KỸ NĂNG GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI

Vì vậy người giáo viên dạy hoá học phải đảm bảo tính khoa học, pháthuy được tính tự giác và tính tích cực của học sinh qua các tiết học, qua cácdạng câu hỏi, bài tập làm cho học sinh hứn

TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

KỸ NĂNG GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Hóa học là môn khoa học tự nhiên không kém phần quan trọng góp phầnxây dựng con người mới, được trang bị đầy đủ thế giới quan khoa học và kiếnthức khoa học phục vụ cho công cuộc cách mạng khoa học công nghệ đầu thế

kỉ 21 Vì vậy người giáo viên dạy hoá học phải đảm bảo tính khoa học, pháthuy được tính tự giác và tính tích cực của học sinh qua các tiết học, qua cácdạng câu hỏi, bài tập làm cho học sinh hứng thú trong học tập, yêu thích bộmôn hóa học

Bài tập hoá học rất đa dạng và phong phú Trong phân phối chương trình,

số tiết bài tập lại hơi ít so với nhu cầu cần nắm kiến thức của học sinh, nênviệc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là cần thiết Việc làmnày rất có lợi cho học sinh, trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tậpcủa chuyên đề hóa học, bước đầu nắm được phương pháp giải và từ đó có thểphát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự, đặc biệt là cácbài tập trắc nghiệm tính toán phức tạp

Giải nhanh bài toán Hóa học là một mục tiêu quan trọng của mỗi thí sinhtrong các kỳ thi Đại học – Cao đẳng, đặc biệt là khi hình thức thi đã thay đổi

từ tự luận sang trắc nghiệm Sự thay đổi này cũng tạo ra một động lực quantrọng đòi hỏi phải có sự thay đổi tương ứng về nhận thức và phương pháptrong cả việc dạy và học của giáo viên và học sinh Trong số các phương phápgiải toán Hóa học thì quy đổi là phương pháp nhanh, hiệu quả và có nhiềuphát triển thú vị trong thời gian gần đây Phương pháp Quy đổi tập hợp các

phương pháp tư duy sáng tạo, dựa vào những giả định Hóa học và Toán họcphi thực tế giúp tính nhanh các giá trị lượng chất của một hỗn hợp phức tạp.Xuất phát từ đó, cùng một số kinh nghiệm sau những năm công tác, tôi

mạnh dạn nêu ra chuyên đề “Kĩ năng giải nhanh bài toán Hóa học bằng

phương pháp quy đổi ”

II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận

Phương pháp này dựa trên cơ sở:

- Bài toán liên quan đến hỗn hợp các chất là một trong những bài toán phổbiến nhất trong chương trình Hóa Học phổ thông, hầu hết các bài toán thườnggặp đều ít nhiều có các dữ kiện liên quan đến một hỗn hợp chất nào đó, có thể làhỗn hợp kim loại và các oxit, hỗn hợp các oxit, hỗn hợp kim loại và hợp chấtsunfua của chúng, hỗn hợp các muối, hỗn hợp các hiđrocacbon, đặc biệt là cácbài toán lên quan đến sắt…đa số những bài toán như vậy đều có thể vận dụngđược phương pháp quy đổi để giải toán

- Có những bài toán nếu áp dụng những phương pháp khác thì sẽ giải rất phứctạp nhưng áp dụng phương pháp quy đổi hợp lí, đúng cách, trong nhiều trườnghợp sẽ giúp tốc độ làm bài tăng lên đáng kể, điều này đặc biệt quan trọng khilàm bài thi trắc nghiệm như hiện nay

- Qui đổi là phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu làmột hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trởnên dễ dàng, thuận tiện

- Khi áp dụng phương pháp qui đổi phải tuân thủ 2 nguyên tắc sau:

+ Bảo toàn nguyên tố (tức là tổng số mol mỗi nguyên tố ở hỗn hợp đầu

và hỗn hợp mới phải bằng nhau)

+ Bảo toàn số oxi hóa (tổng số số oxi hóa của các nguyên tố ở hai hỗnhợp phải bằng nhau)

- Ở đây tôi trình bày phương pháp giải với giả định là học sinh đã thànhthạo phương pháp bảo toàn electron và một số phương pháp khác.

2 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài

Đề tài này được trình bày theo từng phần:

- Các hướng quy đổi thường gặp và lấy ví dụ minh họa cho từng dạng, hướngdẫn giải chi tiết

- Các bài tập vận dụng: Cung cấp hệ thống bài tập tự luyện nhằm giúp các emhọc sinh tự ôn luyện để nắm vững nội dung cũng như cách thức áp dụngphương pháp

II.1 Các hướng qui đổi và những chú ý

- Một bài toán có thể có nhiều hướng quy đổi khác nhau, trong đó có 3hướng chính:

+ Qui đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp 2 hoặc chỉ 1 chất

Trong trường hợp này thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như ban đầu, tachuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn (cũng của các nguyên tố đó), thường

là hỗn hợp 2 chất, thậm chí là 1 chất duy nhất

Ví dụ: Với hỗn hợp các chất Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta có thể chuyển thànhcác tổ hợp sau: (Fe và FeO), (Fe và Fe3O4), (Fe và Fe2O3), (Fe3O4 và FeO),(Fe2O3 và FeO), (Fe3O4 và Fe2O3), hoặc FeaOb

+ Qui đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng

Thông thường ta gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng bản chất chỉ gồm 2(hoặc 3) nguyên tố Do đó, có thể qui đổi thẳng hỗn hợp đầu về hỗn hợp chỉgồm 2 (hoặc 3) chất là các nguyên tử tương ứng

Ví dụ:

+ Qui đổi tác nhân oxi hóa trong các phản ứng oxi hóa khử

Do việc qui đổi nên trong một số trường hợp số mol một chất có thể có giá trị âm để tổng số mol của mỗi nguyên tố được bảo toàn Trong trường hợp này ta vẫn tính toán bình thường và kết quả cuối cùng vẫn thõa mãn.

ứng của các nguyên tố tạo nên hợp chất ban đầu

được chỉ là oxit giả định không có thực

II.1.1 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ một chất

Ví dụ 1: Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau phản ứng thu được m gam

chất rắn X gồm Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO Hòa tan m gam hỗn hợp X vào dung

Giá trị của m là

A 11,2 gam B 10,2 gam C 7,2 gam D 6,9 gam

Hướng dẫn giải: Ta có thể quy đổi theo các cách sau

 Quy đổi hỗn hợp X về hai chất Fe ( a mol, chính là số mol Fe còn dư) và

Fe 2 O 3 (b mol)

n Fe ban đầu = = 0,15 mol

Các quá trình oxi hóa khử:

 Quy đổi hỗn hợp X về hai chất FeO (a mol) và Fe2 O 3 (b mol):

Theo định luật bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố ta có:

 Nhận xét: Quy đổi hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 về hỗn hợp haichất là FeO, Fe2O3 là đơn giản nhất

Ví dụ 2: Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng HNO3

ứng thu được 145,2 gam muối khan Giá trị của m là

Hướng dẫn giải

Quy hỗn hợp X về hỗn hợp hai chất FeO (a mol) và Fe2O3 (b mol)

Theo định luật bảo toàn electron và bảo toàn nguyên tố ta có:



 Đáp án B.

Ví dụ 3: Nung m gam sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X.

← Ví dụ 4: Cho 11,36 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3

phẩm khử duy nhất, đktc) và dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu được mgam muối khan Giá trị của m là

 m = = (a+2b)242 = 38,72 gam

 Đáp án B

Fe3O4 bằng H2SO4 đặc, nóng, dư thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2

(đktc) Tính:

a) Thành phần phần trăm khối lượng oxi trong hỗn hợp X

b) Khối lượng muối trong dung dịch Y

 Đáp án C

b) m Fe (SO ) 2 4 3= ( + b)  400 = 140 gam

 Đáp án B

Ví dụ 6: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thì

trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư thì thu được thể tích khí SO2 (sản phẩmkhử duy nhất ở đktc) là

Ví dụ 7: Hỗn hợp X gồm (Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO) với số mol mỗi chất là

được dung dịch Z Nhỏ từ từ dung dịch Cu(NO3)2 1M vào dung dịch Z cho tới

khí NO thoát ra (ở đktc) lần lượt là

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe2O3 và 0,1 mol FeO thành 0,1 mol Fe3O4

 Hỗn hợp X được quy đổi thành hỗn hợp gồm: 0,1 mol Fe và 0,2 mol

Ví dụ 8: Để hòa tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3

HCl 1M Giá trị V là

Ví dụ 9: Hòa tan hoàn toàn 11,68 gam hỗn hợp X gồm KHCO3, NaHCO3

lượng muối NaCl tạo thành trong dung dịch sau phản ứng là:

A 1,94 gam B 1,49 gam C 1,68 gam D 1,17 gam

Hướng dẫn giải

Ta nhận thấy đề bài yêu cầu tìm khối lượng muối NaCl tạo thành trongdung dịch sau phản ứng, mà muối ban đầu có chứa Na là duy nhất muốiNaHCO3

Mặt khác MK + MH = MCa = 40 nên ta quy đổi hỗn hợp gồm KHCO3 và

2 chất là NaHCO3 (a mol) và CaCO3 (b mol)

Theo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố ta có:

Ví dụ 10: Hỗn hợp X gồm propan, propen và propin có tỉ khối hơi so với

H2 là 21,2 Khi đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X, tổng khối lượng CO2 và H2Othu được là m gam Giá trị của m là

Ví dụ 1: Nung m gam bột đồng trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp rắn

X gồm Cu, CuO, Cu2O Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc, nóng, dư thoát

ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) Giá trị của m là

← 

Vậy: m = 0,35 64 = 22,4 gam

 Đáp án D

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 30,4 gam hỗn hợp rắn X gồm Cu, CuS, Cu2S,

được m gam kết tủa Giá trị m là

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm Mg, MgS và S Hòa tan hoàn toàn m gam X

trong dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thu được 2,912 lít khí N2 (sản phẩm khử

duy nhất, đktc) và dung dịch X Thêm dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch

X thu được 46,6 gam kết tủa Giá trị m là

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn 6,48 gam hỗn hợp chất rắn X gồm: Cu, CuS,

FeS, FeS2, FeCu2S2, S thì cần vừa đủ 2,52 lít O2 và thu được 1,568 lít SO2 Mặt

thể tích đo ở đktc Giá trị V và m lần lượt là

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X thành Cu (a mol), Fe (b mol) và S

Theo định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron ta có hệ :

(Ở đây chúng ta cũng cần lưu ý chỉ số O trong phân tử O 2 là 2, Fe bị oxi hóa hoàn toàn bởi O 2 tạo ra Fe 2 O 3 , S bị oxi hóa thành S +4 )

← 

Lưu ý: Khi cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch HNO3 dư thì thu được Cu2+,

trong trường hợp đốt cháy

Vậy: Đáp án A

Ví dụ 5: Hòa tan hết m gam hỗn hợp A gồm Al và FexOy bằng dung dịch

tan lượng muối này trong dung dịch xút dư thì thu được 6,42 gam kết tủa màu

đỏ nâu Tính m và xác định FexOy?

Hướng dẫn giải

Quy đổi hỗn hợp X thành các nguyên tố tương ứng sau: Al, Fe và O (a mol)

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

Theo định luật bảo toàn electron ta có: (Ở đây chúng ta cũng cần lưu ý chỉ

số N trong phân tử N 2 O là 2, sau khi quy đổi thì O và HNO 3 là chất oxi hóa)

Ví dụ 1: Nung m gam bột đồng trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp rắn X

gồm Cu, CuO, Cu2O Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng,

dư, thấy thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (ở đktc) Giá trị của m là

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

mCuO = mX + mO(2) = 24,8 + 0,2 16 = 28,0 gam

Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với Cu :

nCu = nCuO = = 0,35 mol

 m = 64 0,35 = 22,4 gam

 Đáp án D

Ví dụ 2: Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển

thành hỗn hợp A có khối lượng là 75,2 gam gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 Cho

hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng, dư thu được 6,72lít khí SO2 (đktc) Giá trị của a là:

A 672 ml B 336 ml C 448 ml D 896 ml

Hướng dẫn giải

Ở đây ta thay vai trò oxi hóa của HNO3 bằng [O], nghĩa là ta thay vai trònhận electron của N+5 bằng [O] ta có:

Fe A Fe2O3 Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

NO2 46 8

 a = b = = 0,02

 V = 0,02 2 22,4 = 0,896 lít = 896 ml

 Đáp án D

II.2 Một số bài tập vận dụng

Câu 1 Cho 13,92 gam hỗn hợp X gồm Cu và một oxit sắt vào dung dịch

cạn dung dịch sau phản ứng thu được 42,72 gam muối khan Công thức của oxitsắt là

Câu 2 Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeCl2, FeCl3 trong dungdịch H2SO4 đặc, nóng, dư thấy thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) và dung

Giá trị m là

Câu 3 Nung a mol Fe trong không khí một thời gian thu được 16,08 gam hỗn

loãng, thu được 672ml khí không màu hóa nâu ngoài không khí (sản phẩm khửduy nhất, đktc) Giá trị của a là

Câu 4 Hòa tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 bằng dungdịch HNO3 đặc, nóng thu được 2,24 lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, đktc)

Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 72,6 gam muối khan Giá trị m là

Câu 5 Cho hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 với số mol bằng nhau Lấy mgam X cho phản ứng với CO nung nóng, sau phản ứng trong bình còn lại 16,8

đủ thu được 3,36 lít khí SO2 duy nhất (ở đktc) Giá trị m và số mol H2SO4 đãphản ứng lần lượt là

A 19,20 và 0,87 B 19,20 và 0,51

Câu 6 Nung m gam Fe trong 6,72 lít O2 (đktc), sau một thời gian thu đượchỗn hợp X gồm 4 chất rắn Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X thu được vào dungdịch HNO3 đặc, nóng thu được 6,72 lít NO2 (đktc, sản phẩm khử duy nhất) Giátrị của m là

Câu 7 Cho 18,5 gam hỗn hợp gồm Fe và Fe3O4 vào 200 ml dung dịch HNO3

đun nóng Sau phản ứng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc) và còn lại 1,46

Câu 8 Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng.Sau một thời gian thu được 44,64 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3.Hòa tan hết X bằng dung dịch HNO3 loãng dư thu được 3,136 lít khí NO (đktc).Giá trị của m là

Câu 9 Đốt cháy 6,72 gam bột Fe trong không khí thu được m gam hỗn hợp

X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 và Fe dư Để hòa tan X cần dùng vừa hết 255 ml dungdịch chứa HNO3 2M, thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, đktc) Giátrị m, V lần lượt là

Câu 10 Cho 11,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 vào dung dịch HNO3

loãng dư thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí B gồm NO và N2O có tỉ khối hơi so

khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 9,52 gam Fe Giá trị của V là

Câu 11 Hòa tan hoàn toàn 34,8 gam một oxit sắt dạng FexOy trong dung dịch

H2SO4 đặc, nóng Sau phản ứng thu được 1,68 lít khí SO2 (đktc) FexOy là

Câu 12 Hòa tan hết 44,08 gam một oxit sắt FexOy bằng dung dịch HNO3

loãng, thu được dung dịch X Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch X, thuđược kết tủa Đem nung lượng kết tủa này trong không khí ở nhiệt độ cao đến

oxit này thì thu được 31,92 gam chất rắn là một kim loại Oxit FexOy là

Câu 13 Trộn 5,6 gam bột sắt với 2,4g bột lưu huỳnh rồi đun nóng (trong điều

kiện không có oxi) thu được hỗn hợp rắn M Cho M tác dụng với lượng dư dungdịch HCl thấy giải phóng hỗn hợp khí X và còn một phần không tan Y Để đốtcháy hoàn toàn X và Y cần vừa đủ V lít khí oxi (đktc) Giá trị V là

Câu 14 Hòa tan hoàn toàn 25,6 gam chất rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằngdung dịch HNO3 dư, thoát ra V lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y Thêmdung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch Y thu được 126,25 gam kết tủa Giá trị của

+ Phần 2 Cho tác dụng hết với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa C

Nung kết tủa C đến khối lượng không đổi thu được m1 gam chất rắn Giá trị

A 3,36 gam B 3,63 gam C 4,36 gam D 4,63 gam Câu 17 Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 tác dụng với dungdịch HCl dư Sau phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y Cô cạn dungdịch Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 Giá trị m là

A 8,94 g B 16,17g C 7,92 g D 12,0g

Câu 20 Hỗn hợp X gồm butan, metylxiclopropan, but-2-en, etylaxetilen và

đivinyl có tỉ khối hơi so với H2 là 27,8 Khi đốt cháy hoàn toàn 0,30 mol X, tổngkhối lượng của CO2 và H2O thu được là

III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

Khi áp dụng chuyên đề này vào giảng dạy thì thấy học sinh nắm bắt và vậndụng phương pháp rất nhanh vào giải bài tập, số học sinh ham thích làm các bàitập và có hứng thú bộ môn hóa học nhiều hơn, tiết học sinh động và có chấtlượng cao hơn, nhất là khi triển khai với các lớp nguồn và luyện thi đại học thìrất hiệu qủa

Khảo sát bài cho thấy:

* Khi chưa đưa ra chuyên đề trên:

Tỷ lệ học sinh giải

được

Tỷ lệ học sinhlúng túng

Tỷ lệ học sinh khônggiải được

* Khi đưa ra chuyên đề trên vào vận dụng:

Tỷ lệ học sinh giảiđược

Tỷ lệ học sinh lúng

túng

Tỷ lệ học sinhkhông giải được

IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

Qua quá trình nghiên cứu đề tài này, tôi thấy việc vận dụng phương pháp quyđổi để giải nhanh một số dạng toán Hóa học là một trong các phương pháp rấthay để nâng cao chất lượng dạy học bộ môn và góp phần thúc đẩy sự say mê,hứng thú học tập của học sinh với bộ môn Hóa Học Mặt khác, đây là một trongnhững phương pháp đem lại hiệu quả cao, tốc độ tính toán nhanh, phù hợp với

xu hướng thi trắc nghiệm hiện nay nhằm rèn luyện kĩ năng giải bài tập hoá học

Do đó, là giáo viên chuyên ngành Hoá tôi thấy nên giới thiệu phương pháp quyđổi sẽ giúp các em nâng cao kiến thức, tạo sự say mê trong học tập và rèn kỹnăng giải nhanh để đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng cao của các em họcsinh

Tôi rất mong muốn chuyên đề mang tính khoa học và sư phạm nhằm mụcđích góp phần nâng cao chất lượng Dạy và Học của thầy và trò Vì thời gian cóhạn cho nên bài viết không tránh khỏi sai sót Kính mong qúy thầy cô đóng góp

ý kiến Tôi chân thành cảm ơn qúy Thầy Cô

V TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 16 Phương pháp và kỹ thuật giải nhanh- Phạm Ngọc Bằng, Vũ KhắcNgọc, Hoàng Thị Bắc, Từ Sỹ Chương, Lê Thị Mỹ Trang, Hoàng Thị HươngGiang, Võ Thị Thu Cúc, Lê Phạm Thành, Khiếu Thị Hương Chi-NXB Đại Học

Sư Phạm

2 Hướng dẫn giải đề thi TSĐH hoá vô cơ theo 16 chủ đề - Phạm Đức Bình,

Lê Thị Tam, Nguyễn Hùng Phương- NXB ĐHQG.TP.HCM