CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP NITƠ PHOTPHO - 123doc

Ở trung học phổ thông, chương Nito – Photpho là một trong những chương quan trọng của Hóa học vô cơ, đồng thời đây cũng là một trong những chương có lượng kiến thức dài và khó, học sinh khó có thể tự tổng hợp kiến thức và phân loại giải bài tập. Chính vì thế, em mạnh dạn tổng hợp lý thuyết và xây dựng hệ thống bài tập theo từng dạng có kèm phương pháp giải, kiến nghị đề xuất bổ sung một số dạng bài tập mới để nâng cao chất lượng dạy và học, đáp ứng những đổi mới căn bản trong giáo dục, đào tạo được thế hệ trẻ có đủ năng lực, phẩm chất.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

Học phần: DẠY HỌC BÀI TẬP HÓA HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN ĐỀ: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP

CHƯƠNG NITƠ – PHOTPHO

Hà Nội, 12/2018

1

LỜI CẢM ƠNThực tế luôn cho thấy, sự thành công nào cũng đều gắn liền với những sự hỗ trợ,giúp đỡ của những người xung quanh dù cho sự giúp đỡ đó là ít hay nhiều, trực tiếp hay gián Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu làm tiểu luận đến nay, em đã nhận được sự quan tâm, chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè xung quanh.

Với tấm lòng biết ơn vô cùng sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất từđáy lòng đến quý Thầy Cô của khoa Sư phạm- trường Đại học Giáo Dục đã tạođiều kiện và cùng dùng những tri thức, tâm huyết của mình để có thể truyền đạtcho chúng em trong vốn kiến thức quý báu

2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ 4

I Tóm tắt lý thuyết 5

1 Đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý của nitơ và photpho 5

2 Tính chất hóa học và điều chế của nito và photpho 6

3 Một số hợp chất quan trọng của nitơ và photpho 9

4 Bảng so sánh 19

II Phân loại dạng bài tập và phương pháp giải 20

1 Dạng 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng 20

2 Dạng 2: Bài tập nhận biết 21

3. Dạng 3: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử theo phương pháp thăng bằng electron 25

4. Dạng 4: Xác định nguyên tố thuộc nhóm Nitơ dựa vào việc xác định số hiệu nguyên tử 27

5 Dạng 5: Lập công thức phân tử cho oxit của nito 29

6 Dạng 6: Bài tập hiệu suất 31

7 Dạng 7: Kim loại tác dụng với HNO3, tạo thành hỗn hợp khí 34

8 Dạng 8: Hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO3 37

9 Dạng 9: Phản ứng của muối NO3- trong môi tường axit và bazơ 40

10 Dạng 10: H3PO4 tác dụng với dung dịch kiềm 42

III Xây dựng bài tập mới 43

IV Vận dụng vào dạy bài 48

V Kiểm tra đánh giá 57

KẾT LUẬN 62

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

3

LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀHóa học là một môn khoa học thực nghiệm có nhiều kiến thức được ứng dụng và thực tiễn Vì vậy, trong quá trình giảng dạy môn Hóa, chúng ta luôn luôn đổi mới phương pháp giảng dạy sao cho phù hợp với học sinh, hướng tới mục đíchhọc sinh là chủ kiến thức, say mê khám phá khoa học Việc rèn luyện các kĩ năng giải bài tập hóa học cho học sinh có một tầm quan trọng đặc biệt bởi lẽ nó giúp họcsinh thường xuyên vận dụng tri thức, nắm vững kiến thức và kĩ năng Giải bài tập hoá học là lúc học sinh tự học để củng cố và trau dồi kiến thức hoá học của mình Bài tập hoá học cung cấp cho học sinh kiến thức, con đường giành lấy kiến thức vàniềm vui khi phát hiện ra kiến thức Do vậy, bài tập hoá học vừa là mục đích, vừa

là nội dung và cũng là phương pháp dạy học hiệu nghiệm

Ở trung học phổ thông, chương Nito – Photpho là một trong những

chương quan trọng của Hóa học vô cơ, đồng thời đây cũng là một trong nhữngchương có lượng kiến thức dài và khó, học sinh khó có thể tự tổng hợp kiến thức

và phân loại giải bài tập Chính vì thế, em mạnh dạn tổng hợp lý thuyết và xâydựng hệ thống bài tập theo từng dạng có kèm phương pháp giải, kiến nghị đề xuất

bổ sung một số dạng bài tập mới để nâng cao chất lượng dạy và học, đáp ứngnhững đổi mới căn bản trong giáo dục, đào tạo được thế hệ trẻ có đủ năng lực,phẩm chất

+5: Số oxi hóa cao nhất: N2O5 +5: Số oxi hóa cao nhất: P2O5

-3: Số oxi hóa thấp nhất: NH3 -3: Số oxi hóa thấp nhất: PH3

Tính chất Vừa có tính oxi hóa, vừa có tính Vừa có tính oxi hóa, vừa có tính

phopho đỏĐun nóng 2500C Ptrắng →P đỏ

- Nitơ không duy trì sự cháyvà màu trắng

sự hô hấp, không độc

5

- Hoá lỏng ở -1960C, hoá rắn ở

- 2100C → khó hoá lỏng, khóhoá rắn, ít tan trong nước dophân tử không phân cực

hoặc hơivàng

- Không tan trong nước, tan trong ete,benzen,

- Kém bền,

dễ nóng chảy(44,10C) vàbốc cháy (≥

400C)

- Phát quangmàu lụcnhạt trongbóng tối

- Không tantrong các dung môi

- Bền, khónóng chảy,khó bay hơi,chỉ bốc cháy

ở nhiệt độ trên 2500C

- Không phát quang

2 Tính chất hóa học và điều chế của nito và photpho

Các oxit: N2O; N2O3; N2O5 không tạo ra trực tiếp từ phản ứng

N2+O2

Điều kiệnThiếu oxi 4P +3O2 → 2P2O3 (điphotpho trioxit)(Thiếu clo) 2P +3Cl2 → 2PCl3 (photpho triclorua)

Dư oxi 4P +5O2 →2P2O5 (điphotpho pentaoxit)(Dư clo) 2P +5Cl2 →2PCl5 (photpho pentaclorua)

- Một số oxit của nitơ : N2O, N2O3,

N2O5 không điều chế trực tiếp từ

2P +3Cl2 → 2PCl3

(photpho triclorua)

Dư oxi 4P +5O2 →2P2O5

(Dư clo) (điphotpho pentaoxit)

2P +5Cl2 →2PCl5

(photpho pentaclorua)

2P + 5CuSO4 +8H2O → 2H3PO4 + 5Cu +5H2SO4

3 Một số hợp chất quan trọng của nitơ và photpho

3.1 Các oxit của nitơ

N2O; NO; NO2; N2O4 ; N2O5

Chất khí

3.2 Amoniac

Chất rắn

a Cấu tạo phân tử

Tính chất vật lý: NH3 là một chất khí, tan nhiều trong nước cho môi trường kiềm yếu

+ Áp suất cao: 200 - 300atm

+ Chất xúc tác: sắt kim loại trộn thêm Al2O3, K2O…

3.3 Muối amoni

a Tính chất vật lý

- Là chất tinh thể ion, gồm cation amoni NH + 4 và anion gốc axit

- Tất cả đều tan trong nước và điện li hoàn toàn thành ion

a Cấu tạo phân tử - Tính chất vật lý

 Cấu tạo phân tử

- Axit nitric tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào Trên thực tế thường dùng loại axit đặc có nồng độ 68%, D = 1,40 g/cm3.

* Với kim loại (trừ Au, Pt)

- Khi tác dụng với kim loại có tính khử yếu như Cu, Pb, Ag, HNO3 đặc bị khử đến NO2, còn HNO3 loãng bị khử đến NO

R + HNO3 → R(NO3)n +X +H2O

-Khi tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh như Mg, Zn, Al, HNO3 loãng

có thể bị khử đến N 2O , N 2 hoặc NH4NO3

- Fe, Al bị thụ động hoá trong dung dịch HNO3 đặc,

nguội * Với phi kim

Phi kim + HNO3 đặc → axit (I’) +NO2/NO +H2O

* Với hợp chất (H2S; HI; SO2; FeO; muối sắt II; chất hữu cơ)

3H2S + 8HNO3 loãng → 3S + 2NO + 4H2O

c Điều chế

 Trong phòng thí nghiệm

NaNO3(r) + H2SO4(đặc) → HNO3 + NaHSO4

 Trong công nghiệp

- HNO3 được sản xuất từ amoniac Quá trình sản xuất gồm ba giai đoạn :

+ Giai đoạn 1: Oxi hóa NH3 bằng oxi không khí tạo thành NO

- Muối nitrat của kẽm, sắt, chì, đồng, bị phân huỷ thành oxit kim loại tương ứng,

NO2 và O2:

Thí dụ : 2Cu(NO 3 ) 2 2CuO + 4NO 2 + O 2

- Muối nitrat của bạc, vàng, thuỷ ngân, bị phân huỷ thành kim loại tương ứng, khí NO2 và O2

Thí dụ : 2AgNO 3 2Ag + 2NO 2 + O 2

c Nhận biết ion nitrat

- Để nhận ra ion NO 3 − , người ta đun nóng nhẹ dung dịch chứa NO 3 − với Cu và H2SO4

loãng:

3Cu + 8H+ + 2NO 3 − → 3Cu 2+

(xanh)2NO + O2

+ 2NO↑ + 4H2O(không màu)

P+5 với χP = 2,19 nên bền: không có tính oxi hoá, không bị khử.

+ 3H2O

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H 2 O

 Trong công nghiệp

- Cho axit sunfuric đặc tác dụng với quặng apatit hoặc photphoric

- Muối photphat là muối của axit photphoric

- Muối photphat được chia thành 3 loại

Muối đihiđrophotphat : NaH2PO4, NH4H2PO4, Ca(H2PO4)2…Muối hiđrophotphat : Na2HPO4, (NH4)2HPO4, CaHPO4…Muối photphat : Na3PO4, (NH4)3PO4, Ca3(PO4)2…

b Nhận biết ion photphat

- Thuốc thử: dung dịch AgNO3

- Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa màu vàng

0

 t →

3.8 Phân bón hóa học

16

- Phân bón hóa học là những hóa chất có chứa các nguyên tố dinh dưỡng, được bóncho cây nhằm nâng cao năng suất mùa màng.

- Đó là các muối nitrat: NaNO3, Ca(NO3)2…

- Được điều chế bằng phản ứng giữa axit HNO3 và muối cacbonat tương ứng

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2↑ + 2H2O

 Phân đạm urê

- (NH2)2CO (chứa khoảng 46%N) là loại phân đạm tốt nhất hiện nay

- Được điều chế bằng cách cho NH3 tác dụng với CO ở nhiệt độ và áp suất cao

0

2NH3 + CO  t,p → (NH2)2CO + H2O - Trong đất

urê dần chuyển thành muối cacbonat

17

(NH2)2CO + 2H2O → (NH 4 ) 2 CO 3

b Phân lân

- Phân lân cung cấp nguyên tố P cho cây dưới dạng ion photphat ( PO 3 4 - )

- Độ dinh dưỡng của phân lân được đánh giá theo tỉ lệ % khối lượng P2O5 tương ứng với lượng P có trong thành phần của nó

 Supephotphat

- Có hai loại: supephotphat đơn và supephotphat kép

* Supephotphat đơn: Gồm hai muối: Ca(H2PO4)2 và CaSO4 Được điều chế bằng cách cho quặng photphorit hoặc apatit tác dụng với axit H2SO4 đặc

Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 (đặc) → Ca(H2PO4)2 + CaSO4↓

* Supephotphat kép: Đó là muối Ca(H2PO4)2 Được điều chế qua hai giai

đoạn Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4↓

Ca3(PO4)2 + H3PO4 → 3Ca(H 2 PO 4 ) 2

c Phân kali

- Phân kali cung cấp nguyên tố K dưới dạng ion K+

- Độ dinh dưỡng của phân K được đánh gái theo tỉ lệ % khối lượng K2O tương ứngvới lượng K có trong thành phần của nó

d Phân hỗn hợp - Phân phức hợp

 Phân hỗn hợp: chứa N, P, K được gọi chung là phân NPK

- Thí dụ: (NH4)2HPO4 và KNO3

 Phân phức hợp: Thí dụ: Phân amophot là hỗn hợp các muối NH4H2PO4 và

TCV - Chất khí. - Khí, khai, - Tan, điện li - Lỏng, tan vô - Tan, điện li

NO2 →

HNO3

- Sx phân

Ứng - Môi trường - Sx phân - Sx phân - Hoá chất. bón.

Tính chất hoá học Là axit mạnh, một nấc Là axit TB, ba nấc

Có tính oxi hoá mạnh Không có tính oxi hoá

II Phân loại dạng bài tập và phương pháp giải

1 Dạng 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng

 Phương pháp giải:

Cần nắm chắc kiến thức về tính chất hoá học, phương pháp điều chế các

chất, đặc biệt về các chất thuộc nhóm nitơ như N2, NO, NO2, HNO3,

NH3, muối nitrat, muối amoni, H3PO4, muối photphat…

Cần nhớ: Mỗi mũi tên trong sơ đồ nhất thiết chỉ biểu diễn bằng một phản

ứng

Ví dụ 1: Viết các phương trình phản ứng thực hiện dãy chuyển hoá sau :

Dung dịch kiềm Giải phóng khí có mùi khai:

-NH4 +OH →NH3+H2ODung dịch hoá xanh, giải phóng khí khôngmàu và hoá nâu trong không khí:

3Cu + 8HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2O

2NO + O2 → 2NO2 (nâu đỏ)Dung dịch hoá xanh, giải phóng khí khôngmàu và hoá nâu trong không khí:

Ví dụ 1: Chỉ được dùng một kim loại, làm thế nào phân biệt những dung dịch sau

đây: NaOH, NaNO3, HgCl2, HNO3, HCl

Hướng dẫn giải

Dùng kim loại Al, cho Al tác dụng lần lượt với các mẫu thử

Nếu có khí màu nâu bay ra là HNO3:

Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O2NO + O2 → 2NO2 (màu nâu)

Nếu có kim loại trắng sinh ra là HgCl

2Al + 3HgCl2 → 3Hg + 2AlCl3

Có bọt khí bay ra và có kết tủa, kết tủa tan ra là NaOH

2Al + 2H2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑

Có bọt khí bay ra là HCl

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑Còn lại là NaNO3

Ví dụ 2: Chỉ dùng một chất khác để nhận biết từng dung dịch sau : NH4NO3,

NaHCO3, (NH4)2SO4, FeCl2 và FeCl3 Viết phương trình các phản ứng xảy ra

Hướng dẫn giải

Dùng Ba(OH)2 để nhận biết Tóm tắt theo bảng sau :

NH4NO3 NaHCO3 (NH4)2SO4 FeCl2 FeCl3

NH3↑ mùi ↓trắng,

Ba(OH)2 mùi khai BaCO3 ↓trắng xanh Fe(OH)3

(4) FeCl2 + Ba(OH)2 → BaCl2 + Fe(OH)2

(5) FeCl3 + Ba(OH)2 → BaCl2 + Fe(OH)3

23

Ví dụ 3: Mỗi cốc chứa một trong các chất sau: Pb(NO3)2, Na2S2O3, MnCl2

NH4Cl, (NH4)2CO3, ZnSO4 Ca3(PO4) và MgSO4 Dùng nước, dung dịch NaOH,dung dịch HCl để nhận biết mỗi chất trên

Để nhận biết hai muối này ta cho tác dụng với dung dịch HCl, mẫu thử nào cho khíbay lên là (NH4)2CO3, còn mẫu thử không có hiện tượng gì xảy ra là NH4Cl

Có bốn mẫu thử cho kết tủa trắng Zn(OH)2, Mg(OH)2, Pb(OH)2 và Mn(OH)2,nếu tiếp tục cho NaOH và Zn(OH)2 và Pb(OH)2 tan còn Mg(OH)2 không tan,như vậy ta biết được cốc chứa MgSO4:

ZnSO4 + 2NaOH → Zn(OH)2 + Na2SO4Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2OMgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4

Pb(NO3)2 + 2NaOH → Pb(OH)2 + 2NaNO3Pb(OH)2 + 2NaOH → Na2PbO2 + 2H2OMnCl + 2NaOH → Mn(OH) + 2NaCl

Để nhận biết Pb(NO3)2 với ZnSO4 ta cho dung dịch HCl vào hai mẫu thử, mẫu thử nào cho kết tủa màu trắng là Pb(NO3)2, còn mẫu thử không tác dụng là ZnSO4.

Pb(NO3)2 + 2HCl → PbCl2↓ + 2HNO3

Mn(OH)2 không bền, dễ bị oxi hoá thành Mn(OH)4 màu nâu còn Mg(OH)2

không bị oxi hoá

2Mn(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 2Mn(OH)4 Mẫu cuối cùng còn lại là Na2S2O3

Có thể cho dung dịch HCl vào mẫu thử còn lại này, có kết tủa màu vàng và có khímùi hắc (SO2):

Cần nhớ: Chất kết tủa (không tan), chất khí (chất dễ bay hơi), chất ít điện

li (H2O) phải để dạng phân tử

Tuỳ theo môi trường phản ứng là axit, bazơ hoặc trung tính mà sau khi xácđịnh nhường, nhận electron ta phải cân bằng thêm điện tích hai vế

25

Nếu phản ứng xảy ra trong môi trường axit, ta thêm H+ vào vế nào dư oxi, vế còn lại thêm H2O.

Nếu phản ứng xảy ra trong môi trường bazơ, ta thêm OH- vào

vế nào thiếu oxi, vế còn lại thêm H2O

Nếu phản ứng xảy ra trong môi trường nước thì nếu tạo axit ta cânbằng như môi trường axit, nếu tạo bazơ ta cân bằng như môi trường bazơ

Nhân hệ số cho hai quá trình nhường và nhận electron sao cho: số electronnhường ra của chất khử bằng số electron nhận vào của chất oxi hoá

Ví dụ 1: Cân bằng phản ứng sau đây theo phương pháp thăng bằng ion electron:

→ 3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO↑ +

4H2O Dạng phân tử:

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Ví dụ 2: Cân bằng phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng ion electron

3Cu + 8NaNO3 + 4H2SO4 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4Na2SO4 + 4H2O

4 Dạng 4: Xác định nguyên tố thuộc nhóm Nitơ dựa vào việc xác định số hiệu nguyên tử

 Phương pháp giải:

Đối với bài toán về số hạt proton, nơton, electron phải thiết lập

phương trình toán học để tìm được Z

Đối với bài toán khối lượng, phải tìm cách xây dựng phương trình để tìm ra NTK (M), từ đó suy ra nguyên tố cần tìm

27

Ví dụ 1: Có hai nguyên tử A, B thuộc phân nhóm chính trong hệ thống tuần hoàn.

Tổng số điện tích hạt nhân của A và B bằng số khối nguyên tử Na

Hiệu số điện tích hạt nhân của chúng bằng số điện tích hạt nhân của nguyên tửnitơ

a) Xác định vị trí của A, B trong hệ thống tuần hoàn

b) Viết công thức cấu tạo của hợp chất tạo thành từ A, B và nguyên tử có cấu hìnhelectron là 1s1

Hướng dẫn giải

→ ZA=15;ZB=8

Cấu hình electron của A: 1s22s22p63s23p3

A thuộc chu kì 3, phân nhóm chính nhóm V, A là Photpho (P)

Cấu hình electron của B: 1s22s22p4

B thuộc chu kì 2, phân nhóm chính nhóm VI, B là Oxi (O)

b) Nguyên tử có cấu hình e là 1s1 là Hiđro (H) ⇒ Hợp chất được cấu tạo từ

H, P, O là: H3PO4, HPO4, HPO4, H3PO4, H3PO3, H4P2O7

Ví dụ 2: Nguyên tố R thuộc phân nhóm chính, có công thức oxit cao nhất

dạng R2O5 Hợp chất của R với hiđro chứa 17,65% hiđro theo khối lượng.Xác định nguyên tố R

Hướng dẫn giải

Từ công thức oxit cao nhất là R2O5 suy ra hợp chất với hiđro của R có công thức RH3.

Thường qua các bước sau :

Bước 1 : Đặt công thức oxit của nitơ NxOy

(với 1 ≤ x ≤ 2 ; 1 ≤ y ≤ 5 đều nguyên)

Bước 2 : Từ dữ liệu bài cho lập hệ thức tính phân tử khối NXOY

Bước 3 : Thiết lập phương trình toán học : MNxOy = 14x + 16y

Sau đó lập bảng trị số, biện luận y theo x, rút ra cặp nghiệm hợp lí Suy

ra công thức oxit cần tìm của nitơ

Một số oxit của nitơ

Ví dụ 1: Một oxit A của nitơ có chứa 30,43% N về khối lượng Tỉ khối hơi của A

so với không khí là 1,586 Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo và gọitên A

Hướng dẫn giải

Đặt công thức oxit A của nitơ là OxOy

29

Phân tử khối A là: MA = 29.d = 29.1,586 = 46

Vì trong A, nitơ chiếm 30,43% về khối lượng nên:

Do MA = 14x + 16y = 46 → y = 2 Công thức phân tử của A là NO2

Công thức cấu tạo của A là : O = N → O : nitơ đioxit hay penxinitơ

Ví dụ 2: Một hỗn hợp X gồm CO2 và một oxit của nitơ có tỉ khối đối với H2 là 18,5

Hãy xác định công thức oxit của nitơ và % thể tích các khí trong hỗn hợp X

Ví dụ 3: Mỗt hỗn hợp khí X gồm 3 oxit của N là NO, NO2 và NxOy Biết phần trăm

thể tích của các oxit trong X là: %VNO = 45%, %VNO2 = 15%, %VNxOy = 40%, còn phần trăm theo khối lượng NO trong hỗn hợp là 23,6% Xác định công thức NxOy

Hướng dẫn giải

Vì ở cùng điều kiện bên ngoài về nhiệt độ, áp suất, tỉ lệ thể tích giữa các chất khí

thì số mol của các khí thành phần là: nNO = 0,45a mol; nNO2 = 0,15a mol; nNxOy

Thực tế, do một số nguyên nhân, một số phản ứng hoá học xảy ra

không hoàn toàn, nghĩa là hiệu suất phản ứng (H%) dưới 100% Có một cách tính hiệu suất phản ứng :

Cách 1 : Tính theo lượng chất ban đầu cần lấy

31