Kinh nghiệm giải toán kim loại tác dụng với ion nitrat trong môi trường axit

n xét: Mấu chốt của bài toán này là xác định được thể tích khí NO sinh ra. Phương pháp giải: sử dụng phương trình ion thu gọn hoặc hảo toàn eletron. So sánh tính khử của kim loại Cu và Ag thì Cu có tính khử mạnh hơn nên phản ứng trước. Giải nCu = 0,02mol nAg = 0,005mol 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O(1) Ban đầu: 0,02mol 0,09mol 0,06mol Tỉ lệ: 0,0067 0,0113 0,03 Phản ứng: 0,02mol molmol 0,02molmol Còn lại: - mol mol 0,02mol mol 3Ag + 4H+ + NO 3Ag+ + NO + 2H2O. Ban đầu: 0,005mol mol mol Tỉ lệ: 0,0017 0,0092 0,0467 Phản ứng: 0,005mol mol nNO = + = 0,015mol 2NO + O2 2NO2. 0,015mol 0,0075mol 0,015mol 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3. 0,015mol 0,00375mol 0,015mol (số mol O2 dư nên ta tính theo NO) pH = 1( chọn đáp án D) Ví dụ 3. Hoà tan 6,4g Cu vào 120ml dd hỗn hợp gồm HNO3 1M và H2SO4 0,5M thu được V lít khí NO duy nhất ở (đktc). Tìm gi trị V? A. 0,067 B. 2,688 C. 1,344 D. 0,139 Giải nCu = 0,1mol 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban đầu: 0,1mol 0,24mol 0,12mol Tỉ lệ: 0,033 0,03 0,06 Phản ứng: 0,9mol0,8mol 0,06mol 0,06mol Còn lại: 0,01mol - 0,06mol 0,6mol VNO = 0,0622,4 = 1,344 (chọn đáp án C) Trường hợp xác định lượng chất cần thiết để phản ứng hết với dung dịch sau phản ứng. Ví dụ 1:(A 2009): Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO40,5M và NaNO30,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO(sản phẩm khử duy nhất). Cho Vml dung dịchNaOH 1,0M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá trị tối thiểu của V là A. 360ml B. 240ml C. 400ml D. 120ml Giải nFe = 0,02mol; nCu = 0,03mol Fe + 4H+ + NO Fe3+ + NO + 2H2O. Ban đầu: 0,02mol 0,4mol 0,08mol Tỉ lệ: 0,02 0,1 0,08 Phản ứng 0,02mol 0,08mol 0,02mol 0,02mol Còn lại: - 0,32mol 0,06mol 0,02mol 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O. Ban đầu: 0,03mol 0,32mol 0,06mol Tỉ lệ: 0,01 0,04 0,03 Phản ứng 0,03mol 0,08mol 0,02mol 0,03mol Còn lại - 0,24mol 0,04mol 0,03mol Dung dịch X gồm các ion Fe3+, Cu2+ và H+ phản ứng được với NaOH, các ion khác không liên quan. Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3 Cu2+ + 2OH- Cu(OH)2 H+ + OH- H2O =30,02 + 20,03 + 0,24 = 0,36mol VNaOH= 0,361,0 = 0,36 lít = 360ml ( chọn A) Ví dụ 2(B2013). Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 2,8 gam Fe và 1,6 gam Cu trong 500ml dung dịch hỗn hợp HNO3 0,1M và HCl 0,4M, thu được khí NO(khí duy nhất) và dung dịch X. Cho X vào dung dịch AgNO3 dư, thu được m gam chất rắn. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất của N+5 trong các phản ứng. Giá trị của m là A. 29,24 B. 30,05 C. 34,10 D. 28,70 Giải Fe + 4H+ + NO Fe3+ + NO + 2H2O. Ban đầu: 0,05mol 0,25mol 0,05mol Tỉ lệ: 0,05 0,0625 0,05 Phản ứng 0,05mol 0,2mol 0,05mol 0,05mol Còn lại: - 0,05mol - 0,05mol Do NO trong dung dịch hết nên. 2Fe3+ + Cu 2Fe2+ + Cu2+ Ban đầu: 0,05mol 0,025mol Tỉ lệ: 0,025 0,025 Phản ứng 0,05mol 0,025mol 0,05mol Còn lại: - - 0,05mol Trong dung dich X có các ion H+ dư, Fe2+, Cu2+ và Cl-. Khi cho dung dịch AgNO3 dư vào. Ag+ + Cl- AgCl 0,2mol 0,2mol 3Fe2+ + 4H+ + NO 3Fe3+ + NO + 2H2O. Ban đầu: 0,05mol 0,05mol Tỉ lệ: 0,0167 0,0125 Phản ứng 0,0375mol 0,05mol Còn lại: 0,0125mol - Do Fe2+ dư nên : Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag 0,0125mol 0,0125mol (chon đáp án B) Ví dụ 3 Cho 1,92g bột Cu vào 100ml dd hỗn hợp gồm (KNO3 0,16M và H2SO4 0,5M ) thu được dd X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Để kết tủa toàn bộ Cu2+ trong X cần tối thiểu V lít dd NaOH 0,5M. Gi trị của V là A. 0,184 B. 0,168 C. 0,042 D. 0,256 Giải 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O. Ban đầu: 0,03mol 0,1mol 0,016mol Tỉ lệ: 0,01 0,0125 0,008 Phản ứng 0,024mol 0,064mol 0,016mol 0,024mol Còn lại: 0,006mol 0,036mol - 0,024mol Dung dịch X thu được sau phản ứng gồm: H+ dư: 0,036mol; Cu2+: 0,024mol; K+: 0,016mol; : 0,05mol. Khi cho NaOH 0,5Mthì: H+ + OH- H2O 0,036mol 0,036mol Cu2+ + 2OH- Cu(OH)2 0,024mol 0,048mol VNaOH 0,5M = 0,0840,5 = 0,042 lít ( chọn B) Trường hợp xác định khối lượng muối sinh ra sau phản ứng. Khi làm trường hợp này ta phải lưu ý xem dung dịch sau phản ứng còn dư H+ hay không và trong dung dịch muối còn những gốc axit nào. Ví dụ 1(A2011) Cho 7,68 gam Cu vào 200ml dung dịch gồm HNO30,6M và H2SO40,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn ( sản phẩm khử duy nhất là NO), cô cạn cẩn thận toàn bộ dung dịch sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là: A. 19,76 gam. B. 20,16 gam. C. 19,20 gam. D. 22,56 gam. Giải nCu = 0,12mol 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban đầu: 0,12mol 0,32mol 0,12mol Tỉ lệ: 0,03 0,04 0,06 Phản ứng 0,12mol 0,32mol 0,08mol 0,1mol Còn lại: - - 0,04mol 0,1mol mmuối = = 7,68 + 620,04 + 960,1 = 19,76(g) Chọn đáp án A Ví dụ 2: Cho 2,56g Cu tác dụng với 0,1 lít dd hỗn hợp X gồm HNO3 0,2 M và H2SO4 0,3M, thấy có khí NO duy nhất bay ra. Sau khi phản ứng kết thúc, đem cô cạn dd thu được hỗn hợp muối khan Y có khối lượng là A. 3,76g B. 7,52g C. 4,8g D. 6,4g Giải. nCu = 0,04mol 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban đầu: 0,04mol 0,08mol 0,02mol Tỉ lệ: 0,013 0,01 0,01 Phản ứng 0,03mol 0,08mol 0,02mol 0,03mol Còn lại: 0,01 - - 0,03mol Dung dich sau phản ứng còn lại cácion: Cu2+ 0,03mol; 0,03mol mmuối = mKl (pư) + = 0,0364 + 960,03 = 4,8(g) Chọn đáp án C Ví dụ 3: Hoà tan 9,6g bột Cu bằng 200ml dd (HNO3 0,5M và H2SO4 1,0M). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được khí NO (sản phẩm khư duy nhất) và dd X. Cô cạn cẩn thận dd X được khối lượng muối khan là A. 35,0g B. 28,2g C. 24g D. 15,8g Giải. nCu = 0,15mol 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Ban đầu: 0,15mol 0,5mol 0,1mol Tỉ lệ: 0,05 0,063 0,05 Phản ứng 0,15mol 0,4mol 0,1mol 0,15mol Còn lại: - 0,1mol - 0,15mol Dung dich sau phản ứng còn lại cácion: Cu2+ 0,15mol; 0,2mol; H+0,1mol. Khi cô cạn dung dịch thì: 2H+(dư) + H2SO4 bay đi cùng hơi nước 0,1mol 0,05mol mmuối = mKl (pư) + = 0,1564 + 96 (0,2-0,05) = 24,0(g) Chọn đáp án C Trường hợp tính khối lượng kim loại phản ứng. Ví dụ 1(A2013). Cho m gam Fe vào bình chứa dung dịch gồm H2SO4 và HNO3, thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp tục dung dịch H2SO4 dư vào bình thu được 0,448 lít khí NO và dung dịch Y. Biết trong cả 2 trường hợp NO là sản phẩm khử duy nhất, đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hoà tan vừa hết 2,08 gam Cu(không tạo thành sản phẩm khử của N+5). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là A. 2,40 B. 4,06 C. 3,92 D. 4,20. Giải ; Fe + 4H+ + NO Fe3+ + NO + 2H2O. 0,07mol 0,07mol0,07mol 2Fe3+ + Cu 2Fe2+ + Cu2+. 0,065mol 0,0325mol Số mol Fe3+ còn lại trong dung dịch Y là 0,07 – 0,065 = 0,005mol phản ứng tiếp với Fe còn lại trong bình Fe + 2Fe3+ 3Fe2+. 0,0025mol 0,005mol mFe = (0,07 + 0,0025) 56 = 4,06 g ( chọn đáp án B) Ví dụ 2(B2009). Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4 0,25M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Gía trị của m và V lần lượt là A. 10,8 và 2,24. B. 10,8 và 4,48. C. 17,8 và 2,24. D. 17,8 và 4,48 Giải Nhận xét: Hỗn hợp bột kim loại thu được gồm Fe dư và Cu sinh ra. Do kim loại dư nên tạo muối Fe2+ 3Fe + 8H+ + 2NO 3Fe2+ + 2NO + 4H2O. 0,15mol 0,4mol 0,1mol Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu 0,16mol 0,16mol 0,16mol Ta có: m – 0,1556 + 0,1664 = 0,6m m = 17,8 g và VNO = 0,122,4 = 2,24 lít(chọn C) KẾT QUẢ VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM. Kết quả Trong quá trình dạy học và ôn luyện cho học sinh, tôi đã áp dụng phương pháp này vào lớp 12A1 năm học 2013-2014 và tôi lấy lớp 12A2 đối chứng, tôi thu được kết quả thông qua một số bài khảo sát như sau. Lớp Tổng số HS HS trên TB % trên TB 12A1 32 25 78,1% 12A2 33 15 45,5% Bài học kinh nghiệm Theo tôi, muốn giúp các em học sinh đạt kết quả môn hoá học tốt trong quá trình học tập và trong các kỳ thi, nhất là kỳ thi tốt nghiệp và đại học. Người giáo viên ngoài việc truyền đạt cho các em nắm chắc kiến thức còn phải truyền đạt cho các em chọn được những phương pháp giải nhanh nhất và hiệu quả nhất trong các phương pháp các em biết. KẾT LUẬN Trong quá trình thực hiện đề tài này tôi nhận thấy, vận dụng được phương pháp này đối với bài toán kim loại tác dụng với ion nitrat trong môi trường axit nói chung sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hoá học được thuận lợi hơn rất nhiều. Đặc biệt giúp cho học sinh nhanh chóng tìm ra kết quả đúng trong câu hỏi TNKQ mà dạng toán này đặt ra. Khi việc kiểm tra, đánh giá học sinh chuyển sang hình thức kiểm tra TNKQ, tôi nhận thấy, trong quá trình tự học, học sinh tự tìm tòi, phát hiện được nhiều phương pháp khác nhau trong giải bài tập hoá học. Giúp cho niềm hứng thú, say mê trong học tập của học sinh càng được phát huy. Chính vì vậy, tôi nhận thấy nhà trường nên mở rộng đề tài, áp dụng cho toàn khối, nhất là trong việc ôn thi Đại học, Cao đẳng cho học sinh. Do năng lực và thời gian có hạn, đề tài có thể chưa bao quát hết được các trường hợp của dạng này. Rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung cho cho đề tài để thực sự góp phần giúp học cho việc giảng dạy và học tập môn hoá học trong nhà trường phổ thông ngày càng tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn. Đăng Hà ngày 21 tháng 01 năm 2014 Người viết Nguyễn Văn Chiến PHẦN ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT CỦA TỔ CHUYÊN MÔN ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. PHẦN ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TRƯỜNG ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. PHẦN ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………….