Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo giải các bài toán khó trong đề thi đại học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN NGUYÊN PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT ẢO, SỐ OXI HÓA ẢO GIẢI CÁC BÀI TOÁN KHÓ TRONG ĐỀ THI... viết nên đề tài “Phương pháp sử dụng chấ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN NGUYÊN

PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHẤT ẢO, SỐ OXI HÓA ẢO

GIẢI CÁC BÀI TOÁN KHÓ TRONG ĐỀ THI

MỤC LỤC

Trang

Phần I: Mở đầu………2

1.1 Lí do chọn đề tài……….2

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 3

1.3 Đối tượng nghiên cứu……….3

1.4.Phương pháp nghiên cứu……….3

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm……….3

Phần II NỘI DUNG……… …………4

2.1 Cơ sở lý luận………….……… 4

2.2 Thực trạng vấn đề……… ……… 5

2.3 Các biện pháp tiến hành……… 6

2.3.1 Cơ sở của phương pháp………6

2.3.2 Phân dạng bài tập và ví dụ minh họa………6

2.3.2.1 Sử dụng dung dịch ảo………6

2.3.2.2 Sử dụng hỗn hợp ảo……… 8

2.3.2.3 Sử dụng hợp chất ảo………14

2.3.2.4 Sử dụng số oxi hóa ảo……….16

2.4 Kết quả……… 18

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………20

3.1 Kết luận……….20

3.2 Kiến Nghị……… 20

Bài tập vận dụng……… 22

Tài liệu tham khảo………25

Phần I: MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong thời đại khoa học thông tin ngày nay đòi hỏi con người phải có mộttrình độ khoa học nhất định Vì vậy mục tiêu của giáo dục đào tạo là bồi dưỡngcon người trở thành lao động có tư duy sáng tạo và xử lí thông tin một cáchnhanh chóng, chính xác và khoa học Để đạt được điều đó hơn bao giờ hết chúng

ta cần phải chú ý nâng cao chất lượng học tập của học sinh ở trường phổ thông

Môn Hoá Học ở trường phổ thông có một vị trí và ý nghĩa rất quan trọngđối với việc giáo dục thế hệ trẻ Bước đầu hình thành cho học sinh những kháiniệm về hoá học và sự biến đổi về tính chất của các chất Giúp cho học sinh hiểuđược hoá học có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống xã hội, từ đó có cái nhìn

và thái độ đúng đắn đối với môn học

Với xu hướng phát triển của giáo dục hiện nay đối với nhiều bộ môn nóichung và bộ môn hoá học nói riêng là tăng cường việc kiểm tra trắc nghiệm trongviệc đánh giá kết quả học sinh Vì vậy việc định dạng bài tập để chọn ra cách giảinhanh các bài tập để chọn ra cách giải nhanh các bài tập hoá học là hết sức cầnthiết

Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay, việc tìm ra lời giải nhanh chocác bài tập tính toán trong đề thi là điều hết sức quan trọng, nó góp phần khôngnhỏ đến kết quả thi Đai học, Cao đẳng của các em

Tuy nhiên, việc giải nhanh bài tập trắc nghiệm Hóa học lại không hề đơngiản chút nào ! Nếu không nắm được “bí quyết” thì trong thời gian 50 phút, các

em khó có thể hoàn thành bài thi của mình một cách tốt nhất Trước thực tế đóqua kinh nghiệm của nhiều năm giảng dạy tôi đã đúc kết, rút ra kinh nghiệm và

viết nên đề tài “Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo để giải các bài toán khó trong đề thi TNTHPT Quốc Gia”

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 Nhưng vấn đề đặt ra là bài tập nhiều làm sao giải hết được.Thực tế cho thấy, thường các em học sinh chỉ làm được các bài tập quen thuộc vàlúng 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 làm ảnh hưởng không nhỏ tới kết quả học tập cũng như trong các kì thi

Trên cơ sở đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài “Phương pháp sử dụng chất ảo,

số oxi hóa ảo để giải các bài toán khó trong đề thi TNTHPT Quốc Gia” làm

sang kiến kinh nghiệm cho mình Với hy vọng đề tài này sẽ là một tài liệu thamkhảo phục vụ cho việc học tập của các em học sinh 11, 12 và cho công tác giảngdạy của các bạn đồng nghiệp

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Xây dựng tổng quát cách giải bài tập khi sử dụng “Phương pháp sử dụng

chất ảo, số oxi hóa ảo để giải các bài toán khó trong đề thi TNTHPT Quốc Gia”

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

1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

- Thay vì viết phương trình phản ứng như phương pháp truyền thống thì

phương pháp mới tiến hành gộp các chất, ion, số oxi hóa và áp dụng luôn các

phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố…để tìm ra kết quả nhanhgọn.

Phần II: NỘI DUNG

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

Theo nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng

sản Việt Nam (khoá VII, 1993) đã chỉ rõ: Mục tiêu giáo dục - đào tạo phải hướngvào đào tạo những con người lao động, tự chủ, sáng tạo, có năng lực giải quyếtnhững vấn đề thường gặp, qua đó mà góp phần tích cực thực hiện mục tiêu lớncủa đất nước là dân giàu, nước mạnh, xã hội công bằng, dân chủ, văn minh Vềphương pháp giáo dục, phải khuyến khích tự học, phải áp dụng những phươngpháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, nănglực giải quyết vấn đề

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

Việt Nam (khoá VIII, 1997) tiếp tục 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, tựgiác, 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 thứcvào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho họcsinh”

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 thitrắc nghiệm như hiện nay, trong khoảng thời gain tương đối ngắn (trung bình1,25 phút/câu), các học sinh phải giải quyết một lượng câu hỏi và bài tập tươngđối, trong đóbài tập toán hóa chiếm một tỉ lệ không nhỏ Số liệu thống kê từ các

đề thi minh họa vừa qua cho thấy bài tập toán hóa chiếm tỉ lệ khoảng 40% tổngcâu hỏi trắc nghiệm của đề thi Do đó việc tìm ra các phương pháp giúp giải

nhanh bài toán hóa học có một ý nghĩa hết sức quan trọng, “Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo để giải các bài toán khó trong đề thi TNTHPT Quốc Gia” cũng không nằm ngoài xu hướng này.

Đối với các dạng bài tập hỗn hợp ion, chất; học sinh cần nắm vững được cácphản ứng diễn biến theo chiều hướng nào, bài nào cần chia trường hợp và bài nào

không cần chia trường hợp Nhưng với Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo thì học sinh không còn quá bận tam 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 theophương trình hóa học, phương pháp này tương đối dể hiểu nhưng tốc độ làm bàikhông cao, không phù hợp với yêu cầu thời gian trong hình thức thi trắc nghiệm.Hai là sử dụng các công thức tính nhanh, cách này cải thiện đáng kể về mặt thờigian, nhưng phần lớn học sinh khi áp dụng lại không hiểu rõ bản chất của các quátrình hóa học, vì vậy thường xuyên xảy ra tình trạng “râu ông này cắm cằm bàkia” dẫn đến việc không tìm ra được kết quả đúng

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

nghiệm “Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo để giải các bài toán khó

trong đề thi TNTHPT Quốc Gia” 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 khótrong đề thi TNTHPT Quốc Gia

2.3 CÁC BIỆN PHÁP TIẾN HÀNH

2.3.1 Cơ sở của phương pháp.

Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo là một phương pháp mới lạ, đểgiải nhanh một số dạng bài tập trắc nghiện hóa học

Cơ sở của phương pháp: Chuyển hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp mới

hoặc hợp chất mới; chuyển dung dịch ban đầu thành một dung dịch mới; gán cho nguyên tố số oxi hóa mới khác với số oxi hóa thực của nó Từ đó giúp cho việc tính toán trở nên dễ dàng và nhanh chống hơn.

Hỗn hợp, hợp chất, dung dịch, số oxi mới được gọi là ảo vì nó không có

trong giả thiết của bài toán

2.3.2 Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa

2.3.2.1 Sử dụng dung dịch ảo.

SO42- Để tạo kết tủa lớn nhất người ta phải dùng 100 ml dung dịch Ba(OH)2 xmol/l Biểu thức tính x theo a và b là:

A x=(a+b)/0,1 B x=(a+b)/0,2 C x=(a+b)/0,3 D x=(a+b)/2.

( Trích Đề thi thử Đại học lần 1-THPT Chuyên Hùng Vương-Phú , năm học 2015-2016)[1]

Hướng dẫn giải

Chuyển ion HCO3- thành 2 ion ảo là CO32- và H+

Chuyển dung dịch X thành dung dịch ảo X’ gồm : a mol Na+; b mol H+, (b+c) mol

CO32- và d mol SO42-

Cho Ba(OH)2 vaò dung dịch X’ sẽ tạo ra kết tủa là BaSO4 và BaCO3 Như vậy,các ion Na+ và H+ đã được thay thế bằng ion Ba2+

Áp dụng bảo toàn điện tích, ta có: 2nBa2+ = nNa+ + nH+ => nBa2+ =(a+b)/2 mol =>

nBa(OH)2=(a+b)/2 mol =>

x=(a+b)/0,2

dung dịch Ca(OH)2 nồng độ a mol/l vào E đến khi thu được lượng kết tủa lớnnhất thì vừa hết V lít dung dịch Ca(OH)2 Biểu thức lien hệ giữa các giá trị V, a,

x, y là

A V=(x+y)/a B V=(x+2y)/a C V=(x+y)2a D V=(2x+y)/a.

(Trích Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2012)[6]

dung dịch Ca(OH)2 nồng độ x mol/l vào A đến khi thu được lượng kết tủa lớnnhất thì vừa hết V lít dung dịch Ca(OH)2 Biểu thức lien hệ giữa các giá trị V, a,

b, x là ( Biết kết tủa tạo ra là CaCO3 và Mg(OH)2 )

A V=(a+2b)/x B V=(2a+b)/x C V=(a+b)x D V=(2a+2b)/x.

(Trích Đề thi thử Đại học lần 1-THPT Cẩm Khê – Phú Thọ,

vào nước, thu được 1,12 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y, trong đó có 20,52 gamBa(OH)2 Hấp thụ hoàn toàn 6,72 lít khí CO2 (đktc) vào Y, thu được m gam kếttủa Giá trị của m là

A 23,64 B 15,76 C 21,92 D 39,40.

(Trích Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2013)[6]

Hướng dẫn giải

Ta biến hỗn hợp 4 chất trong X thành một hỗn hợp trung gian gồm 2 chất là

Na2O và BaO ( bằng cách cho X tác dụng với O2) thì việc tính toán trở nên đơngiản hơn rất nhiều

Theo giả thuyết, ta có:

nH2 = 0,05 mol; nBa(OH)2 = 0,12 mol; nCO2 = 0,3 mol

nelectron trao đổi = nelectron Na, Ba nhường = 4nO2 = 2nH2 => nO2 = 0,025 mol => m( Na2O, BaO) =

Theo bảo toàn nguyên tố Ba, ta có:

nBaO trong X’ = nBa(OH)2 = 0,12 mol => mNa2O trong X’ = mX’ – mBaO= 4,34 gam

Theo bảo toàn nguyên tố Na: nNaOH = 2nNa2O =0,14 mol

Vậy dung dịch Y có 0,14 mol NaOH và 0,12 mol Ba(OH)2 Suy ra:

nOH¯ =nNaOH + 2nBa(OH)2 = 0,38 mol => 1 < nOH¯/nCO2 < 2 => tạo ra cả CO32- vàHCO3-

Vì phản ứng tạo ra cả hai muối, nên sử dụng công thức giải nhanh, ta có:

nOH¯ =nCO2 + nCO3¯ => nCO32- = 0,08 mol < nBa2+ = 0,12 mol

Vậy khối lượng kết tủa là: mBaCO3 = 0,08.197=15,76 gam

Như vậy để chuyển hỗn hợp gồm các kim loại và oxit thành hỗn hợp các oxit thì

ta thêm một lượng oxi là:

Tùy thuộc vào từng bài mà số mol electron có thể tính theo H2, SO2, NO, NO2,…

HCl vừa đủ thu được 2,464 lít H2 (đktc), dung dịch chứa 22,23 gam NaCl và xgam KCl Giá trị của x là:

nO2 = nelectron trao đổi :4 = 2nH2 : 4 = 0,055 mol => mX’ = mX + mO2 = 32,46 gam.

Áp dụng bảo toàn nguyên tố Na và K, ta có:

=> mKCl = 0,44.74,5 = 32,78 gam

vào nước thu được 5,6 lít H2 (đktc) và dung dịch kiềm Y, trong đó có 28 gamNaOH Hấp thụ 17,92 lít SO2 (đktc) vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa.Giá trị của m là:

dịch H2SO4 đặc nóng (dư) Sau phản ứng thu được 0,504 lít khí SO2 (sản phẩmkhử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 6,6 gam hỗn hợp muối sunfat Phần tramkhối lượng của Cu trong X là

dung dịch HNO3 loãng (dư) Sau phản ứng thu được 2,688 lít khí NO (sản phẩmkhử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 42,72 gam hỗn hợp muối nitrat Côngthức của oxit sắt là:

A Fe2O3 B FeO C Fe3O4 D Feo hoặc Fe3O4

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

dung dịch HNO3 loãng (dư) thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ởđktc) và dung dịch X Dung dịch X có thể hòa tan tối đa 12,88 gam Fe(tạo khí

NO duy nhất) Số mol HNO3 có trong dung dịch đầu là

A 0,88 mol B 0,94 mol C 1,04 mol D 0,64 mol

(Trích Đề thi thử Đại học lần 4-THPT Quỳnh Lưu 1- Nghệ An, năm 2011)

Hướng dẫn giải

Tạo hợp chất ảo Fe2O3 và CuO bằng cách cho hỗn hợp M phản ứng với O2

2 3 (Fe,Fe 2 3 , 3 4 , ) 2

3 1,344 11,36 32 12,8

Ví dụ 7: Hỗn hợp X gồm 1 mol Aminoaxit no, mạch hở và 1 mol Amin no, mạch

hở X có khả năng phản ứng tối đa với 2 mol HCl hoặc 2 mol NaOH Đốt cháyhoàn toãn thu được 6 mol CO2, x mol H2O và y mol N2 Các giá trị x, ytuowngứng là

NaOH a

n

min min

2 1

1 1

HCl

a a oaxit

n

amin no, mạch hở, đơn chức, có công thức là CnH2n+1NH2; amino axit là no mạch

hở, có 1 nhóm –NH2 và 2 nhóm –COOH, có công thức là H2NCmH2m-1(COOH)2

Do hai chất có tỉ lệ mol 1:1 nên ta có thể tách 1 nguyên tử H từ CnH2n+1NH2 và 1 nhóm –COOH từ H2NCmH2m-1(COOH)2 rồi hoán đổi vị trí cho nhau, sẽ được hai amino axit là HOOCCnH2nNH2và H2NCmH2mCOOH Vậy coi X là hỗn hợp hai

amino axit no, mạch hở, chứa 1 nhóm –COOH và 1 nhóm –NH2, có công thức phân tử là C H a 2a1O N2 Áp dụng bảo toàn nguyên tố C, ta có:

X nung nóng, sau một thời gian thu được hỗn hợp chất rắn Y và hỗn hợp khí Z Cho toàn bộ Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư, đến phản ứng hoàn toàn, thu được 4 gam kết tủa Mặt khác, hòa tan hoàn toàn Y trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thu được 1,008 lít khí SO2(đktc, sản phẩm khử duy nhất ) và dung dịch chứa

18 gam muối Giá trị của m là

Để chuyển hỗn hợp Y thành hợp chất ảo Fe2O3 thì cần cho Y phản ứng với một lượng oxi là:

Trong phản ứng của X với CO, ta có: CO + O(trong X)  CO2

Suy ra: nO phản ứng = nCO phản ứng = nCO2 tạo thành 3

4 0,04 100

bằng H2SO4 đặc, nóng (dư) thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2(đktc) Thành phần phần trăm khối lượng oxi trong hỗn hợp X và khối lượng muối trong dung dịch Y là:

trong H2SO4 đặc, nóng (dư) thu được dung dịch Y và 4,48 lít khí SO2(đktc) Thêm NH3 dư vào Y, thu được 32,1 gam kết tủa Giá trị của m là:

A 16,8 B 17,5 C 26,75 D 34,45

(Trích đề thi Chuyên Lý Tự Trọng-Cần Thơ- Lần 2-2016)

Hướng dẫn giải

Chuyển hỗn hợp X thành hợp chất ảo FeCl3

Theo bảo toàn nguyên tố Fe, ta có:

34,55

FeCl x Cl X

2.3.2.4 Sử dụng số oxi hóa ảo.

Ví dụ 1: Nung nóng m gam bột Fe với S trong bình kín không có không khí, sau

một thời gian thu được 12,8 gam hỗn hợp rắn X gồm Fe, FeS, FeS2, S Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng, dư thu được 10,08 lít khí

SO2(đktc, sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là

A 5,6 B 8,4 C.11,2 D 2,8.

(Trích đề thi THPT Đại Học Sư Phạm Hà Nội-Lần 4-2015)

Hướng dẫn giải

Bản chất của toàn bộ quá trình phản ứng là Fe và S tác dụng với H2SO4 đặc nóng,

dư Fe và S trong X bị H2SO4 oxi hóa thành 3

Như vậy SO2 được tạo ra trong cả quá trình oxi hóa và quá trình khử

Tuy nhiên để thuận tiệc cho việc tính toán, ta coi số oxi hóa của S trong quá trìnhoxi hóa thay đổi từ 0

S lên mức 6

S



(số oxi hóa ảo)

Áp dụng bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron, ta có:

trong H2SO4 đặc, nóng (dư) thu được Fe2(SO4)3, SO2 và SO2(đktc) Hấp thụ hết

SO2bằng một lượng vừa đủ dung dịch KMnO4, thu được V lít dung dịch Y không màu, trong suốt, có pH=2 Giá trị của V là

+6 Số oxi hóa của S trong H2SO4thay đổi từ +6 về +4 (trong SO2)

Áp dụng bảo toàn electron, ta có: