Áp dụng phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài toán hóa học

Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tư liệu để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài nghiên cứu - Khảo sát thực tiễn qua thông tin trên mạng và qua thực trạng học môn Hóa học của trường THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 1

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI:

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI ĐỂ GIẢI NHANH

CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC

Người thực hiện: Nguyễn Thị Hương Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị: Trường THPT Triệu Sơn 1 SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học

THANH HÓA NĂM 2019

MỤC LỤC

Trang

1 .Mở đầu……… 1

1.1 Lí do chọn đề tài……… 1

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 1

1.3 Đối tượng nghiện cứu……… 1

1.4.Phương pháp nghiên cứu……… 1

2 ……… Nội dung……….… ……… 2

2.1 Cơ sở lí luận……… 2

2.2 Thực trạng vấn đề ……… ………… 2

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề……… 2

2.3.1 Các định luật vận dụng……….3

a Định luật bảo toàn khối lượng …….3

b Định luật bảo toàn nguyên tố ……… 3

c Định luật bảo toàn electron 3

d Định luật bảo toàn điện tích 3

2.3.2 Các hướng quy đổi chính khi giải bài toán hóa học ……… ….3

a Quy đổi 1: Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng………3

b Quy đổi 2: Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc mộtchất……….4

c Quy đổi 3: Quy đổi tác nhân oxi hóa- khử…….……… ……….4

2.3.3.Bài tập áp dụng 4

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường………16

3 Kết luận và kiến nghị 17

3.1 Kết luận 17

3.2 Kiến nghị 17

Tài liệu tham khảo

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Nâng cao chất lượng dạy học nói chung và chất lượng dạy học Hóa học nóiriêng là nhiệm vụ quan trọng nhất hiện nay của giáo viên Hóa học ở các trườngphổ thông Làm thế nào để các em học sinh không còn “sợ hãi” trước một bàitoán trắc nghiệm với quá nhiều chất tác dụng với nhau, quá nhiều các phươngtrình phản ứng phức tạp trong khi thời gian dành cho một câu trắc nghiệm trungbình chỉ khoảng 1,5 phút? Câu hỏi đó luôn hiện hữu trong đầu tôi

Với vốn kiến thức hiện có của một học sinh THPT, các em không thể đọc sáchrồi tự mình rút ra phương pháp để giải quyết khó khăn trên Thêm vào đó trongsách giáo khoa cũng như các sách tham khảo rất ít những ví dụ minh họa mộtcách chi tiết, rõ ràng để giúp học sinh làm những bài toán như vậy Chính vì thế,trong quá trình giảng dạy, tìm tòi, nghiên cứu tôi mạnh dạn viết sáng kiến kinh

nghiệm: ‘‘Áp dụng phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài toán hóa học’’.

Sáng kiến này sẽ là tài liệu tham khảo dễ hiểu, giúp các em có cái nhìn đơn giảnhơn đối với những bài toán dạng trên đồng thời giải quyết chúng một cáchnhanh hơn và hiệu quả hơn

Với tài liệu này, các em hoàn toàn có thể bình tĩnh “đối diện” với dạng toántrên trong các đề thi đại học, cao đẳng môn Hóa mà không còn bị yếu tố tâm lí

về thời gian và không còn lúng túng, bối rối vì mất phương hướng làm bài Nhưvậy, việc trở thành bác sĩ, dược sĩ, kĩ sư,…trong tương lai là điều mà các em cóthể tự tin hướng tới

1.2 Mục đích nghiên cứu

Qua nghiên cứu đề tài sáng kiến kinh nghiệm này và vận dụng vào ôn tập cho học sinh lớp 12, giúp các em áp dụng thành thạo phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài tập mà phương pháp truyền thống giải rất lâu và ít hiệu quả Việc làm này có tác dụng nâng cao hiệu quả dạy của thầy và học của trò giúp các em đạt kết quả cao trong kì thi THPT Quốc gia

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Với đề tài sáng kiến kinh nghiệm này tôi vận dụng trong quá trình giảng dạy môn Hóa học lớp 12 của trường THPT Triệu Sơn 1

- Vận dụng vào nội dung cụ thể là giải các bài toán có nhiều sự thay đổi số oxi hóa

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tư liệu để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài nghiên cứu

- Khảo sát thực tiễn qua thông tin trên mạng và qua thực trạng học môn Hóa học của trường THPT mà tôi đang dạy để có cái nhìn khái quát về thực trạng dạyhọc môn Hóa học phần giải bài tập về hỗn hợp nhiều chất

2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận.

Trong hóa học, dạng bài tập về phản ứng oxi hóa khử rất phổ biến và đa dạng,

có rất nhiều bài được ra trong các đề thi tuyển sinh đại học các năm trước, đề thiTHPT quốc gia các năm gần đây Với các phương pháp thông thường nhưphương pháp đại số, đặt ẩn, lập hệ gồm nhiều phương trình, sẽ rất mất thời gian

và khó khăn để học sinh tìm ra kết quả cho dạng bài tập trên Các em thườngnghĩ đến dùng phương pháp bảo toàn electron để làm Tuy nhiên, không phải bất

cứ phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa nào cũng giải được theo phương pháp bảotoàn electron Với những bài tập có nhiều chất tham gia phản ứng và sự thay đổi

số oxi hóa quá nhiều thì học sinh cần biết cách đưa bài tập phức tạp về dạng đơngiản Như vậy, không những các em sẽ giải được mà còn làm rất nhanh Để giúpcho giáo viên và học sinh giải quyết khó khăn trên, tôi xin trình bày trong sángkiến này một phương pháp giải toán Hóa có thể rút ngắn được thời gian, nângcao được tư duy và có đáp án bài toán nhanh nhất, chính xác cao Đây là một

trong những phương pháp mới và nguyên tắc của phương pháp này là: biến đổi toán học trong một bài tập Hóa nhằm đưa hỗn hợp phức tạp ban đầu về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện.

Phương pháp này giúp học sinh thiết lập được mối liên hệ trong bài dễ dàng, giảiquyết các dạng bài tập gồm nhiều chất phản ứng của cùng kim loại như hỗn hợpoxit sắt, đồng và muối đồng, một số bài tập về hữu cơ nhanh nhất

2.2 Thực trạng vấn đề.

Qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh đã làm được những bài tập chỉ

có một hoặc hai chất phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa Các em thường bế tắckhi giải bài toán hóa học mà có nhiều chất thay đổi số oxi hóa Đa phần học sinhchưa xác định được sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố trong hợp chấtchứa nhiều nguyên tố, các em thường sợ khi giải bài toán hóa học thuộc loại này

vì các em không biết xác định như thế nào Có một số phương pháp được sửdụng như phương pháp trung bình hay bảo toàn electron cho các bài nàynhưng khi làm học sinh rất hay bị nhầm lẫn về cách xác định số oxi hóa Còntrong phương pháp quy đổi nếu đưa hỗn hợp nhiều chất về số lượng ít chất phảnứng hơn thì học sinh dễ dàng xác định số oxi hóa và thiết lập được hệ phươngtrình đơn giản để giải

Trong phạm vi của đề tài này tôi xin trình bày:‘‘Áp dụng phương pháp quy đổi để giải nhanh các bài toán hóa học’’.

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

Trên cơ sở lí luận và thực trạng vấn đề đã phân tích ở trên, tôi thấy để giảiquyết vấn đề cần phải rèn luyện cho học sinh phương pháp giải toán hóa họcmột cách đơn giản nhưng tư duy hơn Vì thế tôi cần nghiên cứu về các mặt ưu,nhược của phương pháp thật kĩ lưỡng, các định luật bắt buộc học sinh phải nắmvững trong phương pháp quy đổi, cũng như cần soạn giải các bài toán Hóa theo

phương pháp này nhưng theo nhiều hướng quy đổi khác nhau để giáo viên vàhọc sinh có thể áp dụng hiệu quả.

Cần chú ý tới năng lực của từng học sinh khi tiếp thu phương pháp mới này,tiến hành thực nghiệm và đánh giá kết quả của học sinh khi sử dụng phươngpháp quy đổi để giải các bài toán hóa gồm nhiều chất phản ứng phức tạp

2.3.1 Các định luật vận dụng.

a 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

Trong đó chúng ta cần vận dụng các hệ quả:

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 lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấutạo thành

b Định luật bảo toàn nguyên tố:

Nội dung định luật: Tổng khối lượng một nguyên tố trước phản ứng bằngtổng khối lượng của nguyên tố đó sau phản ứng Nội dung định luật có thể hiểu

là tổng số mol của một nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng

c Định luật bảo toàn electron:

Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng sốmol electron 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 tháiđầu và trạng 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

số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron

d Định luật bảo toàn điện tích:

Dung dịch luôn trung hòa về điện nên:

Hay:

2.3.2 Các hướng quy đổi chính khi giải bài toán hóa học

a Quy đổi 1: Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng

Khi gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng về bản chất chỉ gồm 2 (hoặc3) nguyên tố ta quy đổi thẳng hỗn hợp về 2 (hoặc 3) nguyên tử tương ứng

Ví dụ 1: Hỗn hợp đầu gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 quy đổi về 2 nguyên tử Fe và

b Quy đổi 2: Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc một chất.

Ví dụ 1: Hỗn hợp đầu gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 quy đổi về hai chất bất kỳtrong hỗn hợp đầu: (Fe, FeO), (Fe, Fe3O4), (Fe, Fe2O3), (FeO, Fe3O4), (FeO,

Fe2O3), (Fe3O4, Fe2O3) hoặc FexOy

Kinh nghiệm: - Nếu hỗn hợp X dư kim loại quy X về: Fe, Fe2O3 (Fe3+

(trong Fe2O3) không bị khử - giảm phương trình)

- Nếu hỗn hợp X dư axit quy X về Fe, FeO (Fe3+(trong FeO)không bị oxi hóa - giảm phương trình)

Ví dụ 2: Hỗn hợp Y ban đầu gồm Cu, CuS, Cu2S, S quy đổi về: (Cu,CuS), (Cu,

Cu2S),

c Quy đổi 3: Quy đổi tác nhân oxi hóa- khử.

Bài toán xảy ra nhiều giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi những chất oxi hóakhác nhau, quy đổi vai trò chất oxi hóa này cho chất oxi hóa kia, nhưng phảiđảm bảo :

- Số electron nhường nhận là không đổi

- Do sự thay đổi tác nhân oxi hóa nên cần thay đổi sản phẩm cho phù hợp

* Các bước giải:

- Sơ đồ hóa bài toán

- Quyết định hướng quy đổi

- Lập phương trình (hệ phương trình) dựa vào dữ kiện bài toán→

tìm đápsố

* Lưu ý:

- Phương pháp đặc biệt phát huy tác dụng trong bài toán hỗn hợp sắt vàcác oxit, hỗn hợp các hợp chất của sắt, đồng,

- Hướng quy đổi 1 cho lời giải nhanh và hay được áp dụng nhất

- Hướng quy đổi 2 tính chính xác cao và ít gặp sai lầm

- Hướng quy đổi 3 khó hơn và ít được sử dụng

- Trong quá trình làm bài thường kết hợp với các phương pháp khác: Bảotoàn khối lượng, bảo toàn electron,

- Các giá trị giả định sau quy đổi, khi giải có thể nhận giá trị âm (bài tập2)

Nhận xét: Bài toán trên có thể giải theo nhiều phương pháp khác nhau Trong

đề tài này tôi xin trình bày bài giải theo phương pháp quy đổi theo 3 hướng

chính Bài toán sẽ được đơn giản hóa và giải nhanh hơn.

Sơ đồ hóa bài toán:

Nhận xét: Nhìn vào sơ đồ bài toán ta thấy hỗn hợp X gồm 4 chất rắn nhưng về

bản chất hỗn hợp X chỉ gồm 2 nguyên tố là Fe và O cấu tạo thành 4 chất trên

nên ta quy đổi hỗn hợp X về thẳng hai nguyên tố là Fe và O.

Quy đổi hỗn hợp X thành

2 : 0,025

Fe O

Fe 2 O 3

Fe 3 O 4

Dung dịch Fe 3+

Fe: x molO: y mol

Fe: 0,045 molO: 0,03 mol

x = 0,045 mol

y =0,03 mol

m Fe =56 x 0,045 = 2,52 gam.

⇒

A đúng

Phân tích: Khi quy đổi về các nguyên tử tương ứng thì học sinh dễ nhận thấy

số oxi hóa thay đổi của hai nguyên tố Fe và O hơn Học sinh sẽ đưa ra được ngay phương trình bảo toàn electron Đa số các bài có các quá trình oxi hóa khử nếu áp dụng bảo toàn electron thì sẽ làm rất nhanh Tuy nhiên, nhiều học sinh không xác định được số oxi hóa của các chất vì là một loạt các chất phản ứng với nhau Tốt nhất học sinh nên quy đổi về số chất ít hơn thì các em có thể nhận ra sự thay đổi số oxi hóa một cách rõ ràng, giúp việc thiết lập hệ phương trình nhanh nhất và tìm kết quả chính xác

Cách 2: Quy đổi 2.

Nhận xét: Trong cách quy đổi này, thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như

ban đầu ta chuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn cũng của các nguyên tố đó, thường là hỗn hợp hai chất.

Nhận xét: Trong trường hợp này ta cũng có thể quy đổi hỗn hợp X ban đầu về

các hỗn hợp đơn giản sau (FeO và Fe 2 O 3 ; Fe 3 O 4 và Fe 2 O 3 ; Fe và Fe 3 O 4 ; FeO và

Fe 3 O 4 ) hoặc thậm chí chỉ là một chất Fe x O y Tuy nhiên, học sinh nên quy đổi về hai chất mà có số oxi hóa trước và sau phản ứng là số nguyên để thấy được số electron nhường và nhận từ đó đưa ra phương trình bảo toàn electron nhanh nhất như hai cách trình bày ở trên.

Cách 3: Quy đổi 3

Nhận xét: Bài toán này trải qua hai giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi hai chất

oxi hóa khác nhau, ta có thể quy đổi vai trò oxi hóa của chất này cho chất kia

để bài toán trở nên đơn giản hơn

Sơ đồ hóa bài toán:

x = 0,015 mol

y =0,03 mol

Dd HNO 3

Fe FeO

Fe 2 O 3

Fe 3 O 4

[ ]O

Fe FeO

Nhận xét: Đối với bài này nếu giữ nguyên hỗn hợp X thì học sinh sẽ khó viết

được phương trình bảo toàn electron Vì vây, học sinh nên sử dụng phương pháp quy đổi để giải thì bài toán sẽ đơn giản hơn

Bài 2: Hòa tan hoàn toàn 30,4 gam chất rắn X gồm Cu, CuS, Cu2S và S bằng HNO3

dư, thoát ra 20,16 lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y Thêm Ba(OH)2 dư vào

Y thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:

Cu: x molS: y mol

5 3

Theo bảo toàn nguyên tố đối với Cu và S:

Cu OH

Ba S O

+ +

Cu: - 0,05molCuS: 0,35 mol

x = - 0,05 mol

y =0,35 mol

Theo bảo toàn nguyên tố đối với Cu và S:

Nhận xét: Chúng ta có thể quy đổi hỗn hợp X thành (Cu và CuS) hoặc (CuS và

Cu 2 S) cũng thu được kết quả như trên Sử dụng phương pháp này giúp học sinh rèn luyện được tư duy và giải quyết bài toán nhanh, chính xác khoa học.

C3H8: x mol

C3H4: y mol

S O

+ (0,2 mol)

Theo bảo toàn electron: x - y = 0,2 (2)

Bài 4: Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X

gồm Cu, CuO và Cu2O Hòa tan hoàn toàn X trong H2SO4 đặc nóng thoát ra4,48 lít khí SO2 duy nhất (đktc) Giá trị của m là:

Cu: x molO: y mol

{ 0,35

0,15

x y

S O

+ (0,2 mol)

[ ]O

X Dung dịch Cu2+

{ }0

Cu CuO

Cu: 0,2 molCuO: 0,15 mol

x =0,2

y = 0,15

Cu CuO

Cu 2 O

Dd H 2 SO 4 đặc

Theo nguyên tắc quy đổi: nO(**)= 0,2 mol

Theo bảo toàn khối lượng: mCuO = mX + mO(**) = 24,8 + 16 x 0,2 = 28 gam

Nhận xét chung về phương pháp quy đổi: Một bài toán Hóa có thể quy đổi

theo nhiều cách khác nhau Nhưng dù quy đổi theo cách nào thì cũng cần bảo toàn số oxi hóa và bảo toàn nguyên tố Để lập được phương trình bảo toàn lectron chính xác thì số chất phản ứng phải ít và dễ xác định Tóm lại, khi giải bài toán theo phương pháp quy đổi ta thấy bài toán trở nên thuận tiện, dễ giải nên nhiều học sinh có thể làm được Tuy nhiên, phương án quy đổi tốt nhất, có tính khái quát cao nhất là quy đổi thẳng về các nguyên tử tương ứng Đây là phương án cho lời giải nhanh, gọn, dễ hiểu, biểu thị đúng bản chất hóa học

Giải:

Quy đổi hỗn hợp đầu về hai nguyên tố Fe và O:

Sơ đồ hóa bài toán:

15

Cu CuO

Cu 2 O

+[O]

+[O]

(**) (*)

Bài 5: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hếtvới dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khửduy nhất, ở đktc) và dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu được m gam muốikhan Giá trị của m là:

Fe: x molO: y mol

Quy đổi hỗn hợp gồm thành hỗn hợp đơn giản gồm

Sơ đồ hóa bài toán:

+5 3

có thể đưa ra ngay phương trình (2)

Bài 6: Cho 9,12 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 tác dụng với dung dịchHCl (dư) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y; cô cạn Ythu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 Giá trị của m là: