Kinh nghiệm sử dụng định luật bảo toàn khối lượng và khối lượng mol trung bình của hỗn hợp để giải bài tập hóa học cho đối tượng học sinh khá, giỏi ở trường THCS

Nhiệm vụ nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện cho học sinh luôn luôn đặt lên hàng đầu và được toàn xã hội quan tâm vì vậy mỗi thầy cô giáo phải luôn đổi mới phương pháp dạy học để tổ c

PHẦN MỤC LỤC

6 1.5Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 3

8 2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

9 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN 5

10 2.3 Các giải pháp để sử dụng để giải quyết vấn đề 6

11 2.4.Hiệu quả của SKKN đối với hoạt động giáo dục ,với bản

thân ,đồng nghiệp ,nhà trường

13

1.MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài:

Xã hội ngày một phát triển thì nhiệm vụ xã hội đặt ra cho giáo dục ngày càng cao hơn Nhiệm vụ nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện cho học sinh luôn luôn đặt lên hàng đầu và được toàn xã hội quan tâm vì vậy mỗi thầy cô giáo phải luôn đổi mới phương pháp dạy học để tổ chức tốt các hoạt động học cho học sinh nhằm phát huy được tính tích cực ,chủ động ,sáng tạo, năng lực của học sinh, tạo ra khí thế hăng say vươn lên học tập giành được những đỉnh cao trong các kỳ thi và đây cũng là điều kiện để nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ của đội ngũ các thầy cô giáo

Đối với nhà trường tỉ lệ học sinh khá ,giỏi cao khẳng định xu thế phát triển của nhà trường và khẳng định được chất lượng dạy của Thầy và chất lượng học của Trò Bên cạnh đó chất lượng học sinh tốt còn khẳng định thương hiệu của nhà trường và uy tín của ban giám hiệu, đội ngũ giáo viên trước phụ huynh , nhân dân địa phương và các cấp quản lý cũng như toàn xã hội Đây là một nhiệm vụ không phải trường nào cũng có thể làm tốt vì nhiều lý do Trong điều kiện trường THCS Lưu Vệ là một trong những trường trung tâm của huyện Quảng Xương nhưng lại ở vị trí gần trường THCS Nguyễn Du (Trường chất lượng cao của huyện) nên chất lượng học sinh khá, giỏi từ tiểu học tuyển sinh vào lớp 6 là rất ít chính vì vậy công tác bồi dưỡng học sinh khá , giỏi gặp rất nhiều khó khăn ở tất cả các bộ môn đặc biệt là các môn cần phải có học sinh có

tố chất có khả năng tư duy cao nói chung và môn Hóa học nói riêng Mặt khác trong những năm gần đây việc tuyển chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hoá học thường gặp phải những khó khăn nhất định Bởi vì môn Hoá học không được xã hội, phụ huynh và học sinh quan tâm như trước nữa Là do môn Hoá không được chọn trong các môn thi vào các trường THPT, ở cấp cao hơn các môn thi đại học cũng có nhiều sự lựa chọn mới Chính vì vậy làm thế nào để tạo cho học sinh hứng thú say mê bộ môn Hoá học và từ đó sớm khai thác nguồn “ tiềm năng” quý giá này và tạo ra được những “sản phẩm” học sinh khá ,giỏi luôn là vấn đề mà mỗi giáo viên dạy môn hóa học cấp THCS luôn trăn trở… Nhận thức được vai trò hết sức quan trọng như vậy mỗi giáo viên luôn phải tìm tòi, nghiên cứu để có phương pháp giảng dạy phù hợp với từng đối tượng học sinh, tạo niềm tin trong học sinh, gây hứng thú cho các em học môn Hoá học nhằm nâng cao chất lượng đối với bộ môn hóa học trong nhà trường Vì vậy trong quá trình quản lý và giảng dạy tôi đã đúc ra ra một số kinh nghiệm và xin được đưa ra trao đổi cùng các đồng nghiệp đề tài:

“ Kinh nghiệm sử dụng định luật bảo toàn khối lượng và khối lượng mol trung bình của hỗn hợp để giải bài tập hoá học cho đối tượng học sinh khá, giỏi ở trường THCS ”

1.2 Mục đích nghiên cứu:

- Phân tích cơ sở khoa học của ĐLBTKL và Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp

- Áp dụng ĐLBTKL và Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp để giải các bài toán trong hoá học

- Tổng hợp và đưa ra phương pháp nhận dạng bài tập, từ đó giải quyết các dạng bài tập tiêu biểu

- Hình thành kĩ năng tư duy cho học sinh, giúp học sinh tự nghiên cứu, tìm tòi và đưa ra cách giải các bài toán tương tự

1.3 Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu việc sử dụng Định luật bảo toàn khối lượng và Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp để giải bài tập hoá học lớp 8,9 cho đối tượng học sinh khá ,giỏi

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu xây dựng trên cơ sở những tài liệu, công trình

khoa học có liên quan, phương pháp dạy học, lí luận dạy học, sách giáo khoa, sách giáo viên Hoá học 8 – 9, tài liệu bồi dưỡng thường xuyên và một số sách báo,tạp chí…

- Đúc rút kinh nghiệm của bản thân trong quá trình giảng dạy

- Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lí kết quả thực nghiệm

1.5 Những điểm mới của SKKN:

Đề tài này không phải mới hoàn toàn,thực sự là có rất nhiều sách viết và

nhiều giáo viên đã viết SKKN về đề tài này Tuy nhiên tôi muốn chỉ ra sự thiết thực của việc giúp học sinh áp dụng được nội dung này trong chương trình hoá học THCS, phù hợp với đối tượng học sinh khá giỏi góp phần nâng cao chất lượng học sinh trong các nhà trường

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1.Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm:

2.1.1 Khối lượng Mol trung bìnhcủa hỗn hợp:

+ Mol trung bình là lượng hốn hợp có chứa 6.1023 hạt vi mô khác nhau

VD: 6.1023 nguyên tử Ca, K tạo ra 1 mol hỗn hợp nguyên tử

6.1023 phân tử H2, O2 tạo nên 1 mol hỗn hợp các phân tử

+ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp luôn lớn hơn khối lượng mol của chất nhỏ nhất và nhỏ hơn khối lượng mol của chất lớn nhất trong hỗn hợp

Ví dụ: Hỗn hợp gồm N2 và H2 : M H2 M TB M N2

Tức là 2 < M TB < 28

Ví dụ cụ thể: Một hỗn hợp có 0,4 mol N2 và 0.6 H2 mol, khối lượng mol trung bình của hỗn hợp này là : 0,4 28 + 0,6 2 = 12,4

Rõ ràng : 2 < 12,4 < 28

+ Trong hỗn hợp nhiều chất, chất nào có số mol lớn hơn thì số trị mol trung bình gần với số trị mol chất đó hơn

+ Nếu trong hỗn hợp hai chất có số mol bằng nhau thì số trị mol trung bình bằng trung bình cộng số trị mol của từng chất

+ Hỗn hợp gồm các chất có khối lượng phân tử bằng nhau thì số trị mol trung bình bằng số trị mol của chất thành phần

+ Để tìm số trị mol trung bình nên áp dụng công thức sau:

 Đối với hỗn hợp nhiều chất:

M  

2 2

h

h

n

m















n

n n

n n

n

M n M

n M n

21 1

2 2 1 1





n

n n

n

M n

(1) Trong đó: Mhh là khối lượng mol của các chất trong hỗn hợp

n1, n2 , là số mol các chất

 Đối với chất khí vì thể tích tỉ lệ với số mol nên có thể sử dụng công thức:













n

n n

V V

V

M V M

V M V

21 1

2 2 1 1





n

n n

V

M V

(2)

 Ngoài ra các công thức (1) và (2) còn có thể ở dạng:

M  x1M1 x2M2  x n M n

Trong đó x1 , x2 là % số mol hoặc thể tích của chất

 Nếu hỗn hợp chỉ có hai chất thì công thức (1) trở thành:

M 

n

M n n M

n1 1 (  1) 2

(1’) Trong đó: n1 là số mol chất thứ nhất, n là tổng số mol hỗn hợp

Hoặc:

M 

V

M V V M

V1 1 (  1) 2

(2’) Trong đó: v1 là thể tích chất thứ nhất

v là tổng thể tích các khí

Và:

M  x1M1  ( 100 %  x1 )M2 (3’)

Trong đó: x1 là phần trăm số mol hoặc thể tích chất thứ nhất

 Tỷ khối của một chất X so với chất A



A X

d

A

X

M

M

 M X 

A X

d

A

M

2.1.2.Định luật bảo toàn khối lượng hay định luật Lomonosov- Lavoisier

Là một định luật cơ bản trong lĩnh vực hoá học Đây cũng là định luật thường xuyên được sử dụng trong việc giải các bài tập hóa học Định luật bảo toàn khối lượng được hai nhà khoa học Mikhail Vasilyevich Lomonosov và Antoine Lavoisier khám phá độc lập với nhau qua những thí nghiệm được cân

đo chính xác

Nhà hóa học người Nga Mikhail Vasilyevich Lomonosov được coi là người phát hiện ra định luật (năm 1748) Ông đã tiến hành thí nghiệm nung kim loại trong bình kín, sau nhiều lần cân đo cẩn thận, ông xác định được phần khối lượng của kim loại tăng lên do tạo vẩy, bằng phần khối lượng giảm đi của không khí Ông cho rằng kim loại đã kết hợp với một chất gì đó trong không khí Sau này ta biết “vẩy” là oxit kim loại, “chất gì đó” trong không khí chính là khí oxi (Đến năm 1774 mới phát hiện ra khí oxi)

Từ kết quả thực nghiệm của mình, năm 1785 nhà hóa học Antoine Lavoisier (Pháp) đã phát biểu Định luật bảo toàn khối lượng

Hai ông đã tiến hành độc lập với nhau những thí nghiệm được cân đo chính xác, từ đó phát hiện ra Định luật bảo toàn khối lượng.Hai ông được coi là những người đầu tiên đã đưa phép cân đo định lượng vào nghiên cứu hóa học

Nội dung định luật: “Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng”

Hầu hết các bài toán hoá học đều liên quan đên khối lượng Do đó việc ta áp dụng Định luật bào toàn khối lượng(ĐLBTKL) trong hoá học là rất phổ biến Đặc biệt nó giúp chúng ta giải nhanh một số bài toán liên quan đến khối lượng như: Bảo toàn khối lượng cho một chất, bảo toàn khối lượng hỗn hợp muối, bảo toàn khối lượng cho nhiều chất phản ứng…

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Bài tập hóa học rất phong phú và đa dạng Mỗi dạng bài tập hóa học đều có nguyên tắc riêng và có phương pháp giải đặc trưng riêng Tuy nhiên do việc phân loại các bài tập hóa học chỉ mang tính tương đối, vì vậy trong mỗi loại bài tập này thường chứa đựng vài yếu tố của loại bài tập kia Điều đó giải thích tại sao có nhiều bài toán hóa học được giải bằng nhiều cách khác nhau Để giải được một bài toán không phải chỉ đơn thuần là giải ra đáp số mà việc biết giải khéo léo, tiết kiệm được thời gian mà vẫn cho kết quả chính xác mới là điều quan trọng Về nguyên tắc, muốn giải nhanh và chính xác một bài toán hóa học thì nhất thiết học sinh phải hiểu sâu sắc nội dung và đặc điểm của bài toán đó,

nắm vững các mối quan hệ giữa các lượng chất cũng như tính chất của các chất, viết đúng các phương trình phản ứng xảy ra Thực tế, có rất nhiều bài toán rất phức tạp, các dữ kiện đề bài cho ở dạng tổng quát hoặc không rõ, hoặc thiếu dữ kiện tưởng chừng như không bao giờ giải được Muốn giải chính xác và nhanh chóng các bài toán loại này thì phải chọn một phương pháp phù hợp nhất

Nếu không dùng phương pháp này tôi nhận thấy học sinh rất ngại giải toán về hỗn hợp, nếu có học sinh đam mê tìm ra cách giải bằng phương pháp đặt ẩn thì cũng rất dài dòng, khó hiểu Làm cho hứng thú học tập giảm đi đáng kể.Vì vậy giáo viên giảng dạy bộ môn hóa học đặc biệt là giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi sẽ không đạt được mục đích nếu không biết chọn lọc những phương pháp giải toán thông minh, nêu ra đặc điểm của phương pháp và nguyên tắc áp dụng Các phương pháp này là cẩm nang giúp học sinh biết tìm hướng giải dễ dàng, hạn chế tối đa những sai lầm trong quá trình giải bài tập, đồng thời phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề:

Giải pháp 1: Xây dựng, phân loại, định hướng phương pháp giải các dạng

bài tập cần sử dụng ĐLBTKL hoặc Khối lượmg mol trung bình của hỗn hợp

Giải pháp 2: Bồi dưỡng kĩ năng giải các dạng bài tập có sử dụng ĐLBTKL

hoặc khối lượmg mol trung bình của hỗn hợp

Giải pháp 2: Kiểm tra, đánh giá, sửa chữa và rút kinh nghiệm.

Trong quá trình giảng dạy bài tập hóa học cho học sinh, giáo viên luôn luôn tập hợp các dạng bài tập từ dễ đến khó, từ vận dụng đơn giản đến vận dụng kiến thức tổng hợp và có sáng tạo Đối với dạng bài tập này cũng vậy, học sinh phải được giải từ bài dễ đến khó, đơn giản đến phức tạp

2.3.1 Một số bài tập sử dụng khối lượng mol trung bình của hỗn hợp:

Ví dụ 1:

Hỗn hợp khí H2 và CO có tỷ khối đối với H2 bằng 7,5 Cần thêm bao nhiêu lít

H2 hỗn hợp đó để cho tỷ khối giảm đi 2 lần

Giải:

Gọi x là thành phần % về thể tích của CO trong hỗn hợp

Ta có: M  15  28x 2 ( 100  x)  x 50 %

Vậy % % 50 %

2 

 H

V

hay trong 20 lít hỗn hợp có 10 lít H2 cần thêm vào

Thì V H2 (mới) = v + 10 (l) Tổng v mới = 20 + v (l)

20

10 2 20

10 28 5

.

v

v v













Vậy thể tích H2 cần thêm vào là 27,2 l

Ví dụ 2:

Hỗn hợp A gồm SO2 và không khí có tỉ lệ số mol là 1:5 Nung nóng hỗn hợp A với xúc tác V2O5 thì thu được hỗn hợp B Tỉ khối của A so với B là 0,93.Tính hiệu suất phản ứng trên Cho biết không khí có 20% oxi và 80% nitơ về thể tích

Giải:

Gọi x là số mol SO2 trong hỗn hợp A

Theo đề nSO2 : nkhông khí = 1 : 5 nên số mol không khí là 5x

Tỉ lệ thể tích tương ứng với tỉ lệ số mol nên nO2 = x ; nN2= 4x ; nA = 6x PTHH: 2SO2 + O2   t ,0xt 2SO3

Theo bài ra: nA/B = 0 , 93

.

.







A B

B A

B B A A

B

A

n m

n m n m n m M

M

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : mA = mB

  0 , 93

A

B

n

n

hay nB = 0,93nA = 0,93.6x

Theo PTHH: nSO2 = nSO3  nO2pứ bằng số mol hỗn hợp A giảm đi sau phản ứng và bằng nA – nB = 6x – 0,93.6x =0,42x

Theo PTHH: nSO2 p/ư = 2nO2 = 2 0,42x = 0,84x Hiệu suất phản ứng H = 0,84  100 %  84 %

x

x

Ví dụ 3:

Một hỗn hợp X gồm 2 hidrocacbon mạch hở CaH2a và CbH2b 18,2 gam X làm mất màu vừa hết 80 gam brom trong dung dịch Xác định công thức phân tử của

2 hidrocacbon đó Biết trong X thành phần thể tích của chất có phân tử khối nhỏ hơn nằm trong khoảng từ 65% đến 75%

Giải:

Đặt công thức chung của 2 hidrocacbon là CnH2n

Ta có PTHH: CnH2n + Br2  CnH2nBr2 (1)

Theo (1) nCnH2n = nBr2 = 16080 = 0,5 (mol)

Ta có Mhh 18, 2 / 0,5 36, 4

 14n = 36,4  n = 2,6

 Trong X có một chất là C2H4 Vậy C2H4 chiếm 65% đến 75%

 Chất còn lại CbH2b có b> 2,6 chiếm từ 25% đến 35%

Đặt x là %V của CbH2b , 1 – x là %V của C2H4

Ta có : 14bx + 28(1- x ) = 36,4  x = 0,6

b 2 

Lại có : 0,25  x  0,35  0,25  0,6

b 2   0,35  3,7  b  4,4  b = 4 Vậy CbH2b là C4H8

* Tôi xin đưa ra một số bài tập làm theo phương pháp sử dụng KLMTB và theo phương pháp khác để khẳng định tính thuyết phục của phương pháp này là nhanh, đôi khi ra kết quả một cách bất ngờ, thú vị.

Ví dụ 4:

Hỗn hợp gồm Na và kim loại A hoá trị I ( A Chỉ là thể là Li (7), K(39) Lấy 3,7g hỗn hợp trên tác dụng với lượng nước có dư làm thoát ra 0,15 mol khí H2 Hãy Xác định tên kim loại A

Giải

Phương pháp sử dụng M trung bình

Các phương trình phản ứng

2Na 2H2O 2NaOHH2 (1)

2A 2H2O 2AOHH2 (2)

Theo PTHH (1) và (2) ta có: n2KL  2n H2  2 0 , 15  3 (mol)

 12 33

3 0

7 3





M

Mà MNa = 23  MA < 12,33 Kết hợp với đề bài ta suy ra : A là Li

Phương pháp khác

2Na 2H2O 2NaOH H2 (1)

2A 2H2O 2AOHH2 (2)

Gọi nNa = x mol  mNa = 23x (g)

nA = y ( mol)  mA = Ay (g)

Ta có: 23x +ay = 3,7 (*)

Mặt khác theo PT (1) n H n Na 0 5x

2

1

2   ; Theo PT(2) n H n A 0 5y

2

1

 0,5x + 0,5y = 0.15 (**)

Kết hợp (*) và (**) ta có hệ: 











0,15 0,5y

0,5x

3,7 Ay 23x

A y

A y













23

2 3 2

3 ) 23 (

23

2 3





A

Kết hợp với đầu bài rút ra A = 7 Vậy A là Li

2.3.2 Một số bài tập sử dụng định luật bảo toàn khối lượng :

Khi áp dụng ĐLBTKL phải cần chú ý xác định đúng lượng chất tham gia phản ứng và tạo thành (có chú ý đến các chất kết tủa hoặc bay hơi), đặc biệt là khối lượng dung dịch

Các bước giải:

- Lập sơ đồ biến đổi các chất trước và sau phản ứng

- Từ giả thiết của bài toán lập phương trình:

Tổng m các chất trước phản ứng = Tổng m các chất sau phản ứng ( Không cần biết phản ứng có xảy ra hoàn toàn không)

- Sử dụng các điều kiện bài cho để lập các phương trình khác(nếu có)

- Giải phương trình và tính toán

Ví dụ 1 :

Nung 500gam đá vôi chứa 90 % CaCO3 phần còn lại là tạp chất không bị phân huỷ Sau một thời gian người ta thu được chất rắn A và khí B

a/ Viết PTHH và tính khối lượng chất rắn A thu được Biết hiệu suất phân huỷ CaCO3 là 80 %

b/Tính % khối lượng CaO có trong chất rắn A và thể tích khí B thu được (ở ĐKTC)

Giải:

Khối lượng CaCO3 có trong 500g đá vôi là :

500.90. 450( )

100 g  nCaCO3 = 450. 4,5( )

100  mol PTHH: CaCO3  0t CaO + CO2

Theo PTHH nCaO = nCO2 = nCaCO3 = 4,5 mol

Vì hiệu suất phản ứng là 80% nên :

mCaO = 4,5.56 80%= 201,6 gam

mCO2= 4,5.44.80% = 158,4 gam

a/ Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mđá vôi = mA + mB

mà mB =mCO2 = 158,4 g

 mA = 500- 158,4= 341,6 g

b/Chất rắn X gồm : CaO, CaCO3, tạp chất

=> %mCaO= 201,6.100% 59%

341,6 

* nCO2 = 158, 444 3,6mol

=> VCO2 = 3,6 22,4= 80,64 lit

Ví dụ 2:

Cho khí CO qua ống sứ chứa 15,2 gam hỗn hợp A gồm bột CuO và FeO nung nóng Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí B và 13,6 gam chất

rắn C Cho hỗn hợp khí B hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)2 dư thấy có kết tủa Sau khi kết thúc phản ứng, lọc lấy kết tủa và sấy khô cân được m gam Tính m

Giải: PTHH: CuO + CO t0

  Cu + CO2 (1) FeO + CO t0

  Fe + CO2 (2) Theo (1) và (2) nCO2 = nCO pứ = x mol

Áp dụng ĐLBTKL cho PT (1), (2) ta có

mA + mCO = mB + mCO2

 15,2 + 28x = 13,6 + 44x  x = 0,1 mol

CO2 vào dd Ca(OH)2 dư:

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (3)

Theo (3): nCaCO3 = nCO2 = 0,1 (mol)

m = 100.0,1 = 10 (g)

Ví dụ 3:

Đốt cháy hoàn toàn x gam hh 3 kim loại Mg, Al, Fe bằng 0,8 mol O2, thu được 37,4 gam hh rắn B và còn lại 0,2 mol O2 Hoà tan 37,4 gam hh B bằng y lít dd

H2SO4 2 M (vừa đủ ), thu được z gam hh muối khan Tính x, y,z

Giải:

Đặt R là CT chung cho các kim loại trong hh X: Mg, Al, Fe có hoá trị là b

Ta có các PTHH sau:

4R + bO2 t o

  2R2Ob (1)

R2Ob + b H2SO4 → R2(SO4)b + bH2O (2)

Lượng oxi cần dùng để đốt cháy hh X là nO2 = 0,8 – 0,2 = 0,6 mol

Áp dụng ĐLBTKL cho PTHH(1)

mR + mO2 = mR2Ob  x + 0,6 32 = 37,4  x = 18,2(g)

Theo PTHH(1)(2) nH2SO4 = 2nO2 = 2 0,6 = 1,2 mol

Mà CM của dd H2SO4 = 2M  Vdd H2SO4 = 1.2/2 = 0,6 lit

 y = 0,6 lit

Theo PTHH (2) nH2 O = nH2SO4 = 1,2mol

Áp dụng ĐLBTKL cho PTHH (2) ta có:

mR2Ob + mH2SO4 = mR2(SO4)b + mH2O

 37,4 + 1,2.98 = z + 1,2.18