PHẦN I: MỞ ĐẦU Thông tin chung sáng kiến: 1.1 Tên sáng kiến: Vận dụng định luật bảo tồn electron vào giải số tốn hóa học vô 1.2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Trong giảng dạy mơn Hóa học trung học phổ thơng Trong việc dạy học ôn thi tốt nghiệp, ôn thi Đại học, Cao đ ẳng giáo viên học sinh 1.3 Tác giả: Họ tên: Hồ Thị Huyền Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 19 / 07 / 1987 Trình độ chun mơn: Cử nhân sư phạm Hóa học Đơn vị cơng tác: Trường THPT Nam Sách II Điện thoại: 0986.624.898 1.4 Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Trường THPT Nam Sách II – An Lâm – Nam Sách – Hải Dương Điện thoại: 03203 755 317 1.5 Đơn vị áp dụng sáng kiến lần đầu: Trường THPT Nam Sách II – An Lâm – Nam Sách – Hải Dương Điện thoại: 03203 755 317 1.6 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Được trí thơng qua nội dung SKKN phê ệt Ban chuyên môn, Ban giám hiệu nhà trường 1.7 Thời gian áp dụng SKKN lần đầu: SKKN áp dụng từ tháng 10 năm 2012 đến hết tháng 10 năm 2013 lớp A, D, G niên khóa 2011 – 2014 trường THPT Nam Sách II – Nam Sách – Hải Dương HỌ TÊN TÁC GIẢ (KÝ TÊN) XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Hồ Thị Huy ền 1 Tóm tắt nội dung sáng kiến: Hóa học mơn khoa học tự nhiên, đòi hỏi người h ọc phải có tư logic, sáng tạo nhanh nhạy Những năm gần đây, kì thi tốt nghiệp THPT thi Đại học, Cao đẳng mơn Hóa học m ột mơn thi hình thức trắc nghiệm khách quan Điều đòi h ỏi người học tìm cách giải ngắn gọn, thơng minh, độc đáo Có nhiều phương pháp vận dụng để giải tập hóa học nh bảo tồn khối lượng, bảo toàn electron, tăng giảm khối lượng, bảo tồn điện tích Việc nắm vững lý thuyết vận dụng phương pháp cách sáng tạo, khoa học vào giải tập hóa h ọc yêu c ầu nghiêm túc thách thức lớn đại đa số em học sinh Tuy nhiên, trình giảng dạy trường THPT nhận th việc vận dụng phương pháp bảo toàn electron vào giải dạng tập áp dụng khó khăn v ới nhiều h ọc sinh Chính vậy, tơi mạnh dạn đưa biện pháp “Vận dụng định luật bảo tồn electron vào giải số tốn hóa học vơ cơ” nhằm mục đích hình thành tư giải nhanh dạng tập trắc nghiệm khách quan th ường gặp liên quan đến phản ứng oxi hóa – khử Nội dung sáng kiến bao gồm: - Cơ sở lý thuyết “Phản ứng oxi hóa – khử” - Cơ sở lý thuyết phương pháp cân phản ứng oxi hóa kh - Cơ sở lý thuyết “ Phương pháp bảo toàn electron” - Đưa ý tưởng sáng kiến vào giải dạng tập c ụ th ể - Áp dụng thử nghiệm vào thực tế trình giảng dạy - Thu thập, xử lí thơng tin đánh giá kết th nghi ệm đề tài 2 PHẦN II: NỘI DUNG SÁNG KIẾN Cơ sở lý thuyết “Phản ứng oxi hóa – khử” - Phản ứng oxi hóa – khử: phản ứng hóa h ọc có s ự “chuy ển electron” chất (nguyên tử, phân tử, ion) tham gia ph ản ứng; hay phản ứng oxi hóa – khử phản ứng có s ự thay đổi s ố oxi hóa c số nguyên tố - Chất khử: (bị oxi hóa) chất nhường electron (có số oxi hóa tăng sau phản ứng) - Chất oxi hóa: (bị khử) chất nhận electron (có số oxi hóa gi ảm sau phản ứng) - Điều kiện xảy phản ứng: phản ứng oxi hóa – kh xảy ch ất oxi hóa mạnh tác dụng với chất khử mạnh tạo thành chất oxi hóa y ếu chất khử yếu Cơ sở lý thuyết phương pháp cân phản ứng oxi hóa – kh (Ở giới thiệu hai phương pháp) 2.1 Phương pháp thăng electron Tiến hành theo bước: Bước Viết sơ đồ phản ứng, xác định chất oxi hóa, chất kh (d ựa vào s ự thay đổi số oxi hóa nguyên tố) Bước Viết trình oxi hóa (nhường electron), q trình kh (nh ận electron) cân cho trình Bước Tìm hệ số thích hợp cho chất khử, chất oxi hóa cho t s ố electron nhường tổng số electron nhận Bước Đặt hệ số chất oxi hóa, chất khử vào phương trình phản ứng cân phương trình Ví dụ : Cho kim loại Fe tác dụng với dung dịch HNO đặc, dư giải phóng khí NO2 (sản phẩm khử nhất) Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O - Xác định số oxi hóa nguyên tố: +5 +3 +4 Fe      +      H NO3       →  Fe( NO3 )     +   NO2     +    H2O - Viết q trình nhường, nhận electron Tìm hệ số thích h ợp đ ể số electron nhường số electron nhận: +3 1x Fe − 3e → Fe Chất khử (q trình oxi hóa) +5 3x +4 N+ 1e → N (q trình khử) Chất oxi hóa - Đặt hệ số cân phương trình: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 2H2O 2.2 Phương pháp thăng ion - electron Cách cân áp dụng cho phản ứng oxi hóa – kh x ảy dung dịch, có tham gia môi tr ường (axit, baz ơ, n ước) Khi cân áp dụng theo bước trên, bước th ứ 2, chất oxi hóa chất khử viết dạng ion – electron, q trình oxi hóa khử cân sở định luật bảo toàn khối lượng bảo tồn điện tích (nếu vế thiếu oxi thêm H 2O, thiếu hiđro thêm H+) Ví dụ: Hòa tan FeO dung dịch hỗn hợp HCl lỗng NaNO3 (bản NO3− chất phản ứng FeO bị oxi hóa anion mơi trường H+) NO3−  → FeO + H+ + Fe3+ + NO + H2O - Xác định số oxi hóa nguyên tố: +5 +2 +2 N O3−  → NO + H+ + Fe3+ + + H 2O - Viết trình nhường nhận e, nhân hệ số cho trình: FeO +2 3x FeO + 2H − 1e → Fe+ H2O Chất khử +5 1x +3 + − (q trình oxi hóa) +2 + N O + 4H + 3e → N O + 2H2O (quá trình khử) Chất oxi hóa - Cộng vế q trình khử q trình oxi hóa (đ ể tri ệt tiêu s ố electron trao đổi), kiểm tra lại phương trình:  → FeO + 10 H+ + NO33 Fe3+ + NO + H2O Cơ sở lý thuyết “ Phương pháp bảo toàn electron” 3.1 Nguyên tắc: Khi có nhiều chất oxi hóa chất khử hỗn h ợp phản ứng (nhiều phản ứng phản ứng qua nhiều giai đoạn) “tổng số mol electron mà chất khử cho phải tổng số mol electron mà ch ất oxi hóa nhận vào” Tức là: ∑n e nhường = ∑n e nhận 3.2 Một số ý áp dụng phương pháp: - Chủ yếu áp dụng cho toán oxi – hóa khử vơ - Có thể áp dụng bảo tồn electron cho phương trình, nhi ều ph ương trình tồn q trình oxi hóa – khử - Cần xác định xác chất nhường nhận electron Nếu xét cho m ột trình cần xác định trạng thái oxi hóa đầu tr ạng thái oxi hóa cuối, thường khơng quan tâm đến trạng thái oxi hóa trung gian c nguyên tố - Khi áp dụng phương pháp bảo toàn electron th ường sử d ụng kèm theo phương pháp bảo toàn khác bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố 3.3 Các bước giải: - Xác định chất khử chất oxi hóa giai đoạn đầu giai đoạn cuối (bỏ qua giai đoạn trung gian) - Viết trình khử trình oxi hóa (có thể theo ph ương pháp electron ion – electron) - Tìm tổng số mol electron nhường nhận - Áp dụng định luật bảo toàn electron Ví dụ 1: Hòa tan hồn tồn 19,2 gam Cu dung dịch HNO 3, tồn lượng khí NO (sản phẩm khử nhất) thu đem oxi hóa thành NO2 chuyển hết thành HNO3.Thể tích khí oxi (đktc) tham gia vào trình là: A 2,24 lít B 4,48 lít C 3,36 lít D 6,72 lít Giải: Cách 1: Tính tốn theo phương trình hóa học 19, = 64 nCu = 0,3 (mol) 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 0,3 → 0,2 (mol) 2NO + O2 → 2NO2 0,2 → 0,1 → 0,2 (mol) 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 0,2 → 0,05 → 0,2 (mol) nO = ⇒ 0,1 + 0,05 = 0,15 (mol) V = 0,15 22,4 = 3,36 lít Đáp án C Cách 2: Áp dụng phương pháp bảo toàn electron Xét toàn trình: +4 +5 −2  + O2 + O2 ,H2 O NO  → N O  → H N O3  + H NO3 Cu →  +2 Cu(NO )  o +5 Chỉ có Cu O thay đổi số oxi hóa Quá trình nhường e: Quá trình nhận e: +2 −2 Cu Cu - 2e → 0,3 → 0,6 Vậy V = 0,15.22,4 = 3,36 lít Đáp án C O2 + 4e → 0,15← 0,6 O Ví dụ 2: (Đề tuyển sinh Đại học, Cao đẳng khối A – 2013) Hoà tan hoàn toàn m gam Al dung dịch HNO lỗng, thu 5,376 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm N 2, N2O dung dịch chứa 8m gam muối Tỉ khối X so với H2 18 Giá trị m là: A 21,6 B 18,9 C 17,28 D 19,44 28 + 44 nN =nN O =0,12 mol 2 M hh Giải: Ta nhận thấy = 18.2 = Suy - TH1: Không tạo muối NH4NO3: Quá trình nhường e: Al – 3e → Al3+ Q trình nhận e: +5 Ta có n N +5 + 10e → N2 NO3− (muối) N + 8e → (N2O) nN nN O 2 = ne nhận = 10 +8 = 3nAl = nenhường N +1 NO3− Suy mmuối = mAl + m (muối) = m + 62.(10.0,12 + 8.0,12) = 8m → m= 19,13 (loại) - TH2: Tạo muối NH4NO3(a mol): +5 N −3 N Thêm trình nhận e: + 8e → (NH4NO3) m 213 27 Ta có 8m = + 80.a → m = 720a (1) Theo bảo toàn mol electron: ne nhường = ne nhận m 27 ⇒ = 10.0,12+ 8.0,12 + 8a (2) Từ (1) (2) suy m = 21,6 Đáp án A * Nhận xét: - Với tốn ví dụ 1, làm theo cách có ưu điểm h ơn so v ới cách 1: + Không cần viết phương trình hóa học phản ứng mà ch ỉ c ần n ắm nguyên tố thay đổi số oxi hóa 6 + Chỉ cần quan tâm đến trang thái oxi hóa đầu cuối, khơng c ần đ ể ý đến trạng thái oxi hóa trung gian Vì áp dụng theo cách rút ngắn thời gian tính tốn - Với tốn ví dụ 2, việc vận dụng phương pháp bảo tồn electron đầy đủ q trình có số ưu nhược điểm sau: + Ưu điểm: Không cần viết cân phương trình hóa h ọc, c ần viết trình nhường nhận e, kết hợp bảo toàn electron bảo toàn khối lượng để tính kết + Nhược điểm: Việc trình bày đầy đủ thứ tự bước ph ương pháp thăng electron nhiều thời gian Tuy nhiên, nắm cách tổng quát dạng toán (kim loại tác dụng v ới axit có tính oxi hóa mạnh) việc áp dụng định luật bảo toàn electron làm cho toán trở nên đơn giản nhiều Trên là hai số nhiều toán có th ể áp d ụng phương pháp bảo tồn electron Với toán ph ức tạp h ơn, đặc bi ệt số tốn vơ đề thi Đại học, Cao đẳng hay thi h ọc sinh giỏi việc nắm dạng tập oxi hóa – kh cách áp dụng định luật bảo toàn electron cần thiết 3.4 Một số dạng tốn áp dụng phương pháp b ảo toàn electron: Hầu hết dạng tập phản ứng oxi hóa kh đ ều có th ể áp dụng phương pháp bảo tồn electron Ở tơi đưa m ột số dạng toán hay gặp: - Bài toán kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng v ới dung d ịch axit (hoặc hỗn hợp axit) khơng có tính oxi hóa (như HCl H 2SO4 lỗng ) - Bài toán kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng v ới dung d ịch axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hóa ( HNO3 , H2SO4 đặc ) - Các toán liên quan tới sắt (điển hình tốn đ ể s ngồi khơng khí) - Bài tốn kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với dung dịch muối (hoặc nhiều muối) Đưa ý tưởng sáng kiến vào giải t ập c ụ th ể 4.1 Dạng 1: Bài toán cho kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với dung dịch axit tính oxi hóa mạnh dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng, Khi gặp dạng cần lưu ý vấn đề sau đây: - Khi cho kim loại hỗn hợp kim loại tác dụng v ới h ỗn h ợp axit HCl, H2SO4 loãng hỗn hợp axit lỗng (H+ đóng vai trò chất oxi hóa) tạo muối kim loại có số oxi hóa th ấp gi ải phóng H - Chỉ kim loại đứng trước H dãy hoạt động hóa học tác dụng với ion H+ - Phương trình tổng quát: 7 2M + 2nHCl → 2MCln + nH2 2M + nH2SO4 → M2(SO4)n + nH2 Hai phương trình có phương trình ion thu gọn giống nhau: 2M + 2nH+ → 2M n+ + nH2 Quá trình nhường e: Quá trình nhận e: n+ M – ne → M 2H+ + 2e → H2 Như ta thấy kim loại nhường n.e hiđro thu v ề 2e Công thức 1: Áp dụng định luật bảo toàn e nH 2 = n nkim loại (n hóa trị kim loại) Công thức 2: Kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng bảo toàn nguyên tố ta rút cơng thức tính khối lượng muối: mSO2- m − Cl mmuối = mkim loại + mgốc axit ( , , ) Trong đó, số mol gốc axit cho công thức: nSO2− nCl− nH = 2.nH = = ∑etrao đổi = ∑etrao đổi n H2 Với H2SO4: mmuối = mkim loại + 96 n H2 mmuối = mkim loại + 71 Với HCl: Ví dụ 1: Hồ tan 3,9 g hỗn hợp bột Al Mg dung dịch HCl d Sau phản ứng khối lượng dung dịch axit tăng thêm 3,5 g Khối l ượng nhôm magie hỗn hợp đầu là: A 2,7g 1,2g B 5,4g 2,4g C 5,8g 3,6g D 1,2g 2,4g mH Giải: Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có : = 3,9 – 3,5 = 0,4 gam Số mol H2 = 0,2 (mol) Theo bảo tồn e ta có: +3 y 2y Al Al - 3e → +1 x 3x 2H + e → H2 +2 Mg 0,4 0,2 Mg - 2e → Suy ra: 3x + 2y = 0,4 (1) 8 Theo ta có: 27x + 24y = 3,9 (2) Giải phương trình (1), (2) ta có x = 0,1 mol y = 0,05 mol Từ ta tính mAl =27.0,1 =2,7 gam mMg =24.0,05 = 1,2 gam Chọn đáp án A * Tuy nhiên gặp dạng nên áp d ụng công th ức Nh tính tốn ngắn gọn sau: Áp dụng cơng thức theo đề ta có: 0, 2.nH 2 3.nAl + 2.nMg = = (1) 27.nAl +24.nMg = 3,9 (2) Giải phương trình (1), (2) ta có nAl = 0,1 mol nMg = 0,05 mol Từ ta tính mAl = 27.0,1 = 2,7 gam mMg = 24.0,05 = 1,2 gam Chọn đáp án A Ví dụ 2: Hòa tan hồn toàn 10g hỗn hợp Mg Fe vào dung d ịch axit HCl dư thấy có 5,6 lít khí đktc dung d ịch X Cô c ạn dung d ịch X thu gam muối khan? A 55,50g B 27,75 g C 90,00g D 71,00g Giải: Áp dụng công thức ta biến đổi sau: mmuối = m kim loại + mCl- = mkim loại + 35,5.nCl= mkim loại + 35,5.2 nH = 10 + 71.0,25 = 27,75g Chọn đáp án B Ví dụ 3: Hòa tan hết 7,74 gam hỗn hợp bột Mg, Al 500ml dung dịch hỗn hợp HCl 1M H2SO4 0,28M thu dung dịch X 8,736 lít khí H2 (đktc) Cơ cạn dung dịch X thu lượng muối khan là: A 77,86 g B 25,95 g C 103,85 g D 38,93 g nH+ = nHCl + 2nH SO Giải: = 0,5.(1+2.0,28) = 0,78 mol 8,736 22, Số mol H2 là: = 0,39 mol + 2H + 2e → H2 0,78 0,39 + ⇒ Lượng H tham gia phản ứng vừa đủ Áp dụng cơng thức tính khối lượng muối: mCl +mSO − 24 mmuối = m2 kim loại + = 7,74 + 1.0,5.35,5 + 0,28.0,5.96 = 38,93 g Chọn đáp án D Ví dụ 4: Cho 24,6 gam hỗn hợp Mg, Al, Fe phản ứng hết v ới dung dịch HCl thu 84,95 gam muối khan Thể tích H (đktc) thu bằng: 9 A 18,06 lít B 19,04 lít C 14,02 lít Giải: Từ biểu thức tính khối lượng muối clorua: mmuối = mkim loại + 71 VH ⇒ = 22,4.( Chọn đáp án B VH n H2 84,95 − 24, 71 D 17,22 lít ⇒ 84,95 = 24,6 + 71 22,4 ) = 19,04 lít Ví dụ 5: Chia hỗn hợp hai kim loại A, B có hóa trị không đổi thành hai phần Phần hòa tan hết dung d ịch HCl, thu đ ược 1,792 lít khí H2 (đktc) Phần nung oxi thu 2,84 gam hỗn h ợp oxit Tổng khối lượng hai kim loại hỗn hợp ban đầu là: A 1,56 gam B 1,2 gam C 3,12 gam D 1,8 gam Giải: Đặt công thức chung hai kim loại A, B M, có hóa tr ị n - Phần 1: 2M+nO2 → M 2On + n+ - Phần 2: 2M+2nH → 2M +nH2 - ∑e (M nhường) = ∑e (O2 nhận) - ∑e (M nhường) = ∑e ( H+ nhận) - ⇒ ∑e ( H+ nhận) = ∑ e(O2 nhận) 2H + 2e → H O + 4e → 2O 2- + - - 0,16 ← 1,792 22,4 - a → 4a O2) (a mol ⇒ 4a = 0,16 ⇒a = 0,04 Gọi m khối lượng M phần Ta có: m + 0,04.32 = 2,84 ⇒ m = 1,56 gam Vậy, khối lượng hai kim loại hỗn hợp đầu là: 2.m = 1,56 = 3,12 gam Chọn đáp án C - - Ví dụ 6: Hòa tan 7,84 gam Fe vào 200 ml dung dịch hỗn hợp hai axit HCl 0,15M H2SO4 0,25M thấy thoát V lít khí H2 (đktc) Giá trị V là: A 1,456 lít B 0,45 lít C 0,75 lít D 0,55 lít - Giải: Q trình nhường e: Fe – 2e → Fe2+ - 10 10 0,3 - +5 0,1 0,8 +4 +6 0,2 +4 N + 1e → N S + 2e → S 0,1 0,1 0,2 0,1 ⇒ Tổng số mol e nhận 1,4 mol Theo định luật bảo toàn electron: 2x+ 3y = 1,4 (2) Giải hệ (1), (2) ta được: x = 0,4 mol ; y = 0,2 mol 27 × 0,2 %Al = ×100% = 36% 15 ⇒ %Mg = 100% − 36% = 64% Đáp án B - Ví dụ 2: Một hỗn hợp X có khối lượng 18,2 gam gồm kim loại A (hóa trị 2) B (hóa trị 3) Hòa tan X hồn tồn dung dịch Y ch ứa H2SO4 HNO3 Cho hỗn hợp khí Z gồm khí SO N2O Xác định kim loại A, B (B Al hay Fe) Biết số mol hai kim lo ại b ằng số mol khí SO2 N2O 0,1 mol khí A Cu, Al B Cu, Fe C Zn, Al D Zn, Fe Giải: Q trình khử hai anion tạo khí là: - 4H+ + SO42+ 2e → SO2 + 2H2O 0,2 0,1 + – 10H + 2NO3 + 8e → N2O + 5H2O 0,8 0,1 ⇒ ∑e (nhận) = 0,2 + 0,8 = mol - A 2e → A2+ a 2a B 3e → B3+ b 3b ⇒ ∑ e (cho) = 2a + 3b = (1) Vì số mol hai kim loại nên: a = b (2) Giải ( 1), (2 ) ta có a = b = 0,2 mol Vậy 0,2A + 0,2B = 18,2 ⇒ A + B = 91 ⇒ A Cu B Al - - 4.3 Dạng 3: Một số tập kim loại qua nhiều trạng thái oxi hóa săt, đồng Sắt, đồng kim loại có nhiều trạng thái oxi hóa nên chúng bị oxi hóa thu hỗn hợp oxit có th ể có kim lo ại ch ưa b ị oxi hóa Để giải dạng tập cần ý: - - Thông thường, tốn cho tồn lượng oxit kim loại chuy ển trạng thái oxi hóa cao - - Chỉ quan tâm đến trạng thái oxi hóa đầu cuối c kim lo ại, không cần quan tâm đến trạng thái oxi hóa trung gian - 18 18 - - Đối với toán Fe tác dụng với dung dịch HNO H2SO4 đặc nóng, sắt dư chuyển Fe2+ - - - Ví dụ 1: Nung x gam Fe khơng khí, thu đ ược 104,8 gam hỗn hợp rắn A gồm Fe, FeO, Fe 2O3, Fe3O4 Hòa tan A dung dịch HNO3 dư, thu dung dịch B 12,096 lít hỗn hợp khí NO NO2 (đktc) có tỉ khối He 10,167 Giá tr ị x là: A 85,02g B 49,22g C 78,4g D 98g Giải: Dựa vào sơ đồ đường chéo để tính nNO =0,18 mol; n NO2 = 0,36 mol Sơ đồ toán: O2 HNO3 Fe  → hhA(Fe,Fe 2O3 ,FeO,Fe3O )  → Fe(NO3 )3 +NO+NO - Ta thấy, q trình phản ứng tồn lượng Fe kim loại đ ược chuyển thành Fe3+ nên ta có: - Q trình nhận e: +5 +4 - Quá trình nhường e: − N(NO ) + 1e → N(NO2 ) Fe - 3e → Fe3+ - - - mol - 19 x 56 → ⇒ ∑ e (nhường) = 0,36← 0,36 - 3x 56 +5 +2 N(NO3− ) + 3e → N(NO) 3x 56 - 3.0,18 ← 0,18 - O2 + 4e → 2O2- a 4a (g ọi n O2 = a) - ⇒ ∑ e (nhận) = 0,9 + 4a (mol) 19 - Theo ĐLBT electron, ta có: ∑ ne nhận = ∑ ne nhường ⇔ 0,9 + 4a = (1) Mặt khác, theo định luật bảo toàn khối lượng: khối lượng hỗn hợp rắn A là: - mFe + mO2 = 104,8 (gam) hay x + 32a = 104,8 (2) Giải hệ hai phương trình (1) (2), ta có x = 78,4 gam Ch ọn đáp án C - - - 3x 56 - Ví dụ 2: Nung m gam bột Cu oxi thu 24,8 gam hỗn h ợp chất rắn X gồm Cu, CuO Cu2O Hòa tan hồn tồn X H2SO4 đặc nóng 4,48 lít khí SO2 (sản phẩm khử đktc) Giá trị m : A 9,6 B 14,72 C 21,12 D 22,4 - Giải: Sơ đồ toán : - +2 +4 Cu → hhX (Cu, CuO, Cu 2O)  → Cu + S (SO ) HNO3 O2 Gọi số mol Cu O2 x y Các q trình oxi hóa – khử: - +2 Cu -2 +6 - gam - - S +4 S Cu – 2e → ; O2 + 4e → ; + 2e → x 2x y 4y 0,4 0,2 Theo định luật bảo toàn electron: 2x = 4y + 0,4 (1) Theo định luật bảo toàn khối lượng: 64x + 32y = 24,8 (2) ⇒ Giải hệ phương trình (1) (2) ta x = 0,035 m = 22,4 - O → Đáp án D Ví dụ 3: Cho m gam hỗn hợp X gồm Fe, Fe 3O4 tác dụng với 200ml dung dịch HNO3 3,2M đun nóng khuấy Sau phản ứng xảy hồn tồn thu 2,24 lít khí NO (sản phẩm kh nhất, đo đktc) lại 1,46 gam kim loại Giá trị c m là: A 17,04 B 19,20 C 18,5 D 20,42 Giải: Phản ứng xảy hồn tồn mà sau phản ứng d kim lo ại Fe nên HNO3 phản ứng hết muối thu có Fe(NO3)2 Áp dụng định luật bảo tồn ngun tố với N ta có: n HNO3 =2n Fe(NO ) +n NO 2n Fe(NO ) ⇒ 3 0,2.3,2 = + 0,1 n ⇒ Fe(NO3 )2 n Fe2+ = = 0,27 mol Gọi số mol Fe Fe3O4 phản ứng x y Ta có q trình nhường nhận e: +8/3 - +2 3Fe + 2e → 3Fe +5 +2 N N Fe – 2e → Fe2+; ; + 3e → x 2x x 3y 2y 3y 0,3 0,1 Áp dụng định luật bảo toàn electron: 2x - 2y = 0,3 (1) n Fe2+ Mặt khác = x + 2y = 0,27 mol (2) Từ (1) (2) suy x = 0,18; y = 0,03 ⇒ m = 0,18,56 + 0,03.232 + 1,46 = 18,5 gam Đáp án C - - - Ví dụ 4: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,02 mol FeS2 0,03 mol FeS vào lượng dư H 2SO4 đặc, nóng thu muối X, SO2 H2O Hấp thụ hết SO2 lượng vừa đủ dung dịch KMnO4, thu dung dịch Y khơng màu, suốt, có pH = Thể tích dung dịch Y là: A 4,56 lít B 5,70 lít C 1,14 lít D 2,28 lít Giải: Các trình nhường nhận e: +3 - FeS2 (SO2) 0,002 – 15e → 0,03 Fe +6 +3 S +2 ; FeS – 9e → 0,003 Fe +6 S + ; +6 S +4 + 2e → S 0,027 ⇒ n SO ∑ ne nhận = ∑ ne nhường = (0,03 + 0,027) : = 0,0285 Hấp thụ khí SO2 vào KMnO4, ta có q trình nhường nhận e: SO 2-4 MnO -4 SO2 + H2O - 2e → + 4H+; + 8H+ + 15e → Mn2+ + H2O 0,0285 0,057 0,114 0,0912 0,057 n H+ (tạo thành) = 0,114 – 0,0912 = 0,0228 mol ⇒ ⇒ pH = [H+] = 1,0.10-2 V = 2,28 lít Đáp án D - - - 4.4 Dạng 4: Dạng toán dung dịch nhiều chất khử, nhiều chất oxi hóa mà trao đổi electron xảy đồng thời (thường gặp dạng toán kim loại đẩy kim loại khác khỏi dung dịch muối Gặp tốn loại cần lưu ý: - Tính số mol kim loại ion kim loại muối số mol electron tương ứng - So sánh số mol electron nhường nhận để xác định chất dư chất hết - Xác định chất rắn tính tốn - - mol - Ví dụ 1: Hòa tan hết hỗn hợp bột gồm 6,5 gam Zn 4,8 gam Mg cần V ml dung dịch Y chứa CuSO4 0,5 M AgNO3 0,2 M Giá trị V là: A 200 B 300 C 400 D 500 Giải: nZn=0,1 mol, nMg=0,2 mol Gọi V lít thể tích dung dịch Quá trình nhường e: Quá trình nhận e: 2+ 2+ Zn - 2e → Zn Cu +2e → Cu 0,1 →0,2 0,5V→1V Mg - 2e → Mg2+ Ag+ +1e → Ag 0,2 →0,4 0,2V→0,2V ⇒ ∑ e (nhường)=0,2+0,4=0,6 mol ⇒ ∑ e(nhận)=0,2V+V=1,2V Để hỗn hợp bột bị hòa tan hết thì: ∑ e (nhường)=∑ e (nhận) ⇒ 1,2V=0,6 ⇒ V=0,5 lít = 500 ml Đáp án D - - Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm Al Fe có khối l ượng 8,3g Cho X vào 1lít dung dịch A ch ứa AgNO 0,1M Cu(NO3)2 0,2M Sau phản ứng kết thúc chất rắn B (hồn tồn khơng tác dụng với dung dịch HCl) dung dịch C (hồn tồn khơng có màu xanh Cu2+) Tính khối lượng chất rắn B %Al hỗn hợp A 23,6g; %Al = 32,53 B 23,6g; %Al = 31,18 C 28,7g; %Al = 33,14 D 24,6g; %Al = 32,18 Giải: Chiều xếp cặp oxi hóa khử dãy điện hóa: Al3+ Fe 2+ Cu 2+ Ag + Al Fe Cu Ag - Vậy, hỗn hợp B gồm Cu Ag ⇒ ⇒ mB = mCu + mAg nAg = 0,1mol ; nCu = 0,2mol mB = 0,1x108 + 0,2x64 = 23,6(g) Al : x(mol) ; m X = 8,3g ⇔ 27x + 56y = 8,3  Fe : y(mol) Gọi hỗn hợp X (1) 3+ Quá trình nhường e: Al - 3e → Al x 3x - - - Ag+ bị khử trước Cu2+; dung dịch bị hết màu xanh Cu2+ nên Cu2+ Ag+ bị khử hết tạo Ag Cu kim loại - Al phản ứng xong đến Fe; chất rắn B không ph ản ứng v ới HCl, Al Fe phản ứng hết - Fe - 2e → Fe 2+ y 2y ⇒ ∑ ne nhường = 3x + 2y(mol) Quá trình nhận e: Cu2+ + 2e → Cu 0,2 0,4 - ⇒ Ag + + e → Ag 0,1 0,1 - - ∑n e nhận = 0,4 + 0,1 = 0,5(mol) Theo ĐLBT electron: ∑ ne nhường = ∑ ne nhận Từ (1) (2), suy ra: Đáp án A ⇒ 3x + 2y = 0,5 (2)  x = 0,1 0,1.27.100 ⇒ %m Al = = 32,53%  y = 0,1 8,3  - Ví dụ 3: Hỗn hợp A gồm kim loại R1, R2 có hố trị x, y không đổi (R1, R2 không tác dụng với nước đứng trước Cu dãy hoạt động hóa học kim loại) Cho hỗn hợp A phản ứng hoàn toàn v ới dung d ịch CuSO dư, lấy Cu thu cho phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO dư thu 1,12 lít khí NO đktc Nếu cho lượng h ỗn h ợp A ph ản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thu lít N2 Các thể tích khí đo đktc A 0,224 lít B 0,336 lít C 0,448 lít D 0,672 lít - Giải: Trong tốn có thí nghiệm: - Ở thí nghiệm 1: R1 R2 nhường e cho Cu2+ để chuyển thành Cu - +5 +2 N sau Cu lại nhường e cho để thành Số mol e R1 R2 nhường là: - +5 N - N (NO) +2 + 3e → ← 0,15 - N 1,12 = 0,05 22,4 (mol) +5 - Ở thí nghiệm 2: R1 R2 trực tiếp nhường e cho Gọi x số mol N2, số mol e thu vào là: +5 N - Ta có: - ⇒ VN2 - để tạo N2 N2 + 10e → 10x ← x mol 10x = 0,15 → x = 0,015 - N = 22,4.0,015 = 0,336 lít Đáp án B MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG Cho 7,68 gam hỗn hợp X gồm Mg Al vào 400 ml dung dịch Y gồm HCl 1M H2SO4 0,5M Sau phản ứng xảy hoàn toàn thu - - - - 35,58g - - gam - - - - - - 8,512 lít khí (đktc) Biết dung dịch, axit phân li hoàn toàn thành ion Phần trăm khối lượng Al X là: A 25% B 75% C 56,25% D 43,75% Hòa tan 9,14g hợp kim Cu, Mg, Al lượng vừa đủ dung dịch HCl thu 7,84 lít khí X (đktc) 2,54g chất rắn Y dung dịch Z Cô cạn dung dịch Z thu m(g) muối, m có giá trị A 31,45g B 33,25g C 3,99g D Cho 40 gam hỗn hợp vàng, bạc, đồng, sắt, kẽm tác dụng với O dư nung nóng thu m gam hỗn hợp X Cho hỗn hợp X tác dụng vừa đủ dung dịch HCl cần 400 ml dung dịch HCl 2M (khơng có H bay ra) Tính khối lượng m A 46,4 gam B 44,6 gam C 52,8 gam D 58,2 (Đề tuyển sinh ĐH-CĐ khối A-2007) Hoàn tan hoàn toàn 12 g hỗn hợp Fe, Cu ( tỉ lệ mol 1: 1) HNO thu V lít hỗn hợp khí ( đktc) gồm NO, NO dung dịch Y chứa muối axit dư Tỉ khối X so với H2 19 Giá trị V là: A 5,6 B 2,8 C 11,2 D 8,4 Một hỗn hợp gồm hai bột kim loại Mg Al chia thành hai phần nhau: - Phần 1: cho tác dụng với HCl dư thu 3,36 lít H2 - Phần 2: hồ tan hết HNO3 lỗng dư thu V lít khí khơng màu, hố nâu khơng khí (các thể tích khí đo đktc) Giá trị V là: A 2,24 lít B 3,36 lít C 4,48 lít D 5,6 lít Hòa tan hồn tồn 3,28g hỗn hợp Fe R có hóa trị II dung dịch HCl dư 2,464 lít H2 (đktc) Cũng lượng hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 lỗng thu 1,792 lít khí NO (đktc) Kim loại R là: A Al B Mg C Cu D Zn Hòa tan hết 4,43 gam hỗn hợp Al Mg HNO loãng thu dung dịch A 1,568 lít (đktc) hỗn hợp hai khí (đều khơng màu) có khối lượng 2,59 gam có khí bị hóa thành màu nâu khơng khí Tính số mol HNO3 phản ứng A 0,51 mol B 0,45 mol C 0,55 mol D 0,49 mol Hòa tan 23,4 gam hỗn hợp gồm Al, Fe, Cu lượng vàu đủ dung dịch H2SO4, thu 15,12 lít khí SO2 (đktc) dung dịch chứa m gam muối Giá trị m là: A 153,0 B 95,8 C 88,2 D 75,8 Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO3 1M thoát V1 lít khí NO Cho 3,84 gam Cu phản ứng với 80ml dung dịch HNO 1M H2SO4 0,5M V2 lít khí NO Biết NO sản phẩm khử thể tích khí đo điều kiện Quan hệ V V2 là: A V2 = V1 B V2 = 2,5V1 C V2 = 2V1 D V2 = 1,5V1 - 10 X hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 có tỉ lệ mol :2 :3 :4 hòa tan hoàn toàn 76,8 gam X HNO3 thu 4,48 lít hỗn hợp khí Y gồm NO NO2 Thể tích dung dịch HNO3 tối thiểu cần dùng : A 0.8375 B 0,575 C 0,4375 D 0,7365 - 11 Nung m gam sắt khơng khí , sau thời gian người ta thu 104,8 gam hỗn hợp rắn A gồm Fe, FeO, Fe 2O3, Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn A HNO3 dư thu dung dịch B 12,096 lít khí hỗn hợp khí NO NO2 (đktc) có tỉ khối so với He 10,167 Giá trị m là: A 72 B 69,54 C 91,28 D 78,4 - 12 Đốt cháy 5,6 gam bột Fe bình đựng O thu 7,36 gam hỗn hợp A gồm Fe2O3, Fe3O4 Fe Hòa tan hoàn toàn lượng hỗn hợp A dung dịch HNO3 thu V lít hỗn hợp khí B gồm NO NO2 Tỉ khối B so với H2 19 Thể tích V đktc là: A 672 ml B 336 ml C 448 ml D 896 ml - 13 Dung dịch X gồm AgNO3 Cu(NO3)2 có nồng độ Lấy lượng hỗn hợp gồm 0,03 mol Al; 0,05 mol Fe cho vào 100 ml dung dịch X khí phản ứng kết thúc thu chất rắn Y chứa kim loại Cho Y vào HCl dư giải phóng 0,07 gam khí Nồng độ hai muối là: A 0,3M B 0,4M C 0,42M D 0,45M 14 (Đề thi ĐH khối B – 2008): Tiến hành hai thí nghiệm sau: - Thí nghiệm 1: Cho m gam bột Fe (dư) vào V1 lít dung dịch Cu(NO3)2 1M; - Thí nghiệm 2: Cho m gam bột Fe (dư) vào V2 lít dung dịch AgNO3 0,1M Sau phản ứng xảy hoàn toàn, khối lượng chất rắn thu hai thí nghiệm Giá trị V1 so với V2 A V1 = V2 B V1 = 10V2 C V1 = 5V2 D V1 = 2V2 - 15 (Đề thi ĐH khối B – 2012) : Đốt cháy hỗn hợp gồm 1,92 gam Mg 4,48 gam Fe với hỗn hợp khí X gồm clo oxi, sau phản ứng - - thu hỗn hợp Y gồm oxit muối clorua (khơng khí dư) Hòa tan Y lượng vừa đủ 120 ml dung dịch HCl 2M, thu dung dịch Z Cho AgNO3 dư vào dung dịch Z, thu 56,69 gam kết tủa Phần trăm thể tích clo hỗn hợp X A 51,72% B 76,70% C 53,85% D 56,36% - 4.5 Nhận xét chung: Đối với dạng tập trên, gặp số toán học sinh đọc xong tưởng khó giải có r ất nhiều phản ứng hóa học xảy Nhưng thông việc n ắm v ững định luật bảo tồn electron vận dụng cách linh hoạt dạng tập việc giải toán nh trở nên đơn giản nhiều Điều giúp cho học sinh có nhiều thời gian làm tập trình ki ểm tra đánh giá, đặc biệt tập trắc nghiệm khách quan kì thi tốt nghiệp thi Đại học, Cao đẳng - Áp dụng thử nghiệm vào thực tế trình gi ảng d ạy 5.1 Phạm vi áp dụng sáng kiến: SKKN áp dụng thử nghiệm vào thực tế q trình giảng dạy thơng qua tiết dạy tự chọn từ chương IV lớp 10 (Phản ứng oxi hóa – khử) đến hết chương III lớp 11 (Cacbon – Silic) - SKKN áp dụng từ tháng 12 năm 2011 đến hết tháng 10 năm 2012 cho lớp A, D niên khóa 2011 – 2014 c tr ường THPT Nam Sách II - - Lớp áp dụng SKKN (lớp A) - - Lớp làm đối chứng (lớp D) - - - 5.2 Cách tiến hành: Giáo viên đưa nội dung sáng kiến vào tiết dạy tự chọn số tiết học ngoại khóa thơng qua số dạng tập rõ ưu điểm phương pháp bảo toàn electron bắt đ ầu từ chương Phản ứng oxi hóa – khử lớp 10 Để học sinh hiểu vận dụng thành thạo phương pháp này, giáo viên cần thiết kế “Giải nhanh tập trắc nghiệm phương pháp bảo toàn electron” hướng dẫn cụ thể bước làm cho học sinh - - sau: Thu thập, xử lí thơng tin đánh giá kết thử nghi ệm đề tài 6.1 Thu thập thông tin đề tài SKKN: Giáo viên thu thập kết đề tài SKKN thông qua biện pháp - Thông qua việc kiểm tra luyện tập - Thông qua kiểm tra 15’, 45’ - Thông qua số kiểm tra trắc nghiệm gi học ngoại khóa 6.2 Xử lí thông tin kết thử nghiệm đề tài: Qua bước tiến hành kiểm tra, đánh giá, thu thập thông tin xử lý kết thu kết lớp sau: - Lớp A (Lớp có áp dụng đề tài) - - T ổ n g s ố - h ọ c si n h - Mức độ nắm kiến thức - Giỏ i - - Khá - - 4 - - - S T S T - Trun g bình - S T Yế u– Ké m - S T - - - % % % - - - - - - 1 - - Lớp D (Lớp không áp dụng đề tài) - - T ổ n g s ố - h ọ c si n h - Mức độ nắm kiến thức - - Giỏ i - Khá - - - - - S T S T - Trun g bình - S T Yế u– Ké m - S T - - - % % % - - - - - - - - - - - 5.3 Đánh giá kết đề tài: Qua kết thu khẳng định đề tài “Vận dụng định luật bảo tồn electron vào giải số tốn hóa học vơ cơ” bước đầu có thành công định Khi áp dụng đề tài vào trình giảng dạy tơi nhận th phần định hình cho học sinh cách ph ản ứng linh hoạt trình học tập, đặc biệt trình ki ểm tra đánh giá theo hình thức trắc nghiệm khách quan Trên sở thành công đề tài, rút kinh nghiệm tiếp tục triển khai năm phổ biến đề tài tổ - nhóm chun mơn - - PHẦN III: KẾT LUẬN - Kết mà đề tài SKKN mang lại Trên sở áp dụng đề tài SKKN “Vận dụng định luật bảo tồn electron vào giải số tốn hóa h ọc vô c ơ” thực tiễn lớp q trình thu thập xử lí thơng tin, đánh giá kết b ước đ ầu khẳng định đề tài SKKN nói có thành cơng định Từ kết đạt nói tơi tiếp tục kiểm tra, rà soát, rút kinh nghiệm đề tài SKKN nhằm hoàn thiện nội dung h ơn để áp dụng tốt cho năm học Trao đổi, phổ biến nội dung SKKN tổ chuyên môn phối hợp với giáo viên tổ, nhóm chun mơn để có th ể nhân rộng kết đề tài đến tất học sinh - - Kiến nghị, đề xuất với cấp quản lí 2.1 Đối với cấp lãnh đạo Thường xuyên quan tâm tạo điều kiện vật chất tinh thần giáo viên - Phổ biến đề tài SKKN tỉnh tr ường nhằm giúp giáo viên có điều kiện tiếp cận với nhiều đề tài SKKN hay qua th ực tế - Thường xuyên bồi dưỡng cho giáo viên kĩ xây d ựng th ực đề tài SKKN - Thường xuyên động viến, khuyến khích giáo viên thi đua vi ết SKKN nhằm nâng cao chất lượng dạy học nhà tr ường - Để khuyến khích phong trào thi đua dạy tốt, h ọc tốt giáo viên học sinh cần đưa nội dung viết SKKN vào kế hoạch năm học nhà trường điều kiện để đánh giá thi đua đối v ới giáo viên - - - 2.2 Đối với giáo viên: Phát huy tinh thần tự học, tự bồi dưỡng nhằm nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ người thầy Có ý thức trách nhiệm cao học sinh, đặt việc giảng dạy cho học sinh tầm quan trọng hàng đầu nghiệp giáo dục Người thầy phải biết tạo cho học sinh hứng thú, niềm đam mê vào việc học tập mơn hố học Hay nói cách khác, người thầy phải người truyền lửa để thắp sáng tâm hồn trái tim hệ học sinh Phần quan trọng trình áp dụng phương pháp giúp học sinh định hướng dạng tập, tìm chất vấn đề để rút ngắn thời gian giải tập Đó động lực để tơi hồn thành đề tài - Trong trình xây dựng áp dụng SKKN v ừa qua, cá nhân tránh khỏi số thiểu sót Tơi mong nhận góp ý để thân hồn thiện - Tôi xin trân thành cảm ơn ! - TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Hóa học khối 10, 11, 12 Một số sách thiết kế viết SKKN thư viện trường Một số mẫu SKKN từ năm học trước nhà trường TS Phùng Ngọc Trác (chủ biên), Trần Thu Hảo, Lương Văn Tâm, Lê Phạm Thành, Nguyễn Hải Nam, Tạ Việt Trung, Bùi Thị Thư, Nguyễn Đình Thắng Phương pháp giải nhanh tốn hóa học THPT – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010 ThS Nguyễn Khoa Thị Phượng Phương pháp giải nhanh toán hóa học trọng tâm – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008 Một số tài liệu chuyên đề SKKN, chuyên đề Phương pháp bảo toàn electron Internet - - MỤC LỤC - - - - - Đề mục - T Phần I: Mở đầu - Thơng tin sáng kiến - Tóm tắt nội dung sáng kiến - Phần II: Nội dung sáng kiến - Cơ sở lý thuyết về: Phản ứng oxi hóa – khử - Cơ sở lý thuyết về: Các phương pháp cân phản ứng oxi hóa - kh Cơ sở lý thuyết : Phương pháp bảo toàn electron - Đưa ý tưởng sáng kiến vào giải quy ết tập cụ thể Áp dụng thử nghiệm vào thực tế q trình giảng dạy - Thu thập, xử lí thông tin đánh giá kết th nghiệm đề tài - Phần III: Kết luận - Kết mà SKKN mang lại - 1 3 - - 2 2 - - - Khuyến nghị, đề xuất với cấp quản lí - Tài liệu tham khảo - Mục lục - 2 - - ... phương pháp bảo toàn electron vào giải dạng tập áp dụng khó khăn v ới nhiều h ọc sinh Chính vậy, tơi mạnh dạn đưa biện pháp Vận dụng định luật bảo toàn electron vào giải số tốn hóa học vơ cơ nhằm... dạng tập oxi hóa – kh cách áp dụng định luật bảo toàn electron cần thiết 3.4 Một số dạng toán áp dụng phương pháp b ảo tồn electron: Hầu hết dạng tập phản ứng oxi hóa kh đ ều có th ể áp dụng. .. kết thu khẳng định đề tài Vận dụng định luật bảo tồn electron vào giải số tốn hóa học vơ cơ bước đầu có thành công định Khi áp dụng đề tài vào trình giảng dạy tơi nhận th phần định hình cho