skkn phương pháp giải hóa học 12

skkn phương pháp giải hóa học 12

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trở thành sinh viên các trường Cao đẳng, Đại học Y, Dược, Công nghệ thực phẩm, Công nghệ môi trường, Hóa dầu…luôn là ước mơ của nhiều học sinh THPT Tuy nhiên, ước muốn đó sẽ là quá “xa vời” đối với những học sinh học không tốt bộ môn Hóa học Làm thế nào để các em không còn “sợ hãi” trước một bài toán trắc nghiệm với quá nhiều chất tác dụng với nhau, quá nhiều các phương trình phản ứng phức tạp trong khi thời gian dành cho một câu trắc nghiệm trung bình chỉ khoảng 1,5 phút? Câu hỏi đó luôn hiện hữu trong đầu tôi

Với vốn kiến thức hiện có của một học sinh THPT, các em không thể đọc sách rồi tự mình rút ra phương pháp để giải quyết khó khăn trên Thêm vào đó trong sách giáo khoa cũng như các sách tham khảo rất ít những ví dụ minh họa một cách chi tiết, rõ ràng để giúp học sinh làm những bài toán như vậy Chính vì thế, trong quá trình giảng dạy, tìm tòi, nghiên cứu tôi mạnh dạn viết sáng kiến kinh nghiệm: ‘‘Sử dụng phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài toán hóa học’’ Sáng kiến này sẽ là tài liệu tham khảo dễ hiểu, giúp các

em có cái nhìn đơn giản hơn đối với những bài toán dạng trên đồng thời giải quyết chúng một cách nhanh hơn và hiệu quả hơn

Với tài liệu này, các em hoàn toàn có thể bình tĩnh “đối diện” với dạng toán trên trong các đề thi đại học, cao đẳng môn Hóa mà không còn bị yếu tố tâm

lí về thời gian và không còn lúng túng, bối rối vì mất phương hướng làm bài Như vậy, việc trở thành bác sĩ, dược sĩ, kĩ sư,…trong tương lai là điều mà các

em có thể tự tin hướng tới

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN1.1 Cơ sở lý luận:

Trong Hóa học, dạng bài tập về phản ứng oxi hóa khử rất phổ biến và đa dạng, có rất nhiều bài được ra trong các đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng Với các phương pháp thông thường như phương pháp đại số, đặt ẩn, lập hệ gồm nhiều phương trình, sẽ rất mất thời gian và khó khăn để học sinh tìm ra kết quả cho dạng bài tập trên Các em thường nghĩ đến dùng phương pháp bảo toàn electron để làm Tuy nhiên, không phải bất cứ phản ứng có sự thay đổi

số oxi hóa nào cũng giải được theo phương pháp bảo toàn electron Với những bài tập có nhiều chất tham gia phản ứng và sự thay đổi số oxi hóa quá nhiều thì học sinh cần biết cách đưa bài tập phức tạp về dạng đơn giản Như vậy, không những các em sẽ giải được mà còn làm rất nhanh Để giúp cho giáo viên và học sinh giải quyết khó khăn trên, tôi xin trình bày trong sáng kiến này một phương pháp giải toán Hóa có thể rút ngắn được thời gian, nâng cao được tư duy và có đáp án bài toán nhanh nhất, chính xác cao Đây là một

trong những phương pháp mới và nguyên tắc của phương pháp này là: biến đổi toán học trong một bài tập Hóa nhằm đưa hỗn hợp phức tạp ban đầu

về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện Phương pháp này giúp học sinh thiết lập được mối liên hệ trong

bài dễ dàng, giải quyết các dạng bài tập gồm nhiều chất phản ứng của cùng kim loại như hỗn hợp oxit sắt, đồng và muối đồng, một số bài tập về hữu cơ nhanh nhất

hợp chất chứa nhiều nguyên tố, các em thường sợ khi giải bài toán hóa học thuộc loại này vì các em không biết xác định như thế nào Có một số phương pháp được sử dụng như phương pháp trung bình hay bảo toàn electron, cho các bài này nhưng khi làm học sinh rất hay bị nhầm lẫn về cách xác định số oxi hóa Còn trong phương pháp quy đổi nếu đưa hỗn hợp nhiều chất về số lượng ít chất phản ứng hơn thì học sinh dễ dàng xác định số oxi hóa và thiết lập được hệ phương trình đơn giản để giải.

Trong phạm vi của đề tài này tôi xin trình bày:‘‘Sử dụng phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài toán hóa học’’.

Nội dung của đề tài tôi xin trình bày qua ba chương lần lượt trình bày từ cơ

sở lý thuyết của phương pháp, các hướng quy đổi chính để giáo viên, học sinh nắm vững về phương pháp và hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đem lại

1.3 Các biện pháp đã tiến hành giải quyết vấn đề

Trên cơ sở lí luận và thực trạng vấn đề đã phân tích ở trên, tôi thấy để giải quyết vấn đề cần phải rèn luyện cho học sinh phương pháp giải toán hóa học một cách đơn giản nhưng tư duy hơn Vì thế tôi cần nghiên cứu về các mặt

ưu, nhược của phương pháp thật kĩ lưỡng, các định luật bắt buộc học sinh phải nắm vững trong phương pháp quy đổi, cũng như cần soạn giải các bài toán Hóa theo phương pháp này nhưng theo nhiều hướng quy đổi khác nhau

để giáo viên và học sinh có thể áp dụng hiệu quả

Cần chú ý tới năng lực của từng học sinh khi tiếp thu phương pháp mới này, tiến hành thực nghiệm và đánh giá kết quả của học sinh khi sử dụng phương pháp quy đổi để giải các bài toán hóa gồm nhiều chất phản ứng phức tạp

Cùng một dạng bài tập nhưng cho các em giải theo nhiều phương pháp để

so sánh hiệu quả của các phương pháp Khi sử dụng phương pháp quy đổi các

em sẽ dễ xác định hướng đi của bài và giải nhanh hơn, hiểu bài hơn, có thể giải được một số bài toán hóa trong đề thi đại học Từ đó xây dựng tinh thần học tập hứng thú hơn với bộ môn Hóa học cho học sinh trong toàn trường

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI2.1 Các định luật vận dụng.

2.1.1 Định luật bảo toàn khối lượng:

Nội dung: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất

được tạo thành sau phản ứng

Trong đó chúng ta cần vận dụng các hệ quả:

Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, ms là khối lượng các chất sau phản ứng Dù phản ứng xảy ra với hiệu suất bất kỳ ta đều có: mT = mS

Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các

hợp chất ta luôn có: Khối lượng chất = khối lượng của cation+khối lượng anion Khối lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo thành

2.1.2 Định luật bảo toàn nguyên tố:

Nội dung định luật: Tổng khối lượng một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của nguyên tố đó sau phản ứng Nội dung định luật có thể hiểu là tổng số mol của một nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng

2.1.3 Định luật bảo toàn electron:

Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng

số mol electron mà chất oxi hóa nhận về

Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán này cần lưu ý:

- Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian

- Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron

2.1.4 Định luật bảo toàn điện tích:

Dung dịch luôn trung hòa về điện nên:

4

Ví dụ 1: Hỗn hợp đầu gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 quy đổi về 2 nguyên tử Fe

Kinh nghiệm: - Nếu hỗn hợp X dư kim loại quy X về: Fe, Fe2O3 (Fe3+(trong

Fe2O3) không bị khử - giảm phương trình)

- Nếu hỗn hợp X dư axit quy X về Fe, FeO (Fe3+(trong FeO) không bị oxi hóa - giảm phương trình)

Ví dụ 2: Hỗn hợp Y ban đầu gồm Cu, CuS, Cu2S, S quy đổi về: (Cu,CuS), (Cu, Cu2S),

2.2.3 Quy đổi 3: Quy đổi tác nhân oxi hóa- khử

Bài toán xảy ra nhiều giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi những chất oxi hóa khác nhau, quy đổi vai trò chất oxi hóa này cho chất oxi hóa kia, nhưng phải đảm bảo :

- Số electron nhường nhận là không đổi

- Do sự thay đổi tác nhân oxi hóa nên cần thay đổi sản phẩm cho phù hợp

Ví dụ: Fe →[O] hỗn hợp X (Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3)   →HNO 3 Fe3+, NO (sản phẩm

sau:Fe 2 O 3 )

2.2.4 Các bước giải

- Sơ đồ hóa bài toán

- Quyết định hướng quy đổi

- Lập phương trình (hệ phương trình) dựa vào dự kiện bài toán→tìm đáp số

2.2.5 Lưu ý

- Phương pháp đặc biệt phát huy tác dụng trong bài toán hỗn hợp sắt và các oxit, hỗn hợp các hợp chất của sắt, đồng,

- Hướng quy đổi 1 cho lời giải nhanh và hay được áp dụng nhất

- Hướng quy đổi 2 tính chính xác cao và ít gặp sai lầm

- Hướng quy đổi 3 khó hơn và ít được sử dụng

- Trong quá trình làm bài thường kết hợp với các phương pháp khác: Bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron,

- Các giá trị giả định sau quy đổi, khi giải có thể nhận giá trị âm (bài tập 2)

Nhận xét: Bài toán trên có thể giải theo nhiều phương pháp khác nhau

Trong đề tài này tôi xin trình bày bài giải theo phương pháp quy đổi theo 3 hướng chính Bài toán sẽ được đơn giản hóa và giải nhanh hơn.

6

[O]

Sơ đồ hóa bài toán:

Nhận xét: Nhìn vào sơ đồ bài toán ta thấy hỗn hợp X gồm 4 chất rắn nhưng

về bản chất hỗn hợp X chỉ gồm 2 nguyên tố là Fe và O cấu tạo thành 4 chất trên nên ta quy đổi hỗn hợp X về thẳng hai nguyên tố là Fe và O.

Phân tích: Khi quy đổi về các nguyên tử tương ứng thì học sinh dễ nhận

thấy số oxi hóa thay đổi của hai nguyên tố Fe và O hơn Học sinh sẽ đưa ra được ngay phương trình bảo toàn electron Đa số các bài có các quá trình

FeFeO

Fe2O3

Fe3O4

+dd HNO3

Fe: x molO: y mol0

oxi hóa khử nếu áp dụng bảo toàn electron thì sẽ làm rất nhanh Tuy nhiên, nhiều học sinh không xác định được số oxi hóa của các chất vì là một loạt các chất phản ứng với nhau Tốt nhất học sinh nên quy đổi về số chất ít hơn thì các em có thể nhận ra sự thay đổi số oxi hóa một cách rõ ràng, giúp việc thiết lập hệ phương trình nhanh nhất và tìm kết quả chính xác

Cách 2: Quy đổi 2.

Nhận xét: Trong cách quy đổi này, thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như

ban đầu ta chuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn cũng của các nguyên tố

FeO: y mol

Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe:

0,045 56.0,045 2,52

n = +n n = mol⇒ =m = gam

∑

Nhận xét: Trong trường hợp này ta cũng có thể quy đổi hỗn hợp X ban đầu

về các hỗn hợp đơn giản sau (FeO và Fe 2 O 3 ; Fe 3 O 4 và Fe 2 O 3 ; Fe và Fe 3 O 4 ; FeO và Fe 3 O 4 ) hoặc thậm chí chỉ là một chất Fe x O y Tuy nhiên, học sinh nên quy đổi về hai chất mà có số oxi hóa trước và sau phản ứng là số nguyên để thấy được số electron nhường và nhận từ đó đưa ra phương trình bảo toàn electron nhanh nhất như hai cách trình bày ở trên.

Cách 3: Quy đổi 3

Nhận xét: Bài toán này trải qua hai giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi hai chất

oxi hóa khác nhau, ta có thể quy đổi vai trò oxi hóa của chất này cho chất kia

để bài toán trở nên đơn giản hơn

Sơ đồ hóa bài toán:

⇒2nO(**) = 0,075 ⇒ nO(**) = 0,0375 mol

Theo bảo toàn khối lượng:

Nhận xét: Đối với bài này nếu giữ nguyên hỗn hợp X thì học sinh sẽ khó viết

được phương trình bảo toàn electron Vì vây, học sinh nên sử dụng phương pháp quy đổi để giải thì bài toán sẽ đơn giản hơn

( )

Cu OH

Ba S O

+ +

x = 0,3 mol

y =0,35 mol

Cu: 0,3 molS: 0,35 mol

Cu OH

Ba S O

+ +

x = - 0,05 mol

y =0,35 mol

Cu: - 0,05molCuS: 0,35 mol

n BaSO4 =n S =n CuS =0,35mol

⇒ =m 98.0,3 233.0,35 110,95+ = gam

Nhận xét: Chúng ta có thể quy đổi hỗn hợp X thành (Cu và CuS) hoặc (CuS

và Cu 2 S) cũng thu được kết quả như trên Sử dụng phương pháp này giúp học sinh rèn luyện được tư duy và giải quyết bài toán nhanh, chính xác khoa học.

Bài 3: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O là bao nhiêu?

Giải: Hỗn hợp X chỉ trải qua một giai đoạn phản ứng nên chỉ giải theo cách

C3H8: x mol

C3H4: y mol

Nhận xét: Học sinh có thể quy đổi hỗn hợp X thành ( C 3 H 8 và C 3 H 6 ) hoặc (C 3 H 6 và C 3 H 4 ) để giải.

Bài 4: Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X

gồm Cu, CuO và Cu2O Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra 4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) Tìm giá trị m?

Cu: x molCuO: y mol

Cu: x molO: y mol

x =0,2

y = 0,15

CuCuO

Cu2O

Dd H2SO4 đặc

(**)(*)

CuCuO

Cu2O

+[O]

+[O]

0,4 0,2

Theo nguyên tắc quy đổi: nO(**)= 0,2 mol

Theo bảo toàn khối lượng: mCuO = mX + mO(**) = 24,8 + 16 x 0,2 = 28 gam

Phân tích chung về phương pháp quy đổi: Một bài toán Hóa có thể quy đổi

theo nhiều cách khác nhau Nhưng dù quy đổi theo cách nào thì cũng cần bảo toàn số oxi hóa và bảo toàn nguyên tố Để lập được phương trình bảo toàn lectron chính xác thì số chất phản ứng phải ít và dễ xác định Tóm lại, khi giải bài toán theo phương pháp quy đổi ta thấy bài toán trở nên thuận tiện,

dễ giải nên nhiều học sinh có thể làm được Tuy nhiên, phương án quy đổi tốt nhất, có tính khái quát cao nhất là quy đổi thẳng về các nguyên tử tương ứng Đây là phương án cho lời giải nhanh, gọn, dễ hiểu, biểu thị đúng bản chất hóa học

Tiếp theo tôi xin trình bày trong sáng kiến kinh nghiệm thêm một số bài toán Hóa hay giải theo phương pháp quy đổi.

Bài 5: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối

khan Tìm giá trị m? (Đề thi Đại học khối A 2008)

Giải:

Quy đổi hỗn hợp đầu về hai nguyên tố Fe và O:

Sơ đồ hóa bài toán:

Giải:

Quy đổi hỗn hợp gồm thành hỗn hợp đơn giản gồm

Sơ đồ hóa bài toán:

7,62 gam Fe2+ (nFe2+ = 0,06 mol)

Giải:

Quy đổi hỗn hợp X về hỗn hợp gồm 2 nguyên tố

Sơ đồ hóa bài toán:

Fe: x mol Khí SO2 4,48l

Cl: y mol dd Y

m

Ta có: 56x +35,5y = m

Theo bảo toàn electron: 3x - y = 0,4 (1)

Bảo toàn nguyên tố Fe: 3

Vậy: m = 56 x 0,3 + 35,5 x 0,5 = 34,55 gam

Bài 8 : Hỗn hợp X có tỉ khối so H2 là 27,8 gồm butan, metylxiclopropan, but- 2-en, etylaxetylen và đivinyl Khi đốt cháy hoàn toàn 0,15 mol X, tổng khối lượng CO2 và H2O thu được là bao nhiêu?

+H2SO4

+NH3

Fe(OH)3 32,1 g(NH4)2SO4

Fe2SO4

FeSO4

C: 0,6molH: y mol

m = 0,6x 44 + 0,57 x 18 = 36,66 gam

Bài 9: Để hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3

(trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch

HCl 1M Giá trị của V là (Đề thi đại học năm 2008)

Quy đổi hỗn hợp 3 cation thành M2+

Áp dụng bảo toàn điện tích:

ncation x 2 = 0,1 x1 + 0,2 x 1 =0,3 (mol) ⇒ ncation = 0,15 (mol)

Chương 3 THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI.

3.1 MỤC ĐÍCH THỰC NGHIỆM: Kiểm tra khả năng học sinh giải bài tập

theo phương pháp quy đổi

3.2 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM

3.2.1 Thực nghiệm viên: Nguyễn Thị Ly, giáo viên trường THPT Sơn Hà 3.2.2 Nội dung: Giải 10 bài tập trình bày ở trên.

3.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ THỜI GIAN THỰC NGHIỆM:

3.3.1 Đối tượng thực ngiệm: Chọn học sinh lớp 12C1, 12C3

Chọn mỗi lớp 20 học sinh tham gia thực nghiệm Chia làm 2 nhóm

3.3.2 Thời gian thực nghiệm: Đầu năm học 2013 - 2014.

3.4 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM:

3.4.1 Các bước thực nghiệm:

3.4.1.1 Bước 1: Chuẩn bị các bài tập và nội dung giải bài tập theo

phương pháp quy đổi

3.4.1.2 Bước 2: Tiến hành thực nghiệm Thực nghiệm theo kiểu đối

chứng

Hướng dẫn nhóm 1 giải bài tập theo phương pháp quy đổi, còn nhóm 2 không hướng dẫn trước như nhóm 1 Sau khi hướng dẫn xong tiến hành cho học sinh nhóm 1, 2 giải các bài tập 1, 2, 3, 5, 7

Nhận xét:

- Tỉ lệ học sinh tiếp thu theo phương pháp quy đổi ở nhóm 1 đạt loại giỏi tăng so với kết quả trước thực nghiệm

- Tỉ lệ học sinh đạt loại khá không chênh lệch so với trước thực nghiệm

- Tỉ lệ học sinh trung bình ở nhóm 1 theo phương pháp quy đổi nhiều hơn

so với kết quả trước thực nghiệm

- Tỉ lệ học sinh yếu giảm rõ rệt ở nhóm 1 so với trước thực nghiệm và nhóm 2

Tóm lại, qua thực nghiệm lần 1 cho thấy: Giải bài tập theo phương pháp quy đổi ở nhóm 1 đã cho kết quả đáng khích lệ, đó là đã tăng tỉ lệ học sinh khá, giỏi, giảm tỉ lệ yếu Tuy nhiên để khẳng định thêm tôi tiến hành thực nghiệm lần 2 bằng cách cho hai nhóm làm các bài tập còn lại 4, 6, 8, 9, 10

- Học sinh được hướng dẫn về phương pháp quy đổi thì áp dụng một cách

nhuần nhuyễn, sáng tạo Vì vậy, hiệu quả học tập và độ khắc sâu kiến thức của học sinh cao hơn học sinh không được hướng dẫn Từ đó tạo hứng thú cho học sinh yêu thích môn hóa học và có khả năng thi đậu đại học

3.5 ĐÁNH GIÁ VỀ PHẠM VI, ẢNH HƯỞNG CỦA SÁNG KIẾN.

Giải bài tập theo phương pháp quy đổi không chỉ dành riêng cho học sinh

khối lớp 12 mà còn có thể dùng làm phương pháp giải toán hữu hiệu cho học

20