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 Hóa học Lớp 9

Nội dung text: 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 Hóa học Lớp 9

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 - Nghiên cứu các tài liệu có liên quan về dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric. - Xây dựng hệ thống các bài tập và phương pháp giải về dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric. - Kết quả cho hệ thống bài tập. 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận SGK hoá học trung học phổ thông và các tài liệu liên quan đến dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric. - Nghiên cứu thực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp thành phố. B. NỘI DUNG ĐỀ TÀI I. CƠ SỞ LÍ LUẬN 1. Tác dụng của bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric có những tác dụng to lớn về đức dục và trí dục sau đây: - Rèn luyện cho học sinh vận dụng các kiến thức đã học, biến chúng thành những kiến thức tiếp thu được qua các bài giảng của giáo viên thành kiến thức của mình. Khi vận dụng được một kiến thức nào đó, kiến thức sẽ được nhớ lâu. - Đào sâu mở rộng những kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn. Chỉ có vận dụng kiến thức vào giải bài tập, học sinh mới nắm vững được kiến thức một cách sâu sắc về hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric. - Rèn luyện kỹ năng cho học sinh, như kỹ năng viết và cân bằng phương trình, kỹ năng tính toán theo công thức. Phát triển năng lực nhận thức, rèn luyện tri thức thông minh cho học sinh, phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh và hình thành phương pháp học tập hợp lý. - Bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric là phương tiện kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh một cách chính xác. 2. Cơ sở về giải bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric 2.1. Giải bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric bằng phương pháp qui đổi + Qui đổi là phương pháp đưa hỗn hợp nhiều chất về 1 chất hoặc hỗn hợp ít chất hơn. Trong bài tập về hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric người ta thường qui đổi về các nguyên tử lượng tương ứng. + Vì số chất giảm đi nên số phản ứng phải viết và số ẩn giảm do đó việc giải toán nhanh dễ dàng hơn. + Khi áp dụng phương pháp qui đổi thường nên dùng thêm 3 định luật sau: - Định luật bảo toàn khối lượng. 2/15
3. 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
4. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric 3+ 2- 2+ 2- FeS2 → Fe + 2SO4 . Cu2S → 2Cu + SO4 . Mol: 0,12 0,12 0,24 Mol: a 2a a + Áp dụng ĐLBTĐT ta có: 0,12.3 + 2a.2 = 2(0,24 + a) => a = 0,06 Ví dụ 2. Hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol bằng nhau(M là kim loại có hóa trị không đổi). Cho 6,51 gam X phản ứng hết với HNO 3 đun nóng được dung dịch A1 và 13,216 lít(đktc) hỗn hợp khí A 2 có khối lượng là 26,34 gam gồm NO và NO2. Thêm BaCl2 dư vào A1 thấy tạo thành m1 gam kết tủa trắng. 1/ Tìm M và % khối lượng mỗi chất trong X? 2/ Tính m1? Lời giải 1/ Từ giả thiết suy ra số mol NO = 0,05 mol; NO2 = 0,54 mol. +/ Áp dụng ĐLBTNT ta có sơ đồ: + HNO3 6,51 gam X FeS2: x mol NO:0,05 mol 2- + BaCl2 + SO4 : 3x mol MS: x mol NO2:0,54 mol BaSO4: 3x mol. +/ Áp dụng ĐLBT electron cho sơ đồ trên ta có: 15x + 8x = 0,05.3 + 0,54 => x = 0,03 mol. +/ Theo giả thiết ta có: 120x + x(M+32) = 6,51 => M = 65 = Zn. +/ Phần trăm khối lượng: FeS2 = 55,3%; ZnS = 44,7%. 2/ Từ sơ đồ trên ta có: m1 = 233.3x = 20,97 gam. II. KHẢO SÁT THỰC TẾ 1.Tình trạng khi chưa thực hiện Trong mỗi năm học khi dạy dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axitnitric cho học sinh giỏi, tôi thường cho học sinh làm một số bài tập kiểm tra 15 phút để đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kĩ năng làm bài tập dạng này (phần phụ lục số 1). Qua kết quả kiểm tra tôi nhận thấy: Nhiều em làm bài tập dạng này còn mất nhiều thời gian. Phần lớn các em chưa làm xong bài hoặc giải sai , giải nhầm , không ra được kết quả . Điểm khá giỏi ít , phần lớn chỉ đạt điểm trung bình hoặc yếu Nguyên nhân: Các em chưa được trang bị phương pháp giải dạng bài tập này . Nắm phương pháp giải chưa đầy đủ. Kĩ năng giải bài tập dạng này còn yếu. III. CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN 1. Lựa chọn các ví dụ minh họa tiêu biểu. 4/15
5. 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
6. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Đặt n Fe3O4 = a mol; n FeS= b mol Theo bảo toàn nguyên tố Fe có 3a+ b =2.0,05 =0,1 Áp dụng bảo toàn electron ta có a+ 9b = nNO2 = 0,12 mol Giải hệ trên ta có a = 0,03 và b = 0,01 + 2- - Dung dịch sau phản ứng có 0,48 mol Na , 0,01 mol SO4 và NO3 - Dùng định luật bảo toàn điện tích ta có nNO3 = 0,46 mol Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N ta có n HNO3 = 0,46 + 0,12 = 0,58 mol → m = 73,08 gam Vậy m gần nhất với giá trị 73,10 gam. Ví dụ 4: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp FeS2 và Fe3O4 bằng 100 gam HNO3 a% vừa đủ thu được 15,344 lít hỗn hợp khí gồm NO và NO2 có khối lượng 31,35 gam và dung dịch chỉ chứa 30,15 gam hỗn hợp muối. Giá trị của a gần nhất với A. 43 B. 63 C. 46 D. 57 Hướng dẫn Hỗn hợp khí có x mol NO và y mol NO2  n hh = x + y = 0,685 mol Và m hh = 30x + 46y = 31,35g  x= 0,01 mol ; y = 0,675 mol Khi xảy ra phản ứng có các quá trình: +3 +6 +5 +2 + Cho e : FeS2 → Fe + 2S + 15e + Nhận e: N + 3e → N 3Fe+8/3 → 3Fe+3 + 1e N+5 + 1e → N+4 Giả sử hỗn hợp đầu có c mol FeS2 và b mol Fe3O4 3+ 2- - => hỗn hợp muối có : (c+3b) mol Fe ; 2c mol SO4 ; (9b-c) mol NO3 => n e trao đổi = 15c + 3b = 0,01.3 + 0,675 = 0,705 mol m muối = 56(c+3b) + 96.2c + 62(9b-c) = 30,15 => c = 0,041 mol ; b = 0,031 mol => n HNO3 = n NO3- muối + n NO + n NO2 = 0,923 mol => a= 58,15 gần nhất với giá trị 57 => chọn đáp án D Ví dụ 5: Hòa tan hết 2,72 gam hỗn hợp X gồm FeS 2, FeS, Fe, CuS và Cu trong 500 ml dung dịch HNO3 1M, sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y và 0,07 mol một chất khí thoát ra. Cho Y tác dụng với lượng dư dung dịch BaCl2 thu được 4,66 gam kết tủa. Mặt khác, dung dịch Y có thể hòa tan tối đa m gam Cu. Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 là NO. Giá trị của m là A. 5,92 B. 4,96 C. 9,76 D. 9,12 Hướng dẫn 6/15
7. 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
8. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Từ (1) và (2) ta có x = 0,4 mol ; y = 0,5 mol => m =56.0,4 + 32.0,5 =38,4 g => chọn đáp án D Ví dụ 7: Đốt cháy hỗn hợp dạng bột gồm sắt và lưu huỳnh trong điều kiện không có không khí, sau một thời gian thu được 12,8 gam hỗn hợp X. Hòa tan hết X trong a gam dung dịch HNO3 63% (dùng dư), kết thúc phản ứng thu được dung dịch Y và khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất của N+5). Để tác dụng tối đa các chất tan có trong dung dịch Y cần dùng 0,3 mol Ba(OH) 2; đồng thời thu được 45,08 gam kết tủa. Giá trị gần nhất của a là A. 150. B. 155. C. 160. D. 145. Hướng dẫn X chứa Fe (x) và S (y) mol —> mX = 56x + 32y = 12,8 m↓ = 107x + 233y = 45,08 —> x = 0,16 và y = 0,12 Bảo toàn electron —> nNO2 = 3x + 6y = 1,2 nOH- = nH+ + 3nFe3+ —> nH+ = 0,12 2- Vậy Y chứa Fe3+ (0,16), SO4 (0,12), H+ (0,12). - Bảo toàn điện tích —> nNO3 = 0,36 Bảo toàn N —> nHNO3 = nNO3- + nNO2 = 1,56 —> mdd HNO3 = 156 —> chọn đáp án B 2. Xây dựng hệ thống bài tập luyện tập Bài 1: Hòa tan hoàn toàn a gam hỗn hợp X gồm Fe, FeS, FeS 2 và S vào dung dịch HNO3 loãng, dư; giải phóng 8,064 lít NO (là sản phẩm khử duy nhất ở đktc) và dung dịch Y. Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch Y thu được kết tủa Z. Hòa tan hết lượng kết tủa Z bằng dung dịch HCl dư, sau phản ứng còn lại 30,29 gam chất rắn khan không tan. Giá trị của a là A. 7,92 gam B. 8,64 gam C. 9,52 gam D. 9,76 gam Bài 2: Cho 23 gam hỗn hợp X gồm Cu, Fe, Cu2S, CuS, FeS2 và FeS tác dụng hết với dung dịch HNO3 (đặc nóng, dư) thu được V lít (ở đktc) khí NO 2 duy nhất và dung dịch Y. Nếu cho toàn bộ Y vào một lượng dư dung dịch BaCl 2, thu được 58,25 gam kết tủa. Mặt khác, khi cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 25,625 gam chất kết tủa. Giá trị của V là A. 38,08. B. 47,6. C. 24,64. D. 16,8. Bài 3: Hòa tan hết 4,28 gam hỗn hợp X gồm FeS2, FeS, Fe, CuS và Cu trong 400 ml dung dịch HNO3 1M, sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y và 8/15
9. 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
10. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric nếu cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch X thì thu được 36,92 gam kết tủa. Mặt khác, dung dịch X có khả năng hòa tan tối đa m gam Cu. Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 đều là NO. Giá trị của m là A. 32,96. B. 9,92. C. 30,72. D. 15,68. Bài 10: Hòa tan hoàn toàn 1180m gam hỗn hợp H gồm FeS 2, FeS, FexOy, FeCO3 vào dung dịch chứa 2 mol HNO3, kết thúc phản ứng thu được 549m gam hỗn hợp khí T gồm CO2, NO, NO2 và dung dịch X. Cho X tác dụng tối đa với 20,16 gam Cu thì thu được dung dịch Y và khí NO thoát ra; khối lượng chất tan trong Y nhiều hơn khối lượng chất tan trong X là 18,18 gam. Mặt khác dung dịch X cũng phản ứng tối đa với 500ml dung dịch Ba(OH) 2 1,74M sau phản ứng thu được 90,4 gam kết tủa. Biết trong H oxi chiếm 24,407% về khối lượng và sản phẩm +5 khử của N chỉ có NO, NO 2. Phần trăm khối lượng của NO 2 trong T gần nhất với: A. 23% B. 28% C. 30% D. 55%. 3. Hướng dẫn tư duy giải sáng tạo bài tập luyện tập Bài 1: mrắn = mBaSO4 = 30,29 gam => nS(X) = nBaSO4 = 0,13 mol. Quy đổi hỗn hợp thành Fe và S Fe Fe3+ + 3e S S+6 + 6e N+5 + 3e NO 0,1 ← 0,3 0,13 → 0,78 1,08 ← 0,36 => a = mFe + mS = 9,76 gam => Đáp án B Bài 2: Qui hỗn hợp X về dạng: Cu, Fe, S. 3+ 2+ 2- X + HNO3 dư → Muối (Fe , Cu , SO4 ) + NO2 2+ 2- - Khi Y + BaCl2: Ba + SO4 → BaSO4 => nBaSO4 = 58,25: 233 = 0,25 mol = nS 3+ 2+ - Khi Y + NaOH: Fe → Fe(OH)3 ; Cu → Cu(OH)2 nFe(OH)3 = nFe ; nCu(OH)2 = nCu => mtủa = 107nFe + 98nCu = 25,625g Lại có: 56nFe + 64nCu = mX – mS = 23 – 0,25.32 = 15g => nFe = nCu = 0,125 mol - Khi X + HNO3: Bảo toàn e: 3nFe + 2nCu + 6nS = nNO2 => nNO2 = 3.0,125 + 2.0,125 + 6.0,25 = 2,125 mol => VNO2 = 2,125.22,4 = 47,6 lit => chọn Đáp án B Bài 3: Qui hỗn hợp về : x mol Fe; y mol Cu;z mol S mX = 56x + 64y + 32z = 4,28 g (1) Ta có n NO = 0,08 mol 10/15
11. 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
12. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Khi thêm Ba(OH)2 dư kết tủa thu được có: Fe(OH) 3 (0,03 mol) và BaSO4 (0,065 mol). Sau khi nung chất rắn có: Fe2O3 (0,015 mol) và BaSO4 (0,065 mol). mchất rắn = 160.0,015 + 233.0,065 = 17,545 (gam) nên chọn đáp án A Bài 7: Áp dụng bảo toàn nguyên tố → dung dịch sau phản ứng chứa: 3+ 2+ 2- Fe : x mol; Cu : 2y; SO4 : (2x + y) mol Áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng ta có: 3x + 2 . 2y = 2 (2x + y) → x = 2y. Chọn đáp án: B + - 3+ Bài 8: Y có thể hòa tan Cu tạo NO => Y có H , NO3 dư. => Fe -> Fe + Vì không có sản phẩm khử nào khác ngoài NO và NO2 => không có NH4 => H trong HNO3 chuyển thành H trong H2O => nH2O = ½ nHNO3 pứ Bảo toàn khối lượng : mX + mHNO3 pứ = mmuối + mH2O + mNO+NO2 => nHNO3 pứ = 1,62 mol ; nH2O = 0,81 mol => nHNO3 dư = 0,03 mol Giả sử trong muối khan gồm x mol Fe2(SO4)3 và y mol Fe(NO3)3 => mmuối = 400x + 242y = 77,98 => Chất rắn sau nung gồm : (x + 0,5y) mol Fe2O3 và 3x mol BaSO4 => mrắn = 160(x + 0,5y) + 233.3x = 83,92 => x = 0,08 ; y = 0,19 mol 3+ - + Dung dịch Y gồm : 0,35 mol Fe ; 0,6 mol NO3 ; 0,03 mol H có thể phản ứng với Cu + - 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 -> 3Cu + 2NO + 4H2O 2Fe3+ + Cu -> Cu2+ + 2Fe2+ => nCu pứ = 3/8nH+ + 1/2nFe3+ = 0,18625 mol => m = 11,92g => chọn đáp án C Bài 9: B1 : Xác định số mol các chất trong X. Qui đổi hỗn hợp đầu thành Fe , Cu , S. Khi X phản ứng với BaCl2 dư thì : nBaSO4 = nS = 0,12 mol Gọi a và b lần lượt là số mol của Fe và Cu. => 56a + 64b + 32.0,12 = 8,72g(1) Khi cho Ba(OH)2 dư thì kết tủa gồm Fe(OH)3 ; Cu(OH)2 ; BaSO4 (2) => mkết tủa = 107a + 98b + 27,96 = 36,92 Từ (1),(2) => a = 0,07 ; b = 0,015 mol B2 : Xác định các ion trong dung dịch X. Bảo toàn e : 3nFe + 2nCu + 6nS = 3nNO => nNO = 0,32 mol => nNO3- dư = nHNO3 bđ – nNO = 1,28 mol 12/15
13. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Trong dung dịch X, Bảo toàn điện tích : 3nFe3+ + 2nCu2+ + nH+ = 2nSO4 + nNO3- => nH+ = 1,28 mol B3 : Tính lượng Cu phản ứng Khi cho Cu vào thì Cu bị hòa tan bởi : Cu + 2Fe3+ -> Cu2+ + 2Fe2+ + - 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 -> 3Cu + 2NO + 4H2O => nCu pứ = ½ nFe3+ + 3/8 nH+ = 0,515 mol => m = 32,96g => Đáp án A + Bài 10: Khi thêm Cu vào X tạo ra k mol NO —> nH dư = 4k —> nH2O = 2k m chất tan tăng = mCu – mNO – mH2O —> 18,18 = 20,16 – 30k – 18.2k —> k = 0,03 Bảo toàn electron: 2nCu = nFe3+ + 3nNO —> nFe3+ = 0,54 X với Ba(OH)2, kết tủa tạo ra là Fe(OH)3 (0,54) và BaSO4. 2- m↓ = 90,4 —> n SO4 = n BaSO4= 0,14 3+ 2- + Vậy X chứa Fe (0,54), SO4 (0,14), H dư (0,12). - Bảo toàn điện tích —> NO3 (1,46) Trong hỗn hợp H ban đầu có Fe (0,54), S (0,14), O (18m) —> nCO2 = nC = (mH – mFe – mS – mO)/12 = 223m/3 – 217/75 Trong T đặt x, y là số mol NO, NO2. Bảo toàn N —> x + y = 2 – 1,46 mT = 30x + 46y + 44(223m/3 – 217/75) = 549m Bảo toàn electron: 0,54.3 + 0,14.6 + 4(223m/3 – 217/75) = 18m.2 + 3x + y Giải hệ trên được: x = 0,4; y = 0,14; m = 0,04 —> %NO2 = 46y/549m = 29,33% IV/ KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG 1.Kết quả định tính. Đánh giá sự hứng thú của học sinh trong khi học: Thể hiện qua phiếu thăm dò điều tra với nội dung về mức độ mong muốn áp dụng phương pháp giải bài tập hóa hiện đại mang tính tư duy, sáng tạo; các kỹ năng thực hiện tốt qua các bài tập trên lớp. Kết quả định lượng thu được thể hiện trên biểu đồ như sau: 13/15
14. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric 10% 10% 20% 60% Hình 1: Biểu đồ thể hiện sự mong muốn của học sinh trong việc áp dụng phương pháp giải tư duy sáng tạo các bài tập hóa. Từ kết quả, cho thấy: Có tới 60% số học sinh mong muốn được học với phương pháp này một cách thường xuyên. Điều đó chứng tỏ học sinh đã bắt đầu thích thú với phương pháp giải bài tập bằng cách tư duy, sáng tạo. Những kinh nghiệm nêu trong đề tài đã phát huy tốt năng lực tư duy độc lập, sáng tạo của học sinh. Các em đã tích cực và hứng thú hơn trong việc tham gia các hoạt động xác định hướng giải và tìm kiếm lời giải cho bài tập. Sau khi được bồi dưỡng kiến thức kĩ năng của học sinh được củng cố vững chắc, kết quả học tập của các em được nâng cao. Từ chỗ rất lúng túng khi gặp các bài tập dạng này thì nay các em đã tự tin hơn, biết vận dụng kĩ năng thành thạo để giải các bài tập tổng hợp, phức tạp. 2. Kết quả định lượng: Tôi đã tiến hành kiểm tra các bài khảo sát đội tuyển học sinh giỏi hóa 9 sau khi áp dụng sáng kiến vào giảng dạy (với yêu cầu đề bài giống đối chứng ) thu được kết quả ở bảng số liệu điều tra có so sánh với kết quả trước khi thực hiện (phần phụ lục số 2). Qua số liệu thu được từ thực nghiệm, ta thấy rằng: +/ Hầu hết các em đã có kĩ năng giải bài tập về hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric. +/ Điểm khá , giỏi tăng vọt: HSG cấp huyện vòng 2 từ 30% tăng lên 100%; không có học sinh dưới điểm 5. +/ Học sinh nắm được kiến thức bộ môn chắc chắn, sâu rộng hơn. Tư duy linh hoạt và tốc độ giải bài tập nhanh. +/ Học sinh có hứng thú học tập bộ môn nhiều hơn, say mê hơn. +/ Khi làm bài tập hoá học khác các em trình bày khoa học hơn, rõ ràng và sạch đẹp. 14/15
15. Bồi dưỡng học sinh giỏi tư duy giải sáng tạo dạng bài tập hợp chất chứa lưu huỳnh tác dụng axit nitric Năm học vừa rồi chất lượng bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi môn hóa đạt kết quả tương đối toàn diện và có nhiều tiến bộ so với các năm học trước với 8 giải cấp thành phố(4 giải ba, 4 giải khuyến khích). Thực ra, các kết quả còn phụ thuộc nhiều yếu tố nhất là từng lứa tuổi học sinh. Song các kết quả đã đạt được phần nào nói lên những cố gắng của tập thể và cá nhân tôi. Nó cho thấy tầm quan trọng của việc đổi mới phương pháp dạy học sinh cách giải bài tập hóa tư duy, sáng tạo là cần thiết và đáp ứng nhu cầu bồi dưỡng học sinh giỏi hiện nay. C. NHỮNG KIẾN NGHỊ SAU KHI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Sau khi thực hiện đề tài, nhận thấy đề tài có tính khả thi và hiệu quả nên rất mong các đồng chí giáo viên bộ môn hóa cùng nghiên cứu, phối hợp để triển khai rộng rãi tới đối tượng học sinh giỏi. Do thời gian thực hiện đề tài còn chưa nhiều. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng, song không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp để đề tài của tôi hoàn chỉnh hơn. Tôi hi vọng đề tài này sẽ giúp một phần nhỏ cho giáo viên và học trò yêu hoá học trong việc dạy tốt và học tốt hơn. 15/15
16. PHỤ LỤC 1. Phiếu khảo sát chất lượng trước khi thực hiện giải pháp. a. Đề kiểm tra: Nung m gam hỗn hợp X gồm bột sắt và lưu huỳnh thu được hỗn hợp Y gồm FeS, Fe, S. Chia Y thành 2 phần bằng nhau. Cho phần 1 tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dư thấy thoát ra 2,8 lít hỗn hợp khí (ở đktc). Cho phần 2 tác dụng hết với lượng dư dung dịch HNO 3 đặc, nóng thấy thoát ra 16,464 lít khí chỉ có NO2 (ở đktc, sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m là A. 14 g B. 17,84 g C. 8,92 g D. 7 g Hướng dẫn Quy đổi hỗn hợp ban đầu thành Fe và S. Đặt số mol Fe là x mol; S là y mol trong ½ Y Thí nghiệm lần1: nFe = nH2 = 2,8 : 22,4 = x (1) Thí nghiệm lần 2: Bảo toàn e: 3x+6y = nNO2 =16,464 : 22,4 (2) Giải hệ phương trình (1) và (2) được x=0,125; y=0,06 => Khối lượng hỗn hợp ban đầu: m=2.(0,125.56+0,06.32) = 17,84 => chọn đáp án B b. Kết quả Đối tượng Năm học Số Điểm đạt được (%) HSG cấp học huyện sinh Điểm < 5 Điểm 5 Điểm 7 Điểm Đến6 đến 8 9 đến 10 Vòng 2 2018-2019 10 4 (40%) 3 (30%) 3 (30%) 2. Phiếu khảo sát chất lượng sau khi thực hiện giải pháp. a. Đề kiểm tra: Hòa tan hết 3,264g hỗn hợp X gồm FeS 2, FeS, Fe, CuS và Cu trong 600 ml dung dịch HNO 3 1M đun nóng, sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch Y và 1,8816 lít (đktc) một chất khí thoát ra. Cho Y tác dụng với lượng dư dung dịch BaCl2 thu được 5,592g kết tủa. Mặt khác, dung dịch Y có thể hòa tan tối đa m gam Fe. Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 là NO. Giá trị của m là A. 9,76. B. 9,12. C. 11,712. D. 11,256.
17. Hướng dẫn nS = nBaSO4= 0,024 => mFe + mCu = 2,496 (1) nNO = 0,084; nHNO3 = 0,6 Bảo toàn N => nNO3 sau = nHNO3 – nNO = 0,516 Bảo toàn O => 3nHNO3 = nNO + 3nNO3 sau + 4nSO4 + nH2O => nH2O = 0,072 + + 3+ Bảo toàn H => nHNO3 = 2nH2O + nH dư =>nH dư = 0,456 => Chỉ tạo Fe Bảo toàn ne => 3nFe + 2nCu + 6nS = 3nNO (2) (1), (2) => nFe = 0,024; nCu = 0,018 + - 2+ 3Fe + 8H + 2NO3 → 3Fe + 2NO + 4H2O Fe + Cu2+→ Fe2+ + Cu Fe + 2Fe3+→ 3Fe2+ + 2+ 3+ => nFe = 0,375nH dư + nCu + 0,5nFe = 0,201 => m = 11,256 => Chọn D. b. Kết quả: Đối tượng Năm học Số Điểm đạt được (%) HSG cấp học huyện sinh Điểm Điểm 5 Điểm 7 Điểm 9 < 5 Đến 6 đến 8 đến 10 Vòng 2 2019-2020 10 2 8 (20%) (80%)