một số kinh nghiệm trong sử dụng phương trình ion thu gọn khi giải bài toán hóa học thpt

MỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPTMỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPTMỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPTMỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPTMỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPT

MỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION

THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPT

A ĐẶT VẤN ĐỀ

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong thực tế giảng dạy bộ môn Hóa học ở TTGDTX ,tôi nhận thấy học sinh ở GDTX các em học rất yếu, do việc tuyển sinh vào, trường không được tuyển chọn.Khả năng tiếp thu bài cũng như sự tư duy của các em rất hạn

chế.Khi vào trường kiến thức ở lớp dưới hầu như các em không còn nhớ gì,đặc biệt môn Hóa học.Vì vậy việc giải bài tập Hóa học của các em gặp rất nhiều khó khăn.Thông qua các bài dạy,tôi đã cố gắng củng cố, hệ thống hóa lại các kiến thức hóa học cơ bản để giúp các em rèn luyện kỹ năng tư duy và vận dụng kiến thức để giải các bài tập hóa học thông thường,nhưng chất lượng vẫn còn thấp Trong quá trình học nhiều em chưa hiểu bản chất của phương trình hóa học không biết phương pháp giải bài tập Hóa Học Một số em có hứng thú học bộ môn nhưng vẫn rất lúng túng khi giải bài tập,nhiều bài toán rất đơn giản mà các

em giải mất quá nhiều thời gian ,nhưng kết quả lại không đúng.Đó là do các em không nắm được phương pháp giải.Một bài toán hóa học không phải chỉ viết đầy đủ các PTHH theo đề bài cho là giải được kết quả, mà còn phải hiểu rõ bản chất của phản ứng qua phương trình ion thu gọn.Thí dụ các phản ứng giữa hỗn hợp các dung dịch bazơ vói dung dịch axit đều có chung một phương trình ion thu gọn là :

H+ + OH ─  H2O

Vì vậy việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài toán hóa học có ý nghĩa rất quan trọng.Đặc biệt hiểu rõ bản chất của phương trình ion thu gọn trong các trường hợp nhiều phản ứng xảy ra cùng bản chất là rất cần thiết.Việc sử dụng

giải nhanh khi làm bài tập trắc nghiệm.Để giúp học sinh giải bài toán hóa học có hiệu quả cao nắm được bản chất và cách giải bài toán theo phương pháp thích hợp,

tôi chọn đề tài: “MỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG SỬ DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION THU GỌN KHI GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC THPT”

II MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

1 Về kiến thức và kỹ năng

- HS nắm chắc cách viết phương trình ion thu gọn

- Từ phương trình ion thu gọn,hiểu bản chất phản ứng hóa học

- Biết vận dụng phương trình ion thu gọn để giải bài toán hóa học phù hợp

2 Yêu cầu của đề tài

Học sinh biết cách sử dụng phương trình ion thu gọn để giải nhanh bài toán hóa học

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện trên cơ sở bản thân đúc rút kinh nghiệm qua nhiều năm giảng dạy bộ môn Hóa học ở trung tâm GDTX và qua các đợt học chuyên đề trao đổi kinh nghiệm với các đồng nghiệp.Trong quá trình thực hiện tôi đã vận dụng nhiều hình thức khác nhau như: trò chuyện cùng học sinh,kèm cặp gần gũi bảo ban các em, ra bài tập cho các em làm, kiểm tra đánh giá kết quả làm bài của các em Ngoài ra,bản thân còn kết hợp nghiên cứu tài liệu, các đề thi ĐH-

CĐ ở các năm trước,xem các thông tin hỗ trợ kiến thức

B NỘI DUNG VÀ BIỆN PHÁP

I CƠ SỞ LÝ LUẬN

Phương trình ion là phần rất quan trọng trong bộ môn Hóa học,đặc biệt dùng phương trình ion thu gọn để giải nhanh và chính xác bài toán trắc nghiệm hóa học.Các dạng toán nên áp dụng phương trình ion là:

Những bài toán có nhiều phản ứng xảy ra cùng bản chất như:

-Phản ứng trung hòa, phản ứng trao đổi,…

- Kim loại với hỗn hợp axit HCl,dd H2SO4

hoặc hỗn hợp axit HNO3+H2SO4

- Nhiều bazơ với Al, Al3*,H*

- Oxit axit với hỗn hợp bazơ

-Kim loại với dd (NO3 ─ + H+)

II CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN

Giải bài toán hóa học là cơ sở rèn luyện trí thông minh của học sinh, giáo dục cho học sinh tinh thần kiên trì,bền bỉ khắc phục khó khăn củng cố và mở rộng kiến thức Trong quá trình giải các bài toán,học sinh phải phân tích, tổng hợp, kiến lập mối quan hệ giữa các hiện tượng hóa học, giữa các đại lượng đo lường giữa lý thuyết với thực hành, kiến lập giữa các môn có liên quan:

toán,lý,hóa, Có nhiều kiểu,nhiều loại bài tập mỗi kiểu,mỗi loại có cách giải khác nhau.Để học sinh biết vận dụng phương trình ion thu gọn giải nhanh bài toán hóa học , cần có các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Chuẩn bị đầy đủ các kiến thức hóa học cơ bản cho học sinh theo

yêu cầu của chương trình dạy Học sinh học qua từng phần, từng chương của chương trình nắm vững cách viết PTHH,từ đó viết phương trình ion thu

gọn,hiểu bản chất của phương trình: nhiều phương trình phân tử có thể có cùng phương trình ion thu gọn

Tiếp theo GV hướng dẫn HS làm một số bài tập mẫu cụ thể:

Dạng 1: Bài toán hỗn hợp dung dịch nhiều bazơ tác dụng với axit:

-Phương pháp: sử dụng phương trình ion thu gọn: H+ + OH─  H2O

Tính số mol H+ hoặc số mol OH─

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm 2 kim loại kiềm và 1 kim loại kiềm thổ hòa tan hết

vào nước được dd Y và 0,12 mol H2 Tính thể tích dd H2SO4 0.5M cần trung hòa

A.120ml B.60ml C.180ml D.240ml

Hướng dẫn

Cần phân tích cho HS thấy được kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ đều tan hết vào nước được dd Y là dd bazơ, ta gọi M là kim loại tương đương của các kim loại trên và m là hóa trị tương ứng của M, ta có:

M + m H2O  M(OH)m + m2 H2 (1)

Từ (1) suy ra nOH─ = 2nH2 = 0,24 mol

2M(OH)m + m H2SO4  M2(SO4)m +m H2O (2)

Từ (2) ta có phương trình ion thu gọn là:

H+ + OH─  H2O (3)

Từ (3)  nH+ = nOH─ = 0,24 mol

Số mol H2SO4 = 21 nH+ = 0,12 mol

Vậy thể tích dd H2SO4 cần dùng là : 00,12,5 = 0,24 (lit) hay 240 ml

Chọn đáp án D

Qua bài giải này phân tích cho HS thấy phản ứng (2) là phản ứng trung hòa , trong trường hợp này ta chỉ cần hiểu rõ bản chất của phản ứng,thực chất là sự tác dụng của H+ với OH─ tạo ra H2O.Với bài toán này,nếu các em cứ viết đầy đủ các PTHH theo đề bài ra mà không vận dụng phương trình ion thu gọn

thì sẽ không thể giải ra kết quả

Ví dụ 2: Dung dịch X chứa hỗn hợp KOH và Ba(OH)2 có nồng độ tương ướng

là 0.2M và 0,1M.Dung dịch Y chứa hỗn hợp H2SO4 và HCl có nồng độ lần lượt

là 0,25M và 0,75M.Thể tích dd X cần để trung hòa vừa đủ 40ml dd Y là:

A 0,063 lít B O,125 lít

C 0,15 lít D 0,25 lít

Với bài toán này nếu các em viết đày đủ 4 PTHH , rồi lập hệ và giải như bài toán hỗn hợp khác sẽ rất phức tạp và không cho kết quả đúng

GV phân tích cho các em thấy rằng đây là bài toán hỗn hợp các axit tác dụng với hỗn hợp các bazơ ,thì PT ion thu gọn là gì? GV gợi ý cho các em và hướng dẫn các em làm bài

Hướng dẫn: Gọi V là thể tích dd X cần dùng,từ đó suy ra số mol OH- phải dùng

để trung hòa 40ml dd Y là:

nOH─ = nKOH + 2nBa(OH)2 = 0,2V + 2 0,1V =0,4V (mol)

nH+ = 2nH2SO4 + nHCl = 2 0,25.0,04 + 0,75 0,04 = 0,05 (mol)

PT ion thu gọn của các phản ứng là:

H+ + OH─  H2O

0,05 o,4V

Suy ra 0,05 = 0,4V  V = 0,125(lit) Chọn đáp án B

Ví dụ 3: Trộn 100 ml dd KOH có pH = 12 với 100 ml dd HCl 0,012M.

pH của dd sau khi pha trộn là:

A pH = 3 B pH = 4

C pH = 8 D pH = 11

Hướng dẫn:

Theo bài cho pH = 12  OH  = 10-2 M

 nOH─ = 0,1 10─2 = 10─3 mol

nH+ = 0,1 0,012 = 0,0012 mol

Phản ứng có PT ion thu gọn sau:

H+ + OH─  H2O

0,0012 0,001

 nH+ dư = 0,0012 ─ 0,001 = 0,0002 (mol)

Thể tích dd sau khi trộn = 100ml +100ml = 200ml hay 0,2 lít

Vây H  = 0,00020,2 = 0,001 hay 10─3  pH = 3 Chọn đáp án A

Ví du 4 : Câu 1-Mã đề 596-Đề ĐH-CĐ- Khối A- Năm 2010

Dung dịch X có chứa 0,07 mol Na+ ; 0,02 mol SO42─ và x mol OH─ Dung dịch

Y có chứa ClO4─ ; NO3─ và y molH+ ,tổng số mol ClO4─ và NO3─ là 0,04 Trộn

X và Y được 100 ml dd Z , dd Z có pH ( bỏ qua sự điện li của nước) là:

A 1 B 2 C 12 D 13

Hướng dẫn:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:

Tổng điện tích dương = tổng điện tích âm, ta có:

Trong dd X: 0,07 = 0,02 2 + x  x = 0,03 (mol)

Trong dd Y :  y = 0,04 (mol)

Theo bài ra,ta có PT ion : H+ + OH─  H2O

0,03 0,03 (mol)

 nH+ dư = 0,04 ─ 0,03 = 0,01 (mol)

 H  = 00,01,1 =0,1M = 10─1M  pH = 1 Đáp án A

Ví dụ 5: Cho 100 ml dung dịch hỗn hợp A gồm H2SO4 0,015M; HCl 0,03 M; HNO3 0,04 M.Thể tích dung dịch NaOH 0.2 M cần để trung hòa hết 200 ml dung dịch A là:

A 0,02 lit B 0,1 lít

C 0,15 lít D 0,25 lít

Hướng dẫn:

Theo đề bài,ta có:

nH2SO4 = 0,0015 mol; nHCl = 0,003 mol ; nHNO3 = 0,004 mol

∑nH+ = 2 0,0015 + 0,003 + 0,004 = 0,01 (mol)

 nH+ trong 200ml dung dịch là: 0,02 mol

Phương trình ion thu gọn : H+ + OH─  H2O

0,02  0,02 (mol)

 V = 00,,022 = 0,1 (lit) Chọn đáp án B

Dạng 2: Kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp axit HCl, H 2 SO 4

Phương pháp: sử dung phương trình ion thu gọn có dạng:

M + n H+  Mn+ + 2n H2

Ví dụ 1: Cho m gam hỗn hợp Mg,Al vào 250ml dd X chứa chứa hỗn hợp HCl

1M và H2SO4 0,5 M thu được 5,32 lít H2 (đktc) và dd Y ( coi thể tích dd không đổi) Dung dịch Y có pH là:

A 1 B.6

C 7 D 2

( Trích đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ – Khối A- 2007-Câu 40-Mã 182)

Hướng dẫn

Theo đề cho: nHCl = 0,25 mol ; nH2SO4 = 0,125 mol

 nH+ = nHCl + 2nH2SO4 = 0,25 + 2 0,125 = 0,5 (mol)

nH2(tạo thành) = 225,32,4 = 0,2375 mol

PT ion của các phản ứng:

Mg + 2H+  Mg2+ + H2

Al + 3 H+  Al3+ +

2

3

H2

Theo phản ứng : nH+ dư = 0,5 – 2 0,2375 = 0,025 (mol)

 H  = 00,,02525 = 0,1M  pH =1 Chọn đáp án A

Dạng 3: Kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp( HNO 3 ,H 2 SO 4 đặc)

Phương pháp: sử dụng các phương trình ion thu gọn dạng:

3 M + 4n H+ + n NO3─  3 Mn+ + n NO + 2n H2O (1)

M + 2n H+ + n NO3─  Mn+ + n NO2 + n H2O (2)

2M + 4n H+ + n SO42─ → 2Mn+ + n SO2 + 2n H2O (3)

Ví dụ 1:Hòa tan 0,1 mol Cu trong 120 ml dd X gồm HNO3 1M và H2SO4

0,5M Sau khi phản ứng kết thúc thu được V lít khí NO duy nhất (đktc) Giá trị của

V là:

A 1,344 lít B 1,49 lít

C 0,672 lít D 1,12 lít

Hướng dẫn:

Theo bài cho: dd X có: số mol HNO3 = 0,12 mol;

số mol H2SO4 = 0,06 mol

 Tổng nH+ = 0,12 +2 0,06 = 0,24 mol ; nNO3─ = 0,12 mol

Phương trình ion thu gọn:

3 Cu + 8 H+ + 2 NO3─ → 3 Cu2+ + 2 NO  + 4 H2O

Ban đầu: 0,1 0,24 0,12 (mol)

Phản ứng: 0,09  0,24 → 0,06 → 0,06 (mol)

Sau p/ứng: 0,01(dư) 0 0,06(dư) 0,06 (mol)

Như vậy sau khi kết thúc phản ứng thu được thể tích NO là:

V = 0,06 22,4 = 1,344 lít Đáp án A

Ví dụ 2: Cho 12,9 gam hỗn hợp Al và Mg Phản ứng với dung dịch hỗn hợp 2

axit HNO3 và H2SO4(đặc nóng) thu được 0,1mol mỗi khí SO2;NO ; NO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng khối lượng muối khan thu được là:

A 31,5 gam B 37,7 gam

C 47,3 gam D 34,9 gam

Hướng dẫn:

Theo bài cho,ta có phương trình phản ứng tổng quát dạng ion sau:

3 M + 4n H+ + n NO3─  3 Mn+ + n NO + 2n H2O (1)

M + 2n H+ + n NO3─  Mn+ + n NO2 + n H2O (2)

2M + 4n H+ + n SO42─ → 2Mn+ + n SO2 + 2n H2O (3)

Từ (1);(2);(3) ta có:

Số mol NO3─ tạo muối = 3 số mol NO + số mol NO2

= 3 0,1 + 0,1 = 0,4 (mol)

Số mol SO42─ tạo muối = số mol SO2 = 0,1 mol

→ mmuối = mkim loại + mNO3─ + mSO42─

= 12,9 = 0,4 62 + 0,1 96 = 47.3 (gam) Đáp án C

Dạng 4: Bài toán tạo thành chất kết tủa

Ví dụ 1 : Dung dịch A gồm 5 ion: Mg2+ ,Ca2+ ,Ba2+ 0,1 mol Cl─ và 0,2 mol NO3─ Thêm từ từ dung dịch K2CO3 1M vào dung dịch A đến khi được lượng kết tủa lớn nhất thì thể tích dung dịch K2CO3 cho vào là:

A 300ml B 250ml C 200ml D 150ml

Hướng dẫn:

Gọi ion đại diện Mg2+, Ca2+,Ba2+ là M2+ : x mol

Theo bảo toàn điện tích: 2.x = 0,1 + 0,2 = 0,3  x =0,15( mol)

Phương trình ion thu gọn: CO32─ + M2+ → MCO3

0,15  0,15mol

Số mol K2CO3 = số mol CO32─ = 0,15 mol

 V dd K2CO3 = 0,115 =0,15(lit) hay 150ml Đáp án D

Ví dụ 2: Hòa tan hết hỗn hợp gồm 1 kim loại kiềm và 1 kim loại kiềm thổ trong

nước được dd A và có 1,12 lít khí H2 bay ra(đktc) Cho dd chứa 0,03 mol AlCl3

vào dung dich A khối lượng kết tủa thu được là:

A 0,78 gam B.1,56 gam

C 0,81 gam D 2,34 gam

Hướng dẫn:

Phản ứng của kim loại kiềm và kiềm thổ với nước:

M + n H2O → M(OH)n + 2n H2

Từ phương trình ta có: nOH─ = 2nH2 = 2 221,12,4 = 0,1 mol

Dung dịch A tác dụng với 0,03 mol AlCl3:

Al3+ + 3OH─ → Al(OH)3 

Ban đầu 0,03 0,1

Phản ứng 0,03 0,09 0,03 (mol)

 nOH─(dư) = 0,01 (mol)

Tiếp tục hòa tan kêt tủa theo phương trình:

Al(OH)3 + OH─  AlO2─ + 2 H2O

0,01  0,01 (mol)

 số mol Al(OH)3 kết tủa còn: 0,03 ─ 0,01 = 0,02 (mol)

Vậy khối kết tủa thu được là: 0,02 78 = 1,56 (gam)

Đáp án B

Dạng 5: Oxit axit tác dụng với dung dịch hỗn hợp các bazơ

Phương pháp: sử dụng phương trình ion thu gọn dạng:

CO2 + OH─  HCO3─ (1)

CO2 + 2OH  CO22─ + H2O (2)

Ví dụ 1 : Cho 56ml CO2 (đktc) hấp thụ hết vào 1 lit dd chứa NaOH 0,02M và Ba(OH)2 0,02M Khối lượng kết tủa thu được là:

A 0,0432g B 0,4925g

C 0,2145g D 0,0871g

Hướng dẫn:

Theo bài ra,ta có: nCO2 = 2240056 = 0,0025 mol

nOH─ = nNaOH + nBa(OH)2 = 0,02 + 2 0,02 = 0.06 mol

số mol CO2 : số mol OH─ = 0,0025 : 0,06 = 0,041666 < 0,5

 phản ứng chỉ tạo muối trung hòa

PT ion: CO2 + Ba2+ + 2OH─ → BaCO3 + H2O

0,0025 0,02 0,0025

Vậy khối lượng kết tủa thu được là :

0,0025 197 = 0,4925 (gam) Đáp án B

Ví dụ 2: Cho 2,688 lít CO2(đktc) hấp thụ hoàn toàn bởi 2000 ml dung dịch gồm NaOH 0,1M và Ca(OH)2 0,01M Tổng khối lượng các muối thu được là:

A 12,6g B 0,2g C 10,6g D 13,4g

Hướng dẫn:

Theo đề bài,ta có: nCO2 = 222,688,4 = 0,12 (mol)

nOH─ = nNaOH + nCa(OH)2 = 2 0,1 = 2 2 0,01 = 0,24 (mol)

 số mol OH─ : số mol CO2 = 0,24 : 0,12 =2

 p/ứng tạo muối trung hòa và vừa đủ

Phương trình ion thu gọn:

CO2 + 2OH─ → CO32─ +H2O

0,12 0,24 0,12 (mol)

 m muối = mNa+ +mCa2+ + mCO32─

= 0,2 23 + 2 0,01 40 + 0,12 60 = 12,6 (gam) Đáp án D

Các dạng khác

Ví dụ : Câu 46- Mã đề 596- Đề ĐH-CĐ- Khối A- Năm 2010

Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30 ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch chứa

Na2CO3 0,2M và NaHCO3 0,2M Sau phản ứng thu được số mol CO2 là :

A 0,030 B 0,010

C 0,020 D 0,015

Hướng dẫn:

Theo đề bài: nHCl = 0,3 1 = 0,03 (mol)  nH+ = 0,03 mol

nNa2CO3 = 0,1 0,2 = 0,02 (mol)  số mol CO32─ = 0,02 mol

nNaHCO3 = 0,1 0,2 = 0,02 (mol)  số mol HCO3─ = 0,02 mol

Phương trinh: H+ + CO32─ → HCO3─ (1)

Ban đâu 0,03 0,02 (mol)

Phản ứng 0,02  0,02 (mol)

Sau p/ứng 0,01 0

Tiếp tục có phản ứng: H+ + HCO3─  CO2 + H2O (2)

0,01 mol  0,01 mol

Như vậy sau phản ứng thu được số mol CO2 là : 0,010 mol Đáp án B

Kết luận: Qua các ví dụ và các bài tập cụ thể,GV củng cố các kiến thức cho

HS Cho HS nhận xét cách giải của từng bài tập , từ đó phân loại được các bài tập,biết chọn dạng bài tập để giải cho phù hợp và nhanh hơn, chính xác hơn.GV cho HS biết rằng không phải bài tập nào cũng có thể giải được bằng phương pháp này mà tùy yêu cầu của đề bài cho mà lựa chọn phương pháp giải nhanh nhất

Khi sử dụng phương trình ion thu gọn cần lưu ý:

- Chất điện li mạnh được viết dưới dạng ion như: Axit mạnh, bazơ mạnh, hầu hết các muối

- Các chất không điện li hoặc các chất điện li yếu viết dưới dạng phân tử như: Axit yếu,bazơ yếu