Báo cáo biện pháp Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric

Nội dung text: Báo cáo biện pháp Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric

1. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric A. ĐẶT VẤN ĐỀ I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chương trình hoá học dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric là một mảng kiến thức khó đòi hỏi người học phải có tư duy sâu sắc, biết kết hợp nhiều phần kiến thức với nhau. Tuy nhiên đây là một nội dung dạy học nếu khai thác tốt có thể giúp cho học sinh phát triển và rèn luyện tư duy sáng tạo. Dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric thường hay được lựa chọn trong các kỳ học sinh giỏi, thi chuyển cấp vào các trường chuyên, kỳ thi đại học. Hiện nay dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric thường gặp trong các kỳ thi học sinh giỏi cấp thành phố ; là dạng bài tập không có nhiều trong sách tham khảo hoặc có nhưng nằm rải rác và không có hệ thống rõ ràng . Đây là dạng bài tập có liên quan đến nhiều kiến thức, luôn đòi hỏi học sinh có sự khái quát , tổng hợp kiến thức, từ đó giúp học sinh phát triển tư duy lôgic, trí thông minh, óc tổng hợp , và phải nắm vững kiến thức đã học . Với những lí do trên tôi viết sáng kiến kinh nghiệm “ bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric” nhằm mục đích bồi dưỡng kĩ năng giải bài tập nhanh, sáng tạo cho học sinh giỏi, đồng thời tăng cường ý thức tự giác học tập của học sinh, lòng say mê yêu thích bộ môn . Nâng cao kết quả các bài thi trong các kì thi học sinh giỏi. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU * Nghiên cứu hệ thống kiến thức về dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric thuộc chương trình hóa học trung học phổ thông. * Sử dụng vào công tác giảng dạy, có tài liệu tham khảo giúp học sinh nắm vững và học tốt hơn. III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ ÁP DỤNG 1. Đối tượng nghiên cứu Dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric trong chương trình hóa học bồi dưỡng học sinh giỏi. 2.Thời gian nghiên cứu Hai năm học : 2018-2019; 2019-2020. 3. Phạm vi nghiên cứu Sáng kiến kinh nghiệm tập trung xây dựng , phân loại hệ thống, phương pháp giải dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 1/15
2. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric - Định luật bảo toàn nguyên tố. - Định luật bảo toàn electron. + Nếu qui đổi ra số mol âm thì ta vẫn lấy bình thường. Ví dụ . Hòa tan hết 30,4 gam hỗn hợp X gồm Cu, CuS, Cu 2S và S bằng dung dịch HNO3 dư thu được 20,16 lít khí NO duy nhất ở đktc và dung dịch Y. Thêm Ba(OH)2 dư vào Y được m gam kết tủa. Tính m? Lời giải + Qui đổi hỗn hợp đã cho thành hỗn hợp Cu và S ta có sơ đồ: Ba(OH)2 HNO3 2+ 30,4 gam Cu: x mol 0,9 mol NO + Cu :x mol Cu(OH)2:x mol 2- S: y mol SO4 : y mol BaSO4: ymol + Theo ĐLBT e và giả thiết ta có hệ: 64 x + 32 = 30,4 2x + 6y = 0,9.3 => x = 0,3 mol và y = 0,35 mol => m = 0,3.98 + 0,35.233 = 110,95 gam. + Ghi chú: Ta có thể qui đổi hỗn hợp X về hỗn hợp Cu + CuS hoặc hỗn hợp khác. 2.2. Giải bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric bằng định luật bảo toàn Các định luật bảo toàn thường áp dụng trong bài tập về hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric là: - Định luật bảo toàn electron: Tổng số mol e cho = tổng số mol e nhận - Định luật bảo toàn nguyên tố: Tổng số mol của một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng số mol của nguyên tố đó sau phản ứng - Định luật bảo toàn điện tích: Tổng điện tích trong một hệ được bảo toàn => trong dung dịch tổng số mol điện tích âm bằng tổng số mol điện tích dương Định luật bảo toàn khối lượng ít được áp dụng trong các bài tập về hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Ví dụ 1. Hoà tan hết hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Giá trị của a là: A. 0,04. B. 0,075. C. 0,12. D. 0,06. Lời giải + Áp dụng ĐLBT nguyên tố cho Fe, Cu và S ta viết được: 3/15
3. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Ví dụ 1: Hoà tan một hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và x mol Cu2S bằng dung dịch HNO3 vừa đủ thu được dung dịch A chỉ chứa muối sunfat và khí NO. Giá trị của x là A. 0,07 B. 0,08 C. 0,09 D. 0,06 Hướng dẫn Ta có sơ đồ phản ứng: FeS 2, Cu2S + HNO3 →Fe 2(SO4)3+ CuSO4+ NO+ H2O Bảo toàn nguyên tố Fe ta có: n Fe 2(SO4)3 = ½ n FeS2= 0,12/2= 0,06 mol Bảo toàn nguyên tố Cu ta có: n CuSO 4 = 2n CuS = 2a mol Bảo toàn nguyên tố S có n S( hỗn hợp ban đầu) = nS( trong 2 muối sunfat) Nên 2.0,12 + a= 3.0,06 + 2a→ a= 0,06 mol→ chọn đáp án D Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn m gam FeS bằng một lượng tối thiểu dung dịch HNO3 (dung dịch X), thu được dung dịch Y và khí NO. Dung dịch Y hòa tan tối đa 3,84 gam Cu. Biết rằng trong các quá trình trên, NO là sản phẩm khử duy nhất 5+ của N . Số mol HNO3 trong X là A. 0,48 B. 0,12 C. 0,36 D. 0,24 Hướng dẫn Đầu bài: nCu = 0,06 mol Ta có: 2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+ 3+ ⇒ nFe (Y) = 0,12 mol FeS – 9e → Fe3+ + S+6 N+5 + 3e → N+2 3+ ⇒ bảo toàn e: nNO = 3nFe = 0,36 mol Mặt khác do FeS → Fe2(SO4)3 thay đổi tỉ lệ mol Fe : S ⇒ trong X phải có Fe(NO3)3 ⇒ Bảo toàn nguyên tố Fe và S ⇒ nFeS=2nFe2(SO4)3+nFe(NO3)3 ⇒0,12=23nS+13nNO3 ⇒nNO3muoi = 0,12 mol ⇒nHNO3= nNO+ nNO3 muoi=0,36+0,12=0,48 mol → chọn đáp án A Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm Fe 3O4, FeS trong m gam dung dịch +5 HNO3 50% thu được 2,688 lít khí NO2 (đktc, sản phẩm khử duy nhất của N ). Dung dịch thu được phản ứng vừa đủ với 240 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi thu được 8 gam chất rắn. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 73.1 B. 57.96 C. 63.1 D. 62.8 Hướng dẫn Ta có: n Fe2O3 = 0,05 mol suy ra n H+dư = 0,48 – 0,3 = 0,18 mol 5/15
4. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Quy đổi hỗn hợp về Fe (x mol); Cu (y mol) và S (z mol) Bảo toàn S có nS = n↓ = (mol) mX = 2,72 gam → 56x + 64y + 0,02.32 = 2,72 → 56x + 64y = 2,08 (1) Do Y có thể hòa tan được Cu, bảo toàn electron có: 3.nFe + 2.nCu + 6.nS = 3.0,07 → 3x + 2y = 0,09 (2) Từ (1) và (2) có: x = 0,02 và y = 0,015. 3+ 2+ 2- - Dung dịch Y gồm: Fe : 0,02 mol; Cu : 0,015 mol; SO4 = 0,02 mol; NO3 = (0,5 – 0,07 = 0,43 mol) và có thể có H+ + Bảo toàn điện tích → nH = 0,38 mol Cho Cu vào Y có phản ứng: + - 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 → 3Cu + 2NO + 4H2O 0,1425←0,38 0,43 mol Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ 0,01 ← 0,02 mol m = (0,01 + 0,1425).64 = 9,76 gam → chọn đap án C Ví dụ 6: Hòa tan m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeS, FeS2 và S vào dung dịch HNO3 đặc, nóng, dư thu được dung dịch Y (không chứa muối amoni) và 49,28 lít hỗn hợp khí NO, NO2 nặng 85,2 gam. Cho Ba(OH)2 dư vào Y, lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 148,5 gam chất rắn khan. Giá trị của m là: A. 24,8. B. 27,4 C. 9,36. D. 38,4. Hướng dẫn Đặt n NO = a mol ; n NO2 = b mol  a+ b = 2,2 mol 30a + 46b = 85,2  a = 1 mol ; b = 1,2 mol Qui đổi X về thành hỗn hợp có x mol Fe và y mol S  Quá trình cho nhận e khi phản ứng với HNO3 + Cho e : Fe → Fe+3 + 3e + Nhận e: N+5 → N+2 +3e S → S+6 + 6e N+5 → N+4 + 1e  n e trao đổi = 3x + 6y = 4,2 (1) Khi cho Ba(OH)2 vào Y tạo kết tủa rồi nung thu được BaSO4 và Fe2O3 Theo định luật bảo toàn có n BaSO4 = n S = y mol ; n Fe2O3 = 0,5nFe = 0,5x mol  m rắn = 80x+ 233y =148,5 (2) 7/15
5. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric 0,08mol một chất khí thoát ra; Cho Y tác dụng với dung dịch BaCl 2 thu được 3,495 gam kết tủa. Mặt khác dung dịch Y có thể hòa tan tối đa m gam Cu. Biết trong quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N 5+ là NO và các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là: A. 32,32 B. 7,2 C. 5,6 D. 2,4 Bài 4: Cho 5,52 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và FeS2 tác dụng với V lít dung dịch HNO3 1M dư, đến phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch Y và 4,704 lít NO2 (đktc) sản phẩm khử duy nhất. Dung dịch Y phản ứng vừa đủ với 270 ml dung dịch NaOH 1M thu được kết tủa, nung kết tủa trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 5,6 gam chất rắn. Giá trị của V là A. 0,39. B. 0,21 C. 0,44 D. 0,23 Bài 5: Hỗn hợp X gồm FeS 2 và MS (tỉ lệ mol 1:2; M là kim loại có số oxi hóa không đổi trong các hợp chất). Cho 71,76 gam X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 83,328 lít NO2 (đktc,sản phẩm khử duy nhất). Thêm BaCl2 dư vào dung dịch sau phản ứng trên thấy tách ra m gam kết tủa . Giá trị của m là: A. 178,56 gam B. 173,64 gam C. 55,92 gam D. 111,84 gam Bài 6: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp H gồm: S, FeS, FeS2 trong HNO3 dư được 0,48 mol NO2 và dung dịch X. Cho dung dịch Ba(OH) 2 dư vào X, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi thì khối lượng chất rắn thu được là A. 17,545 gam B. 18,355 gam C. 15,145 gam D. 2,4 gam Bài 7: Cho hỗn hợp X gồm x mol FeS2 và y mol Cu2S tác dụng vừa đủ với HNO3 loãng, đun nóng thu được dung dịch chỉ chứa muối sunfat của các kim loại. Và giải phóng khí NO duy nhất, Mối liện hệ giữa x và y là A. x = y B. x = 2y C. 2x = y D. x = 3y Bài 8: Hỗn hợp rắn X gồm FeS , FeS2 , FexOy , Fe. Hòa tan hết 29,2g X vào dung dịch chứa 1,65 mol HNO3 sau phản ứng thu được dung dịch Y và 38,7g hỗn hợp - khí Z (NO và NO2) ( không có sản phẩm khử nào khác của NO 3 ). Cô cạn dung dịch Y thì thu được 77,98g hỗn hợp muối khan. Mặt khác, khi cho Ba(OH) 2 dư vào dung dịch Y lấy kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 83,92g chất rắn khan. Dung dịch Y hòa tan tối đa m gam Cu tạo khí NO duy nhất. Giá trị của m là : A. 11,2 B. 23,12 C. 11,92 D. 0,72 Bài 9: Hòa tan hết 8,72 gam hỗn hợp FeS2, FeS và Cu vào 400 ml dung dịch HNO3 4M, sản phẩm thu được gồm dung dịch X và một chất khí thoát ra. Nếu cho dung dịch BaCl2 dư vào dung dịch X thì thu được 27,96 gam kết tủa, còn 9/15
6. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Các quá trình : +/ Cho e: Fe → Fe+3 + 3e; Cu → Cu+2 + 2e; S → S+6 + 6e + / Nhận e : N+5 +3e → N+2 3x + 2y + 6z = 3.0,08 = 0,24 mol (2) Khi phản ứng với BaCl2 thì tạo kết tủa BaSO4 => n BaSO4 = nS = z = 0,015 mol (3) Từ 1,2,3 => x =0,025 mol ; y = 0,0375 mol => n H+ phản ứng = 4x + 8y/3 = 0,2 mol => n H+ dư = 0,2 mol ; n NO3- dư = 0,32 mol Khi phản ứng với Cu thì : 2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+ + - 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 → 3Cu + 2NO + 4H2O => m = 5,6 g =>B Bài 4: Quy đổi X thành Fe (a), O (b) và S (c) mX = 56a + 16b + 32c = 5,52 Bảo toàn electron: 3a + 6c = 2b + 0,21 n Fe2O3 = 0,5a = 5,6/160 —> a = 0,07; b = 0,06; c = 0,02 N OH- = 3n Fe3+ + n H+ dư —> n H+ dư = 0,06 3+ + 2- Y chứa Fe (0,07), H dư (0,06), SO4 (0,02) - bảo toàn điện tích —> nNO3 = 0,23 3- Bảo toàn N —> nHNO3 = nNO2 + nNO = 0,44 —> V = 0,44 lít Bài 5: X có a mol FeS2 ; 2a mol MS +3 +6 +2 +6 +5 +4 Quá trình : FeS2 → Fe + 2S + 15 e; MS → M + S +8e; N +1e → N Bảo toàn e có 15a + 16a = 3,72 => a=0,12 mol => M=207 (Pb) Ta có 3FeS2 → 2Fe2(SO4)3 ; Pb → PbSO4 2- Chỉ cân bằng S, Dễ thấy muối PbSO4 kết tủa nên không thể phân ly ra SO4 2- => n SO4 = 3 n Fe2(SO4)3 =0,24 mol => m BaSO4 = 55,92 g =>C Bài 6: Gọi x, y lần lượt là tổng số mol Fe và S trong hỗn hợp (cũng có thể coi x, y là số mol Fe và S đã tham gia phản ứng với nhau tạo ra hỗn hợp trên) Ta có: 56x + 32y = 3,76 Mặt khác: ne (cho) = 3x + 6y = 0,48 = ne (nhận) (vì hỗn hợp H bị oxi hóa tạo muối 3+ Fe và H2SO4) Từ đó có: x = 0,03; y = 0,065 11/15