skkn phương pháp giải bài tập co2 tác dụng với dung dịch kiềm

Qua 5 năm giảng dạy ở trường THPT Trần Văn Kỷ kết hợp với những kiến thức tích lũy được khi ngồi trên giảng đường đại học tôi mạnh dạn đưa ra ý tưởng “GIẢI BÀI TẬP CO 2 TÁC DỤNG DUNG DỊC

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU

III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Trang 3

IV ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Trang 3

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trang 3

PHẦN II: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

I THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Trang 4

II BIỆN PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Trang 6

II.1 Những kiến thức cần trang bị Trang 6

II.2 Một số phương pháp áp dụng cần nắm vững Trang 6

II.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp Trang 6

II.4 Những bài tập áp dụng minh họa Trang 8

III NỘI DUNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Trang 12

III.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm Trang 12

III.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm Trang 12

III.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm Trang 12

III.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm Trang 13

PHẦN I:

MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hóa học là một trong những môn khoa học cơ bản ở các trường THCS và THPT Đây là môn các em mới được trang bị kiến thức từ khi học lớp 8 bậc THCS Tuy nhiên, đây cũng là môn thường xuyên sử dụng thi tốt nghiệp THPT và là một trong ba môn bắt buộc trong kì thi xét tuyển sinh vào ĐH, CĐ, THCN khối A, B

Kể từ năm 2007, Bộ Giáo Dục và Đào Tạo đã chuyển cấu trúc thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng môn Hoá từ tự luận sang trắc nghiệm 100% Điều đó cũng đồng nghĩa trong vòng 90 phút, Học sinh phải thật bình tĩnh để lựa chọn phương án trả lời tối ưu nhất trong thời gian ngắn nhất Nắm bắt được điều đó, các Giảng viên đại học, cao đẳng, các Chuyên gia và các Nhà giáo có nhiều kinh nghiệm đã xuất bản rất nhiều sách và tài liệu tham khảo về các phương pháp giải nhanh trắc nghiệm

Với xu thế trắc nghiệm khách quan hiện nay thì “nhanh và chính xác” là hai

yếu tố rất quan trọng trong khi làm bài kiểm tra cũng như trong các kì thi Ngoài ra, vận dụng được các phương pháp giải nhanh chưa đủ mà lựa chọn được phương pháp giải nhanh nào tối ưu phù hợp cũng góp phần vào việc giải quyết các bài tập nhanh, chính xác và hiệu quả Vì vậy, trong việc sử dụng sơ đồ, sơ đồ chéo trong môn Hóa

cũng thể hiện được “phương pháp giải” và “khả năng tư duy trừu tượng” của Học

sinh khi làm bài

Qua 5 năm giảng dạy ở trường THPT Trần Văn Kỷ kết hợp với những kiến thức tích lũy được khi ngồi trên giảng đường đại học tôi mạnh dạn đưa ra ý tưởng

“GIẢI BÀI TẬP CO 2 TÁC DỤNG DUNG DỊCH KIỀM BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SƠ ĐỒ CHÉO”.

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu những dạng bài toán giải nhanh thường gặp trong các đề thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng, các đề thi và các đề kiểm tra thường xuyên

Đề xuất những ý tưởng để giải nhanh bài toán thường gặp trong Hóa học lớp 11 bằng phương pháp sơ đồ và sơ đồ chéo, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn ở trường phổ thông và là hành trang vững chắc để các em chuẩn bị bước vào kì thi tuyển sinh Đại học

Bản thân có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu và vận dụng các ý tưởng đó vào công tác giảng dạy của bản thân sau này

III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu nội dung “Chương Nhóm Cacbon – Hóa học lớp 11; Chương Kim loại Kiềm, Kiềm Thổ và hợp chất của chúng – Hóa học 12” Đồng thời tìm ra những

dạng bài tập điển hình thường gặp về CO2 tác dụng với dung dịch kiềm, kiềm thổ trong các đề thi tuyển sinh Đại học

Nghiên cứu phương pháp bảo toàn nguyên tố, phương pháp sơ đồ chéo và vận dụng phương pháp đó để giải bài tập trắc nghiệm

Tìm ra hướng giải quyết nhanh các bài toán đó dựa vào sơ đồ và sơ đồ chéo

IV ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Tiến hành nghiên cứu trên đối tượng Học sinh khối 11 ở trường THPT Trần Văn Kỷ

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Bước 1: Trên cơ sở nắm vững nội dung trọng tâm về hợp chất CO2 trong chương trình Hóa học lớp 11 và nghiên cứu kĩ những câu hỏi thi tuyển sinh Đại học liên quan đến bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm, kiềm thổ

Bước 2: Đưa ra những ý tưởng để giải nhanh những bài tập đã chọn ở bước 1

theo phương pháp sơ đồ và sơ đồ chéo, nhưng có thể mở rộng phạm vi áp dụng cả trên các bài tập khác

Bước 3: Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên đối tượng Học sinh

Bước 4: Thu thập và xử lý số liệu, rút ra kết luận

VI PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Do điều kiện thời gian và hạn chế của một Sáng kiến Kinh nghiệm nên đề tài chỉ có thể nghiện cứu trên phạm vi hẹp (Chương Nhóm Cacbon của Hóa học 11) và chỉ nghiên cứu những bài tập nhỏ

Phạm vi áp dụng:

Bài tập về CO2 tác dụng với dung dịch kiềm Xác định định tính và định lượng sản phẩm tạo thành

Mở rộng ra bài tập về CO2 tác dụng với dung dịch kiềm thổ và hỗn hợp dung dịch kiềm, kiềm thổ Xác định định tính và định lượng sản phẩm tạo thành

PHẦN II:

NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

I THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Qua những năm giảng dạy và công tác tại trường phổ thông Tôi nhận thấy rất nhiều Học sinh khi gặp bài tập CO2 tác dụng với dung dịch bazơ kiềm hay kiềm thổ

là viết các phương trình phản ứng rồi mới giải bài tập theo phương pháp truyền thống

là đặt ẩn, lập tỷ, biện luận và giải quyết vấn đề Cụ thể như sau:

+ Phương pháp truyền thống:

Khi cho CO 2 phản ứng với dung dịch kiềm (NaOH/ KOH) có các phản ứng:

(1) CO2OH HCO3

Gọi x mol

CO  OHCO H O

Gọi y mol

Theo giả thiết tính số mol CO 2 = a mol; số mol OH= b mol

Lập tỷ lệ:

2

OH CO

n T n





Biện luận xác định sản phẩm:

+ Nếu T < 1 sản phẩm tạo muối HCO3 và CO2 dư Theo phương trình:

số mol HCO3= x = b mol; số mol CO2 dư = a-b mol + Nếu T = 1 sản phẩm tạo muối HCO3 Theo phương trình:

số mol HCO3= x = a = b mol + Nếu 1 < T < 2 sản phẩm tạo 2 muối 2

3

CO  và HCO3 Theo phương trình:

x + y = a Giải ra được giá trị x, y

x + 2y = b

+ Nếu T = 2 sản phẩm tạo muối 2

3

CO  Theo phương trình:

số mol 2

3

CO = y = a = b/2 mol + Nếu T > 2 sản phẩm tạo muối 2

3

CO  và OH dư Theo phương trình:

số mol 2

3

CO = y = a mol; số mol OH dư = b-2a mol

+ Ví dụ: Hấp thụ hoàn toàn 448 ml khí CO2 (đktc) vào 300 ml dung dịch NaOH 0,1M

a Sản phẩm thu được sau phản ứng là:

A Na2CO3 và NaOH dư B NaHCO3 và CO2 dư

C NaHCO3 và Na2CO3 D Na2CO3

b Khối lượng muối thu được sau phản ứng là:

A 1,0 gam B 1,06 gam C 0,84 gam D 1,9 gam

Giải

Tính: n CO2  0, 02 mol; n NaOH= 0,03 mol n OH= 0,03 mol

Lập tỷ lệ:

2

0, 03 1,5

0, 02

OH CO

n T

n



Ta thấy: 1 < T = 1,5 < 2 Tạo 2 muối: NaHCO3 và Na2CO3

a Đáp án A

b Gọi số mol NaHCO3 là x mol và số mol Na2CO3 là y mol, ta có:

x mol x mol ← x mol

y mol 2y mol ← y mol

x + y = 0,02 suy ra x = 0,01

x + 2y = 0,03 y = 0,01 Nên:

3 0,01.84 0,84

2 3

0, 01.106 1, 06

Vậy: Khối lượng muối = 0,84 + 1,06 = 1,9 gam Đáp án D

Như vậy, chúng ta thấy rằng với phương pháp này đòi hỏi học sinh phải viết phương trình, lập tỷ lệ chính xác và biện luận đúng trường hợp xảy ra Đồng thời phải giải hệ phương trình nếu bài toán gặp trường hợp tạo 2 muối Điều đó, có thể tốn nhiều thời gian và có thể nhầm trường hợp thì dẫn đến kết luận sai vấn đề

Việc sử dụng phương pháp thích hợp và hiệu quả là những công cụ tối ưu để giải quyết những bài toán dạng này

Một số đối tượng Học sinh khác, chúng ta cũng hay gặp là quá lạm dụng Máy tính, do đó sẽ rất tốn thời gian làm bài

Vì vậy, ý tưởng là rất quan trọng, giúp Học sinh định hướng được cách giải nhanh bài toán thay vì các em phải viết rất nhiều trên nháp, điều này hoàn toàn không hợp lý trong bài thi trắc nghiệm

Từ thực tế trên, tôi xin trình bày những giải pháp, ý tưởng để giải nhanh những bài toán trên bằng phương pháp thích hợp, nhanh và hiệu quả Thể hiện tính tư duy và phát triển năng lực của Học sinh

II BIỆN PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

II.1 Những kiến thức cần trang bị

+ Kiến thức về về chương cacbon, về chương kim loại kiềm, kiềm thổ và hợp chất của chúng

+ Kiến thức về các phương pháp sơ đồ chéo, phương pháp bảo toàn nguyên tố + Xử lí các dữ kiện bài toán: số mol, thể tích khí, khối lượng, phần trăm,

II.2 Một số phương pháp áp dụng cần nắm vững

+ Phương pháp sơ đồ chéo:

chất A -– a c-b

c (với a>c>b)

chất B -– b a-c + Phương pháp bảo toàn nguyên tố:

Bảo toàn nguyên tố C:

Bảo toàn nguyên tố M (kim loại kiềm):

3 2 3

2

II.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp

Khi tan trong nước, CO2 tạo thành dung dịch axit cacbonic (H2CO3):

Axit cacbonic (H2CO3) là một axit rất yếu phân li 2 nấc nên trong dung dịch sẽ luôn tồn tại các cân bằng sau:

2 3

a

K = 4,5.10-7

3

3

CO ; 2

a

Trong môi trường kiềm MOH, lượng H+ bị trung hòa bởi OH- nên các cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận Vì vậy ta có thể thay thế các cân bằng trên bởi sơ

đồ sau:

CO2   HCO3   2

3

CO 

Giả sử số mol ban đầu của CO2 là a mol và số mol bazơ kiềm MOH cho vào CO2 là

b mol

Theo sơ đồ trên ta có:

CO2   HCO3   2

3

CO 

0 mol a mol 2a mol (Ban đầu chưa phản ứng nên số mol CO2 = 0)

So sánh với số mol MOH , ta sẽ có các trường hợp sau:

+ Nếu b < a : Tạo muối HCO3 và CO2 dư Ta có sơ đồ chéo:

CO2   HCO3   2

3

CO 

0 a 2a

b (số mol=a-b)CO2dư MHCO3(số mol=b)

Bảo toàn nguyên tố M

+ Nếu b = a : Tạo muối HCO3 Ta có sơ đồ:

CO2  HCO3  2

3

CO 

0 a 2a

║

b

+ Nếu a < b < 2a : Tạo hỗn hợp 2 muối HCO3 và 2

3

CO  Ta có sơ đồ chéo:

CO2   HCO3   2

3

CO 

0 a 2a

b (số mol=2a-b)MHCO3 M CO2 3 (số mol=b-a)

+ Nếu b = 2a : Tạo muối 2

3

CO  Ta có sơ đồ:

CO2   HCO3   2

3

CO 

0 a 2a

║

b

M CO2 3 (số mol=a=b/2)

Bảo toàn nguyên tố C hay M

+ Nếu b > 2a : Tạo muối 2

3

CO  và MOH dư Ta có sơ đồ chéo:

2

3

CO 

0 a 2a

b (số mol=a)M CO2 3 MOH dư(số mol=b-2a)

Bảo toàn nguyên tố C

Nếu chỉ nhìn vào sơ đồ tổng quát thì đúng là khó khăn hơn giải theo cách lập tỉ lệ Tuy nhiên, khi giải một bài tập cụ thể sẽ thấy nó không phức tạp lắm mà đơn giản hơn nhiều Ưu điểm của cách giải này là học sinh không cần phải học thuộc các trường hợp trên, chỉ cần học sinh so sánh xem số mol MOH nằm trong khoảng nào là có thể xác định được sản phẩm tạo thành Ngoài ra, trong trường hợp tạo 2 muối chúng ta có thể kết hợp với sơ đồ đường chéo để tính được số mol mỗi muối rất nhanh

Sau đây, ta hãy xét một số ví dụ minh họa để tìm hiểu rõ hơn về cách giải này

II.4 Những bài tập áp dụng minh họa

II.4.1 Bài tập áp dụng đối chứng với phương pháp truyền thống (lập tỷ)

Ví dụ: Hấp thụ hoàn toàn 448 ml khí CO2 (đktc) vào 300 ml dung dịch NaOH

0,1M

a Sản phẩm thu được sau phản ứng là:

A Na2CO3 và NaOH dư B NaHCO3 và CO2 dư

C NaHCO3 và Na2CO3 D Na2CO3

b Khối lượng muối thu được sau phản ứng là:

A 1,0 gam B 1,06 gam C 0,84 gam D 1,9 gam

Giải

Tính: n CO2  0, 02 mol; n NaOH= 0,03 mol

Lập sơ đồ:

CO2   HCO3   2

3

CO 

0 0,02 0,04

0,03 (số mol=0,04-0,03=0,01)NaHCO3 Na CO2 3 (số mol=0,03-0,02=0,01)

a Đáp án A

b Khối lượng muối:

3 0,01.84 0,84

2 3

0, 01.106 1, 06

Vậy: Khối lượng muối = 0,84 + 1,06 = 1,9 gam Đáp án D

Chúng ta thấy rằng so với phương pháp truyền thống lập tỷ ở trên, phương pháp sơ đồ chéo ngắn gọn, nhanh và dễ hiểu hơn nhiều

II.4.2 Bài tập minh họa áp dụng phương pháp sơ đồ và sơ đồ chéo

Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch KOH 1M

Sản phẩm thu được sau phản ứng là:

A K2CO3 và KOH dư B KHCO3 và CO2 dư

C KHCO3 và K2CO3 D KHCO3

Giải

Tính:

2 0, 2

CO

n  mol; n KOH= 0,1 mol

Lập sơ đồ: CO2   HCO3   2

3

CO 

0 0,2 0,4 0,1

CO2dư KHCO3 Suy ra: Đáp án B

Ví dụ 2: Hấp thụ hoàn toàn V lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch KOH 0,1M Thu được

10 gam muối kali hiđrocacbonat Giá trị V tối thiểu hấp thụ là:

A 1,12 lít B 3,36 lít C 2,24 lít D 4,48 lít

Giải

Tính: n KHCO3= 0,1 mol

Lập sơ đồ: CO2   HCO3   2

3

CO 

0 a 2a

║

b

KHCO3

3

KHCO

n =a=b=0,1mol

Vậy: Thể tích CO2 tối thiểu hập thụ vào là: 0,1.22,4=2,24 lít Đáp án C

Ví dụ 3: Cho 22 gam CO2 vào 300 gam dung dịch KOH thu được 1,38 gam K2CO3 và một lượng muối KHCO3 Nồng độ phần trăm của dung dịch KOH đã dùng là

Giải

Tính:

2 0,5

CO

n  mol;

2 3

K CO

n = 0,01 mol;

Theo đề bài tạo 2 muối nên ta có sơ đồ:

CO2   HCO3   2

3

CO 

0 0,5 1,0

b KHCO3 K CO2 3

n K CO2 3=b-0,5=0,01 suy ra b=0,51mol

Nên m KOH =0,51.56=28,56 gam Vậy: C%KOH=28,56.100 9,52%

300  Đáp án D

Ví dụ 4: (SGK-11CB trang 75) Cho 224ml CO2 (đktc) hấp thụ hết trong 100ml dung dịch KOH 0,2M Tính khối lượng của những chất có trong dung dịch tạo thành

Giải

Tính: n CO2  0, 01 mol; n KOH = 0,02 mol

Lập sơ đồ: CO2   HCO3   2

3

CO 

0 0,01 0,02

║

0,02

K CO2 3 (số mol=0,02/2=0,01)

Vậy: Khối lượng muối K CO2 3= 0,01.183=1,38 gam

Ví dụ 5: Hấp thụ hoàn toàn 4,4 lít khí CO2 (đktc) vào 300 ml dung dịch NaOH 1M

Sản phẩm thu được sau phản ứng là:

A Na2CO3 và NaOH dư B NaHCO3 và CO2 dư

C NaHCO3 và Na2CO3 D NaHCO3

Giải

Tính:

2 0,1

CO

n  mol; n NaOH= 0,3 mol

Lập sơ đồ: CO2   HCO3   2

3

CO 

0 0,1 0,2

0,3

2 3

Na CO NaOHdư Đáp án A

II.4.3 Vận dụng phương pháp sơ đồ và sơ đồ chéo vào bài tập CO 2 tác dụng với dung dịch kiềm thổ M(OH) 2 và hỗn hợp dung dịch kiềm và kiềm thổ

Ví dụ 1: Hấp thụ hết 672 ml CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch Ca(OH)2 0,2 M

a Sau phản ứng thu được muối gì?

A Chỉ có CaCO3 B Chỉ có Ca(HCO3)2

C Cả CaCO3 và Ca(HCO3)2 D Ca(HCO3)2 và CO2 dư

b Khối lượng muối là bao nhiêu?

A 2,00 gam B 2,62 gam C 1,62 gam D 1,00 gam

Giải

Tính:

CO

n  mol;

2

( )

Ba OH

n 0,02 mol n OH= 0,04 mol

Lập sơ đồ: CO2  HCO3  2

3

CO 

0 0,03 0,06

0,04

(số mol=0, 06 0, 04

2



=0,01) Ca HCO( 3)2 CaCO3(số mol=0,04-0,03=0,01)

Vậy:

a Đáp án C

b

3 2

( )

Ca HCO

m = 0,01.162 = 1,62 gam

3

CaCO

m = 0,01.100 = 1 gam

Khối lượng muối= 1,62+1 = 2,62 gam Đáp án B

Ví dụ 2: (Đại học khối A- năm 2009) Cho 0,448 lít khí CO2 (ở đktc) hấp thụ hết vào

100 ml dung dịch chứa hỗn hợp NaOH 0,06M và Ba(OH)2 0,12M, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:

A.1,182 B 3,940 C 1,970 D 2,364

Giải

Tính:

2 0, 02

CO

n  mol; n NaOH 0,006 mol;

2

( )

Ba OH

n 0,012 mol n OH= 0,03 mol

Lập sơ đồ: CO2  HCO3  2

3

CO 

0 0,02 0,04

0,03

Ba HCO( 3)2 BaCO3(số mol=0,03-0,02=0,01)

Vì

3

BaCO

n <

2

( )

Ba OH

n nên: m BaCO3= m = 0,01.197 = 1,97 gam Đáp án C

III NỘI DUNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

III.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm

Mục đích thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp giải nhanh bằng sơ đồ và sơ đồ chéo thông qua hệ thống câu hỏi trắc nghiệm dưới dạng một bài kiểm tra 15 phút đối với Học sinh khối 11 – Tự chọn cơ bản và 10 phút đối với Học sinh khối 11 – Tự chọn nâng cao

III.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm

Dùng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm đã soạn thảo dựa trên những phương pháp

đã đưa, trình bày trước Học sinh trong các bài học liên quan Sau đó tiến hành kiểm tra, đánh giá

Phân tích các câu hỏi, đánh giá mức độ khó của vấn đề đã nêu ra

Sơ bộ đánh giá khả năng tiếp thu kiến thức của Học sinh và kết quả quá trình dạy học

Đánh giá thái độ của Học sinh

III.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành với 99 học sinh/3 lớp 11B4, 11B5 và 11B9 ở trường THPT Trần Văn Kỷ trong Học kỳ I

Để đảm bảo tính trung thực và ngăn ngừa hiện tượng sao chép giữa những Học sinh ngồi gần nhau, câu hỏi và câu trả lời được xáo trộn thành 4 đề

Một học sinh được phát một đề và một phiếu làm bài, thời gian làm bài là 15 phút đối với lớp 11B4 cơ bản không áp dụng phương pháp, 11B9 cơ bản có áp dụng