sở giáo dục và đào tạo hng yênTrờng THPT phù cừ Sáng kiến kinh nghiệm "sử dụng phơng pháp đồ thị trong toán học để giải nhanh một số bài tập Hoá học" Ngời viết: Hoàng Đức Hải Tổ: Lý - Ho
Trang 1sở giáo dục và đào tạo hng yên
Trờng THPT phù cừ
Sáng kiến kinh nghiệm
"sử dụng phơng pháp đồ thị trong toán
học
để giải nhanh một số bài tập Hoá học"
Ngời viết: Hoàng Đức Hải Tổ: Lý - Hoá - Kỹ Thuật Công Nghiệp
Năm học: 2007 - 2008
Trang 2Mục lục
Trang
Tài liệu tham khảo
1 Sách Hoá học Lớp 12 - NXB GD HN 2000.
2 Sách Bài tập Hoá học Lớp 12 - NXB GD HN 2000.
3 Đề thi tuyển sinh vào các trờng Đại học và Cao đẳng
NXB ĐHQG HN 1999-2001.
4 Đề thi chọn học sinh giỏi môn Hóa học cấp Tỉnh, cấp
Quốc gia các năm.
Trang 3A đặt vấn đề
Trong học tập hoá học, việc giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng Ngoài việc rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động; bài tập hoá học còn đợc dùng để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng về hoá học Thông qua giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, bồi dỡng hứng thú trong học tập
Việc lựa chọn phơng pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Mỗi bài tập có thể có nhiều phơng pháp giải khác nhau Nếu biết lựa chọn phơng pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh nắm vững hơn bản chất của các hiện tợng hoá học
Qua quá trình giảng dạy, bồi dỡng học sinh giỏi nhiều năm và việc tham khảo nhiều tài liệu, tôi đã tích luỹ đợc một số phơng pháp giải bài tập hoá học Việc vận dụng phơng pháp đồ thị trong toán học để giải nhanh một số bài tập hoá học đã tỏ ra
có nhiều u điểm, đặc biệt là khi các kỳ thi ngày nay đã chuyển đổi sang phơng pháp TNKQ Trong trờng hợp này, học sinh tiết kiệm đợc rất nhiều thời gian tính toán để
có kết quả Một số tác giả khác cũng đã đề cập đến cách làm này trong một số tài liệu tham khảo Tuy nhiên, ở đó cũng mới chỉ dừng lại ở việc giải một số bài tập đơn
lẻ mà cha có tính khái quát.
Chính vì vậy, tôi viết đề tài này nhằm khái quát việc vận dụng phơng pháp đồ thị trong toán học để giải một số bài tập hoá học Thông qua đó tôi muốn giới thiệu với các thầy cô giáo
và học sinh một trong những phơng pháp giải bài tập hoá học rất có hiệu quả Vận dụng đợc phơng pháp này sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hoá học đợc thuận lợi hơn rất nhiều, nhanh chóng có kết quả để trả lời câu hỏi TNKQ
Đề tài đợc viết dựa trên cơ sở giải một số ví dụ điển hình bằng hai phơng pháp khác nhau Trong đó có phơng pháp đồ thị trong toán học Tổ chức giảng dạy ở một lớp, đánh giá việc vận dụng phơng pháp này sau khi đã đợc học tập So sánh kết quả làm bài với một lớp khác không
đợc giới thiệu vận dụng phơng pháp đồ thị trong toán học học tập Trên cơ sở kết quả thu đợc,
đánh giá đợc u điểm và khái quát thành phơng pháp chung cho một số dạng bài tập hoá học có thể giải bằng phơng pháp này
Trang 4B giải quyết vấn đề
I ph ơng pháp đồ thị
Cơ sở của phơng pháp là việc sử dụng đồ thị trong toán học để giải một số hệ phơng trình Trong hoá học, một số dạng bài tập đợc giải dựa trên cơ sở nội dung của phơng pháp này Đó là trờng hợp mà trong thí nghiệm hoá học có hai quá trình lợng kết tủa tăng dần, sau đó giảm dần đến hết khi lợng chất phản ứng có d Có thể vận dụng phơng pháp này trong hoá học ở các trờng hợp chủ yếu sau:
- Thổi khí CO2 vào dung dịch chứa hiđroxit của kim loại phân nhóm chính nhóm II
- Rót từ từ dung dịch kiềm đến d vào dung dịch muối nhôm hoặc muối kẽm.
- Rót từ từ dung dịch axit đến d vào dung dịch muối có chứa anion AlO2- hoặc ZnO22-.
Ta xem xét phơng pháp giải một số bài tập dựa trên cơ sở đó thông qua một số
ví dụ sau.
II Các ví dụ
Ví dụ 1: Cho 10 lít (đktc) hỗn hợp A gồm N2 và CO2 ở đktc vào 2 lít dung dịch Ca(OH)2
0,02 M thì thu đợc 1 gam kết tủa
Tính % CO2 trong hỗn hợp A theo thể tích
(Sách Hoá học - Lớp 12 - NXB Giáo dục Hà nội)
Lời giải
* Phơng pháp tự luận:
Phơng trình hoá học của những phản ứng lần lợt xảy ra nh sau:
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (1)
CO2 + H2O + CaCO3 Ca(HCO3)2 (2)
Ta có: Số mol Ca(OH)2 = 2 0,02 = 0,04 (mol)
Số mol CaCO3 = 1 : 100 = 0,01 (mol)
Tr
ờng hợp 1: Chỉ có phản ứng (1) Ca(OH)2 d
Theo phơng trình ta có:
Số mol CO2 = Số mol CaCO3 = 0,01 (mol) = Số mol Ca(OH)2 < 0,04 (mol)
Vậy, A có % CO2 = ì ì100%=2,24%⋅
10
4 , 22 01 , 0
Tr
ờng hợp 2: Cả phản ứng (1) và (2) đều xảy ra Ca(OH)2 hết
Theo phơng trình (1):
Số mol CaCO3 (1) = Số mol Ca(OH)2 = 0,04 (mol)
Số mol CaCO3 (2) = 0,04 - 0,01 = 0,03 (mol)
Theo phơng trình (1) và (2):
Số mol CO2 = 0,04 + 0,03 = 0,07 (mol) Vậy, A có % CO2 = ì ì100%=15,68%⋅
10
4 , 22 07 , 0
* Phơng pháp đồ thị:
Trang 50,01
Dựa vào tỷ lệ phản ứng ở phơng trình (1) và (2) ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn lợng kết tủa thu
đợc theo lợng CO2 đã phản ứng nh sau:
Số mol CaCO3
0,01 0,04 0,07 0,08 Số mol CO2
Dựa vào đồ thị, nếu sau phản ứng thu đợc 1 gam kết tủa thì ta có ngay:
Tr
ờng hợp 1: Số mol CO2 = 0,01 (mol)
Tr
ờng hợp 2: Số mol CO2 = 0,07 (mol)
Ví dụ 2: Hoà tan 26,64 gam chất X là tinh thể muối sunfat ngậm nớc của kim
loại M hoá trị n vào nớc đợc dung dịch A.
Cho A tác dụng với dung dịch NH3 d, lọc lấy kết tủa, nung đến khối lợng không đổi thì thu đợc 4,08 gam chất rắn B Nếu cho A tác dụng với dung dịch BaCl2 d thì thu đợc 27,96 gam kết tủa
a Tìm công thức của X
b Tính thể tích dung dịch NaOH 0,2 M cần thêm vào A để thu đợc lợng kết tủa lớn nhất, nhỏ nhất
c Cho 250 ml dung dịch KOH tác dụng hết với A thì thu đợc 2,34 gam kết tủa Tính
(Đề thi tuyển sinh - NXB Giáo dục Hà nội - 1998)
Lời giải
a Kết quả tính toán cho ta công thức muối là: Al2(SO4)3.18H2O Nh vậy, dung dịch A có:
Số mol Al3+ = 2 Số mol Al2O3 = 102 0,08( ).
08 , 4 2
mol
=
ì
* Phơng pháp tự luận:
Phơng trình hoá học của những phản ứng lần lợt xảy ra nh sau:
Al3+ + 3 OH- Al(OH)3 (1) Al(OH)3 + OH- AlO2 - + 2 H2O (2)
b Để lợng kết tủa lớn nhất thì chỉ xảy ra phản ứng (1)
Theo phơng trình:
Số mol OH- = 3 Số mol Al3+ = 3 0,08 = 0,24 (mol)
Để lợng kết tủa nhỏ nhất thì xảy ra cả phản ứng (1) và (2)
Theo phơng trình:
Trang 60,03
Số mol OH- = 4 Số mol Al3+ = 4 0,08 = 0,32 (mol) Vậy, thể tích dung dịch NaOH 0,2 M cần thêm vào A để lợng kết tủa thu đợc lớn nhất, nhỏ nhất tơng ứng là:
V = 0,24 : 0,2 = 1,2 (lít) và V' = 0,32 : 0,2 = 1,6 (lít)
c Số mol kết tủa Al(OH)3 thu đợc là 2,34 : 78 = 0,03 (mol)
Tr
ờng hợp 1: Chỉ có phản ứng (1) Al3+ d
Theo phơng trình ta có:
Số mol OH- = 3 Số mol Al(OH)3 = 3 0,03 = 0,09 (mol)
Số mol Al3+ (p) = Số mol Al(OH)3 < 0,04 (mol)
Vậy, nồng độ dung dịch KOH là: [KOH] = =0,36( )⋅
25 , 0
09 , 0
M Tr
ờng hợp 2: Cả phản ứng (1) và (2) đều xảy ra Al3+ hết
Theo phơng trình (1):
Số mol Al(OH)3 (1) = Số mol Al3+ = 0,08 (mol)
Số mol Al(OH)3 (2) = 0,08 - 0,03 = 0,05 (mol)
Theo phơng trình (1) và (2):
Số mol OH- = 3 0,08 + 0,05 = 0,29 (mol) Vậy, nồng độ dung dịch KOH là: [KOH] = =1,16( )⋅
25 , 0
29 , 0
M
* Phơng pháp đồ thị:
Dựa vào tỷ lệ phản ứng ở phơng trình (1) và (2) ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn lợng kết tủa thu đợc theo lợng OH- đã phản ứng nh sau:
Số mol Al(OH)3
0,09 0,24 0,29 0,32 Số mol OH
-Dựa vào đồ thị ta có ngay:
b Số mol OH- cần có để lợng kết tủa thu đợc lớn nhất, nhỏ nhất tơng ứng là 0,24 và 0,32 (mol)
c Nếu sau phản ứng thu đợc 2,34 gam kết tủa thì:
Tr
ờng hợp 1: Số mol OH- = 0,09 (mol)
Tr
ờng hợp 2: Số mol OH- = 0,29 (mol)
Ví dụ 3: Hoà tan vừa hết m gam Al vào dung dịch NaOH thì thu đợc dung
dịch A và 3,36 lít H2 (đktc).
Trang 70,07
a Tính m.
b Rót từ từ dung dịch HCl 0,2 M vào A thì thu đợc 5,46 gam kết tủa Tính thể tích dung dịch HCl đã dùng.
Lời giải
a Phơng trình phản ứng:
2 Al + 2 H2O + 2 NaOH 2 NaAlO2 + 3 H2
Theo phơng trình: Số mol Al = 2/3 Số mol H2 = 0,1 (mol)
m = 2,7 (gam)
* Phơng pháp tự luận:
Phơng trình hoá học của những phản ứng lần lợt xảy ra nh sau:
H+ + H2O + AlO2 - Al(OH)3 (1)
3 H+ + Al(OH)3 Al3+ + 3 H2O (2)
b Theo giả thiết: Số mol Al(OH)3 = 5,46 : 78 = 0,07 (mol)
Tr
ờng hợp 1: Chỉ có phản ứng (1) AlO2- d
Theo phơng trình ta có:
Số mol H+ = Số mol Al(OH)3 = 0,07 (mol)
Số mol AlO2 - (p) = Số mol Al(OH)3 < 0,1 (mol)
Vậy, thể tích dung dịch HCl là: [HCl] =
35 , 0 2 , 0
07 ,
(lít)
Tr
ờng hợp 2: Cả phản ứng (1) và (2) đều xảy ra AlO2- hết
Theo phơng trình (1):
Số mol Al(OH)3 (1) = Số mol AlO2 - = 0,1 (mol)
Số mol Al(OH)3 (2) = 0,1 - 0,07 = 0,03 (mol)
Theo phơng trình (1) và (2):
Số mol H+ = 0,1 + 3 0,03 = 0,19 (mol) Vậy, nồng độ dung dịch HCl là: [HCl] =
95 , 0 2 , 0
19 ,
(lít)
* Phơng pháp đồ thị:
Số mol Al(OH)3
0,07 0,1 0,19 0,4 Số mol H+
Dựa vào tỷ lệ phản ứng ở phơng trình (1) và (2) ta vẽ đợc đồ thị biểu diễn lợng kết tủa thu đợc theo lợng H+ đã phản ứng nh trên
b Nếu sau phản ứng thu đợc 5,46 gam kết tủa thì:
Tr
ờng hợp 1: Số mol H+ = 0,07 (mol)
Trang 8a b
a
b
a
b
Tr
ờng hợp 2: Số mol H+ = 0,19 (mol)
III Ph ơng pháp chung
Qua việc giải các bài tập ở trên bằng hai phơng pháp khác nhau ta nhận thấy:
- Có thể giải một số bài tập hoá học theo phơng pháp đồ thị một cách nhanh chóng mà không bị bỏ sót nghiệm.
- Các bài tập hoá học giải đợc theo phơng pháp này gồm hai loại chủ yếu sau:
1 Tính lợng chất đã phản ứng tơng ứng với lợng kết tủa thu đợc.
2 Tìm điều kiện để khối lợng kết tủa thu đợc lớn nhất, nhỏ nhất.
Dạng 1: Thổi từ từ khí CO2 đến d vào dung dịch chứa a mol Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 Sau phản ứng thu đợc b mol kết tủa.
Số mol kết tủa
x a y 2a Số mol CO2
Số mol CO2 đã phản ứng là: x = b (mol)
y = 2a - b (mol).
Dạng 2: Rót từ từ dung dịch kiềm đến d vào dung dịch chứa a mol muối Al3+
hoặc Zn2+ Sau phản ứng thu đợc b mol kết tủa.
* Số mol OH- đã phản ứng là: x = 3b (mol)
y = 4a - b (mol).
Số mol Al(OH)3
x 3a y 4a
Số mol Zn(OH)2
x 2a y 4a
* Số mol OH- đã phản ứng là: x = 2b (mol)
y = 4a - 2b (mol).
Dạng 3: Rót từ từ dung dịch axit đến d vào dung dịch chứa a mol muối AlO2
-hoặc ZnO22- Sau phản ứng thu đợc b mol kết tủa.
Trang 9a
b
Số mol Al(OH)3
x a y 4a
* Số mol OH- đã phản ứng là: x = b (mol)
y = 4a - 3b (mol).
Số mol Zn(OH)2
x 2a y 4a
* Số mol H+ đã phản ứng là: x = 2b (mol)
y = 4a - 2b (mol).
IV tổ chức Thực hiện
Với nội dung phơng pháp nh đã trình bày ở trên, tôi đã áp dụng giảng dạy ở các lớp khối 12 và thu đợc kết quả rất tốt.
Đối tợng áp dụng là học sinh lớp 12C8 và lớp 12C9 trờng THPT Hàm Rồng năm học: 2006 - 2007
Học sinh lớp 12C8 đợc giới thiệu phơng pháp đồ thị, còn học sinh lớp 12C9 chỉ đợc giới thiệu phơng pháp truyền thống
Đề bài kiểm tra TNKQ (trích):
- Cho V lít (đktc) khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào 450 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M thì thu đợc 15,76 gam kết tủa Giá trị của V là:
- Cho m gam Na tan hết trong 100 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,2M Sau phản ứng thu đợc 0,78 gam kết tủa Giá trị của m là:
- Rót từ từ dung dịch HCl 0,1M vào 200 ml dung dịch KAlO2 0,2M Sau phản ứng thu đợc 1,56 gam kết tủa Thể tích dung dịch HCl đã dùng là:
A 0,2 và 1 lít B 0,4 và 1 lít C 0,2 và 0,8 lít D 0,4 và 1 lít
- Rót từ từ dung dịch Ba(OH)2 0,2M vào 150 ml dung dịch AlCl3 0,04M đến khi thu đợc l-ợng kết tủa lớn nhất, nhỏ nhất Thể tích dung dịch Ba(OH)2 đã dùng tơng ứng là:
Kết quả chọn đợc số phơng án đúng:
Tổng HS
Trang 10Ngoài những lần kiểm tra, đánh giá lấy kết quả để so sánh nh trên, tôi đã theo dõi, so sánh trực tiếp trong bài giảng thông qua các câu hỏi vấn đáp Mức độ nắm vững bài, biết vận dụng kiến thức của học sinh 2 lớp đều có kết quả tơng tự
nh bài kiểm tra TNKQ.
Nh vậy, với việc vận dụng phơng pháp đồ thị trong toán học để giải một số bài tập hoá học chắc chắn là một trong những phơng pháp mang lại hiệu quả cao trong quá trình giảng dạy cũng nh học tập môn hoá
Trang 11C Kết luận
Quá trình giảng dạy ở năm học vừa qua, đặc biệt là khi việc kiểm tra, đánh giá học sinh chuyển sang hình thức kiểm tra TNKQ, tôi nhận thấy:
- Kiến thức của học sinh ngày càng đợc củng cố và phát triển sau khi hiểu nắm vững đợc bản chất của các quá trình hoá học
- Trong quá trình tự học, học sinh tự tìm tòi, phát hiện đợc nhiều phơng pháp khác nhau trong giải bài tập hoá học
- Niềm hứng thú, say mê trong học tập của học sinh càng đợc phát huy khi biết sử dụng kiến thức toán học, đặc biệt là kiến thức về đồ thị để giải các bài tập loại này
- Học sinh nhanh chóng có đợc kết quả để trả lời câu hỏi TNKQ mà tránh đợc việc bỏ sót nghiệm khi làm theo hình thức tự luận
- Sử dụng phơng pháp này trong giảng dạy, các thầy cô giáo sẽ không phải mất nhiều thời gian trong việc mô tả hiện tợng, xét các trờng hợp xảy ra
Do năng lực và thời gian có hạn, đề tài có thể cha bao quát hết đợc các loại dạng của phơng pháp Các ví dụ đợc đa ra trong đề tài có thể cha thực sự điển hình nhng vì lợi ích thiết thực của phơng pháp trong công tác giảng dạy và học tập nên tôi mạnh dạn viết, giới thiệu với các thầy cô và học sinh
Rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung cho cho đề tài để thực sự góp phần giúp học sinh học tập ngày càng tốt hơn
Xin chân thành cảm ơn
Phù Cừ, ngày 25/4/2008
Ngời viết
Mục lục
Trang
B Giải quyết vấn đề 4
I Phơng pháp đồ thị 4
III Phơng pháp chung 9
IV Tổ chức thực hiện 11
Tài liệu tham khảo
Trang 121 Sách Hoá học Lớp 12 - NXB GD HN 2000.
2 Sách Bài tập Hoá học Lớp 12 - NXB GD HN 2000
3 Đề thi tuyển sinh vào các trờng Đại học và Cao đẳng NXB ĐHQG
HN 1999-2001
4 Đề thi chọn học sinh giỏi môn Hóa học cấp Tỉnh, cấp Quốc gia các
năm