+ + 2 e (1)

xmol →2xmol

Al → Al3+ + 3 e (3) Ag+ + 1e → Ag (2)

ymol →3ymol 0,7mol ¬ 0,7mol

Zn → Zn2+ + 2 e (4) O + 2e → O-2

z mol → 2zmol a mol →2amol

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2x + 3y + 2z = 0,7 (5)

Và 2a = 2x + 3y + 2z từ (5) ⇒ a= 0,35mol

Ta có mrắn = m X + m O = 11,6 + 0,35.16=17,2(g)

Dạng 3: 1 kim loại tác dụng với dd chứa nhiều muối

Bài tập tổng quát:Trường hợp này ta cần xét đến thứ tự xảy ra phản ứng theo

nguyên tắc: ion kim loại có tính oxi hoa mạnh hơn sẽ phản ứng trước(bị khử trước)

Bài toán 1: cho x mol Zn vào dung dịch Y chứa amol CuSO4 và bmol FeSO4

Hướng dẫn: trường hợp này thì Cu2+ sẽ bị khử trước, rồi đến Fe2+

Các quá trình xảy ra:

Zn → Zn2+ + 2 e (1) Cu2+ + 2e → Cu (2)

xmol → 2xmol amol → 2amol

Fe2+ + 2e → Fe (3)

bmol → 2bmol

Trường hợp1: chỉ có quá trình (1),(2) thì ta xét các khả năng sau:

+ 2x = 2a thì Zn phản ứng vừa đủ với Cu2+ ⇒ Fe2+ chưa phản ứng, Zn,Cu2+ hết Sau pư thu được 1 kim loại Cu và 2 muối(Zn2+, Fe2+ )

+ 2x < 2a thì Zn hết Cu2+ dư Fe2+ chưa phản ứng Sau pư thu được 1 kim loại

Cu và 3 muối(Zn2+, Fe2+ ,Cu2+)

Trường hợp 2: có quá trình (1),(2),(3) thì ta xét các khả năng sau:

+ 2x = 2a + 2b thì Zn ,Cu2+ , Fe2+ hết các phản ứng vừa đủ Sau pư thu được 2 kim loại Cu, Fe và 1 muối(Zn2+)

+ 2x > 2a + 2b thì Zn dư , Cu2+, Fe2+ hết.Sau pư thu được 3 kim loại Cu ,Fe,Zn

và 1 muối(Zn2+)

+ 2x < 2a + 2b thì Zn hết , Cu2+hết Fe2+ dư.Sau pư thu được 2 kim loại Cu,Fe

và 2 muối(Zn2+, Fe2+ )

*Bài tập vận dụng

Bài tập1:Cho m (g) bột Fe vào 100 ml dung dịch gồm Cu(NO3)2 1M và AgNO3 4M Sau khi kết thúc phản ứng thu được dung dịch 3 muối ( trong đó có một muối của Fe) và 32,4 g chất rắn Tính m?

Hướng dẫn: Ta có: n Cu2+ = 0,1mol ; n Ag+ = 0,4 mol

Các quá trình xảy ra:

Fe → Fe2+ + 2 e (1) Ag+ + 1e → Ag (2)

xmol →2x mol 0,3mol ¬ 0,3mol

Fe2+ → Fe3+ + 1 e (3) Cu2+ + 2e → Cu (4)

xmol → x mol