SKKN ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI BÀI TẬP HOÁ HỌC CHƯƠNG NITƠ-PHỐT PHO

Bài tập hoá học có tác dụng rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức ,đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động , phong phú .Qua đó ôn tập củng cố hệ thống hoá kiến thức một cá

sở GD- đt hà nội trờng thpt Việt nam- ba lan



Sáng kiến kinh nghiệm

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON ĐỂ GIẢI BÀI TẬP HOÁ HỌC CHƯƠNG NITƠ-PHỐT PHO

Ngời thực hiện: Nguyễn thu hằng

Môn: hoá

đơn vị: trờng thpt Việt nam- ba lan

năm học 2009 - 2010

Mở đầu

I Lý do chọn đề tài.

Cải tiến nội dung và phơng pháp dạy học nhằm nâng cao chất lợng của quá trình dạy học là nhiệm vụ thờng xuyên và lâu dài của nghành giáo dục Hoá học là môn khoa học vừa lý thuyết ,vừa thực nghiệm , do đó muốn nâng cao kết quả của quá trình dạy học hoá học ngời ta cho rằng Một học sinh hiếu học là học sinh sau khi học bài xong, cha vừa lòng với những hiểu biết của mình và chỉ yên tâm khi đã tự mình giải

đ-ợc các bài tập ,vận dụng kiến thức đã học dể giải bài tập Bài tập hoá học có tác dụng rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức ,đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động , phong phú Qua đó ôn tập củng cố hệ thống hoá kiến thức một cách thuận lợi nhất ,rèn luyện kĩ năng giải bài tập , phát triển năng lực nhận thức ,năng lực hành

động ,rèn trí thông minh ,sáng tạo cho học sinh ,nâng cao hứng thú học tập bộ môn Có thể nói rằng bài tập hoá học vừa là mục đích ,vừa là nội dung ,lại vừa là phơng pháp dạy học rất có hiệu quả

Bài tập còn là con đờng đầu tiên để áp dụng chính xác kiến thức khoa học vào cuộc sống Song thực tế cho thấy nhiều học sinh phổ thông rất sợ giải bài tập hoá học hoặc còn rất lúng túng trong việc xác định các dạng toán , do đó gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập Hơn nữa số tiết bài tập hoá học ở trên lớp lại rất ít, nên việc củng cố, đào sâu và vận dụng kiến thức hoá học còn hạn chế Trớc tình trạng đó là một giáo viên chuyên ngành hoá, trong quá trình giảng dạy, tôi thờng xuyên hệ thống -phân dạng các bài tập cho học sinh ,góp phần nâng cao khả năng giải bài tập của học

sinh ,phục vụ kiến thức cho học sinh ôn thi vào các trờng đại học và cao đẳng

Thực tế một bài tập có thể có nhiều cách khác nhau: có cách giải thông thờng theo các bớc quen thuộc, nhng cũng có cách giải độc đáo ,thông minh ,rất ngắn gọn mà lại chính xác chẳng hạn nh " Phơng pháp bảo toàn electron " Nguyên tắc của phơng pháp này là : " Khi có nhiều chất oxi hoá ,chất khử trong một hỗn hợp phản ứng ( nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số electron mà các chất khử cho phải bằng tổng số elctron mà chất oxi hoá nhận " Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái

đầu và trạng thái cuối của chất oxi hoá và chất khử thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phơng trình phản ứng Phơng pháp này đặc biết lý thú với các bài toán phải biện luận nhiều trờng hợp có thể xảy ra các bài toán hỗn hợp Tuy nhiên

ph-ơng pháp này chỉ áp dụng cho hệ phph-ơng trình phản ứng oxi hoá khử và thờng dùng giải bài toán vô cơ

Với mục đích trên tôi đã nghiên cứu và hệ thống các bài tập : "áp dụng định luật bảo toàn eletron để giải các bài toán hoá học vô cơ" Sau đây tôi xin trình bày kinh nghiệm của mình

II Mục đích nghiên cứu

Thăm dò khả năng và năng lực riêng của học sinh khi tiếp xúc với một phơng pháp giải toán mới

Sử dụng hệ quả của định luật bảo toàn điện tích để giải nhanh bài toán hoá học Phân loại và tuyển chọn một số bài tập ,một số đề tuyển sinh vào các trờng đại học,cao đẳng để học sinh luyện thi đại học

Rèn trí thông minh ,phát huy tính tích cực , chủ động ,sáng tạo của học sinh ,tạo

ra hứng thú học tập bộ môn hoá học của học sinh phổ thông

III Đối t ợng và phạm vi nghiên cứu.

Hệ thống các bài tập hoá học vô vơ ở chơng trình hoá học THPT

IV Nhiệm vụ nghiên cứu.

Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài tập hoá học và thực trạng của việc giải bài tập hoá học của học sinh phổ thông hiện nay

Nghiên cứu lý thuyết về định luật bảo toàn điện tích , phản ứng oxi hoá khử Soạn và giải các bài tập vô cơ : Theo phơng pháp bảo toàn electron

Thực nghiệm đánh giá việc áp dụng phơng pháp bảo toàn electron

V Ph ơng pháp nghiên cứu.

1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu SGK ,sách bài tập hoá học phổ thông , các nội dung lí thuyết về bài tập hoá học , định luật bảo toàn điện tích làm cơ sở

2 Tổng kết kinh nghiệm và thủ thuật giải bài tập hoá học

3 Trao đổi ,trò chuyện với đồng nghiệp , học sinh trong quá trình nghiên cứu

VI Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng thành thạo phơng pháp này thì sẽ giúp hoc sinh giải nhanh một số bài toán hoá học vô cơ mà không phải lập hệ phơng trình đại số hay biện luận nhiều trờng hợp

Nội dung

Ch

ơng I: cơ sở phơng pháp bảo toàn electron

1 Định luật bảo toàn điện tích

Định luật bảo toàn địên tích là thớc đo đúng đắn của nhiều định luật vật lý ,hoá học có liên quan đến điện tích ở đây ta chỉ xét một số hệ quả của định luật phổ biến trên vào bài toán hoá học

2 Các hệ quả và áp dụng

*Hệ quả 1: "Điện tích luôn xuất hiện hoặc mất đi từng cặp có giá trị trái dấu nhau "

Ví dụ 1 : Na2SO4 tan vào nớc sẽ bị điện li và xuất hiện K+ và Cl

Na2SO4  2Na+ + SO4

Ví dụ 2 : Mg2+ cùng mất đi đồng thời với 2OH- theo phản ứng :

2

Mg         2OH       Mg OH     

Mg2+ có hai điện tích +2e

2OH- có điện tích -2e

Còn Mg(OH)2 thì không mang điện

*Hệ quả 2 : " Trong phản ứng oxi hoá khử ,nếu chất khử phóng ra bao nhiêu mol

electron thì chất oxi hoá thu vào bấy nhiêu mol electron "

Ta đã vận dụng hệ quả trên để cân bằng phản ứng oxi hoá khử Và nhiều trờng hợp chỉ cần vần dụng hệ quả trên là có thể giải đợc bài toán mà không cần phải viết và cân bằng phơng trình phản ứng

Ví dụ 3 : Cho 1,92 gam Cu tan vừa đủ trong dung dịch HNO 3 loãng ,nóng ta thu

đợc V lít khí NO (đktc) Tính V và khối lợng HNO 3 nguyên chất đã tham gia phản ứng

Bài giải

nCu =

64

92 , 1

= 0,03 (mol)

Ta có các quá trình trao đổi electron :

Quá trình nhờng e: Quá trình nhận e :

Cu    Cu     2e  2

 

số mol electron cho = số mol electron nhận

Hay : 0,06 = 3x suy ra : x = 0,02 (mol)

Thể tích khí NO thoát ra ở đktc là :

VNO = 0,02 x 22,4 = 0,448 (lit)

Từ (1) suy ra trong dung dịch xuất hiện 0,03 mol Cu2+ nên theo định luật bảo toàn điện tích phải có 0,06 mol NO3- tham gia tạo muối

Vậy phản ứng trên có 0,02 mol NO3 - tham gia phản ứng oxi hoá khử và 0,06 mol

NO3- tham gia phản ứng trung hoà ( Làm môi trờng )

Tổng số mol NO3- = Tổng số mol HNO3 = 0,08 mol

suy ra : khối lợng HNO3 = 0,08 x 63 = 5,04 (g)

* Hệ quả 3 : "Một hỗn hợp gồm nhiều kim loại có hoá trị không đổi và khối lợng cho

trớc sẽ phóng ra bao nhiêu mol electron không đổi cho bất kì gốc phi kim nào "

Ví dụ 4 : Lấy 7,78 gam hỗn hợp A gồm hai kim loại hoạt động (X,Y) có hoá trị không đổi chia thành 2 phần bằng nhau:

Phần 1: Nung trong oxi d để oxi hoá hoàn toàn ta thu đợc 4,74 gam hỗn hợp 2 oxit.

Phần 2:Hoà tan hoàn toàn trong dung dịch hỗn hợp HCl và H 2 SO 4 loãng

Tính thể tích khí H 2 thu đợc ở đktc

Bài giải

Số mol oxi nguyên tử kết hợp với

2

78 , 7

= 3,94 gam hỗn hợp hai kim loại:

16

94

,

3

74

,

4 

= 0,05 mol oxi nguyên tử Trong quá trình tạo oxit ,oxi đã thu electron của kim loại nh sau:

O + 2e  O2- (1)

( mol) : 0,05 0,1 0,05

Theo (1) thì 0,05 mol O đã thu đợc 0,1 mol electron do 3,94 g hỗn hợp 2 kim loại phóng ra Khi 3,94 g hỗn hợp 2 kim loại khử H+ của dung dịch axit cũng phóng ra 0,1 mol electron

Vậy H+ sẽ thu 0,1 mol electron theo bán phản ứng :

2H+ + 2e  H2  (2)

(mol) : 0,1 0,05

Vậy thể tích khí H2 thoát ra là :V = 0,05 22,4 = 1,12 lít

ơng II : Hệ thống bài tập hoá học giải theo phơng pháp bảo toàn electron Loại 1 : Phản ứng của kim loại với axít

Bài 1: Cho m g Zn vào dung dịch HNO 3 thấy có 4,48 lít hỗn hợp khí NO và NO 2

có tỉ lệ số mol là 1/1 ở đktc Tính m?

Bài giải

a Phơng trình phản ứng:

Zn + 4 HNO3 = Zn(NO3)3 + 2NO2 + 2H2O (1)

3Zn + 8 HNO3 = 3 Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2)

Ta có nhỗn hợp =

4 , 22

48 , 4 = 0,2 mol

2

0, 2 0,1 2

Ta có các quá trình trao đổi electron :

Quá trình nhờng e: Quá trình nhận e :

Zn     Zn  2  2e

N     1e        N

N     3e    N  

 

  Số mol electron N5+ nhận là : 3*0,1+0,1=0,4 mol

Số mol Zn = 0, 4

0, 2

m=65*0,2=13 gam

Bài 2: Cho 6,3 g hỗn hợp Al ,Mg vào 500 ml dung dịch HNO 3 ( loãng ) 2M thấy có 4,48 lít khí NO , (duy nhất ) ở đktc và thu đợc dung dịch A

1 Chứng minh rằng trong dung dịch còn d axít

2 Tính nồng độ các chất trong dung dịch A

Bài giải

a Phơng trình phản ứng:

Al + 4 HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2H2O (1)

3Mg + 8HNO3 = 3 Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2)

Ta có nNO = 224,48,4 = 0,2 mol

nHNO3= 0,5 2 = 1 mol

Ta có các quá trình trao đổi electron :

Quá trình nhờng e: Quá trình nhận e :

2 3

     Mg  2e

Al   Al  3e



N     3e         N 

 

Số mol electron N5+ nhận là : 3*0,2 =0,6 mol

Kim loại cho bao nhiêu electron thì nhận về bấy nhiêu gốc NO3

Số mol HNO3 tham ra phản ứng là: 0,2+0,6=0,8<1 Vậy axit d

b/Tính số mol Al ,Mg

Gọi số mol Al ,Mg lần lợt bằng a,b mol

Ta có phơng trình :

 

 

27a   24b   6,3  g   3a     2b   0,6   mol  







 a 0,1 mol 

b  0,15 mol









 Dung dịch A có : Mg(NO)2 0,15 mol

HNO3 d 0,2 mol

Al(NO3)3 0,1 mol

[Al(NO3)3] = 00,,51 = 0,2 (M)

[HNO3] = 00,,52 = 0,4 (M)

[Mg(NO3)2 ] = 0,15

0,3 0,5  (M)

Bài 3: Hoà tan 2,88 gam hỗn hợp Fe , Mg bằng dung dịch HNO 3 loãng d thu đợc 0,9856 lít hỗn hợp khí NO , N 2 ( ở 27,3 0 c , 1 at ) có tỉ khối so với H 2 bằng 14,75

1 Viết các phơng trình phản ứng có thể xảy ra

2 Tính khối lợng mỗi kim loại trong hỗn hợp

Bài giải

1 Phơng trình phản ứng:

3Mg + 8 HNO3 = 3 Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O

5Mg + 12HNO3 = 5Mg(NO3)2 + N2 + 6 H2O

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

2.Tính khối lợng mỗi kim loại trong hỗn hợp

Đặt số mol NO, N2 lần lợt là a,b mol

Ta có hệ phơng trình :

30 28

14,72 . 2  

a   b   0, 04 

a b















Ta đợc a= nNO = 0,03 mol ; b = nN2 = 0,01 mol

Ta có các quá trình trao đổi electron :

Quá trình nhờng e: Quá trình nhận e :

3 2

Fe     Fe  3e

Mg    Mg     2e





N     3e        N 2N     10e    2N  



 

Số mol e do N+5 nhận :

3.nNO + 10 nN2 = 3.0,03 + 0,01 10 = 0,19 mol (I)

Gọi số mol Fe , Mg bằng x ,y mol , ta có ssố mol e do Fe ,Mg nhờng :

ne = 3x + 2y (II)

áp dụng định luật bảo toàn e ta có

3x + 2y = 0,19 (mol) (III)

Mặt khác ta có : 56x + 24 y = 2,88 (g ) (IV)

Ta có hệ phơng trình :

 

 

3x     2y       0,19   mol      56x     24 y    2,88  g       







x   0,03  mol 

y   0,05 mol 





 



 Vậy mFe = 0,03 56 = 1,68 (g)

mMg = 0,05 24 = 1,2 (g)

Bài 4 : Cho 1,35 gam hôn hơp Cu, Mg, Al tác dụng với HNO 3 thu đợc hỗn hợp khí

X gồm 0,04 mol NO và 0,01 mol NO 2

1 Viết phơng trình phản ứng.

2 Tính tổng khối lợng muối nitrat tạo thành sau phản ứng?

Bài giải

1 Các ptp :

3

Mg     4 HNO    Mg(NO )  2NO +2H O  

Al     6 HNO    Al(NO )  3NO +3H O 

Cu     4 HNO    Cu(NO )  2NO +2H O  3Mg     8 HNO    3Mg(NO )  2NO +4H O 

Al     4 HNO    Al(NO )  NO +2H O 

3Cu    8 HNO   

  3Cu(NO )3 2  2NO +4H O   2

2 Tính tổng khối lợng muối nitrat.

Quá trình nhận e :

N+5 + 3e = N+2 N+5 + 1e = N+4

3*0,04 1*0,01

  Số mol electron N5+ nhận là : 0,12+0,01=0,13 mol

Kim loại cho bao nhiêu electron thì nhận về bấy nhiêu gốc NO3

3

m M   m    m   =1,35+0,13*62=9,41 gam

Bài 5 : Hoà tan a g kim loài M trong dung dịch HNO 3 2M ta thu đợc 16,8 lit hỗn hợp khí X (đktc) gồm 2 khí không màu, nhng hóa nâu ngoài không khí Tỉ khối hơi của X so với H 2 là 18,5 Tính thể tích dung dịch HNO 3 đã dùng biết lấy d 25%.

Bài giải

Hỗn hợp khí X gồm 2 khí không màu, nhng hóa nâu ngoài không khí do đó nó phải có khí NO và một khí khác là N2 hoặc N2O

Ta có n   NO n  N O2    0,375 mol  /    ,     , *   

H2

d 18 5 M 18 5 2 37 và 16.8 0,75

22.4

X

Mà MNO<37 do đó khí còn lại là khí N2O có M>37

áp dụng sơ đồ đờng chéo cho hỗn hợp X ta có:

30

44

n n

NO

N2O

1

= 7

7

2

N O

       0,375 mol.

nNO n 

N5+ + 3e  N2+ (NO)

0,375 1,125 0,375

2N5+ + 8e  2N+ (N2O)

0,75 3 0,375

 số mol electron mà N5+ nhận là: 1,125 + 3 =4,125 mol

Kim loại cho bao nhiêu electron thì cũng nhận bấy nhiêu gốc NO3

 số mol HNO3 tham ra phản ứng là: 0,375 +0,375*2 +4,125=5,25 mol

5, 25

2,63 2

3

HNO

Do lấy d 25% nên lợng HNO3 thực tứ đem dùng là: 2,625 * 1,25 = 3,28 lít

Bài 6: Cho m gam Fe vào dung dịch 0,4 mol HNO 3 loãng Sau phản ứng thấy dung dịch chứa 26,44 gam chất tan và khí NO duy nhất Tính m?

Bài giải

Kim loại cho bao nhiêu electron thì nhận về bấy nhiêu gốc NO3

Ta có các quá trình nhận electron: 5 2

N     3e         N   

x 3x x

 sô mol HNO3 tham ra phản ứng là: x+3x=4x 4x 0, 4  x 0,1

Tr

ờng hợp I : HNO3 thiếu Fe d trong dung dịch chỉ có Fe(NO3)2:

m chất tan = m Fe  mNO3 =0,3

*56 0,3*62 27

2   gam > 26,44 gam (loại)

Tr

ờng hợp II : HNO3 d Fe hết trong dung dịch có Fe(NO3)3 và HNO3 d:

Ta có n Fe NO( 3 3) x mol và n HNO3  (0, 4 4 )  x mol

242x 63(0, 4 4 ) 26, 44x x 0.124 0

Tr

ờng hợp III : Vậy cả Fe và HNO3 đều hết Trong dung dịch có Fe(NO3)3 và

Fe(NO3)2

Loại 2 : Xác định kim loại M

Bài 1 : Hoà tan 32 gam kim loại M trong dung dịch HNO 3 đặc thu đợc 22,4 lít NO 2

ở đktc Xác định kim loại M?

Bài giải

2

NO

22, 4

22, 4 mol

Ta có các quá trình trao đổi electron :

Quá trình nhờng e: Quá trình nhận e :

M     M n  ne

 

Số mol e do N+5 nhận : 1*1 = 1 mol

1

32

M

m

mà n biến thiên từ 1-3.

Vậy M là Cu

Bài 2 : Hoà tan8,1 gam kim loại M trong dung dịch HNO 3 thu đợc 0,3 mol NO 2 và 0,2 mol NO Xác định kim loại M?

Bài giải

Ta có các quá trình trao đổi electron :

Quá trình nhờng e: Quá trình nhận e :

     M n  ne

N     1e        N

N     3e    N  

 

Số mol e do N+5 nhận : 3.nNO + nNO2 = 3.0,2 + 0,3 = 0,9 mol

9 0,9

M

mà n biến thiên từ 1-3.

Vậy M là Al

Bài 3: Hoà tan 3,3 g hỗn hợp X gồm Fe và kim loại R ( R có hoá trị không đổi ) trong dung dịch HCl d ,đợc 2,688 lít khi H 2 Nếu hoà tan 3,3 g X trên bằng dung dịch HNO 3 d đợc 0,896 lít hỗn hợp khí Y gồm N 2 O và NO có tỉ khối so với H 2 là 20,25

Tìm kim loại M và % khối lợng của X

Bài giải

Gọi số mol NO ,N2O trong hỗn hợp lần lợt là a,b mol

ta có hệ :

 

 

a    b  0,04 mol    I  

30 44

40,5 g     II

M

a b











Từ (I) vá (II) ta có a =0,01 , b= 0,03

Gọi x,y là số mol của Fe ,R trong hỗn hợp

Phản ứng của X với dung dịch HCl :

Quá trình nhờng e :

Fe  Fe+3 +2e

x 2x

R  R+n + ne

y ny

 Số mol e nhờng là : 2x + ny

Quá trình nhận e :

2H+ + 2e  H2

2.0,12 0,12

áp dụng định luật bảo toàn e ta có : 2x + ny = 0,24 (I)

Phản ứng của X với HNO3 :

Quá trình nhờng e :

Fe  Fe+3 +3e