Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THƯỜNG XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VẬN DỤNG TÍNH BẤT BIẾN ĐỂ GIẢ
Trang 1MỤC LỤC
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 3 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 4
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải
quyết vấn đề
4
2.3.1 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn
hợp axit) không có tính oxi hoá (HCl, H2SO4 loãng …) 4 2.3.2 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn
hợp axit) có tính oxi hoá (HNO3, H2SO4 đặc, nóng …) tạo 1 khí hoặc
2.3.3 Kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với oxi 7 2.3.4 Kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với nước 8 2.3.5 Kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với dung dịch muối 8 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục,
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THƯỜNG XUÂN
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
VẬN DỤNG TÍNH BẤT BIẾN
ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN KIM LOẠI TRONG HÓA HỌC VÔ CƠ
Ở CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC CƠ SỞ
Người thực hiện: Lê Văn Dũng Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THCS Thị Trấn SKKN thuộc môn: Hóa học
Trang 21 Mở đầu
1.1 Lí do chọn đề tài.
Trang 3Hóa học là bộ môn khoa học rất quan trọng trong nhà trường phổ thông nói chung và trường THCS nói riêng Môn hóa học ở cấp THCS cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực đầu tiên về hóa học, là giáo viên bộ môn hóa học thì cần hình thành ở các em học sinh một kỹ năng cơ bản, phổ thông, thói quen học tập và làm việc khoa học để làm nền tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động Có những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác
Môn hóa học là bộ môn khoa học gắn liền với tự nhiên, đi cùng đời sống, sản xuất của con người Việc học tốt bộ môn hóa học trong nhà trường sẽ giúp học sinh hiểu được rõ và giải thích được những hiện tượng, những biến đổi vật chất trong cuộc sống hàng ngày Từ những hiểu biết này giáo dục cho học sinh ý thức bảo vệ tài nguyên thiên nhiên rất hạn chế của Tổ quốc, đồng thời biết làm những việc bảo vệ môi trường sống trước những hiểm họa về môi trường do con người gây ra trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhằm tạo dựng một cuộc sống ngày càng tốt đẹp hơn
Để có một kết quả học tập tốt bộ môn này thì việc giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng Ngoài việc rèn luyện kỹ năng vận dụng, giải thích các hiện tượng, các quá trình hóa học, giúp tính toán các đại lượng: khối lượng, thể tích,
số mol… đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động Bài tập hoá học còn được dùng để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng về hoá học Thông qua giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập
Mỗi bài tập có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh hiểu rõ hơn bản chất của các hiện tượng hoá học
Từ năm 2009 đến nay tôi thường xuyên tham gia ôn thi đội tuyển học sinh giỏi các cấp, tôi nhận thấy rằng việc các em học sinh vận dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết các bài tập hóa học gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là các bài toán khó như bài toán về sắt, các bài toán liên quan đến axit HNO3, H2SO4 đặc Mặt khác, số câu hỏi của đề thi học sinh giỏi nhiều (10 câu) mà thời gian làm bài chỉ có 150 phút Nên khó khăn nhất với học sinh là không đủ thời gian
để giải quyết vấn đề
Chính vì vậy, vấn đề cấp thiết là phải tìm ra phương án giải quyết những vướng mắc trên cả về phương pháp giải lẫn thời gian giải quyết vấn đề cho học
sinh Đó là lý do tôi viết đề tài “Vận dụng tính bất biến để giải các bài toán
Trang 4kim loại trong hóa học vô cơ ở chương trình hóa học trung học cơ sở” nhằm
giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán về kim loại một cách nhanh chóng đồng thời chia sẻ kinh nghiệm về phương pháp giải bài tập với các đồng nghiệp
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Trong hóa học vô cơ những bài toán liên quan tới tính chất của kim loại chính là những bài toán có nền tảng rất quan trọng Tuy nhiên, đại đa số các em vẫn có tư duy tự luận theo cách trình bày cũ, nên sẽ làm chậm quá trình giải quyết vấn đề Phần này tôi sẽ trình bày rõ bản chất tổng quát hay quy luật bất biến của kim loại khi nó tham gia phản ứng hóa học
Đề xuất những ý tưởng để giải nhanh bài toán về kim loại góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn ở trường phổ thông và là hành trang vững chắc
để các em chuẩn bị bước vào kì thi học sinh giỏi các cấp và tạo nền tảng kiến thức vững chắc cho học sinh bước vào trường trung học phổ thông
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Trong đề tài này tôi chọn nội dung kiến thức “Vận dụng tính bất biến để giải các bài toán kim loại trong hóa học vô cơ ở chương trình hóa học trung học cơ sở” nhằm giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán về kim loại một cách
nhanh chóng
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Trong đề tài tôi có sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
Đọc các tài liệu làm cơ sở xây dựng lí thuyết của chuyên đề: tài liệu lí luận dạy học; sách giáo khoa, sách bài tập hóa học; phương pháp giải bài tập hóa
vô cơ; 16 phương pháp và kĩ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm môn Hóa học; một số đề thi học sinh giỏi, đề thi đại học, cao đẳng
+Phương pháp sư phạm
- Phương pháp chuyên gia
Vận dụng phương pháp bài tập để hướng dẫn học sinh giải quyết bài toán Xin ý kiến nhận xét, đánh giá của các giáo viên có kinh nghiệm, giáo viên giỏi về nội dung sáng kiến
- Tìm hiểu chất lượng học sinh ở đội tuyển mình điều tra
- Chọn lớp thử nghiệm và đối chứng kết quả
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
Qui luật:
Trang 5Khi kim loại tham gia vào bất kì một phản ứng hóa học nào đó thì electron trong kim loại sẽ bị bật ra và để đảm bảo tính trung hòa về điện thì phải
có một điện tích âm khác thay thế phần electron bị bật ra đó Đương nhiên là nếu không có phản ứng hóa học thì cũng sẽ không có electron nào bật ra nên không có sự đổi electron nào
Một số trường hợp điển hình:
Kim loại Tác nhân phản
ứng
Điện tích âm thay thế electron
Hợp chất tạo thành Trước Pb (trong
Trước Pb (trong
…
Những sản phẩm khử quan trọng để nhận ra số electron bị bật ra từ kim loại:
Sản phẩm khử Số electron bật ra Sản phẩm khử Số electron bật ra
Về mặt tổng quát trong hóa học vô cơ khi ta cho 2 hỗn hợp chất tác dụng với nhau (Kim loại, oxit, hidroxit, muối…) tham gia phản ứng với một hỗn hợp chất tác nhân nào đó
Nếu xảy ra phản ứng thì chỉ có 3 khả năng xảy ra:
Khả năng 1: Xảy ra quá trình oxi hóa khử (đổi electron lấy điện tích âm) Khả năng 2: Xảy ra quá trình trao đổi ion (đổi điện tích âm lấy điện tích âm)
Khả năng 3: Xảy ra đồng thời cả hai khả năng trên
Lưu ý: Khi thấy các sản phẩm khử như: H2, NO, … thì chắc chắn có quá trình
đổi electron lấy điện tích âm
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
2.2.1 Thuận lợi.
Trang 6Do công tác tại Trường THCS Thị Trấn nằm ngay tại trung tâm văn hóa, kinh tế, chính trị của huyện Thường Xuân, nên có nhiều thuận lợi về điều kiện dạy học, ý thức học tập của học sinh tương đối tốt, phụ huynh học sinh có điều kiện quan tâm, chăm lo cho các em
Đặc biệt các em trong đội tuyển học sinh giỏi có ý thức học tập tốt, chịu khó tìm tòi, học hỏi, các em có kĩ năng tính toán hóa học theo các phương pháp thông thường đã học
Nhà trường luôn tạo điều kiện cho giáo viên có thời gian học tập, tu dưỡng nâng cao trình độ chuyên môn, nghiệp vụ
2.2.2 Khó khăn.
Do đối tượng học sinh là học sinh trung học cơ sở mới tiếp cận với bộ môn hóa học nên còn bỡ ngỡ Mặt khác, các phần kiến thức hóa học ở bậc trung học cơ sở còn ít và chưa đủ sau rộng nên các em còn gặp nhiều khó khăn khi giải quyết các bài toán khó đòi hỏi tư duy logic, bản chất hóa học sâu rộng, kĩ năng tính toán cao
Đa phần học sinh trong đội tuyển thường khó xác định được sản phẩm trong các dạng toán này, không viết được phương trình, khi giải thì bài toán có quá nhiều ẩn…những lí do đó làm cho học sinh bối rối không tìm được cách giải quyết
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
2.3.1 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn hợp axit) không có tính oxi hoá (HCl, H 2 SO 4 loãng …)
+ Với tư duy cũ: Học sinh sẽ viết các phương trình hóa học, đặt ẩn, thiết
lập các phương trình toán học rồi giải.
+ Với tư duy mới: Số mol electron bật ra bằng số electron thay thế.
Ví dụ 1:
Hòa tan hết 1,360 gam hỗn hợp hai kim loại X, Y trong dung dịch H2SO4 loãng, thu được 0,672 lít khí (đktc) và m gam muối Tính m
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: nH2 = 0,03 (mol) ne(khí) = 0,06(mol)
nSO4 2 = 0,03(mol)
m = 1,360 + 0,03.96 = 4,24 (gam)
Vậy: Với tư duy này chúng ta xử lý bài toán một cách gọn nhẹ mà không cần
phải viết phương trình hóa học
Ví dụ 2:
Trang 7Hòa tan 9,14 gam hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl thu được 7,84 lít khí X (đktc) và 2,54 gam chất rắn Y và dung dịch Z Lọc
bỏ chất rắn Y, cô cạn cẩn thận dung dịch Z thu được bao nhiêu gam muối khan
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: nH2 = 0,35 (mol) ne = 0,7(mol)
nCl = 0,7(mol)
BTKL m = 9,14 – 2,54 + 0,7.35,5 = 31,45 (gam)
2.3.2 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hoá (HNO 3 , H 2 SO 4 đặc, nóng …) tạo 1 khí hoặc hỗn hợp khí.
+ Với tư duy cũ: Học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc viết
phương trình hóa học (đặc biệt là xác định sản phẩm, cân bằng phương trình), nên sẽ ảnh hưởng nhiều tới tốc độ làm bài và có thể mắc sai sót trong quá trình tính toán.
+ Với tư duy mới: Số mol electron bật ra bằng số electron thay thế.
Ví dụ 1:
Cho 24 gam Mg tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa a mol HNO3 Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí X gồm các khí N2, N2O có số mol bằng nhau và bằng 0,1 mol Tính giá trị a
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có ngay: nMg = 1 (mol) ne = 2 (mol) BTNT Mg nMg(NO3 )2 = 1 (mol)
nN2 = 0,1 (mol), nN2 O = 0,1 (mol)
8
8 1 , 0 10 1 , 0 2
mol
nHNO3 = 1.2 + 0,025.2 + 0,1.2 + 0,1.2 = 2,45 (mol)
Ví dụ 2:
Hòa tan hết 20,5 gam hỗn hợp Mg, Al, Zn trong dung dịch HNO3 thu được 4,48 lít hỗn hợp khí X gồm NO2, NO, N2O, N2 ở đktc, không còn sản phẩm khử nào khác, trong đó NO2 và N2 có cùng số mol Tỷ khối hơi của X so với H2
là 18,5 Tính khối lượng muối thu được khi cô cạn dung dịch sau phản ứng
Hướng giải quyết vấn đề:
Vì số mol NO2 bằng số mol N2 Ta chuyển 1 O trong NO2 lắp vào N2 khi
đó X gồm 2 khí NO và N2O ( số mol X không đổi)
Khi đó: nX = 0,2 (mol) (NO: 0,1 mol; N2O: 0,1 mol)
BT. e ne = nNO3 (trong muối) = 0,1.3 + 0,1.8 = 1,1 (mol)
BTKL m = 20,5 + 1,1.62 = 88,7 (gam)
Trang 8Ví dụ 3:
Cho m gam hỗn hợp X gồm Mg và Al (có tỉ lệ mol 3:4) vào dung dịch chứa HNO3 loãng dư, sau phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch chứa 8,2m gam muối Biết rằng có 0,3 mol N5+ trong HNO3 đã bị khử Tính số mol HNO3
đã phản ứng
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: (nMg = 3a; nAl = 4a) BT. e ne = 18a
m = 24.3a + 27.4a = 180a
Vậy : 8,2a gồm : Mg, Al, 18a NO3- , 0,3 mol NH4NO3
7,2.180a = 18a.62 + 80.0,3 a = 2/15 (mol)
BTNT N nHNO3 = 2/15.18 + 0,3.2 = 3 (mol)
Ví dụ 4:
Hòa tan hết 21,52 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO và Fe3O4 trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được dung dịch X chứa m gam muối và 4,704 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Tính giá trị của m
+ Đối với dạng toán này thông thường giáo viên thường dạy cho học sinh trình bày theo phương pháp bảo toàn electron.
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: nNO = 0,07 (mol) ne = 0,21(mol)
Bơm thêm 0,105 mol oxi vào X nFe2 O3 =
) ( 145 , 0 160
16 105
,
0
52
,
21
mol
nFe = 0,29(mol) m = 0,29.242 = 70,18 (g)
Ví dụ 5:
Hòa tan 30 gam hỗn hợp một số kim loại vào dung dịch H2SO4 đặc nóng,
dư thu được dung dịch X và 0,15 mol SO2, 0,1 mol S, 0,005 mol H2S Tính khối lượng muối tạo thành sau phản ứng
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: 0,15 mol SO2; 0,1 mol S; 0,005 mol H2S
ne = 0,15.2 + 0,1.6 + 0,005.8 = 0,94 (mol)
nSO 4 2
= 0,47 (mol)
BTKL mMuối = 30 + 0,47.96 = 75,12 (gam)
Ví dụ 6:
Dung dịch A chứa a mol HCl và b mol HNO3 cho A tác dụng với một lượng vừa đủ m gam Al thu được dung dịch B (chỉ chứa một muối) và 7,84 lít
Trang 9hỗn hợp khí C (đktc) gồm NO, N2O và H2 có tỉ khối so với H2 là 8,5 Trộn C với một lượng O2 vừa đủ và đun nóng cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi dẫn khí thu được qua dụng dịch NaOH dư thấy còn lại 0,56 lít khí (đktc) thoát ra Tính giá trị của a,b
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: x (mol) NO; y (mol) N2O; z (mol) H2
x + y + z = 0,35
30x + 44y + 2z = 5,95 x = 0,15 (mol)
y = 0,025 y = 0,175(mol)
BTNT N b = 0,15 + 0,025.2 = 0,2 (mol)
BT. e ne = 0,15.3 + 0,025.8 + 0,175.2 = 1(mol)
BTDT nCl = a = 1(mol)
2.3.3 Kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với oxi.
Ví dụ 1:
Hỗn hợp X chứa 0,03 mol Cu; 0,03 mol Zn; 0,03 mol Mg; và 0,02 mol Al Đốt nóng X trong O2 dư để các phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được tối đa bao nhiêu gam oxit ?
+ Thực tế đối với dạng toán này giáo viên thường hướng dẫn cho học sinh viết các phương trình hóa học, sau đó tính toán theo phương trình hay vận dụng các định luật để giải quyết vấn đề.
+ Nhược điểm của cách làm là mất nhiều thời gian, dễ sai sót.
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: ne = 0,03.2 + 0,03.2 + 0,03.2 + 0,02.3 = 0,24 (mol)
nO = 0,12(mol)
moxit = 0,03.(64 + 65 + 24) + 0,02.27 + 0,12.16 = 7,05(gam)
Ví dụ 2:
Chia hỗn hợp 2 kim loại A, B có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau:
- Phần 1 tan hết trong dung dịch HCl, tạo ra 1,792 lít H2(đktc)
- Phần 2 nung trong oxi thu được 2,84g hỗn hợp oxit
Tính khối lượng hỗn hợp 2 kim loại trong hỗn hợp đầu
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: nH2 = 0,08 (mol) ne = 0,16 (mol)
mhhklo¹i banđÇu=2 (moxit - mO) = 2.(2,84 - 0,08 16) = 3,12(gam)
Trang 102.3.4 Kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với nước.
Ví dụ :
Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X chứa Ca, Ba, Na, K, Li vào trong nước dư thu được dung dịch Y và 3,36 lít khí (đktc) Trung hòa dung dịch Y cần dùng vừa đủ 300 ml dung dịch HCl aM Tính giá trị của a
+ Đối với bài toán này nếu giải theo cách thông thường thì gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí không giải được.
+ Trong đề bài trên ta thấy có cả kim loại hóa trị I và kim loại hóa trị II Nếu viết tất cả các phương trình hóa học thì không đủ điều kiện sử lý bài toán, còn nếu viết phương trình hóa học tương đương thì không viết được do khác hóa trị.
Hướng giải quyết vấn đề:
Ta có: nH2 = 0,15(mol)
ne = 0,3 (mol) nOH = 0,3 (mol)
nH = 0,3 (mol)
a = 1 (M)
2.3.5 Kim loại (hỗn hợp kim loại) tác dụng với dung dịch muối.
Thông thường dạng toán này chúng ta thường áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng để giải quyết bài toán Nhưng trong đề tài này tôi sẽ hướng dẫn cho học sinh theo hướng tư duy, cách giải quyết vấn đề theo hướng khác
Ví dụ:
Điện phân 150 ml dung dịch AgNO3 1M với điện cực trơ trong t giờ, cường độ dòng điện không đổi 2,68A (hiệu suất quá trình điện phân là 100%) thu được chất rắn X, dung dịch Y và khí Z Cho 12,6 gam Fe vào Y Sau khi các phản ứng kết thúc thu được 14,5 gam hỗn hợp kim loại và khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N5+) Tính giá trị của t
+ Vì NO 3 - không bị điện phân và dung dịch luôn trung hòa về điện nên nếu Ag + mất đi thì phải có một ion dương nào đó thay thế vào Và đó chỉ có thể
là H +
Nên ta có ngay: n e = n H = n Ag(bể điện phân)
Hướng giải quyết vấn đề:
Có nNO = a(mol)
BTNT N nFe(NO3 ) 2 = 0,152 a
nH = ne = 4a