Sử dụng công thức giải nhanh dựa trên sự bảo toàn điện tích để giải các bài toán khó trong đề thi THPT QG”

Trước thực tế đó qua kinh nghiệm của nhiều năm giảng dạy tôi đã đúc kết, rút ra kinh nghiệm và viết nên đề tài “Sử dụng công thức giải nhanh dựa trên sự bảo toàn điện tích để giải các bà

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN NGUYÊN

Người viết : Nguyễn Quế Sơn

Trang

Phần I: Mở đầu………2

1.1 Lí do chọn đề tài……….2

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu……….2

1.4.Phương pháp nghiên cứu……….2

Phần II NỘI DUNG……… ……… 3

2.1 Cơ sở lý luận………….……… 3

2.2 Thực trạng vấn đề……… ……… 3

2.3 Các biện pháp tiến hành……… 3

2.3.1 Cơ sở của phương pháp……… 4

2.3.2 Phân dạng bài tập và ví dụ minh họa……… 4

2.3.2.1. Xây dựng công thức 2 2 3 CO H CO n + =n − +n ……… 4

2.3.2.2 Xây dựng công thức 2 2 3 CO OH CO n − −n =n −……… 7

2.3.2.3 Xây dựng công thức H 4 [ ( )4] 3 Al OH( ) 3 Al OH n + = n − − n ……… 11

2.3.2.4 Xây dựng phương pháp giải bài toán: Kim loại tác dụng với dung dịch muối……… 14

2.4 Kết quả………15

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 17

3.1 Kết luận……… 17

3.2 Kiến Nghị………17

Bài tập vận dụng………18

Tài liệu tham khảo……… 19

Phần I: MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Với xu hướng phát triển của giáo dục hiện nay đối với nhiều bộ môn nói chung và

bộ môn hoá học nói riêng là tăng cường việc kiểm tra trắc nghiệm trong việc đánh giá kếtquả học sinh Vì vậy việc định dạng bài tập để chọn ra cách giải nhanh các bài tập hoáhọc là điều hết sức cần thiết

Với hình thức thi trắc nghiệm, việc tìm ra lời giải nhanh cho các bài tập tính toántrong đề thi là điều hết sức quan trọng, nó góp phần không nhỏ đến kết quả thi Đại học,Cao đẳng của các em

Tuy nhiên, việc giải nhanh bài tập trắc nghiệm Hóa học lại không hề đơn giản chútnào ! Nếu không nắm được “bí quyết” thì trong thời gian 50 phút, các em khó có thể hoànthành bài thi của mình một cách tốt nhất Trước thực tế đó qua kinh nghiệm của nhiều

năm giảng dạy tôi đã đúc kết, rút ra kinh nghiệm và viết nên đề tài “Sử dụng công thức

giải nhanh dựa trên sự bảo toàn điện tích để giải các bài toán khó trong đề thi THPT QG”

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Thực tiễn chứng minh cách tốt nhất để có thể hiểu và vận dụng kiến thức đã học là

giải bài tập Thực tế cho thấy, thường các em học sinh chỉ làm được các bài tập quenthuộc và lúng túng khi gặp các bài tập mới mặc dù không khó do các em không nhìn rađược dạng toán, chưa biết vận dụng các phương pháp để giải toán Với thực trạng đó làmảnh hưởng không nhỏ tới kết quả học tập cũng như trong các kì thi

Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài “Sử dụng công thức giải nhanh dựa trên

sự bảo toàn điện tích để giải các bài toán khó trong đề thi THPT QG” làm sáng kiến

kinh nghiệm cho mình Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệu tham khảo phục vụ choviệc học tập của các em học sinh 11, 12 và cho công tác giảng dạy của các bạn đồngnghiệp

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Xây dựng tổng quát cách giải bài tập khi sử dụng “Sử dụng công thức giải nhanh dựa trên sự bảo toàn điện tích để giải các bài toán khó trong đề thi THPT QG”

1.4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết

- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin

Phần II: NỘI DUNG

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

Nghị quyết hội nghị lần thứ II Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam

(khoá VIII, 1997) khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước

áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học”.

Các quan điểm trên đây đã được pháp chế hoá trong luật giáo dục (2005) Điều

28.2 viết: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh”.

Chính vì thế, các hình thức kiểm tra đánh giá học sinh đã có nhiều thay đổi, dẫn

đến sự thay đổi mạnh mẽ về phương pháp giảng dạy Với hình thức thi trắc nghiệm nhưhiện nay, trong khoảng thời gian tương đối ngắn (trung bình 1,25 phút/câu), các học sinhphải giải quyết một lượng câu hỏi và bài tập tương đối nhiều, trong đóbài tập toán hóachiếm một tỉ lệ không nhỏ Số liệu thống kê từ các đề thi minh họa vừa qua cho thấy bàitập toán hóa chiếm tỉ lệ khoảng 40% tổng số câu hỏi trắc nghiệm của đề thi Do đó việctìm ra các phương pháp giúp giải nhanh bài toán hóa học có một ý nghĩa hết sức quan

trọng, “Sử dụng công thức giải nhanh dựa trên sự bảo toàn điện tích để giải các bài

toán khó trong đề thi THPT QG” cũng không nằm ngoài xu hướng này.

Đối với các bài tập học sinh cần nắm vững được các phản ứng diễn biến theo chiềuhướng nào, bài nào cần chia trường hợp và bài nào không cần chia trường hợp Nhưng

với việc sử dụng công thức giải nhanh dựa trên sự bảo toànđiện tích thì học sinh

không còn quá bận tâm đến điều này, tốc độ làm bài được cải thiện rõ rệt

2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ

Hiện nay để giải quyết bài toán hóa, học sinh thường phát triển theo hai xu hướng:

Một là sử dụng phương pháp truyền thống với việc viết và tính theo phương trình hóahọc, phương pháp này tương đối dể hiểu nhưng tốc độ làm bài không cao, không phù hợpvới yêu cầu thời gian trong hình thức thi trắc nghiệm Hai là sử dụng các công thức tínhnhanh, cách này cải thiện đáng kể về mặt thời gian, nhưng phần lớn học sinh khi áp dụnglại không hiểu rõ bản chất của các quá trình hóa học

Xuất phát từ các cơ sở lí luận và thực tiễn trên, tôi đã viết sáng kiến kinh nghiệm “Sử

dụngcông thức giải nhanh dựa trên sự bảo toàn điện tích để giải các bài toán khó trong đề thi THPT QG” nhằm giúp cho các em học sinh có một công cụ để giải nhanh

các bài toán khó trong các đề thi, đặc biệt là các bài toán khó trong đề thi THPT QG

2.3 CÁC BIỆN PHÁP TIẾN HÀNH

2.3.1 Cơ sở của phương pháp.

- Cơ sở của phương pháp là định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ cô lập, điện

tích được bảo toàn Suy ra trong phân tử hợp chất ion hoặc dung dịch chất điện li, tổng giá trị điện tích dương bằng tổng giá trị điện tích âm.

- Hệ quả của định luật bảo toàn điện tích:

2.3.2 Xây dựng các công thức và các ví dụ minh họa

• Xét phản ứng: Cho từ từ dung dịch axit (chứa H+) vào dung dịch chứa muối

cacbonat hoặc chứa cả muối hiđrocacbonat (chứa CO32- hoặc chứa cả CO32- và

Nếu H+ không đủ để chuyển hết các ion này thành khí CO2 thì áp dụng bảo toàn

điện tích trong phản ứng và bảo toàn nguyên tố C, ta có:

2

3

2 2 3

2 3

CO

CO HCO phanung

Dưới đây là các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Cho từ từ dung dịch chứa a mol HCl vào dung dịch chứa b mol Na2CO3

đồng thời khuấy đều, thu được V lít khí(ở đktc) và dung dịch X Khi cho dư nước

vôi trong vào dung dịch X thấy có xuất hiện kết tủa Biểu thức liên hệ giữa V với

(1), (2), (3) là các phản ứng trao đổi ion, đây là dấu hiệu rất rõ ràng chứng tỏ bài tập này

có thể sử dụng phương trình ion rút gọn để tính toán

H+ + CO32- → HCO3- (1)

Mol: b ← b → b

H+ + HCO3- → CO2 ↑ + H2O (2)

Mol: a-b → a-b → a-b

Theo các phản (1), (2),ta thấy: n CO2 = (a-b) mol ⇒ V = 22, 4(a b lit− )

•Cách 2: Sử dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch X và bảo toàn nguyên tố C

Như đã phân tích ở trên, dung dịch X ngoài ion Na+, Cl- còn có ion HCO3-

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch X và bảo toàn nguyên tố C, ta có:

2 33

Ví dụ 2: Cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa b mol HCl vào dung dịch chứa a

mol Na2CO3(TN1), thu được V lít CO2 Ngược lại, cho từ từ từng giọt của dung

dịch chứa a mol Na2CO3vào dung dịch chứa b mol HCl(TN2) thì thu được 2V lít

CO2 Biết các thể tích khí đo ở cung điều kiện nhiệt độ và áp suất Mối liên hệ

giữa a và b là

A a = 0,8b B a = 0,35b C a = 0,75b D a = 0,5b.

(Trích Đề thi thử lần 1-THPT Cẩm Khê – Phú Thọ,năm học 2016-2017) )[6]

Hướng dẫn giải

Ở TN1: H+ sẽ chuyển hết ion CO32- thành HCO3-, sau đó chuyển một phần HCO3- thành

Ví dụ 3: Cho từ từ 450ml dung dịch HCl 1M vào 500 ml dung dịch X gồm

Na2CO3 và NaHCO3, thu được 5,6 lít khí (đktc) và dung dịch Y Cho dung dịch Y

tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được 197 gam kết tủa Nồng độ mol của

Na2CO3 và NaHCO3 trong dung dịch X lần lượt là

Ví dụ 4: Cho từ từ 200 ml dung dịch hỗn hợp HCl 1M và H2SO4 0,5M vào 300

ml dung dịch Na2CO3 1M, thu được V lít khí (đktc) và dung dịch X Cho dung

dịch X phản ứng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được m gam kết tủa Giá trị của

V và m là

• Xét bài toán sau: Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 vào dung dịch chứa đồng thời

NaOH, Ba(OH)2 Biết

2

1 OH 2.

CO

n n

〈∑ 〈 nên OH- đã hết và phản ứng tạo ra cả hai muối CO32- và HCO3-

Như vậy, ion OH- đã được thay thế bởi các ion CO32- và HCO3- Áp dụng bảo toàn

điện tích và bảo toàn nguyên tố C, ta có kết quả sau:

2

2

2 32

Mở rộng ra,đối với phản ứng của SO2 với dung dịch kiềm, tạo ra cả muối axit và

muối trung hòa, ta cũng có: 2

2 3

SO

n − −n =n −

Dưới đây là các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2( ở đktc) vào500 ml dung dịch hỗn

hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m là:

−

〈∑ 〈 nên phản ứng tạo ra cả muối axit HCO

3- và muối trung hòa CO3

−

〈∑ 〈 nên phản ứng tạo ra cả muối axit HCO

3- và muối trung hòa CO3

Ví dụ 2: Dung dịch A chứa đồng thời các chất tan: NaOH 0,2M và Ba(OH)2 0,1M.

Khi dẫn 0,336 lít khí CO2 hoặc 1,456 lít khí CO2 vào V ml dung dịch A đều thu được

kết tủa có số gam bằng nhau( các thể tích khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn).Thể tích V là

Như vậy,ở TN2 ion OH- đã phản ứng hết và lượng CO32- tạo ra ở hai thí nghiệm là nhưnhau

0,065 0,015

Ví dụ 3: Sục V lít CO2 (đktc) vào dung dịch chứa a mol Ba(OH)2 thì thu được

19,7 gam kết tủa (TN1) Mặt khác, sục V lít CO2 (đktc) vào dung dịch chưa a mol

Ba(OH)2 và a mol NaOH thì thu được 39,4 gam kết tủa (TN2) Giá trị của V và a

tương ứng là:

A 6,72 và 0,1 B 5,6 và 0,2 C 8,96 và 03 D 6,72 và 0,2

(Trích Đề thi Chuyên Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội lần 3-2015)[5]

Hướng dẫn giải

Cùng một lượng CO2, phản ứng với hai dung dịch kiềm khác nhau nhưng có chứa lượngBa(OH)2 như nhau, ở TN1 thu được lượng kết BaCO3 (0,1 mol), ít hơn lượng kết tủaBaCO3 (0,2 mol) ở TN2 Suy ra ở TN1 đã có hiện tượng hòa tan kết tủa, ở TN2 có thể chưa có hoặc đã có hiện tượng hòa tan kết tủa.

Nếu ở TN2 đã có hiện tượng hòa tan kết tủa thì:

1: 2

0,1 0,1

2 :

b a

OH

b a

a b

Trường hợp này không thỏa mãn vì n CO2 =n Ba OH( ) 2

nên không có hiện tượng hòa tan kết tủa

Như vậy, ở TN2 chưa có hiện tượng hòa tan kết tủa Suy ra ion Ba2+ trong Ba(OH)2 đãchuyển vào kết tủa Ta có:

1: 2

0, 2

0, 2 0,3

b a

a

a a

Ví dụ 4: Cho V lít khí CO2 hấp thụ hoàn toàn bởi 200ml dung dịch X gồm

Ba(OH)2 0,5M và NaOH 1,0M Tính V để kết tủa thu được là cực đại?

min

min min max

max max 0,4 ?

2.3.2.3 Xây dựng công thức H 4 [ ( )4] 3 Al OH( ) 3

Al OH

n + = n − − n

• Xét phản ứng của dung dịch axit (HCl, HNO3, H2SO4: axit mạnh) với dung dịch

chứa ion [Al(OH)4]- Bản chất của phản ứng là: H+ lấy OH- để tạo ra H2O Nếu H+

lấy 1 nhóm OH- trong [Al(OH)4]- thì sẽ tạo ra Al(OH)3 còn nếu lấy cả 4 nhóm

( ) ( )

Đối với phản ứng của dung dịch axit (HCl, HNO3, H2SO4: axit mạnh) với dung

dịch chứa ion [Zn(OH)4]2-, tương tự ta có:

2 2

2 4

Zn( )2 Zn( )

Zn( ) Zn( )

n + =n − + n − − n

Dưới đây là các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Cho 200ml dung dịch Y gồm Ba[Al(OH)4]2 0,1M và NaOH 0,1M tác

dụng với dung dịch HNO3 thu được 0,78 gam kết tủa Số mol HNO3 tối đa cần

dùng là

A 0,15 B 0,13 C 0,18 D 0,07.

( Trích Đề thi tuyển sinh Đại học khối A 2010)[6]

Hướng dẫn giải

Nhận xét: Do n Al OH( ) 3 〉n[Al OH( )4]− nên còn một lượng ion nhôm nằm trong dung dịch ở dạng

[Al(OH)4]- dư hoặc Al3+

Như vậy, phản ứng có thể xảy ra theo hai hướng khác nhau:

Hướng (1): H+ trung hòa hết OH-, sau đó chuyển [Al(OH)4]- thành 0,01 mol Al(OH)3 Trường hợp này lượng H+ phản ứng ít nhất.

Hướng (2): H+ trung hòa hết OH- và chuyển hết [Al(OH)4]- trong dung dịch thành

Al(OH)3, sau đó hòa tan bớt Al(OH)3 để cuối cùng còn 0,01mol Al(OH)3 Trường hợp này

H+ phản ứng là nhiều nhất Theo yêu cầu của bài, ta tính toán lượng H+ theo hướng (2)

Ví dụ 2: Cho 86,3 gam hỗn hợp X gồm Na, K, Ba và Al2O3(trong đó oxi hiếm

19,47% về khối lượng) tan hết vào nước thu được dung dịch Y và 13,44 lít

H2(đktc) Cho 3,2 lít dung dịch HCl 0,75M vào dung dịch Y thu được m gam kết

tủa Giá trị của m là

Al2O3 + 2OH- + 3H2O → 2[Al(OH)4]

Mol: 035 → 0,7 → 0,7

Suy ra: Trong dung dịch Y có 0,7mol [Al(OH)4]- và (1,2 – 07) = 0,5 mol OH- Khi cho 2,4 mol H+ vào dung dịch Y, sẽ xảy ra phản ứng trung hòa ion OH- và phản ứng với ion [Al(OH)4]- để tạo ra kết tủa:

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm Na2O và Al2O3 vào nước thu

được dung dịch X trong suốt Thêm từ từ dung dịch HCl 1M vào X, khi hết 100m

thì bắt đầu xuất hiện kết tủa; khi hết 300ml hoặc 700ml thì đều thu dduowccj a

gam kết tủa Giá trị của a và m lần lượt là

phản ứng với 0,1 mol OH-, còn lại 0,2 mol H+ hoặc 0,6 mol H+ phản ứng với [Al(OH)4]

-tạo ra lượng kết tủa như nhau Chứng tỏ: Khi dùng 0,2 mol H+ phản ứng với ion

[Al(OH)4]- thì [Al(OH)4]- chưa kết tủa hết, còn khi dùng 0,6 mol H+ phản ứng với ion [Al(OH)4]- thì [Al(OH)4]- chuyển hết thành kết tủa sau đó kết tủa bị tan một phần

Trong phản ứng của 0,2 mol H+ với [Al(OH)4]-, ta có:

2.3.2.4 Xây dựng phương pháp giải bài toán: Kim loại tác dụng với dung dịch muối.

Dạng này ta chỉ cần tư duy theo hướng “ chiến thắng thuộc về kẻ mạnh” nghĩa là

các anion (Cl-; NO3-, SO42-) sẽ được phân bổ theo thứ tự từ kim loại mạnh nhất (Mg) tới kim loại yếu nhất (Ag) Bên cạnh đó ta có thể cần áp dụng thêm các định luật bảo

toàn đặc biệt là BTKL và sự di chuyển điện tích Tóm lại tư duy để xử lý dạng toán

này là:

- Xét hệ kín gồm các kim loại và anion.

- Phân bố anion cho các kim loại trong hệ từ Mg tới Ag.

- Áp dụng các định luật bảo toàn (BTKL) cần nếu.

- Có thể cần chú ý tới sự di chuyển (thay đổi điện tích)

Dưới đây là các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Cho m gam Mg vào dung dịch X gồm 0,03 mol Zn(NO3)2 và 005 mol

Cu(NO3)2, sau một thời gian thu được 5,25 gam kim loại và dung dịch Y Cho

dung dịch NaOH vào dung dịch Y, khối lượng kết tủa thu được là 6,67 gam Giá

 → + + = + → = (Trong bài toán này ta chưa cần

sử dụng tới hướng tư duy phân bổ điện tích âm NO 3 - cho Mg〉 〉Zn Cu

Ví dụ 2: Cho m gam bột Zn vào 500 ml dung dịch chứa CuCl2 0,4M và FeSO4

0,4M Sau một thời gian thu được dung dịch X và hỗn hợp chất rắn nặng 25 gam

Lọc tách chất rắn rồi cho 14,4 gam Mg vào dung dịch X Sau khi các phản ứng

xảy ra hoàn toàn thấy có 29,8 gam chất rắn xuất hiện Giá trị của m là

Cl SO

−

−





 Theo bài ra, ta có:

NMg= 0,6 → phần điện tích âm sẽ thuộc toàn bộ về Mg2+

Ví dụ 3: Cho m gam Mg vào dung dịch có 0,12 mol FeCl3 sau phản ứng hoàn

toàn thu được 3,36 gam chất rắn Giá trị của m là

A 2,16 B 4,32 C 5,04 D V=2,88.

(Trích đề thi Chuyên Trần Đại Nghĩa-TPHCM-Lần 1-2016)[7]

Hướng dẫn giải

Ta thấy mFe = 0,12.56 = 6,72 > 3,36 nghĩa là anh chàng Mg không ôm hếtđược các nàng

Cl- nên trong dung dịch sẽ có anh Fe2+ nữa

Năm học 2016-2017 tôi đã triển khai dạy phương pháp này tại lớp 12C3 vào cácgiờ dạy tự chọn kết quả thu được rất khả quan Qua bài kiểm tra khảo sát lớp 12C3 trongnăm học 2016-2017 cho thấy

KIỂM TRA ĐỢT I

(chưa áp dụng đề tài)

Điểm giỏi Điểm khá Điểm TB Điểm yếu