Với những lí do trên tôi mạnh dạn nghiên cứu đề tài sáng kiến kinh nghiệm: “Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải nhanh một số bài toán Hóa học vô cơ hay và khó bằng phương pháp kết hợp các địn
Trang 12.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 2
2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2
Trang 21 Mở đầu
- Lí do chọn đề tài
Thực tế việc thi THPT Quốc gia hiện nay, số câu khó nhiều trong khi thờigian làm bài ít Vì vậy, kinh nghiệm của thầy đóng vai trò rất quan trọng trongviệc trang bị cho học sinh những kĩ năng, phương pháp giải quyết nhanh nhữngbài tập khó, những câu “chốt” trong đề thi THPT Quốc gia
Nếu học sinh chỉ dựa vào kiến thức trong sách giáo khoa thì không đủ khảnăng để giải quyết các bài tập Hóa học hay và khó
Nguồn tài liệu thực tế hiện nay không thiếu, tuy nhiên mỗi tài liệu có số bàitập hay và khó không nhiều Học sinh sẽ mất nhiều thời gian nghiên cứu tài liệu
mà việc giải quyết các bài tập khó lại kém hiệu quả
Với những lí do trên tôi mạnh dạn nghiên cứu đề tài sáng kiến kinh nghiệm:
“Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải nhanh một số bài toán Hóa học vô cơ hay
và khó bằng phương pháp kết hợp các định luật bảo toàn”
- Mục đích nghiên cứu
Tôi nghiên cứu đề tài sáng kiến kinh nghiệm này với mục đích:
Bản thân có tư liệu để tham khảo trong quá trình giảng dạy ở các năm họctiếp theo
Bản thân có điều kiện tham gia nghiên cứu khoa học, tìm tòi kiến thức ở cácnguồn tài liệu và học hỏi đồng nghiệp
Học sinh trường THPT Quảng Xương 3 có nguồn tài liệu để tham khảo Nâng cao năng lực giải quyết các bài tập khó trong đề thi THPT Quốc giamôn Hóa học cho học sinh
- Đối tượng nghiên cứu.
Một số bài tập hóa học vô cơ hay và khó
Hướng dẫn học sinh sử dụng phối hợp các định luật bảo toàn trong Hóa học
để giải quyết nhanh một số bài toán Hóa học vô cơ hay và khó
- Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu thực tiễn:
Từ sự hiểu biết, kinh nghiệm của bản thân qua nhiều năm dạy học
Thông qua trau dồi kiến thức, nghiên cứu các nguồn tài liệu khác nhau và họchỏi đồng nghiệp
Trang 32 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Một số khái niệm liên quan
Theo từ điển tiếng Việt:
“Hướng dẫn” (động từ) có nghĩa là chỉ bảo, dẫn dắt cho biết phương hướng
và cách thức tiến hành một hoạt động nào đó
“Hay” (tính từ) có nghĩa là được đánh giá cao, là đạt yêu cầu, có tác dụngmang lại hiệu quả như mong muốn
“Khó” (tính từ) có nghĩa là phải cố gắng nhiều, vất vả nhiều mới có được,mới làm được
“Phương pháp” (danh từ) có nghĩa là hệ thống các cách sử dụng để tiến hànhmột hoạt động nào đó
2.1.2 Các định luật bảo toàn trong Hóa học
- Định luật bảo toàn electron: Trong mỗi phương trình phản ứng oxi hóa-khửhoặc một hệ gồm nhiều phương trình phản ứng oxi hóa khử, số mol electron màcác chất khử nhường bằng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận
- Định luật bảo toàn khối lượng: Khối lượng của các chất tham gia phản ứngbằng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng
- Định luật bảo toàn điện tích: Trong một dung dịch, tổng số mol điện tíchdương luôn bằng tổng số mol điện tích âm
- Định luật bảo toàn nguyên tố: Trong mỗi phương trình phản ứng hóa họchoặc một hệ gồm nhiều phương trình phản ứng hóa học số mol mỗi nguyên tốtrước phản ứng bằng số mol chính nguyên tố đó sau phản ứng
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
- Kĩ năng giải quyết các bài tập vô cơ hay và khó của học sinh còn hạn chế.
Trước những bài toán hay và khó học sinh thường có những biểu hiện sau:
Không biết bắt đầu giải quyết bài toán từ đâu.
Hoặc viết phương trình phản ứng để giải quyết bài toán Với thời gian hạn
chế trong khi các bài tập cần giải quyết nhiều, như vậy việc viết phương trìnhhóa học để giải sẽ mất nhiều thời gian
Học sinh chưa biết phối hợp các định luật bảo toàn trong Hóa học để giải
quyết các bài toán hay và khó
Chưa biết phân tích, tổng hợp các dữ kiện bài cho nên chưa có cái nhìn baoquát toàn bộ bố cục của bài toán Hóa học
- Với việc thi trắc nghiệm như hiện nay nếu học sinh không có kĩ năng làmbài tốt thì ngay cả khi nắm được cách làm thì các em cũng đang mắc phải “Vấn
đề tâm lí” chứ chưa nói là không có cách làm Lúc này kinh nghiệm của ngườithầy dẫn dắt học sinh là cần thiết hơn bao giờ hết
Ví dụ: Bài toán Hóa học sau đây tôi trích trong đề thi minh họa THPT Quốc
gia năm 2015:
Cho 66,2 gam hỗn hợp X gồm Fe3O4, Fe(NO3)2 và Al tan hoàn toàn trongdung dịch chứa 3,1 mol KHSO4 loãng Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toànthu được dung dịch Y chỉ chứa 466,6 gam muối sunfat trung hòa và 10,08 lít
Trang 4(đktc) khí Z gồm 2 khí trong đó có một khí hóa nâu ngoài không khí Biết tỉ khối
của Z so với He là 23/18 Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp X gần nhất với giá trị nào sau đây?
Nhận xét:
Đây rõ ràng là một bài toán Hóa học hay và khó Trước bài toán này học sinhthường không có hướng làm Việc viết phương trình hóa học để giải bài toánnày là rất khó khăn và không nên áp dụng do thời gian có hạn Bản thân tôi đãnghiên cứu và hướng dẫn học sinh một cách giải rất hay cho bài toán này bằngphương pháp kết hợp các định luật bảo toàn trong Hóa học như sau:
Trong Z có H2 và NO Số mol hỗn hợp khí Z là 0,45 mol
Dễ dàng tính được NO (0,05 mol) và H2 (0,4 mol)
Sơ đồ phản ứng: X + KHSO4 muối + khí Z + H2O
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Trong dung dịch sau phản ứng có thể có muối (NH4)2SO4
Theo định luật bảo toàn nguyên tố H ta có:
2.3 Sáng kiến kinh nghiệm đã sử dụng:
Bài 1: Cho 5,12 gam đồng phản ứng hoàn toàn với 50,4 gam dung dịch HNO360% thu được dung dịch X Hãy xác định nồng độ % của muối tan trong X biếtrằng nếu thêm 210ml dung dịch KOH 2M vào X rồi cô cạn và nung chất rắn sau
cô cạn tới khối lượng không đổi thì được 41,52 gam chất rắn
A 26,15% B 17,67% C 28,66%. D 75,12%
Nhận xét:
Trang 5Một trong những cái khó của bài toán này là học sinh phân vân không biếtkhí sinh ra là những khí nào Phương pháp làm hay là dùng định luật bảo toànnguyên tố để tìm ra số mol N tạo khí và số mol O tạo khí từ đó tính được khốilượng khí thoát ra và khối lượng dung dịch sau phản ứng.
Bài toán này được giải nhanh bằng phương pháp kết hợp các định luật: bảotoàn nguyên tố (Cu, N, O, K), bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron
Hướng dẫn giải:
3
n 0, 08mol;n 0, 48mol;n 0, 42 mol
Nếu hỗn hợp sau khi nung không có KOH dư thì khối lượng hỗn hợp này gồm0,08 mol CuO và 0,42 mol KNO2 khối lượng là: 0,08.80+0,42.85=42,1 gam
41,52 gam Vậy KOH dư
41,52 gam hỗm hợp sau nung gồm:
2
KNO :x molCuO:0,08molKOH: 0,42-x mol
Hay3.0,24 6.0, 08 0,12 n nO(khÝ) 0,12 mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng:
Khối lượng dung dịch sau phản ứng=50,4+5,12-0,08.14-0,12.16=52,48 gam
Trang 6Theo định luật bảo toàn nguyên tố K ta có: 2a + b=0,7 (2)
Từ (1) và (2) suy ra: a = 0,3125 mol; b=0,075 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố S:
Theo định luật bảo toàn electron ta có: 2x + 8y = 0,2.2 = 0,4 (4)
Từ (3) và (4) suy ra: x 0,05moly 0,0375mol
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
A 47,2% B 46,2% C 46,6% D 44,2%.
Nhận xét:
Bài tập này ở một số tài liệu người ta cho cụ thể 2 phản ứng xảy ra giữa
Fe3O4 và FeS2 với HNO3, học sinh dựa vào các phản ứng đã cho và kết hợp vớicác dữ kiện khác để giải Tuy nhiên theo tôi cách giải đó rất mất thời gian và đểgiải bài toán này không cần viết phương trình phản ứng mà vẫn giải nhanh đượcthông qua việc kết hợp các định luật bảo toàn như: bảo toàn nguyên tố (Fe, S,N), bảo toàn electron và bảo toàn điện tích
Hướng dẫn giải:
Gọi số mol của Fe3O4, số mol FeS2 lần lượt là a mol, b mol
Số mol Fe2O3 là 0,061 mol, theo định luật bảo toàn nguyên tố Fe ta có:
Trang 7Theo định luật bảo toàn nguyên tố S: Số mol SO42- là 0,004 mol
Trong dung dịch sau phản ứng với NaOH có:
Theo định luật bảo toàn điện tích: c = 0,4 - 0,004.2 = 0,392 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố N:
Số mol HNO3 0,392 0,07 0,462 mol
A 38,06% B 47,92% C 32,82% D 39,02%
Nhận xét:
Muối thu được có thể có NH4NO3 Trước hết dùng định luật bảo toàn khốilượng để tính khối lượng H2O, sau đó dùng định luật bảo toàn nguyên tố H đểtính số mol NH4+ Tiếp theo ta dùng định luật bảo toàn nguyên tố (N, O) và địnhluật bảo toàn electron để giải nhanh bài toán
Trang 8Y sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn lấy thanh Mg ra cân lại thấy tăng 2,8gam (Giả sử 100% kim loại sinh ra bám vào thanh Mg) Đốt cháy hoàn toàn 10gam X (nguyên tố S bị oxi hóa thàng SO2) bằng lượng vừa đủ V lít (đktc) hỗnhợp khí A gồm O2 và O3 tỉ lệ mol 1:1 Giá trị của V là:
A 1,4336 B 1,5232 C 1,4784 D 1,568
Nhận xét:
Đây là bài toán rất hay, học sinh sẽ rất khó khăn để tìm ra hướng giải.
Tuy nhiên nếu biết kết hợp các định luật bảo toàn như: bảo toàn nguyên tố(H, O, Fe, Cu, S), bảo toàn điện tích, bảo toàn electron thì việc giải bài toán nàytrở nên rất dễ dàng
a mol Fe3+, b mol Cu2+ và 0,17 mol SO4
2-Theo định luật bảo toàn điện tích đối với dung dịch Y:
3a + 2b = 0,17.2 = 0,34 (1)
Khi dung dịch Y tác dụng với Mg:
Dung dịch sau phản ứng với Mg dư chỉ có MgSO4 (0,17 mol)
Trang 9A 4,48 B 5,60 C 6,72 D 3,36.
Nhận xét:
Trước hết phải kiểm tra lượng NaOH phản ứng với dung dịch Y có dư hay
không Ta có thể kết hợp các định luật bảo toàn như: bảo toàn nguyên tố (Na, Fe,S), bảo toàn điện tích và bảo toàn electron để giải nhanh bài toán này
Bài 7: Cho 7,65 gam hỗn hợp X gồm Al và Al2O3 (trong đó Al chiếm 60% khốilượng) tan hoàn toàn trong dung dịch Y gồm H2SO4 và NaNO3, thu được dung
Trang 10dịch Z chỉ chứa 3 muối trung hòa và m gam hỗn hợp khí T (trong T có 0,015mol H2) Cho dung dịch BaCl2 dư vào dung dịch Z đến khi các phản ứng xảy rahoàn toàn, thu được 93,2 gam kết tủa Còn nếu cho Z phản ứng với NaOH thìlượng NaOH phản ứng tối đa là 0,935 mol Giá trị của m gần giá trị nào nhất sauđây?
Nhận xét:
Đây là bài toán rất hay về việc dùng kết hợp các định luật bảo toàn để giải
Để giải nhanh bài toán này ta dùng kết hợp các định luật bảo toàn như: bảo toànnguyên tố (Al, H, Na, S, N) và bảo toàn khối lượng
Số mol H+ tạo thành ion NH4+ = 4.0,015 = 0,06 mol
Số mol H+ tạo H2 = 2.0,015 = 0,03 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố H suy ra số mol H+ tạo H2O là:
0,8 – (0,06 + 0,03) = 0,71 mol Suy ra số mol H2O là 0,355 mol
Sơ đồ phản ứng:
X + H2SO4 + NaNO3 Na2SO4 + Al2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + T + H2O
0,4 0,095 0,0475 0,115 0,0075 0,355 (mol)Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
7,65+0,4.98+0,095.85=0,0475.142+0,115.342+0,0075.132+mT+0,355.18
mT=1,47 gam Chọn đáp án C
Bàì 8: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm FeS2 và Fe3O4 bằng 0,25 lít dung dịchHNO3 xM, vừa đủ thu được 14,336 lít hỗn hợp khí (đktc) gồm NO và NO2 có tỉkhối so với hiđro bằng 18 và dung dịch X chứa 82,08 gam hỗn hợp 2 muối Giátrị của a là:
A 5,66M B 8,24M C 5,44M D 4,84M
Nhận xét:
Hai muối trong dung dịch X là Fe2(SO4)3 và Fe(NO3)3 Có thể dùng kết hợpcác định luật bảo toàn như: bảo toàn nguyên tố (Fe, S), bảo toàn điện tích và bảotoàn electron để giải
Hướng dẫn giải:
Trước hết tính số mol mỗi khí: NO (0,4 mol), NO2 (0,24 mol)
Gọi số mol FeS2, Fe3O4 lần lượt là a mol, b mol
Theo định luật bảo toàn các nguyên tố Fe, S suy ra trong dung dịch X có
Trang 11Theo định luật bảo toàn điện tích ta có: 3.(a + 3b) = 2.2a + c (2)
Mặt khác theo định luật bảo toàn electron ta có: 15a + b = 0,4.3 + 0,24.1 (3)Giải hệ các phương trình (1), (2), (3) ta được
A 12,5%. B 14,5% C 16,5% D 10,5%
Nhận xét:
Phải nói rằng đây là bài toán rất hay! Nếu không dùng kết hợp các định luật
bảo toàn sẽ không giải được
Có thể giải nhanh được bài toán này thông qua việc kết hợp các định luật bảotoàn như: bảo toàn nguyên tố (H, O, Cu, Fe, S, Zn, Cl, Na, N), bảo toàn điện tích
và bảo toàn khối lượng
Hướng dẫn giải:
Ta có : H2SO4: 1,7 mol; H2: 0,1 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố H ta có: nH O2 1,6mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố O ta có: nFe O3 4 0, 4mol
Suy ra: 64a + 65b = 19,4 (1)
Ta lại có : 114,8 gam kết tủa gồm:
Trang 12Mặt khác theo định luật bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng ta có:2a + 2b + 0,8.2 + 0,4.3 = 1,7.2 hay a + b = 0,3 (2)
Fe :1,2mol; Cu :0,1mol
Fe O :0,4mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố H nH O2 2,24mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố O nO(trongC) 0,38mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố N nN(trongC) 0,32mol
- Phần một tác dụng với 500 ml dung dịch KOH 0,4M, thu được 5,35 gammột chất kết tủa
- Phần hai tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được m gam kết tủa.Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là:
A 20,62. B 41,24 C 20,21. D 31,86
Nhận xét:
Trước hết phải kiểm tra xem có H+ dư trong dung dịch Y hay không
Dùng kết hợp các định luật bảo toàn như: bảo toàn nguyên tố (Fe, S, N), bảo
toàn điện tích và bảo toàn electron để giải
Hướng dẫn giải:
2
n 0,7mol;n 0,5mol;n 0,1mol
Phần 1 tác dụng với 0,2 mol OH- được 5,35 gam kết tủa
Nếu H+ không dư thì toàn bộ lượng OH- sẽ tham gia pư tạo kết tủa và khi đólượng kết tủa khác 5,35 gam Vậy H+ dư
Số mol OH- tạo kết tủa Fe(OH)3 là 3.0,05 = 0,15 mol OH- dư trong phần 1 là0,2 – 0,15 = 0,05 mol
Coi hỗn hợp X gồm 2 nguyên tố: Fe (x mol) và O (y mol)
Trang 13Theo định luật bảo toàn electron:
2
3n 2n 3n n hay3x 2y 0,3 a (3)
Giải hệ các phương trình (1), (2), (3) ta được:
x = 0,16 mol ; y = 0,08 mol ; a = 0,02 mol
Bài 11: Cho 3,48 gam bột Mg tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HCl (dư) và
KNO3, thu được dung dịch X chứa m gam muối và 0,56 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm N2 và H2 Khí Y có tỉ khối so với H2 bằng 11,4 Giá trị của m là:
Dễ dàng tính được: H2 (0,005 mol), N2 (0,02 mol)
Theo định luật bảo toàn electron:
A 29,04 gam B 29,6 gam C 32,4 gam D 21,6 gam Nhận xét:
Trang 14Học sinh thường có suy nghĩ liệu trong dung dịch Y có HCl dư hay không.
Tuy nhiên, ta có thể giải bài toán này một cách nhanh chóng mà lúc đầu khôngcần quan tâm đến lượng HCl có dư trong Y hay không thông qua việc kết hợpcác định luật bảo toàn như: bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố (K, Cl, N), bảotoàn điện tích
Hướng dẫn giải:
Ta có : nNO 2, 688 0,12 mol
22, 4
Theo định luật bảo toàn electron, số mol NO3- trong X là 0,12.3=0,36 mol
nKOH=0,65 mol Theo định luật bảo toàn nguyên tố K và Cl, dung dịch sau phảnứng với KOH có:
Theo định luật bảo toàn nguyên tố N, số mol NO tiếp tục thoát ra:
0,36-0,35=0,01 mol n Fe 2 0,03mol Vậy trong dung dịch X có:
Fe2+ (0,03 mol), Fe3+ (0,1 mol) và NO3- (0,36 mol)
Khối lượng muối trong X: mmuèi 0,13.56 0,36.62 29,6gam Chọn đáp án B
Bài 13: Đốt cháy hỗn hợp gồm 1,92 gam Mg và 4,48 gam Fe với hỗn hợp khí X
gồm clo và oxi, sau phản ứng chỉ thu được hỗn hợp Y gồm các oxit và muốiclorua (không còn khí dư) Hòa tan Y bằng một lượng vừa đủ 120 ml dung dịchHCl 2M, thu được dung dịch Z Cho dung dịch Z tác dụng hoàn toàn với lượng
dư AgNO3, thu được 56,69 gam kết tủa Phần trăm thể tích của clo trong hỗnhợp X là:
A 76,70% B 56,36% C 51,72% D 53,85%.
Nhận xét:
Học sinh thường không phát hiện ra được trong 56,69 gam kết tủa có thể có
Ag Ta dùng kết hợp các định luật bảo toàn như: bảo toàn nguyên tố (Mg, Fe, Cl,
N, Ag) và định luật bảo toàn electron để giải nhanh bài toán này