Chuyên đề: Bài tập về kim loại PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO YÊN LẠC TRƯỜNG THCS YÊN LẠC o0o BÁO CÁO KẾT QUẢ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN SKKN: BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI Môn Hóa học Tác giả: Phạm Văn Phương Tổ bộ môn: Sinh - Hóa. Mã Người thực hiện: Phạm Văn Phương Số điện thoại: 0983734090 Email: Phuongthao0307@gmail.com Năm học: 2012 - 2013 Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 1 Chuyên đề: Bài tập về kim loại MỤC LỤC Đề mục Trang Phần một: Mở đầu 3 Phần hai: Nội dung 5 Chương I. Cơ sở và tổng quan 5 Chương II. Nội dung cơ bản 9 A. Bài tập định tính I. Sơ đồ phản ứng- Tách chất - Điều chế chất: 9 II. Giải thích hiện tượng viết phương trình phản ứng: 11 III. Bài tập nhận biết: 14 B. Bài tập định lượng. I – Bài tập xác định kim loại: 16 II – Bài toán về kim loại tác dụng với nước hoặc kim loại tác dụng với dd kiềm. 19 III – Bài toán về kim loại tác dụng với dung dịch axit. 21 IV – Bài tập về kim loại tác dụng với dung dịch muối. 25 V – Bài tập về kim loại tác dụng với oxit kim loại 31 C. Luyện tập 34 Phần III: Kết luận 44 Tài liệu tham khảo 45 Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 2 Chuyên đề: Bài tập về kim loại DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Công thức phân tử: CTPT 2. Dung dịch: dd 3. Điều kiện tiêu chuẩn (0 0 C và 1 atm): đktc 4. Khối lượng: m 5. Kim loại: KL 6. Nguyên tử khối: NTK 7. Nồng độ mol/l ~ nồng độ mol ~ C M 8. Nồng độ phần trăm: C% 9. Thể tích: V 10. Phương trình hóa học: PTHH 11. Số mol: n 12. Kết tủa: ↓ 13. Khí thoát ra: ↑ 14. Khối lượng mol: M 15. Hỗn hợp: hh 16. Nhiệt độ: t 0 17. Kí hiệu hóa học: KHHH 18. Trung học cơ sở: THCS 19. Trung học phổ thông: THPT 20. Học sinh giỏi: HSG 21. Nhà xuất bản: NXB Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 3 Chuyên đề: Bài tập về kim loại PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của chuyên đề Nâng cao chất lượng dạy học nói chung và chất lượng dạy học hóa học nói riêng là nhiệm vụ cấp bách hiện nay của các trường phổ thông. Trong dạy học hóa học có thể nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức của học sinh bằng nhiều biện pháp và nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng, nên đòi hỏi mỗi chúng ta phải biết lựa chọn, phối hợp các phương pháp một cách thích hợp để chúng bổ sung cho nhau nhằm giúp học sinh phát huy tối đa khả năng tư duy độc lập, tư duy logic và tư duy sáng tạo của mình. Bài tập hóa học là một biện pháp quan trọng để thực hiện nhiệm vụ đó. Bài tập hóa học giúp học sinh đào sâu và mở rộng kiến thức một cách sinh động, phong phú, giúp cho giáo viên củng cố và hệ thống hóa kiến thức một cách thuận lợi, rèn luyện được nhiều kĩ năng cần thiết về hóa học góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. Bài tập hóa học giúp cho học sinh phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh. Một bài tập có nhiều cách giải, ngoài cách giải thông thường, quen thuộc còn có cách giải độc đáo, thông minh, sáng tạo, ngắn gọn và chính xác. Việc đề xuất một bài tập có nhiều cách giải, yêu cầu học sinh tìm được lời giải hay, ngắn gọn, nhanh trên cơ sở các phương pháp giải toán, các qui luật chung của hóa học cũng là một biện pháp có hiệu quả nhằm phát triển tư duy và trí thông minh cho học sinh. Xuất phát từ nhiệm vụ năm học do Phòng giáo dục - Đào tạo và Trường THCS Yên Lạc đề ra, với mục tiêu: “Nâng cao số lượng và chất lượng ở các đội tuyển HSG các cấp, đặc biệt là HSG cấp tỉnh”. Qua nhiều năm giảng dạy ở trường THCS và tìm hiểu đề thi HSG các năm gần đây, tôi nhận thấy số lượng các bài tập về kim loại trong các đề thi HSG và đề thi vào các trường THPT chuyên chiếm một tỉ lệ tương đối cao trong chương trình THCS và trong các đề thi học sinh giỏi các cấp. Từ thực tế trên tôi đã chọn chuyên đề “BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI” nhằm giúp các em học sinh có kinh nghiệm trong giải toán hoá học, các em hệ thống hóa được các kiến thức liên quan đến kim loại cũng như các loại bài tập về kim loại. Giúp các em có phương pháp giải các dạng bài tập về kim loại và có hứng thú, say mê trong học tập hoá học, đặc biệt ở THCS nói riêng. Việc biên soạn chuyên đề trên nhằm đáp ứng nguyện vọng trên của các em học sinh muốn ôn tập, luyện tập, chuẩn bị cho kì thi học sinh giỏi các cấp và kì thi tuyển sinh vào các trường THPT chuyên. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 4 Chuyên đề: Bài tập về kim loại II. Mục đích nghiên cứu. - Xây dựng hệ thống bài tập và phương pháp giải đặc trưng cho các bài tập về kim loại. - Cung cấp cho học sinh một số kỹ năng đánh giá nhận dạng các bài tập đặc trưng. - Chuẩn bị tốt kiến thức cho bản thân, đặc biệt là vận dụng các kiến thức đó vào công tác giảng dạy góp phần nâng cao hiệu quả giảng dạy. III. Đối tượng nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu các kiến thức hóa học cơ bản và nâng cao về kim loại, từ đó áp dụng vào việc giải và xây dựng hệ thống bài phục vụ cho việc nâng cao kiến thức. IV. Phạm vi nghiên cứu. Chương trình hóa học THCS hiện hành. V. Phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu các tài liệu chuyên ngành liên quan tới các phạm vi kiến thức liên quan. - So sánh, đối chiếu các phương pháp giải một bài tập và chọn lựa phương pháp giải tối ưu. - Hệ thống hóa bài tập thành các chủ đề từ dễ tới khó. - Học hỏi kinh nghiệm của đồng nghiệp, đặc biệt là qua tổng kết đánh giá kết quả học tập của học sinh. - Tham gia các lớp tập huấn nhằm nâng cao nghiệp vụ do các chuyên gia đầu ngành giảng dạy. - Tự bồi dưỡng, trau dồi thường xuyên và rút ra những bài học kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy, kiểm tra, đánh giá học sinh. VI. Đóng góp của chuyên đề. Chuyên đề góp phần cung cấp thêm tài liệu giúp các em học sinh có tài liệu tham khảo và củng cố kiến thức. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 5 Chuyên đề: Bài tập về kim loại PHẦN HAI: NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở và tổng quan Hệ thống các bài tập về kim loại được tôi lựa chọn, xây dựng bao gồm bài tập tự luận: bài tập định tính và bài tập định lượng. I. Các dạng bài tập định tính: Các bài dạng này giúp học sinh nhớ, vận dụng kiến thức bao gồm: bài tập áp dụng lý thuyết, bài tập viết phương trình phản ứng theo sơ đồ, bài tập nhận biết – tách chất, bài tập điều chế kim loại và bài tập nêu hiện tượng và viết phương trình hóa học. Trong các bài tập định tính về kim loại tôi chú trọng xây dựng các loại bài tập với mức độ khó tăng dần, vì thực tế cho thấy, để trở thành HSG ở bất kì môn học nào, trước hết cần ở học sinh sự tự tin vào khả năng của mình và say mê với môn học đó. Từ lòng say mê mê làm nảy sinh tính kiên trì, không chịu chùn bước trước khó khăn và quyết tâm đi tới thành công. Vì vậy, các bài tập này sẽ bước đầu tạo dựng niềm tin và sự đam mê hóa học cho học sinh. II. Các dạng bài tập định lượng: Loại bài tập này chiếm đa số trong các đề thi chọn HSG cấp huyện, cấp tỉnh và tuyển sinh vào các trường THPT chuyên, bài tập rất đa dạng về thể loại và phương pháp giải. Tùy thuộc vào đặc điểm của từng bài tập cụ thể mà được giải theo nhiều cách khác nhau, hay gặp là: phương pháp khối lượng mol trung bình, phương pháp tự chọn lượng chất, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp sử dụng phương trình ion rút gọn, và nhóm phương pháp bảo toàn định luật như: bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn điện tích…. Các phương pháp này đã được nhiều tài liều tham khảo trình bày khá chi tiết, nên dưới đây tôi chỉ trình bài một vài khía cạnh mà theo tôi hay và các tài liệu tham khảo tương đối ít. 1. Các bài tập sử dụng nhóm định luật bảo toàn để giải. a. Sử dụng phối hợp định luật bảo toàn electron và định luật bảo toàn điện tích: Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 2,57 gam hỗn hợp X gồm Al, Mg, Cu trong dung dịch axit H 2 SO 4 đặc nóng thu được 3,808 lít khí SO 2 (đktc). Tính khối lượng muối thu được. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 6 Chuyên đề: Bài tập về kim loại Hướng dẫn: )(17,0 2 moln SO = . Các qúa trình cho - nhận electron được biểu diẽn như sau: Al – 3e → Al +3 x 3x x Mg – 2e → Mg +2 y 2y y Cu – 2e → Cu +2 z 2z z S +6 + 2e → S +4 2.0,17 0,17 Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3x + 2y + 2z = 0,34 (I). Mặt khác, trong muối luôn có: − ⇒ 2 4 SO n = 0,34:2 = 0,17 mol. Vậy khối lượng muối thu được là: m m = m KL + m gốc axit = 18,89g. b. Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, mà hệ quả là định luật bảo toàn nguyên tố: Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 2,57 gam hỗn hợp X gồm Al, Mg, Cu trong dung dịch axit H 2 SO 4 đặc nóng thu được 3,808 lít khí SO 2 (đktc). Tính khối lượng dd H 2 SO 4 98% đã tham gia phản ứng. Hướng dẫn: Ta có: sSOH nn = 42 và tổng số mol S trước phản ứng = tổng số mol S sau phản ứng, nên: )()()( 242 SOSmsSOHS nnn += = 0,17 + 0,17 = 0,34(mol) ⇒ )(34,0 42 moln SOH = Vậy m dd = 34g. c. Sử dụng phương pháp bảo toàn ion – electron. Cũng giống như phương pháp bảo toàn electron, phương pháp này chỉ áp dụng cho hệ oxi hóa - khử. Tính ưu việt của phương pháp nạy là ở chỗ: cho biết mối quan hệ giữa các ion khi tham gia quá trình oxi hóa/quá trình khử. Do đó, có nhiều bài toán thuộc dạng oxi hóa - khử nhưng chỉ có thể giải được khi áp dụng phương pháp bảo toàn ion – electron mà không giải được theo phương pháp bảo toàn electron. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 7   3x + 2y + 2z = 2.n SO 4 2- tæng sè mol ®iÖn tÝch d¬ng tæng sè mol ®iÖn tÝch ©m Chuyên đề: Bài tập về kim loại Ví dụ:: Hoà tan hoàn toàn 2,38 gam hỗn hợp Al, Zn trong dd A chứa H 2 SO 4 và HNO 3 , sau phản ứng thu được 1,94 gam hỗn hợp khí B gồm N 2 O và khí X. Biết thể tích của khí B là 784 ml (đktc). Tính khối lượng muối thu được. Hướng dẫn: Khí X là SO 2 ; B: N 2 O (0,015 mol), SO 2 (0,02 mol). * Giải theo phương pháp bảo toàn electron – định luật bảo toàn điện tích. Al – 3e → Al +3 x 3x x Zn – 2e → Zn +2 y 2y y 2N +5 + 8e → 2N +2 8.0,015 0,015.2 S +6 + 2e → S +6 2.0,02 0,02 - Theo định luật bảo toàn electron, có: 3x + 2y = 8.0,015 + 2.0,02 = 0,16 (mol). - Theo định luật bảo toàn điện tích, có: Vậy, m m = m KL + m gốc axit = 2,38 + m − 3 NO + m −2 4 SO ⇒ Không tính được khối lượng muối. * Giải theo phương pháp bảo toàn ion – electron. Ta sẽ tìm được n − 3 NO , n −2 4 SO thông qua số mol H + phản ứng ở (1) vµ (2). - Từ CTPT của HNO 3 , có: + = H HNO nn 3 . - Theo (1), có n )( 3 mNO − = n )( 3 axNO − - n )1( 3 − NO = n + H - 2n ON 2 ⇒ n )( 3 mNO − = 0,15 – 0,03 = 0,12 (mol). Tương tự với (2): n )( 2 4 mSO − = n )( 2 4 axSO − - n )2( 2 4 − SO = + H n. 2 1 - n 2 SO = 0,04 – 0,02 = 0,02 (mol). Vậy, m m = m KL + m − 3 NO + m −2 4 SO = 2,38 + 0,12.62 + 0,02.98 = 11,74g. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 8   3x + 2y = 2.n SO 4 2- tæng sè mol ®iÖn tÝch d¬ng tæng sè mol ®iÖn tÝch ©m + 1.n NO 3 - 2NO − 3 + 10H + + 8e → N 2 O + 5H 2 O (1) mol 0,03 0,15 0,015 SO −2 4 + 4H + + 2e → SO 2 + 2H 2 O (2) mol 0,02 0,08 0,02 Chuyên đề: Bài tập về kim loại 2. Các bài tập biện luận. Ví dụ: Chất rắn A tác dụng vừa đủ với 500 ml dd HNO 3 0,294M thu được 470,4 ml khí NO duy nhất (ở đktc) và dd X chỉ chứa một muối duy nhất. 1. A có thể là chất nào trong số các chất sau đây: Cu, Cu 2 O, Cu(OH) 2 , Fe, FeCO 3 , Fe 2 O 3 , NaOH, Fe(OH) 2 2. Xác định A nếu khối lượng muối sinh ra trong X là 11,844 gam. Hướng dẫn: n NO = 0,021 (mol), n 3 HNO = 0,147 (mol). 1. Vì A + HNO 3 là phản ứng oxi hóa - khử nên loại: NaOH, Fe 2 O 3 , Cu(OH) 2 . Vì NO là khí duy nhất sinh ra nên loại FeCO 3 ⇒ A chỉ có thể là một trong số các chất sau: Cu, Cu 2 O, Fe, Fe(OH) 2 . * Hướng suy luận 1: Học sinh có thể xét lần lượt từng trường hợp ứng với phần 1 xem trường hợp nào thỏa mãn giả thiết rồi kết luận ⇒ Học sinh sẽ phải xét 4 trường hợp. Cách làm này dài và không hay. * Hướng suy luận 2: A + HNO 3 → M(NO 3 ) n + NO ↑ + H 2 O (M là kim loại trong A) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng với N: n N(muối) = n N(axit) – n N(NO) = 0,126 (mol) ⇒ n M = nMn 62 844,11126,0 + = ⇔ M = 32n ⇒ n = 2; M = 64 (Cu). Đến đây, nếu học sinh kết luận A là Cu hay Cu 2 O đều không thuyết phục. Vì thực tế chỉ biết A chứa Cu và chưa biết số oxi hóa của Cu trong A là bao nhiêu. Gọi +x là số oxi hóa của Cu trong A. Có: Cu +x – (2 – x)e → Cu +2 N +5 + 3e → N +2 Mol: (2 – x).0,063 0,063 3.0,021 0,021 Theo định luật bảo toàn electron: (2 – x).0,063 = 3.0,021 ⇔ x = +1. Vậy A là: Cu 2 O. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 9 Chuyên đề: Bài tập về kim loại Chương 2: Nội dung cơ bản A. BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH: I. Sơ đồ phản ứng- Tách chất - Điều chế chất: Ví dụ 1: Viết phương trình phản ứng hoàn thành sơ đồ sau: FeCl 2 FeSO 4 Fe(NO 3 ) 2 Fe(OH) 2 Fe Fe 2 O 3 → Fe FeCl 3 Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe(NO 3 ) 3 Fe(OH) 3 Hướng dẫn: Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 FeCl 2 + Ag 2 SO 4 → FeSO 4 + 2AgCl↓ FeSO 4 + Ba(NO 3 ) 2 → Fe(NO 3 ) 2 + BaSO 4 ↓ Fe(NO 3 ) 2 + 2KOH → Fe(OH) 2 + 2KNO 3 Fe(OH) 2 + O 2 0 t → Fe 2 O 3 + H 2 O 2Fe + 3Cl 2 0 t → 2FeCl 3 2FeCl 3 + 3Ag 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6AgCl↓ Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Ba(NO 3 ) 2 → 2Fe(NO 3 ) 3 + 3BaSO 4 ↓ Fe(NO 3 ) 3 + 3KOH → Fe(OH) 3 + 3KNO 3 2Fe(OH) 3 0 t → Fe 2 O 3 + H 2 O 2FeCl 2 (lục nhạt) + Cl 2 0 t → 2FeCl 3(vàng nâu) 2FeCl 3 + Fe → 3FeCl 2 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 → 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O Fe 2 (SO 4 ) 3 + Fe → 3FeSO 4 4Fe(NO 3 ) 2 + O 2 + 4HNO 3 → 4Fe(NO 3 ) 3 + 2H 2 O 2Fe(NO 3 ) 3 + Cu → 2Fe(NO 3 ) 2 + Cu(NO 3 ) 2 4Fe(OH) 2(trắng xanh) + O 2 + 2H 2 O → 4Fe(OH) 3(nâu đỏ) Fe 2 O 3 + 3H 2 0 t → 2Fe + 3H 2 O Ví dụ 2: Chỉ có nước, các chất xúc tác khác và các điều kiện kĩ thuật đầy đủ. Hãy điều chế các kim loại có trong hỗn hợp FeS 2 , CuS. Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 10 [...]... Yên Lạc 19 Chuyên đề: Bài tập về kim loại II – Bài toán về kim loại tác dụng với nước hoặc kim loại tác dụng với dung dịch kiềm 1 Một số chú ý khi giải bài tập: - Chỉ có kim loại kiềm, Ca, Sr, Ba mới tan trong nước ở nhiệt độ thường - Các kim loại mà hiđroxit của chúng có tính lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác dụng được với dung dịch kiềm (đặc) - Nếu đề bài cho nhiều kim loại tác dụng với nước... 31 Chuyên đề: Bài tập về kim loại Thêm H+ vào phản ứng xảy ra: 3Cu + 8H+ + 2NO3- dư → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ta có: 0,1 0, 05 > nên sau phản ứng 3 2 NO − 3 hết, Cu còn dư ⇒ VNO = 1,12 lít V – Bài tập về kim loại tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm) hoặc khử các oxit kim loại bằng H2, C, CO 1 Một số chú ý khi giải bài tập: - Phản ứng nhiệt nhôm: Al + oxit kim loại oxit nhôm + kim loại (Hỗn hợp... FeSO4; AlCl3 Hướng dẫn: Dùng kim loại Ba Bài 2: Cho 5 mẩu kim loại riêng biệt Fe, Mg, Ba, Ag, Al chỉ dùng một dung dich hãy nhận biết các kim loại trên Hướng dẫn: Dùng dung dịch H2SO4 B BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG I – Bài tập xác định kim loại: 1 Tính khối lượng mol nguyên tử kim loại M theo các cách sau: - Từ khối lượng (m) và số mol (n) của kim loại → M = m n - Từ Mhợp chất → Mkim loại - Từ a < m < b và α M(NO3)2 + Pb x x Khối lượng thanh kim loại tăng: (207 –M )x (g) Giáo viên: Phạm Văn Phương - Trường THCS Yên Lạc 27 Chuyên đề: Bài tập về kim loại % khối lượng thanh kim loại tăng: (207 − M ) x.100% = 28,4% (II) a (I ) M − 64 2 = = => M = 65đVC M= Zn ( II ) 207 − M 284 Loại 2: Nhiều bột kim loại cho vào dd chứa một muối Ví dụ 2: Cho 0,81 gam Al và 6,72 gam Fe vao . III. Bài tập nhận biết: 14 B. Bài tập định lượng. I – Bài tập xác định kim loại: 16 II – Bài toán về kim loại tác dụng với nước hoặc kim loại tác dụng với dd kiềm. 19 III – Bài toán về kim loại. Lạc 5 Chuyên đề: Bài tập về kim loại PHẦN HAI: NỘI DUNG Chương 1: Cơ sở và tổng quan Hệ thống các bài tập về kim loại được tôi lựa chọn, xây dựng bao gồm bài tập tự luận: bài tập định tính và bài tập định. Lạc 19 Chuyên đề: Bài tập về kim loại II – Bài toán về kim loại tác dụng với nước hoặc kim loại tác dụng với dung dịch kiềm. 1. Một số chú ý khi giải bài tập: - Chỉ có kim loại kiềm, Ca, Sr,