SKKN thiết kế hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm trong bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học lớp 9

ĐỀ TÀITHIẾT KẾ HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CO 2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC LỚP 9 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU I.. Qua kinh nghiệm giảng dạ

MỤC LỤC PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU

PHÂN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

CHUYÊN ĐỀ 1: CHO KHÍ CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM

I BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG CO2 VỚI DUNG DỊCH KIỀM MOH

Dạng 4: Biết số mol của oxit và bazơ ở dạng tổng quát Xác định muối tạo thành

11

CHUYÊN ĐỀ 2: CHO KHÍ CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM THỔ R(OH)2 (Ca(OH)2, Ba(OH)2)

12

I BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG CO2 VỚI DUNG DỊCH R(OH)2 12

II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MUỐI TẠO THÀNH 12

CHUYÊN ĐỀ 3: CHO KHÍ CO2 TÁC DỤNG VỚI HỖN HỢP DUNG DỊCH MOH VÀ R(OH)2

22

I BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG CO2 VỚI HỖN HỢP MOH VÀ R(OH)2

22

Dạng 1: Nếu kết tủa không cực đại (n RCO3< n R(OH)2) Lúc này biện luận bài toán theo 2 trường hợp:

22

luận bài toán theo 3 trường hợp:

24

IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM 26 1: Bảng 1: so sánh trước và sau khi áp dụng đề tài 26

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27

PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CO 2

TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH

GIỎI HÓA HỌC LỚP 9 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đại hội lần thứ XI của Đảng đã nêu rõ: “Giáo dục và đào tạo cùng với công nghệ là quốc sách hàng đầu” Để đáp ứng mục tiêu đó, môn Hoá Học ở trường THCS có vai trò quan trọng trong việc thực hiện đào tạo bậc học, cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thông, chuẩn bị cho học sinh kiến thức để học lên và có kỹ năng trong cuộc sống

Mục tiêu của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm góp phần thực hiện mục tiêu đổi mới nền giáo dục nước nhà Theo Luật Giáo dục Việt Nam, tại Điều 4 có chỉ rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động,

tư duy sáng tạo của người học, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên”; Muốn đổi mới giáo dục thì phải đổi mới cách dạy và cách học, người giáo viên cần coi trọng việc hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh, đặc biệt là năng lực

tư duy, năng lực hành động Cần tạo điều kiện cho học sinh có ý thức và biết vận dụng tổng hợp kiến thức vào cuộc sống thực tiễn, đồng thời chú ý rèn luyện cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo; chú ý các thao tác tư duy cơ bản như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá…

Như vậy, muốn đổi mới phương pháp dạy học phải chống thói quen áp đặt, truyền thụ kiến thức theo một chiều mà phải tạo cơ hội cho học sinh phát hiện kiến thức và tiếp cận kiến thức để giải quyết vấn đề một cách linh hoạt và sáng tạo

Qua kinh nghiệm giảng dạy của bản thân và ý kiến của một số giáo viên cùng chuyên môn nhận thấy bản chất của phản ứng giữa oxit axit CO2 với dung dịch kiềm rất phức tạp, khó hiểu nên học sinh thường lúng túng khi gặp các bài toán có liên quan đến phản ứng giữa CO2 với dung dịch kiềm

Trong 12 năm công tác giảng dạy và 10 năm bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 9 ở trường THCS, tôi nhận thấy trong đề thi học sinh giỏi của các năm, học sinh vẫn còn nhiều lúng túng trong việc giải các dạng bài toán oxit axit CO2 tác dụng với dung dịch kiềm Trong khi loại bài tập này không thể thiếu trong chương trình hoá học trung học cơ sở, đặc biệt trong bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã tìm tòi, nghiên cứu tư liệu và tham khảo

ý kiến của đồng nghiệp nên tôi đưa ra đề tài: “Thiết kế hệ thống bài tập và phương

hóa học lớp 9 ” nhằm giúp các em khắc phục những sai lầm và biết cách giải dạng

bài tập này một cách hiệu quả, đạt kết quả cao trong các kỳ thi

II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu bản chất và các dạng bài tập về phản ứng CO2 tác dụng với dung dịch kiềm của kim loại hóa trị I (MOH) và kim loại hóa tri II R(OH)2

III PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu chỉ áp dụng cho học sinh khá giỏi và đặc biệt dành bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi môn hóa học lớp 9 cấp thị xã và thi học sinh giỏi cấp

tĩnh và cấp cao hơn.

IV MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nhằm mục đích làm rõ bản chất của phản ứng giữa oxit axit CO2 với dung dịch kiềm, qua đó hình thành cho học sinh kĩ năng giải bài toán hoá học có liên quan đến phản ứng hoá học này Đề tài nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo trong giải toán hóa học của học sinh, góp phấn nâng cao chất lượng và kết quả của đội tuyển học sinh giỏi

2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

- Thiết kế hệ thống bài tập CO2 tác dụng với dụng dịch kiềm

- Xác định phương pháp giải bài tập CO2 tác dụng với dụng dịch kiềm trong bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học 9

V GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

- Dự kiến: Đề tài được thiết kế sau đó lấy ý kiến của giáo viên dạy hóa học trong tổ chuyên môn, dạy thể nghiệm cho đối tượng học sinh khá giỏi và đội tuyển học sinh giỏi cấp thị

- Dự báo: Đề tài sẽ áp dụng có hiệu quả đối với ôn thi học sinh giỏi các cấp

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong đề tài, tôi vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học như:

- Phương pháp phân tích lý thuyết để tìm ra cơ sở lý luận

- Phương pháp khảo sát để rút ra kết luận

- Phương pháp phân tích kết quả thực nghiệm

- Phương pháp so sánh và thống kê toán học…

Tham khảo tài liệu để thiết kế nội dung bài tập và trực tiếp giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi, trao đổi với giáo viên có kinh nghiệm, trò chuyện với học sinh, kiểm tra đánh giá và so sánh kết quả của các lần thi

VII ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI

- Góp phần làm sáng tỏ bản chất của CO2 tác dụng với dụng dịch kiềm

- Thiết kế được bài tập CO2 tác dụng với dụng dịch kiềm

- Xây dựng phương pháp giải bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm trong bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học 9

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CƠ SỞ LÝ LUẬN

- Giải bài tập hóa học là sự kết hợp giữa hiện tượng và bản chất hóa học với các kỹ năng về toán học tuy nhiên muốn giải chính xác một bài toán hóa học thì trước tiên phải viêt đầy đủ và chính xác các phương trình hóa học xẩy ra

- Trong hệ thống các bài tập hóa học nâng cao có rất nhiều loại bài tập mà bản chất của phản ứng rất phức tạp, học sinh thường viết thiếu phương trình phản ứng hoặc xác định sai về sản phẩm, do đó không thể có kết quả chính xác Một trong các loại bài tập phức tạp đó là về CO2 tác dụng với dụng dịch kiềm Để giải tốt bài tập này thì học sinh phải hiểu bản chất của phản ứng

II CƠ SỞ THỰC TIỄN

- Trong quá trình giảng dạy học sinh thường gặp vướng mắc trong quá trình giải Vì thế các em rất thụ động và không có hứng thú, một số học sinh có kỹ năng tính toán nhanh nhưng hiểu sai bản chất dẫn đến kết quả sai

- Từ những vướng mắc của học sinh, và nhiều năm ôn thi học sinh giỏi tôi đưa

ra đề tài “Thiết kế hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm trong bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học lớp 9”

III NỘI DUNG BÀI TẬP

CHUYÊN ĐỀ 1 CHO KHÍ CO 2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM MOH (NaOH, KOH)

I BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG CO 2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MOH

Giả sử dẫn V lít CO2 vào dung dịch chứa b mol MOH

- Đầu tiên tạo ra muối trung hòa

CO2 + 2MOH M2CO3 + H2O (1)

- Nếu CO2 dư thì M2CO3 bị tan ra tạo thành muối axit

CO2 + M2CO3 + H2O 2MHCO3(2)

- Tổng hợp (1) và (2) ta có phương trình

CO2 + MOH MHCO3(3)

II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MUỐI TẠO THÀNH

Đặt: T =

2

MOH CO

n

b a

T  1 b  a Muối axit MHCO3 T < 1 thì CO2 dư

1 < T < 2 a < b < 2a Hỗn hợp 2 muối Vừa đủ

T  2 b  2a Muối trung hòa M2CO3 T > 2 thì R(OH)2 dư

III CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬN DỤNG CỤ THỂ

muối thu được

CO2 + 2MOH M2CO3 + H2O (1)

CO2 + MOH MHCO3(2)

1 Cơ sở lí thuyết

- Tính số mol chất đã cho

- Lập tỷ lệ số mol các chất : Đặt: T =

2

MOH CO

n

b a

+ T≥ 2 thì tạo muối trung hòa (chỉ phản ứng 1 xảy ra)

+ T ≤1 thì tạo thành là muối axit (chỉ phản ứng 2 xảy ra)

+ 1< T < 2 thì tạo ra hỗn hợp hai muối (cả phản ứng1 và 2 xảy ra)

- Viết phương trình phản ứng

- Tính toán theo yêu cầu bài ra

2 Bài tập minh họa

Bài tập 1: Cho 6,72 lit CO2 (đktc) hấp thụ hết vào 800 ml dd NaOH 1M Tính khối lương chất rắn thu được khi cô cạn dd?

Hướng dẫn

2

CO

4 , 22

72 , 6

 (mol), nNaOH = 0,8.1= 0,8 (mol)

T =

2

0,8 2 0,3

NaOH

CO

n

n   → Muối tạo thành là muối trung hòa nNaOH dư

Ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

0,3 0,6 0,3 0,3 (mol)

nNaOH dư = 0,8 - 0,6 = 0,2 mol

mrắn =mNaOH (dư) +

Na CO

m = 0,2 40 + 0,3 106 = 39,8 (gam)

Bài tập 2 Hấp thụ 4,48 lít CO2 (đktc) vào 100 gam dd NaOH 16% Tính nồng độ dd sau phản ứng?

Hướng dẫn

2

CO

n

= 22 , 4 0,2

48

,

4



(mol) nNaOH = 0 , 4

40 100

100 16

 (mol)

T =

2

0, 4

2

0, 2

NaOH

CO

n

n   → phản ứng chỉ tạo ra Na2CO3 , NaOH phản ứng hết

Ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

0,2 0,4 0,2 0,2 (mol)

2 3

Na CO

m

= 0,2.106 = 21,2 (gam)

mdd = 100 + 0,2.44 = 108,8 (gam)

C%Na2CO3= 19 , 5 %

8 , 108

% 100 2 , 21



Bài tập 3: Nhiệt phân 20 gam CaCO3 rồi dẫn từ từ khí sinh ra vào cốc chứa 100ml

dd KOH 1M Tính khối lượng sản phẩm thu được ( giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn)? (Trích đề thi học sinh huyện Kỳ Anh)

Hướng dẫn

3

CaCO

n

= 100 0,2

20

 (mol) , nKOH = 0,1 (mol)

Ptpư: CaCO3  t0 CaO + CO2

0,2 0,2 0,2 (mol)

T =

2

0,1

0,5 1

0, 2

KOH

CO

n

n    → phản ứng chỉ tạo ra KHCO3, CO2 dư

Ptpư: CO2 + KOH KHCO3

0,1 0,1 0,1 (mol)

mKHCO3

= 84.0,1 = 8,4 gam

Bài tập 4: Cho 8,96 lit khí CO2(đktc) tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 3M Hãy tính khối lượng các muối tạo thành sau phản ứng

Hướng dẫn

2

CO

4 , 22

96 , 8

 (mol) , nNaOH = 0,2.3 = 0,6 (mol)

T =

2

0,6 1,5

0, 4

NaOH

CO

n

n   → 1 < T < 2 → tạo ra hai muối.

Ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O (1)

x 2x x x (mol)

CO2 + NaOH NaHCO3 (2)

y y y (mol)

Gọi x là số mol CO2 ở pt (1), gọi y là số mol CO2 ở pt (2)

Ta có hệ x + y = 0,4 x = 0,2mol =

2 3

Na CO

n

2x + y =0,6 y = 0,2 mol =

3

NaHCO

mNa CO2 3 = 0,2 106 =21,2 (gam) ;

mNaHCO3

= 0,2 ,84 = 16,8 (gam)

Bài tập 5: Cho 3,36 lit khí CO2(đktc) tác dụng với 100 ml dung dịch KOH 1,5M Hãy tính khối lượng các muối tạo thành sau phản ứng?

Hướng dẫn : nCO2

= 22 , 4 0,15

36 , 3



(mol), nKOH = 0,1.1,5 = 0,15 (mol)

T =

2

0,15

0,15

NaOH

CO

n

T

n     tạo ra muối axit

Ptpư: CO2 + KOH KHCO3

0,15 0,15 0,15 (mol)

mKHCO3

= 0,15 100 = 15 (gam)

Dạng 2: Bài toán cho số mol MOH và số gam chất thu được sau phản ứng, yêu

1 Cơ sở lí thuyết

Tính số mol chất đã cho

Xét hai trường hợp

- Nếu sau phản ứng MOH hết xét 3 trường hợp:

+ Tạo ra hai muối

+ Tạo ra muối trung hòa

+ Tạo ra muối axit

- Nếu sau phản ứng MOH dư

2 Bài tập minh họa

Bài tập 1: Hấp thụ V lit khí cácboníc ở (đktc) vào 300 ml dd NaOH 1M Cô cạn cẩn

thận dd sau phản ứng thu được 14,6 gam chất rắn Tính V? (Trích tuyển tập các đề thi học sinh giỏi, tác giả: Đào Hữu Vinh)

Hướng dẫn

NaOH

n = 0,3 1 = 0,3 (mol)

+ Sau phản ứng NaOH hết

- Nếu phản ứng chỉ tạo Na2CO3

Ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

0,15 0,3 0,15 0,15 (mol)

Na CO

m

= 106 0,15 = 15,9 (gam) > 14,6 (gam) (loại)

- Nếu phản ứng chỉ tạo ra NaHCO3

Ptpư: CO2 + NaOH NaHCO3

0,3 0,3 0,3 (mol)

3

NaHCO

m = 84.0,3 = 35,2 9gam) > 14,6(gam) (loại)

- Nếu phản ứng tạo ra cả hai muối NaHCO3 và Na2CO3, 15,9 < m < 25,2 loại

+ Sau phản ứng NaOH dư tạo ra muối trung hòa

Ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

x 2x x x (mol)

NaOH

n dư = 0,3 - 2x

Ta có : 106x + 40.(0,3 - 2x) = 14,6 giải ra x = 0,1 (mol)

VCO2 = 0,1 22,4 = 2,24 (lít)

mol MOH ?

1 Cơ sở lí thuyết

Tính số mol chất đã cho

Xét hai trường hợp

- Nếu CO2 dư

- Nếu CO2 hết xét 3 trường hơp: + Tạo ra hai muối

+ Tạo ra muối trung hòa

+ Tạo ra muối trung hòa và MOH dư

2 Bài tập minh họa

Bài tập 1: Nhiệt phân hoàn toàn 59,1 gam BaCO3 Dẫn từ từ khí sinh ra qua 200ml

dd NaOH thu được dd A Cô cạn từ từ dd A ở điều kiện thích hợp để nước bay hơi hết, thu được 16,8 gam chất rắn B Tính nồng độ mol của dd NaOH? (Trích tuyển tập các đề thi học sinh giỏi, tác giả: Đào Hữu Vinh)

Hướng dẫn

nBaCO3 = 0 , 3

197

1 , 59

 (mol) ptpư: BaCO3 BaO + CO2

0,3 0,3 0,3 (mol)

ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

CO2 + NaOH NaHCO3

+ Nếu CO2 hết:

- Nếu tạo ra Na2CO3 : mB = 106.0,3 = 31,8 gam > 16,8 loại

- Nếu tạo ra cả hai muối NaHCO3 và Na2CO3 thì 25,2 < mB < 31,8 loại

- Nếu NaOH dư: mB = mNa CO2 3  mNaOH dư > 31,8 loại

+ Nếu CO2 dư, phản ứng tạo ra NaHCO3:

3

84

8 , 16

 (mol)

NaOH

M

C = 00,,22 = 1M

sau phản ứng?

1 Cơ sở lí thuyết

Viết pt hóa học

Biện luận các chất thu được theo 5 trường hợp sau:

+ Nếu T > 2

+ Nếu T = 2

+ Nếu T < 1

+ Nếu T = 1

+ Nếu 1 < T < 2

2 Bài tập minh họa

Bài tập 1: Cho a mol CO2 từ từ đi qua dd chứa b mol NaOH, thu được dd X Hãy cho biết dd X gồm những chất nào, số mol của mỗi chất ? (Trích tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi, tác giả: Vũ Anh Tuấn)

Hướng dẫn

ptpư: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O (1)

CO2 + NaOH NaHCO3 (2)

Biện luận 5 trường hợp xảy ra;

+ Nếu: T >2 → b > 2a Thì dd tạo ra chứa a mol: Na2CO3; NaOH dư = b - 2a (mol) + Nếu: T = 2 → b =2a thì dd X chứa b=2a mol Na2CO3

+ Nếu: T < 1 → a >b thì dd X chứa b mol NaHCO3 ; CO2 dư a - b (mol)

+ Nếu : T = 1 → a=b thì dd X chứa a=b mol NaHCO3

+ Nếu : 1 <T <2→b2 < a < b thì dd X chứa b - a mol Na2CO3 ;

2a - b mol NaHCO

CHUYÊN ĐỀ 2:

CHO KHÍ CO 2 ) TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM DẠNG R(OH) 2

I BẢN CHẤT CỦA PHẢN ỨNG GIỮA CO 2 VỚI DUNG DỊCH R(OH) 2

Giả sử dẫn V lit CO2 ở đktc vào dung dịch chứa b mol kiềm R(OH)2, phản ứng xảy ra theo trình tự sau:

Đầu tiên, phản ứng tạo ra muối trung hòa, đến khi nRCO3 = nR(OH) 2 = b thì kết tủa đạt cực đại

CO2 + R(OH) RCO3 + H2O (1)

b b b b (mol)

Nếu tiếp tục sục khí CO2 (hoặc SO2) vào thì kết tủa RCO3 bị tan dần và chuyển thành muối axit R(HCO3)2 Khi nCO2 = 2b thì kết tủa tan hoàn toàn

CO2 + H2O + RCO3 R(HCO3)2(2)

b b b b (mol)

Tổng hợp (1) và (2) ta có phương trình chung:

2CO2 + R(OH)2 R(HCO3)2 (3)

2b b b (mol)

Như vậy, tùy thuộc vào số mol của kiềm và oxit axit mà muối tạo thành có thể

là muối trung hòa hoặc muối axit hoặc cả 2 muối

+ Nếu chỉ tạo ra muối trung hòa thì chỉ có phản ứng (1)

+ Nếu chỉ tạo ra muối axit thì chỉ có phản ứng (3)

+ Nếu tạo ra hỗn hợp 2 muối thì xảy ra cả phản ứng (1) và (2)

II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MUỐI TẠO THÀNH

Bài tập 4: Dẫn 10 lít hỗn hợp khí A gồm CO và CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch Ba(OH)2 2M Cô cạn hỗn hợp sản phẩm thu được 42,5 gam muối Tính % thể tích mỗi khí trong hỗn hợp A Biết H = 100% (Trích đề thi chuyên Phan Bội Châu)

Hướng dẫn:

Vì đề cho 42,5 gam muối là khối lượng muối chung nên có các trường hợp sau: + TH1: 42,5 gam chỉ toàn là muối BaCO3

=> n BaCO 3= 42,5197 0, 22mol; nBa OH( )2= 0,2 (mol)

ptpư: CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O

0,22 0,22 0,22 0,22 (mol) Theo ptpư: nBa OH( )2= 0,22 > 0,2 => Vô lý.

+ TH2: 42,5 gam chỉ toàn là muối Ba(HCO3)2