Hướng dẫn học sinh giải bài toán khó về hiđroxit lưỡng tính trong các đề thi THPT quốc gia đạt hiệu quả

---ššššš---SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN KHÓ VỀ HIĐROXIT LƯỠNG TÍNH TRONG CÁC ĐỀ THI THPT QUỐC GIA ĐẠT HIỆU QUẢ Người thực hiện: Nguyễn Thị Tâm Chức vụ: Tổ trư

-ššššš -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN KHÓ VỀ

HIĐROXIT LƯỠNG TÍNH TRONG CÁC ĐỀ THI THPT

QUỐC GIA ĐẠT HIỆU QUẢ

Người thực hiện: Nguyễn Thị Tâm

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn

SKKN thuộc môn: Hóa học

THANH HÓA, NĂM 2016

II.5 Sử dụng trục tỉ lệ mol giải bài tập 6II.6 Các dạng bài toán hiđroxit lưỡng tính 7

II.8 Hướng dẫn áp dụng phương pháp giải bài tập 12

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN KHÓ VỀ HIĐROXIT LƯỠNG TÍNH TRONG CÁC ĐỀ THI THPT QUỐC GIA ĐẠT HIỆU QUẢ

A MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Nâng cao chất lượng dạy học nói chung và chất lượng dạy học hóa họcnói riêng là nhiệm vụ cấp bách hiện nay của các trường phổ thông Trong dạyhọc hóa học có thể nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhậnthức của học sinh bằng nhiều biện pháp và nhiều phương pháp khác nhau, mỗiphương pháp đều có những ưu điểm riêng, nên đòi hỏi mỗi chúng ta phải biếtlựa chọn, phối hợp các phương pháp một cách thích hợp để chúng bổ sung chonhau nhằm giúp học sinh phát huy tối đa khả năng tư duy độc lập, tư duy logic

và tư duy sáng tạo của mình

Bài tập hóa học là một biện pháp quan trọng để thực hiện nhiệm vụ đó.Bài tập hóa học giúp học sinh đào sâu và mở rộng kiến thức một cách sinhđộng, phong phú, giúp cho giáo viên củng cố và hệ thống hóa kiến thức mộtcách thuận lợi, rèn luyện được nhiều kĩ năng cần thiết về hóa học góp phần vàoviệc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh

Bài tập hóa học giúp cho học sinh phát triển năng lực nhận thức, rèn tríthông minh Một bài tập có nhiều cách giải, ngoài cách giải thông thường, quenthuộc còn có cách giải độc đáo, thông minh, sáng tạo, ngắn gọn và chính xác.Việc đề xuất một bài tập có nhiều cách giải, yêu cầu học sinh tìm được lời giảihay, ngắn gọn, nhanh trên cơ sở các phương pháp giải toán, các qui luật chungcủa hóa học cũng là một biện pháp có hiệu quả nhằm phát triển tư duy và tríthông minh cho học sinh

Giải bài tập hóa học là quan trọng, nhưng việc lựa chọn phương phápthích hợp để giải một bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Vì mỗi bài tập

có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Nếu chúng ta biết lựa chọnphương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh dễ dàng hơn trong việc nắm vững bảnchất của các hiện tượng hoá học Ngược lại việc lựa chọn phương pháp khôngthích hợp để giải một bài tập thì nó sẽ gây cản trở, chậm trễ cho học sinh trongviệc lĩnh hội kiến thức, làm giảm khả năng tư duy và sáng tạo của các em

Qua nhiều năm giảng dạy tôi nhận thấy rằng, khả năng xử lí và giải toánHóa học của các em học sinh về loại toán hiđroxit lưỡng tính còn nhiều hạn

chế Từ thực tế đó tôi đã chọn chuyên đề “Hướng dẫn học sinh giải bài toán

khó về Hiđroxit lưỡng tính trong các đề thi THPT Quốc gia đạt hiệu quả”

nhằm giúp các em học sinh có kinh nghiệm trong giải toán hoá học, các em hệthống hóa được các kiến thức liên quan cũng như việc giải quyết các loại bàitập

II Mục đích nghiên cứu.

- Tìm hiểu cơ sở lý luận của đề tài

- Cung cấp cho học sinh một số kỹ năng đánh giá nhận dạng các bài tập đặctrưng

- Phân loại các dạng bài tập trên cơ sở bản chất của phản ứng, tìm ra điểmchung của các dạng bài tập này Phân tích những khó khăn mà học sinh có thểgặp phải và đưa ra cách giải hợp lý, đơn giản

- Hình thành kỹ năng tư duy cho học sinh, giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tácvới các dạng bài tập tương tự

- Chuẩn bị tốt kiến thức cho bản thân, đặc biệt là vận dụng các kiến thức đó vàonhiệm vụ công tác góp phần nâng cao hiệu quả giảng dạy

III Đối tượng nghiên cứu

- Các dạng bài tập trong chương trình THPT và trong các đề thi tốt nghiệp, thiđại học, thi học sinh giỏi hàng năm

- Sách giáo khoa, sách bài tập, tài liệu tham khảo môn Hóa học THPT

IV Phương pháp nghiên cứu.

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp giảng dạy bài toán hoá học trongnhà trường

- Nghiên cứu tài liệu, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập, sách thamkhảo, các đề thi đại học, đề thi học sinh giỏi có liên quan

- Phương pháp điều tra cơ bản: test, phỏng vấn, dự giờ

B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

I Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN

Qua quá trình giảng dạy tôi nhận thấy rằng, khả năng xử lí và giải toánHóa học của các em học sinh về loại toán hiđroxit lưỡng tính còn nhiều lúngtúng và hạn chế

II Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

II.1 Chất lưỡng tính

Chất lưỡng tính là chất vừa có khả năng cho proton H+, vừa có khả năngnhận proton H+

Ví dụ: Các oxit lưỡng tính (Al2O3, ZnO, Cr2O3,…), các hiđroxit lưỡng tính(Al(OH)3, Zn(OH)2, Pb(OH)2, Cr(OH)3…), các muối axit (của axit yếu):NaHCO3, Na2HPO4…, các muối amoni của axit yếu như: (NH4)2CO3,

Na2CO3 vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ nhưng Na2CO3không phải là chất lưỡng tính:

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O

Na2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓ + 2NaOH

- Các kim loại có oxit và hiđroxit lưỡng tính (như: Al, Zn, Cr…) phản ứng đượcvới cả dung dịch axit và dung dịch kiềm mạnh

Ví dụ: 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2

- Tính chất của muối NaAlO 2 (Natri aluminat) và Na 2 ZnO 2 (Natri zincat):

Các muối NaAlO2 và Na2ZnO2 là các muối của axit yếu Al(OH)3 vàZn(OH)2 Do đó dung dịch các muối này có môi trường bazơ mạnh Khi thêmaxit mạnh vào dung dịch các muối này sẽ xuất hiện kết tủa do axit mạnh đẩyaxit yếu là Al(OH)3 và Zn(OH)2 ra khỏi muối và tạo thành kết tủa

Ví dụ 1: NaAlO2 + HCl + H2O → NaCl + Al(OH)3

Nếu dư HCl thì: Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Ví dụ 2: NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al(OH)3

Các phản ứng của Zn(OH)2, Na2ZnO2 hoàn toàn tương tự như của Al(OH)3 vàNaAlO2

Lưu ý: Các kim loại, oxit kim loại kiềm và kiềm thổ (trừ Be và Mg) tác dụngvới H2O tạo ra các dung dịch bazơ kiềm Do đó cần lưu ý, khi cho kim loạikiềm hoặc kiềm thổ (ví dụ Na) vào dung dịch chứa Al3+, Zn2+…thì:

2Na + 2H2O → 2Na+ + 2OH- + H2Sau đó: Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 và Al(OH)3 + OH- → AlO2- + 2H2O

II.2 Phương pháp chung giải bài tập về các hợp chất lưỡng tính

– Với dạng bài tập này phương pháp tối ưu nhất là phương pháp đại số: Viết tất

cả các phương tình hóa học xảy ra, sau đó dựa vào các dữ kiện đã cho vàphương tình hóa học để tính toán

– Một số vấn đề cần chú ý:

+ Cần phải hiểu thế nào là hợp chất lưỡng tính (vừa tác dụng với axit, vừa tácdụng với bazơ) bao gồm muối HCO3–, HSO–

3, các oxit: Al2O3, ZnO, Cr2O3, cáchiđroxit như: Al(OH)3, Zn(OH)2, Cr(OH)3

+ Bài toán về sự lưỡng tính của các hidroxit có 2 dạng như sau: Ví dụ vềAl(OH)3

* Bài toán thuận: Cho lượng chất tham gia phản ứng, hỏi sản phẩm?VD: Cho dung dịch muối nhôm (Al3+) tác dụng với dung dịch kiềm (OH–) Sảnphẩm thu được gồm những chất gì phụ thuộc vào tỉ số k = nOH–/nAl3+

+ Nếu k≤ 3 thì Al3+ phản ứng vừa đủ hoặc dư khi đó chỉ có phản ứng

Al3+ + 3OH– → Al(OH)3 ↓ ( 1) ( k= 3 có nghĩa là kết tủa cực đại)+ Nếu k ≥ 4 thì OH– phản ứng ở (1) dư và hòa tan vừa hết Al(OH)3 theo phảnứng: Al(OH)3 + OH– → Al(OH)4– (2)

+ Nếu 3< k < 4 thì OH– dư sau phản ứng (1) và hòa tan một phần Al(OH)3 ở (2)

* Bài toàn nghịch: Cho sản phẩm, hỏi lượng chất đã tham gia phản ứng?VD: Cho a mol OH– từ từ vào x mol Al3+, sau phản ứng thu được y molAl(OH)3 ( x, y đã cho biết) Tính a?

Nhận xét: nếu x = y thì bài toán rất đơn giản: a = 3x = 3y; a = 3y

Nếu y < x Khi đó xảy ra một trong hai trường hợp sau:

+ Trường hợp 1: Al3+ dư sau phản ứng (1)

Vậy trường hợp này số mol OH– là nhỏ nhất:

+ Trường hợp 2: Xảy ra cả (1) và (2)

Vậy trường hợp này số mol OH– là lớn nhất

+ Muốn giải được như bài toán trên chúng ta cần quy về số mol Al3+ trongAlCl3, Al2(SO4)3 và quy về số mol OH– trong các dung dịch sau: NaOH, KOH,Ba(OH)2, Ca(OH)2

+ Cần chú ý đến kết tủa BaSO4 trong phản ứng của Al2(SO4)3 với dung dichBa(OH)2 Tuy cách làm không thay đổi nhưng khối lượng kết tủa thu được gồm

cả BaSO4

+ Trong trường hợp cho OH– tác dụng với dung dịch chứa cả Al3+ và H+ thì

OH– sẽ phản ứng với H+ trước sau đó mới phản ứng với Al3+

+ Cần chú ý các dung dịch muối như Na[Al(OH)4], Na2[Zn(OH)4]… khi tácdụng với khí CO2 dư thì lượng kết tủa không thay đổi vì:

Na[Al(OH)4] + CO2→ Al(OH)3↓ + NaHCO3

Còn khi tác dụng với HCl hoặc H2SO4 loãng thì lượng kết tủa có thể bị thay đổitùy thuộc vào lượng axit:

HCl + Na[Al(OH)4] → Al(OH)3 ↓ + NaCl + H2O

Nếu HCl dư: Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

II.3 Một số hiđroxit lưỡng tính:

- Zn(OH)2, Be(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2

- Al(OH)3, Cr(OH)3

Dạng bài tập muối: 2  , 2  , 2  , 2  , 3  , 3  ( x )

M Cr Al Pb Sn Be

) ) ( , ) ( , , (NaOH KOH Ba OH 2 Ca OH 2

Phương trình phản ứng: Gọi kim loại có hidroxit lưỡng tính là M với hóa trị

là x+

) 1 ( )

M x

) 2 ( 2

MO OH

OH

II.4 Phương pháp giải bài tập:

Ca KOH NaOH M

OH

n

n n

n n

n n

n

2 Dựa vào giá trị n để giải bài tập:

- Nếu nxPhản ứng (1) xảy ra Phản ứng tạo ra M(OH)x  (cả 2 chấtcùng phản ứng hết Lúc này khối lượng kết tủa là lớn nhất)

- Nếu n4 Phản ứng (2) xảy ra Phản ứng tạo ra ( 4 ) tan

M x xOH   M(OH)x ( 1 )

a ax a

) 2 ( 2

MO OH

OH M

Chú ý: - Nếu trong dung dịch muối M xcó chứa Hthì sẽ có phản ứng:

O H OH

II.5 Sử dụng trục tỉ lệ mol giải bài tập:

(2) OH - (x mol) + Al 3+ (a mol)   (kết tủa)

Đặt: T =



 3

Al

OH n

-a) Khi T < 3: Có kết tủa và vẫn còn Al3+ dư

n OH  = x1 = 3.n

b) Khi 3 <T < 4: Có cả kết tủa và dung dịch chứa ion Aluminat

n OH  = x2 = 4a- n = 4.n Al 3  - n

OH n

ZnO

H n

a) Khi T < …… : Có kết tủa và vẫn còn …… dư

…… = x1 = n

b) Khi 1 <T < 4: Có cả kết tủa và dung dịch chứa ion ……

…… = x2 = 4a- 3n

c) Khi T ≥ 4: n = 0

II.6 Các dạng bài toán Hiđroxit lưỡng tính

1 DẠNG 1: Cho từ từ b mol OH vào dung dịch chứa a mol 3

Al thu được c mol kết tủa Tính c theo a, b.

Khi cho từ từ OH vào dung dịch chứa Al3 thì xuất hiện kết tủa Al OH( ) 3(trắngkeo), sau đó kết tủa tan dần Các phản ứng xảy ra:

3

Al + 3OH  Al OH ( ) (1)

a  thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất.

Trường hợp 2: Xảy ra 2 phản ứng, khi đĩ 3

Al hết , OH cĩ thể hết hoặc dư Sốmol tham gia phản ứng (1) được tính theo Al3 

Khi c a (lượng kết tủa thu được là lớn nhất ) b 3a

Khi c a  b b3 (1 phản ứng)4a a c (2 phản ứng)



3 DẠNG 3: Cho từ từ b mol H vào dung dịch chứa a mol [ (Al OH) ] 4 

thu được c mol kết tủa Tính c theo a, b.

Khi cho từ từ Hvào dung dịch chứa [ (Al OH) ] 4 

thì xuất hiện kết tủa trắngkeo Al OH( ) 3, lượng kết tủa tăng dần đến cực đại Sau đĩ kết tủa tan dần Cácphản ứng xảy ra:

H + [ (Al OH) ] 4 

 Al OH ( )3 + H O2 (1)3

Al OH  + 3H  Al3  + 3H O2 (2)

Trường hợp 1: Xảy ra 1 phản ứng, khi đĩ Hhết, [ (Al OH) ] 4 

cĩ thể dư hoặc hết.Lượng kết tủa tính theo số mol H

n   a b n  c b Lượng kết tủa lớn nhất khi a b

Trường hợp 2: Xảy ra 2 phản ứng, khi đĩ [ (Al OH) ] 4  hết, H cĩ thể hết hoặc dư

Số mol các chất tham gia phản ứng (1) được tính theo [ (Al OH) ] 4 

Trường hợp 2: Xảy ra 2 phản ứng, khi đó Zn2 hết, OH có thể hết hoặc dư Cácchất tham gia phản ứng (1) được tính theo Zn2 

Vậy

max

2 4

6 DẠNG 6 : Cho từ từ b mol OH vào

dung dịch chứa a mol Zn2 thu được c

mol kết tủa Tính b theo a, c.

Khi a c (lượng kết tủa thu được lớn nhất)  b 2c .

OH

Từ đồ thị ta thấy:

- Nửa trái của đồ thị: Kết tủa ít, chưa max vì OH ít

- Tại đỉnh đồ thị: Kết tủa max, Al3  hết

- Nửa phải của đồ thị: Kết tủa max, sau đó tan ra vì OH nhiều

- Tại điểm cuối của đồ thị: không còn kết tủa do OH quá nhiều

Một số bài toán minh họa :

Bài minh họa 1 (Đề thi ĐH khối A - 2007): Trộn dd chứa a mol AlCl3 với ddchứa b mol NaOH Để thu được kết tủa thì cần có tỉ lệ nào trong 4 lựa chọn sau:

A a:b = 1:4 B a:b > 1:4 C a:b < 1:4 D a:b = 1:5Cách giải 1:

Bài minh họa 3 (Đề thi ĐH khối B - 2007): Cho 200 ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M, lượng kết tủa thu được là 15,6 gam Giá trị lớn nhất của V là (cho H = 1, O = 16, Al = 27)

Hướng dẫn giải:

nAlCl3 = 0,2.1,5 = 0,3 mol, Số mol kết tủa nAl OH( )3 = 15,6/78 = 0,2 mol

AlCl3 + 3NaOH  Al(OH)3 + 3NaCl (1)

0,3 0,9 0,3

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + H2O (2)

x x

Sau (1), (2) thu được 0,2 mol chất kết tủa  0,3 – x = 0,2  x = 0,1 mol

 tổng số mol NaOH tham gia phản ứng là: 0,9 + 0,1 = 1 mol

 V = 1/0,5 = 2 lít  Đáp án D

Bài minh họa 4 (Đề thi ĐH khối A - 2012): Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp

gồm Na2O và Al2O3 vào nước thu được dung dịch X trong suốt Thêm từ từdung dịch HCl 1M vào X, khi hết 100 ml thì bắt đầu xuất hiện kết tủa; khi hết

300 ml hoặc 700 ml thì đều thu được a gam kết tủa Giá trị của a và m lần lượt:

A 23,4 và 56,3 B 23,4 và 35,9 C 15,6 và 27,7 D 15,6 và 55,4

Hướng dẫn giải:

- Số mol HCl phản ứng NaOH dư trong dd X = số mol NaOH = 0,1

NaAlO2 trong X khi phản ứng 0,2 mol HCl tạo 0,2 mol Al(OH)3 nên a =15,6g

- Nhưng khi dùng 0,6 mol HCl sẽ tạo 0,2 mol Al(OH)3 và muối Al3+

Vậy có 0,4 mol HCl phản ứng sau: AlO2- + 4H+= Al3+ + 2H2O

- Tổng mol AlO2- là 0,2 + 0,1 = 0,3 (mol) nên Al2O3 = 0,15 (mol)

Số mol Na2O sẽ là 0,15 + 0,1/2 = 0,2 (mol) Vậy m = 27,7 (gam)

 Đáp án C

Bài minh họa 5 (Đề thi ĐH khối A - 2009): Hòa tan hết m gam ZnSO4 vàonước được dung dịch X Cho 110ml dung dịch KOH 2M vào X, thu được a gamkết tủa Mặt khác, nếu cho 140 ml dung dịch KOH 2M vào X thì cũng thu được

a gam kết tủa Giá trị của m là

Tổng số mol OH- = 0,28 = 2x + 2x - 0,22 suy ra x = 0,125 (mol)

 m = 0,125.161 = 20,125(g)  Đáp án A

Bài minh họa 6 (Đề thi ĐH khối B - 2010): Cho 150 ml dd KOH 1,2M tác

dụng với 100 ml dd AlCl3 nồng độ x mol/l, thu được dd Y và 4,68 gam kết tủa.Loại bỏ kết tủa, thêm tiếp 175 ml dd KOH 1,2M vào Y, thu được 2,34 gam kếttủa Giá trị của x là

Bài minh họa 7 (Đề thi ĐH khối B - 2013): Thể tích dung dịch NaOH 0,25M

cần cho vào 15 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,5M để thu được lượng kết tủa lớn nhấtlà

Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch hỗn hợp gồm a mol HCl

và b mol AlCl3, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau Tính tỉ lệ a :b

Phân tích, hướng dẫn giải:

Phương pháp đồ thị rất hay áp dụng cho dạng toán tạo kết tủa rồi kết tủa bị hòatan chẳng hạn như loại toán CO2 + Bazơ kiềm thổ như Ca(OH)2 hoặc muối Al3++ OH- Muốn dùng được phương pháp đồ thị ta phải viết các phương trình tạokết tủa và hòa tan kết tủa với lưu ý:

+ Trục tung luôn biểu diễn số mol kết tủa Ở bài này là số mol Al(OH)3+ Trục hoành biểu diễn số mol của đại lượng còn lại Ở đây là số mol NaOH HCl + NaOH → NaCl + H2O (1)

 Sau phản ứng tạo kết tủa là phản ứng hòa tan kết tủa

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (3)

y(mol) x

→ y = x → Đồ thị hòa tan kết tủa y = x

Bảo toàn nguyên tố Al → n Na[Al(OH) 4 ] = nAlCl3 = b(mol)

Tại điểm F lúc này kết tủa vừa tan hết bảo toàn nhóm OH → nNaOH = nHCl + 4n Na[Al(OH) 4 ] = a + 4b

tang của góc EFD = hệ số góc của đồ thị y = x = 1 → tam giác EFD vuông cân tại E

Từ đồ thị ta thấy trong đoạn OA kết tủa = 0 Đó chính là đoạn đồ thị thể hiện phản ứng giữa NaOH với HCl Tại điểm A phản ứng giữa NaOH và HCl xảy ra vừa đủ → nHCl = a = nNaOH pư = OA = 0,8(mol)

Xét tam giác vuông DEF → DE = 1.EF → 0,4 = (a +4b) - 2,8 → a + 4b = 3,2

→ 0,8 + 4b = 3,2 → b = 0,6

→ a : b = 0,8 : 0,6 = 4 : 3 → Vậy a : b = 4 : 3