Phát triển năng lực học sinh giỏi TTGDTX huyện thạch thành qua một số bài toán về sắt và các oxit sắt có nhiều cách giải

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRUNG TÂM GDTX HUYỆN THẠCH THÀNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HSG TTGDTX HUYỆN THẠCH THÀNH QUA MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ SẮT VÀ OXIT SẮT CÓ NHIỀU CÁ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRUNG TÂM GDTX HUYỆN THẠCH THÀNH

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HSG TTGDTX HUYỆN THẠCH THÀNH QUA MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ SẮT VÀ OXIT SẮT

CÓ NHIỀU CÁCH GIẢI

Người thực hiện : La Văn Kiên

Chức vụ : Giáo viên

Đơn vị công tác: TTGDTX Thạch Thành

SKKN thuộc môn: Hóa học

THẠCH THÀNH, NĂM 2019

MỤC LỤC

Mục Lục

I Mở đầu

I.1 Lý do chọn đề tài

I.2 Mục đích nghiên cứu

I.3 Đối tượng nghiên cứu

I.4 Phương pháp nghiên cứu

II Nội dung

II.1 Cơ sở lý luận

II.2 Thực trạng về công tác bồi dưỡng học sinh giỏi tại TTGDTX huyện Thạch Thành

II.3 Các giải pháp thực hiện

II.3.1 Các giải pháp chung

II.3.2 Các giải pháp riêng giúp HSG TTGDTX Thạch Thành nâng cao năng lực làm bài tập về sắt và các oxit sắt

II.3.2.1 Phương pháp làm bài tập về sắt và các oxit sắt

II.3.2.2 Các ví dụ minh họa

II.4 Hiệu quả của SKKK

III Kết luận, Kiến nghị

III.1 Kết Luận

III.2 Kiến nghị

Tài liệu tham khảo

2 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 6 7 16 17 17 17 18 I MỞ ĐẦU I.1 Lí do chọn đề tài

Trong quá trình giảng dạy cũng như trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn Hóa học, có một điều dễ nhận thấy là những sai sót gặp phải của học sinh về cơ bản đều nằm ở một số dạng kiến thức nhất định Với phần toán hóa, đa phần các em đều sử dụng phương pháp đại số và số học, mất rất nhiều thời gian làm bài và thường gặp sự cố khi gặp những dạng toán phức tạp có nhiều phương trình với nhiều ẩn số hoặc thiếu dữ liệu Kiến thức về thực hành

thí nghiệm, cấu tạo nguyên tử, một số dạng bài tập biện luận đặc biệt là dạng toán về hỗn hợp sắt và các oxit sắt

Đã đến lúc các em trong đội tuyển học sinh giỏi cấp trường cần được trang bị nhiều phương pháp giải các dạng toán hóa học đồng thời phương pháp giải nhanh cần được rèn luyện một cách nhuần nhuyễn để các em sở hữu cho mình một phương pháp giải ưu việt nhất Thông qua nhiều hướng giải sẽ giúp học sinh tổng hợp kiến thức từ đó phát triển năng lực chuyên biệt của môn hóa học Rút ngắn thời gian làm bài, tăng độ sáng tạo trong giải quyết công việc từ

đó làm tiền đề dựng xây một đội ngũ các nhà hóa học Việt Nam có những đóng góp quan trọng cho sự phát triển quê hương đất nước

Làm sao để phát triển được năng lực chuyên biệt của bộ môn là điều mà tất cả chúng ta đều phải quan tâm Để chuẩn bị cho giai đoạn thay sách giáo khoa và áp dụng phương pháp dạy học mới thì nhiệm vụ trên càng hết sức cấp bách Mặt khác, để hoàn thành bài thi với điểm số cao hoặc ít nhất là đủ để được công nhận học sinh giỏi cấp trường thì việc lựa chọn phương pháp giải là hết sức quan trọng Làm sao để các em rút ngắn được thời gian trình bày bài thi và tránh được các sai sót gặp phải là điều mà các giáo viên đứng lớp cũng như giáo viên được phân công bồi dưỡng các đội tuyển trăn trở

Để phần nào giải quyết được vấn đề này tôi đã dày công nghiên cứu, tìm tòi, phân tích những mặt hạn chế, thiếu sót và sai lầm thường gặp của các em học sinh ở một số dạng kiến thức hóa học trong chương trình từ đó hoàn thành

đề tài “ phát triển năng lực học sinh giỏi TTGDTX Huyện Thạch Thành qua

một số bài toán về sắt và các oxit sắt có nhiều cách giải ” để cung cấp thêm

một tài liệu quan trọng cho các em tham khảo góp phần rút ngắn được phần nào thời gian bồi dưỡng trên lớp Tạo cho các em có cái nhìn và cách tiếp cận đề thi theo hướng lựa chọn phương pháp hiệu quả để có thể rút ngắn thời gian làm bài thi

Hi vọng rằng với một số bài tập đề cập đến trong đề tài này sẽ là những bài học quý cho học sinh khá giỏi nhằm phát huy năng lực của các em Vì khuôn khổ của bài viết tôi không có tham vọng đưa ra nhiều ví dụ minh họa về việc khai thác nhiều bài tập, rất mong nhận được sự động viên khích lệ từ các bạn đồng nghiệp, các bậc phụ huynh

I.2 Mục đích nghiên cứu:

- Cung cấp thêm cho học sinh một số phương pháp giải bài tập hóa học từ

đó học sinh rút ngắn thời gian làm bài tập

- Rèn luyện kĩ năng giải thành thạo dạng bài tập cho học sinh

- Củng cố niềm tin, lòng say mê và yêu thích môn học của học sinh

I.3 Đối tượng nghiên cứu

Trong khuôn khổ của đề tài tôi tập chung nghiên cứu một số bài toán về sắt và oxit sắt có nhiều cách giải nhằm phát triển năng lực môn hóa học cho học sinh

I.4 Phương pháp nghiên cứu

Trong phạm vi của đề tài tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau :

- Điều tra, khảo sát thực tế học sinh TTGDTX huyện Thạch Thành

- Trao đổi và tham khảo ý kiến của các đồng nghiệp trong và ngoài nhà trường

- Bản Thân tự nghiên cứu sách giáo khoa, sách bài tập, nghiên cứu tài liệu

từ nhiều nghuồn khác nhau như sách tham khảo, tài liệu từ nguồn internet

II NỘI DUNG II.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện

giáo dục và đào tạo xác định “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ và đồng bộ các yếu tố

cơ bản của giáo dục, đào tạo theo hướng coi trọng phát triển phẩm chất, năng lực của người học” Với tinh thần dạy học theo định hướng phát triển năng lực

của người học, người giáo viên cần phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động của người học, hình thành và phát triển năng lực tự học

Hoá học là môn khoa học tự nhiên, khoa học thực nghiệm, đây là một trong những bộ môn khó đối với học sinh Vì vậy việc tiếp thu kiến thức của học sinh gặp không ít khó khăn đặc biệt là học sinh trung tâm giáo dục thường xuyên khi mà chất lượng đầu vào của học sinh TTGDTX là rất thấp

Trong quá trình dạy học tôi nhận thấy nếu trang bị cho các em các phương pháp và kỹ năng làm bài tập và nếu các em tập trung học thì hầu hết các em đều làm được Vì vậy việc hình thành cho học sinh phương pháp và kỹ năng giải bài tập là rất quan trong và cần thiết

II.2 Thực trạng về công tác bồi dưỡng học sinh giỏi tại TTGDTX huyện Thạch Thành

* Về phía nhà trường :

- Cơ sở vật chất về trường lớp còn thiếu và yếu phần nào ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học của giáo viên và học sinh

- Thiết bị thí nghiệm, hóa chất cần thiết phục vụ cho công tác giảng dạy còn thiếu Máy vi tính, màn chiếu trang bị cho việc dạy học ƯDCNTT còn quá

ít, điều này đã ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học nói chung và ảnh hưởng đến chất lượng môn hóa nói riêng

- Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi trong thư viện còn ít

* Về phía học sinh:

- Năng lực nhận thức của học sinh còn hạn chế, điều này sẽ rất khó khăn

cho giáo viên trong việc xây dựng hệ thống bài tập khó cho các em tiếp thu và luyện giải

- Về kiến thức và năng lực làm bài tập của các em còn thiếu và yếu

- Hầu hết các em học sinh giỏi là những em có ý thức học tập tốt, hứng thú

và đam mê học môn Hóa Tuy nhiên nhiều em có hoàn cảnh khó khăn, cùng với

áp lực học nhiều môn học khác và học nghề nên các em không có đủ thời gian để nguyên cứu, vận dụng và tìm ra phương pháp mới giải những bài tập khó

Với những khó khăn trên thì chất lượng học sinh giỏi TTGDTX huyện Thạch Thành còn yếu, cụ thể như sau (kết quả do nhà trường khảo sát): trước khi chưa áp dụng đề tài kết quả bồi dưỡng học sinh giỏi do tôi phụ trách các năm học 2016-2017, 2017-2018 như sau:

5

0

5

5 Nguyễn Thị Thùy 11,25

5 Điểm trung bình 11.75

Với thực trạng như trên tôi nhận thấy việc đưa ra SKKN “phát triển năng

lực học sinh giỏi TTGDTX Huyện Thạch Thành qua một số bài toán về sắt và các oxit sắt có nhiều cách giải ” là cấp bách và cần thiết.

II.3 Các giải pháp thực hiện

II.3.1 Các giải pháp chung

Trong quá trình dạy học sinh tôi khi học sinh làm bài tập tôi chú trọng vào các khâu sau:

a Đọc kỹ đề ra trước khi làm bài vì đây là động tác đơn giản nhưng lại rất

quan trọng

b.Tóm tắt đề bằng cách gạch chân dưới những nội dung quan trọng có trong

đề ra vì như vậy HS sẽ có cách nhìn bao quát được đề từ đó đưa ra phương pháp làm bài thích hợp

c Phải hiểu rõ được bản chất các khái niện hóa học (như công thức phân tử,

công thức thực nghiệm ), tính chất vật lý (tính tan, khối lượng riêng ), cũng như tính chất hóa học của từng loại chất, từng chất đã học

d Với bài tập tính toán, trước hết HS phải được trang bị một số phương pháp

giải toán hoá như: phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bài toán chất khí, phương pháp trung bình, kỹ năng biện luận sau đó hướng dẫn

HS trước khi giải toán phải tìm số mol các chất (nếu có thể), viết phương trình

hoá học hay sơ đồ biến hoá để kết nối các mối quan hệ, từ đó lập phương trình hay hệ phương trình toán học, giải toán tìm nghiệm

e Giáo viên ngoài việc trang bị kiến thức cho học sinh nhưng đồng thời

cũng cần động viên khuyến kích học sinh Phối hợp chặt che với gia đình học sinh

II.3.2 Các giải pháp riêng giúp HSG TTGDTX Thạch Thành nâng cao năng lực làm các bài tập về sắt và các oxit sắt

II.3.2.1 Phương pháp làm các bài tập về sắt và các oxit sắt

Khi giải các bài tập về sắt và các oxit sắt học sinh phải nắm vững kiến thức về sắt và các oxit sắt Học sinh vận dụng linh hoạt các định luật sau: định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn e và

sử dụng thành thạo phương pháp quy đổi

Tính chất hóa học của sắt:

- Sắt là kim loại điển hình và phổ biến trong cuộc sống

- Sắt có tính khử : tác dụng với phi kim (như O2, Cl2, S), tác dụng với axit (như HCl, H2SO4 loãng, H2SO4 đặc nóng, HNO3)

- Sắt tác dụng với muối của những kim loại đứng sau Fe trong dãy hoạt động hóa học của kim loại

Tính chất hóa học của FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 :

- FeO, Fe2O3 là oxit bazơ

- FeO vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hóa

- Fe2O3 chỉ thể hiện tính oxi hóa

- Fe3O4 là hỗn hợp của FeO, Fe2O3 nên tính chất hóa học của Fe3O4 là tổ hợp tính chất hóa học của FeO và Fe2O3

Định luật bảo toàn nguyên tố: trong một phản ứng hóa học tổng số

nguyên tử của mỗi nguyên tố luôn được bảo toàn Nên số mol nguyên tử mỗi nguyên tố không thay đổi trước và sau khi phản ứng

Ví dụ: A + B → AxB theo ĐLBTNT: nA= x nA

x

B

Định luật bảo toàn khối lượng: Định luật bảo toàn khối lượng hay định

Lomonosov – Lavoisier là một định luật cơ bản của hóa học, được phát biểu như sau : Trong 1 phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành

Định luật bảo toàn e: Trong một phản ứng oxi hóa khử tổng số e mà chất

khử nhường bằng tổng số e mà chất oxi hóa nhận

Phương pháp quy đổi : Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học

nhằm đưa bài toán ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua

đó làm cho phép tính trở lên dễ dang, thuận tiện Khi áp dụng phương pháp quy

đổi giáo viên nhắc học sinh phải tuân thủ định luật bảo toàn nguyên tố

II.3.2.2 Các ví dụ minh họa

Với học sinh TTGDTX thì chất lương đầu vào thấp, khả năng của các em chưa được phát huy nên trong quá trình ôn luyện học sinh giỏi tôi thường đưa ra nhiều ví dụ và bài tập giúp các em phát triển kỹ năng và năng lực môn hóa học Nhưng trong khuôn khổ của đề tài tôi mạnh dạn đưa ra các ví dụ dưới đây

Ví dụ 1 Để m gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian biến thành

hỗn hợp A có khối lượng 104,8 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3 Cho A tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng dư thấy sinh ra 6,72 lít khí NO duy nhất ở đktc Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra và tính m

Bài làm:

Cách 1: phương pháp đại số

6, 72

0,3 ( ) 22.4

NO

Để m gam sắt ngoài không khí có các PTHH xảy ra :

2Fe + O2

o t

→

2FeO 4Fe + 3O2

o t

→

2Fe3O4

3Fe + 2O2

t

→

Fe2O3 Hỗn hợp B (gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3) tác dụng với dd HNO3:

Fe + 4HNO3→ Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) 3FeO + 10HNO3→ 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O (2)

3Fe3O4 + 28HNO3→ 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (3)

Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O Đặt: số nFe=x, nFeO=y, nFe

3

O

4

= z, nFe

2

O

3

=t Theo khối lượng hỗn hợp B: 56x + 72y + 232z + 160t = 104.8 (1’)

Theo số mol nguyên tử Fe: x + y + 3z + 2t = 56

m

(2’) (bảo toàn nguyên tố) Theo số mol nguyên tử O trong oxit: y + 4z + 3t =

104,8 16

m

−

(3’) Theo (1), (2), (3) số mol NO: (4’)

Kết hợp (1’), (2’), (3’) và (4’) ta có hệ:

56 104.8

16

3 3

m

m

x





 + + + =



−

 + + =





 + + =



- Thực hiện các phép tính trên:Tìm giá trị của phương trình (2’):

Chia (1’) cho 8 được : 7x + 9y + 29z + 20t = 13.1 (5’)

Nhân (4’) với 3 được : 3x + y + z = 0,9 (6’)

Cộng (5’) với (6’) được: 10x + 10y + 30z + 20t = 14 (7’)

Chia (7’) cho 10 được : x + y + 3z + 2t = 1.4 = nFe

Vậy: m = 56x1.4 = 78.4g

Ban đầu các em thường giải theo phương pháp đại số Cách giải theo phương pháp đại số các em khi lập được hệ phương trình thường không giải được hệ dẫn đến bế tắc Nên trong qua trình ôn luyện học sinh giỏi tôi thường hướng dẫn các em làm bài toán trên bằng những cách khác được trình bày sau đây

Cách 2: Phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố

A + HNO3

 →

Fe(NO3)3 + NO + H2O

nFe(NO

3

)

3

= nFe = 56

m

(mol); nHNO

3

tạo NO = nNO = 0,3 (mol)

nHNO

3

tạo Fe(NO

3

)

3

= 56

3m

(mol)

⇒

∑nHNO3 = 0,3 + 56

3m

(mol) ⇒

nH

2

O =

0,3 3 / 56 2

m

+

(mol)

Áp dụng ĐLBTKL: mA + m HNO

3

= m Fe(NO

3

)

3

+ mNO + mH

2

O

104.8 63(0.3 ) 242 30 0.3 18 (0.3 ) : 2

+ + = × + × + × +

⇒

m = 78.4 (g)

Cách 3: Phương pháp bảo toàn electron.

Các PTHH như ở cách 1

Trong bài toán này: Fe là chất nhường e; HNO3 và O2 là hai chất nhận e

mO

2

= 104.8 – m (g)

Fe → Fe3+ + 3e

56

m

56

3m

O2 + 4e → 2O

104.8

32

m

−

104.8 4 32

m

−

×

N+5 + 3e → N2+

0,9 0,3

Áp dụng ĐLBT electron ta có: 56

3m

=

104.8 4 32

m

−

×

+ 0,9 ⇒

m = 78.4 (g)

Cách 4: Quy đổi hỗn hợp thành 2 chất

* Vì Fe3O4⇔ FeO.Fe2O3 và 3FeO ⇔ Fe.Fe2O3 nên có thể coi hỗn hợp A chỉ chứa {Fe, Fe2O3}

Theo (1): nFe = nNO = 0,3 (mol) ⇒

nFe

2

O

3

=

104.8 0.3 56 160

− ×

= 0.55 (mol)

⇒

∑nFe = 0.3 + 2x0.55 = 1.4 (mol) ⇒

mFe = 1.4x56 = 78.4 (g)

* Vì 3FeO ⇔ Fe.Fe2O3; 3Fe3O4 ⇔ Fe.4Fe2O3; Fe3O4 ⇔ FeO.Fe2O3; 4FeO ⇔ Fe.Fe3O4 nên có thể quy đổi hỗn hợp về 2 chất: {FeO, Fe2O3}; {FeO,

Fe3O4}; {FeO, Fe}; {Fe2O3, Fe3O4}; {Fe3O4, Fe} chẳng hạn:

- Nếu hỗn hợp là: FeO, Fe2O3 thì nFeO = 3.nNO = 0,9 (mol)

⇒

nFe

2

O

3

=

104.8 72 0,9

0.25 160

− × =

(mol)

⇒

∑nFe = 0.9 + 2x0.25 = 1.4 (mol)

⇒

mFe = 1.4x56=78.4 (g)

Các hỗn hợp còn lại chỉ cần gọi x, y là số mol của mỗi chất và lập hệ phương trình: {số mol NO; khối lượng hỗn hợp} sẽ tìm được x, y từ đó tìm được số mol

Fe và khối lượng Fe

Giáo viên lưu ý học sinh: giải theo cách quy đổi thì số mol của chất có thể

là số âm nhưng không ảnh hưởng đến đáp số bài toán

Cách 5 : Quy đổi về một chất

Vì hỗn hợp chỉ chứa 2 nguyên tố là Fe và O nên có thể xem hỗn hợp chỉ chứa một chất có công thức giả định là FexOy hoặc FeOn (giả sử số mol nguyên tử O gấp n lần số mol nguyên tử Fe)

* Nếu chất giả định là FexOy : nFe

x

O

y

=

104.8

56x+ 16y

3FexOy + (12x – 2y)HNO3 → 3xFe(NO3)3 + (3x – 2y)NO + (6x – y)H2O

104.8

56x+ 16y

0.3

Theo PTHH ta có tỉ lệ:

3 :

−

= +

⇒

28 33

x

⇒

Fe28O33

nFe =

28 104.8

1.4

56 28 16 33

× + ×

(mol) ⇒

mFe = 1.4x56 = 78.4 (g)

* Nếu chất giả định là FeOn: nFeO

n

=

104.8

56 16n+

Ta có phương trình hóa học:

3FeOn + ( 12 – 2n)HNO3 → 3Fe(NO3)3 + (3 – 2n) NO + (6 – n)H2O

104.8

56 16n+

mol 0,3 mol

Theo PTHH ta có:

104.8 3 2 3:

n n

−

=

33 28

n=

⇒

FeO33/28

⇒

nFe = nFeO

3 / 2

=

104.8 33

56 16

28

+ ×

= 1.4 (mol) ⇒

mFe = 1.4x56=78.4 (g)

Ví dụ 2 Để m gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian biến thành

hỗn hợp A có khối lượng 104,8 gam gồm Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3 Cho A tác dụng