SKKN xây dựng nhiều cách giải cho một bài toán hóa học

Hiện nay việc giải các dạng bài tập hoá học của học sinh ở trường THCS gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là các dạng bài tập tính toán.. Đa số học sinh không tự giải quyết được các bài tập nà

1 - PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 – Lý do chọn đề tài

“Hiền tài là nguyên khí của quốc gia, nguyên khí thịnh thì thế nước mạnh mà hưng thịnh, nguyên khí suy thì thế nước yếu mà thấp hèn Vì thế các bậc đế vương thánh minh không đời nào không coi việc giáo dục nhân tài, kén chọn kẻ sĩ, vun trồng nguyên khí quốc gia làm công việc cần thiết " câu nói bất hủ đó của Tiến sĩ triều Lê, Thân Nhân Trung đã cho thấy từ thời xa xưa các thế hệ ông cha đã rất coi trọng nhân tài và coi những nhân tài là tương lai của đất nước

Hoá học là bộ môn khoa học tự nhiên mà học sinh được tiếp cận muộn nhất, nhưng nó lại có vai trò quan trọng trong nhà trường phổ thông Môn hoá học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực đầu tiên

về hoá học, rèn cho học sinh óc tư duy sáng tạo và khả năng trực quan nhanh nhạy

Vì vậy giáo viên bộ môn hoá học cần hình thành ở các em một kỹ năng cơ bản, thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng để các em phát triển khả năng nhận thức và năng lực hành động Hình thành cho các em những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu thích khoa học

Học hoá học không những học sinh học lý thuyết mà còn đòi hỏi học sinh vận dụng lý thuyết được học vào giải quyết các bài tập lý thuyết, thực tiễn và thực hành thí nghiệm Hiện nay việc giải các dạng bài tập hoá học của học sinh ở trường THCS gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là các dạng bài tập tính toán Đa số học sinh không tự giải quyết được các bài tập này, một số học sinh chỉ biết làm bài tập một cách máy

móc mà không hiểu được bản chất Chính vì lý do trên tôi chọn đề tài “Xây dựng nhiều cách giải cho một bài toán hóa học” làm SKKN của mình để góp phần nhỏ

nhằm khắc phục tình trạng trên của học sinh, giúp học sinh phát huy tính sáng tạo của bản thân, đồng thời qua đó giúp giáo viên đánh giá cũng như học sinh tự đánh giá kết quả học tập của mình

1.2 – Điểm mới của đề tài

Ngoài việc đưa ra được nhiều cách giải cho một bài toán, đề tài còn đưa ra hệ thống bài tập tự luyện để cho giáo viên và học sinh có thể tự nghiên cứu, tự đánh giá năng lực của bản thân

1.3 – Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu:

- Giáo viên đang giảng dạy môn Hóa THCS Đặc biệt là giáo viên đang giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học THCS

- Học sinh khá giỏi lớp 8 và lớp 9

* Phạm vi nghiên cứu:

- Một số bài tập tổng quát có nhiều cách giải trong chương trình hóa học THCS

2 – PHẦN NỘI DUNG 2.1 – Thực trạng của nội dung cần nghiên cứu

Nâng cao chất lượng dạy học nói chung và chất lượng dạy học Hóa học nói riêng là nhiệm vụ quan trọng nhất hiện nay của giáo viên Hóa học ở các trường phổ thông

Trong dạy học Hóa học, chúng ta có thể nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức của học sinh bằng nhiều biện pháp và nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng, nên đòi hỏi giáo viên phải biết lựa chọn, phối hợp các phương pháp một cách thích hợp để chúng bổ sung cho nhau, nhằm giúp học sinh phát huy tối đa khả năng tư duy độc lập, tư duy logic

và tư duy sáng tạo của mình

Trong quá trình dạy học, việc sử dụng các bài tập sẽ mang lại hiệu quả cao, học sinh tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng, hứng thú học tập,…Tuy nhiên, trong thực tế, việc sử dụng bài tập Hóa học để bồi dưỡng năng lực tự học và phát triển tư duy cho học sinh còn hạn chế nên hiệu quả chưa cao Ngoài ra, quá trình tổ chức phong trào thiết kế, xây dựng các loại bài tập Hóa học, nhất là bài tập có nhiều cách giải trong tổ chuyên môn không được thường xuyên và không mang tính cập nhật

Bài tập Hóa học giúp cho học sinh phát triển năng lực nhận thức, rèn trí thông minh Một bài tập có nhiều cách giải, ngoài cách giải thông thường, quen thuộc còn có cách giải độc đáo, thông minh, sáng tạo, ngắn gọn và chính xác Việc đề xuất một bài tập có nhiều cách giải, yêu cầu học sinh tìm được lời giải hay, ngắn gọn, nhanh trên cơ sở các phương pháp giải toán, các qui luật chung của Hóa học cũng

là một biện pháp có hiệu quả nhằm phát triển tư duy và trí thông minh cho học sinh, qua đó góp phần nâng cao chất lượng dạy và học ở trường

2.2 – Các giải pháp

2.2.1 – Giải pháp 1: Xây dựng các cách giải khác nhau cho một bài toán

Xây dựng các cách giải khác nhau của một bài toán hóa học Tôi đã đưa ra ví

dụ cụ thể về một số bài toán vô cơ và hữu cơ Trong mỗi bài toán tôi xây dựng ít nhất

2 đến 3 cách giải

2.2.1.1 - Bài toán vô cơ

Bài 1: Hòa tan hoàn toàn 2,17 gam hỗn hợp X gồm 3 kim loại A, B, C trong dung

dịch HCl dư thu được 1,68 lít khí H 2 (đktc) và dung dịch Y Cô cạn dung dịch Y thu

được m gam hỗn hợp 3 muối khan ACl 2 , BCl 2 , CCl 3 Tính m.

Hướng dẫn:

Cách 1: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng.

Ta có:

2 1,68 0,075 22,4

H

=> m H2  0,075.2 0,15  gam

Phương trình hóa học:

A + 2HCl    ACl2 + H2 (1)

mol 1 2 1 1

B + 2HCl    BCl2 + H2 (2)

mol 1 2 1 1

2C + 6HCl    2CCl3 + 3H2 (3) mol 1 3 1 1,5 Theo phương trình (1), (2), (3): n HCl 2n H2 0,075.2 0,15 mol Do đó: m HCl 0,15.36,5 5,475 gam Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX  mHCl   m mH2 => m m  X  mHCl  mH2 = 2,17 + 5,475 - 0,15 = 7,495gam Cách 2: Phương pháp tăng giảm khối lượng Ta có:   2 1,68 0,075 22,4 H n mol Phương trình hóa học: A + 2HCl    ACl2 + H2 (1)

mol 1 2 1 1

B + 2HCl    BCl2 + H2 (2)

mol 1 2 1 1

2C + 6HCl    2CCl3 + 3H2 (3)

mol 1 3 1 1,5

Theo phương trình (1), (2), (3):   

2

2 0,075.2 0,15

0,15

Cl HCl

Nên: mCl = 0,15 35,5 = 5,325 mol

Ta thấy: m muoái m X m Cl 2,17 5,325 7,495  g

Cách 3: Phương pháp nhóm nghiệm

Ta có:

2 1,68 0,075

22,4

H

Gọi a, b, c lần lượt là số mol A, B, C tham gia phản ứng

Phương trình hóa học:

A + 2HCl    ACl2 + H2 (1)

mol a a a

B + 2HCl    BCl2 + H2 (2)

mol b b b

2C + 6HCl    2CCl3 + 3 H2 (3)

mol c c 1,5c

Theo bài ra ta có:      

2 1,5 0,075

H

n a b c mol (*)

Ta lại có: mX = a A + b B + c C = 2,17 (**)

Khối lượng muối khan tạo thành:

m = a.(A + 71) + b.(B + 71) + c (C + 106,5)

= a.A + 71a + b.B + 71b + c C + 106,5c

= ( a.A + b.B + c.C ) + 71 (a + b + 1,5c) (***)

Thay (*), (**) vào (***) ta có : mX = 7,495 g

Bài 2: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam hỗn hợp X gồm 2 kim loại A và B cần V lít dung

dịch HCl 2M thu được 8,96 lít H 2 (đktc) và dung dịch Y Cho Y tác dụng với NaOH

dư thu được m gam kết tủa gồm 2 hiđrôxit kim loại.

Tính V và m (biết A, B đều có hóa trị II trong các hợp chất của bài toán này)

Hướng dẫn:

Cách 1: phương pháp nhóm nghiệm

Gọi a, b lần lượt là số mol A, B tham gia

A + 2HCl    ACl2 + H2 (1)

a 2a a a

B + 2HCl    BCl2 + H2 (2)

b 2b b b

ACl2 + 2NaOH    A(OH)2 + 2NaCl (3)

a a

BCl2 + 2NaOH    B(OH)2 + 2NaCl (4)

b b

Số mol H2 tạo thành:

22,4

H

n   mol => a + b = 0,4 (*)

Theo phương trình (1), (2):

nHCl = 2(a + b) = 0,8 mol

Do đó : V = 0,8 : 2 = 0,4 lít

Ta có: mX = a A + b B = 19,2

Khối lượng 2 hiđrôxit kim loại là: m = a (A + 34) + b (B + 34)

= a A + b B + 34 (a + b)

= 19,2 + 34 0,4 = 32,8 gam

Cách 2: phương pháp áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

Gọi a, b lần lượt là số mol A, B tham gia

A + 2HCl    ACl2 + H2 (1)

a 2a a a

B + 2HCl    BCl2 + H2 (2)

b 2b b b

ACl2 + 2NaOH    A(OH)2 + 2NaCl (3)

a a

BCl2 + 2NaOH    B(OH)2 + 2NaCl (4)

b b

Số mol H2 tạo thành:

22,4

H

n   mol => a + b = 0,4 => m H2  0,4.2 0,8  gam

Theo phương trình (1) và (2) ta có:      

2

0,8

2

0,8.36,5 29,2

HCl

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

2

 A.a + B.b + 71a + 71b = 47,6

 A.a + B.b = 47,6 – (71a + 71b) (*)

Khối lượng 2 hiđrôxit kim loại là:

m = a (A + 34) + b (B + 34)

= a A + b B + 34 (a + b) (**)

Thay (*) vào **) ta có: m = 47,6 – (71a + 71b) + 34a + 34b

= 47,6 – 37(a + b) = 47,6 – 37.0,4 = 32,8gam

Cách 3: phương pháp tăng giảm khối lượng

Gọi a, b lần lượt là số mol A, B tham gia

A + 2HCl    ACl2 + H2 (1)

a 2a a a

B + 2HCl    BCl2 + H2 (2)

b 2b b b

ACl2 + 2NaOH    A(OH)2 + 2NaCl (3)

a a

BCl2 + 2NaOH    B(OH)2 + 2NaCl (4)

b b

Số mol H2 tạo thành:

22,4

H

n   mol => n HCl 2.n H2 0,4.2 0,8( mol)

Trong HCl: nCl = nHCl = 0,8 (mol)

Nên: mCl = 0,8 35,5 = 28,4(g)

Ta thấy: mmuối = mX + mCl

= 19,2 + 28,4 = 47,6 (g)

 A.a + B.b + 71a + 71b = 47,6

 A.a + B.b = 47,6 – (71a + 71b) (*)

Khối lượng 2 hiđrôxit kim loại là:

m = a (A + 34) + b (B + 34)

= a A + b B + 34 (a + b) (**)

Thay (*) vào (**) ta có: m = 47,6 – (71a + 71b) + 34a + 34b

= 47,6 – 37(a + b) = 47,6 – 37.0,4 = 32,8gam

Bài 3: Khử hoàn toàn 27,6 gam hỗn hợp Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 ở nhiệt độ cao thì cần dùng hết 11,2 lít CO ở đktc Hãy tính thành phần phần trăm theo khối lượng mỗi oxít sắt trong hỗn hợp ban đầu.

Hướng dẫn:

Cách 1:

Ta có: nCO= 11,2 0,5

22,4 mol

Gọi a là số mol Fe2O3 và b là số mol Fe3O4

Phản ứng: Fe2O3 + 3CO    2Fe + 3CO2 (1)

mol a 3a

Fe3O4 + 4CO    3Fe + 4CO2 (2)

mol b 4b

Theo bài ra ta có hệ phương trình:









oxit

CO

Fe O Fe O

m m m  1603aa4b2320,5b27,6

Giải hệ ta được a = 0,1; b = 0,05

2 3 0,1( ) m 2 3 0,1.160 16

2 3

16

%m Fe O 27,6.100% 57,97%

Cách 2:

Ta có: nCO = 11,2 0,522,4 mol

Phản ứng: Fe2O3 + 3CO    2Fe + 3CO2 (1)

mol a

3  a

Fe3O4 + 4CO    3Fe + 4CO2 (2)

mol 0,5 

4 a  0,5 - a Gọi số mol CO dùng ở phản ứng (1) là a => (0,5 – a ) là số mol CO dùng ở phản ứng (2)

 160 3a + 58.(0,5 - a) = 27,6 => a = 0,3

Từ (1) => nFe O2 3  0,3 0,1 3  mol

3 4  

0,5 0,3

0,05 4

Fe O

2 3

0,1.160

27,6

Fe O

m

%m Fe O 100% %m Fe O 42,03%

Cách 3: Gọi khối lượng của Fe2O3 trong hỗn hợp đầu là: a gam



2 3 160

Fe O

a

Do đó (27,6 – a)g là khối lượng của Fe3O4 

3 4

27,6 232

Fe O

a

Ta có: 11,2 0,5 

22,4

Phương trình phản ứng:

0

mol 160a  3

160

a

0

mol 27,6

232

a



 27,6

58

a



Từ (1) và (2)  n COn CO/ 1 n CO/ 2 

3

a

2 3

224 14a a 16 m Fe O

Vậy %m Fe O2 3 27,616 .100 59,97%

3 4

%m Fe O 100% 59,97% 42,03%

2.2.1.2 Bài toán hữu cơ

Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn 3 gam hợp chất Y chứa các nguyên tố C, H, O thu được

2,24 lít CO 2 (đktc) và 1,8 gam nước Biết 1 gam chất Y chiếm thể tích 0,3733 lít (đktc) Xác định công thức phân tử hợp chất Y.

Hướng dẫn:

Ta có My = 1 22,4 60 / 

0,3733 0,3733 22,4

g mol

Cách 1: Khối lượng cacbon trong (Y): mc = n CO2 12 = 2,24.12 1,2 

22,4  gam . Khối lượng H trong (Y): 2 2 1,8.2 0,2 

18

H H O

Khối lượng O trong (Y): mO = 3 – (mc + mH) = 3 – (1,2 + 0,2) = 1,6 (gam)

Gọi công thức tổng quát của Y là: CxHyOz

Lập tỉ lệ: : : : : 1,2 0,2 1,6: : 1: 2:1

 Công thức nguyên của (Y): (CH2O)n

Mà My = 60  30n = 60  n = 2

Vậy công thức phân tử của (Y) là: C2H4O2

Cách 2: mC = 2,24.12 1,2 

22,4  gam  Số nguyên tử C = 1,2.60 2

mH = 1,8.2 0,2 

18  gam  Số nguyên tử H = 0,2.60 4

3.1  .

mO = 1,6 gam Số nguyên tử O = 1,6.60 2

Vậy công thức phân tử của (Y) là: C2H4O2

Cách 3: Viết phản ứng:

Vì Y cháy sinh ra CO2 và H2O  Y chứa C, H và có thể có O

Gọi công thức tổng quát của (Y): CxHyOz (z có thể bằng 0)

Phản ứng:

0

C H O x O  xCO H O

mol 0,05    0,05x 0,025y

Ta có: nY = 3 0,05 

60 mol .

Từ (1) 

2

2,24

22,4

CO

2

1,8

18

H O

Mà My = 12x + y + 16z = 60  60 24 2 2

16

Vậy công thức phân tử của (Y) là: C2H4O2

Bài 5: Đốt cháy 3 gam một hợp chất hữu cơ A thu được 6,6 gam CO 2 và 3,6 gam

H 2 O

a) Xác định công thức của A, biết khối lượng phân tử của A là 60 đvC.

b) Viết công thức cấu tạo có thể có của A.

Hướng dẫn:

2

CO

m và

2

H O

m tìm được mC và mH ; dựa vào dịnh luật bảo toàn khối lượng sẽ suy ra

trong A có nguyên tố Oxi hay không (vì đốt A    CO2 + H2O nên trong A có thể

có oxi)

Cách 1: nC = n CO2 = 6,6 : 44 = 0,15 (mol).

mC = 0,15 12 = 1,8 (g)

nH = 2n H O2 = 2 3,6 : 18 = 0,4 (mol)  mH = 0,4(g)

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

mA = mC + mH + mO  mO = 3 – 1,8 – 0,4 = 0,8 (g)

Công thức phân tử của A : CxHyOz

3

H

m m m 

1,8 0,4 0,8 3

Giải phương trình trên ta được x = 3 ; y = 8 ; z = 1

Công thức phân tử của A là : C3H8O

Cách 2:

Lập tỉ lệ : x : y : z = : : 1,8 0,4 0,8: : 0,15: 0,4 : 0,05 3: 8:1

12C 1 16H O 12 1 16

Công thức đơn giản nhất của A là : (C3H8O)n

Mặt khác ta có : Phân tử khối của A là 60 đvC nên n = 1 thỏa mãn

Vậy công thức phân tử của A là C3H8O

Cách 3:

Đốt 3 gam A tạo ra 6,6 g CO2 và 3,6 gam nước

Nếu đốt cháy 1mol (60g) A tạo ra x g CO2 và y gam H2O

2

60.6,6 132 132 : 44 3

2

2

Vậy trong 1 mol A có 3 mol C, 8 mol H

Công thức phân tử của A là : C3H8Oz

3.12 + 8 + 16.z = 60 => z = 1

2.2.1.3 - Nhận xét

Việc xây dựng các cách giải khác nhau của một bài toán Hóa học đều phải dựa trên nền tảng chung là học sinh phải nắm vững kiến thức Hóa học, các kỹ năng biến đổi toán học Đặc biệt là phải nắm vững các phương pháp giải toán Hóa học, nhất là các phương pháp giải nhanh như áp dụng các định luật bảo toàn: bảo toàn nguyên tố hóa học, bảo toàn khối lượng,…

Tác dụng quan trọng nhất của việc giải bài toán bằng nhiều cách là giúp học sinh phát triển tư duy, tăng cường tính tự học, tìm tòi nghiên cứu và sáng tao; giúp học sinh yêu thích môn học hơn, tạo cơ sở vững chắc cho sự thành công về sau

2.2.2 – Giải pháp 2: Giới thiệu một số bài toán có nhiều cách giải

Giới thiệu một số bài toán vô cơ và hữu cơ có nhiều cách giải để giáo viên sử dụng vào quá trình dạy học ở các khối lớp 8 và 9 Chúng tôi đã đưa ra một số bài toán

vô cơ và hữu cơ gồm các dạng bài tập cơ bản, trọng tâm, thường gặp bao quát cả chương trình phổ thông và có đáp số của từng bài toán

Bài 1: Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và

Fe2O3 đốt nóng Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được B gồm 4 chất nặng 4,784 gam

Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 9,062 gam kết tủa Tính phần trăm khối lượng Fe2O3 trong hỗn hợp A?

Đáp số: 86,96 g

Bài 2: Tiến hành thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn 96,6 gam hỗn hợp (Al và

một oxit sắt) ở điều kiện không có không khí thu được hỗn hợp rắn X Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch NaOH dư thu được 6,72 lít thoát ra và 50,4 gam rắn không tan Xác định công thức của oxit trên?

Đáp số: Fe 3 O 4

Bài 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 cần 0,05 mol

H2 Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H2SO4 đặc thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn bao nhiêu lít?

Đáp số: 2,24 lít

Bài 4: Cho m gam hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl (dư) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y Cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl2 và 9,75 gam FeCl3 Tính giá trị của m?

Đáp số: 9,12 g

Bài 5: Nung m gam bột Cu trong oxi thu được 24,8 gam hỗn hợp chất rắn X gồm Cu,

CuO, Cu2O Hoà tan hoàn toàn X bằng H2SO4 đặc, nóng thu được 4,48 lít (đktc) khí

SO2 duy nhất Tính giá trị m?

Đáp số: 22,4 g

Bài 6: Cho 8,3 gam hỗn hợp X gồm Al, Fe (nAl = nFe) vào 100 ml dung dịch Y gồm

Cu(NO3)2 và AgNO3 Sau khi phản ứng kết thúc thu được chất rắn A gồm 3 kim loại Hòa tan hoàn toàn chất rắn A vào dung dịch HCl dư thấy có 1,12 lít khí thoát ra (đktc) và còn lại 28 gam chất rắn không tan B Tính nồng độ CM của Cu(NO3)2 và của AgNO3?

Đáp số: 2M và 1M

Bài 7: Hòa tan hoàn toàn 10,44 gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch X và 1,624 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan Tính giá trị của m?

Đáp số: 29,0 g

Bài 8: Hòa tan hoàn toàn 2,44 gam hỗn hợp bột X gồm FexOy và Cu bằng dung dịch

H2SO4 đặc nóng (dư) Sau phản ứng thu được 0,504 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch chứa 6,6 gam hỗn hợp muối sunfat Tính phần trăm khối lượng của Cu trong X?