Một số phương pháp giải các bài tập hóa học như: phương pháp bảo toàn khối lượng, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp sử dụng các đại lượng trung bình, phương pháp biện luận...
Trang 1CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
Mục tiêu Giáo dục của nhà nước ta hiện nay là:“Giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân" Sự đổi mới về mục tiêu giáo dục cũng đòi
hỏi phải chuyển từ một nền giáo dục giúp người học "học được cái gì" sang học thì phải "làm được cái gì"
Hóa học là một môn khoa học tự nhiên, đòi hỏi sự logic, nhanh nhạy trong tư duy của học sinh Giải bài tập hóa học là lúc học sinh hoạt động tự lực để củng cố và trau dồi kiến thức hóa học của mình Bài tập hóa học cung cấp cho học sinh không chỉ kiến thức mà cả con đường để giành lấy kiến thức Do vậy, bài tập hóa học vừa là mục đích, vừa là nội dung, lại vừa
là phương pháp dạy học hiệu nghiệm
Một số phương pháp giải các bài tập hóa học như: phương pháp bảo toàn khối lượng, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp sử dụng các đại lượng trung bình, phương pháp biện luận là các phương pháp thường được đưa vào hướng dẫn cho học sinh trong quá trình dạy học nhất
là quá trình ôn thi học sinh giỏi ở cấp Trung học cơ sở
Tuy nhiên từ năm học 2015-2016, do đặc điểm bộ môn và nhằm đảm bảo chất lượng mũi nhọn Bộ phận chuyên môn Sở giáo dục và đào tạo Hòa Bình đã yêu cầu đưa phương pháp bảo toàn electron vào hướng dẫn cho học sinh tham gia ôn thi học sinh giỏi ở cấp Trung học cơ sở Việc nắm vững các lý thuyết và vận dụng phương pháp này một cách sáng tạo, khoa học vào giải bài tập hóa học là yêu cầu nghiêm túc và cũng là một thách thức lớn đối với đại đa số các em học sinh
Để “Giải bài tập hóa học bằng phương pháp bảo toàn electron” Việc
cần thiết mà người giáo viên phải làm là: hệ thống hoá, phân loại các dạng toán có thể giải bằng các phương pháp bảo toàn electron và giúp các em giải nhanh bài tập hướng đến mục đích hình thành tư duy giải các dạng bài tập thường gặp liên quan tới các phản ứng oxy hóa khử Từ đó hình thành cho các em kĩ năng giải các bài toán để đạt được kết quả tốt nhất
Trang 2Chính vì thế, tôi lựa chọn sáng kiến “Hướng dẫn học sinh cân bằng phương trình và giải bài tập bằng phương pháp thăng bằng electron trong quá trình ôn thi học sinh giỏi hóa 9” Qua đó học sinh có thể nhận dạng và
tìm cách giải cho mỗi dạng bài tập có liên quan đến các phản ứng oxy hóa khử Nhằm nâng cao chất lương dạy - học và phục vụ công tác ôn thi học sinh giỏi lớp 9 môn Hóa học
Trang 3CHƯƠNG II: NỘI DUNG
I Cơ sở lí luận:
1 Cơ sở lí luận.
Sự phát triển kinh tế – xã hội trong bối cảnh toàn cầu hoá đặt ra những yêu cầu mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mới cho sự nghiệp giáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực Một trong những định hướng cơ bản của việc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang một nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo của người học
Hóa học là một môn khoa học vừa lý thuyết, vừa thực nghiệm cung cấp cho học sinh những tri thức khoa học phổ thông, cơ bản về các chất, sự biến đổi các chất Giải bài tập hóa học là lúc học sinh hoạt động tự lực để củng cố và trau dồi kiến thức hóa học của mình.Trong mỗi bài toán hóa học
có rất nhiều phương pháp để giải Tuy nhiên, mỗi bài toán điều có một phương pháp nào đó để tìm ra kết quả nhanh nhất
II Thực trạng.
Giải bài tập hóa học bằng phương pháp bảo toàn electron thường có liên quan mật thiết tới các phản ứng oxy hóa khử Ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của chất oxi hoá và chất khử thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng Phương pháp này đặc biết lý thú với các bài toán phải biện luận nhiều trường hợp có thể xảy ra ở các bài toán hỗn hợp Tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho hệ phương trình phản ứng oxi hoá khử và thường dùng giải bài toán vô cơ
Trong chương trình Hóa học Trung học cơ sở không đưa vào nội dung hướng dẫn học sinh cân bằng phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp thăng bằng electron Nội dung này hiện nay đang được giảng dạy
Trang 4trong chương trình Hóa học lớp 10 Trung học phổ thông Chương trình Hóa học lớp 8 có đưa vào bài 32
“ Phản ứng oxi hóa – khử” nhằm giúp học sinh nhận biết về dạng phản ứng này Nhưng từ tháng 8 năm 2011 nội dung bài 32 đã được đưa vào nội dung giảm tải không thực hiện giảng dạy đại trà Từ thực tế trên việc hướng dẫn cho học sinh phương pháp “Giải bài tập hóa học bằng phương pháp bảo toàn electron” gặp nhiều khó khăn Vì vậy phương pháp này bước đầu tôi chỉ đưa vào hướng dẫn cho học sinh khá, giỏi trong quá trình ôn thi học sinh giỏi
III Các biện pháp:
1 Hướng dẫn học sinh cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron.
1.1 Nguyên tắc
Trong phản ứng oxi hoá - khử luôn tồn tại đồng thời chất oxi hoá (chất nhận electron) và chất khử (chất nhường electron) Số e mà chất khử nhường luôn bằng số e mà chất oxi hoá nhận
1.2 Các bước cân bằng phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp thăng bằng electron
- Xác định số oxi hoá của những nguyên tố thay đổi số oxi hoá
+Số oxi hóa của các đơn chất bằng không:
Ví dụ: Na; Cl2; S; O2 số oxi hóa luôn bằng không
+ Kim loại có số oxi hóa (+) có trị số bằng đúng hóa trị của nó.(1) + Hidro có số oxi hóa = (+1) (2) + Oxi thường có số oxi hóa = (-2) (3) + Các phi kim có số oxi hóa được tính theo sự ưu tiên theo thứ tự trên Sao cho tổng số oxi hóa trong hợp chất = 0
Ví dụ: Trong công thức H2SO4 các nguyên tố có số oxi hóa là
H2SO4 vì 2.(+1) + 1.(+6) + 4.(-2) = 0
Số oxi hóa của S tính theo số oxi hóa của Hidro và Oxi
(+1) (+6) (-2)
Trang 5+ Tổng số oxi hóa của một ion bằng điện tích của ion đó.
Ví dụ: NH4+ : H có số oxi hóa (+1) => N có số oxi hóa(- 3)
Vì 1.(-3) + 4.(+1) = +1
NO3 – : O có số oxi hóa(-2), N có số oxi hóa(+5) => 1.(+5) + 3.(-2) = -1
- Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình:
+ Dấu "+e" đặt bên có số oxi hoá lớn
+ Số e = số oxi hoá lớn - số oxi hoá bé
+ Nhân cả quá trình với chỉ số của nguyên tố thay đổi số oxi hoá nếu chỉ số khác 1 (với các đơn chất có thể chấp nhận giữ nguyên chỉ số)
- Tìm hệ số thích hợp sao cho tổng số e cho bằng tổng số e nhận:
+ Tìm bội chung nhỏ nhất của số e nhường và nhận
+ Lấy bội chung nhỏ nhất chia cho số e ở từng quá trình được hệ số
- Đặt hệ số của chất oxi hoá và chất khử vào sơ đồ phản ứng và kiểm tra lại
Bài toán liên quan đến cân bằng phản ứng oxi hoá - khử trong đề thi thường được hỏi ở dạng: hệ số các chất trong phương trình (sau khi cân bằng ở dạng số nguyên tối giản) là ; hệ số của chất oxi hoá (chất khử) là ; tỉ lệ hệ số
* Các bước cân bằng:
+ Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng với các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa
+ Bước 2: Viết các quá trình: khử (cho electron), oxi hóa (nhận electron)
+ Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để:
Tổng số electron cho = tổng số electron nhận
(tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng)
+ Bước 4: Cân bằng nguyên tố không thay đổi số oxi hoá (thường theo thứ tự:
Kim loại (ion dương):
Gốc axit (ion âm)
Trang 6Môi trường (axit, bazơ).
Nước (cân bằng H2O để cân bằng hiđro)
+ Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau)
1.3 Ví dụ cụ thể.
Mg + HNO2 -> Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
Chất khử: Mg
Chất Oxi hóa: N (trong HNO3)
Quá trình Oxi hóa: Mg(0) - 2e -> Mg(+2)
Quá trình khử: N(+5) + 8e -> N (-3)
Kết quả: Ta có phương trình
4Mg + 10HNO3 -> 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 6 H2O
1.4 Phân dạng
Học sinh phải nắm vững kiến thức lý thuyết về các phản ứng hóa học
Nắm vững các qui tắc xác định số oxi hóa là phương pháp cơ bản nhất và xác định thành thạo số oxi hóa là bước quan trọng nhất trong việc cân bằng phương trình oxi hóa - khử
Áp dụng tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận trong 1 phương trình oxi hóa- khử
Dạng 1: Phản ứng oxi hóa-khử không có môi trường
Ví dụ 1: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 2: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Trang 7Ví dụ 3: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Dạng 2: Phản ứng oxi hóa-khử có môi trường
Ví dụ 1: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 2: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 3: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Trang 8Ví dụ 4: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Dạng 3: Phản ứng tự oxi hóa-khử và phản ứng oxi hóa –khử nội phân tử
Phản ứng tự oxi hóa - khử:
Ví dụ 1: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Phản ứng oxi hóa –khử nội phân tử:
Ví dụ 1: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Trang 9Dạng 4: Phản ứng oxi hóa - khử phức tạp
Chất khử (hai nguyên tố) và một chất oxi hóa:
Ví dụ 1: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 2: Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Một chất khử và hai chất oxi hóa:
Ví dụ : Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Dạng 5: Phản ứng oxi hóa –khử có hệ số bằng chữ
Trang 10Ví dụ 1 : Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 2 : Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Dạng 6: Phản ứng oxi hóa - khử dạng ion thu gọn
Ví dụ 1 : Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Ví dụ 2 : Cân bằng phương trình oxi hóa –khử bằng phương pháp thăng bằng electron
Trang 112 Hướng dẫn học sinh giải bài tập bằng phương pháp thăng bằng electron.
2.1 Lưu ý khi vận dụng định luật bảo toàn electron
Khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử trong một hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số electron của các chất khử cho phải bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận Tức là, tổng số mol electron nhường bằng tổng số mol electron nhận
Khi vận dụng định luật bảo toàn electron, cần lưu ý:
Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất oxi hóa hoặc chất khử mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian, thậm chí không cần quan tâm đến việc cân bằng các phương trình phản ứng Phương pháp này đặc biệt lý thú đối với các bài toán cần phải biện luận nhiều trường hợp có thể xảy ra
Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng
số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron
2.2 Các dạng bài tập có thể vận dụng định luật bảo toàn electron.
Đối với phương pháp này chúng ta có thể vận dụng để giải những dạng bài tập sau:
Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) không có tính oxi hoá (HCl, H2SO4 loãng …)
Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hoá (HNO3, H2SO4 đặc, nóng …) tạo một khí hoặc hỗn hợp khí; Oxit kim loại (hoặc hỗn hợp oxit kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hoá (HNO3, H2SO4 đặc, nóng …)
Trang 12Các bài toán liên quan tới sắt (điển hình là bài toán để sắt ngoài không khí); Bài toán nhúng kim loại vào dung dịch muối
Nói chung bất kì bài toán nào liên quan tới sự thay đổi số oxi hoá đều có thể giải được bằng phương pháp này
Vận dụng định luật bảo toàn electron với dạng toán kim loại tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc, nóng.
Dạng 1: Bài toán cho một kim loại (hoặc hỗn hợp các kim loại) tác dụng
với dung dịch axit HNO3 loãng, dung dịch axit HNO3 đặc, nóng cho ra hỗn hợp khí hợp chất của nitơ như NO2, NO, N2O, N2, hoặc NH3 (tồn tại dạng muối NH4NO3trong dung dịch)
Khi g p b i t p d ng n y c n l u ý:ặp bài tập dạng này cần lưu ý: ài tập dạng này cần lưu ý: ập dạng này cần lưu ý: ạng này cần lưu ý: ài tập dạng này cần lưu ý: ần lưu ý: ưu ý:
Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng thì thu được hỗn hợp gồm 0,015 mol khí N2O và 0,01mol khí NO (phản ứng
không tạo NH4NO3)
Giá trị của m là: A 13,5 gam B 1,35 gam C 0,81 gam D 8,1 gam
Gi i:ải:
Trang 13Ví dụ 2: Hoàn tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1) bằng
HNO3 thu được V lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO, NO2 Tỉ khối của X so với H2 là 19
Giá trị V là: A 5,6 B 2,8 C 11,2 D 8,4
Gi i:ải:
Dạng 2: Cho một kim loại (hoặc hỗn hợp các kim loại) tác dụng với dung
dịch axit H2SO4 đặc nóng cho sản phẩm là khí SO2 (khí mùi sốc), S (kết tủa màu vàng), hoặc khí H2S (khí mùi trứng thối)
Khi gặp bài tập dạng này cần lưu ý:
Kim loại có nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với dung dịch axit H2SO4đặc nóng sẽ đạt số oxi hóa cao nhất
Hầu hết các kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) khi
đó S+6trong H2SO4 đặc nóng bị khử về các mức oxi hóa thấp hơn trong những sản phẩm như là khí SO2, H2S hoặc S
Mốt số kim loại như Al, Fe, Cr, …thụ động trong H2SO4 đặc nguội
S n ph m g m:ải: ẩm gồm: ồm:
Trang 14Tính khối lượng muối sunfat thu được khi hoà tan hết hỗn hợp các kim loại bằng H2SO4 đặc, nóng giải phóng khí SO2, S, H2S thì
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 11,9 g hỗn hợp gồm Al và Zn bằng H2SO4 đặc nóng thu được 7,616 lít SO2 (đktc), 0,64 g S và dung dịch X
Khối lượng muối trong dung dịch X là: A 50,3 g B 30,5 g C 35,0 g D 30,05 g
Gi i:ải:
IV Hiệu quả của sáng kiến.
1 Quá trình áp dụng thử sáng kiến:
Bắt đầu từ tháng 9 năm học 2015 - 2016 tôi đã tiến hành thực
nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra hiệu quả của giải pháp đưa ra ở mục III trong quá trình dạy học và ôn thi học sinh giỏi lớp 9 ở trường THCS Bãi Lạng
Do hạn chế về thời gian, thời điểm và điều kiện cho phép nên tôi mới chỉ tiến hành thực nghiệm được ở một phạm vi nhỏ hẹp như sau:
Trang 15Năm học Đối tượng áp dụng sáng kiến
10 học sinh lớp 8
5 học sinh lớp 8 Đối với mỗi nhóm đối tượng tôi tìm hiểu kết quả học tập của các em khi vào đầu năm học và quá trình dạy trực tiếp trên lớp thì thấy lực học của các em trong nhóm thuộc nhóm học sinh có lực học khá, giỏi Khả năng nhận thức của các nhóm tương đối đều nhau
Trong giờ bài tập với mỗi dạng bài tập tôi trang bị cho HS kiến thức
về 2 vấn đề: Kiến thức lí thuyết và phương pháp giải cụ thể Tiếp đó là bài tập ví dụ và cuối cùng là bài tập vận dụng theo hướng từ dễ đến khó, từ cơ bản đến nâng cao, để học sinh rèn luyện các kĩ năng giải bài tập một cách thành thạo
2 Kết quả.
Khi áp dụng sáng kiến trong thời gian từ tháng 9 năm 2015 đến hết tháng 4 năm 2018 Đối với từng nhóm tôi cho 1 bài kiểm tra 15 phút và một bài kiểm tra 45 phút
Đề bài kiểm tra 45 phút (nhóm học sinh lớp 9)
Bài 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố N, S, Zn, Cr, Na, Fe trong
các chất và ion sau:
a) NH 4 + , Li 3 N, HNO 2 , HNO 3 , NO 3 - , KNO 3
b) Na 2 S, H 2 S, S, SO 2 , H 2 SO 3 , SO 3 , H 2 SO 4 , SO 4
c) Zn, ZnCl 2 , ZnO, Zn 2+ , ZnO 2
d) Cr, CrCl 2 , Cr 2 O 3 , Cr 2 SO 4 , CrO 3 , K 2 Cr 2 O 7
Bài 2: Cân bằng các phản ứng oxi hóa – khử sau đây theo phương
pháp thăng bằng electron.
Trang 162 Mg + HNO 3 → Mg(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O
Bài 3: Cho 19,2 g Cu tác dụng hết với dung dịch HNO 3 Tất cả lượng khí NO sinh ra đem oxi hóa thành NO 2 rồi sục vào nước cùng với dòng khí oxi để chuyển hết thành HNO 3 Tính thể tích oxi (đktc) đã tham gia vào quá trình trên.
Tôi chấm bài của học sinh đã được chọn để đánh giá kết quả Sau đó tôi đối chiếu với kết quả mà mình đã tìm hiểu trước khi triển khai sáng kiến
0
1
2
3
4
5
6
7
Giỏi Khá Trung bình Yếu
Năm 2015-2016 Năm 2016-2017 Năm 2017-2018
Tỉ lệ Học sinh đạt điểm giỏi, khá, trung bình, yếu ở 3 nhóm có sự chênh lệch rõ ràng từ năm 2015-2016 đến năm 2017-2018 Học sinh đã cân bằng được các phản ứng hóa học phức tạp
Nhận thấy kết quả áp dụng sáng kiến năm 2015-2016 không cao Tôi đã tách nội dung hướng dẫn phương pháp này thành hai mảng riêng biệt là: cân bằng phương trình nhằm giúp học sinh nhận biết quá trình cho electron và quá trình nhận electron rồi đưa vào hướng dẫn cho học sinh từ lớp 8, mảng thứ hai là giải bài tập định lượng áp dụng định luật bảo toàn
