Hướng dẫn học sinh thcs làm bài tập về tỉ khối chất khí và khối lượng mol trung bình...

Hướng dẫn học sinh thcs làm bài tập về tỉ khối chất khí và khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí 1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ PHÒNG GD&ĐT THỌ XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH THCS LÀM BÀI TẬP VỀ TỈ KHỐI CHẤT KHÍ VÀ KHỐI LƯỢNG MOL TRUNG BÌNH CỦA HỖN HỢP KHÍ Người thực hiện Nguyễn Thị Cẩm Tú Chức vụ Giáo viên Đơn vị công tác Trường THCS Thọ Nguyên SKKN thuộc lĩnh mực (môn) Hóa học THỌ XUÂN, NĂM 2018 SangKienKinhNghiem net 2 MỤC LỤC Trang I MỞ ĐẦU 1 1 Lí do[.]

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

PHÒNG GD& ĐT THỌ XUÂN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH THCS LÀM BÀI TẬP

VỀ TỈ KHỐI CHẤT KHÍ VÀ KHỐI LƯỢNG MOL TRUNG

BÌNH CỦA HỖN HỢP KHÍ

Người thực hiện: Nguyễn Thị Cẩm Tú

Đơn vị công tác: Trường THCS Thọ Nguyên SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Hóa học

THỌ XUÂN, NĂM 2018

MỤC LỤC

Trang

I MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài

1.2 Mục đích nghiên cứu

1.3 Đối tượng nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1

II NỘI DUNG

1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để

giải quyết vấn đề

3.1 Bài tập liên quan đến tỉ khối của khí A đối với khí B, với

không khí

3.2 Bài tập về khối lượng mol trung bình và tỉ khối của hỗn

hợp khí

3.3 Biết khối lượng và số mol hỗn hợp khí tính thành phần

định lượng (thể tích, số mol, khối lượng) từng khí trong

hỗn hợp

3.4 Thêm khí vào hỗn hợp để thay đổi khối lượng mol trung

bình của hỗn hợp theo yêu cầu của bài toán

3.5 Bài tập luyện tập

4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

2 2 2 3

3 6

12

14 15

17

3 Kết luận, kiến nghị

3.1 Kết luận

3.2 Kiến nghị

18 18 18

I MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Thực hiện mục tiêu quốc gia về đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục, hướng tới mục đích phát triển năng lực toàn diện cho học sinh Do đó ở trường THCS ngoài nhiệm vụ cung cấp kiến thức thì phải luôn coi trọng việc phát triển các năng lực toàn diện cho học sinh và giúp các em vận dụng tốt hơn các năng lực đã có vào thực tiễn cuộc sống Bên cạnh đó, cũng cần chú trọng nâng cao tư duy, phát triển những học sinh có năng khiếu Không nằm ngoài mục đích đó, là một giáo viên Hóa học tôi luôn chú trọng khơi dậy những đam mê, hứng thú học tập và giúp học sinh của mình rèn luyện và phát triển khả năng tư duy

Trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh thường lúng túng khi gặp các bài tập liên quan đến khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và tỉ khối chất khí Bên cạnh đó, các bài tập dạng này số lượng không nhiều, ít tài

liệu tham khảo Do đó tôi đã tìm hiểu sâu hơn để có thể áp dụng đề tài “Hướng

dẫn học sinh THCS làm bài tập về tỉ khối chất khí và khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí” vào việc nâng cao kiến thức, phát triển tư duy cho các

em học sinh THCS Qua nhiều năm vận dụng đề tài, các thế hệ học sinh đã tự tin hơn và đạt kết quả cao hơn trong các kì thi

2 Mục đích nghiên cứu

Phân dạng và đưa ra phương pháp giải một số bài tập về khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và tỉ khối chất khí nhằm phát triển năng lực, rèn luyện tư duy và nâng cao chất lượng trong bồi dưỡng HSG hóa học ở trường THCS

3 Đối tượng nghiên cứu

Bài tập về tỉ khối chất khí và khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí

4 Phương pháp

Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết

- Tìm tài liệu từ nhiều nguồn

- Tổng hợp bài tập và phân dạng

- Đưa ra phương pháp giải cho từng dạng

- Áp dụng vào thực tế giảng dạy

- Tham khảo ý kiến góp ý của đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài

- Viết đề tài hoàn chỉnh

II NỘI DUNG

1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

Thực hiện theo Nghị quyết số 29-NQ/TW của Ban chấp hành Trung ương

về đổi mới căn bản toàn diện Giáo dục và đào tạo, để góp phần bồi dưỡng nhân tài, phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học thì việc bồi dưỡng HSG ở mọi cấp học và tất cả các môn học đều cần thiết

Ơ trường THCS, phần tỉ khối chất khí được giới thiệu rất ngắn trong SGK Hóa học 8, vì thế ở đây tôi mạnh dạn đưa thêm một số lý thuyết về khối lượng mol trung bình và tỉ khối của hỗn hợp khí

- Tỉ khối hơi của khí A đối với khí B: / /

A

B

M

M

- Tỉ khối hơi của khí A đối với không khí: / / 29

29

A

M

- Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí

+ Xét hỗn hợp khí X chứa

Khí X1 (M1) có a1 mol, thể tích V1, thành phần % (số mol hoặc thể tích) là x1 Khí X2 (M2) có a2 mol, thể tích V2, thành phần % (số mol hoặc thể tích) là x2

……… Khí Xn (Mn) có an mol, thể tích Vn, thành phần % (số mol hoặc thể tích) là xn

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí X (M x)

100

.

.

.

.

.

.

2 2 1 1

2 1

2 2 1 1

2 1

2 2 1 1

n n X

n

n n X

n

n n X

x M x

M x M M

V V

V

V M V

M V M M

a a

a

a M a

M a M M





































+ Nếu xét hỗn hợp X gồm 2 khí thì:

1 2

x

M a M a M

a a





a a  a a a a   a a  

(2) => M x=M1  + M2.(1-) (với là % số mol khí thứ nhất)

2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Khi làm bài tập về khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và tỉ khối chất khí không đòi hỏi học sinh phải có nhiều kiến thức, nhưng lại yêu cầu học sinh phải có khả năng tư duy nhất định vì vậy khi gặp các bài tập nâng cao dạng này nhiều học sinh tỏ ra lúng túng Mặc dù số lượng bài tập về dạng này gặp khá nhiều trong các đề thi HSG Hóa học THCS nhưng các bài tập dạng này có rất ít tài liệu tham khảo, trong sách giáo khoa và sách bài tập hóa học lớp 8, 9 cũng

chỉ có vài bài, nên học sinh không được luyện tập nhiều Chính vì thế HS thường gặp khó khăn khi giải các bài tập dạng này, các em thường không nhận diện được dạng bài, cộng thêm kĩ năng giải toán hóa chưa tốt nên các em không làm được hoặc làm sai

Tôi khảo sát 6 em HS trong đội tuyển HSG lớp 8 năm học 2013 - 2014 với đề bài có câu hỏi như sau:

Bài 1: Tỉ khối của khí A đối với hiđro bằng 40 Tỉ khối của oxi đối với khí B bằng 0,5 Tính tỉ khối của khí A đối với khí B

Bài 2: Cho hỗn hợp gồm H2 và CO có tỉ khối đối với H2 bằng 6,2 Tính thành phần phần trăm thể tích các khí trong hỗn hợp

Kết quả thu được như sau:

- Cả 4 em làm được câu 1

- Câu 2: + 2 em tính được khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí Với kết quả khảo sát như trên, tôi đã tìm tài liệu để soạn bài hướng dẫn cho các em, nhưng không có nguồn tài liệu nào viết đầy đủ, vì bài tập phần này rất ít, thỉnh thoảng gặp một bài tập trong các đề thi, rất khó để hệ thống lại

3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

Các dạng bài tập về khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và tỉ khối chất khí thường gặp

3.1 Bài tập liên quan đến công thức tính tỉ khối của khí A đối với khí B hay khí A đối với không khí

3.1.1 Tính tỉ khối của khí A đối với khí B

Ví dụ 1: Cho biết khí SO2 nặng hay nhẹ hơn khí O2 bao nhiêu lần?

Hướng dẫn trả lời

2 32

64

2

SO

d

Vậy khí SO2nặng hơn khí O2 2 lần

3.1.2 Tính tỉ khối của khí A đối với không khí

Ví dụ 1: Tính tỉ khối của SO2đối với không khí

Hướng dẫn trả lời

2 , 2 29

80

/

2 kk  

SO

d

Vậy khí SO2nặng hơn không khí 2,2 lần

Với các bài tập tính tỉ khối của khí A đối với không khí thường hay gặp bài tập giải thích cách thu khí hay giải thích các hiện tượng thực tế như các

ví dụ dưới đây:

Ví dụ 2: (Bài tập 3 SGK HH8 trang 69)

Có thể thu những khí nào vào bình (từ những thí nghiệm tronng phòng thí nghiệm): khí hiđro H2, khí clo Cl2, khí cacbon đioxit CO2, khí metan CH4 bằng cách:

a) Đặt đứng bình?

b) Đặt ngược bình?

Giải thích việc làm này.

Hướng dẫn trả lời

Ta có

552 , 0 29

16

; 52 , 1 29 44

; 45 , 2 29

71

; 069 , 0 29 2

/ /

/ /

4 2

2 2

















kk CH kk

CO

kk Cl kk

H

d d

d d

a) Khí Cl2, CO2 nặng hơn không khí nên có thể thu vào bình bằng cách đặt đứng bình

b) Khí H2, CH4 nhẹ hơn không khí nên có thể thu vào bình bằng cách đặt ngược bình

Ví dụ 3: Để thu các khí H2, CO2, Cl2, N2 trong phòng thí nghiệm, một em học sinh đã thu những khí trên vào bình như sau:

- (1) Để úp bình khi thu khí Cl2, H2

- (2) Để đứng bình khi thu khí CO2, N2

Theo em, bạn học sinh trên thu các khí như vậy có đúng không? Tại sao?

Hướng dẫn trả lời

Tính tỉ khối của các khí trên với không khí ta nhận thấy khí CO 2 , Cl 2 nặng hơn không khí, khí H 2 , N 2 nhẹ hơn không khí nên cách thu (1) dùng để thu khí

Cl 2 , CO 2 ; cách thu (2) dùng để thu được N 2 , H 2

Bạn HS trên làm như vậy có chỗ đúng chỗ sai Cách (1) bạn chỉ thu được

Cl 2 không thu được H 2 ; cách (2) bạn thu được N 2 không thu được CO 2

Ví dụ 4: Vì sao ngày xưa trong các hầm mỏ ngừng khai thác lâu năm khi cần đi

vào các khu mỏ đó thì người thợ mỏ vào thường xách theo một cây đèn dầu (hoặc nến) đặt cao ngang thắt lưng hoặc dẫn theo một con chó, xuất hiện hiện tượng ngọn đèn tắt hay con chó sủa, có dấu hiệu kiệt sức, khó thở thì người đó

sẽ không tiếp tục đi vào sâu nữa mà sẽ quay trở ra Lí do là gì? Giải thích?

Hướng dẫn trả lời

Trong lòng đất luôn xảy ra hiện tượng phân hủy một số hợp chất vô cơ và hữu cơ, sản sinh ra khí CO2 CO2 không có mùi, không màu, không duy trì sự sống của con người và động vật và sự cháy Khí CO2 nặng hơn không khí 1,52 lần, O2 nặng hơn không khí 1,1 lần Như vậy CO2 nặng hơn khí O2, luôn ở bên dưới do đó càng vào sâu thì lượng CO2 càng nhiều Nếu ngọn nến cháy leo lét sau đó tắt thì cảnh báo không nên xuống lí do không khí dưới đáy giếng thiếu

O2, và có nồng độ CO2 đậm đặc hoặc chứa nhiều các khí độc khác

Ví dụ 5: Vì sao ngày xưa ở các giếng khoan cạn nước nếu người thợ muốn

xuống để đào tìm kiếm tiếp nguồn nước thì trước khi xuống giếng các người thợ

sẽ chặt các cành cây tươi thả xuống giếng chừng 7 – 10 phút rồi lại kéo lên lại thả xuống khá nhiều lần tiếp đó mới xuống giếng đào?

Hướng dẫn trả lời

Khi vào giếng sâu hoặc càng sâu vào khu mỏ khí oxi lúc bấy giờ không

đủ cho sự hô hấp Do đó người ta thường cầm đèn cầy vào khu mỏ, trường hợp

nếu đèn cầy tắt, không nên vào sâu hơn vì vô cùng nguy hiểm Do đó mà người

ta thường bẻ cành cây xanh xuống giếng để thu hết khí CO2, cung cấp khí O2, sau đó mới xuống giếng

Trước khi leo xuống giếng (kể cả giếng hay dùng) cũng phải có phương

án thử xem dưới giếng có khí độc không Cách đơn giản nhất là thắp một ngọn nến hoặc đèn dầu thòng dây thả dần xuống tới điểm sâu nhất có thể cách mặt nước một khoảng nhỏ, nếu ngọn nến vẫn cháy sáng bình thường là không khí dưới đáy giếng có thể duy trì sự hô hấp Cũng có thể cho một con gà hay một con chim vào trong lồng sau đó buộc dây thả dần xuống gần sát mặt nước giếng, nếu thấy con vật bị chết ngạt tức dưới giếng có nhiều khí CO2 không nên xuống

3.1.3 Tính khối lượng mol của khí A khi biết tỉ khối của khí A so với khí B hoặc tỉ khối của khí A so với không khí.

Ví dụ 1: (Bài tập 2 SGK HH8 trang 69)

Hãy tìm khối lượng mol của những khí:

a) Có tỉ khối đối với oxi là: 1,375; 0,0625

b) Có tỉ khối đối với không khí là: 2,207; 1,172

Hướng dẫn trả lời

a) Khối lượng mol của khí có tỉ khối đối với oxi là 1,375 là:

M = 1,375 32 = 44 (g) Khối lượng mol của khí có tỉ khối đối với oxi là 0,0625 là:

M = 0,0625 32 = 2 (g) b) Khối lượng mol của khí có tỉ khối đối với không khí là 2,207 là:

M = 2,207 29 ≈ 64 (g) Khối lượng mol của khí có tỉ khối đối với không khí là 1,172 là:

M = 1,172 29 ≈ 34 (g)

Nhận xét: Ta cũng hay gặp nhiều bài không yêu cầu tính khối lượng mol của khí A, nhưng ta phải tính khối lượng mol của A mới có thể tính ra đáp số bài toán.

Ví dụ 2: Tỉ khối của khí A đối với H2 bằng 40 Tỉ khối hơi của oxi đối với khí B bằng 0,5 Tính dA/B?

Hướng dẫn trả lời

25 , 1 64 80

) ( 64 5 , 0 : 32 );

( 80 2 40

/  











B A

B A

d

g M

g M

Ví dụ 3: Khí X có tỉ khối so với N2bằng 1,214 X là:

Hướng dẫn trả lời

) ( 34 28 214 ,

Mà M CO 28g;M CO 44g;M H S 34g;M SO 64g

2 2

 Suy ra X là H2S Chọn đáp án C

Ví dụ 4: Tính thể tích (đktc) của 8 gam khí A, biết tỉ khối hơi của A so với H2 là 32

Hướng dẫn trả lời

) ( 8 , 2 4 , 22 125 , 0 )

( 125 , 0 64

8 )

( 64 2

Ví dụ 5: Cho khí A và B có công thức lần lượt là NxOy và NyOx Tỉ khối hơi của

A so với H2 là 22, của B so với H2 là 23 Xác định công thức hóa học của A và B

Hướng dẫn trả lời

) ( 46 2 23 );

( 44 2

Ta có:

MA = 14x + 16y = 44 (g)

MB = 14y + 16x = 46 (g)

Giải hệ ta có: x = 2, y = 1

Vậy công thức hóa học của A là N2O, của B là NO2

3.2 Bài tập tính khối lượng mol trung bình và tỉ khối của hỗn hợp khí

3.2.1 Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí khi biết thành phần của hỗn hợp khí, từ đó tính tỉ khối của hỗn hợp khí A với khí B hay tỉ khối của các hỗn hợp khí.

Phương pháp

Xét hỗn hợp khí (X) chứa n

Khí X1 (M1) Khí X2 (M2)

Khí Xn (Mn) Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí X ( )��

��=�1�1+�2�2+ … +����

�1+�2+ … +�� Trong đó a1, a2, , an lần lượt là số mol hoặc thể tích các khí trong hỗn hợp (được đo trong cùng điều kiện và có cùng đơn vị)

Hoặc = M�� 1x1 + M2x2 + + MnXn

Với x1, x2, , xn lần lượt là phần trăm theo thể tích hoặc số mol các chất trong hỗn hợp X

Nếu xét hỗn hợp X gồm 2 khí thì:

= M1x + M2 (1 - x)

�� Với x là phần trăm theo thể tích hoặc số mol khí M1 trong hỗn hợp X

Ví dụ 1: Tính tỉ khối của hỗn hợp các khí sau đối với H2

a) Hỗn hợp X gồm 2 lít CO2 và 3 lít CH4

b) Hỗn hợp Y gồm 1 mol O2 và 4 mol N2

c) Hỗn hợp M gồm 8 lít CH4; 0,2 g H2; 3,36 lít O2

(thể tích các chất đều đo ở đktc)

Nhận xét: ở câu a và câu b các khí đều có đơn vị như nhau nên dễ dàng áp dụng các công thức trên để tính; ở câu c 3 khí có đơn vị khác nhau nên ta phải quy về cùng một đại lượng thể tích hoặc lượng chất (thường ta sẽ quy về lượng chất (mol)) để áp dụng công thức tính.

Hướng dẫn trả lời

2

2 , 27 )

( 2 , 27 3

2

16 3 44

.

2

2









M

b) ��=1.32 + 4.28 

2

8 , 28

2

/H  

X d

c) Nhận xét: trong trường hợp đề bài cho hỗn hợp nhiều chất với các đại lượng khác nhau thì ta nên quy về một đại lượng chung, thường là lượng chất (mol) Vì ở bài này hai chất đều có cùng đại lượng thể tích nên ta sẽ quy khí H 2 về thể tích.

= 2,24 (l)

��2=0,2.22,4

2

825 , 8 2

65 , 17

) ( 65 , 17 36

, 3 24 , 2 8

32 36 , 3 24 , 2 2 16 8

2













H

Y

Y

d

g M

Ví dụ 2: Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp Y so với hỗn hợp X Biết rằng hỗn hợp Y

gồm 1000,8 cm3 CO2 và 8,4 cm3 O2; hỗn hợp X gồm 25,2 cm3 C4H10 và 147 cm3

O2

Hướng dẫn trả lời

) ( 8 , 35 147

2 , 25

32 147 58 2 , 25

g







23 , 1 8 , 35

9 , 43

) ( 9 , 43 4

, 8 8 , 1000

32 4 , 8 44 8 , 1000

/  









X

Y

Y

d

g M

Lưu ý: không được tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí bằng cách cộng tổng khối lượng mol của các chất khí trong hỗn hợp.

3.2.2 Tính tỉ khối, khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí khi biết thành phần, tỉ lệ thể tích, tỉ lệ số mol các khí trong hỗn hợp

Ví dụ 1: Cho hỗn hợp N2 và O2 có tỉ lệ thể tích : 1 : 2 Tìm tỉ khối

2

V

của hỗn hợp đó đối với không khí?

Nhận xét: Với những bài toán cho tỉ lệ số mol (hay tỉ lệ thể tích) các khí, ta xem như số mol mỗi khí có giá trị bằng số theo tỉ lệ

Như ở ví dụ này ta xem như số mol N 2 là 1mol và số mol O 2 là 2 mol.

Hướng dẫn trả lời

057 , 1 29

67 , 30

) ( 67 , 30 2

1

2 32 1 28









kk hh

d

g M

Nhận xét: Trong hỗn hợp nhiều khí có cùng thể tích hoặc số mol thì xem như

tỉ lệ là 1:1 hoặc có thể giả sử số mol (hay thể tích) mỗi khí bằng 1 mol (hoặc 1 lít).

Ví dụ 2: Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp C3H6 và CO2 (có cùng số mol) đối với oxi

Hướng dẫn trả lời

344 , 1 32 43

) ( 43 1

1

44 42

2 ) 2 , 6 3 (

2 6 3

/

) , (















O

CO H C

CO H C

d

g M

Ví dụ 3: Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp đồng thể tích của (C3H8 và C4H8) đối với hỗn hợp đồng thể tích của (N2 và C2H4)

Hướng dẫn trả lời

) ( 50 1

1

56

44 )

, (







Vì N2 và C2H4đều có khối lượng mol là 28 nên M2 (N2,C2H4)  28 ( g )

786 , 1 28

50

2

/

1  

d

3.2.3 Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí khi các khí có cùng khối lượng

Phương pháp

Đối với trường hợp các khí trong hỗn hợp có cùng khối lượng, ta giả sử khối lượng mỗi khí trong hỗn hợp bằng 1 gam

Ví dụ 1: Tính tỉ khối hơi của hỗn hợp C3H8 và CO2 (có cùng khối lượng) đối với khí oxi

Hướng dẫn trả lời

Giả sử khối lượng mỗi khí bằng 1 gam

Ta có khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí:

16 , 1 32

05 , 37

) ( 05 , 37 32

1 44 1

1 1

2 2 8 3

2 8 3

/ , (

) , (















O O H C hh

O H C

d

g M