Đang tải... (xem toàn văn)
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Để hệ thống, nắm chắc kiến thức thì việc giải các bài tập hoá học là cách tốt nhất giúp thí sinh hoàn thành chủ động chiếm lĩnh kiến thức bài học, qua đó các em làm tốt bài thi của mình. Qua thực tiễn giảng dạy, tôi đã rút ra một số kinh nghiệm giải toán hoá học đối với dạng bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm. Hy vọng rằng những ý kiến này sẽ giúp ích cho các em học sinh trong quá trình học tập, hệ thống, nắm chắc kiến thức và tiết kiệm thời gian khi làm các bài thi và kiểm tra. Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, tổ chuyên môn và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Đây là những kinh nghiệm rút ra của cá nhân tôi. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của hội đồng khoa học nhà trường, các đồng nghiệp và Ban giám hiệu nhà trường giúp tôi có được phương pháp dạy học phần này tốt hơn.
Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Để hệ thống, nắm chắc kiến thức thì việc giải các bài tập hoá học là cách tốt nhất giúp thí sinh hoàn thành chủ động chiếm lĩnh kiến thức bài học, qua đó các em làm tốt bài thi của mình. Qua thực tiễn giảng dạy, tôi đã rút ra một số kinh nghiệm giải toán hoá học đối với dạng bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm. Hy vọng rằng những ý kiến này sẽ giúp ích cho các em học sinh trong quá trình học tập, hệ thống, nắm chắc kiến thức và tiết kiệm thời gian khi làm các bài thi và kiểm tra. Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, tổ chuyên môn và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Đây là những kinh nghiệm rút ra của cá nhân tôi. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của hội đồng khoa học nhà trường, các đồng nghiệp và Ban giám hiệu nhà trường giúp tôi có được phương pháp dạy học phần này tốt hơn. Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 1 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải II. CƠ SỞ LÍ LUẬN Để hoàn thành mỗi câu hỏi trắc nghiệm với thời gian ngắn khoảng 2 phút là một vấn đề không dễ dàng đối với học sinh. Vì vậy, các em phải nắm chắc kiến thức, vận dụng linh hoạt để có thể tìm ra đáp án của bài toán. Muốn làm được điều này thì giáo viên giảng dạy đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc hướng dẫn học sinh nhận dạng, phân loại và có cách giải phù hợp với mỗi bài. Khi giảng dạy ở lớp 12, tôi thấy nhiều em học sinh gặp khó khăn trong việc giải các bài tập phần này, dường như những kiến thức này khá mới và ít liên quan tới các kiến thức về kim loại mà các em đã được học. Các em thường sử dụng cách giải truyền thống là viết và tính theo phương trình hoá học, như vậy sẽ mất rất nhiều thời gian, đôi khi không thể viết và giải được theo phương pháp truyền thống để giải quyết một bài toán. Vì vậy, với thời lượng trung bình 2 phút/câu thì các em không thể hoàn thành được bài tập. Để giúp các em có thể giải nhanh được các bài tập phần này, tôi đề xuất phương pháp giải giúp các em có thêm lựa chọn và qua đó tiết kiệm thời gian khi làm bài thi trắc nghiệm. Đó là “Phương pháp giải bài tập nhôm và hợp chất của nhôm” Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 2 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải III. TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI A. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM 1) Phản ứng của nhôm với dung dịch axit. ( 2 3 /2 0 / 0 66,1 HHAlAl EVE ++ <−= ) * Tác dụng dung dịch axit HCl, H 2 SO 4 loãng. 2Al + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2 ↑ * Tác dụng dung dịch HNO 3 và H 2 SO 4 đậm đặc nóng. Al + HNO 3 → Al(NO 3 ) 3 + (NO 2 ; NO; N 2 ; N 2 O; NH 4 NO 3 ) + H 2 O Al + H 2 SO 4 đđ → Al 2 (SO 4 ) 3 + ( SO 2 ; S; H 2 S) + H 2 O Lưu ý: Al thụ động HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nguội. 2) Al 2 O 3 và Al(OH) 3 là chất lưỡng tính * Tác dụng với axit: Al 2 O 3 + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3H + → Al 3+ + 3H 2 O * Tác dụng với dung dịch kiềm + ) Al 2 O 3 + 2OH - + 3H 2 O → 2 [Al(OH) 4 ] - hoặc Al 2 O 3 + 2OH - → 2AlO 2 - + H 2 O + ) Al(OH) 3 + OH - → [Al(OH) 4 ] - hoặc Al(OH) 3 + OH - → AlO 2 - + 2H 2 O Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 3 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải 3) Phản ứng của nhôm với dung dịch kiềm Theo dãy điện hóa, nhôm đẩy được hiđro ra khỏi nước. Nhưng thực tế, vật bằng nhôm không bị nước hòa tan khi nguội và cả khi đun nóng vì có lớp màng oxit bảo vệ. Nhưng, những vật bằng nhôm lại bị hoà tan trong dung dịch kiềm mạnh như NaOH, KOH, Ba(OH) 2 , Ca(OH) 2 là do: Ban đầu, màng oxit nhôm bị phá huỷ trong dung dịch kiềm mạnh: Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O → 2Na[Al(OH) 4 ] (I) hoặc Al 2 O 3 + 2NaOH → 2NaAlO 2 + H 2 O Sau đó, kim loại nhôm tác dụng với nước: 2Al + 6H 2 O → 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 ↑ (II) Và màng Al(OH) 3 bị tan trong dung dịch kiềm mạnh: Al(OH) 3 + NaOH → Na[Al(OH) 4 ] (III) hoặc Al(OH) 3 + NaOH → NaAlO 2 + 2H 2 O Các phản ứng (II) và (III) xảy ra liên tục. Vì vậy có thể viết lại cho quá trình: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 ↑ Hoặc: 2Al + 2NaOH + 2H 2 O → 2NaAlO 2 + 3H 2 4) Muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm Al 3+ + 3OH - → Al(OH) 3 ↓ Nếu OH - dư thì tiếp tục có phản ứng: Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 4 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải Al(OH) 3 + OH - → [Al(OH) 4 ] - tan Khi thêm từ từ dung dịch kiềm mạnh vào dung dịch chứa Al 3+ , lúc đầu thấy xuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến lớn nhất rồi lại tan dần tạo dung dịch không màu. Nhưng, Al(OH) 3 hay HAlO 2 .H 2 O có tính axit rất yếu nên dễ bị axit mạnh hơn đẩy ra khỏi dung dịch muối. [Al(OH) 4 ] - + H + → Al(OH) 3 ↓ + H 2 O Khi H + dư: Al(OH) 3 + 3H + → Al 3+ + 3H 2 O Khi thêm từ từ dung dịch chứa axit đến dư vào dung dịch chứa AlO 2 - , lúc đầu xuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến lớn nhất rồi lại tan dần tạo dung dịch không màu. Al(OH) 3 hay HAlO 2 .H 2 O có tính axit yếu hơn cả axit cacbonic nên khi sục khí CO 2 vào dung dịch chứa AlO 2 - sẽ sinh ra kết tủa: NaAlO 2 + CO 2 + 2H 2 O → Al(OH) 3 ↓ + NaHCO 3 Nên khi sục CO 2 đến dư vào dung dịch muối chứa AlO 2 - sẽ xuất hiện kết tủa keo trắng. Khi nắm được những kiến thức này là điều kiện rất tốt để giải quyết tốt các bài tập dạng dưới đây. Và mỗi bài cụ thể ta lại có những cách riêng để giải quyết nó. B. MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT, PHƯƠNG PHÁP ĐƯỢC SỬ DỤNG Học sinh cần vận dụng tốt các định luật thường dùng trong hoá học: Đặc biệt là phương pháp bảo toàn mol electron và định luật bảo toàn nguyên tố: Số mol từng nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố trước và sau phản ứng không đổi. C. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 5 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải Dạng 1. Al tác dụng với dung dịch axit và tác dụng với dung dịch kiềm + Tác dụng với dung dịch kiềm (khử nước). 2Al + 2OH - + 2H 2 O → 2AlO 2 - + 3H 2 ↑ + Tác dụng dung dịch axit HCl, H 2 SO 4 loãng. 2Al + 6H + → 2Al 3+ + 3H 2 ↑ Phương pháp: - Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng - Phương pháp bảo toàn mol electron. Quá trình oxi hóa: Quá trình khử: Al 0 - 3e → Al +3 2H + + 2e → H 2 0 Dùng định luật bảo toàn mol electron để lập phương trình đại số. Ví dụ: Cho m gam hỗn hợp bột Al và Fe tác dụng với dung dịch NaOH dư thoát ra 6,72 lít khí (đktc). Nếu cho m gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch HCl dư thì thoát ra 8,96 lít khí (đktc). Khối lượng của Al và Fe trong hỗn hợp đầu là A. 10,8 gam Al và 5,6 gam Fe. B. 5,4 gam Al và 5,6 gam Fe. C. 5,4 gam Al và 8,4 gam Fe. D. 5,4 gam Al và 2,8 gam Fe. Hướng dẫn giải Đặt n Fe = x mol ; n Al = y mol. - Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng Hỗn hợp tác dụng với dung dịch NaOH dư, Al phản ứng hết. 2Al + 2NaOH + 2H 2 O → 2NaAlO 2 + 3H 2 ↑ 0,2 mol ¬ 0,3 mol Hỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl dư, Al và Fe phản ứng hết. 2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 ↑ 0,2 mol ¬ 0,3 mol Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 ↑ y mol y mol Ta có: y + 0,3 = 0,4 ⇒ y = 0,1 mol. Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 6 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải Vậy hỗn hợp có 5,6 gam Fe và 5,4 gam Al. - Phương pháp bảo toàn mol electron. Hỗn hợp tác dụng với dung dịch NaOH dư, Al phản ứng hết. Quá trình oxi hóa: Quá trình khử: Al - 3e → Al 3+ 2H + + 2e → H 2 0 y → 3y mol 0,6 ¬ 0,3 mol Bảo toàn mol electron suy ra 3y = 0,6 (*) Hỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl dư, Al và Fe phản ứng hết. Quá trình oxi hóa: Quá trình khử: Fe 0 - 2e → Fe 2+ 2H + + 2e → H 2 0 x → 2x mol 0,8 ¬ 0,4 mol Al 0 - 3e → Al 3+ y → 3y mol Bảo toàn mol electron suy ra 2x + 3y = 0,8 (**) Từ (*) và (**) suy ra: x = 0,1 mol; y = 0,2 mol. Vậy hỗn hợp có 5,6 gam Fe và 5,4 gam Al. + Tác dụng dung dịch HNO 3 và H 2 SO 4 đậm đặc nóng. Al + HNO 3 → Al(NO 3 ) 3 + (NO 2 ; NO; N 2 ; N 2 O; NH 4 NO 3 ) + H 2 O Al + H 2 SO 4 đđ → Al 2 (SO 4 ) 3 + ( SO 2 ; S; H 2 S) + H 2 O Phương pháp: - Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng - Phương pháp bảo toàn mol electron. Quá trình oxi hóa: Quá trình khử (có thể có): Al 0 - 3e → Al +3 2H + + 2e → H 2 0 5 N + + 1e → 4 N + (NO 2 ) 5 N + + 3e → 2 N + (NO) 2 5 N + + 8e →2 1 N + (N 2 O) 2 5 N + + 10e →2 0 N (N 2 ) 5 N + + 8e → 3 N − (NH 4 NO 3 ) S +6 + 2e → S +4 (SO 2 ) S +6 + 6e → S 0 (S) Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 7 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải S +6 + 8e → S -2 (H 2 S) Dùng định luật bảo toàn mol electron để lập phương trình đại số. Ví dụ: Hoà tan m gam Al vào dung dịch HNO 3 loãng chỉ thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N 2 O và 0,01 mol NO. Giá trị của m là A. 8,1 gam. B. 1,53 gam. C. 1,35 gam. D. 13,5 gam. Hướng dẫn giải - Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng 8Al + 30HNO 3 → 8Al(NO 3 ) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O 0,04 ¬ 0,015 mol Al + 4HNO 3 → Al(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O 0,01 ¬ 0,01 mol Suy ra x = 0,05 mol. Vậy khối lượng Al = 1,35 gam. - Phương pháp bảo toàn mol electron. Đặt n Al = x mol. Quá trình oxi hóa: Quá trình khử: Al 0 - 3e → Al +3 5 N + + 3e → 2 N + (NO) x 3x mol 0,03 ¬ 0,01 mol 2 5 N + + 8e → 2 1 N + (N 2 O) 0,12 ¬ 0,015 mol Áp dụng định luật bảo toàn mol electron ta có: 3x = 0,03 + 0,12 = 0,15 Suy ra x = 0,05 mol. Vậy khối lượng Al = 1,35 gam. So sánh 2 cách giải trên đối với các bài đơn giản ta thấy 2 cách giải đều thuận lợi, dễ dàng. Cách 1 định hình cơ bản cho các học sinh còn yếu, tuy nhiên các em gặp khó khăn khi cân bằng phản ứng, cách 2 dành cho học sinh khá hơn giúp các em tiết kiệm thời gian và công sức. Việc lập phương trình đại số lại rất đơn giản, các em chỉ cần nhớ các quá trình oxi hóa khử là có thể giải quyết tốt bài toán dạng này. Dạng 2. Muối của Al 3+ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 8 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải Thứ tự các phản ứng có thể xảy ra: Al 3+ + 3OH - → Al(OH) 3 ↓ (I) Khi OH - dư: Al(OH) 3 + OH - → [Al(OH) 4 ] - tan ⇒ Al 3+ + 4OH - → [Al(OH) 4 ] - hay AlO 2 - + 2H 2 O (II) a) Mức độ dễ: Cho biết số mol của Al 3+ và OH - , hãy tính số mol và lượng kết tủa. * phương pháp: Đặt 3 OH Al n k n − + = + ) Nếu k ≤ 3: Chỉ xảy ra (I) và chỉ tạo Al(OH) 3 ↓. (Al 3+ dư nếu k < 3) Khi đó: 3 OH Al(OH) n n 3 − = (Theo bảo toàn nhóm OH - ) + ) Nếu 3 < k < 4: Xảy ra cả (I) và (II). Tạo hỗn hợp Al(OH) 3 ↓ và [Al(OH) 4 ] - . (Cả Al 3+ và OH - đều hết) Khi đó: Đặt số mol Al(OH) 3 là x; Số mol [Al(OH) 4 ] - là y ⇒ Hệ phương trình: 3+ - Al - OH x + y = n b¶o toµn mol nguyªn tè Al 3x + 4y = n b¶o toµn nho'm OH Đặc biệt 3 4 k 3,5 2 + = = thì 3 3 4 Al Al(OH) [Al(OH) ] n n n 2 + − = = + ) Nếu k ≥ 4: Chỉ xảy ra (II) và chỉ tạo [Al(OH) 4 ] - (OH - dư nếu k > 4) Khi đó: 3 4 Al(OH) Al n n − + = Ví dụ 1. Nhỏ từ từ 200 ml dung dịch NaOH 1,7M vào 200 ml dung dịch AlCl 3 0,5M thu được m gam kết tủa. Tính giá trị của m ? Hướng dẫn giải Ta có: n NaOH = 0,34 mol, 3 AlCl n = 0,1 mol Tôi xin đề nghị 2 hướng giải để tiện so sánh Cách 1: Theo cách cơ bản AlCl 3 + 3 NaOH → Al(OH) 3 ↓ + 3 NaCl Ban đầu: 0,1 0,34 Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 9 Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Điểu Cải Phản ứng: 0,1 → 0,3 0,1 0,3 Sau phản ứng: 0 0,04 0,1 0,3 Vì NaOH còn dư nên có tiếp phản ứng: Al(OH) 3 + NaOH → Na[Al(OH) 4 ] Ban đầu: 0,1 0,04 Phản ứng: 0,04 ← 0,04 → 0,04 Sau phản ứng: 0,04 0 0,04 Vậy sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được: 0,04 mol Al(OH) 3 ↓ ⇒ m ↓ = 0,04 . 78 = 3,12 g 0,04 mol Na[Al(OH) 4 ] Cách 2: Xét tỉ lệ k OH n − = 0,34 mol, 3 Al n + = 0,1 mol 3 OH Al n k n − + = = 3,4 ⇒ Tạo hỗn hợp { 3 4 Al(OH) x mol [Al(OH) ] y mol − ⇒ Hệ: { x y 0,1 3x 4y 0,34 + = + = { x 0,06 y 0,04 = = ⇒ m ↓ = 0,04 . 78 = 3,12 g Với 2 cách giải tôi vừa nêu, thì cách 2 đơn giản hơn, tiết kiệm được thời gian. Chỉ cần biết sản phẩm là có thể lập hệ phương trình đại số. Nếu nắm chắc bài tập dạng này các em sẽ tư duy được các tỉ lệ tạo kết tủa hay tan hoàn toàn. Ví dụ 2: Cho 100 ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 20 ml dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 0,5M được dung dịch A. Tính nồng độ mol/l các chất trong dung dịch A? Hướng dẫn giải OH n − = 0,1 mol, 3 Al n + = 2n Al 2 (SO 4 ) 3 = 0,02 mol 3 OH Al n k n − + = = 5 > 4 ⇒ Tạo [Al(OH) 4 ] - và OH - dư Dung dịch A có: 3 4 Al(OH) Al n n − + = = 0,02 mol; OH n − = d 0,1 – 0,02.4 = 0,02 mol Giáo viên: Nguyễn Đình Hoàng 10