BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ---o0o---LÊ THỊ TÚ ANH Tiểu luận BIÊN SOẠN BÀI TOÁN HÓA HỌC CÓ THỂ GIẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI ĐỂ RÈN LUYỆN TƯ DUY CHO HỌC SINH Cán bộ hướn
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
-o0o -LÊ THỊ TÚ ANH Tiểu luận
BIÊN SOẠN BÀI TOÁN HÓA HỌC CÓ THỂ
GIẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY
ĐỔI ĐỂ RÈN LUYỆN TƯ DUY
CHO HỌC SINH
Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Xuân Trường
Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học
ở trung học phổ thông
Lớp: Cao học K17 - LL & PPGD Hóa học
Vinh, 3/2011
Trang 2MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 03
NỘI DUNG 04
Đề bài 04
Các phương pháp giải 04
1 Phương pháp đại số 04
2 Phương pháp bảo toàn khối lượng 05
3 Phương pháp bảo toàn electron 06
4 Phương pháp quy đổi 06
KẾT LUẬN 11
TÀI LIỆU THAM KHẢO 12
Trang 3MỞ ĐẦU
Trong đời sống hằng ngày, chúng ta thường xuyên dùng phép quy đổi
để thuận tiện cho việc thanh toán như: quy giá trị của hàng hóa ra tiền để trả tiền chứ không trao đổi hàng hóa như thời đại trước kia, đối với những tài sản giá trị lớn như nhà, đất, … thì quy ra giá trị vàng hoặc đôla để thanh toán, …
Trong hóa học, có những bài toán hỗn hợp nhiều chất, xảy ra nhiều phản ứng, phản ứng diễn ra nhiều giai đoạn, phức tạp, đặc biệt là trong đó
có các phản ứng oxi hóa - khử Ví dụ: hỗn hợp chứa Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3; hỗn hợp chứa Fe, FeS và FeS2 cùng tác dụng với một chất nào đó; … Đối với những bài tập tính toán dạng này nếu giải theo cách thông thường sẽ mất nhiều thời gian, thậm chí không giải được Vì thế để đơn giản hơn ta sẽ tiến hành quy đổi Phương pháp quy đổi là phương pháp đưa bài toán ban đầu từ một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện để nhanh chóng tìm ra kết quả
Bài toán dưới đây là một ví dụ điển hình để áp dụng phương pháp quy đổi
Trang 4NỘI DUNG
ĐỀ BÀI
Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe2O3 và Fe3O4
trong dung dịch HCl dư, sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl2 Tính khối lượng FeCl3 thu được
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Phân tích chung:
Khi cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư:
- Đầu tiên xảy ra phản ứng của các oxit: FeO; Fe2O3 và Fe3O4 với dung dịch HCl tạo ra dung dịch muối FeCl2, FeCl3
- Kim loại Fe phản ứng sau
Do vị trí các cặp oxi hóa - khử trong dãy điện hóa:
Fe
Fe
H
H
Fe
Fe
2
3 2
+
+ +
+
Phản ứng xảy ra tiếp theo là: Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+
Sau phản ứng còn có FeCl3 → Fe hết, không xảy ra phản ứng Fe tác dụng với HCl
Vậy các chất thu được sau phản ứng gồm FeCl2, FeCl3 và H2O
1 Phương pháp đại số
Phương trình phản ứng:
x
x
(1) O H FeCl HCl
2
2y
y
(2) O H 3 FeCl 2 HCl 6 O
2z z
z
(3) O H 3 FeCl 2 FeCl HCl
8 O
Trang 53t 2t
t
(4) FeCl 3 FeCl
2
Gọi x, y, z, t lần lượt là số mol của FeO; Fe2O3; Fe3O4 và Fe
mX = 11,2 → 72x + 160y + 232z + 56t = 11,2 (*)
Theo các phương trình phản ứng (1), (2), (3), (4):
t 2 z 2 y 2 n
3
FeCl = + −
(**) mol 1 , 0 127
7 , 12 t 3 z x n
2
FeCl = + + = =
Từ (*) và (**) ta có:
×
= + +
= + +
+
⇔
=
+
+
= + +
+
(b) 72 1 , 0 ) t 3 z x ( 72
(a) 11,2 56t 232z
160y 72x
1
, 0 t
3
z
x
11,2 56t 232z
160y
72x
Lấy (a) – (b): 160y + 160z – 160t = 4 → 2y + 2z – 2t = 0,05
Theo trên: nFeCl3 =2y+2z−2t=0,05 →mFeCl3 =0,05×162,5=8,125gam
2 Phương pháp bảo toàn khối lượng
Sơ đồ phản ứng:
O H 3 FeCl FeCl
HCl O Fe
O Fe
FeO
Fe
4 3
3 2
+ +
→ +
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
(1) m m
m m
2 3
= +
mol 1 , 0 127
7 , 12 n
2
FeCl = =
Đặt nFeCl3 =xmol
Bảo toàn nguyên tố Cl: nHCl =2nFeCl2 +3nFeCl3= 0,2 + 3x
Bảo toàn nguyên tố H: (0,2 3x)
2
1 n
2
1
nHO HCl
Thay vào biểu thức (1):
Trang 611,2 + 36,5(0,2 + 3x) = 12,7 + 162,5x + 18 (0,2 3x)
2
→ x = 0,05
→ m 0,05 162,5 8,125gam
3
FeCl = × =
3 Phương pháp bảo toàn electron
Giả sử ban đầu có a gam Fe tác dụng với O2 thu được hỗn hợp X, khi đó ta
có sơ đồ sau:
O H 3 FeCl FeCl
O Fe
O Fe FeO
Fe X
4 3
3 2
O2 → + +
→
Các quá trình:
0,1 -56
a 3 0,1 -56
a
0,1
-56
a
3e Fe
Fe
0,2 0,1
1
,
0
2e Fe
Fe
2
+
→
+
→
+
+
8
a -11,2 16
a -11,2
O 2e
Theo định luật bảo toàn electron: 0,2 + -0,1
56
a
8
a -11,2
⇒ a = 8,4
56
4 , 8
nFe = =
Bảo toàn nguyên tố Fe:
mol 05 , 0 1 , 0 15 , 0 n
n n
n n
nFe = Fe 2 + + Fe 3 + → Fe 3 + = Fe − Fe 2 + = − =
→ m 0,05 162,5 8,125gam
3
FeCl = × =
4 Phương pháp quy đổi
Cách 1: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe 2 O 3
Sơ đồ phản ứng:
Trang 7
→
→
+ +
2y
y
FeCl 2 O
Fe
x
x
FeCl FeO
3
HCl 3
2
2 HCl
Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe2O3
Theo bài ra: mX =11,2 ⇒mFeO +mFe2O3 =11,2 ⇒72x+160y=11,2 (1)
127
7 , 12 n
2
FeCl = = ⇒ x = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒ y = 0,025
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 y 2 n
3
FeCl = = ⇒ = × =
Cách 2: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe 3 O 4
Sơ đồ phản ứng:
+
→
→
+ +
2y
y
y
FeCl 2 FeCl O
Fe
x
x
FeCl
FeO
3 2
HCl 4
3
2 HCl
Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe3O4
Theo bài ra: mX =11,2 ⇒mFeO +mFe3O4 =11,2 ⇒72x+232y=11, (1)
127
7 , 12 n
2
FeCl = = mol ⇒x+y=0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒
=
=
025 , 0 y
075 , 0 x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 y 2 n
3
FeCl = = ⇒ = × =
Cách 3: Quy đổi hỗn hợp X về Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4
Sơ đồ phản ứng:
Trang 8
+
→
→
+ +
2y
y
y
FeCl 2 FeCl O
Fe
2x
x
FeCl 2 O
Fe
3 2
HCl 4
3
3
HCl 3
2
Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe2O3 và Fe3O4
Theo bài ra:
(1) , 11 y 232 x
160
2 , 11 m
m 2 , 11
m
4 3 3
2 O Fe O Fe
127
7 , 12 n
2
FeCl = = mol ⇒y=0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒ x = - 0,075
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 y 2 x 2 n
3
FeCl = + = ⇒ = × =
Cách 4: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và Fe 2 O 3
Sơ đồ phản ứng:
→ +
→
+
3x 2x
x
FeCl 3 FeCl 2
Fe
2y
y
FeCl 2 O
Fe
2 3
3
HCl 3
2
Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe2O3
Theo bài ra: mX =11,2 ⇒mFe +mFe2O3 =11,2 ⇒56x+160y=11, (1)
127
7 , 12 n
2
FeCl = = mol ⇒ 3x = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒
=
=
120
7 y 30
1 x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 x 2 y 2 n
3
FeCl = − = ⇒ = × =
Cách 5: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và Fe 3 O 4
Trang 9Sơ đồ phản ứng:
→ +
+
→
+
3x 2x
x
FeCl 3 FeCl 2
Fe
2y
y
y
FeCl 2 FeCl O
Fe
2 3
3 2
HCl 4
3
Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe3O4
Theo bài ra: mX =11,2 ⇒mFe +mFe3O4 =11,2 ⇒56x+232y=11, (1)
127
7 , 12 n
2
FeCl = = mol ⇒ 3x + y = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒
=
=
04375 ,
0 y
01875 ,
0 x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 x 2 y 2 n
3
FeCl = − = ⇒ = × =
Cách 6: Quy đổi hỗn hợp X về Fe x O y
Sơ đồ phản ứng:
y 2 x 3
2x) -0,1(2y
0,1
2y
-3x
0,1
FeCl ) x 2 y 2 ( FeCl ) y 2 x 3 ( O
y
x
−
− +
−
→
+
y 2 x 3
1 , 0 ) y 16 x 56 ( 2 , 11 m
2 , 11 m
y
x O Fe
− +
⇒
=
⇒
=
⇒
=
=
⇒
=
7 y
6 x 7
6 y
x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 y 2 x 3
2x) -0,1(2y n
3
−
=
Cách 7: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và O
Sơ đồ phản ứng:
Trang 10
→
+ +
O H
Fe ; Fe
O
Fe
2
3 2 H
Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và O
Theo bài ra: mX =11,2 ⇒mFe +mO =11,2 ⇒56x+16y=11, (1)
Ta có các quá trình:
0,1) -3(x 0,1 x
1
,
0
x
3e Fe
Fe
0,2 0,1
1
,
0
2e Fe
Fe
2
−
+
→
+
→
+
+
2y
y
O 2e
Theo định luật bảo toàn electron:
0,2 + 3(x – 0,1) = 2y ⇒ 3x – 2y = 0,1 (2)
Từ (1) và (2) ⇒
=
=
175 , 0 y
15 , 0 x
Theo sơ đồ phản ứng:
gam 125 , 8 5 , 162 05 , 0 m
mol 05 , 0 1 , 0 x n
3
FeCl = − = ⇒ = × =
Trang 11KẾT LUẬN
Bài toán trên có rất nhiều cách giải, nhiệm vụ của chúng ta là xem xét cách giải nào phù hợp, dễ hiểu và nhanh gọn nhất để áp dụng Không có một phương pháp nào là công cụ vạn năng cho mọi bài tập hóa học Chúng
ta phải phân tích, lựa chọn, kết hợp một cách linh hoạt để tìm ra cách giải tối ưu
Đối với bài toán trên phương pháp quy đổi rất có hiệu quả trong việc tìm nhanh ra đáp số Nó phát huy tư duy sáng tạo, dựa vào những giả định hóa học và toán học để việc tính toán các giá trị lượng chất của một hỗn hợp phức tạp trở nên đơn giản hơn
Hi vọng bài toán sẽ được nhận thêm sự đóng góp ý kiến của thầy, cô
và các bạn để trở nên hoàn thiện hơn
Trang 12TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 PGS TS Nguyễn Xuân Trường - Ôn tập kiến thức và luyện giải
nhanh bài tập hoá học vô cơ ở trường trung học phổ thông - Tập 2 - NXB
Đại học Quốc gia Hà Nội
2 TS Cao Cự Giác - Cẩm nang giải toán trắc nghiệm hóa học - Dùng
cho các kì thi quốc gia – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
3 Tạp chí hóa học và ứng dụng.
