Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại

Đối với dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại loại nếu học sinh chỉ áp dụng theo phương pháp thông thường thì mất rất nhiều thời gian làm bài, hơn nữa lại trình bày dài dòng và khó hiểu;

2

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 thiết thực đầu tiên về Hóa học, giáo viên bộ môn Hóa học cần hình thành ở các em một kĩ năng cơ bản, phổ thông và thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động Có những 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 môi trường thiên nhiên chuẩn bị cho học sinh học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động Đối với dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại loại nếu học sinh chỉ áp dụng theo phương pháp thông thường thì mất rất nhiều thời gian làm bài, hơn nữa lại trình bày dài dòng và khó hiểu; hơn nữa để giải nhanh bài tập nhất là bài tập trắc nghiệm định lượng cần đòi hỏi phải tiết kiệm thời gian mà đề thi trắc nghiệm trong các bài kiểm tra định kì chiếm khoảng từ 20% đến 50%, thi Đại học 100% Xuất phát từ thực tế giảng dạy, nhiều năm ôn thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh tôi thấy dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại là dạng bài tập Hóa học phổ biến, xuất hiện rất nhiều trong bài tập đại trà, thi học sinh giỏi các cấp, thi đại học Hệ thống bài tập và phương pháp 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 tập trắc nghiệm khách quan

Đòi hỏi học sinh không những nắm rõ bản chất, kĩ năng tính toán mà còn tìm hướng 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 mục tiêu 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 đích đến, 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

- 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

Các dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại loại trong chương trình Hóa học 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 học như:

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

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

4

- Nghiên cứu kĩ SGK Hóa học 9 và các sách nâng cao về phương pháp giải bài tập, 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 ôn thi 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 trực tiếp những kiến thức vừa học xong và vận dụng rất ít những kiến thức đã học, đa số học sinh đều có thể giải được

Từ bài toán cơ bản thay đổi giả thiết hoặc kết luận ta có những bài toán mới Từ bài toán cơ bản kết hợp với các bài toán phụ dạng khác ta có bài tập nâng cao Từ những 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 nhất thiết học sinh phải hiểu sâu sắc nội dung và đặc điểm của bài toán đó Nắm vững các mối quan hệ giữa các lượng chất cũng như tính chất của các chất, viết đúng các phương trình phản ứng xảy ra Thực tế có rất nhiều bài toán phức tạp: các dữ kiện đề bài cho ở dạng tổng quát hoặc không rõ, hoặc thiếu nhiều dữ kiện…tưởng chừng như không bao giờ giải được Muốn giải chính xác và nhanh chóng các bài toán loại này thì phải chọn một phương pháp phù hợp nhất (phương pháp giải thông minh) Vì vậy học sinh phải biết nhận dạng bài tập, xác định hướng giải có phù hợp Đây là khâu quan 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 phương pháp nào nhanh và hiệu quả nhất Trong đề tài này tôi khai thác định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn electron va dạng bài tập chất 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 được các khái niệm, các tính chất mà chưa biết vận dụng,khai thác, mở rộng, nâng cao bài toán, khó khăn khi kết hợp các dạng bài tập với nhau Thậm chí có em còn mất gốc cả kiến thức cơ bản Đối với giáo viên chỉ mới cung cấp kiến thức cơ bản sách giáo khoa

5

hoặc các tài liệu tham khảo mà chưa có hệ thống các bài tập mở rộng giúp học sinh hiểu 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, tổng hợp bài toán, phát triển bài toán từ bài toán gốc, kết hợp nhiều dạng toán trong một bài để có những bài toán hay

Dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại có sơ đồ phản ứng:

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 ứng hoặc thể tích khí CO, H2 tham gia phản ứng hoặc lượng CO2, H2O tạo thành Hoặc cho các đại lượng yêu cầu xác định công thức hóa học của hợp chất.Nhưng ở các bài toán mở rộng, để xác định được lượng chất rắn Y và lượng chất khí , (hơi nước ) sau phản ứng thường kết hợp với nhiều bài toán phụ như: cho chất rắn Y phản ứng với dung dịch axit loãng (bài mở rộng cơ bản), cho chất rắn Y phản ứng với dung dịch axit đặc (bài nâng cao), cho hơi nước hấp thụ vào axit H2SO4 đặc, cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm Vì vậy khi mở rộng bài toán cơ bản phải kết hợp với bài toán phụ như:

Dạng bài tập CO2 phản ứng với dung dịch kiềm

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 đổi mới và là một trong những môn có chuyển biến mạnh mẽ về đổi mới phương pháp dạy học

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

7

1 Đặc điểm bài toán

Viết các phương trình phản ứng khi cho CO hoặc H2 qua hỗn hợp các oxit, xác định sản phẩm thu được, hoặc cho sản phẩm phản ứng với các chất khác Viết các phương trình 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

- CO, H2 khử được các oxit kim loại từ Zn trở về cuối dãy điện hóa theo phương trình: nCO + M2On 𝑡𝑜→ 2M + nCO2

BÀI GIẢI

Vì các phản ứng xảy ra hoàn toàn nên các oxit cũng được khử hết:

CuO + H2  t

Cu + H2O 0,02 0,02

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

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:

9

Ngoài ra chúng ta còn thu được chất rắn màu xám nhẹ của Fe, màu đỏ của Cu do không phản ứng với CO2

Phần II: Cho tác dụng với dd AgNO3

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

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 ứng hoặc thể tích khí CO, H2 tham gia phản ứng hoặc lượng CO2, H2O tạo thành Hoặc cho các đại lượng yêu cầu xác định công thức hóa học của hợp chất

- 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:

CO + O (oxit)  CO2

H2 + O (oxit)  H2O

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

Trường hợp 1:Bài toán cơ bản:

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

11

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:

Thổi từ từ V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H2 đi qua một ống đựng 16,8 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 hỗn hợp V là 0,32 gam Tính V và m

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 )

t Cu + H2O (2)

Fe3O4+ 8 HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O (3)

13

a 8a MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O (4)

b 2b CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O (5)

c 2c

* 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 = 25,6 168a + 40b + 64c = 20,8 5a – b – c = 0

Ví dụ :

Khử một lượng oxit sắt chư biết bằng H2 nóng, dư Sản phẩm hơi tạo ra hấp thụ bằng 100g axit H2SO4 98% thì nồng độ axit giảm đi 3,405% Chất rắn thu được sau 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 oxit sắt

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

Cách 1: Lập tỉ lệ hoặc , hoặc có các trường hợp sau:

Cách 2: Xác định khối lượng mol phân tử

Ví dụ 1:

Tìm công thức một oxit sắt biết nung nóng 11,6 gam oxit này và cho một dòng khí CO đi qua đến phản ứng hoàn toàn nhận được sắt nguyên chất và một lượng khí được hấp thụ bởi dd Ca(OH)2 dư tách ra 20 gam kết tủa

n y

x

O

Fe n n

) O Fe ( 4

3

; ) O Fe ( 3

2

; ) FeO ( 1

1 n

2 O

y

Fe

15

) ( 2 , 0 100

4 , 8 2

, 0 16 56

6 , 11

y

x y y

Tiếp tục tăng độ khó các bài toán bằng để tìm được lượng chất khí sau phản ứng hoặc tìm được chất rắn sau phản ứng bằng các bài toán phụ khi cho các chất này phản 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 ứng hoặc thể tích khí CO, tham gia phản ứng hoặc lượng CO2, tạo thành, kết hợp với dạng bài CO2 phản ứng với kiềm cho bài toán nghịch

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 lượng CO2 cần sử dụng phương pháp giải toán CO2 phản ứng với kiềm.Sau khi tìm được lượng CO2 đưa bài toán về dạng cơ bản.Thường gặp bài toán nghịch

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 1: OH- dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (1) Vậy x= b

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

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

BÀI GIẢI

Phương trình

Fe3O4 + 4CO  0

t 3Fe + 4CO2 (1) CuO + CO  t0 Cu + CO2 (2)

m m

m oxit KL  hh KL O 

Ví dụ 2:

Cho khí CO qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được chất rắn B gồm 4 chất có khối lượng 4,784 gam Khí đi ra khỏi ống được hấp thụ bằng dung dịch Ba(OH)2 dư và ta thu được 9,062 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

Câu a: Fe2O3 + CO   0

t 2Fe3O4 + CO2

19

Fe3O4 + CO   0

t 3FeO + CO2 FeO + CO   0

t Fe + CO2

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓+ H2O Chất rắn B gồm 4 chất có số mol: , Fe2O3 (x mol); Fe3O4 (y mol); FeO (z mol); Fe (u mol)

.100% = 13% và % , Fe2O3 = 100% - 13% = 87%

Câu b: , Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑

Số mol Fe = u = số mol H2= 0,6272 : 22,4 = 0,028 (mol) (I)

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