Câu hỏi/ bài tập thực tiễn “Chủ đề 1: Kim loại và hợp chất” Nhóm IA và IB- Hóa học 12

Nội dung text: Câu hỏi/ bài tập thực tiễn “Chủ đề 1: Kim loại và hợp chất” Nhóm IA và IB- Hóa học 12

1. câu hỏi/bài tập thực tiễn “Chủ đề 1:Kim loại và hợp chất” Nhóm IA và IB- Hóa học 12 1. Trước khi ăn rau sống, người ta thường ngâm chúng trong dung dịch nước muối ăn trong thời gian từ 10 -15 phút để sát trùng. Vì sao dung dịch nước muối ăn (NaCl) có tính sát trùng?Vì sao cần thời gian ngâm rau sống dài như vậy? Giải: Dung dịch muối ăn (NaCl) có nồng độ muối lớn hơn nồng độ muối trong các tế bào của vi khuẩn, nên do hiện tượng thẩm thấu, muối đi vào tế bào, làm cho nồng độ muối trong vi khuẩn tăng cao, và có quá trình chuyển nước ngược lại từ tế bào vi khuẩn ra ngoài. Vi khuẩn mất nước nên bị tiêu diệt. Do tốc độ khuếch tán chậm nên việc sát trùng chỉ có hiệu quả khi ngâm rau sống trong nước muối từ 10 -15 phút. Phân tích: Để làm được bài tập này học sinh cần phải vận dụng cả lý thuyết về Hóa học và Vật lý: chất khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn, và cả những kiến thức về tế bào của Sinh học. Nói chung đây là một hiện tượng rất hay được ứng dụng trong thực tế, nhưng nếu không kết hợp được những kiến thức ở các lĩnh vực trên thì học sinh khó mà trả lời được. Bù lại nếu học sinh trả lời được thì sẽ gây hứng thú cho học sinh trong học tập hóa học, vì giúp cho học sinh hiểu được những điều gặp trong cuộc sống. Mở rộng cho việc chống viêm họng bằng cách súc miệng bằng nước muối với thời gian thích hợp. 2. Sau khi thu hoạch lúa, một lượng lớn rơm, rạ được tận dụng cho nhiều mục đích khác nhau như trồng nấm, làm thức ăn cho trâu, bò, ủ trong bể biogas, hay đốt lấy tro bếp trộn với phân chuồng để bón cho cây trồng. Tại sao khi bón phân chuồng hoặc phân bắc, người nông dân thường trộn thêm tro bếp? Giải Về phương diện hóa học, khi bón phân chuồng hoặc phân bắc thì người nông dân thường trộn thêm tro bếp vì: Trong tro bếp có chứa các nguyên tố kali, magie, canxi và một số nguyên tố vi lượng nên khi bón phân chuồng hoặc phân bắc khi trộn thêm tro bếp sẽ giúp bổ sung đầy đủ lượng dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Một lý do khác khi bón tro bếp cho cây trồng dựa vào khả năng điều chỉnh pH của tro bếp. Có những loại cây trồng không thích hợp với đất chua, bón tro bếp làm giảm độ chua của đất. Hơn nữa khi bón cùng với tro bếp, tro sẽ làm cho phân chuống trở nên tơi xốp, cây cối dễ hấp thụ hơn. Phân tích:
2. Để giải bài tập này, học sinh cần nắm được thành phần hóa học của tro bếp, và những nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu của cây trồng. 3. Mùa xuân năm 327 BC (Trước công nguyên), một danh tướng Hy Lạp là A-lêch-xan-đơ Mac-xê-đoan (Alecxander) đã dẫn quân vượt biên giới Ấn Độ. Nhưng ở đây ngoài sự kháng cự mạnh mẽ của người dân bản địa, binh lính Hy Lạp còn mắc bệnh đường ruột. Quân lính bị mệt mỏi đến cực độ và kiệt sức vì bệnh tật không chịu đựng được nữa và nổi loạn buộc ông phải rút quân. Theo những tài liệu còn lưu truyền lại của các nhà sử học thì rõ ràng các cấp chỉ huy trong đạo quân ít bị mắc bệnh hơn rất nhiều so với binh sĩ khác tuy rằng họ cũng phải chịu cảnh sống tương tự. Nguyên nhân của hiện tượng bí ẩn này chỉ được phát hiện sau đó 2250 năm. Đó là vì binh lính uống nước trong các cốc bằng thiếc còn các sĩ quan uống nước đựng trong các cốc bằng bạc.Tại sao khi dùng cốc bạc, các cấp chỉ huy của quân đội lại ít bị mắc bệnh đường ruột hơn các binh lính trong cuộc hành quân ấy? Tại sao các nhà quý tộc ở châu Âu từ cổ xưa đã sử dụng những bộ đồ ăn như thìa, nĩa, cốc bằng bạc? Giải Bạc hoà tan vào nước mặc dù rất ít, nhưng dung dịch chứa lượng nhỏ ion Ag+ trong nước có tính chất kì lạ là diệt được các vi khuẩn có hại có sẵn trong nước gây nên căn bệnh đường ruột. Vì các cấp sĩ quan trong đội quân đã dùng cốc Ag để uống nước nên hầu hết vi khuẩn có hại đã bị tiêu diệt. Trong khi thiếc không có tính sát trùng. Chính vì thế mà ở Ai Cập, người ta áp miếng bạc lên vết thương để sát trùng, hay người Mông Cổ đựng thức ăn trong đồ bạc. Ag có tính sát khuẩn rất mạnh. Tuy bạc chỉ tan vào nước thành Ag+ với lượng rất nhỏ nhưng cũng đủ làm sạch chỗ nước đó. 4. Nghệ thuật cắm hoa
3. Những bông hoa hồng leo nở hết mình bên những bông hoa cỏ khiến cho bình hoa trở nên tự nhiên đến lạ thường, trông như chúng đang mơn mởn khoe sắc ngoài thiên nhiên! Để bình hoa được tươi lâu ta thêm một sợi dây đồng (Cu) đã cạo sạch vào trong nước của bình cắm hoa. Tại sao khi cho một sợi dây Cu đã cạo sạch vào bình cắm hoa thì hoa sẽ tươi lâu hơn? Giải Đồng kim loại sẽ tạo nên một số ít ion Cu 2+ tan vào trong nước sẽ có tác dụng diệt khuẩn. Làm cho các cuống hoa đỡ bị thối trong nước do đó đỡ làm tắc các mao quản dẫn nước lên cánh hoa nên hoa tươi hơn. Các muối của Cu 2+ có tính diệt khuẩn rất tốt người ta thường dùng CuSO4 để sát khuẩn trong bể bơi. Nếu không dùng đoạn dây đồng thì nên cắt bỏ phần thối mỗi ngày, hoa mới tươi lâu hơn. Phân tích: Để giải bài tập này, học sinh cần hiểu được khả năng tan của một chất nói chung, khi ta nói rằng một chất không tan trong nước thì ý để chỉ rằng độ tan của nó trong nước là rất nhỏ, tuy vậy đôi khi có những chất ở nồng độ rất nhỏ cũng đã thể hiện những tính chất quan trọng. Ngoải ra học sinh còn phải hiểu được tác dụng diệt khuẩn của ion Ag+ và Cu2+. 5. Trong bài học về axit sunfuric, hóa học 10 có thí nghiệm cho đồng tác dụng với dung dịch axit sunfuric đặc, đun nóng. Bên cạnh các hiện tượng thông thường như có chất khí thoát ra, chất khí này có thể tẩy màu cánh hoa hồng, dung dịch chuyển sang màu xanh thì có một hiện tượng khó giải thích. Đó là sự thay đổi màu của thanh đồng từ ánh kim màu nâu đỏ chuyển sang màu đen. Tại sao khi cho thanh Cu tác dụng với dung dịch axit sunfuric đặc thì trên bề mặt thanh đồng bị đen lại? A. do sự tạo thành CuS có màu đen B. do sự tạo thành CuS2 có màu đen C. do sự tạo thành CuSO4 D. do mất lớp electron hóa trị trên bề mặt đồng Giải Trong đìều kiện của phản ứng đã cho thì không thể tạo thành CuS hay CuS 2 được. Màu sắc và tính ánh kim của các kim loại là do các electron tự do (electron hóa trị) trong kim loại 2+ gây ra. Đầu tiên H2SO4 tác dụng với Cu làm mất lớp electron bên ngoài để chuyển Cu → Cu
4. nhưng Cu2+ chưa kịp chuyển vào dung dịch. Electron hóa trị không còn nên Cu mất tính ánh kim.Vì thế bề mặt thanh đồng bị đen lại. Phân tích Để giải bài tập này, học sinh cần nắm được màu và tính ánh kim của kim loại là do các electron ở lớp vỏ hóa trị. 6. Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái oxi hóa +1 và +2. Đồng không phản ứng với nước, nhưng phản ứng chậm với oxi trong không khí tạo thành một lớp oxit đồng màu nâu đen, lớp oxit này sau đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn. Một lớp màu xanh lục (đồng bazơ cacbonat) thường có thể bắt gặp trên các đồ đồng cổ như mũi tên đồng ở thành Cổ loa, trống đồng Đông sơn, chuông đồng hay các công trình cổ có sử dụng đồng như Tượng Nữ thần tự do, tượng bằng đồng lớn nhất trên thế giới được xây dựng. Tại sao các đồ vật cổ bằng đồng thường có màu xanh ? Giải Màu xanh của các đồ vật bằng đồng cổ là màu của đồng bazơ cacbonat. Theo PGS.Nguyễn Đức Vận, hợp chất có màu xanh lam của đồng có công thức hóa học là Cu(OH)2.CuCO3. Đây là sản phẩm của quá trình biến đổi lâu dài từ đồng (II) oxit sang đồng bazơ cacbonat trong điều kiện ẩm và có tác dụng của khí cacbon đioxit. Phân tích: Để giải bài tập này, học sinh cần biết được màu sắc của các hợp chất của Cu, và phải xét được các chất có trong môi trường tác động lên. 7. Chắc các bạn đã biết ở Myanma có các ngôi chùa mà mái của nó được dát toàn bằng vàng. Chắc là phải tốn vàng lắm nhỉ. Thực tế thì cũng không tốn quá nhiều vàng bởi tính chất đặc biệt mềm dẻo của vàng. Một gam vàng có thể kéo thành sợi dài 3,0 km, lá vàng có thể dát mỏng tới 0,0001mm, nghĩa là mảnh hơn sợi tóc người 500 lần. Một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ag cũng có tính dẻo cao. Chúng có đặc điểm gì chung? Đố các bạn biết tại sao chúng lại có tính chất đặc biệt mềm dẻo như vậy ? Giải Tính dẻo dai có một không hai của vàng kim loại là kết quả của cấu tạo electron đặc biệt của vàng. Có lẽ trong kim loại tồn tại đồng thời cả hai cấu hình electron của nguyên tử : 5d106s1 và 5d96s2 , chúng có năng lượng rất gần nhau, electron có thể nhảy dễ dàng từ obitan này sang obitan khác làm cho hệ electron trong kim loại trở nên linh động, Đây là nguyên nhân của sự "bôi trơn tốt electron " gây ra tính dẻo dai đặc biệt của vàng. Một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ag cũng vậy, tính mềm dẻo của đồng, bạc chỉ kém vàng mà thôi.
5. Phân tích: Kiến thức để giải được bài tập này học sinh không được làm rõ trong chương trình, tuy nhiên học sinh có thể suy luận dựa trên những sự dẫn dắt trong cách ra đề. Để giải bài tập này, học sinh cần hiểu rõ cấu hình electron của các kim loại trên. Nhóm IIA và IIB 8. Như ta đã biết, khi đi qua các lò vôi ta thấy rất nóng. Vậy theo các bạn thì phản ứng nung vôi: CaCO3 → CaO + CO2 là thu nhiệt hay toả nhiệt? Giải: Phản ứng nhiệt phân CaCO 3 là một phản ứng thuận nghịch, chiều thuận là một phản ứng thu nhiệt. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao, nên cần phải cung cấp một lượng nhiệt rất lớn để phản ứng xảy ra. Nhiệt đó được lấy từ quá trình đốt cháy các nguyên liệu, và ngoài lượng nhiệt cung cấp cho phản ứng xảy ra, nhiệt còn tỏa ra ngoài môi trường nên khi đi qua các lò vôi ta thấy rất nóng. Phân tích Phản ứng nhiệt phân CaCO3 là phản ứng thu nhiệt, điều này đã được nói rõ trong chương trình hóa học phổ thông, vì vậy để giải được bài tập này, học sinh cần nắm chắc kiến thức và phải làm rõ được nhiệt tỏa ra trong các lò vôi là do đâu. 9. Trong nhà máy sản xuất xút (NaOH), khâu quan trọng nhất là tinh chế muối ăn. Tại sao khi trước khi điện phân muối ăn, ta phải tinh chế muối ăn ? Nếu không tinh chế muối ăn trước thì khi điện phân ta sẽ thấy có hiện tượng gì? Giải: Trong muối ăn không tinh khiết có lẫn một lượng nhỏ muối Mg2+. Khi điện phân: 2NaCl + H2O Cl 2+ H 2 + 2NaOH. 2+ - Mg + 2OH  Mg(OH)2  (trắng) Vì vậy khi điện phân dung dịch muối ăn, người ta phải tinh chế muối ăn thật tinh khiết. Phân tích: Tùy mức độ học sinh ta có thể đưa câu hỏi trực tiếp hay là có gợi ý, dẫn dắt trong câu hỏi. Để giải bài tập này, học sinh cần hiểu được các chất có thể có trong muối ăn chưa tinh chế, và phải suy luận được chất kết tủa trong môi trường kiềm khi điện phân là Mg(OH)2. 10. Nước ngầm hay nước bề mặt ở vùng đá vôi khi sử dụng trong sinh hoạt và trong công nghiệp có nhiều điều bất lợi. Một trong số những bất lợi đó là hiện tượng khi đun sôi nước rồi để nguội thấy xuất hiện một lớp cặn trắng lắng xuống đáy ấm đun. Trong công nghiệp, nếu sử
6. dụng loại nước này cho nồi hơi cao áp có thể dẫn đến hiện tượng lãng phí năng lượng, thậm chí có thể gây tai nạn khi vỡ nồi hơi. Giải thích hiện tượng bằng kiến thức hóa học? Giải: Trong nước sinh hoạt ở một số vùng có độ cứng tạm thời cao, trong dung dịch chứa nhiều muối hiđrocacbonat của Mg 2+ và Ca2+. Khi đun nóng, muối hiđrocacbonat bị phân hủy tạo thành MgCO3 và CaCO3 kết tủa tạo thành lớp cặn bám dưới đáy ấm đun nước hay đáy nồi hơi cao áp. 2+ - Mg + 2HCO3  MgCO3 + CO2+ H 2O 2+ - Ca + 2HCO3  CaCO3 + CO2+ H 2O Phân tích: Để giải bài tập này, học sinh cần có kiến thức về nước cứng, đây đơn thuần chỉ là một bài tập vận dụng kiến thức đã học, học sinh hoàn toàn có thể làm được. 11. Trong kho tàng truyện cổ tích Việt Nam, truyện Trầu, cau là một câu chuyện cảm động về tình cảm anh, em, vợ chồng. Ăn trầu đã trở thành nét văn hóa truyền thống của người Việt nam. Những người ăn trầu thường có hàm răng rất chắc và bóng. Hãy giải thích tại sao? Giải Quá trình hình thành men răng: 2+ 3- - 2Ca + PO4 + OH Ca2(PO4)OH  Trong vôi có Ca2+ và OH- nên cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận tạo men răng. Tương tự như vậy khi ta đánh răng, trong thành phần kem đánh răng có CaF 2 nên cũng góp phần tạo thành men răng. Ở đây F- thay thế vai trò của OH- 2+ 3- - 2Ca + PO4 + F Ca2(PO4)F  12. Động Phong nha – kẻ bàng ở tỉnh Quảng Bình là một trong những di sản thiên nhiên thế giới của Việt Nam. Những thạch nhũ tuyệt đẹp ở động Phong nha – kẻ bàng đã góp phần thu hút hàng triệu lượt du khách trong nước và quốc tế đến với Quảng Bình mỗi năm. Cùng với Phong nha – kẻ bàng, đất nước ta còn có những hang động đá vôi tuyệt đẹp như động Hương tích ở Mỹ Đức – Hà nội, hang Bồ nông ở vịnh Hạ long – Quảng Ninh,
7. Bằng những hiểu biết hóa học, hãy giải thích quá trình hình thành thạch nhũ trong các hang động đá vôi? Tại sao càng đi sâu vào trong hang động ta càng thấy khó thở? Động Phong nha – kẻ bàng Giải Trong hang động đá vôi, dưới tác dụng của CO2 và H2O, đá vôi bị chuyển hóa dần thành Ca(HCO3)2 tan được trong nước. CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 Khi tiếp xúc với không khí, Ca(HCO3)2 dễ bị phân hủy theo phản ứng : Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Quá trình này xảy ra rất chậm, trải qua thời gian hàng triệu năm, thạch nhũ dần hình thành từ trên hang đá xuống, Mặt khác, nước chứa Ca(HCO 3)2 còn có thể rơi xuống phía dưới rồi mới phân hủy, nên hình thành thạch nhũ mọc từ phía dưới lên. Khi đi sâu vào trong hang thì sự lưu thông không khí kém, do tỷ khối cao làm nên CO 2 tích tụ lớn, nên càng làm giảm nồng độ O2,. Vì vậy nên ta cảm thấy khó thở. Phân tích: Để giải bài tập này, học sinh cần vận dụng được tính chất hóa học của muối canxi cacbonat và canxi hiđrocacbonat, tính chất vật lý của khí cacbonic và tác dụng sinh học của nó. 13. Hiện nay Việt Nam vẫn có đến 70% cư dân sống bằng nghề nông. Chúng ta có thể tự hào là một trong những nước xuất khẩu gạo, hồ tiêu, cà phê, cá tra, cá basa hàng đầu trên thế giới. Nông dân thường sử dụng vôi để làm giảm độ chua của đất nông nghiệp. Tại sao khi đất chua người ta thường bón vôi, dựa vào kiến thức hóa học, hãy giải thích? Giải thích tại sao đất có xu hướng bị chua hóa, dù có bón vôi thì sau một số vụ thì đất cũng sẽ lại bị chua? Giải: Đất chua là đất có chứa nhiều ion H + dạng tự do và dạng tiềm tàng ( có thể sinh ra do các ion kim loại Al3+, Fe3+, Fe2+, thủy phân tạo thành). Khi bón vôi sẽ trung hòa H + và làm kết tủa các ion kim loại đó, vì vậy làm giảm độ chua của đất. Trong thực tế có thể dùng bón vôi cho ruộng bằng CaCO3, CaO, Ca(OH)2, quặng đolomit CaCO3.MgCO3.
8. Đất có thể bị chua do nhiều nguyên nhân, có thể là do mưa axit, hay do ta bón lân, đạm. Tuy nhiên nguyên nhân chính dẫn đến xu hướng chua hóa của đất là do quá trình rễ cây hấp thụ các chất dinh dưỡng trong đất (dưới dạng dễ tan và khó tan). Đối với các chất khó tan, rễ cây tiết ra dung dịch có tính axit để hòa tan chúng. Qúa trình cây hấp thụ các ion kim loại (như K+, Ca2+, ) là quá trình trao đổi ion với ion H+. Do đó đất bị chua. Phân tích: Nông nghiệp là một trong những ngành được ứng dụng nhiều nhất của Hóa học, bài tập này giúp học sinh giải thích và giải quyết được những vấn đề thường xuyên đặt ra trong cải tạo đất trồng. Để giải bài tập này, học sinh cần vận dụng kiến thức tổng hợp, từ việc xác định nguyên nhân gây ra độ chua của đất (có thể có theo suy luận từ những kiến thức đã học) và quá trình hấp thu dinh dưỡng của cây trồng. Bài tập này nhằm cung cấp thêm một số kiến thức cơ bản về đất cho học sinh. 14. Người nông dân thường dùng vôi để bón ruộng nhưng tại sao không nên trộn vôi chung với phân ure để bón ruộng? Giải Khi trộn vôi với urê có phản ứng: CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 Ca(OH)2 + (NH4)2CO3 CaCO3 + 2NH3 + 2H2O Phản ứng làm mất tác dụng của đạm urê (tạo ra NH 3 thoát ra) và làm rắn đất lại (do tạo CaCO3). Vì thế không nên trộn vôi với urê để bón ruộng. Phân tích: Để giải bài tập này, học sinh cần nắm được tính chất của phân urê. 15. Tại sao khi sản xuất vôi người ta phải đập nhỏ đá vôi tới 1 kích thước nhất định tùy theo từng loại lò? Giải: Phản ứng nung vôi: CaCO3 CaO + CO2 Do phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch nên để tăng hiệu suất của phản ứng ta phải đập đá có kích thước vừa phải tăng diện tích bề mặt được cung cấp nhiệt trực tiếp. Mặt khác nó sẽ tạo ra những kẽ hở để thoát CO2 ra ngoài làm hạn chế phản ứng nghịch. Ngược lại nếu đá vôi bị đập tới kích thước nhỏ quá thì dưới tác dụng của nhiệt, đá vôi bị tơi nhỏ ra và bít kín lò, CO 2 không lưu thông được với bên ngoài và do đó cũng làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch. Phân tích:
9. Để giải bài tập này, học sinh cần nắm được các kiến thức về quá trình sản xuất vôi đã được học trong chương trình phổ thông, vận dụng lý thuyết về tốc độ phản ứng và cân bằng hóa học. 16. Tại sao vỏ tàu bằng thép bị ăn mòn ở khu vực mạn tàu tiếp xúc với nước biển và không khí? Vì sao để bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn ta thường gắn tấm kẽm vào vỏ tàu? Giải: Khi tiếp xúc với nước biển (dung dịch chất điện li), vỏ tàu (Fe- Fe 3C) tạo thành nhiều cặp pin volta trong đó sắt hoạt động hơn là cực âm, Fe 3C là cực dương ,nước biển là chất điện li. Khi pin hoạt động: Fe – 2e Fe2+ Fe nhường electron tạo ra Fe 2+ để lại trên mặt Fe những electron tự do và ion H + trong dung dịch chất điện li sẽ thu electron giải phóng ra H2 và do đó tạo ra dòng điện. + 2H + 2e H2 Fe2+ sẽ tác dụng với OH- trong chất điện li : 2+ - Fe + 2OH Fe(OH)2 Sau đó ngoài không khí Fe(OH)2 bị oxihóa : 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4 Fe(OH)3 Và chuyển thành gỉ xFeO.yFe2O3.zH2O. Khi có Zn thì Zn-Fe –dung dịch điện li tạo thành pin volta. Zn hoạt động mạnh hơn nên nó là cực âm và Zn – 2e Zn2+.Như vậy Zn bị ăn mòn còn Fe được bảo vệ. Phân tích: Đây là một hiện tượng có ý nghĩa rất lớn trong thực tiễn.Bài tập này có thể được đưa ra trong phần ăn mòn điện hóa hoặc để dùng trong ôn tập. Để làm được bài tập này vận dụng những kiến thức về ăn mòn điện hóa và dãy hoạt động hóa học của kim loại. 17. Tại sao khi đánh rơi nhiệt kế thủy ngân, không được dùng chổi quét mà lại rắc bột S lên chỗ có Hg? Giải: Hg là một chất lỏng linh động, vì vậy khi đánh rơi nhiệt kế thủy ngân ta không thể dùng chổi để quét được, vì làm như vậy thủy ngân sẽ càng bị phân tán nhỏ, và càng gây khó khăn cho quá trình thu gom. Ta phải dùng bột S rắc lên chỗ có Hg rơi vì S có thể kết hợp với Hg dễ dàng tạo thành HgS rắn, ít độc hại hơn thủy ngân. Việc thu gom HgS trở nên thuận tiện hơn. Hg + S HgS. Phân tích: Để giải bài tập này, học sinh cần nắm được phản ứng giữa Hg và S.