Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (586.2 KB, 37 trang )
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
MỤC LỤC
NỘI DUNG
Trang
Phần I: Đặt vấn đề
2
I. Lý do chọn đề tài
2
II. Mục đích nhiệm vụ
3
III. Đơi tượng, thời gian, phương pháp
3
PhầnII. Giải quyết vấn đề
4
I.Cơ sở lý luận
4
II. Cơ sở thực tiễn
5
II. Đánh giá thực trạng
6
Bài tập định tính
11
Bài tập định lượng
12 28
Phần III.Kết luận và kiến nghị
33
I.Thực nghiệm sư phạm
33
II.Điều kiện áp dụng.
34
III. Đề xuất kiến nghị.
35
IV. Kết luận chung
35
Tài liệu tham khảo
36
1
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ
I . LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hóa học là bộ mơn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thơng. Mơn
Hóa học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thơng cơ bản và thiết
thực đầu tiên về Hóa học, giáo viên bộ mơn Hóa học cần hình thành ở các em một
kĩ năng cơ bản, phổ thơng và thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng
cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành
động. Có những đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, u chân lí
khoa học, có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình và xã hội, có thể hịa nhập
với mơi trường thiên nhiên chuẩn bị cho học sinh học lên hoặc đi vào cuộc sống lao
động.
Đối với dạng bài tập CO, H 2 khử Oxit kim loại loại nếu học sinh chỉ áp dụng
theo phương pháp thơng thường thì mất rất nhiều thời gian làm bài, hơn nữa lại
trình bày dài dịng và khó hiểu; hơn nữa để giải nhanh bài tập nhất là bài tập trắc
nghiệm định lượng cần địi hỏi phải tiết kiệm thời gian mà đề thi trắc nghiệm
trong các bài kiểm tra định kì chiếm khoảng từ 20% đến 50%, thi Đại học 100%...
Xuất phát từ thực tế giảng dạy, nhiều năm ơn thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh
tơi thấy dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại là dạng bài tập Hóa học phổ biến,
xuất hiện rất nhiều trong bài tập đại trà, thi học sinh giỏi các cấp, thi đại học. Hệ
thống bài tập và phương pháp giải bài tập CO, H 2 khử Oxit kim loại có nhiều ý
nghĩa:
Học sinh tìm ra phương pháp giải nhanh rất hiệu quả đặc biệt trong dạng bài
tập trắc nghiệm khách quan
Địi hỏi học sinh khơng những nắm rõ bản chất, kĩ năng tính tốn mà cịn tìm
hướng giải quyết nhanh, ngắn gọn, tiết kiệm thời gian.
Trong thời gian ngắn nhất đưa ra kết quả chính xác nhất và đó chính là mục
tiêu chung của giáo viên, học sinh sẽ tận dụng tốt thời gian kiểm tra, thi cử.
Học sinh có cách kiểm tra nhanh kết quả, rèn luyện tư duy cho học sinh đích
đến, điểm đến.
Vậy để nâng cao chất lượng giáo dục đại trà, tập trung mũi nhọn đội tuyển
thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh. Tơi mạnh dạn đưa và chọn đề tài “ Xây dựng
tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại ”
II. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
2
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
1. Mục đích :
Nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy – học Hóa học.
Giúp cho học sinh nắm chắc được phương pháp làm nhanh một số dạng bài
tập. Từ đó rèn kĩ năng giải nhanh một số dạng bài tập Hóa học.
Phát huy tính tích cực và tạo hứng thú cho học sinh trong học tập đặc biệt
là trong giải bài tập Hóa học.
Là tài liệu rất cần thiết cho việc ơn HSG khối 9 và giúp giáo viên hệ thống
Hóa được kiến thức, phương pháp dạy học.
2. Nhiệm vụ:
Nêu được những cơ sở lí luận về phương pháp giải nhanh các bài tốn Hóa
học, nêu ra một số phương pháp cụ thể và ngun tắc áp dụng cho mỗi phương
pháp.
Thực trạng về trình độ và điều kiện học tập của học sinh lớp 9, đặc biệt là
học sinh trong đối tượng HSG lớp 8, lớp 9 trước và sau khi vận dụng đề tài.
Từ việc nghiên cứu vận dụng đề tài, rút ra bài học kinh nghiệm để phát
triển thành diện rộng, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy đặc biệt là việc
bồi dưỡng HSG.
Một số bài tập minh họa và bài tập vận dụng.
III . ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu
Các dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại loại trong chương trình Hóa học
THCS.
2. Thời gian nghiên cứu
Hệ thống bài tập tích lũy nhiều năm. Đã áp dụng giảng dạy bồi dưỡng học sinh
giỏi. Tơi tiến hành nghiên cứu thêm và bổ sung hồn thiện trong năm hoc 2017
2018.
3. Phương pháp nghiên cứu
Để hồn thành tốt đề tài này, tơi đã vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa
học như:
3
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Phân tích lí thuyết, điều tra cơ bản, tổng kết kinh nghiệm sư phạm và sử
dụng một số phương pháp thống kê tốn học trong việc phân tích kết quả thực
nghiệm sư phạm v.v… .
Khảo sát đánh giá thực trạng học sinh giỏi Hóa học, qua đó đề ra những
giải pháp hữu hiệu.
Nghiên cứu kĩ SGK Hóa học 9 và các sách nâng cao về phương pháp giải
bài tập, tham khảo các tài liệu đã được biên soạn và phân tích, hệ thống các dạng
bài tốn Hóa học theo nội dung đã đề ra.
Đúc rút kinh nghiệm của bản thân trong q trình dạy học.
Tham khảo, học hỏi kinh nghiệm một số đồng nghiệp.
Áp dụng đề tài vào chương trình giảng dạy đối với học sinh lớp 9 đại trà
và ơn thi HSG.
PHẦN II. NỘI DUNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. CƠ SỞ LÝ LUẬN
Dạng bài tốn cơ bản là dạng bài tốn có nội dung đơn giản, chỉ vận dụng
trực tiếp những kiến thức vừa học xong và vận dụng rất ít những kiến thức đã
học, đa số học sinh đều có thể giải được.
Từ bài tốn cơ bản thay đổi giả thiết hoặc kết luận ta có những bài tốn
mới. Từ bài tốn cơ bản kết hợp với các bài tốn phụ dạng khác ta có bài tập nâng
cao. Từ những bài tập nâng cao ta tìm ra nhũng cách giải mới hay hơn nhanh hơn.
Về ngun tắc, muốn giải nhanh và chính xác một bài tốn Hóa học thì nhất
thiết học sinh phải hiểu sâu sắc nội dung và đặc điểm của bài tốn đó. Nắm vững
các mối quan hệ giữa các lượng chất cũng như tính chất của các chất, viết đúng
các phương trình phản ứng xảy ra. Thực tế có rất nhiều bài tốn phức tạp: các dữ
kiện đề bài cho ở dạng tổng qt hoặc khơng rõ, hoặc thiếu nhiều dữ kiện…tưởng
chừng như khơng bao giờ giải được. Muốn giải chính xác và nhanh chóng các bài
tốn loại này thì phải chọn một phương pháp phù hợp nhất (phương pháp giải
thơng minh). Vì vậy học sinh phải biết nhận dạng bài tập, xác định hướng giải có
phù hợp. Đây là khâu quan trọng nhất của q trình giải bài tập. Để làm được điều
đó học sinh đọc kĩ bài, tóm tắt được đầu bài theo sơ đồ tư duy: điều đã biết, điều
chưa biết, sử dụng phương pháp nào nhanh và hiệu quả nhất. Trong đề tài này tơi
khai thác định luật bảo tồn khối lượng, định luật bảo tồn ngun tố, định luật
bảo tồn electron va dạng bài tập chất khí. Trong phạm vi của đề tài này, tơi xin
4
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
được trình bày một số bài tập định tính và bốn dạng bài tập định lượng.
II. CƠ SỞ THỰC TIỄN
Thực tế cho thấy q trình học Hóa học đa số các em học sinh chỉ nắm được
các khái niệm, các tính chất mà chưa biết vận dụng,khai thác, mở rộng, nâng cao
bài tốn, khó khăn khi kết hợp các dạng bài tập với nhau. Thậm chí có em cịn mất
gốc cả kiến thức cơ bản. Đối với giáo viên chỉ mới cung cấp kiến thức cơ bản
sách giáo khoa hoặc các tài liệu tham khảo mà chưa có hệ thống các bài tập mở
rộng giúp học sinh hiểu tận gốc rễ và cách phát triển mở rộng các bài tốn.Trong
q trình dạy học người giáo viên phải giúp học sinh xây dựng tư duy: biết cách
phát triển tính logic, tổng hợp bài tốn, phát triển bài tốn từ bài tốn gốc, kết hợp
nhiều dạng tốn trong một bài để có những bài tốn hay.
Dạng bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại có sơ đồ phản ứng:
Chất rắn X + CO,(H2 ) –> Chất rắn Y + CO2 (H2O,CO, H2 )
Bài tốn thường tính tốn các đại lượng như khối lượng chất rắn trước và sau
phản ứng hoặc thể tích khí CO, H2 tham gia phản ứng hoặc lượng CO2, H2O tạo
thành. Hoặc cho các đại lượng yêu cầu xác định cơng thức hóa học của hợp
chất.Nhưng ở các bài tốn mở rộng, để xác định được lượng chất rắn Y và lượng
chất khí , (hơi nước ) sau phản ứng thường kết hợp với nhiều bài tốn phụ như:
cho chất rắn Y phản ứng với dung dịch axit lỗng (bài mở rộng cơ bản), cho chất
rắn Y phản ứng với dung dịch axit đặc (bài nâng cao), cho hơi nước hấp thụ vào
axit H2SO4 đặc, cho CO2 phản ứng với dung dịch kiềm....Vì vậy khi mở rộng bài
tốn cơ bản phải kết hợp với bài tốn phụ như:
Dạng bài tập CO2 phản ứng với dung dịch kiềm.
Dạng bài tập kim loại phản ứng với dung dịch axit
Dạng bài tập nồng độ dung dịch.
Dạng bài tập chất khí.
Dạng bài tập xác định cơng thức hóa học của hợp chất.
Và cần vận dụng các phương pháp giải bài tập như:
Phương pháp bảo tồn khối lượng ( BTKL ).
Phương pháp bảo tồn ngun tố.
Phương pháp bảo tồn electron.
5
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Phương pháp quy đổi.
III.ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG
Trong những năm gần đây, vấn đề dạy và học mơn hố học đã và đang đổi
mới và là một trong những mơn có chuyển biến mạnh mẽ về đổi mới phương pháp
dạy học.
Được sự đồng tình của xã hội, nhất là các bậc cha mẹ học sinh tích cực phối
hợp cùng với nhà trường trong cơng tác giáo dục đạo đức cho học sinh.
Khó khăn:
Đối với học sinh trung học cơ sở thì mơn Hố học cũng thế kiến thức nhiều
mà địi hỏi các em phải học nhớ rất kỹ thì mới có thể làm bất cứ dạng bài tập nào
Đa số các em học sinh khơng thể phân biệt được các dạng bài tập và khơng
nhớ nổi các phương pháp giải bài tốn. Nhiều học sinh cịn tình trạng luời học ,
khơng xác định được mục đích học tập nên mất gốc ngay từ đầu nên khi học Hóa
cảm thấy vơ cùng phức tạp.
Tơi đã tiến hành khảo sát bài tập dạng 1,2 tại lớp 9A và 9B và thu được kết
quả như sau:
Kết quả khảo sát bài dạng 1,2 : (Chưa áp dụng đề tài)
Lớp
9
Sĩ số
50
Điểm Điểm Điểm
Điểm yếu
giỏi
khá
TB
SL
%
SL
%
SL
%
SL
%
2
4
13
26
23
46
12
24
Qua kết quả trên ta thấy rằng số học sinh đạt điểm giỏi rất thấp,còn các em
đạt điểm yếu kém khá nhiều.
IV. GIẢI PHÁP
1.Mục tiêu của giải pháp
6
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Đưa ra các dạng bài tập, đặc điểm từng dạng và phương pháp giải từng dạng,
cách kết hợp với các dạng bài tập khác,cách sử dụng các phương pháp giải giúp
học sinh xây dựng tư duy giải bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại cho học sinh đại
trà và giúp học sinh giỏi thành thạo loại bài tập này.
2.Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp
A. BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH
1. Đặc điểm bài tốn
Viết các phương trình phản ứng khi cho CO hoặc H 2 qua hỗn hợp các oxit, xác
định sản phẩm thu được, hoặc cho sản phẩm phản ứng với các chất khác. Viết
các phương trình phản ứng.
2. Phương pháp giải
Dãy hoạt động hóa học của kim loại:
K , Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu Ag, Hg, Pt, Au
CO, H2 khử được các oxit kim loại từ Zn trở về cuối dãy điện hóa theo phương
trình:
nCO + M2On 2M + nCO2
nH2 + M2On 2M + nH2 O
Sản phẩm của q trình khử cho phản ứng với các chất khác.
3. Bài tập
Bài 1: Cho một luồng khí H2 (dư) lần lượt đi qua các ống mắc nối tiếp đựng các
oxit được nung nóng sau đây:
Ống 1 đựng 0,01mol CaO,ống 2 đựng 0,02 mol CuO,
Ống 3 đựng 0,02mol Al2O3,ống 4 đựng 0,01mol Fe3O4
và ống 5 đựng 0,05mol Na2O. Sau khi các phản ứng xảy ra hồn tồn, lấy từng chất
rắn cịn lại trong mỗi ống lần lượt cho tác dụng với dung dịch: NaOH, CuCl2. Hãy
viết các phương trình phản ứng xảy ra.
BÀI GIẢI
7
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Vì các phản ứng xảy ra hồn tồn nên các oxit cũng được khử hết:
CuO + H2 Cu + H2O
0,02 0,02
Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O
0,01 0,04
Nước di chuyển theo 1 chiều .
Tổng số mol H2O là : 0,02 + 0,04 = 0,06 (mol)
Na2O + H2O 2NaOH
0,05 0,06
Na2O hết, sau phản ứng hồn tồn cịn lại các chất rắn: CaO, Al2O3, Cu, Fe
Tác dụng với dung dịch NaOH có các phản ứng:
CaO + H2O Ca(OH)2
Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 +H2O
Al2O3 + Ca(OH)2 Ca(AlO2)2 +H2O
Tác dụng với dung dịch CuCl2 có các phản ứng:
CaO + H2O Ca(OH)2
2NaOH + CuCl2 2NaCl + Cu(OH)2
Ca(OH)2 + CuCl2 CaCl2 + Cu(OH)2
Fe + CuCl2 FeCl2 + Cu
Bài 2:
Dẫn luồng khí H2 dư đi qua các ống lần lượt chứa các chất rắn dạng bột:
CaO, CuO, Al2O3, Fe2O3 và Na2O, các ống đó đều được đốt nóng và mắc nối tiếp
bằng các ống dẫn khí. Sau đó lấy các sản phẩm cịn lại trong mỗi ống chia làm 2
phần:
Phần 1 lần lượt tác dụng với khí CO2 .
Phần 2 lần lượt cho tác dụng với dd AgNO3. Viết các PTPƯ.
BÀI GIẢI
Vì oxit của các kim loại đứng trước Al trong dãy hoạt động Hóa học khơng
bị H2 khử.
Khi dẫn luồng khí H2 qua CaO, CuO, Al2O3, Fe2O3, Na2O.
CaO + H2 khơng phản ứng.
CuO + H2 Cu+H2O
Al2O3 + H2 khơng phản ứng.
Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
8
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Na2O + H2 khơng phản ứng.
Trong q trình phản ứng thì các oxit bazơ tan sẽ tác dụng với nước để tạo
thành dd bazơ.
Na2O + H2O 2NaOH
CaO + H2O Ca(OH)2
Sau phản ứng ta thu được: Al2O3, Ca(OH)2, Cu, Fe, NaOH, CaO dư, Na2O dư.
Đem sản phẩm tạo thành vào:
+Phần I : Có khí CO2
Xuất hiện kết tủa có màu trắng:
CaO + CO2 CaCO3
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
Na2O + CO2 Na2CO3 (rắn, khan)
Xuất hiện dung dịch khơng màu:
CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
CO2 + NaOH NaHCO3
Al2O3 + Ca(OH)2 Ca(AlO2)2 + H2O
Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O
Ngồi ra chúng ta cịn thu được chất rắn màu xám nhẹ của Fe, màu đỏ của Cu
do khơng phản ứng với CO2.
Phần II: Cho tác dụng với dd AgNO3.
Xuất hiện kết tủa có màu đen:
AgNO3 + NaOHAgOH + NaNO3
2AgNO3 + Ca(OH)22AgOH + Ca(NO3)2
Xuất hiện chất rắn màu xám bạc, sau đó một thời gian lại xuất hiện chất rắn
màu đỏ.
Fe + 2AgNO3Fe(NO3)2 + 2Ag
Cu + 2AgNO3Cu(NO3)22 + 2Ag
Fe(dư) + Cu(NO3)2Fe(NO3)2 + Cu
Ngồi ra chúng ta thu được Al2O3 , CaO và Na2O có màu trắng.
Nhận xét: Để làm được loại bài tập định tính học sinh cần nắm được kiến
thức về tính chất hóa học của nước,về tính chất hóa học của oxit axit ,oxit
bazơ,về tính chất hóa học của muối và các hợp chất khác kết hợp với dạng CO, H2
khử oxit kim loại.Từ đó viết đúng các phương trình phản ứng.
9
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
B: BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG
DẠNG 1 BÀI T
ẬP CO, H 2 KHỬ OXIT KIM LOẠI SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT
BTKL, BẢO TỒN NGUN TỐ VÀ CÁC CƠNG THỨC CƠ BẢN .
1. Đặc điểm bài tốn
Bài tốn thường tính tốn các đại lượng như khối lượng chất rắn trước và sau
phản ứng hoặc thể tích khí CO, H2 tham gia phản ứng hoặc lượng CO2, H2O tạo
thành. Hoặc cho các đại lượng u cầu xác định cơng thức hóa học của hợp chất.
2. Phương pháp giải
Khi cho CO, H2 phản ứng với Oxit kim loại hoặc hỗn hợp oxit kim lo ại ( ch ất
rắn X) thu được kim loại hoặc hỗn hợp kim loại và các oxit ( chất rắn Y) và CO 2 ,
H2.Ta có sơ đồ:
Chất rắn X + CO,(H2 ) –> Chất rắn Y + CO2 (H2O,CO, H2 )
CO, H2 khử được các oxit kim loại từ Zn trở về cuối dãy điện hóa.
* Khử các oxit, CO , H2 lấy oxi của oxit để tạo ra kim loại và CO2 , H2O theo phản
ứng:
CO + O (oxit) CO2
H2 + O (oxit) H2O
=> nO (oxit) = nCOpu = npu = nCO2 = nH2O
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng:
mY = mX mO
Khối lượng chất rắn X giảm chính là khối lượng của của Oxi trong các oxit.
3. Các trường hợp thường gặp
Trường hợp 1:Bài tốn cơ bản:
Bài tốn cho hai trong ba đại lượng khối lượng của chất rắn X, khối lượng
chất rắn Y, lượng CO,CO2, H2 ,H2O.Tính một đại lượng cịn lại.
Ví dụ 1:
Khử hồn tồn 24 gam hỗn hợp CuO và FexOy bằng H2 dư ở nhiệt độ cao thu
được 17,6 gam hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng H2O tạo thành là bao nhiêu.
10
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
BÀI GIẢI
mO (trong oxit) = moxit mkloại = 24 17,6 = 6,4 gam.
mO ( H 2O) = 6,4
gam ; mol
gam.
Cách nhẩm: Khi làm trắc nghiệm ta chỉ cần nhẩm: nH2O = nO = 0,4.Khối
lượng H2O =7,2g.
Ví dụ 2:
Thổi rất chậm 2,24 lít (đktc) một hỗn hợp khí gồm CO và H2 qua một ống sứ
đựng hỗn hợp Al2O3, CuO, Fe3O4, Fe2O3 có khối lượng là 24 gam dư đang được
đun
nóng. Sau khi kết thúc phản ứng khối lượng chất rắn cịn lại trong ống sứ là bao
nhiêu.
BÀI GIẢI
Thực chất phản ứng khử các oxit là:
CO + O
H2 + O
Vậy:
.
CO2
H2O.
mO = 1,6 gam.
Khối lượng chất rắn cịn lại trong ống sứ là: 24 1,6 = 22,4 gam
Cách nhẩm: nO trong hỗn hợp oxit bằng số mol khí nên: mY = 24 0,1.16 =
22,4g
Ví dụ 3:
Thổi từ từ V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H2 đi qua một ống đựng 16,8
gam hỗn hợp 3 oxit: CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hồn tồn. Sau phản
ứng thu được m gam chất rắn và một hỗn hợp khí và hơi nặng hơn khối lượng của
hỗn
11
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
hợp V là 0,32 gam. Tính V và m.
BÀI GIẢI
Thực chất phản ứng khử các oxit trên là
CO + O CO2
H2 + O H2O.
Khối lượng hỗn hợp khí tạo thành nặng hơn hỗn hợp khí ban đầu chính là khối
lượng của ngun tử Oxi trong các oxit tham gia phản ứng. Do vậy:
mO = 0,32 gam.
.
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có:
moxit = mchất rắn + 0,32
16,8 = m + 0,32
m = 16,48 gam.
lít.
Nhận xét: Đây là các bài tốn cơ bản mở đầu làm cơ sở cho các dạng tiếp
theo nên giáo viên cho học sinh hiểu rõ bản chất và vận dụng thành thạo. Khi gặp
những bài này trong đề trắc nghiệm học sinh chỉ cần nhẩm kết quả.
Thay đổi hình thức giả thiết và kết luận ta các trường hợp sau:
Trường hợp 2 :
Chất rắn X + CO,(H2 ) –> Chất rắn Y + CO2 (H2O )
Chất rắn Y cho tác dụng với lượng dung dịch axit thu được lượng chất
khí.Sử dụng định luật bảo tồn ngun tố: lượng kim loại trong X bằng lượng kim
loại trong Y bằng lượng kim loại cho phản ứng với axit.Đưa bài tốn về dạng cơ
bản như trường hợp 1.
Ví dụ 1:
Khử hết m gam Fe3O4 bằng CO thu được hỗn hợp A gồm FeO và Fe. A tan
vừa đủ trong 0,3 lít dung dịch H2 SO4 1M cho ra 4,48 lít khí (đktc). Tính m?
BÀI GIẢI
Fe3O4 (FeO, Fe) 3Fe2+
12
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
n mol
mol
Áp dụng định luật bảo tồn ngun tố Fe:
3n = 0,3 n = 0,1
gam
Ví dụ 2:
Dẫn H2 đến dư đi qua 25,6 gam hỗn hợp X gồm Fe3O4, MgO, CuO nung
nóng cho đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn. Sau phản ứng thu được 20,8 gam
chất rắn. Mặt khác 0,15 mol hỗn hợp X tác dụng vừa đủ với 225ml dung dịch HCl
2M. Hãy viết các phương trình phản ứng xảy ra và tính % số mol của mỗi chất
trong hỗn hợp X.
BÀI GIẢI
Gọi a,b,c lần lượt là các số mol các oxit Fe3O4, MgO, CuO
Ptpư:
Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O
a
(1)
3a
CuO + H2 Cu + H2O
c
c
Fe3O4+ 8 HCl →
a
(2)
2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
(3)
8a
MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O
(4)
b 2b
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
(5)
c 2c
* Theo 3,4,5 ta có 0,15 mol hh X phản ứng vừa đủ với 0,45 mol HCl
Vậy (a+b+c)…………………… ….(8a+2b+2c)…….
13
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Ta có : 0,15(8a+2b+2c) = 0,45(a+b+c) => 5a – b – c = 0 (**)
* Vậy ta có hệ pt:
232a +40 b + 80 c = 25,6
168a + 40b + 64c = 20,8
5a – b – c = 0
Giải hệ pt ta có a= 0,05 ; b = 0,15; c=0,1
* % số mol trong hỗn hợp:
%n Fe3O4=0,05 .100/0,3 = 16,67%
% nMgO = 0,15 .100/0,3 = 50 %
% n CuO = 0,1. 100/0,3 = 33,33%
Trường hợp 3: H2 khử oxit kim loại sau phản ứng cho hỗn hợp khí và hơi qua
H2SO4
đặc.H2SO4 đặc hấp thụ H2O làm giảm nồng độ. Từ đó tính được khối lượng
H2O.Đưa bài tốn về dạng cơ bản như trường hợp 1.
Ví dụ :
Khử một lượng oxit sắt chư biết bằng H2 nóng, dư. Sản phẩm hơi tạo ra
hấp thụ bằng 100g axit H2SO4 98% thì nồng độ axit giảm đi 3,405%. Chất rắn thu
được sau phản ứng khử được hồ tan bằng axit sunfuric H2SO4 lỗng thấy thốt ra
3,36 lít khí. Tìm cơng thức của oxit sắt đã dùng
BÀI GIẢI
Gọi cơng thức oxit sắt là: FexOy
Phương trình phản ứng :
FexOy + yH2 xFe + yH2O
Fe + H2SO4 FeSO4 + H2
Nồng độ H2SO4 cịn lại là: 98 – 3,405 =94,595%
Gọi là khối lượng H2O là a.
= 0,94595
14
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
= 3,6
nH2O = 0,2 mol
nH2 = 0,15mol = > nFe = 0,15 mol = nO
ta có = =
Cơng thức oxit sắt là: Fe3O4
Nhận xét : Để giải được bài tốn này học sinh cần nắm rõ kiến thức nồng
độ dung dịch, kết hợp với bài tốn cơ bản CO, H2 khử oxit kim loại.
Trường hợp 4 : Xác định cơng thức oxit kim loại.
Trong phần này thường gặp bài tập xác định cơng thức oxit kim loại hoặc
oxit sắt.
Để xác định cơng thức của oxit sắt (FexOy) ta có thể làm như sau:
x
y
Cách 1: Lập tỉ lệ hoặc
n
x
hc Fe
y
nO
1
(FeO) ;
1
n Fe x
nO y
, hoặc
2
(Fe2 O3 ) ;
3
n Fe
nO
có các trường hợp sau:
3
(Fe3O4 )
4
Cách 2: Xác định khối lượng mol phân tử
Fex Oy
Ví dụ 1:
Tìm cơng thức một oxit sắt biết nung nóng 11,6 gam oxit này và cho một
dịng khí CO đi qua đến phản ứng hồn tồn nhận được sắt ngun chất và một
lượng khí được hấp thụ bởi dd Ca(OH)2 dư tách ra 20 gam kết tủa.
BÀI GIẢI
FexOy + yCO xFe + yCO2 (1)
0,2
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (2)
15
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
0,2 0,2
Từ (1) ta có: x = 3 và y = 4
CTHH: Fe3O4
Ví dụ 2:
Dẫn H2 dư qua 8,14 gam hỗn hợp A gồm CuO, Al2O3 ,FenOm nung nóng, sau
khi phản ứng hồn tồn thu được 1,44 gam H2O. Mặt khác, hồ tan hồn tồn 8,14
gam A cần dùng 170 ml dung dịch H2SO4 lỗng 1M thu được dung dịch B. Cho B tác
dụng với dung dịch NaOH lỗng dư, lọc lấy kết tủa đem nung trong khơng khí đến
khối lượng khơng đổi thu được 5,2 gam chất rắn. Xác định cơng thức FenOm và tính
khối lượng từng chất trong A.
BÀI GIẢI
Đặt x, y, z là số mol của CuO, Al2O3 và FenOm trong hỗn hợp:
80x + 102y + (56n + 16m)z = 8,14 (1)
Phản ứng khử bằng H2:
CuO + H2 Cu + H2O
x x
FenOm + mH2 nFe + mH2O
z mz
Ta có số mol H2O: x + mz = 1,44/18 = 0,08 (2)
A + dd H2SO4
CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
mol: x x x
Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O
mol: y 3y y
2FenOm + 2mH2SO4 nFe2(SO4)2m/n + 2mH2O
mol: z mz nz/2
16
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Ta có số mol H2SO4 : x + 3y + mz = 0,17 (3)
Dd B có: CuSO4 = x mol
Al2(SO4)3 = y mol
Fe2(SO4)2m/n = 0,5nz mol.
B + NaOH dư :
CuSO4 + 2NaOH Na2SO4 + Cu(OH)2
mol: x x
Al2(SO4)3 + 8NaOH 2NaAlO2 + 3Na2SO4 + 4H2O
y
Fe2(SO4)2m/n + 4m/n NaOH 2Fe(OH)2m/n + 2m/n Na2SO4
0,5nz nz
Nung kết tủa:
Cu(OH)2 CuO + H2O
x x
2Fe(OH)2m/n Fe2O3
nz 0,5nz
Ta có: 80x + 160 .0,5nz = 5,2
hay x + nz = 0,065 (4)
Từ (1), (2), (3), (4): x= 0,02; y=0,03; mz =0,06; nz=0,045
n: m = 3: 4 (Fe3O4)
z = 0,015
mCuO = 1,60 g ; m Al2O3 = 3,06 g ; m Fe3O4 = 3,48 g .
Nhận xét : Để giải được bài tốn này học sinh cần nắm rõ kiến thức về cách
lập cơng thức hóa học của hợp chất, kết hợp với bài tốn cơ bản CO, H 2 khử oxit
kim loại.
17
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Tiếp tục tăng độ khó các bài tốn bằng để tìm được lượng chất khí sau phản
ứng hoặc tìm được chất rắn sau phản ứng bằng các bài tốn phụ khi cho các chất
này phản ứng với các chất khác. Ta có thêm các dạng sau:
DANG 2: BÀI T
ẬP CO, KHỬ OXIT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI BÀ I TẬP
CO2 PHẢN ỨNG VỚI KIỀM.
1. Đặc điểm bài tốn
Bài tốn thường tính tốn các đại lượng như khối lượng chất rắn trước và sau
phản ứng hoặc thể tích khí CO, tham gia phản ứng hoặc lượng CO 2, tạo thành, kết
hợp với dạng bài CO2 phản ứng với kiềm cho bài tốn nghịch.
2. Phương pháp giải
Chất rắn X + CO –> Chất rắn Y + CO2 (CO )
Cho hỗn hợp chất khí sau phản ứng tác dụng với dung dịch kiềm.Để tính được
lượng CO2 cần sử dụng phương pháp giải tốn CO2 phản ứng với kiềm.Sau khi tìm
được lượng CO2 đưa bài tốn về dạng cơ bản.Thường gặp bài tốn nghịch.
Bài tốn nghịch: VD: Cho x mol CO2 tác dụng với a mol OH tạo thành b mol kết
tủa ( b mol muối trung hịa). Tìm giá trị x biết b, biết a và b
Phương trình:
CO2 +2 + H2O (1)
CO2 + H (2)
Giải: Với bài tốn này thì chúng ta chú ý đến giá trị a, b.
Nếu a=2b thì bài tốn rất đơn giản x= b
Nếu a> 2b thì bài tốn có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp
+ Trường hợp 1: OH dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (1) Vậy x= b
+ Trường hợp 2: Xảy cả 2 phản ứng (1),(2): Vậy x= ab
3. Bài tập
Trường hợp 1 : OH dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (1) Vậy x= b
Ví dụ 1:
Thổi một luồng khí CO dư đi qua ống sứ đựng hỗn hợp hai oxit Fe 3O4 và
CuO nung nóng đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn thu được 2,32 gam hỗn hợp
18
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
kim loại. Khí thốt ra đưa vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy có 5 gam kết
tủa trắng. Tính khối lượng hỗn hợp hai oxit kim loại ban đầu?
BÀI GIẢI
Phương trình
Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 (1)
CuO + CO Cu + CO2 (2)
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (3)
Ta có:
Theo phương trình (1) và (2):
Theo định luật bảo tồn khối lượng:
Ví dụ 2:
Cho khí CO qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng.
Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được chất rắn B gồm 4 chất có khối lượng 4,784
gam. Khí đi ra khỏi ống được hấp thụ bằng dung dịch Ba(OH) 2 dư và ta thu được
9,062 gam kết tủa. Mặt khác hịa tan B bằng dung dịch HCl dư thấy thốt ra 0,6272
lít khí H2 (đktc)
a. Tính thành phần phần trăm khối lượng các chất trong A.
b. Tính thành phần phần trăm khối lượng các chất trong B. Biết trong B số mol
Fe3O4 bằng 1/3 tổng số mol FeO và, Fe2O3 .
BÀI GIẢI
Câu a:
Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓+ H2O
Chất rắn B gồm 4 chất có số mol: , Fe2O3 (x mol); Fe3O4 (y mol); FeO (z mol); Fe
(u mol)
19
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
9,062 : 197 = 0,046 (mol)
Theo định luật BTKL: mA + mCO = mB + mCO2
Hay
mA + 28. 0,046 = 4,784 + 44. 0,046
mA = 5,52 (g)
Gọi a, b lần lượt là số mol FeO và, Fe2O3 trong hỗn hợp A, ta có hệ PT
a + b = 0,04
a = 0,01 mol
72a + 160b = 5,52
b = 0,03 mol
% FeO = .100% = 13% và % , Fe2O3 = 100% 13% = 87%
Câu b:
, Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Số mol Fe = u = số mol H2 = 0,6272 : 22,4 = 0,028 (mol)
(I)
Theo đề số mol Fe3O4 bằng 1/3 tổng số mol FeO và Fe2O3
Hay y = 1/3(z + x)
(II)
Khối lượng rắn B: 160x + 232y + 72z + 56u = 4,784
(III)
Vì nFe trong A = nFe trong B
Nên a + 2b = 2x + 3y + z + u
0,01+ 2.0,03 = 2x + 3y + z + u
(IV)
Giải hệ PT(I, II, III, IV) ta có : x = y = 0,006 ; z = 0,012 ; u = 0,028
% Fe2O3 = = 20,07%
% Fe3O4 = = 29,10%
% FeO = = 18.06%
% Fe = 100% (20,07+ 29,10 + 18.06)% = 32,77%
Nhận xét : Qua 2 ví dụ ta thấy để đưa bài tốn về dạng cơ bản cần tính được
lượng CO2 .Muốn tính lượng CO2 phải thơng qua bài tốn phụ qua dạng tốn CO2
phản ứng với kiềm.
Tăng độ khó ở bài tốn phụ xác định lượng CO2 bằng trường hợp sau :
20
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Trường hợp 2: Biết lượng kiềm và lượng kết tủa.cho biết (a và b). ta so sánh a và
b:
Nếu a=2b thì bài tốn rất đơn giản x= b
Nếu a> 2b thì bài tốn có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp
+ Trường hợp 1: OH dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (1) Vậy x= b
+ Trường hợp 2: Xảy cả 2 phản ứng (1),(2): Vậy x= ab
Ví dụ :
Cho dịng khí CO qua ống sứ đựng 31,2 gam hỗn hợp gồm CuO và FeO nung
nóng. Sau phản ứng thu được chất rắn A. Cho khí thốt ra khỏi ống sứ lội từ từ
qua 1 lít dung dịch Ba(OH)2 0,2M thu được 29,55 gam kết tủa.
a. Tính khối lượng của A
b. Chia A làm 2 phần bằng nhau:
Phần 1 cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 0,56 lít H2 (đo ở đktc).
Phần 2 cho tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch gồm 2
muối trung hồ và V lít SO2 (đo ở đktc).
Tính khoảng giá trị của V.
BÀI GIẢI
a. CuO + CO Cu + CO2 (1)
FeO + CO Fe + CO2 (2)
Khí thốt ra là CO2 có thể có CO dư. CO2 tác dụng với dd Ba(OH)2 có 2 trường hợp:
Trường hợp1:
CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O
Số mol BaCO3 =29,55/197 = 0,15 số mol CO2 = 0,15 mol
Từ (1) và (2) ta có só mol CO = số mol CO2
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng mA = 31,2 + 28.0,15 – 44.0,15 = 28,8 gam
Trường hợp2:
CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O (3)
21
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
0,15 0,15 0,15
2CO2 + Ba(OH)2 Ba(HCO3)2 (4)
Từ (3) số mol CO2 = số mol Ba(OH)2 = 0,15 mol
Số mol Ba(OH)2 pư (4) = 1.0,2 – 0,15 = 0,05 mol
Số mol CO2 pư (4) = 2.0,05 = 0,1 mol
Tổng số mol CO2 pư (3) và (4) = 0,25 mol
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng cho (1) và (2)
mA = 31,2 + 28.0,25 – 44.0,25 = 27,2 gam
b. Trường hợp1: mA = 28,8 gam
A chỉ có Fe tác dụng với HCl cho ra H2
Fe + 2HCl FeCl2 +H2
0,025 mol 0,56/22,4 = 0,025 mol
Từ (1) và (2) ta có n Fe + n Cu = n CO2 = 0,15 mol
Vì A chia 2 phần bằng nhau nên n Fe + n Cu = 0,15/2 = 0,075 mol
nCu trong ½ A = 0,075 0,025 = 0,05 mol
(mFeO + mCuO) dư = 28,8/2 56.0,025 – 64.0,05 =9,8 gam
Giả sử A khơng có CuO nFeO = 9,8/72
Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O (5)
0,136 mol
0,05 0,05
2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (6)
0,025 0,0375
2FeO + 4H2SO4 Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O (7)
0,136 0,068
Từ (5), (6) và (7) nSO2 = 0,05 + 0,0375 + 0,068 = 0,1555 mol VSO2 = 3,4832 lít
Giả sử A khơng có FeO nCuO= 9,8/80
22
0,1225 mol
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
CuO tác dụng H2SO4 khơng tạo ra SO2 nên nSO2 = 0,05 + 0,0375 = 0,0875 mol
VSO2 = 1,96 lít
Vậy khoảng xác định là: 1,96 < VSO2 < 3,4832
Trường hợp2: (Tương tự): 3,08 < VSO2 < 3,976
Nhận xét : Để giải được bài tốn này học sinh cần nắm rõ kiến thức về
dạng tốn CO2 phản ứng với kiềm, kết hợp với bài tốn cơ bản CO, H 2 khử oxit
kim loại.
DẠNG 3 : BÀI T
ẬP CO KHỬ OXIT KIM LOẠI KẾT HỢP VỚI BÀI TẬP
CHẤT KHÍ .
1. Đặc điểm bài tốn
Sau khi xảy ra phản ứng:
Chất rắn X + CO –> Chất rắn Y + CO2 (CO )
Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm 2 khí CO2 , CO (khơng phản ứng với nhau) bài
tốn thường tính tốn số mol hoặc thể tích 2 khí hoặc tỷ lệ số mol , tỷ lệ thể tích 2
khí. Sau khi xác định được lượng CO phản ứng hoặc lượng CO2 tạo thành ta đưa
bài tốn về dạng cơ bản. Để tính được lượng khí ta dùng phương pháp sau:
2. Phương pháp giải
S ử d ụ ng cơng th ứ c đ ườ ng chéo :
Khí A MA Mtb – MB
MTB
Khí B MB MA – Mtb
Với MA, MB là khối lượng mol của khí A và khí B
Mtb là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và MA > MB . Ta có:
=
23
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
Hoặc cơng thức tính khối lượng Mol trung bình:
(n là tổng số mol khí trong hỗn hợp )
3.Bài tập
Bài 1:
Cho 4,48 lít CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit
sắt đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn. Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với
hiđro bằng 20. Xác định cơng thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO 2
trong hỗn hợp khí sau phản ứng.
BÀI GIẢI
FexOy + yCO xFe + yCO2
Khí thu được có gồm 2 khí CO2 và CO dư
.
Mặt khác:
mol nCO dư = 0,05 mol.
Thực chất phản ứng khử oxit sắt là do
CO + O (trong oxit sắt) CO2
nCO = nO = 0,15 mol mO = 0,15 16 = 2,4 gam
mFe = 8 2,4 = 5,6 gam nFe = 0,1 mol.
Theo phương trình phản ứng ta có:
Fe2O3
Bài 2
:
Dùng V lít khí CO khử hồn tồn 4 gam một oxit kim loại, phản ứng kết thúc thu
được kim loại và hỗn hợp khí X. Tỷ khối của X so với H2 là 19. Cho X hấp thụ
hồn tồn vào 2,5 lít dung dịch Ca(OH)2 0,025M người ta thu được 5 gam kết tủa.
24
Xây dựng tư duy qua bài tập CO, H2 khử Oxit kim loại
a. Xác định kim loại và cơng thức hố học của oxit đó.
b. Tính giá trị của V và thể tích của SO 2 (đktc) tạo ra khi cho lượng kim loại
thu được ở trên tan hết vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư.
BÀI GIẢI
Đặt cơng thức của oxit kim loại là: A2Ox
Các PTHH: A2Ox + xCO 2 A(r) + xCO2 (k) (1)
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (2)
Có thể: CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 (3)
nCa(OH)2 = 2,5 . 0,025 = 0,0625 (mol); nCaCO3 = 5/100 = 0,05 (mol)
Bài tốn phải xét 2 trường hợp
1.TH1: Ca(OH)2 dư phản ứng (3) khơng xảy ra
Từ (2): nCO2 = n CaCO3 = 0,05 mol theo (1) n A2Ox = 1/x . 0,05 mol
Ta có pt: 2(MA + 16x) . 0,05/x = 4
Giải ra ta được: MA/x = 32 với x = 2; MA = 64 thoả mãn
Vậy A là Cu
Đặt n CO dư trong hh khí X là t ta có phương trình tỉ khối
t = 0,03 mol
giá trị của VCO ban đầu = (0,03 + 0,05) . 22,4 = 1,792 (lít)
PTHH khi cho Cu vào dd H2SO4 đặc, nóng
Cu + 2H2SO4 đn CuSO4 + SO2 + 2 H2O (4)
Từ (1): n Cu = n CO2 = 0,05 mol. Theo (4): n SO2 = 0,05 mol
V = 0,05 . 22,4 = 1,12 (lít)
2. TH2: CO2 dư phản ứng (3) có xảy ra
Từ (2): n CO2 = n CaCO3 = n Ca(OH)2 = 0,0625 mol
25
