Áp Dụng Kinh Nghiệm Sử Dụng Chất Ảo Để Giải Nhanh Bài Tập Hóa Học

Lý do chọn đề tài Giải bài toán Hoá Học bằng nhiều cách là một trong những phương pháp hiệuquả trong việc hình thành và phát triển tư duy của học sinh.. Thông qua thực tế giảngdạy trên

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯNGYÊN

TRƯỜNG THPT PHÙ CỪ

Áp dụng kinh nghiệm

SỬ DỤNG CHẤT ẢO

ĐỂ GIẢI NHANH BÀI TẬP HÓA HỌC

Tác giả: Hoàng Đức Hải

Trình độ chuyên môn: Cử nhân Hoá học

Chức vụ: PHT - Giáo viên

Nơi công tác: Trường THPT Phù Cừ

Phù Cừ, Ngày 15 tháng 03 năm 2014

THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN

1 Tên sáng kiến: “Sử dụng chất ảo để giải nhanh bài tập hóa học”

Chức vụ công tác: PHT - Giáo viên

Nơi làm việc: Trường THPT Phù Cừ

Địa chỉ liên hệ: Thôn Duyệt Lễ - Xã Minh Tân - H Phù Cừ – T Hưng YênĐiện thoại: 0985078802

PHẦN I MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Giải bài toán Hoá Học bằng nhiều cách là một trong những phương pháp hiệuquả trong việc hình thành và phát triển tư duy của học sinh Đồng thời điều này cũnggiúp tạo ra hứng thú, kích thích sự say mê tìm tòi, ham học hỏi của học sinh Chính vìvậy việc tìm ra những phương pháp giải mới là rất có giá trị Thông qua thực tế giảngdạy trên cơ sở các phương pháp đã có cùng với sự tham khảo của các tài liệu và các

đồng nghiệp, tôi đã tổng kết, xây dựng và áp dụng một số phương pháp khá hiệu quả

trong việc giải các bài tập hoá học bằng sử dụng chất ảo

Là giáo viên dạy nhiều năm về ôn thi đại học, thi học sinh giỏi cấp tỉnh và thamgia giải, sưu tầm nhiều đề thi ĐH, thi HSG tỉnh các tỉnh trong toàn quốc cùng các đềthi thử ĐH trong nhiều năm thấy đề thi nào cũng có bài nếu giải theo phương pháptruyền thống thì thời gian mất nhiều và rất nhiều trong khi đó trung bình mỗi bài chỉcần có khoảng 2 phút

Trong những năm gần đây, với hình thức thi trắc nghiệm yêu cầu học sinh trongmột khoảng thời gian ngắn các em phải giải quyết một số lượng bài tập tương đối lớn.Hầu như với khoảng thời gian đó các em chỉ đủ để phân tích đề phân loại bài toán

Do vậy, giáo viên phải có những hình thức phân chia các dạng bài để các em nhạybén hơn trong việc nhận dạng và cách xử sự đối với mỗi dạng bài toán đó, đặc biệt lànhững bài toán hoá khá phức tạp có nhiều phản ứng xảy ra, hoặc có nhiều giai đoạnphản ứng

Để giải quyết tốt các bài toán trắc nghiệm trong hoá học, chúng ta phải biết vậndụng linh hoạt các định luật bảo toàn, có các mẹo thay thế chất để có thể chuyển đổi

từ hỗn hợp phức tạp thành dạng đơn giản hơn, một trong số dạng bài toán hoá phứctạp hay gặp trong các đề tốt nghiệp, thi đại học hay thi học sinh giỏi là có độ tư cao

và độ thông minh, suy luận cao

Trong chương trình phổ thông dạng bài toán hóa về nhiều chất học sinh đãbắt đầu bắt gặp nhiều từ các lớp 10,11 và nhiều nhất ở lớp 12 Với lớp 10 học sinhchủ yếu giải theo phương pháp tự luận, lớp 11 học sinh đã tiếp cận dần đến các địnhluật, đặc biệt áp dụng định luật bảo toàn electron trong bài toán về axit nitric Tuy

nhiên đối tượng học sinh có thể vận dụng tốt phương pháp này là các học sinh khá,giỏi Lớp 12 học sinh đã quen dần với cách làm bài trắc nghiệm, các em được trang bịrất nhiều phương pháp giải nhanh, tuy nhiên các em lại không thành thạo trong việcphân loại phương pháp để áp dụng trong các trường hợp cụ thể Để giúp học sinh giảiquyết tốt các bài toán về hỗn hợp chất một cách nhanh chóng tôi thường giới thiệu

phương pháp “chọn chất ảo” đây chính là phương pháp cần vận dụng các định luật

bảo toàn: bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron với từng dạng

cụ thể Đó là nội dung mà chuyên đề này tôi muốn đề cập đến “Sử dụng chất ảo để

giải nhanh bài tập hóa học”.

II- Mục đích của đề tài

- Giúp học sinh nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các phương pháp giải bài tập trắcnghiệm sao cho thời gian ngắn nhất mà có hiệu quả cao nhất

III- Nhiệm vụ của đề tài:

- Hệ thống, phân loại các bài tập trắc nghiệm và xác định phương pháp giải thích hợp,qua đó giúp học sinh hệ thống lại các kiến thức cơ bản nhất

* Thực trạng (trước khi áp dụng sáng kiến)

- Chuyển từ hình thức thi tự luận sang trắc nghiệm, học sinh bối rối trước các loại bàitập liên quan đến phản ứng oxi hoá khử có nhiều trạng thái số oxi hoá

- Việc giải các loại bài tập này theo phương pháp truyền thống mất rất nhiều thời gianviết phương trình phản ứng, lập và giải hệ phương trình Học sinh thường có thóiquen viết và tính theo phương trình phản ứng nên ít nhanh nhạy với bài toán dạngtrắc nghiệm

- Khi gặp hỗn hợp các chất học sinh không biết cách thay thế các chất để giảm bớt sốlượng chất đưa bài toán về dạng đơn giản hơn

IV Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các tài liệu chuyên ngành liên quan tới hình thức thi trắc nghiệm

- Học hỏi kinh nghiệm của đồng nghiệp, đặc biệt là qua tổng kết đánh giá kết quả họctập của học sinh

- Tham gia các lớp tập huấn nhằm nâng cao nghiệp vụ do các chuyên gia đầu ngànhgiảng dạy

- Tự bồi dưỡng, trau dồi thường xuyên và rút ra những bài học kinh nghiệm trong quátrình giảng dạy, kiểm tra, đánh giá học sinh

1 Đối tượng nghiên cứu

- Phương pháp này áp dụng được cho mọi đối tượng học sinh Yếu, Trung bình, Khá,Giỏi

- Dạng bài tập áp dụng thường có nhiều chất, nhưng số lượng nguyên tố thường ít

2 Phạm vi nghiên cứu

- Phương pháp dụng được cả cho cách giải trắc nghiệm cũng như tự luận

- Phương pháp áp dụng cho cả tất cả các khối lớp tất cả các chuyên đề hoá học vô cơ

3 Ý nghĩa của sáng kiến

Việc áp dụng phương pháp “Sử dụng chất ảo để giải nhanh bài tập hóa học” và

đã kết hợp một số phương pháp khác vào giải một số bài toán hoá học đã cho họcsinh thay đổi rất nhiều về tư duy logic, về cách tìm tòi tài liệu, về phương pháp giảicác bài tập hoá học bởi vì từ trước tới nay các em không thể ngờ được một số bài rấtphức tạp lại giải được bằng một cách đơn giản như vậy

Việc áp dụng các phương pháp thường gặp này đã tạo ra hứng thú học tập bộ mônHoá Học hơn

Trong quá trình giảng dạy bản thân giáo viên cần định hướng cho học sinh kỹ năng

tư duy, vận dụng lý thuyết đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể

Phương pháp giải bài tập hoá học đã đạt được mục đích với thời gian ngắn nhất

mà có hiệu quả cao nhất

PHẦN II - THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

A Nội dung

I Cơ sở lý thuyết.

1 Từ các phương pháp giải nhanh các bài tập Hoá Học như: Phương pháp tăng giảm

khối lượng, Phương pháp bảo toàn khối lượng, Phương pháp bảo toàn electron,Phương pháp khối lượng mol trung bình, Phương pháp số nguyên tử cácbon trungbình, Phương pháp tách công thức phân tử, Phương pháp ẩn số, Phương pháp tự chọnlượng chất, Phương pháp biện luận để tìm công thức phân tử các chất, Phương phápđường chéo…

2 Nắm chắc các kiến thức cơ bản.

3 Phương pháp giải nhanh bài tập trên cơ sở toán học, vật lý, hoá học

4 Khả năng khái quát tổng hợp đề bài nhanh, phát hiện điểm mấu chốt của bài toán

II Cơ sở khoa học.

- “Chọn chất ảo” thực chất là là qui đổi các chất Qui đổi là một phương pháp biến

đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giảnhơn, qua đó làm cho các phép tính trở lên dễ dàng, thuận tiện

- Tuy nhiên, tất cả các cách, các phương pháp qui đổi theo hướng nào thì cũng phảituân thủ theo hai nguyên tắc sau:

* Bảo toàn nguyên tố, tức tổng số mol mỗi nguyên tố ở hỗn hợp đầu và hỗn hợp mớiphải như nhau

* Bảo toàn số oxi hoá, tức tổng số oxi hoá của các nguyên tố trong hai hỗn hợp là nhưnhau

III Cơ sở thực tiễn.

Xuất phát từ thực tế là những yếu kém của học sinh khi giải nhanh bài tập trắcnghiệm hoá học

Một bài toán có nhiều hướng qui đổi “Chọn chất ảo” khác nhau nhưng tập trung bởi

3 hướng chính là:

* Qui đổi “Chọn chất ảo” hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hay một chất.

* Qui đổi “Chọn chất ảo”hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng

* Qui đổi “Chọn chất ảo” tác nhân oxi hoá trong phản ứng oxi hoá - khử.

B Kế hoạch thực hiện đề tài

1 Nghiên cứu thực trạng học sinh khối 10; 11; 12 từ năm học 2007 đến 2013; và cáclớp ôn thi tốt nghiệp THPT, Đại học & Cao đẳng Khảo sát về khả năng giải bài tậptrắc nghiệm

2 Lập kế hoạch thực hiện đề tài trong học kỳ I năm học 2013- 2014 ở lớp 11A1 vàcác lớp ôn thi Đại học & Cao đẳng

3 Nhận xét – kết luận về hiệu quả của đề tài ở học sinh lớp 11A1

4 Hoàn thiện đề tài: Tháng 3 năm 2014

C Các giải pháp

I CÁC ĐỊNH LUẬT CẦN VẬN DỤNG

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

Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, ms là khốilượng 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 lượngcủa cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo thành

2 Định luật bảo toàn nguyên tố

Nội dung: 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 molcủa một nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng

3 Định luật bảo toàn electron

Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng số molelectron 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 vàtrạng 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 sốmol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron

II MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG

II.1 khái niệm Phương pháp sử dụng hợp chất ảo

Phương pháp sử dụng hợp chất ảo, là một phương pháp mới, lạ để giải nhanh

một số dạng bài tập trắc nghiệm hóa học

Cơ sở của phương pháp: Chuyển hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp mới hoặc hợp chất mới Chuyển dung dịch ban đầu thành một dung dịch mới Gán cho nguyên tố số oxi hóa mới khác với số oxi hóa thực của nó Từ đó giúp cho việc tính toán trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn.

Hỗn hợp, hợp chất, dung dịch, số oxi hóa mới được tạo thành gọi là ảo vì nó

không có trong giả thiết của bài toán

II.2 Phân dạng bài tập và ví dụ minh họa

1 Sử dụng hỗn hợp ảo

Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm Na, Ba, Na2O và BaO Hòa tan hoàn toàn 21,9 gam X

vào nước, thu được 1,12 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y, trong đó có 20,52 gamBa(OH)2 Hấp thụ hoàn toàn 6,72 lít khí CO2 (đktc) vào Y, thu được m gam kếttủa Giá trị của m là

(do phải sử dụng nhiều ẩn số mol).

Giả sử ta có thể biến hỗn hợp 4 chất trong X thành một hỗn hợp trung gian X’ gồm 2 chất là Na 2 O và BaO (bằng cách cho X tác dụng với O2) thì việc tính toán sẽtrở nên dễ dàng hơn nhiều Vì số mol Ba(OH)2 trong Y đã biết nên dễ dàng tínhđược số mol và khối lượng của BaO trong X’ Từ đó sẽ tính được khối lượng của và

số mol của Na2O, rồi suy ra số mol của NaOH

Muốn làm như vậy, ta phải biết được tổng số mol electron mà Na, Ba trong X

đã nhường trong phản ứng với O2 Khi đó sẽ biết được số mol electron mà O2 cóthể nhận, từ đó suy ra được số mol của O2 phản ứng với X để chuyển thành X’.Trong phản ứng của X với nước, chỉ có Na và Ba phản ứng giải phóng H2 Nên thông qua số mol H2 giải phóng ta có thể tính được số mol electron mà Na và

Ba nhường

Giờ thì việc tính số mol của NaOH đã trở nên dễ dàng : Theo giả thiết, ta có :

nH2 =2211,,24 =0,05mol; nBa(OH )2 =20171,52 =0,12mol; nCO2 =226,72,4 =0,3mol

nelectron trao đổi = nelectron Na, Ba nhường = 4nO2= 2nH2 => nO2= 0,025 mol

=>mX’ (Na2O, BaO) = m( Na, Na2O, Ba, BaO)+ mO2=21,19+0,025.32 = 22,7gam.Theo bảo toàn nguyên tố Ba, ta có :

nBaO trong X ' = nBa(OH )2 = 0,12 mol => m Na2O trong X ' = mX ' - mBaO = 4,34 gam

Theo bảo toàn nguyên tố Na: nNaOH = 2n Na2O = 0,14 mol

Vậy dung dịch Y có 0,14 mol NaOH và 0,12 mol Ba(OH)2

Suy ra : ∑ = nNaOH + 2 nBa(OH )2 = 0,14mol => tỉ lệ 1 < nOH-/ nCO2 < 2

có nghĩa là phản ứng tạo ra cả CO32- và HCO3- Vì phản ứng tạo ra cả hai muối, nên

sử dụng kết quả đã chứng minh ở chuyên đề bảo toàn điện tích, ta có:

NO 2 ,

Ví dụ 2: Cho 30,7 gam hỗn hợp X gồm Na, K, Na2O, K2O tác dụng với dung dịchHCl vừa đủ thu được 2,464 lít H2 (đktc), dung dịch chứa 22,23 gam NaCl và x gamKCl Giá trị của x là:

A 32,78 B 31,29 C 35,76 D 34,27

Hướng dẫn giải

Chuyển hỗn hợp X thành hỗn hợp ảo X’ gồm Na2O và K2O bằng cách cho X phản ứng với một lượng O2 là :

=> mX ' = mX + mO2 = 32,46 gam Áp dụng bảo toàn nguyên tố Na và K, ta có:

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm CaO, Mg, Ca, MgO Hòa tan 5,36 gam hỗn hợp X bằng

dung dịch HCl vừa đủ thu được 1,624 lít H2 (đktc) và dung dịch Y trong đó có6,175 gam MgCl2 và m gam CaCl2 Giá trị của m là

A 7,4925 gam B 7,770 gam C 8,0475 gam D 8,6025 gam

A 60 B 54 C 72 D 48

Hướng dẫn giải

Chuyển hỗn hợp X thành hỗn hợp ảo X’ gồm CaO và Na2O bằng cách cho X

Cho nên kiềm dư, 0,8 mol SO2 đã chuyển hết thành 0,8 mol SO3

Mặt khác: số mol Ca2+ < số mol SO32- => nCaSO3 = 0,6.120 = 72 gam

Ví dụ 5: Hòa tan hoàn toàn 23 gam hỗn hợp X gồm Ca, CaO, K, K2O vào nướcthu được dung dịch trong suốt Y và thoát ra 4,48 lít khí (đktc) Nếu sục 4,48 líthoặc 13,44 lít (đktc) CO2 vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa Sục V lít khí

CO2 vào dung dịch Y thì thấy lượng kết tủa đạt cực đại Giá trị của V là :

A 6, 72 ≤ V ≤ 11, 2 B V = 5,6 C V = 6,72 D 5, 6 ≤ V ≤ 8, 96

Hướng dẫn giải

Dung dịch Y gồm Ca(OH)2 và KOH

Chuyển hỗn hợp X thành hỗn hợp ảo X’ gồm CaO và K2O bằng cách cho Xphản ứng với một lượng O2 là :

nO2= (nelectron trao đổi): 4= (2 nH 2): 4 = 0,1 mol => mX ' = mX + mO 2= 26,2 gam

Tức là: 56nCaO+ 94nK2O= 26,2 (1)

Theo giả thiết : Khi sục 4,48 lít CO2 (TN1) hoặc 13,44 lít CO2 vào Y (TN2) đềuthu được lượng kết tủa như nhau, chứng tỏ TN1 chưa có hiện tượng hòa tan kếttủa, còn ở TN2 đã có hiện tượng hòa tan kết tủa Sử dụng công thức

ta có:

=> 2 nK2 O+ 2 nCaO= 0.8 (2)

Từ (1) và (2) suy ra : nK2 O = 0,1 mol; nCaO= 0,3 mol

Khi sục CO2 vào X, để kết tủa đạt cực đại thì

Ta có : nCO2 min= nCO 32- = 0,3 mol mà nOH- = 0,8= n CO 32- + nCO 2 max =>

nCO2max = 0,5 mol suy ra : 6,72 lít ≤ VCO2≤11,2 lít

Ví dụ 6: Hòa tan hoàn toàn 2,44 gam hỗn hợp bột X gồm FexOy và Cu bằng dungdịch H2SO4 đặc nóng (dư) Sau phản ứng thu được 0,504 lít khí SO2 (sản phẩmkhử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 6,6 gam hỗn hợp muối sunfat Phần trămkhối lượng của Cu trong X là

400 nFe 2 (SO 4 ) 3+ 160nCuSO4= 6,6 (2)

nFe2 O 3= nFe 2 (SO 4 ) 3 ; nCuO = nCuSO 4 (3)

Giải hệ phương trình ta được :

nFe2 O 3= 0,0125 mol; nCuO = 0,01 mol => nCu = 0,01 mol

Vậy %mCu trong X =

44 , 2

64 01 , 0

.100% = 26,23%

Ví dụ 7: Hòa tan hoàn toàn 13,92 gam hỗn hợp bột X gồm FexOy và Cu bằngdung dịch HNO3 loãng (dư) Sau phản ứng thu được 2,688 lít khí NO (sản phẩm

khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 42,72 gam hỗn hợp muối nitrat Côngthức của oxit sắt là :

A Fe2O3 B FeO C Fe3O4 D FeO hoặc Fe3O4

nFe(NO3 ) 3=2nFe2 O 3 ; nCu(NO 3 ) 2= nCuO (3)

Giải hệ phương trình ta được : nFe2 O 3= 0,03 mol; nCuO = 0,15 mol

Trong hỗn hợp X, ta có : nFe= 2nFe2 O 3 = 0,06 ; nCu = nCuO = 0,15 mol

=> nO trong oxit sắt =

16

64.15,056.06,092,

A 7,12 B 6,80 C 5,68 D 13,52

Hướng dẫn giải

Chuyển hỗn hợp Y thành hợp chất ảo Fe2O3 Theo bảo toàn nguyên tố Fe, ta có :