Tài liệu Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit

SỞ GD & ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TAM ĐẢO =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: “Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit” Tác giả sáng kiến: LÊ THỊ THANH HẰNG Mã sáng kiến: 10.55.02 Vĩnh phúc, năm 2020 SỞ GD & ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TAM ĐẢO =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: “Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit” Tác giả sáng kiến: LÊ THỊ THANH HẰNG Mã sáng kiến: 10.55.02 Vĩnh phúc, năm 2020 MỤC LỤC Nội dung 1. Lí do chọn đề tài 2. Tên sáng kiến 3. Tác giả sáng kiến 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu 7. Mô tả bản chất của sáng kiến Trang 1 1 1 1 1 1 1 7.1.1. Khảo sát thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến 7.1.2. Các bước sáng kiến đã được sử dụng để giải quyết vấn đề 7.2. Về khả năng áp dụng của sáng kiến: 8. Những thông tin cần được bảo mật 3 5 23 24 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến 24 10. Đánh giá lợi ích thu được 24 10.1. Đánh giá lợi ích thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của 24 tác giả 10.2. Đánh giá lợi ích thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của 26 tổ chức, cá nhân: 11. Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc 27 áp dụng sáng kiến lần đầu Tài liệu tham khảo 28 1. Lời giới thiệu Xã hội ngày càng phát triển mạnh mẽ ở tất cả các quốc gia trên thế giới đặc biệt là cuộc cách mang 4.0 hứa hẹn làm thay đổi một cách tích cực, toàn diện đến cuộc sống của con người hiện nay và tương lai. Đứng trước sự phát triển nhanh như vũ bão của khoa học, công nghệ thông tin, kĩ thuật, kiến thứcmọi lĩnh vực của cuộc sống thay đổi liên tục và bao giờ cũng thế cái sinh ra trước lạc hậu hơn cái sinh ra sau. Xã hội phát triển làm thay đổi cách suy nghĩ của con người, ai cũng phải cố gắng phát triển năng lực tư duy trong suy nghĩ và sáng tạo trong công việc, phân tích cụ thể - tổng hợp dữ liệu, khi làm việc biết kết hợp giữa cá nhân và tập thể nhằm đưa ra quyết định dựa trên cơ sở phân tích các thông tin số liệu. Theo M.N. Sacdacop: Tư duy là sự nhận thức khái quát gián tiếp các sự vật và hiện tượng trong những dấu hiệu, thuộc tính chung và bản chất của chúng. Tư duy cũng là sự nhận thức sáng tạo những sự vật, hiện tượng mới, riêng lẻ của hiện thực trên cơ sở những kiến thức khái quát hóa đã thu nhận. Những công trình nghiên cứu về tâm lí học và giáo dục đã khẳng định rằng: Sự phát triển tư duy nói chung được đặc trưng bởi sự tích lũy các thao tác tư duy thành thạo vững chắc của con người. Những phẩm chất của tư duy là: - Tính định hướng: Thể hiện ở ý thức được một cách nhanh chóng và chính xác đối tượng cần lĩnh hội. - Tính định hướng: Thể hiện ở ý thức được một cách nhanh chóng và chính xác đối tượng cần lĩnh hội, mục đích phải đạt được và những con đường tối ưu để đạt được mục đích đó. - Bề rộng: Có khả năng vận dụng nghiên cứu vào các đối tượng khác. - Độ sâu: Nắm vững ngày càng sâu sắc bản chất của sự vật, hiện tượng. - Tính linh hoạt: Nhay bén trong sự vận dụng những tri thức và cách thức hành động vào các tình huống khác nhau một cách sáng tạo. - Tính mềm dẻo: Thể hiện ở hoạt động tư duy được tiến hành theo các hướng xuôi và ngược chiều (Ví dụ: từ cụ thể đến trừu tượng và từ trừu tượng đến cụ thể) - Tính độc lập: Thể hiện ở chỗ tự mình phát hiện được vấn đề, đề xuất cách giải quyết và tự giải quyết vấn đề. 1 - Tính khái quát: Khi giải quyết một loạt vấn đề nào đó sẽ đưa ra một mô hình khái quát, trên cơ sở vận dụng để giải quyết các vấn đề tương tự. Hiện nay, Ở Việt Nam theo quan điểm đổi mới trong dạy học, nâng cao chất lượng giáo dục, phát triển năng lực, đã có nhiều nhà nghiên cứu giáo dục có các nghiên cứu về việc rèn luyện, phát triển tư duy cho học sinh trong dạy học môn hóa học như: 1.1. Các nghiên cứu về phát triển năng lực - PGS.TS. Đặng Thị Oanh (2013), Xác định năng lực chuyên biệt môn Hóa học, ĐHSP Hà Nội. - PGS.TS. Mai Văn Hưng (2013), Bàn về năng lực chung và chuẩn đầu ra về năng lực của học sinh THPT trong chương trình giáo dục phổ thông sau năm 2015, ĐHQG Hà Nội. 1.2. Các nghiên cứu về phát triển tư duy, năng lực tư duy - Lê Văn Dũng (2001), Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh THPT thông qua BTHH, luận án Tiến sĩ, ĐHSP Hà Nội. - Lê Thị Hương (2002), Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học sinh qua giảng dạy phần hóa kim loại trường THPT, ĐHSP Hà Nội. 1.3. Các nghiên cứu về phát triển tư duy, năng lực tư duy thông qua hệ thống bài tập. - Lê Thị Thanh Bình (2005), Phát triển năng lực tư duy tích cực, độc lập, sáng tạo của học sinh Trung học phổ thông thông qua bài tập Hóa học vô cơ, ĐHSP Hà Nội. - Lại Tố Trân (2009), Xây dựng hệ thống bài tập phát triển tư duy cho học sinh phần hóa hữu cơ lớp 11 chương trình nâng cao, ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. Nhìn chung, các tác giả đã trình bày về các khía cạnh như điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học. Mặt khác, trong những đề tài phát triển tư duy, các tác giả chủ yếu nghiêng về nghiên cứu bài tập, hệ thống lớn các bài tập, cách giải bài tập của từng dạng bài trong từng phần cụ thể, còn nhỏ lẻ và rời rạc mà vẫn chưa đưa ra được nếu những dạng bài tập hay gặp trong các kì thi THPT quốc gia nhưng năm gần đây là bài toán hỗn hợp nhưng có những đặc điểm chung thì phương pháp giải sẽ như thế nào lại chưa được đề cập đến. 2 Trước tình hình đó, với suy nghĩ và mong muốn được đóng góp và làm tốt hơn nữa việc phát triển tư duy cho học sinh tôi đã tiến hành thực hiện sáng kiến kinh nghiệm này. 2. Tên sáng kiến: Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit. 3. Tên tác giả: Lê Thị Thanh Hằng – Giáo viên bộ môn Hóa học – Trường THPT Tam Đảo – Tam Quan – Tam đảo – Vĩnh Phúc. Gmail: [email protected] Số điện thoại: 0978723120 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Lê Thị Thanh Hằng – Giáo viên bộ môn Hóa học – Trường THPT Tam Đảo – Tam Quan – Tam đảo – Vĩnh Phúc. 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: - Chương 5 “Đại cương về kim loại” – Hóa học 12. - Chương 4 “Phản ứng oxi hóa – khử” – Hóa học 10. - Chương 2 “Nitơ - Phôtpho ” – Hóa học 11. - Ôn thi học sinh giỏi lớp 10, lớp 11, lớp 12. - Ôn thi THPT QG. 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: - Sáng kiến kinh nghiệm bắt đầu áp dụng vào tháng 1/2019 7. Mô tả bản chất của sáng kiến: 7.1. Về nội dung của sáng kiến: 7.1.1. Khảo sát thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến Trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm này, tôi đã tiến hành kiểm tra tại 2 lớp 12A2, 12A3 sau khi cho học sinh ôn tập kiến thức. Đề gồm có 3 bài tập như sau: Câu 1(ĐH 2008- B): Hỗn hợp X chứa 0,03 mol Cu; 0,03 mol Zn; 0,03 mol Mg và 0,02 mol Al. Cho toàn bộ lượng X trên tác dụng hết với dung dịch HNO3 3 (đặc, nóng) thu được sản phẩm khử duy nhất là khí NO2 và dung dịch sau phản ứng chứa m gam muối. Giá trị của m là: A. 17,05 gam B. 13,41 gam C. 16,41 gam D. 20,01 gam Định hướng tư duy giải: Ta có n e 0, 03.(2  2  2)  0, 02.3 0, 24   n NO 0, 24  3   m 0, 03(64  65  24)  0, 02.27  0, 24.62 20, 01 Giải thích tư duy: Đổi 0,24 mol e lấy 0,24 mol NO3 . Khối lượng muối = khối lượng kim loại + khối lượng NO3 Câu 2(ĐH 2009- A): Hòa tan hết 7,2 gam Mg trong dung dịch HNO3 loãng dư, sau phản ứng hoàn toàn thu được dung dích X và 2,688 lít khí NO (duy nhất, ở đktc). Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được m gam muối khan . Giá trị của m là? A. 44,40 B. 46,80 C. 31,92 D. 29,52 Định hướng tư duy giải: n 0,3 Mg BTE  n NH NO  Ta có: n 0,12    NO 4 3 0,3.2  0,12.3 0, 03(mol) 8 Mg(NO3 ) 2 : 0,3   m  46,8(gam)   NH 4 NO3 : 0, 03 Giải thích tư duy: Nhìn thấy kim loại là Mg phải lưu ý tới việc tạo sản phẩm khử là NH4NO3 Câu 3(ĐH 2013- A): Cho m gam Mg tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3, phản ứng làm giải phóng ra khí N2O (sản phầm khử duy nhất) và dung dịch sau phản ứng tăng 3,9 gam. Vậy m có giá trị là: A. 2,4 gam B. 3,6 gam C. 4,8 gam D. 7,2 gam Định hướng tư duy giải: m m m   ne     n N2 O  24 12 12.8 m   m  44 3,9    m 7, 2 12.8 Ta có: n Mg  Giải thích tư duy: Khối lượng dung dịch tăng nghĩa là khối lượng Mg cho vào nhiều hơn khối lượng N2O thoát ra Kết quả bài kiểm tra như sau: Lớp 12A2: 39 HS (%) 12A3: 33 HS (%) Dưới 5 15 (38,46%) 23 (69,69%) Điểm Từ 5 đến 6 Từ 7 đến 8 20 3 Từ 9 đến 10 1 (51,28%) 9 (7,7%) 1 (2,56%) 0 (27,27%) (3,04%) (0%) 4 Với kết quả trên tôi thấy, mặc dù đây là 2 lớp có số lượng học sinh đăng ký thi tổ hợp các môn tự nhiên Lý – Hóa – Sinh gần 100% nhưng kĩ năng vận dụng kiến thức, kỹ năng giải bài tập những học sinh khi gặp những dạng bài tập có tính khái quát của phần lớn học sinh còn yếu Sau bài kiểm tra, tôi đã tiến hành phỏng vấn học sinh về những khó khăn trong quá trình giải bài tập. Phần lớn các em cho rằng, đó là do các em chưa chưa biết cách phân dạng và định hướng phương pháp giải, chưa khái quát được cách giải với những bài toán hỗn hợp. Chẳng hạn như trong bài kiểm tra trên: + Ở bài 1: phần lớn các em viết 3 phương trình hóa học rồi cân bằng phương trình rồi liên hệ ẩn nhưng chủ yếu các em cân bằng phương trình nhầm lẫn, liên hệ ẩn sai. Học sinh không giải được bài tập. + Ở bài 2 đa số các học sinh biết sử dụng phương trình đơn gian để giải bài tập. + Còn với bài 3 các em còn lúng túng vì: • Một số em thì nghĩ ngay bài này chắc khó, nên lười suy nghĩ và không làm nữa. • Một số bạn viết phương trình hóa học, không xác định được tại sao dung dịch sau phản ứng tăng và không biết cách tính toán nên không ra được kết quả. Trao đổi với các đồng nghiệp, nhiều giáo viên cho rằng do thời lượng chương trình chính khóa mà giáo viên chỉ có thể truyền đạt đầy đủ kiến thức lý thuyết, một số giáo viên có hướng dẫn học sinh làm bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập nhưng rất khó để hình thành và phát triển năng lực tư duy cho học sinh khi gặp những dạng bài tập hỗn hợp mà có những đặc điểm chung. 7.1.2. Các bước sáng kiến đã được sử dụng để giải quyết vấn đề (Bài học kinh nghiệm) Để thực hiện đề tài này, trước hết tôi định hướng phương pháp giải chung cho từng dạng. Sau đó lựa chọn một số ví dụ để minh họa phương pháp giải từng dạng. Nhận định dạng bài : kim loại tác dụng với axit loại I hay loại II *Phương pháp chung. 5 - Kiến thức lí thuyết cần nắm vững: + Nắm chắc phản ứng xảy ra giữa kim loại với axit loại I, loại II + Nắm chắc dãy điện hóa, biết thứ tự phản ứng xảy ra giữa kim loại với muối + Biết thứ tự xảy ra phản ứng giữa các kim loại với axit (kim loại có tính khử mạnh hơn ưu tiên phản ứng trước). Nếu axit dư thì chỉ cần tính theo phương trình phản ứng. Nếu kim loại dư, cần chú ý xem có phản ứng của kim loại dư với muối mới sinh ra không - Các phương pháp giải thường dùng: + Áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng, nguyên tố, electron... + phương pháp tăng giảm khối lượng + Lập sơ đồ chuyển hóa Trong chương trình, có rất nhiều dạng bài tập về hỗn hợp phản ứng, tuy nhiên trong đề tài này tôi chỉ chọn một số dạng bài tập cơ bản có đặc điểm chung và hay gặp trong đề thi THPT Quốc gia để hướng dẫn học sinh như sau: Dạng 1 : Kim loại tác dụng với axit loại I a. Các điểm cần chú ý : - Nếu kim loại đã xác định. + Viết phương trình phản ứng + Nếu lượng kim loại và lượng axit đã tường minh thì chỉ cần tính theo phương trình phản ứng. + Nếu lượng kim loại và lượng axit chưa tường minh thì có thể chia trường hợp (kim loại dư hay hết) hoặc vận dụng định luật bảo toàn khối lượng hay tăng giảm khối lượng để giải quyết theo yêu cầu của bài toán. + Nếu cho kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl, H2SO4 loãng nên dùng phương trình ion để hoàn thành bài tập. + Có thể dùng định luật bảo toàn e . * Nếu kim loại chưa xác định. - Đặt kim loại là M, hóa trị n và viết phương trình - Lập mối quan hệ giữa M và n sau đó biện luận tìm M, n (n = 1, 2 hoặc 3) * Một số công thức tính nhanh có thể vận dụng Công thức 1: Liên hệ giữa số mol kim loại và số mol khí H2 (n là hoá trị kim loại) 2. nH = n . nkim loại Hoặc 2. nH = n1.nM1 +n2.nM2 +.... (đối với hỗn hợp kim loại) Công thức 2: Tính khối lượng muối trong dung dịch mmuối kim loại = mkim loại phản ứng + mgốc axit tạo muối Trong đó: mgốc axit = Mgốc axit .e (nhận)/(số điện tích gốc axit) 2 2 6 (ngốc axit = ∑etrao đổi : điện tích của gốc axit) Cụ thể: +Với H2SO4: mmuối = mkim loại phản ứng + 96. n H +Với HCl: mmuối = mkim loại phản ứng + 71. n H b. Ví dụ: Ví dụ 1(CĐ 2009- A):. Hòa tan hoàn toàn 8 g hỗn hợp Mg và Fe vào dung dịch axit HCl dư thấy có 4,48 lít khí thoát ra ở đktc và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thì thu được bao nhiêu gam muối khan? A. 22,2g. B. 11,1g. C. 22,0g. D. 16,0g. Hướng dẫn: Cách 1: phương trình phản ứng xảy ra là Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 Có thể dùng phương trình tổng quát như sau M + 2HCl  MCl2 + H2 (1) Số mol H2 là: 4,48 : 22,4 = 0,2 (mol) Từ (1): số mol gốc Cl- trong muối MCl2 là: 2. 0,2 = 0,4 (mol) Vậy khối lượng muối thu được là: 8 + 35,5.0,4=22,2 (g). Đáp án A Cách 2: Áp dụng công thức 2 tính nhanh ta có: mmuối = m kim loại + mgốc axit tạo muối = 8 + 71.0,2=22,2(g) Chọn đáp án A. Cách 3: Số mol H2 là: 4,48 : 22,4 = 0,2 (mol) Từ (1) có số mol HCl là: 0,2 . 2 = 0,4 (mol) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có: Muối = 8 + 0,4.36,5 – 0,2.2 = 22,2 (g) Chọn đáp án A. Ví dụ 2(CĐ 2008- A):: Hòa tan 9,14g hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl thu được 7,84 lít khí X (đktc) và 2,54g chất rắn Y và dung dịch Z. Cô cạn dung dịch Z thu được m(g) muối, m có giá trị là A. 31,45g. B. 33,25g. C. 3,99g. D. 35,58g. Hướng dẫn: HS cần chú ý 2,54 gam chất rắn Y chính là lượng Cu không tan trong dung dịch axit. Vì vậy khố lượng kim loại Mg, Al tan tạo muối sẽ là: (9,14 - 2,54) gam Áp dụng công thức 2 ta có: mmuối = mkim loại phản ứng + mion tạo muối = (9,14 - 2,54)+ 71.7,84/22,4 =31,45 g Chọn đáp án A (có thể vận dụng các cách khác như ví dụ 1) 2 2 7 Ví dụ 3(ĐH 2012- A):: Hòa tan hết 5,1 gam hỗn hợp bột Mg, Al bằng 500ml dung dịch hỗn hợp HCl 0,5M và H2SO4 0,25M thu được dung dịch X và 5,6 lít khí H 2 (đktc). Cô cạn dung dịch X thu được lượng muối khan là: A. 25,975 g B. 25,950 g C. 103,850 g D.77,865 g Hướng dẫn: Tổng số mol H+ là: 0,5.(0,5+2.0,25)= 0,5 (mol) Số mol H2 là: 5,6 : 22,4 = 0,25 (mol) 2H+ + 2e → H2 0,5 0,25 +  Lượng H tham gia phản ứng vừa đủ. Như vậy, toàn bộ lượng Cl -, SO42- trong axit chuyển hết vào muối Áp dụng công thức 2 tính khối lượng muối: mmuối = m2 kim loại + m  m = 5,1 + 0,5.0,5.35,5 + 0,25.0,5.96 = 25,975 (g) Chọn đáp án A. Ví dụ 4: Cho 24,6 gam hỗn hợp Mg, Al, Fe phản ứng hết với dung dịch HCl thu được 84,95 gam muối khan. Thể tích H2 (đktc) thu được bằng: A. 18,06 lít B. 19,04 lít C. 14,02 lít D. 17,22 lít Hướng dẫn: Cách 1: Viết phương trình tổng quát (3 kim loại trên đều tan hết trong dd HCl) 2M + 2nHCl  2MCln + nH2 (1) 2a a Gọi số mol H2 là a, theo (1) số mol HCl là 2a Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có: 24,6 + 2 a. 36,5 = 84,95 + 2.a. Giải ra được a = 0,85 (mol). Vậy thể tích H2 thu được ở đktc là: 0,85 . 22,4 = 19,04 (lít) Đáp án là B. Cách 2: Từ biểu thức tính khối lượng muối: mmuối = mkim loại + 71. nH Cl  SO 4 2  2   VH 2 84,95 = 24,6 + 71. = 22,4.( 84,95  24.6 71 VH 2 22,4 ) = 19,04 lít Chọn đáp án B. Ví dụ 5: Cho 10 gam hỗn hợp các kim loại Mg và Cu tác dụng hết với dung dịch HCl loãng dư thu được 3,733 lit H 2(đkc). Thành phần % khối lượng của Mg trong hỗn hợp là: 8 A. 50%. B. 35%. C. 20%. D. 40%. Hướng dẫn: Chỉ có Mg phản ứng, Cu không tan trong dd HCl Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 (1) Theo bài: số mol H2 là: 3,733/22,4 (mol) Theo (1): Khối lượng Mg là: 24. (3,733/22,4) = 4 (g) Phần trăm khối lượng Mg trong hỗn hợp là: 4.100:10 = 40(%). Chọn đáp án D. Ví dụ 6: Hoà tan 2,52 gam một kim loại bằng dung dịch H 2SO4 loãng dư, cô cạn dung dịch thu được 6,84 gam muối khan. Kim loại đó là: A. Mg. B. Al. C. Zn. D. Fe. Hướng dẫn: Gọi kim loại cần tìm là M (có nguyên tử khối cũng là M) Hóa trị là n ( n= 1,2 hoặc 3). Phương trình phản ứng là 2M + nH2SO4 (loãng)  M2(SO4)n + nH2 (1) 0,09/n 0,045 Có thể vận dụng định luật bảo toàn khối lượng hoặc công thức tính nhanh 2 ta được số mol gốc SO42- = số mol H2SO4 = số mol H2 = (6,84 – 2,52) : 96= 0,045 (mol) Từ (1) có: 2,52: M = 0,09:n Suy ra M = 28n. Thử n thấy nghiệm phù hợp là n = 2 và M = 56. Kim loại là Fe. Chọn đáp án D. Dạng 2 : Kim loại tác dụng với axit loại II. Một số trường hợp thường gặp: - Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO3 tạo ra sản phẩm khử duy nhất - Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO3 tạo ra nhiều sản phẩm khử. - Kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp HNO 3, H2SO4 hoặc dung dịch hỗn hợp gồm muối nitrat và axit a. Các điểm cần chú ý: - Tùy thuộc vào nồng độ axit, bản chất của chất khử và nhiệt phản ứng mà HNO3 hoặc H2SO4 thể bị khử xuống các sản phẩm khác nhau của nitơ 9 - Trong một số bài toán liên quan đến axit HNO 3 ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra các sản phẩm khác: NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu n e cho > ne nhận để tạo khí) hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí thoát ra) hoặc các hợp chất khí của Nitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn hợp đã cho. - Khi axit HNO3, H2SO4 đặc tác bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phản ứng trung hòa. - Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3 của kim loại (Fe3+, Cr3+); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2 (Fe2+, Cr2+), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối. - Các chất khử phản ứng với muối nitrat (NO 3-) trong môi trường axit tương tự phản ứng với HNO3. Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương trình ion. M + H+ +NO3-  Mn+(có hóa trị cao nhất)+ sản phẩm khử +H2O * Thường sử dụng phương pháp bảo toàn e khi kim loại tác dụng với axit loại II - Chỉ áp dụng cho bài toán xảy ra các phản ứng oxi hoá khử. - Xác định và viết đầy đủ các quá trình khử, quá trình oxi hoá. - Định luật bảo toàn electron: Tổng số mol e nhường = Tổng số mol e nhận. - Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng điện tích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng. - Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn các quá trình. * Một số công thức áp dụng cần nhớ. Công thức 3: Tính khối lượng muối mmuối = mkim loại + mgôc axit + Kim loại tác dụng với HNO3 đủ hoặc dư: nNO3- tạo muối = ne nhận = 3nNO + nNO2 + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3 . mmuối = mkim loại + 62 .(3nNO + nNO2 + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3) + 80nNH4NO3 + Kim loại tác dụng với H2SO4 đặc đủ hoặc dư: nSO42- tạo muối = ne nhận : 2 = (2nSO2 + 6nS + 8nH2S): 2 mmuối = mkim loại + 96. (2nSO2 + 6nS + 8nH2S): 2 - Tuy nhiên, trong các bài tập ta cũng thường gặp phản ứng chỉ tạo muối sunfat. Khi đó: NO3- phản ứng hết, khối lượng muối bằng khối lượng của kim loại và SO42Công thức 4: Tính số mol HNO3 , H2SO4 đặc phản ứng. naxit phản ứng = ntạo muối + n tạo khí. Dựa vào bán phản ứng ta rút ra công thức sau naxit nitric phản ứng = 4nNO + 2nNO2 + 10nN2O + 12nN2 + 10nNH4NO3 . naxit sunfuric phản ứng = (4nSO2 + 8nS + 10nH2S): 2 b. Ví dụ: 10 *Trường hợp 1: Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO 3 tạo ra 1 sản phẩm khử. Ví dụ 1: Cho m g Fe tác dụng với dung dịch HNO 3 loãng thu được 2,24 lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) và 1g kim loại không tan. Tính m? A. 8,4 g B. 9,4 g C. 6,6 g D. 12,2 g Hướng dẫn: Fe + 4H+ + NO3  Fe3++ NO+ 2H2O 0,1 0,1 0,1 3+ 2+ Fe + 2Fe  3Fe 0,05 0,1 mFe = (0,1+0,05).56+1=9,4g Chọn đáp án B. Ví dụ 2 (ĐH 2008- B): Thể tích dung dịch HNO3 1M loãng ít nhất cần dùng để hoà tan hoàn toàn một hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe; 0,15 mol Cu (sản phẩm khử duy nhất là NO): A. 0,8 lit B. 1,0 lit C. 1,2 lit D. 0,6 lit Hướng dẫn: Vì thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất nên Fe chỉ đạt đến hoá trị II. Bảo toàn e ta có: số mol e cho bằng số mol e nhận và bằng 0,15.2 + 0,15.2 = 0,6 (mol) Số mol NO là : 0,6: 3 = 0,2 (mol) Ta có số mol HNO3 phản ứng là : 4.nNO = 4. 0,2 = 0,8 (mol) Vậy thể tích HNO3 cần lấy là: 0,8 : 1= 0,8 (lít). Chọn đáp án A. Ví dụ 3: Lấy 9,94g hỗn hợp X gồm Al, Fe, Cu cho tan trong lượng dư dung dịch HNO3 loãng thấy thoát ra 3,584 lit khí NO (đktc) duy nhất. Khối lượng muối khan tạo thành: A. 39,7g B. 29,7g C. 39,3g D. 40,18g Hướng dẫn: Số mol khí NO là: 3,584/22,4 = 0,16 (mol) Áp dụng công thức (3) tính khối lượng muối khan ta được mmuối nitrat = 9,94 + 62 . 3 .0,16 = 39,7(g) Chọn đáp án A Ví dụ 4: Hoà tan hoàn toàn 0,9 gam một kim loại X vào dung dịch HNO 3 thu được 0,28 lít N2O duy nhất ở đktc. Kim loại X là? A. Fe B. Mg C. Al D. Cu Hướng dẫn: Phương trình phản ứng 11 X0 + HNO3 X(NO3)n+N2O+H2O Quá trình cho nhận e + Cho: X0 – ne Xn+ 0,9 0,9n X X 2N+5 + 8e2N+1N2O 0,1 0,0125 Á p dụng định luật bảo toàn e có: 0,9n/X = 0,1→ 9n = X. Thử giá trị n thấy nghiệm là n=3, X= 27. Vậy kim loại cần tìm là Al Chọn đáp án C Ví dụ 5: Cho hỗn hợp X gồm 0,08 mol mỗi kim loại Mg, Al, Zn vào dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được 0,07 mol một sản phẩm khử duy nhất chứa lưu huỳnh. Sản phẩm khử là? A. H2S B. S C. SO2 D. SO3 Hướng dẫn: Quá trình cho nhận e: + Cho: Mg – 2e = Mg2+ Al – 3e = Al3+ Zn- 2e = Zn2+ Tổng số mol e cho = 0,08.2 + 0,08.3+ 0,08.2 = 0,56 (mol) + Nhận: S+6 + (6-a)e  Sa 0,07.(6-a) 0,07 Áp dụng định luật bảo toàn e: 0,07(6-a) = 0,56 a = -2  sản phẩm khử là H2S Chọn đáp án A Ví dụ 6: Cho hỗn hợp gồm 4 kim loại có hoá trị không đổi: Mg, Ni, Zn, Al được chia làm 2 phần bằng nhau: - Phần 1: tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 3,36 lit H2 - Phần 2: Hoà tan hết trong dung dịch HNO 3 loãng dư thu được V lit một khí không màu hoá nâu ngoài không khí (các thể tích đo ở đkc). Giá trị của V là: A. 2,24 lit B. 3,36 lit C. 4,48 lit D. 5,6 lit Hướng dẫn: - Vì các kim loại có hoá trị không đổi nên số mol electron nhường trong 2 thí nghiệm giống nhau suy ra số mol electron nhận ở 2 thí nghiệm cũng bằng nhau. - Khí không màu, hoá nâu ngoài không khí là NO. + Nhận: 12 - Từ đó ta có: 2 nH 3 nNO hay 2 VH 3 VNO 2 VNO = V = 2 2 3,36 2, 24(lit ) 3 Chọn đáp án A Ví dụ 7: Chia m gam hỗn hợp X gồm Fe, Al thành 2 phần bằng nhau: - Phần 1: Hoà tan hoàn toàn trong dung dịch HCl dư thu được 7,28 lit H2. - Phần 2: Hoà tan hết trong dung dịch HNO3 dư thu được 5,6 lit NO duy nhất. Các thể tích khí đo ở đktc. Khối lượng Fe, Al trong X là: A. 5,6g và 4,05g B. 16,8g và 8,1g C. 5,6g và 5,4g D. 11,2g và 8,1g Hướng dẫn: - Áp dụng ĐLBT electron tìm số mol Al (x mol); Fe (y mol) trong ½ X - Tác dụng với HCl thì Fe đạt số oxi hóa là +2 còn tác dụng với HNO 3 dư thì Fe đạt số oxi hóa là +3. + P1: 2.nFe + 3. nAl = 2.n H2 = 0,65 + P2: 3.nFe +3. nAl = 3. nNO = 0,75 Ta có hệ: 2x + 3y = 0,65 x = 0,1 mol 3x + 3y = 0,75 y = 0,15 mol Vậy khối lượng mỗi kim loại trong X là: mFe = 2  0,1  56 = 11,2(g) và mAl = 2 0,15 27 = 8,1(g) Chọn đáp án D Ví dụ 8 (ĐH 2009 – A): Cho 3,024g một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO3 loãng thu được 940,8 ml khí NxOy (đktc, sản phẩm khử duy nhất) có tỉ khối so với H2 là 22. Khí NxOy và kim loại M là: A. NO và Mg B. N2O và Fe C. NO2 và Al D. N2O và Al Hướng dẫn: Ta thấy M khí là 44. Vậy khí là N2O Áp dụng ĐLBT electron được Mkim loại = 9n (n là hoá trị của kim loại) Chọn n = 3 và MKL = 27 (Al) Đáp án là D * Trường hợp 2: Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO 3 tạo ra nhiều sản phẩm khử. Ví dụ 1: (ĐH 2007 –A): Hoà tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe và Cu ( tỉ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3 thu được V lit hỗn hợp khí X gồm NO và NO 2 và dung dịch Y (chỉ chứa 2 muối và axit dư). Tỉ khối của X so với H2 là 19. Giá trị của V là: A. 2,24 B. 3,36 C. 4,48 D. 5,6 13 Hướng dẫn: Gọi nFe = nCu = a mol  56a + 64a = 12  a = 0,1 Có: Fe, Cu + HNO3 → Fe3+, Cu2+ + NO + NO2 + H2O  ne cho = 0,1.3 + 0,1.2 = 0,5 mol Quá trình nhận e: N+5 + 3e = N+2 3x x N+5 + 1e = N+4 x x Áp dụng định luật bảo toàn e có  4x = 0,5 x = 0,5 0,125 4  V= 2. 0,125. 22,4 = 5,6 (lít) Chọn đáp án D Ví dụ 2: Hoà tan a gam Al trong dung dịch HNO 3 loãng thấy thoát ra 4,48 lit hỗn hợp khí NO, N2O, N2 có tỉ lệ mol lần lượt là 1: 2: 2. Giá trị của a là: A. 14,04g B. 70,2g C.35,1g D. 15,2g Hướng dẫn: Tính số mol mỗi khí. Áp dụng ĐLBT electron tính nAl   mAl = a. 1 4, 48 mol (NO) = 5 22, 4 0, 04 ; mol(N2O) = mol (N2) = (0,2 – 0,04)/2 = 0,08 3 0, 04  10 0, 08  8 0,08 14, 04( g ) 3 mAl = a = 27  Chọn đáp án A Ví dụ 3: Cho 3 kim loại Al, Fe, Cu tan hết trong 2 lit dung dịch HNO 3 thu được 1,792 lit (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N 2O có tỉ khối so với He là 9,25. Nồng độ CM của dung dịch HNO3 ban đầu là: A. 0,28M B.1,4M C. 1,7M D. 1,2M Hướng dẫn: Từ M hh ta tính được mol (NO) = mol (N2O) = 0,04 (mol) Áp dụng công thức có số mol HNO3 phản ứng là 0,04.4 + 0,04. 10 = 0,56 (mol) Nồng độ mol/lit của HNO3 là: 0,56: 2 = 0,28 (M) 14 Chọn đáp án A Ví dụ 4: Hoà tan 4,431g hỗn hợp Al và Mg trong dung dịch HNO 3 loãng thu được dung dịch X (không chứa muối amoni) và 1,568 lit (đktc) hỗn hợp khí không màu có khối lượng 2,59g trong đó có một khí hoá nâu trong không khí. Số mol HNO 3 phản ứng là: A. 0,51 B. 0,455 C. 0,55 D. 0,49 Hướng dẫn: - Khí không màu hoá nâu ngoài không khí   khí NO - Từ M hh khí suy ra khí không màu còn lại là N2O - Có mol (NO) = mol (N2O) = a mol = 0,035 (mol) - Số mol HNO3 phản ứng = 4  nNO + 10  nN O = 14  a = 14.0,035 = 0,49 (mol) Chọn đáp án D Ví dụ 5: Hoà tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm 3 kim loại bằng dung dịch HNO 3 thu được 1,12 lit hỗn hợp khí X (đkc) gồm NO 2 và NO. Tỉ khối hơi của X so với H2 là 18,2. Thể tích dung dịch HNO3 37,8% (d = 1,242g/ml) cần dùng là A. 20,18 ml B. 11,12 ml C. 21,47 ml D. 36,7 ml Hướng dẫn: - Giải hệ phương trình tìm mol mỗi khí (NO: x mol; NO2: y mol) - Áp dụng công thức tính mol HNO3 phản ứng. - Tính thể tích dung dịch HNO3 phản ứng. x + y = 1,12/22,4 x = 0,03 30x + 46y = 18,2  2  0,05 y = 0,02 2 - Vdd axit phản ứng (4 0, 03  2 0, 02) 63 37,8%  21, 47(ml ) 1, 242 Chọn đáp án C Ví dụ 6: Hoà tan 15,6g hỗn hợp kim loại R có hoá trị không đổi vào dung dịch HNO3 loãng dư. Khi phản ứng kết thúc thu được 896ml khí N 2. Thêm vào dung dịch mới thu được một lượng dung dịch NaOH nóng dư được 224ml một chất khí. Các thể tích khí đo ở đktc. Kim loại R là: A. Zn B. Cu C. Al D. Mg Hướng dẫn: - Dung dịch sau phản ứng tác dụng với NaOH có khí nên sản phẩm khử phải có muối NH4NO3   nNH 4 NO3 nNH 3 - ĐLBT electron tìm mối quan hệ giữa NTK của R với n là hoá trị của kim loại ( 1 n 3 ). 15 M KL  15, 6 32,5n 0,896 0, 224 10   8   Chọn n = 2 và MKL = 65 (Zn) 22, 4 22, 4 n Chọn đáp án A. Ví dụ 7: Cho 2,16g Mg tác dụng với dung dịch HNO 3 dư. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,896 lít khí NO (đktc) và dung dịch X. Khối lượng muối khan thu được khi làm bay hơi dung dịch X là? A. 13,92g B. 13,32g C. 12,08g D. 13,50 g Hướng dẫn: nMg = 0,09 mol, ne cho = 0,18 Nhận e: N+5 + 3e N+2 (1) 0,12 0,04  ne cho không bằng ne nhận  Có thêm quá trình sau: N+5 + 8e  N-3 (NH4NO3) 0,06 0,06 8 Vậy có 2 loại muối là Mg(NO3)2 và NH4NO3 Khối lượng muối là: 0,09.148 + 0,06 .80 8 = 13,92g Chọn đáp án A. Ví dụ 8 (ĐH 2009 – A): Hoà tan 12,42 gam Al bằng dung dịch HNO 3 loãng dư được dung dịch X và 1,344 lit (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N 2O và N2, tỉ khối của Y so với H2 là 18. Cô cạn dung dịch X thu được bao nhiêu gam muối khan: A. 106,38g B. 34,08g C. 97,98g D. 38,34g Hướng dẫn: Làm tương tự ví dụ 7 nAl = 0,46 ne cho = 1,38 mol nN2O = nN2 = 0,06 0,03 6 ne nhận = 0,54 mol  ne cho  có thêm quá trình nhận e:  muối = mAl(NO3)3 + mNH4NO3 Chọn đáp án A 2N+5 + 8e  N-3 (1,38 – 0,54) 0,105 = 0,46.213 +0,105.80 =106,38 (g) 16 Ví dụ 9: Hoà tan hoàn toàn 8,4g Mg vào 1 lit dung dịch HNO 3 vừa đủ. Sau phản ứng thu được 0,672 lit khí N2 (đktc) và dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được 55,8g muối khan. Nồng độ mol/l của dung dịch HNO3 đã dùng: A. 0,76M B. 0,86M C. 0,96M D. 1,06M Hướng dẫn: - So sánh khối lượng muối Mg(NO3)2 và khối lượng muối khan thu được, chứng minh phản ứng có tạo muối NH4NO3. - Tính số mol NH4NO3 - mol HNO3 phản ứng = tạo muối kim loại + tạo khí N2 + tạo muối NH4NO3 - Khối lượng Mg(NO3)2 = 8, 4 (24  2 62) 51,8( g )  55,8( g ) 24   tạo muối NH4NO3 8, 4 0, 672 55,8  51,8 2  2  2 - CM HNO3 phản ứng = 24 22, 4 80 0,86( M ) 1 Chọn đáp án B * Trường hợp 3: Chất khử tác dụng với dung dịch hỗn hợp HNO3, H2SO4 Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 19,2g kim loại M trong hỗn hợp dung dịch HNO 3 và H2SO4 đặc nóng thu được 11,2 lit khí X gồm NO 2 và SO2 có tỉ khối so với metan là 3,1. Kim loại M là: A. Mg B. Al C. Fe D.Cu Hướng dẫn: - Giải hệ phương trình tìm số mol NO2 (a mol) và SO2 (b mol) - ĐLBT electron tìm mối quan hệ giữa M và n - Xác định M. a + b = 0,5 → a = 0,4 46a + 64b = 0,5 3,1  16 19, 2 32n M = 0, 6 n b = 0,1 → Chọn n = 2 và M = 64 (Cu) Chọn đáp án D Ví dụ 2: Hoà tan 0,1 mol Cu vào 120ml dung dịch X gồm HNO 3 1M và H2SO4 0,5M. Sau khi phản ứng kết thúc thu được V lit khí NO duy nhất. Giá trị của V: A. 1,344 lit B. 1,49 lit C. 0,672 lit D. 1,12 lit Hướng dẫn: 17