Kiến thức về sự điện li nằm chủ yếu ở chương đầu của chương trình hóa học 11, nó không chỉ giúp HS hiểu rõ hơn về bản chất, cấu tạo của chất mà còn giải đáp các thắc mắc về các hiện tượng khi các axit, bazơ, muối hòa tan trong nước; đặc điểm của phản ứng xảy ra trong dung dịch nước;... Kiến thức về sự điện li cũng như phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li có vai trò, ứng dụng lớn trong thực tiễn đời sống và sản xuất. Chính vì nhận thức được tầm quan trọng của phần nội dung kiến thức này, cũng như sự cần thiết của việc xây dựng và phát triển các dạng bài tập liên quan nên em lựa chon đề tài: “Xây dựng bài tập chuyên đề sự điện li, phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li” làm đề tài tiểu luận cuối kì kết thúc môn Dạy học bài tập Hóa học phổ thông.
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
KHOA SƯ PHẠM
TIỂU LUẬN
XÂY DỰNG BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ SỰ ĐIỆN LI,
PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI
Hà Nội, tháng 12 năm 2018
Trang 3Nội dung Trang
2 Bài toán xác định axit, bazơ, chất lương tính, chất trung tính theo
hai thuyết A – re – ni – ut và Bron – stêt
11
PHÂN DẠNG BÀI TẬP VỀ SỰ ĐIỆN LI, PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION
TRONG DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI
Đặt vấn đề
Trang 4Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể mà Bộ GD&ĐT công bố gần đây nhấtgây chú ý với quyết tâm xây dựng “chân dung” hoàn toàn mới về HS Đây được xem như
là mục tiêu lớn nhất của chương trình, trên cơ sở đổi mới nội dung, phương pháp và hìnhthức giáo dục, thi, kiểm tra, đánh giá chất lượng giáo dục theo yêu cầu phát triển phẩmchất và năng lực của HS Mục tiêu này hướng đến hình thành cho HS 6 phẩm chất chủyếu và 10 năng lực cốt lõi Trong môn hóa học, việc triển khai, thực thi mục tiêu màchương trình giáo dục tổng thể đưa ra không chỉ dừng ở 6 phẩm chất chủ yếu và 10 nănglực cốt lõi mà còn giúp HS hình thành và phát triển những năng lực đặc thù của bộ môn.Hóa học không chỉ là môn khoa học lí thuyết mà còn là môn khoa học thực nghiệm Việcdạy học không chỉ dừng lại ở mức truyền đạt và lĩnh hội tri thức mà còn học hình thành
và rèn luyện các năng lực như năng lực tính toán, năng lực sử dụng ngôn ngữ hóa học,năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, giúp HS biết vận dụng những kiến thức đã họcvào thực tiễn đời sống Vì vậy, việc sử dụng bài tập hóa học trong dạy học đóng một vaitrò quan trọng Nó giúp HS chứng minh, kiểm nghiệm lại kiến thức đã học đồng thờicũng giúp HS đào sâu và mở rộng kiến thức
Kiến thức về sự điện li nằm chủ yếu ở chương đầu của chương trình hóa học 11, nókhông chỉ giúp HS hiểu rõ hơn về bản chất, cấu tạo của chất mà còn giải đáp các thắcmắc về các hiện tượng khi các axit, bazơ, muối hòa tan trong nước; đặc điểm của phảnứng xảy ra trong dung dịch nước; Kiến thức về sự điện li cũng như phản ứng trao đổiion trong dung dịch chất điện li có vai trò, ứng dụng lớn trong thực tiễn đời sống và sảnxuất Chính vì nhận thức được tầm quan trọng của phần nội dung kiến thức này, cũngnhư sự cần thiết của việc xây dựng và phát triển các dạng bài tập liên quan nên em lựachon đề tài: “Xây dựng bài tập chuyên đề sự điện li, phản ứng trao đổi ion trong dungdịch chất điện li” làm đề tài tiểu luận cuối kì kết thúc môn Dạy học bài tập Hóa học phổthông
Nội dung
I Tóm tắt lí thuyết
Trang 5Lí thuyết về sự điện li và phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li đượctìm hiểu theo 4 phần dưới đây:
Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li ra ion dương và ion âm
- Độ điện li (α¿: Là tỉ số giữa số phân tử phân li ra ion (n) và tổng số phân tửhòa tan (no)
α= n
n o(0 ≤ α ≤ 1)
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện li:
Bản chất của chất điện li
Nồng độ của chất điện li (Co) Khi pha loãng dung dịch, độ điện licủa các chất điện li đều tăng
- Phân loại chất điện li:
Chất điện li mạnh (α=1): Là chất khi tan trong nước, các phân tửhòa tan đều phân li hoàn toàn ra ion Bao gồm các aixt mạnh, cácbazơ mạnh và hầu hết các muối tan trừ CuCl2, HgCl2,
Chất điện li yếu (0<α<1): Là chất khi tan trong nước chỉ có mộtphần số phân tử hòa tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại dướidạng phân tử trong dung dịch Bao gồm các aixt yếu, bazơ yếu, vàmột số muối
- Phương trình điện li là phương trình biểu diễn sự phân li của chất điện li
Axit (mạnh) ⟶ H+¿+anion gốc axit¿
Axit ( yếu ) ⇌ H+¿+anion gốc axit¿
Bazơ (mạnh) ⟶O H−¿+cation kim loại¿
Bazơ ( yếu ) ⇌O H−¿+cationkim loại¿
Muối ⟶Cation kim loại¿
Trang 62 Axit, bazơ, muối
- Axit, bazơ:
Khái niệm Thuyết A-rê-ni-ut Thuyết Bron-stêt
Axit
Axit là chất khi tan trong nước
(H+)
Bazơ
Bazơ là chất khi tan trong nước
Chất
trung
tính
Là những chất không có khả năng nhường và cũng không có khả năng nhận proton
- Axit, bazơ không nhất thiết phải là phân tử, mà cũng có thể
là ion
Hằng số phân li axit, bazơ:
+ Để đánh giá khả năng phân li của chất, ngoài độ điện li α người ta còn dung hằng số phân li K được định nghĩa theo công thức:
Trang 7K=¿ ¿Trong đó [M+] , [A-] và [MA] là nồng độ mol của ion và phần MA còn lại tại thời điểm cân bằng.
Đối với một chất tan nhất định thì K là một hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của dung môi
+ Nếu MA là axit → K gọi là hằng số axit, kí hiệu Ka.+ Nếu MA là bazơ → K gọi là hằng số axit, kí hiệu Kb.+ Nếu MA là phức chất → K gọi là hằng số không bền, kí hiệu Kkb.Công thức liên hệ giữa α và K:
+ Muối axit: Là muối mà anion gốc axit của muối vẫn còn hiđro cókhả năng phân li ra ion H+
Ngoài ra còn có một số loại muối sau:
+ Muối kép: Là muối kết tinh từ dung dịch hỗn hợp hai muối đơngiản
Muối kép = 2 cation + 1 anion
+ Muối hỗn tạp là muối của một kim loại với nhiều loại gốc axitkhác nhau
Muối hỗn tạp = 1 cation + 2 anion
+ Phức chất: là loại hợp chất sinh ra do loại ion đơn (thường là ionkim loại), gọi là ion trung tâm, liên kết với phân tử hoặc ion khác,gọi là phối tử
3 pH của dung dịch
Trang 8- Khái niệm: Là chỉ số để đo nồng độ (đặc, loãng) của dung dịch axit hay bazơ khi nồng độ của dung dịch nhỏ hơn 0,1 M.
4 Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li
- Khái niệm: Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch là phản ứng xảy ra do sựtrao đổi ion giữa các chất điện li để tạo thành chất mới, trong đó, số oxi hóacủa chúng trước và sau phản ứng không đổi
- Điều kiện xảy ra phản ứng: Chỉ xảy ra khi các ion kết hợp được với nhautạo thành ít nhất mội trong các chất sau: chất kết tủa, chất điện li yếu, chấtkhí
- Phản ứng thủy phân của muối:
Không phải dung dịch của tất cả các muối trung hòa đều là những môitrường trung tính (pH = 7) Muối bị thủy phân, gây ra sự thay đổi tính chấtcủa môi trường
Tất cả các muối tan khi cho vào nước đều phân li ra ion, vì phần lớn chúng
là chất điện li mạnh, tuy nhiên chỉ một số ion phân li ra mới cho phản ứngthuỷ phân:
Ion của gốc axit yếu thủy phân trong nước tạo môi trường bazơ
Ion của gốc bazơ yếu thủy phân trong nước tạo môi trường axit
Nếu muối tạo bởi gốc axit mạnh và gốc bazơ mạnh thì không bị thủyphân trong nước, môi trường trung tính
Nếu muối tạo bởi gốc axit yếu và gốc bazơ yếu thì còn tùy vào quá trình cho hay nhận proton mạnh hơn để xác định được môi trường của dung dịch
Dạng muối
Muối trung hòa tạo
bởi:
(Môi trường dung dịch)
Cation của bazơ
Trang 9axit mạnh.
Cation của bazơ yếu
và anion gốc axit
mạnh
Cation của bazơ yếu bị
Cation của bazơ
mạnh và anion gốc
axit yếu
Anion gốc aixt yếu bị
Cation của bazơ yếu
và anion gốc axit
yếu
Cả cation và anio đều
trình thuỷ phân nào chiếm
ưu thế, sẽ cho môi trường axit hoặc bazơ
II Phân loại dạng bài tập
1 Bài toán xác định chất điện li
- Dựa vào lí thuyết về sự điện li để xác định chất đinh lie cũng như phan loạichất diện li mạnh, chất diện li yếu
Loại A vì có H2SO4 là một aixt mạnh
Loại B vì có Ba(OH)2 là một bazơ mạnh
Loại D vì có Al2(SO4)3 là một muối tan
Đáp án: C
- Bài tập vận dụng:
Trang 101) Dãy chất nào sau đây, trong nước đều là chất điện li mạnh?
2) Có 4 dung dịch : Natri clorua, rượu etylic, axit axetic, kali sunfat đều
có nồng độ 0,1 mol/l Khả năng dẫn điện của các dung dịch đó tăngdần theo thứ tự nào trong các thứ tự sau:
Trang 11Do theo phương trình điện li dưới đây, ta thấy chúng là chất nhườngproton (H+).
¿
¿
NaN O3, NaN O2, NaClO , NaF , Ba(N O3)2,CaB r2.
a Theo Bron-stêt số chất và ion có tính chất axit là:
A 10 B 11 C 12 D 9
Trang 12b Theo Bron-stêt số chất và ion có tính chất bazơ là:
N: Số phân tử điện li
No: Số phân tử hòa tan trong dung dịch
n: số mol chất bị điện li tạo ion
no: số mol chất tan trong dung dịch
C: Nồng độc chất bị điện li tạo ion
Co: Nồng độ chất tan trong dung dịch
Trang 131) Xác định nồng độ của các chất trong dung dịch CH3COOH 0,08Mtại thời điểm cân bằng Biết độ điện li α C H3COOH=2%.
3) Hòa tan 3 gam CH3COOH vào nước để được 250 ml dung dịch, biết
độ điện li của CH3COOH là 0,12 Nồng độ mol của ion H+ trongdung dịch là:
A 0,012M B 0,024M C 0,048M D.0,096M
Đáp án: B.
4 Bài toán xác định hằng số phân li
- Hằng số phân li (kí hiệu: K):
Trang 14+ Nếu MA là phức chất → K gọi là hằng số không bền, kí hiệu Kkb.
Công thức liên hệ giữa α và K:
+ Giải phương trình, tìm ẩn số của đầu bài
- Ví dụ minh họa:
1) Trong dung dịch NH3 0,04M có [OH-] = 0,008M Tính độ điện li vàhằng số phân li của NH3
Trang 15N H3+H2O ⇌ N H4+¿+OH− ¿¿
¿
Ban đầu: 0,04 0 0 (M) Điện li: 0,008 0,008 ← 0,008 (M) Cân bằng: (0,04 – 0,008) 0,008 0,008 (M)
Độ điện li: α N H3=0,008
0,04 =0,02.Hằng số phân li: : K=¿ ¿
5 Bài toán áp dụng định luật bảo toàn điện tích
- Định luật bảo toàn điện tích:
+ Nội dung định luật: Trong dung dịch chứa các chất điện li, tổng số molđiện tích dương và âm luôn bằng nhau
+ Công thức chung: ∑mol điệntích¿ ¿
Trong đó: mol điệntích=trị số điệntích số mol iontương ứng
- Hướng dẫn:
+ Xác định thành phần các ion có trong dung dịch (cation và anion)
+ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích
Trang 16+ m muối khan=mcation+m anion (cation và anion tham gia vào quá trình tạo muối).
6 Bài toán xác định pH và môi trường dung dịch
- Hướng dẫn: Với mỗi lại dung dịch, ta áp dụng công thức phù hợp:
+ Đối với dung dịch axit mạnh (α = 1)
pH=−lg¿ ¿
+ Đối với dung dịch bazơ mạnh (α = 1)
pOH =−lg¿ ¿
pH=14− pOH
+ Đối với dung dịch axit yếu (α < 1)
Xét đơn axit yếu: HA ⇌ H+ + A- ; Ka
Trang 17+ Đối với dung dịch bazơ yếu (α < 1)
Xét đơn bazơ yếu: MOH ⇌ M+ + OH- ; Kb
Có [MOH]ban đầu = Cb
Tương tự trường hợp axit yếu, ta có:
NaOH là bazơ mạnh, điện li hoàn toàn nên ta có:
Trang 18CH3COONa là muối tan, điện li hoàn toàn nên ta có:
Trang 194) Trộn 600 ml dung dịch HNO3 0,08 M với 200 ml dung dịch Ba(OH)2
0,14 M Sau phản ứng thu được dung dịch mới có pH bằng baonhiêu?
Trang 20A 84 B 168 C 196 D 200.
Đáp án: B.
0,2M và Ba(OH)2 0,2M Sau phản ứng thu được dung dịch có pH =
+ Sử dụng các công thức liên quan đến pH của dung dịch
+ Sử dụng định luật bảo toàn điện tích:
∑mol điệntích¿ ¿
- Ví dụ minh họa:
1) Dung dịch X gồm các ion: K+ 0,12 mol, Ca2+, Mg2+, NO3
0,4 mol,HCO3 -
0,2 mol Để lượng kết tủa đạt cực đại, người ta dùng vừa đủ
400 ml Na3PO4 Xác định nồng độ mol Na3PO4 cần dùng
Giải:
Trang 21+ Gọi công thức tổng quát của Ca2+, Mg2+ là R2+ có số mol là x.
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích có:
2) Cho dung dịch gồm A các ion: H+ 0,12 mol, Al3+ 0,15 mol, NO3
-0,25 mol, SO42
-x mol Thêm vào dung dịch A 200 ml dung dịch Bchứa Ba(OH)2 1,8 M thu được a gam kết tủa Xác định giá trị của a.Giải:
+ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích có:
Trang 22+ Do sau phản ứng (2) và (3), lượng O H−¿¿ dư (0,15 mol) nên xảy raphản ứng vừa đủ, hòa tan lượng kết tủa Al(OH)3 tạo thành ở phảnứng (3), nên chất kết tủa duy nhất là BaSO4.
Theo phản ứng (1): SO42
-phản ứng hết, Ba2+ dư nên:
n BaSO4=nS O
4 2− ¿ =0,16 (mol).¿
A 1,10 M B 1,15 M C, 2,20 M D 2,25M
Đáp án: A.
III Phương pháp giải bài tập
Sau khi học xong phần thuyết điện li, HS sẽ thu được thêm một vài phương pháp
để giải bài tập về phản ứng của các chất trong dung dịch vô cùng nhanh và hiệuquả
- Thứ nhất là phương pháp viết phương trình ion rút gọn Nếu biết áp dụng hợp líphương trình ion rút gọn vào các bài toán, việc giải bài tập sẽ trở nên nhanh vàđơn giản hơn rất nhiều
- Thứ hai là phương pháp bảo toàn điện tích Phương pháp này dựa trên cơ sở:Nguyên tử, phân tử luôn trung hòa về điện
Trang 23+ Trong nguyên tử: số proton = số electron.
+ Trong dung dịch chất điện li:
∑mol điệntích¿ ¿
IV Ra bài tập theo định hướng mới
Để bắt kịp với những đổi mới cũng như mục tiêu mà chương trình giáo dục phổthông tổng thể do bộ GD&ĐT vừa mới công bố thì ngoài các dạng bài tập quá đỗiquen thuộc với HS từ trước đến nay, việc vận dụng các dạng bài tập theo địnhhướng năng lực mới là rất quan trọng Nó giúp học sinh hình thành và rèn luyệnnăng lực tính toán, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề vàsáng tạo, giúp việc vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn
1 Bài toán sử dụng hình vẽ, sơ đồ
- Bài toán rót từ từ dung dịch kiềm đến dư vào dung dịch chứa a mol muối Al3+
(hoặc Zn2+) Sau phản ứng thù được b mol kết tủa
Với muối Al3+:
Số mol O H−¿¿đã phản ứng có 2 trường hợp:
+ Xuất hiện kết tủa: x=3 b=¿n O H− ¿ =3 n↓¿
+ Xuất hiện kết tủa, sau đó kết tủa tan một phần:
y=4 a−b=¿n O H− ¿ =4 nAl3+ ¿ −n↓¿ ¿
Với muối Zn2+:
Trang 24Số mol O H đã phản ứng có 2 trường hợp:
+ Xuất hiện kết tủa: x=2 b=¿n O H− ¿ =2n↓¿
+ Xuất hiện kết tủa, sau đó kết tủa tan một phần:
y=4 a−2 b=¿n O H− ¿ =4 nZ n2+ ¿ −2 n↓¿ ¿
- Bài toán rót từ từ dung dịch axit đến dư vào dung dịch chứa a mol muối Al O−¿ ¿2
(hoặc ZnO22−¿¿) Sau phản ứng thu được b mol kết tủa
Với muối AlO−¿ ¿2
Số mol H+¿¿
đã phản ứng có 2 trường hợp:
+ Xuất hiện kết tủa: x=b=¿n H+ ¿ =n ↓¿
+ Xuất hiện kết tủa, sau đó kết tủa tan một phần:
y=4 a−3 b=¿n H+ ¿ =4 nAl3+ ¿ −3 n↓¿ ¿
Với muối ZnO22−¿¿:
Trang 25Số mol H+¿¿đã phản ứng có 2 trường hợp:
+ Xuất hiện kết tủa: x=2 b=¿n H+ ¿ =2 n↓¿
+ Xuất hiện kết tủa, sau đó kết tủa tan một phần:
Giải thích các quá trình biến thiên trong đồ thị:
+ Đoạn 1: Không xuất hiện kết tủa, do: H+¿+O H− ¿→ H2O¿
¿
+ Đoạn 2: Đi lên, do sự hình thành Al(OH)3
+ Đoạn 3: Đi xuống, dó sự hòa tan kết tủa Al(OH)3
Trang 26Đáp án : A.
- Bài tập vận dụng:
1) Nhỏ từ từ dung dịch Ba(OH)2 0,2 M vào ống nghiệm chứa dung dịch
Al2(SO4)3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc khối lượng kết tủa theo thể tíchdung dịch Ba(OH)2 như sau:
Gía trị của V gần nhất với giá trị nào sau đây?
2 Bài toán tình huống thực tiễn
Hóa học là môn học gần gũi và gắn liền với thực tiễn, việc lồng ghép bài tậphóa học vào các tình huống thực tiễn giúp HS hiểu rõ hơn về kiến thức đã học
và biết cách áp dụng chúng vào đời sống, sản xuất Đồng thời cũng giúp HShình thành và rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo
- Hướng dẫn:
Đối với dạng bài tập này yêu cầu HS phải đọc kĩ đề, phát hiện được tình huống cóvấn đề có liên quan đến kiến thức đã học Từ đó vẫn dụng kiến thức môn học đểgiải quyết vấn đề
Trang 27ăn với hàm lượng đường cao tạo điều kiện tốt cho việc sản sinh ra các aixtđó.
a Em hãy giải thích tại sao lượng axit trong miệng tăng lại có nguy cơ gâybệnh sâu răng?
b Tại sao những người có thói quen ăn trầu lại tốt cho việc tạo men răng
và có tác dụng ngăn ngừa bệnh sâu răng?
Giải:
a Khi thức ăn còn lưu lại trên răng, dưới tác dụng của vi khuẩn có trongmiệng sẽ tạo ra các axit như axit axetic, axit lactic, làm cho lượng axittrong miệng tăng, nồng độ H+ tăng, pH giảm, làm cho phản ứng sau xảyra: H+¿+O H− ¿→ H2O(2 )¿
¿
Khi xảy ra phản ứng (2) làm nồng độ O H−¿¿
giảm, làm cân bằng (1)chuyển dịch sang trái (theo nguyên lý Lơ Sa- tơ-li-ê), làm men răng bịmòn dần, tạo điều kiện cho bệnh sâu răng phát triển
b Khi ăn trầu, người ta thường quệt vôi tôi (Ca(OH)2) vào trầu, làm tăngnồng độ các ion Ca2+ và O H−¿¿
, làm cân bằng (1) chuyển dịch sang phải(theo nguyên lý Lơ Sa- tơ-li-ê), tốt cho việc tạo men răng
- Bài tập vận dụng:
1) Một mẫu nước chứa Pb(NO3)2 Để xác định hàm lượng Pb2+ người ta hòatan một lượng dư Na2SO4 vào 500,0 ml nước đó Làm khô kết tủa sau phản
(Biết rằng nồng độ chì tối đa cho phép trong nước sinh hoạt là 0,1 mg/ml)
Số gam chì có trong 1 lít nước là: