Đề tài Tuyển chọn hệ thống bài tập vô cơ Chuyên đề kim loại ở trung học cơ sở

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Công thức cấu tạo : CTCT Dung dịch : dd Điều kiện tiêu chuẩn (0oC và 1 atm) : đktc Khối lượng : m Kim loại : KL Nguyên tử khối : NTK Nồng độ mol/l ~ nồng độ mol ~ CM Nồng độ phần trăm : C% Thể tích : V Phương trình hóa học : PTHH Số mol : n Kết tủa : ↓ Khí thoát ra : ↑ Khối lượng mol : M Hỗn hợp : hh Nhiệt độ : tº Kí hiệu hóa học: KHHH  PHẦN I. MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Hóa học là khoa học nghiên cứu các chất, sự biến đổi và ứng dụng của chúng. Nhưng không chỉ học trên lý thuyết mà còn phải vận dụng vào giải thích các hiện tượng của đời sống hằng ngày và còn phải giải quyết các bài toán có liên quan. Việc làm các bài tập Hóa học không chỉ giúp củng cố kiến thức mà còn giúp cho học sinh thêm hứng thú với môn học hơn. Đặc biệt đối với các em học khá, giỏi muốn làm nhiều bài tập để nâng cao kỹ năng của mình hơn nữa. Trong chương trình ở THCS nội dung môn Hóa học bao gồm các phần về chất – nguyên tử - phân tử; phản ứng hóa học; mol và tính toán hóa học; oxi – không khí; hiđro – nước; dung dịch (lớp 8). Các loại hợp chất vô cơ; kim loại; phi kim – sơ lược về bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; hiđrocacbon – nhiên liệu; dẫn xuất của hiđrocacbon – polime (lớp 9). Trong các nội dung trên tôi muốn đi sâu về phần kim loại, cụ thể là các dạng bài tập có liên quan đến phần này với mục đích tìm hiểu và xây dựng thành hệ thống các dạng bài tập nâng cao chuyên đề về kim loại ở THCS. Các dạng bài tập về kim loại rất hay và phong phú, nhưng nếu chỉ làm các bài tập ở trong sách giáo khoa và sách bài tập thôi thì ta sẽ không khai thác hết được các dạng bài tập và cái hay của nó, chính vì vậy tôi muốn chọn đề tài: “Tuyển chọn hệ thống bài tập vô cơ chuyên đề kim loại ở THCS”. II. Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu II.1. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu để xây dựng thành hệ thống các bài tập nâng cao về kim loại trong chương trình Hóa học của THCS theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo và rèn luyện những khả năng tiếp cận với các bài tập nâng cao từ đó hình thành kĩ năng tính toán khi giải các bài tập không chỉ ở THCS mà còn phục vụ cho quá trình học sau này với cấp độ cao hơn. II.2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các nội dung tính chất của kim loại trên cơ sở đó để tìm hiểu các dạng bài tập có liên quan đến những tính chất đó. - Đưa ra các dạng bài tập cơ bản và nâng cao nhưng trọng tâm là các dạng bài tập nâng cao về phần kim loại nằm trong chương trình Hóa học ở THCS. - Sưu tầm, tìm kiếm các dạng bài tập khó để xây dựng thành hệ thống bài tập nâng cao. - Tổng hợp và sưu tầm các phương pháp giải chi tiết và cụ thể. III. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu III.1. Đối tượng nghiên cứu Các dạng bài tập nâng cao về kim loại trong chương trình Hóa học THCS. III.2. Phương pháp nghiên cứu - Sưu tầm các bài tập nâng cao về kim loại. - Phân loại thành các dạng khác nhau, sau đó nêu ra các bài tập có hướng dẫn giải cụ thể. PHẦN II. NỘI DUNG Chương 1. Cơ sở và tổng quan I. Vị trí các bài tập kim loại trong chương trình SGK Hóa học của THCS. Hóa học lớp 8 Định luật bảo toàn khối lượng Phương trình hóa học Tính theo công thức hóa học và phương trình hóa học Hóa học lớp 9 Chương 1: Các loại hợp chất vô cơ Chương 2: Kim loại II. Các dạng bài tập cơ bản Dạng bài tập định tính có tính thực tế. Bài tập lập công thức của một chất vô cơ và xác định nguyên tố kim loại. Bài toán tính theo công thức hóa học. Bài toán tính theo phương trình hóa học. Chương 2. Nội dung nghiên cứu . Xây dựng hệ thống bài tập nâng cao trong chương trình Hóa học của THCS. Bài tập lý thuyết Giải thích hiện tượng và viết phương trình hóa học Điều chế kim loại Phân biệt và nhận biết kim loại Tinh chế và tách hỗn hợp thành chất nguyên chất Bài tập tính toán - Bài toán xác định tên kim loại và công thức các hợp chất của chúng - Bài toán hỗn hợp Bài toán về lượng chất dư. Bài toán tăng giảm khối lượng. Bài toán biện luận A. BÀI TẬP LÝ THUYẾT I. Giải thích hiện tượng và viết PTHH Dạng bài này yêu cầu người học sinh phải nắm rõ tính chất của các kim loại và có kĩ năng thành thạo trong việc nhận biết hiện tượng của phản ứng hóa học từ đó giải thích và viết PTHH. Ví dụ : Hòa tan Fe bằng HCl và sục khí Cl2 đi qua hoặc cho KOH vào dung dịch và để lâu ngoài không khí. Giải thích hiện tượng và viết PTHH. Hướng dẫn giải Khi cho Fe tác dụng với HCl thấy có khí thoát ra : Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3 dung dịch chuyển màu vàng. FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2↓ + 2KCl có kết tủa trắng xanh. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 kết tủa chuyển màu nâu đỏ. Bài tập vận dụng Bài 1. Dung dịch M có chứa CuSO4 và FeSO4 Cho Al vào dung dịch M, sau phản ứng có dung dịch N chứa 3 muối tan. Cho Al vào dung dịch M, sau phản ứng có dung dịch N chứa 2 muối tan. Cho Al vào dung dịch M, sau phản ứng có dung dịch N chứa 1 muối tan. Giải thích mỗi trường hợp bằng phương trình phản ứng. II. Điều chế kim loại và hợp chất của chúng Thực chất đây là kiểu bài tập thực hiện quá trình biến hóa nhưng chỉ cho biết chất đầu và chất cuối. Học sinh phải suy nghĩ và lựa chọn con đường đúng nhất và ngắn nhất để thực hiện (vì chất được điều chế được phải tinh khiết và về nguyên tắc nếu đi bằng con đường dài hơn nhưng không sai thì vẫn giải quyết được yêu cầu của đề bài nhưng sẽ mất nhiều thời gian để viết phương trình đã dùng đến một cách không cần thiết). 1. Sơ đồ phản ứng: Dạng bài này thường bao gồm một chuỗi phản ứng hóa học yêu cầu phải nắm được tính chất hóa học của từng chất trong chuỗi phản ứng và viết PTHH để hoàn thành chuỗi phản ứng đó Ví dụ: Viết phương trình phản ứng hoàn thành sơ đồ sau: FeCl2 → FeSO4 → Fe(NO3)2 → Fe(OH)2 Fe ↓↑ ↓↑ ↑↓ ↓ Fe2O3 FeCl3 → Fe2(SO4)3 → Fe(NO3)3 → Fe(OH)3 Hướng dẫn giải Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 FeCl2 + Ag2SO4 → FeSO4 + 2AgCl↓ FeSO4 + Ba(NO3)2 → Fe(NO3)2 + BaSO4↓ Fe(NO3)2 + 2KOH → Fe(OH)2 + 2KNO3 tº Fe(OH)2 + O2 → Fe2O3 + H2O 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 2FeCl3 + 3Ag2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6AgCl↓ Fe2(SO4)3 + 3Ba(NO3)2 → 2Fe(NO3)3 + 3BaSO4↓ Fe(NO3)3 + 3KOH → Fe(OH)3 + 3KNO3 tº 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O 2FeCl2 (lục nhạt)+ Cl2 → 2FeCl3(vàng nâu) 2FeCl3 + Fe → 3FeCl2 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O Fe2(SO4)3 + Fe → 3FeSO4 4Fe(NO3)2 + O2 + 4HNO3 → 4Fe(NO3)3 + 2H2O 2Fe(NO3)3 + Cu → 2Fe(NO3)2 + Cu(NO3)2 4Fe(OH)2(trắng xanh) + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3(nâu đỏ) 2. Điền chất và hoàn thành PTHH Dạng bài này mỗi phản ứng đều biết được chất tham gia hoặc chất tạo thành đề bài chỉ yêu cầu điền vào những chỗ trống sao cho thích hợp để hoàn thành PTHH. Ví dụ: Hoàn thành các phản ứng sau: Fe2(SO4)3 + ? → Fe(NO3)3 + ? AlCl3 + ? → Al2(SO4)3 + ? Al2O3 + KHSO4 → ? + ? + ? KHCO3 + Ca(OH)2 → ? + ? + ? NaCl + ? → NaOH + ? Ca(HCO3)2 + ? → CaCO3↓ + ? Hướng dẫn giải Fe2(SO4)3 + 3Ba(NO3)2 → 2Fe(NO3)3 + 3BaSO4↓ 2AlCl3 + 3Ag2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 AgCl↓ Al2O3 + 6KHSO4 → Al2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O KHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + KOH + H2O Điện phân có vách ngăn: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ Ca(HCO3)2 +K2CO3 → CaCO3↓ + 2KHCO3 3. Điều chế một chất từ nhiều chất bằng nhiều cách: Dạng này ta phải sử dụng nhiều cách khác nhau để điều chế ra một chất. Để làm được dạng này thì học sinh cũng cần phải nắm rõ tính chất không chỉ riêng về kim loại mà còn các hợp chất khác liên quan đến và đòi hỏi chất điều chế được phải tinh khiết. Ví dụ 1: Viết các PT phản ứng chỉ ra: - 4 cách điều chế Al(OH)3 - 6 cách điều chế FeCl2, Hướng dẫn giải - 4 cách điều chế Al(OH)3: + Kim loại + H2O + Oxit kim loại + H2O + Điện phân dung dịch muối clorua (có vách ngăn) + Muối + kiềm + Thủy phân muối + Muối + axit AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaOH 2AlCl3 + 6 H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑ + 3Cl2↑ Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4 NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3 + NaCl - 6 cách điều chế FeCl2: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O Fe(OH)2 + 2HCl → FeCl2 + 2H2O FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑ FeCO3 + 2HCl → FeCl2 + CO2↑ + H2O 2FeCl3 + Fe → 3FeCl2 FeBr2 + Cl2 → FeCl2 + Br2 Ví dụ 2: Nêu cách điều chế Na2CO3 → Na ; Al(NO3)3 → Al ; FeS2 →Fe Hướng dẫn giải + Điều chế Na từ Na2CO3 Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O Cô cạn dd và điện phân nóng chảy 2NaCl → 2Na + Cl2↑ + Điều chế Al từ Al(NO3)3 Al(NO3)3 + 3KOH → Al(OH)3↓ + 3KNO3 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O Điện phân nóng chảy: 2Al2O3 → 4Al + 3O2↑ + Điều chế Fe từ Fe2S: 4Fe2S + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 Fe2O3 + 3CO → 2Fe + CO2 Bài tập vận dụng Bài 1. Viết phương trình phản ứng biểu diễn các chuyển hóa sau: CuSO4 → B → C → D → Cu FeS2 → Fe2O3 → Fe2(SO4)3 → FeCl3 → Fe(OH)3 Bài 2. Hoàn thành sơ đồ phản ứng dưới đây. Al2O3 → Al2(SO4)3 NaAlO2 Al ↓ ↓ Al(OH)3 ↑ AlCl3 → Al(NO3)3 Al2O3 III. Phân biệt và nhận biết các chất 1. Lý thuyết cơ bản về thuốc thử hóa học lớp 9 của THCS (áp dụng để nhận biết và phân biệt kim loại) KL, Ion Thuốc thử Hiện tượng Giải thích, viết PTHH Na, K H2O Tan + dd trong Na + H2O → NaOH + 1/2 H2 K + H2O → KOH + 1/2 H2 Ca H2O Tan + dd đục Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2 Ba H2O Axit H2SO4 Tan+dd trong ↓ trắng Ba + H2O → Ba(OH)2 + H2 Ba + H2SO4 → BaSO4 + H2 Al Al3+ Dd kiềm Dd NH3 dư Tan ↓trắng, không tan Al + H2O + NaOH → NaAlO2 + 3/2H2 Al3+ +NH3 + H2O → Al(OH)3 + NH4+ Zn2+ Dd NH3 dư ↓ trắng sau đó tan Zn2+ + NH3 + H2O → Zn(OH)2 + NH4+ Zn(OH)2 + NH3 → [Zn(NH3)4](OH)2 Fe Fe2+ Fe3+ Khí Clo Dd NaOH Dd NaOH, NH3 Trắng xám → nâu đỏ ↓ trắng xanh hóa đỏ nâu ↓ đỏ nâu 2Fe(trắng xám) + 3Cl2(vàng lục) → 2FeCl3(nâu đỏ) Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2↓ (trắng xanh) Fe(OH)2 + O2 + H2O → Fe(OH)3↓ (nâu đỏ) Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓ Fe3+ + NH3 + H2O → Fe(OH)3↓ + NH4+ Hg HNO3 đặc Tan, khí màu nâu Hg + 4HNO3 → Hg(NO3)2 + 2NO2↑+ H2O Cu Cu2+ Cu (đỏ) HNO3 đặc Dd NH3 dư AgNO3 Tan, dd xanh, khí màu nâu ↓ xanh sau đó tan Tan, dd xanh Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 ↑+ 2H2O Cu2+ + NH3 + H2O → Cu(OH)2 + NH4+ Cu(OH)2 + NH3 → [Cu(NH3)4](OH)2 Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag↓ Ag Ag+ HNO3 sau đó cho NaCl Dd H2S, dd NaOH Tan, khí màu nâu và kết tủa trắng Kết tủa đen Ag + 2HNO3 → AgNO3 + NO2↑ + H2O AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3 Ag+ + S2- → Ag2S↓ Ag+ + OH- → AgOH 2AgOH → Ag2O↓ + H2O Mg Mg2+ Dd HCl Dd CO32- Tan, có khí ↓trắng Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 Mg2+ + CO32- → MgCO3↓ Pb Pb2+ Dd HCl Dd H2S ↓ trắng ↓đen Pb + 2HCl → PbCl2↓ + H2 Pb2+ + S2- → PbS↓ Na K Ca Ba Đốt trên ngọn lửa và quan sát - Màu vàng tươi - Màu tím (tím hồng) - Màu đỏ da cam - Màu lục (hơi vàng) 2. Một số trường hợp nhận biết. Nhận biết bằng thuốc thử tự chọn. Đây là loại bài nhận biết mà thuốc thử sử dụng không bị ghò ép mà được lựa chọn tự do. Tuy nhiên thuốc thử lựa chọn phải nhận biết được rõ từng chất và phải thích hợp. Ví dụ: Có 8 dung dịch chứa: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4. Hãy nêu các thuốc thử và trình bày phương án phân biệt 8 dung dịch nói trên. Hướng dẫn giải Thuốc thử để phân biệt là: dd BaCl2, dd NaOH. Cách làm như sau: - Cho dd BaCl2 vào 8 dung dịch sẽ thấy ở 4 dung dịch có kết tủa là: Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4 (nhóm A) còn 4 dung dịch không có hiện tượng gì là: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 (nhóm B). - Trong mỗi nhóm A, B đều dùng dd NaOH để thử: Nhận ra Na2SO4 và NaNO3 không có hiện tượng gì Nhận ra CuSO4 và Cu(NO3)2 tạo kết tủa màu xanh: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 Xanh Nhận ra MgSO4 và Mg(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng: Mg(NO3)2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaNO3 Trắng Nhận ra FeSO4 và Fe(NO3)2 tạo kết tủa màu trắng hơi xanh, sau đó một lúc kết tủa sẽ chuyển thành màu nâu đỏ FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO4 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ nâu đỏ Nhận biết chỉ bằng thuốc thử qui định Đây là dạng bài tập đề bài đã cho sẵn một loại thuốc thử nhất định và yêu cầu chỉ dùng thuốc thử này để nhận biết một loạt các chất mà đề bài yêu đã cho. Ví dụ: Nhận biết các chất trong mỗi cặp dưới đây chỉ bằng dung dịch HCl 4 dung dịch : MgSO4, NaOH, BaCl2, NaCl 4 chất rắn : NaCl, Na2CO3, BaCO3, BaSO4 Hướng dẫn giải a. Xét khả năng phản ứng của 4 chất, nhận được chỉ có MgSO4 tạo được kết tủa với 2 dung dịch khác: MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2SO4 MgSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + MgCl2 Suy ra dung dịch còn lại không kết tủa là NaCl. - Dùng axit HCl hòa tan 2 kết tủa thấy kết tủa không tan là BaSO4 → nhận được BaCl2, kết tủa tan là Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O thì nhận được NaOH b. Hòa tan 4 chất rắn bằng dung dịch HCl nhận được BaSO4 không tan, NaCl tan mà không có khí bay ra. Còn: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + CO2↑ + H2O - Thả lần lượt 2 chất rắn Na2CO3, BaCO3 vào 2 dung dịch vừa tạo ra → sẽ nhận ra Na2CO3 có kết tủa: Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3↓ + 2NaCl Còn lại là BaCO3. Không dùng thuốc thử khác, chỉ dùng chất của đầu bài để phân biệt các chất đã cho. Bài tập này sử dụng phương pháp sau: Dựa vào màu sắc của các dung dịch. Các phản ứng hóa học đặc trưng của các hóa chất cần nhận biết. Lập bảng để nhận biết. Ví dụ: Có 5 lọ mất nhãn, mỗi lọ đựng một trong các dung dịch sau đây: NaHSO4, KHCO3, Na2SO3, Mg(HCO3)2, Ba(HCO3)2. Trình bày cách nhận biết từng dung dịch chỉ được dùng thêm cách đun nóng. Hướng dẫn giải - Đun nóng các mẫu thử đựng các hóa chất trên, có hai ống nghiệm cho kết tủa và khí bay lên, 3 ống nghiệm không cho kết tủa. tº Mg(HCO3)2 → MgCO3↓ + CO2↑ + H2O tº Ba(HCO3)2 → BaCO3↓ + CO2↑ + H2O - Lấy vài giọt dung dịch ở một trong hai lọ đựng các dung dịch có kết tủa khi đun nóng trên nhỏ vào các ống nghiệm đựng các dung dịch khác, một ống nghiệm thấy có khí bay lên là NaHSO4. 2NaHSO4 + Mg(HCO3)2 → Na2SO4 + MgSO4 + 2CO2↑ + 2H2O 2NaHSO4 + Ba(HCO3)2 → Na2SO4 + BaSO4↓ + 2CO2↑ + 2H2O Như vậy chất trong dung dịch lọ nào vừa cho kết tủa vừa có khí bay lên lọ đó đựng Ba(HCO3)2, lọ kia là Mg(HCO3)2. - Lấy vài giọt Ba(HCO3)2 đã biết nhỏ vào hai ống nghiệm chứa các chất còn lại, ống nghiệm nào cho kết tủa là Na2SO3 Na2SO3 + Ba(HCO3)2 → BaSO3↓ + 2NaHCO3 Ống nghiệm còn lại chứa dung dịch KHCO3. Bài tập vận dụng Bài 1. Hãy nhận biết chỉ bằng 2 hóa chất đơn giản tự chọn: 9 chất rắn : Ag2O, BaO, MgO, MnO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, CaCO3, CuO 6 chất bột: Mg(OH)2, Zn(OH)2, Fe(OH)3, BaCl2, sôđa, xút ăn da 3 dung dịch: NaCl, HCl, NaNO3, chỉ bằng 2 kim loại. 4 chất bột : Na2CO3, NaCl, BaCO3, BaSO4 chỉ bằng CO2, H2O Bài 2. Có 8 dung dịch chứa: NaNO3, Mg(NO3)2, Fe(NO3)2, Cu(NO3)2, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, CuSO4. Hãy nêu các thuốc thử và trình bày phương án phân biệt 8 dung dịch nói trên. IV. Tinh chế và tách hỗn hợp thành chất nguyên chất * Nguyên tắc: - Bước 1. Chọn chất X chỉ tác dụng với A (mà không tác dụng với B) để chuyển A thành dạng A1 kết tủa, bay hơi, hoặc hòa tan; tách ra khỏi B (bằng cách lọc hoặc tự tách). - Bước 2. Điều chế lại chất A từ chất A1 Sơ đồ tổng quát: + X B A, B + Y A1 (↑,↓, tan) A Nếu hỗn hợp A, B đều tác dụng được với X thì dùng chất X' chuyển cả A, B thành A', B' rồi tách A', B' thành 2 chất nguyên chất. Sau đó tiến hành bước 2 (điều chế lại A từ A') Ví dụ: Nêu phương pháp tách hỗn hợp gồm MgO, Fe2O3, CuO ở thể rắn thành các chất nguyên chất. Hướng dẫn giải Trước tiên ta sẽ khử các oxit kim loại trên bằng hiđro ở nhiệt độ cao (chỉ có oxit kim loại đứng sau nhôm mới bị khử) Ta có phản ứng khử như sau: CuO + H2 → Cu + H2O; Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O Còn lại MgO không bị khử. Sau đó ta cho các chất thu được tác dụng với axit HCl thì Cu không phản ứng và bị oxi hóa ở ngoài không khí tạo thành CuO: 2Cu + O2 → 2CuO. Ta tách được CuO ra khỏi hỗn hợp. MgO + 2HCl → MgCl2 + H2 ; Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 Hai muối thu được là MgCl2 và FeCl2 ta cho điện phân dung dịch thì FeCl2 bị điện phân tạo thành Fe, sau đó Fe bị oxi hóa thành Fe2O3 ta tách được Fe2O3 Muối MgCl2 không bị điện phân dung dịch thì ta điện phân nóng chảy tạo thành Mg, sau đó đốt nóng thì Mg bốc cháy trong không khí tạo ra MgO: MgCl2 → Mg + Cl2; 2Mg + O2 → 2MgO Cuối cùng ta tách được cả ba chất trên ra khỏi hỗn hợp thành các chất nguyên chất. Bài tập vận dụng Bài 1. Quặng nhôm có Al2O3 lẫn với các tạp chất là Fe2O3 và SiO2. Hãy nêu phản ứng nhằm tách riêng từng oxit ra khỏi quặng nhôm. Bài 2. Một hỗn hợp gồm Al, Fe, Cu và Ag. Bằng phương pháp hóa học hãy tách rời hoàn toàn các kim loại ra khỏi hỗn hợp trên. B. BÀI TẬP TÍNH TOÁN I. Giới thiệu một số phương pháp giải Phương pháp 1. Áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố. - Nguyên tắc: Trong các phản ứng hóa học, nguyên tố và khối lượng của chúng được bảo toàn. Từ đó suy ra: tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng chất tạo thành. Tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng. Phương pháp 2. Áp dụng khi cho kim loại tác dụng với dd muối. - Nguyên tắc: Khi đề bài cho kim loại tác dụng với dung dịch muối: - Kim loại mạnh (trừ những kim loại tác dụng với nước) đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của kim loại yếu. - Khi cho thanh kim loại vào dung dịch muối, sau phản ứng khối lượng thanh kim loại tăng hoặc giảm: Viết phương trình hóa học. Dưới mỗi phương trình hóa học đặt ẩn số theo số mol chất, sau đó quy số mol ra khối lượng (theo ẩn số trên) Nếu khối lượng thanh kim loại tăng. Lập phương trình đại số m kim loại giải phóng – m kim loại tan = m kim loại tăng Nếu khối lượng thanh kim loại giảm: m kim loại tan – m kim loại giải phóng = m kim loại giảm - Khi cho thanh kim loại vào dung dịch muối, sau khi lấy miếng kim loại ra thì thấy khối lượng dung dịch giảm. Ta lập luận như sau: ∑ m các chất tham gia = ∑ m chất tạo thành m thanh kim loạAi + m dd = m' thanh kim loại + m'' dd Theo định luật bảo toànkhối lượng, nếu sau phản ứng khối lượng dung dịch nhẹ đi bao nhiêu có nghĩa là khối lượng dung dịch nhẹ đi bao nhiêu có nghĩa là khối lượng thanh kim loại tăng lên bấy nhiêu. Phương pháp 3. Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng. - Nguyên tắc: So sánh khối lượng của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ khối lượng tăng (hay giảm) này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa hai chất này trong phản ứng mà giải quyết yêu cầu đặt ra. Theo trình tự các bước sau: Xác định mối liên hệ tỉ lệ mol giữa chất đã biết (chất A) với chất cần xác định (chất B) (có thể không cần thiết phải viết phương trình phản ứng, chỉ lập sơ đồ phản ứng giữa hai chất này nhưng phải dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố để xác định tỉ lệ mol giữa chúng). Xét xem khi chuyển từ chất A thành B (hay ngược lại) thì khối lượng tăng lên hay giảm xuống bao nhiêu gam theo tỉ lệ phản ứng và theo đề cho. Sau đó dựa vào quy tắc tam suất, lập phương trình toán học để giải. Phương pháp 4. Áp dụng phương pháp tăng giảm thể tích. - Nguyên tắc: So sánh thể tích (hoặc số mol) của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ thể tích (hoặc số mol) tăng (hay giảm) này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa 2 chất này trong phản ứng mà giải quyết yêu cầu đặt ra. Theo trình tự các bước tương tự phương pháp 3. Phương pháp 5. Áp dụng phương pháp chuyển bài toán hỗn hợp thành một chất tương đương (hay phương pháp sử dụng đại lượng trung bình). - Nguyên tắc: khi trong bài toán xảy ra nhiều phản ứng nhưng các phản ứng cùng loại và cùng hiệu suất phản ứng thì ta thay hỗn hợp nhiều chất thành một chất tương đương. Lúc đó: lượng (số mol, khối lượng hay thể tích) của chất tương đương bằng của hỗn hợp. Phương pháp 6. Phương pháp áp dụng sơ đồ đường chéo. Khi pha trộn 2 dung cùng loại nồng độ, cùng loại chất tan thì có thể dùng phương pháp đường chéo: Trộn m1 gam dung dịch có nồng độ C1% với m2 gam dung dịch có nồng độ C2% thì thu được dung dịch mới có nồng độ C%: m1 gam dd C1 │C2 - C│ m1 │C2 - C│ C => — = m 2 │ C1 - C│ m2 gam dd C2 │C1 – C│ Trộn V1 ml dung dịch có nồng độ C1 mol với V2 ml dung dịch có nồng độ C2 mol thì thu được dung dịch mới có nồng độ C mol và giả sử có thể tích V1 + V2 ml: V1 gam dd C1 │ C2 - C│ V1 │C2 - C│ C => — = V2 │C1 - C│ V2 gam dd C2 │C1 – C │ Sơ đồ đường chéo còn có thể áp dụng trong việc tính khối lượng riêng D V1 lít dd D1 │D2 - D│ V1 │D2 - D│ D => — = V2 │ D1 - D│ V2 lít dd D2 │D1 - D│ (Với giả thiết V = V1 + V2) II. Một số dạng bài tập nâng cao Dạng 1. Bài toán xác định tên kim loại và hợp chất của chúng Ví dụ 1: Hòa tan hỗn hợp X gồm 11,2 gam kim loại M và 69,6 gam oxit MxOy của kim loại đó trong 2 lít dung dịch HCl, thu được dung dịch A và 4,48 lít khí H2 (đktc). Nếu cũng hòa tan hỗn hợp X đó trong 2 lít dung dịch HNO3 thì thu được dung địch B và 6,72 lít khí NO (đktc). a. Tìm kim loại M. b. Tìm công thức oxit của kim loại đó. Hướng dẫn giải a. Ta có PTPƯ sau: M + nHCl → MCln + n/2H2 amol na/2 mol MxOy + 2yHCl → xMCl2y + yH2O Số mol H2 = 0,2 mol => na/2 = 0,2 => na = 0,4 => a = 0,4/n (với a là số mol của kim loại M cần tìm). Ta có 0,4/n. M = 11,2 => M = 28n Biện luận để tìm M n 1 2 3 M 28 (loại) 56 (nhận) 84 (loại) Với M = 56 thỏa mãn, vậy kim loại cần tìm là Fe ; nFe = 0,2 mol b. Gọi công thức oxit MxOy là FexOy Ta có số mol của khí NO là: nNO = 0,3 (mol) Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) 0,2mol 0,2mol Số mol NO ở phản ứng (2) là: nNO = 0,3 – 0,2 = 0,1 (mol) 3FexOy + (12x-2y)HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x-2y)NO + (6x-y)H2O (2) 3mol (3x-2y)mol 69,6 0,1mol 56x + 16y Ta có : 69,6/(56x+16y) = (3x-2y)/0,1 => 64x = 48y => x = 3 ; y = 4 Vậy công thức oxit FexOy cần tìm là Fe3O4 Ví dụ 2: Khử hoàn toàn 4,06 gam 1 oxit kim loại bằng CO ở nhiệt độ cao thành kim loại. Dẫn toàn bộ khí sinh ra vào bình đựng dd Ca(OH)2 dư, thấy tạo thành 7 gam kết tủa. Nếu lấy lượng kim loại tạo thành (m gam) hòa tan hết vào dd HCl dư thì thu được 1,176 lít H2 (đktc). Tìm công thức của oxit kim loại và khối lượng của kim loại. Hướng dẫn giải Theo đề bài ta có sơ đồ sau : Khử Ca(OH)2 CO CO2 CaCO3↓ Oxit KL 7 Theo sơ đồ trên => nCO = nCO2 = nCaCO3 = — = 0,07 (mol) 100 Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: moxit + mCO = mKL + mCO2 mKL = moxit + mCO - mCO2 = 4,06 + (0,07. 28) – (0,07. 44) = 2,94 (gam) Gọi tên kim loại trên là M, hóa trị là a, ta có: M + aHCl → MCla + a/2 H2↑ 1,176 nH2 = = 0,0525 (mol) 22,4 0,0525 0,105 nM = = (mol) a/2 a 2,94 = > MM = = 28a 0,105/a Biện luận: a 1 2 3 M 28 (loại) 56 (nhận) 84 (loại) Vậy nghiệm phù hợp là: a = 2 => M = 56 (Fe) 0,105 nFe = = 0,0525 (mol) 2 Khối lượng của kim loại sắt là : mFe = 0,0525. 56 = 2,94 (gam) Đặt công thức của oxit sắt cần tìm là FexOy ta có PT : FexOy + CO → xFe + yCO2 Ta có tỉ lệ sau : nFe x 0,0525 3 — = — = = — => x = 3, y = 4 nCO2 y 0,07 4 Vậy công thức của oxit cần tìm là Fe3O4. Bài tập vận dụng Bài 1. Khử m gam 1 oxit sắt chưa biết bằng CO nóng, dư đến hoàn toàn thu được Fe và khí A. Hòa tan hết lượng Fe trên bằng HCl dư thoát ra 1,68 lít H2 (đktc). Hấp thụ toàn bộ khí A bằng Ca(OH)2 dư thu được 10 gam kết tủa. Tìm công thức oxit. Đáp số : Fe3O4 Bài 2. Đem khử hoàn toàn 4 gam hỗn hợp CuO và oxit sắt FexOy bằng khí CO ở nhiệt độ cao, sau khi phản ứng thu được 2,88 gam chất rắn, đem hòa tan chất rắn này vào 400 ml dung dịch HCl (vừa đủ) thì có 0,896 lít khí bay ra (ở đktc). Tính khối lượng hỗn hợp ban đầu. Xác định công thức phân tử của oxit sắt. Đáp số : a. mCuO = 0,8 gam, mFexOy = 3,2 gam. b. Fe2O3 Dạng 2. Bài toán hỗn hợp Ví dụ 1: Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được B gồm 4 chất nặng 4,784 gam. Khi đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 9,602 gam kết tủa. Mặt khác hòa tan chất rắn B bằng dd HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít khí H2 (đktc). a. Tính % khối lượng oxit trong hỗn hợp A b. Tính % khối lượng các chất trong B, biết trong B có nFe3O4 = 1/3 ∑ nFeO và nFe2O3 Hướng dẫn: Áp dụng bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố Hướng dẫn giải a. Ta có 0,04 mol hh A (FeO và Fe2O3) + CO → 4,784 hh B + CO2 CO2 + Ba(OH)2 dư → BaCO3↓ + H2O 0,046 mol 0,046 mol nCO2 = nBaCO3 = 0,046 mol và nCOpư = nCO2 = 0,046 mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có: mA + mCO = mCO2 + mB => mA = 4,784 + 0,046.44 – 0,046.28 = 5,52 (gam) Đặt nFeO = x mol, nFe2O3 = y mol trong hỗn hợp B, ta có : x + y = 0,04 x = 0,01 mol 72x + 160y = 5,52 → y = 0,03 mol 0,01.72 => %mFeO = x 100% = 13,04% 5,52 %mFe2O3 = 100 – 13,04 = 86,96% b. Ta có : nH2 = 0,028 mol Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ Theo phương trình ta có : nFe = nH2 = 0,028 mol theo câu a, có 0,01 mol FeO, 0,03 mol Fe2O3 => tổng số mol sắt ban đầu bằng 0,07 mol. Hỗn hợp B gồm: 0,028 mol Fe, a mol FeO, b mol Fe2O3, c mol Fe3O4 Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố sắt ta có: a + 2b + 3c = 0,07 – 0,028 = 0,042 (1) Lại có: a/3 + b/3 – c = 0 (2