Phương pháp giải nhanh một số dạng bài toán về nhôm và hợp chất của nhôm ở lớp 12 THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HOẰNG HOÁ 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN VỀ NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM... Kiểm tra trắc nghiệm là một phư

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HOẰNG HOÁ 3

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN VỀ NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

2 NỘI DUNG

2.3 Nội dung của đề tài

2.3.1.Hệ thống hoá kiến thức cần lưu ý về nhôm và hợp chất của

Dạng 3: Bài toán: Cho hỗn hơp gồm Al và 1 kim loại kiềm (Na, K)

hoặc kim loại kiềm thổ (Ca, Ba) tác dụng với nước, tác dụng với

dung dịch kiềm

14-15

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục,

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài

Hiện nay trong quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy cũng như hìnhthức kiểm tra đánh giá chất lượng học sinh thì kiểm tra trắc nghiệm đã được ápdụng có hiệu quả Kiểm tra trắc nghiệm là một phương pháp kiểm tra có hiệu quảvới học sinh yêu cầu học sinh phải học tập, nghiên cứu vấn đề ở mức độ cao hơn:

tư duy nhanh hơn, kỹ năng làm bài nhanh, các phương pháp làm bài cũng đadạng hơn, phong phú hơn nhằm giúp học sinh tìm ra kết quả một cách nhanh nhất

và chính xác

Vậy để học sinh có những kỹ năng như thế ngoài tự học, tự sáng tạo của họcsinh thì giáo viên cũng phải cung cấp cho học sinh những phương pháp giảinhanh phù hợp với yêu cầu của hình thức thi Trong các đề thi trắc nghiệm quốcgia, bài tập về axit nitric thường rất phong phú và liên quan đến nhiều chất đặcbiệt là kim loại và hợp chất của kim loại Có những bài toán xảy ra nhiều quátrình phức tạp đòi hỏi học sinh phải biết phân tích, đánh giá đúng bản chất vàchọn được phương pháp giải nhanh phù hợp nhất Nhiều học sinh không biết làmmột cách tổng quát mà chỉ xét các trường hợp hoặc viết một loạt các phươngtrình phản ứng… rồi đưa ra đáp án, với cách giải này đôi khi không giải ra kếtquả Như vậy trong khi thi trắc nghiệm yếu tố thời gian là rất cần thiết Nếu họcsinh giải như vậy sẽ mất nhiều thời gian, kết quả đạt được sẽ không cao Vì vậythực tế yêu cầu cần thiết phải có phương pháp giải nhanh phù hợp với các dạngbài toán

Vì vậy tôi đã phân dạng bài tập, nêu cách giải nhanh trong từng dạng và đúcrút trong đề tài: " PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN

VỀ NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM Ở LỚP 12 - THPT”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu cơ sở lí luận của đề tài

- Phân dạng bài tập nhôm và hợp chất của nhôm

- Sử dụng các phuơng pháp giải nhanh giải bài toán về nhôm và hợp chất củanhôm

1.3 Đối tượng nghiên cứu:

Trong đề tài này tôi tổng kết phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập đặctrưng về nhôm và hợp chất của nhôm thuờng gặp trong các đề thi THPT quốc gia,

đó là:

- Bài toán cho dung dịch muối Al3+ tác dụng với dung dịch kiềm

- Bài toán cho dung dịch muối aluminat tác dụng với dung dịch axit

- Bài toán nhiệt nhôm

- Bài toán: Cho hỗn hơp gồm Al và 1 kim loại kiềm (Na, K) hoặc kim loại kiềm thổ (Ca, Ba) tác dụng với nước, tác dụng với dung dịch kiềm

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của lí thuyết

- Nghiên cứu tài liệu, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập, sách thamkhảo, các đề thi THPT quốc gia các năm

- Thực nghiệm:

+ Từ thực nghiệm giảng dạy cho học sinh ở nhiều năm học với nhiều lớp họcsinh thụng qua cỏc bài kiểm tra qua cỏc kỳ thi khảo sỏt chất luợng lớp 12 và quỏtrỡnh ụn tập cho học sinh dự thi THPT quốc gia

+ Trao đổi, trò chuyện với đồng nghiệp, học sinh trong quá trình nghiên cứu

+ Thực nghiệm sư phạm: Bồi dưỡng học sinh giỏi Húa THPT, ụn thi THPT quốcgia

+ Phương phỏp thống kờ toỏn học và xử lớ kết quả thực nghiệm

+ Cú khả năng tư duy tốt và tớnh sỏng tạo cao: trỡnh bày và giải quyết vấn

đề một cỏch linh hoạt, rừ ràng, khoa học và tối ưu

+Cú khả năng thực hành thớ nghiệm tốt: Hoỏ học là khoa học vừa lớ thuyếtvừa thực nghiệm, khụng thể tỏch rời lý thuyết với thực nghiệm Phải biết vậndụng lý thuyết để điều khiển thực nghiệm và từ thực nghịờm kiểm tra cỏc vấn đềcủa lý thuyết, hoàn thiện lý thuyết

2.1.2 Những định luật, phuơng phỏp vận dụng trong đề tài

- Định luật bảo toàn khối luợng

- Định luật bảo toàn nguyờn tố

- Phuơng phỏp đồ thị

2.1.3 Từ thực tiễn cơ chế thi THPT quốc gia

Hiện nay trong cỏc bài kiểm tra, cỏc kỡ thi học sinh phải làm bài mụn hoỏhọc dưới hỡnh thức trắc nghiệm (40 cõu trong thời gian 50 phỳt) đũi hỏi cỏc emkhụng những phải nắm vững kiến thức mà cũn phải cú phương phỏp giải bài tậpngắn gọn nhất, kỹ năng tớnh toỏn nhanh và chớnh xỏc

Tuy nhiờn trong quỏ trỡnh giảng dạy tụi nhận thấy nhiều học sinh cũn lỳngtỳng trong việc tỡm phương ỏn nhanh nhất để đi đến kết quả cuối cựng Vậy trướchết, học sinh phải nắm vững kiến thức lý thuyết trọng tõm liờn quan đến bài toỏn,

từ đú tiến hành cỏc thao tỏc tư duy Sau khi tiến hành tư duy xong, học sinh lựachọn phương phỏp giải nhanh phự hợp với bài toỏn như: bảo toàn khối luợng, bảotoàn nguyờn tố khi giải cỏc bài toỏn nhiệt nhụm Cụ thể với bài toỏn về Nhụm và

hợp chất của nhôm có những dạng bài sử dụng phuơng pháp đồ thị xây dựng cáccông thưc tính nhanh…

2.2.Thực trạng ở truờng THPT.

Với học sinh trường THPT Hoằng Hoá 3, chất lượng còn thấp, độ nhanhnhạy chưa cao, phát hiện vấn đề còn chậm, khả năng tư duy còn hạn chế Hơnnữa, các em thường quen với cách giải truyền thống: đó là viết phương trình phảnứng và lập phương trình hoặc lập hệ phương trình và biện luận Với cách giải nàycác em mất khá nhiều thời gian để đi đến kết quả của bài toán, không phù hợp vớikiểu bài thi trắc nghiệm hiện nay Vì vậy, phân dạng bài tập một cách chi tiết,phân tích bản chất của bài toán để áp dụng phương pháp giải nhanh phù hợp đốivới học sinh là rất cần thiết Đó là cách mà tôi áp dụng trong quá trình giảng dạy

và đúc rút nên đề tài này

2.3 Nội dung của đề tài

2.3.1 Hệ thống hoá kiến thức cần lưu ý về nhôm và hợp chất của nhôm

a Nhôm

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh

- Tác dụng với phi kim

- Tác dụng với dung dịch axit

+ Các axít thông thường (HCl, H2SO4 loãng)

3Al + 8 HNO3  3Al(NO3)3 +2 NO +4H2O

2Al + 6H2SO4 đ  to Al2(SO4)3 +3SO2 +6H2O

Chú ý:

+ Tác dụng NO3- trong môi trường axit : tương tự tác dụng HNO3l

+ Tác dụng NO3- trong môi trường bazơ :

8Al + 5OH- + 3NO3- + 2H2O  8AlO2- +3NH3

+ Al bị thụ động với HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội

-Tác dụng với dung dịch muối của kim loại có thế điện cực chuẩn lớn hơn (theo quy tắc α)

-Tác dụng với oxít kim loại (phản ứng nhiệt nhôm ): ở nhiệt độ cao, Al khử

được nhiều ion kim loại kém hoạt dộng hơn trong oxit ( oxit sắt, CuO, Cr2O3 )thành kim loại tự do

Tiếp đến, kim loại nhôm khử nước:

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3  + 3H2  (2)Màng Al(OH)3 bị phá huỷ trong dung dịch bazơ:

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (3)Các phản ứng (2) và (3) xảy ra luân phiên nhau cho đến khi nhôm bị tan hết Vìvậy có thể viết gộp lại:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2  [2]

* Muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm

Thí nghiệm: nhỏ từ từ dung dịch bazơ vào dung dịch Al3+

Hiện tuợng: ban đầu thấy xuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến cực đại

sau tan dần đến hết tạo dung dịch trong suốt

[Al(OH)4 ]- + CO2 → Al(OH)3  + HCO3- [2]

2.3.2 Phương pháp giải nhanh các dạng bài toán về nhôm và hợp chất của nhôm

Dạng 1: Bài toán cho dung dịch muối Al 3+ tác dụng với dung dịch kiềm

Dạng 1.1: Cho từ từ dung dịch kiềm vào dung dịch Al 3+

Phân tích bài toán:

Khi cho từ từ dung dịch kiềm chứa b mol OH- vào dung dịch chứa a molAl3+ thấyxuất hiện kết tủa trắng keo, kết tủa tăng dần đến cực đại

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3  (1)

Kết tủa đạt max khi Al3+ phản ứng vừa đủ với OH- ↔ nOH  3 nAl3

→ số mol kết tủa max: ( )3

Al OH

Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- tan (2)

Khi kết tủa vừa tan hết thì nOH  4 nAl3

b-3a b-3a mol

→n↓còn lại = a - (b - 3a) = 4a - b = 4nAl3+ - nOH - hay nOH- = 4nAl3+

- n↓ (II)

Từ kết quả phân tích trên ta có

Đồ thị (1.1) biểu diễn sự phụ thuộc số mol kết tủa theo số mol của OH- như sau:

Số mol kết tủa max = số mol Al3+ = a Khi b=3a,

kết tủa hoà tan vừa hết khi b=4a

OH OH

Các dạng toán thuờng gặp:

Bài toán 1: Baì toán cho biết số mol Al 3+ và số mol OH - , yêu cầu tính luợng kết tủa tạo thành.

*Cách làm: Đặt :

3

OH Al

n T n

Vậy tuỳ theo giá trị của T mà xảy ra các truờng hợp:

+Nếu T ≤ 3: Chỉ xảy ra (1) có nghĩa là kết tủa không bị hoà tan, OH- hết

Áp dụng công thúc tính nhanh: nOH  4 nAl3   n↓ (II)

+ Nếu T ≥ 4: Xem như chỉ xảy ra (3) → Al(OH)3 bị hoà tan hoàn toàn→ OH- đủhoặc dư→ n↓=0

Bài toán vận dụng:

Bài 1: Cho từ từ V ml dung dịch NaOH 3,5M vào 100 ml dung dịch AlCl3 1Mthu được m gam kết tủa Tính m trong các truờng hợp sau

a V= 100ml b V = 50ml c V= 150 ml

Cách 1: Làm theo cách truyền thống( không sử dụng công thức tính nhanh)

a AlCl3 + 3 NaOH → Al(OH)3 + 3 NaCl

Ban đầu: 0,1 0,35

Phản ứng: 0,1  0,3 0,1 0,3

Sau phản ứng: 0 0,05 0,1 0,3

Vì NaOH còn dư nên có tiếp phản ứng:

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

35 , 0

 Vậy 3<T<4 → Kết tủa bị hoà tan một phần



nOH 4 Al3 n↓ → n↓ = 4.0,1-0,35=0,05 mol→m = 0,05 78 = 3,9 gam

So sánh 2 cách giải trên ta thấy cách 2 giải nhanh hơn rất nhiều, giúp các

em tiết kiệm thời gian phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay

5 , 3 5 , 0 , 0

 Vậy T<3: chỉ xảy ra phản ứng (1), kết tủa không

5 , 3 15 , 0



 → n↓ =0

Bài 2: Cho từ từ 450 ml dung dịch KOH 2M tác dụng với 100 ml dung dịch

Al2(SO4)3 1M được dung dịch X Tính nồng độ mol/l các chất trong dung dịch X?

n T n

Bài 3: Nhỏ từ từ 0,25 lít dung dịch NaOH 1,04M vào dung dịch gồm 0,024 mol

FeCl3; 0,016 mol Al2(SO4)3 và 0,04 mol H2SO4 thu được m gam kết tủa Tính m?

Hướng dẫn HS cách suy luận: Khi đọc bài toán trên nếu học sinh không hiểu

bản chất của bài toán thì sẽ thấy khó không biết cách giải thế nào, nhưng để ýmột chút thì bản chất của bài toán vẫn là dung dịch muối Al3+ tác dụng vớidung dịch kiềm, những chất khác cho vào chỉ để gây nhiễu thêm bài toán Vớibài này chúng ta có thể đưa về đúng dạng cơ bản bằng cách tính số mol củaion OH- còn lại để phản ứng với ion Al3+ Sau đó lại xét tỉ lệ số mol để xétxem rơi vào trường hợp nào

Cụ thể cách giải bài toán như sau:

Số mol OH- phản ứng với H+ và Fe3+ là: 0,04.2+ 0,024.3 = 0,152 (mol)

 =00,,108032 3,375 : Kết tủa sinh ra bị hòa tan một phần

n↓Al(OH)3= 4nAl3+- nOH- = 0,02(mol)→ m = 0,02 78+ 0,024.107 = 4,128 gam

Bài toán 2: Cho số mol của Al 3+ và số mol kết tủa, yêu cầu tính số mol OH -

Nhìn vào đồ thị 1.1 ta thấy: nếu n↓ < n↓max = n Al3+(c<a) thì có 2 truờng hợp xảyra:

 (giá trị min của OH-)

+ nOH  4 nAl3   n↓(giá trị max của OH-)

Bài tập vận dụng:

Bài 1: Cho 0,5 lít dung dịch NaOH tác dụng với 300ml dung dịch Al2(SO4)3 0,2Mthu được 1,56g kết tủa Tính nồng độ mol/lít của dung dịch NaOH Biết các phảnứng xảy ra hoàn toàn.

Giải

Số mol Al3+ = 0,12 mol

Số mol Al(OH)3 = 0,02 mol < số mol Al3+ nên có 2 trường hợp xảy ra

+TH1: Al3+ dư  Chỉ tạo Al(OH)3 nên số mol OH- = 3 0,02 = 0,06 mol

→ CM(NaOH) = 0,12M

+TH2: Kết tủa bị hoà tan một phần do kiềm dư

→ Số mol OH- = 4.0,12 – 0,02 = 0,46 (mol) → CM(NaOH) = 0,92M

Bài 2: Cho V lít dung dịch NaOH 0,4M tác dụng với 58,14g Al2(SO4)3 thu được23,4g kết tủa Tìm giá trị lớn nhất của V?

Giải:

Số mol Al3+ = 0,34 mol

Số mol Al(OH)3 = 0,3 mol < số mol Al3+ nên có 2 trường hợp xảy ra

số mol OH- max = 4.0,34 – 0,3 = 1,06 (mol) → V(dd NaOH)max = 2,65 lít

Bài toán 3: Biết số mol OH - , số mol kết tủa Al(OH) 3 Tính số mol Al 3+

Cách làm:

So sánh số mol OH- của bài cho với số mol OH- trong kết tủa

Nếu số mol OH- của bài cho lớn hơn số mol OH- trong kết tủa thì đã có hiệntượng hoà tan kết tủa → Sản phẩm của bài có Al(OH)3 và [Al(OH)4 ]-

3 4

( ) [ ( ) ]

3 4

Bài tập vận dụng:

Bài 1: Cho 150 ml dung dịch NaOH 2M vào cốc đựng 100 ml dung dịch AlCl3

aM Kết thúc phản ứng, thu được 7,8 gam kết tủa Thêm tiếp 100 ml dung dịchNaOH 2M vào cốc đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 10,92 gam kết tủa Tínha?

Hướng dẫn HS cách suy luận: Đối với bài toán này cần phân biệt khác với

bài toán ở ví dụ 2 là tiến hành các phản ứng liên tiếp, không tách lấy kết tủa

ra Bài toán coi như tiến hành 2 thí nghiệm liên tiếp, thí nghiệm 1 cho 150 mldung dịch NaOH vào, thí nghiệm 2 thêm tiếp 100 ml dung dịch NaOH vào

Để bài toán đơn giản hơn, các em có thể chuyển bài toán trên thành một bàitoán mới tương đương như sau:

“Cho 250ml dung dịch NaOH 2M vào 100 ml dung dịch AlCl 3 aM thu được 10,92 gam kết tủa” Bài toán này dễ hơn nhiều.

Bài 2: Thêm 0,6 mol NaOH vào dd chứa x mol AlCl3 thu được 0,2 molAl(OH)3 Thêm tiếp 0,9 mol NaOH thấy số mol của Al(OH)3 là 0,5 Thêmtiếp 1,2 mol NaOH nữa thấy số mol Al(OH)3 vẫn là 0,5 mol Tính x?

Giải: n OH  0,6 0,9 1, 2 2,7    mol; n Al OH( ) 3 0,5

Số mol OH- trong kết tủa là 1,5 mol < 2,7 mol → có tạo [Al(OH)4 ]

-3 4

( ) [ ( ) ]

3 4

TN1: a mol Al3+ tác dụng với b mol OH- tạo x mol kết tủa

TN2: a mol Al3+ tác dụng với 3b mol OH- tạo x mol kết tủa hoặc 2x mol kết tủa.Khi đó, ta kết luận:

( ) ( 2) ( 2)

( ) ( 2) [ ( ) ]

3 4

+ nOH  4 nAl3   n↓→ nAl3+ =(0,9 + 0,2)/4 = 0,275

→ Số mol Al2(SO4)3 = a = 0,1375 mol

Bài toán 4 : Nếu bài toán cho duới dạng đồ thị thì học sinh nhận biết các điểm đã cho trên đồ thị tuơng ứng với giá trị nào và truờng hợp nào đề vận dụng công thức tính nhanh.

Bài 1: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl3, kết quả thínghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau (số liệu tính theo đơn vị mol)

- Ban đầu không có kết tủa : phản ứng 1, khi nOH  = x

- Sau đó kết tủa tăng dần đến cực đại: phản ứng 2, khi thêm tiếp nOH  = 3y

- Tiếp tục kết tủa tan dần đến hết: phản ứng 3, khi thêm tiếp nOH = y

Dựa vào hiện tượng hóa học xảy ra ta có thể lập đồ thị (1.2) như sau:

số mol Al(OH)3

y

a

số mol OH

0 x x+3a x+3y x+4y-a x+4y

Vậy ta có các công thức tính nhanh:

+ Nếu chỉ xảy ra phuơng trình (1) và (2) nghĩa là kết tủa không bị hoà tan:

nOH- =nH+ + 3.n↓ (III)

+ Nếu xảy ra cả 3 phuơng trình (1), (2), (3):

nOH- =nH+ + 4.nAl3+ - n↓ (IV)

Phuơng Pháp giải bài toán này giống bài toán dung dịch OH- tác dụng với Al3+

chỉ khác phải dùng thêm một luợng OH- trung hoà H+

Vận dụng:

Bài 1: 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 [4]

Bài 2: Cho từ từ V ml dung dịch NaOH 1M vào 200 ml dung dịch gồm HCl

0,5M và Al2(SO4)3 0,25M Đồ thị biểu diễn khối lượng kết tủa theo V như hìnhdưới Giá trị của a, b tương ứng là:

+ Ta có số mol H+ = 0,1 mol; Al3+ = 0,1 mol

+ Vì kết tủa cực đại bằng số mol Al3+ = 0,1 mol  a = 0,1 mol.

+ Từ đồ thì ta cũng có: số mol OH- ứng với b là = nH+ + 3nAl3+ = 0,1 + 3.0,1

= 0,4 mol → b = 0,4 : 1 = 0,4 lít = 400 ml

Dạng 1.2: Cho từ từ dung dịch Al 3+ vào dung dịch dung dịch kiềm

Phân tích bài toán:

Ban đầu không có kết tủa do luợng kiềm còn dư

Al3+ + 4OH- → [Al(OH)4]

-Sau khi OH- phản ứng hết, cho tiếp dung dịch Al3+ vào thì kết tủa xuất hiện

Al3+ + [Al(OH)4]- →Al(OH)3

Dạng 2: Bài toán cho dung dịch muối aluminat tác dụng với dung dịch axit

a Hãy viết các quá trình hóa học xảy ra ? và cho biết hiện tượng

b Vẽ đồ thị biểu diễn số mol kết tủa và số mol H+ trong quá trình phản ứng?

Ban đầu không có kết tủa: phản ứng 1, khi nH = x

Sau đó kết tủa tăng dần đến cực đại: phản ứng 2, khi thêm tiếp nH = yTiếp tục kết tủa tan dần đến hết: phản ứng 3, khi thêm tiếp nH =3y

b Dựa vào phân tích hiện tượng ta có đồ thị (1.3) như sau:

số mol Al(OH)3

y

a

số mol H+

0 x x+a x+y x+4y-3a x+4y

Từ phân tích hiện tuợng trên ta có các công thức tính nhanh:

+ Nếu kết tủa không bị hoà tan ↔ xảy ra phương trình (1) và (2):

nH+= nOH- + nAlO2- (V)

+ Nếu kết tủa bị hoà tan một phân ↔ xảy ra phương trình (1), (2) và (3):

nH+ = nOH- + 4 nAlO2- - 3.n↓ (VI)

-Từ bài toán tổng quát trên suy ra: nếu bài toán cho H+ vào dung dịch chứaAlO2- mà không chứa OH- thì đoạn 0x trong bài toán 3 sẽ không có, vậy ta có đồthị (1.4)là:

số mol Al(OH)3