SKKN phương pháp giải toán về tìm nguyên tố và lập công thức phân tử hợp chất vô cơ

SỞ GD VÀ ĐT ĐỒNG NAITRƯỜNG THPT VĨNH CỬU CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Đồng Nai, ngày tháng năm 2012 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm

Huongdanvn.com –Có hơn 1000 sáng kiến kinh nghiệm hay

SƠ YẾU LÝ LỊCH KHOA HỌC

I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN:

- Họ và Tên: Võ Thị Hiệp

- Ngày, tháng, năm sinh: 28/9/1967

- Nam, Nữ: Nữ

- Địa chỉ thường trú: Số 145A, tổ 4, ấp 1, xã Bình Lợi, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai

- Điện thoại: 0613.865022 (CQ) – 0613.971818 (NR) – 0919571975 (DĐ)

- Fax: Email: vthhiep@yahoo.com.vn

- Chức vụ: Tổ trưởng Tổ hóa học

- Đơn vị công tác: Trường Trung học phổ thông Vĩnh Cửu

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:

- Học vị (hoặc trình độ đào tạo cao nhất): Cử nhân

- Năm nhận bằng: 1990

- Chuyên ngành đào tạo: Hóa-Sinh

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC:

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Hóa học

- Thời gian công tác: 22 năm

SỞ GD VÀ ĐT ĐỒNG NAI

TRƯỜNG THPT VĨNH CỬU CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đồng Nai, ngày tháng năm 2012

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Năm học: 2011-2012

Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ TÌM NGUYÊN TỐ

VÀ LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT VÔ CƠ

Họ và Tên tác giả: Võ Thị Hiệp Đơn vị: Tổ Hóa học

Lĩnh vực:

Quản lý giáo dục Phương pháp dạy học bộ môn

Phương pháp giáo dục Lĩnh vực khác

1 Tính mới:

- Có giải pháp hoàn toàn mới

- Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có

2 Hiệu quả:

- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao

- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng trong

toàn ngành có hiệu quả cao

- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại các đơn vị có hiệu quả cao

- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng tại đơn vị

có hiệu quả

3 Khả năng áp dụng:

- Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính sách:

Tốt Khá Đạt

- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiển, dễ thực hiện và dễ đi

vào cuộc sống:

Tốt Khá Đạt

- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu quả trong

phạm vi rộng:

Tốt Khá Đạt

XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:

PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN

VỀ TÌM NGUYÊN TỐ VÀ LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT VÔ CƠ

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

- Giúp học sinh giải bài tập về lập công thức phân tử hợp chất nhanh chóng từ dạng đơn giản đến phức tạp;

- Củng cố và nâng cao kiến thức, kỹ năng giải bài tập cho học sinh;

- Góp phần nâng cao chất lượng bộ môn

II THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI

1 Thuận lợi:

- Đa số học sinh hào hứng khi được hướng dẫn cặn kẽ các phương pháp giải bài tập;

- Học sinh được củng cố và nâng cao về kiến thức hóa học;

- Học sinh có hứng thú với bài tập hóa học

2 Khó khăn:

- Mức độ tiếp thu của học sinh còn thấp, chóng quên;

- Học sinh còn e ngại với một số bài tập dài, chỉ thích dạng ngắn;

- Một số học sinh không thích lý luận nhiều, chỉ thích dạng trắc nghiệm

III NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

1 Cơ sở lý luận:

- Hóa học có những nét tư duy đặc thù của nó Phạm trù tư duy của hóa học mang tính chất thực nghiệm pha lẫn trừu tượng Luyện tập tư duy cho học sinh dần dần tạo cho các em phương pháp để giải các dạng toán nhất định, từ đơn giản đến phức tạp;

- Thực tế trong các bài toán hóa học khi học sinh làm bài thường không sử dụng hết các dữ kiện và chưa có tư duy thích hợp cho mỗi loại bài toán nên tìm ra kết quả rất lâu

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

A Nội dung:

- Các bài toán hóa học trong chương trình là những dạng cơ bản, đã được học sinh giải qua các chương trình đại cương, vô cơ nhưng chưa áp dụng tư duy phù hợp;

- Giáo viên đề cập vấn đề này để học sinh giải nhanh và chính xác, tìm ra đáp số;

- Mỗi bài toán cần phân tích các dữ kiện của đề bài hoặc viết sơ đồ tóm tắt nội dung của đề bài Qua đó, học sinh sẽ tìm ra ẩn ý được mô tả trong đề bài, từ đó tìm được hướng giải khi phân tích đề Dựa vào dữ kiện đề bài các em phải tự đặt các câu hỏi: Muốn tìm…, ta phải…; Nếu dùng công thức…thì lại phải tìm…cuối cùng tìm được đáp số;

- Viết phương trình phản ứng là một khâu quan trọng trong việc giải bài toán hóa học Muốn viết được phương trình phản ứng thì học sinh phải học kỹ tính chất hóa học của các chất, viết đúng ký hiệu từng nguyên tố;

- Thực hiện phép tính: thông qua các phương trình phản ứng thiết lập được mối tương quan toán học giữa các dữ kiện (gọi là phương trình hoặc hệ phương trình) Sử dụng các thủ thuật toán học để giải phương trình hoặc hệ phương trình đó

* Kết luận: trong việc giải một bài toán hóa học, thông thường ta cần phải tuân theo một trình tự sau:

- Phân tích đề bài;

- Viết phương trình phản ứng hóa học;

- Xây dựng các phương trình toán học dựa vào phương trình hóa học;

- Giải các phương trình toán học để tìm được kết quả bài toán hóa học

B Biện pháp thực hiện:

1 Một số vấn đề chung khi giải bài tập về xác định nguyên tố và lập công thức phân tử

a) Mol (n)

Mol là lượng chất chứa 6,02.1023 hạt vi mô

n

m M M

m

n   ;  Nếu áp dụng các công thức trên cho hỗn hợp có số mol là n h2 , khối lượng là m h2 ; thì khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp (kí hiệu M ), với

2 2

h

h

n

m

M 

Khi dùng % mol của mỗi chất trong hỗn hợp thì công thức lại có dạng:

n

n M x M

x M

x

ứng trong hỗn hợp gồm n chất có khối lượng mol lần lượt là M1,M2, ,M n và đương nhiên: x1x2  x n  1

Thể tích mol phân tử là thể tích chiếm bởi một mol phân tử khí, hay chiếm bởi 6,02.1023 phân tử khí

b) Định luật Avogadro:

Ở những điều kiện nhiệt độ, áp suất như nhau của mọi chất khí đều chứa cùng một số phân tử khí

Vận dụng khái niệm mol và kết quả thực nghiệm ta có các hệ quả quan trọng áp dụng cho chất khí để vận dụng:

- Ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) (00C, 1atm), V = n.22,4 (lít) hay n 22V,4

- Ở cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất: tỉ lệ thể tích cũng là tỉ lệ về số mol, và ngược lại

V = k.VB  nA = k.nB

- Ở điều kiện bất kỳ: sử dụng phương trình Menđeleep: pV = nRT

p: áp suất khí, đo bằng at (hoặc mmHg)

V: thể tích khí, đo bằng lít

T: nhiệt độ Kenvin, T = (t0C + 273)0K

R: hằng số: R22273,4 (khi áp suất đo bằng at)

273

10 760 4 ,



c) Tỉ khối chất khí:

Tỉ khối của chất khí A so với khí B là tỉ số khối lượng của một thể tích khí A chia cho khối lượng của cùng một thể tích khí B ở cùng nhiệt độ, áp suất

- Biểu thức:

B

A B A

m

m

d / 

Ý nghĩa: Tỉ khối cho biết khí A nặng hay nhẹ hơn khí B bao nhiêu lần

- Hệ quả:

B

A B A

M

M

d / 

- Biểu thức mở rộng cho hỗn hợp

B

A hhB hhA

M

M

d / 

d) Nồng độ dung dịch

- Các loại nồng độ:

+ Nồng độ phần trăm(%): Số gam chất tan trong 100g dung dịch

% 100

dd

ct

m

m

C  + Nồng độ mol C M : Số mol chất tan trong 1 lít dung dịch

[ ] (( ))

lít V

mol n A C

dd

A

- Biểu thức liên hệ:

A M

M

D C C

A] 10. %.

[   M A: phân tử khối của chất A

e) pH của dung dịch:

- Tích số ion của nước

H2O H+ + OH−

Tích số ion của H2O = [H+][OH−] = 10−14

- Độ pH:

Độ pH là đại lượng cho biết nồng độ ion H+ trong dung dịch được biểu diễn bằng biểu thức toán học sau:

pH = - lg[H+]  [H+] = 10−pH

+ Nếu pH = 7: dung dịch có môi trường trung tính

+ Nếu pH < 7: dung dịch có môi trường axit

+ Nếu pH > 7: dung dịch có môi trường bazơ

- Độ pOH

Độ pOH là đại lượng cho biết nồng độ ion OH− trong dung dịch được biểu diễn bằng công thức sau:

pOH = -lg[OH−]

Từ tích số ion của H2O: [H+].[OH−] = 10−14

-lg[H+] - lg[OH−] = lg10−14 hay pH + pOH = 14

g) Công thức Faraday:

Khối lượng các chất sinh ra ở các điện cực tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện I, thời gian

t điện phân và đương lượng gam M n của chất đó:

m  ItM Fn m: Khối lượng sản phẩm (g)

I: Cường độ dòng điện

n: Số electron nhường hay nhận M: nguyên tử gam của chất ở điện cực

F: Hằng số Faraday

2 Phương pháp giải toán về tìm nguyên tố và lập công thức hóa học của hợp chất vô cơ:

a) Để giải được dạng này, học sinh cần nhớ một số phương pháp cơ bản:

- Phương pháp bảo toàn vật chất:

Định luật bảo toàn khối lượng: tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành

Mở rộng:

mtrước phản ứng = msau phản ứng

msản phẩm = mcation + manion

nenhường = menhận

- Phương pháp trị số trung bình:

+ Công thức tính trong hóa học:

Khối lượng mol trung bình (kí hiệu M )

c b a

cM bM aM M

x M x M

x

M















 1 1 2 2 3 3 1 2 3 = =

hh

hh

n m

Với: x 1 , x 2 , x 3: % thể tích

a, b, c: số mol các chất có phân tử khối M 1 , M 2 , M 3

M 1 , M 2 , M 3: phân tử khối của các chất

+ Tính chất của trị số trung bình:

○ Trị số trung bình (M ) không phải là hằng số, M thay đổi khi phần trăm của các phần tử thay đổi

○ Khi phần trăm của các phần tử thay đổi, số phần tử không đổi, sẽ tồn tại các trị số trung bình khác nhau, nhưng luôn luôn thỏa mãn:

M min < M < M max

M min , M max: trị số phần tử bé nhất, lớn nhất

+Ứng dụng của trị số trung bình:

○ Xác định công thức phân tử hợp chất hóa học

○ Tìm khoảng giới hạn của đại lượng cho trước hoặc chứng minh bất đẳng thức trong hóa học

○ Biện luận chất dư

b) Áp dụng vào bài toán lập công thức hóa học:

- Tìm qua công thức đơn giản: với dạng này thường đã cho biết thành phần định tính, chỉ cần tìm thành phần định lượng mà thực chất là tìm tỉ lệ nguyên tối giản giữa các thành phần cấu tạo nên chất đó

Ví dụ: hợp chất AxBy Tỉ lệ x:y =

B

B A

A

M

m M

m

:

x, y là tỉ lệ nguyên tối giản

- Tìm kim loại chưa biết hóa trị:

Tìm mối liên hệ giữa khối lượng nguyên tử của kim loại M với hóa trị n của nó bằng biểu thức toán học Sau đó lập bảng tìm giá trị của M theo n rồi kết luận

Kết luận

- Tìm kim loại đã biết hóa trị

Tổng khối lượng hỗn hợp Tổng số mol hỗn hợp

Khi các kim loại cùng hóa trị như:

Cùng nhóm, thuộc 2 chu kỳ liên tiếp

Đẳng thức liên hệ với kim loại nguyên tử

Bất đẳng thức liên hệ giữa các khối lượng nguyên tử hoặc dữ kiện để tìm được một đẳng thức có liên quan đến khối lượng nguyên tử, … thì nên dùng ngay đến phương pháp trị số trung bình

h

hh

n

m

M  và biện luận

- Tìm các kim loại khác hóa trị

Với dạng này không nên dùng trị số trung bình, cần viết đúng các phản ứng xảy ra, bám sát dữ kiện và lập phương trình toán học sẽ tìm được trực tiếp khối lượng nguyên tử của kim loại hoặc khối lượng của mỗi kim loại cùng với số mol của nó, sử dụng công thức: M  m n

3 Áp dụng:

a) Phương pháp trung bình:

Ví dụ 1: X là hỗn hợp 2 kim loại kiềm ở 2 chu kỳ liên tiếp nhau trong bảng tuần hoàn.

Cho 8,5g hỗn hợp hai kim loại trên hòa tan hoàn toàn vào nước được dung dịch A và 3,36 lít

H2 (đktc) Tìm hai kim loại trên

Phần gợi ý cho học sinh

- Hóa trị của kim loại kiềm?

- Khối lượng của hỗn hợp?

- Từ công thức:

hh

hh

n

m

sinh cần tìm nhh thông qua

phương trình phản ứng

- Có giá trị M , học sinh tra

bảng tuần hoàn, nhóm IA:

CK2 Li

CK3 Na (23)

28,3

CK4 K (39)

CK5 Rb

CK6 Cs

Giải

m H O 0 , 15mol

4 , 22

36 , 3

2M  2H2O 2M(OH) H2 0,3 mol ← 0,15 mol

nhh = 0,3 mol

mhh = 8,5g

28 , 3

3 , 0

5 , 8





 M

MA < 28,3 < MB  A: Na B: K

Ví dụ 2: Cho 1,52g hỗn hợp Fe và một kim loại thuộc nhóm IIA, hòa tan hết trong dung

dịch HCl dư, tạo ra 0,672 lít khí (đktc) Mặt khác 0,95g X không khử hết 2gCuO ở nhiệt độ cao X là:

A Be B Mg C Ca D Ba

Phần gợi ý cho học sinh

- Hóa trị của 2 kim loại

- Khối lượng của hỗn hợp?

- Xác định dữ liệu cần tìm? nhh; M

Giải Fe: x mol

X: y mol Phương trình phản ứng:

M  2HCl M Cl2 H2

0,03 ← 0 , 03

4 , 22

672 , 0



nhh = 0,03 mol

mhh = 1,52g

0,95g không khử hết 2g CuO

03 , 0

52 , 1





 M

Fe = 56; M = 50,1  MX < 56

X + CuO  t0 Cu + H2O

0 , 025

80

2

  nX < 0,025



X

X

M

m

< 0,025  MX < 38

025 , 0

95 , 0 025 ,

X m

Vậy: 38 < MX < 56 (hóa trị 2)  X là Ca (40)

Ví dụ 3: X là hỗn hợp 2 kim loại kiềm thuộc hai chu kỳ liên tiếp Khi lấy cùng một số

mol X chuyển hóa thành muối clorua hoặc muối sunfat thu được muối lần lượt là a và b gam Biết a = 1,1807a Hai kim loại là:

A Li, Na B K, Rb C Rb, Cs D Na, K

Phần gợi ý cho học sinh

b = 1,1807a   1 , 1807

a

b

CK2 Li

CK3 Na (23)

33,7

CK4 K (39)

CK5 Rb

CK6 Cs

Giải

M là trung bình của 2 kim loại kiềm

a là tổng số mol Muối clorua: M Cl x mol Muối sunfat: M2SO4

2

x

mol Khối lượng:

a = (M +35,5)x

b = (M +96) 2x

35,5) + M (

48) + M (





a b

M + 48 = 1,1807M + 41,91485 0,1807M = 6,08515

M = 33,7 Vậy 2 kim loại là Na và K

* Câu hỏi trắc nghiệm:

1 Hai kim loại kiềm ở hai chu kỳ kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn Hòa tan một ít hỗn hợp của chúng trong nước được dung dịch X và 0,336 lít H2 (đktc) Cho HCl dư vào X được 2,705g muối khan Hai kim loại là:

A Na, K B Li, Na C K, Rb D Rb, Cs

2 Dung dịch X chứa 35g hỗn hợp muối cacbonat của 2 kim loại đều thuộc nhóm IA, ở hai chu kỳ kế tiếp Nhỏ từ từ và khuấy đều dung dịch axit 0,5M vào dung dịch X; khi phản ứng xong, thu được 0,1 mol CO2 và dung dịch Y Thêm một lượng nước vôi vào Y, thu được 20g kết tủa Hai kim loại đó là:

A Na, K B Li, Na C K, Rb D Rb, Cs

3 Cho 3,6g hỗn hợp X gồm hai muối cacbonat của 2 kim loại kế tiếp nhau trong nhóm IIA Hòa tan hết X vào dung dịch HCl thu được khí Y Hấp thu hết Y bởi 450ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M thu được 7,88g kết tủa Hai kim loại tạo muối cacbonat là:

A Mg, Ca B Be, Mg C Mg, Sr D Sr, Ba

4 Hòa tan hết 4,68g hỗn hợp muối cacbonat của 2 kim loại X, Y kế tiếp nhau trong nhóm IIA bằng 200ml dung dịch HCl 0,5M được dung dịch Z và 1,54 lít CO2 (27,30C và 0,8atm)

X, Y và tổng khối lượng muối khan trong Z là:

A Be; Mg; 4,20g B Mg; Ca; 5,23g C Ca; Sr; 8,9g D Mg; Ca; 3,33g

5 36,8g hỗn hợp muối cacbonat của 2 kim loại thuộc nhóm IIA ở 2 chu kỳ liên tiếp tác dụng hết với dung dịch HCl thu được 0,4 mol CO2 Vậy 2 kim loại là:

A Ca, Sr B Sr, Ba C Mg, Ca D Be, Mg

6 3,6g hỗn hợp gồm K và một kim loại X tác dụng vừa đủ với nước cho 2,24 lít H2 (0,5atm; 00C) Số mol của X lớn hơn 10% tổng số mol 2 kim loại X là:

A Cs B Li C Rb D Na

7 Hỗn hợp X gồm Fe và một kim loại M có hóa trị II không đổi Cho 1,5g X tan hết trong dung dịch HCl giải phóng 3,36 lít khí (đktc) Tên của kim loại M là:

A Beri B Magie C Kẽm D Bari

8 Cho 1,7g hỗn hợp X gồm kim loại X và Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl sinh

ra 0,672 lít H2 (đktc) Mặt khác khi cho 1,9g X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 thì thể tích khí H2 sinh ra chưa đến 1,12 lít (đktc) X là:

A Mg B Ca C Sr D Ba

* Áp dụng công thức trung bình:

1 Cho 2 lít dung dịch X chứa 31,72g hỗn hợp 2 muối Na2CO3 và K2CO3 tác dụng với 43,29g CaCl2 thì thu được dung dịch Y và 26g kết tủa Z Nồng độ của Na2CO3 và K2CO3 theo thứ tự là:

A 0,05M và 0,065M B 0,1M và 0,1M

C 0,13M và 0,13M D 0,1M và 0,13M

2 Nung 13,4g hỗn hợp 2 muối cacbonat của kim loại hóa trị II, thu được 6,8g chất rắn và khí X Lượng khí X hấp thụ vào 75ml dung dịch NaOH 1M Khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là:

A 5,8g B 4,2g C 6,3g D 6,5g

b) Phương pháp bảo toàn electron:

ne nhường = ne nhận

được 5,6 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N2 có d X/H2 14,4 Tìm kim loại M?

Nhận xét:

M hóa trị n

Chất oxi hóa: HNO3

Học sinh viết phương trình phản

ứng:

Chất khử

M → Mn+ + ne

M

2

,

16

M

n

2 , 16

Chất oxi hóa:

N + 3e → NO 3x ← x

+5 +2 +5

mà x + y = 225,,64 = 0,25 2N + 10e → N2

10y ← y

25 , 0

28 30





 x y M

30x + 28y =7,2

x + y = 0,25

x = 0,1

y = 0,15

y x M

n

10 3 2 , 16





8 , 1 15 , 0 10 1 , 0 3 2 , 16







M

n

8 , 1

2 , 16





Al Kết luận: Kim loại M là Al (nhôm)

Ví dụ 2 Hòa tan 19,2g kim loại M trong dung dịch HNO3 dư thu được 8,96 lít (đktc) hỗn hợp khí NO2 và NO có thể tích theo tỉ lệ 3:1 Kim loại M là:

A Fe B Mg C Ca D Cu

Chất khử

M → Mn+ + ne

mol

M

2

,

19

M

n

2 , 19

ne nhường =19M,2n

Chất oxi hóa

N + 1e → NO2

x ← x

N + 3e → NO 3y ← y x:y =3:1 x + y = 0,1  x = 0,3; y = 0,1 ne nhận = x + 3y = 0,6 M n 2 , 19 = 0,6  M =190,,26n = 32n n 1 2 3 M 32 64 96 Cu Kết luận: Kim loại M là Cu (đồng) Ví dụ 3 Hòa tan hết 11,2g Fe vào HNO3 dư, thu được dung dịch X và 6,72 lít hỗn hợp khí (đktc) Y gồm NO và một khí Z với tỉ lệ thể tích là 1:1 Tìm công thức của khí X Chất khử Fe → Fe3+ + 3e 1156,2 → 0,6 mol Chất oxi hóa NO a mol Khí Z b mol a = b = 02,3= 0,15 N + 3e → NO +5

+5 +2

+5 +4

+5 +2



0,3mol