Sử dụng tư duy đảo chiều nạp 4 0 phân chia nhiệm vụ h+ giải bài toán HNO3 và h+ trong NO3

NHỮNG CON ĐƯỜNG BIẾN HÓA TINH TẾ TRONG HÓA HỌC Trước hết để có thể hiểu và áp dụng được những con đường biến hóa trong hóa học chúng ta cùng theo dõi s so sánh sau ây:ự so s

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT THIỆU HÓA

-0O0 -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

SỬ DỤNG TƯ DUY ĐẢO CHIỀU NAP 4.0 PHÂN CHIA NHIỆM VỤ H+ GIẢI BÀI TOÁN HNO3 VÀ H+ TRONG NO3

-Người thực hiện: Phạm Thị Lan Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị : Trường THPT Thiệu Hóa SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa Học

THANH HOÁ NĂM 2020

MỤC LỤC

Trang

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài.

- Hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu về chất và sự biến đổi giữa các chất cũng như nghiên cứu các ứng dụng của các chất trong đời sống và trong các vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường Phản ứng hóa học và các hiện tượng của phản ứng là đối tượng chính của hóa học Trong phản ứng hóa học các nguyên

tố được bảo toàn về số mol, khối lượng để giải nhanh một số bài tập thì học sinh không phải chỉ biết các định luật mà phải biết nhìn ra các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập đó

- Trong nội dung chương trình và sách giáo khoa hóa học phổ thông không đề cập sâu cách phân loại, phương pháp giải và phương pháp ứng dụng các định luật bảo toàn vào giải toán hóa học, trong khi để giải các đề thi thì học sinh phải nắm vững các dạng bài tập và phương pháp giải nhanh các dạng bài tập đó

- Trong quá trình học và giải bài tập hầu hết học sinh đều rất lúng túng để nhận ra các dạng bài tập và tìm cách giải thật nhanh

- Trong phân phối chương trình của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo số tiết bài tập lại hơi ít (đặc biệt với các bài tập trắc nghiệm) so với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh

-Trong yêu cầu đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm khách quan, thì khả năng giải toán Hóa Học của các em còn rất nhiều hạn chế, thường các em giải rất dài dòng, nặng nề về mặt toán học không cần thiết thậm chí không giải được vì qúa nhiều ẩn số, nhưng khi nắm được dạng bài và phương pháp giải sẽ giúp các em tìm ra đáp án một cách nhanh chóng

-Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Mỗi bài tập có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Nhưng nếu biết phân dạng và lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải

- Tôi luôn động viên, khuyến khích các em tìm tòi và sáng tạo để bổ sung thêm các bài tập, vì vậy học sinh có năng lực rất hứng thú trong học tập, còn những học sinh yếu, trung bình cũng tìm thấy ở đây những điều cần thiết cho mình

- Đặc biệt trong thời điểm hiện nay vấn đề thi cử cần đi đến đáp án một cách nhanh chóng và chính xác nên việc lựa chọn phương pháp giải toán đạt hiệu quả cao rất đáng quan tâm Để làm được điều đó không thể lúc nào cũng sử dụng tư duy cũ để giải quyết mà cần những lối tư duy mới mang tính đột phá đáp ứng yêu cầu nhanh chuẩn mà vẫn giữ nguyên bản sắc của hóa học là cần thiết Vì vậy tôi mạnh dạn đề xuất và thực nghiệm việc áp dụng phương pháp tư duy đảo chiều hóa học (NAP) để hướng dẫn học sinh giải bài tập hóa học

-Xuất phát từ những lí do trên, cùng với một số kinh nghiệm sau những năm giảng dạy trong năm học 2019 - 2020 này, tôi đã chọn đề tài:

GIẢI BÀI TOÁN HNO 3 VÀ H + TRONG NO 3 - ”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

+ Tìm một phương pháp mới vừa phù hợp với xu thế dạy học chung của các nước tiên tiến, vừa tạo hứng thú học tập cho học sinh

+Mục đích chính là chú trọng đến việc hình thành kiến thức cho học sinh bằng các thí nghiệm tìm tòi nghiên cứu để chính các em tìm ra câu trả lời cho các vấn đề được đặt ra trong cuộc sống thông qua tiến hành thí nghiệm, quan sát, nghiên cứu tài liệu hay điều tra…

1.3 Đối tượng nghiên cứu

+ Lí thuyết chung về axit nitric

- Cấu tạo phân tử axit nitric

- Tính chất vật lí và tính chất hóa học của HNO3

+ Bài tập vận dụng liên quan đến tính chất của HNO3

+ Kĩ năng xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng

+ Kĩ năng vận dụng các định luật bảo: Nguyên tố, khối lượng, điện tích, bảo toàn mol electron trong giải bài tập hóa học

+ Kĩ năng xác định các chất và ion trong hệ sau phản ứng

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của giảng dạy bài axit nitric trong nhà trường

- Nghiên cứu tài liệu, Internet,sách giáo khoa, tham khảo, các đề thi: HSG, ĐH

- Thực nghiệm: Thống kê toán học và xử lý kết quả thực nghiệm

1.5 Những điểm mới của SKKN

Trong bài viết này lần đầu tiên tôi nêu phương pháp dạy một dạng toán quan trọng và quen thuộc nhưng không theo một mô tuýp cũ, phương pháp đã phổ biến mà theo một cách dạy hoàn toàn mới đó là SỬ DỤNG TƯ DUY ĐẢO CHIỀU- NAP để áp dụng vào giải bài toán axit nitric vô cùng quen thuộc trong các đề thi Đại học, Cao Đẳng, Tốt nghiệp và các đề thi học sinh giỏi môn Hóa

Học.Quá trình dạy học theo phương pháp này hoàn toàn khác biệt so với lối tư

duy hóa học cổ điển nó phát huy tính cách nhạy bén và tư duy sáng tạo của học sinh

Giảng dạy theo phương pháp tư duy đảo chiều bắt buộc giáo viên phải năng động, linh hoạt không theo một khuôn mẫu nhất định, không tuân theo lối tư

duy cũ của hóa học

Tại sao tôi khuyến khích và sử dụng tư duy theo kiểu đảo chiều?

Tôi phải thừa nhận rằng thật khó để làm việc gì đó theo cách này khi mà đa số mọi người lại làm theo cách khác Tuy nhiên, các bạn hãy nhớ rằng sự sáng tạo được gọi là sáng tạo vì nó có tính đối lập Một cái gì đó mà ai cũng biết sau đó

ta cũng lại làm tương tự như những gì họ đã biết thì không thể gọi là sự sáng tạo Khi các bạn làm việc hay học tập theo kiểu tư duy đảo chiều khả năng sáng tạo của bạn sẽ được nâng cao rất nhiều và đó là điều tôi mong muốn nhất Trong câu hỏi này tôi muốn nhấn mạnh với các bạn thêm một câu cuối cùng “Nếu không có tư duy sáng tạo thì điều kì diệu sẽ không bao giờ xảy ra”

II NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lí luận

NHỮNG CON ĐƯỜNG BIẾN HÓA TINH TẾ TRONG HÓA HỌC

Trước hết để có thể hiểu và áp dụng được những con đường biến hóa trong

hóa học chúng ta cùng theo dõi s so sánh sau ây:ự so sánh sau đây: đây:

Tư duy hóa học tự luận cổ điển Tư duy hóa học đảo chiều hiện đại

+ Chú tâm đến các phản ứng hóa học

+ Viết các phương trình phản ứng sau

đó dựa vào các phương trình phản ứng

để suy ra các yếu tố cần thiết

+ Mất rất nhiều thời gian để cân bằng

và viết phương trình

+ Bên cạnh đó có nhiều yếu tố của

phương trình ta không cần quan tâm

nhưng vẫn phảiviết đầy đủ trong

phương trình

+ Điều nguy hiểm nhất là nó hạn chế

rất nhiều khả năng sáng tạo của bộ

não vì tính dập khuôn máy móc

+ Xem các bài toán là một hệ kín Nghĩa là các thông số về khối lượng,điện tích được bảo toàn Nó chỉ chuyển hóa lẫn nhau

+ Tốc độ xử lý nhanh vì chỉ cần quan tâm tới các yếu tố cần thiết, không cần quan tâm tới phương trình hóa học + Phát triển được sự sáng tạo của bộ não trong việc tìm ra các hướng giải hay

Làm thế nào để có vận dụng linh hoạt được tư duy đảo chiều?

Luôn xem các bài toán hóa học là một hệ kín Hệ kín là gì? Chúng ta có thể tưởng tượng đơn giản như một cái ao hay hồ nước Trong đó có rất nhiều loại cua,tôm, cá chúng có thể muốn làm gì thì làm nhưng không được vượt ra khỏi cái ao,hồ đó Các bài toán hóa học cũng vậy, khi các chất phản ứng ứng nhau các nguyên tố sẽ chạy từ chất này qua chất khác nhưng khối lượng của nguyên

tố đó không đổi đó là nội dung của định luật “bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố” Một loại hình nữa cũng rất hay được các nguyên tố áp dụng đó là đổi và nhận electron

Vậy khi áp dụng vào Hóa Học thì chúng ta cần những gì?

Tất nhiên các bạn cần phải biết tính chất hóa học liên quan tới cái hệ kín mà ta đang xem xét Tuy nhiên, điều các bạn cần biết là nó có phản ứng với nhau hay không? Sản phẩm tạo ra là chất gì? Vậy là đủ còn phương trình phản ứng của nó thì chúng ta không quan tâm, bởi vì nếu quan tâm thì các bạn lại tư duy theo kiểu “vết xe đổ” chứ không phải “tư duy đảo chiều” mà tôi nói nữa

Nhắc tới hóa học vô cơ nói riêng yêu cầu người học hãy nhớ thật kỹ những vấn đề sau:

2.

1.1 Định luật bảo toàn nguyên tố (ĐLBTNT):

Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố: Trong các phản ứng, quá trình hóa học các nguyên tố luôn được bảo toàn Nghĩa là:

- Tổng số mol nguyên tử của nguyên tố M bất kì trước và sau phản ứng không đổi

- Khối lượng nguyên tử của nguyên tố M bất kì trước và sau phản ứng không đổi

2.

1.2 Định luật bảo toàn khối lượng (ĐLBTKL):

- Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sau phản ứng Nghĩa là: Tổng khối lượng các chất trước phản ứng( mT) Tổng khối lượng các chất sau phản ứng( mS ) ¶ *mT = mS

- Khối lượng hợp chất bằng tổng khối lượng nguyên tử của nguyên tố tạo thành hợp chất đó

2.

1.3 Định luật bảo toàn electron (ĐLBTe):

Nguyên tắc cân bằng phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron: Tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận

Từ đó suy ra hệ quả: Tổng số mol electron nhường bằng tổng số mol electron nhận trong một phản ứng hoặc hệ phản ứng

* n e(nhường) = a n. M = n e(nhận) = b n. X

Với a là số electron M nhường; b là số electron X nhận; nM, nX lần lượt là số mol của M, X

2.

1 4 Về kim loại:

Bản chất của kim loại là gì? – Là khi nó tham gia phản ứng thì nó sẽ nhường các electron ở lớp ngoài cùng (thường là 1, 2 hoặc 3 electron) để nhận lại các ion âm khác Bản chất là trao đổi điện tích âm mà thôi Các electron trong kim loại có thể được đổi thành các ion âm điển hình là:OH-, Cl-,SO42-, NO3-,O2-, CO32-, HCO3-, PO43-

2.

1 5 Về dung dịch:

Luôn tự hỏi: Dung dịch chứa các ion gì? Số mol thế nào? Và hãy nhớ rằng dung dịch thì luôn trung hòa về điện nghĩa là tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm

2.

1 6 Về di chuyển nguyên tố:

Các bạn cần phải biết sau phản ứng các nguyên tố trong hệ kín của chúng ta nó chạy vào chất nào?

2.

1 7 Về số oxi hóa của các nguyên tố trong hệ:

Cuối cùng (sau khi tất cả các phản ứng đã xong) thì những nguyên tố nào thay đổi số oxi hóa? Thay đổi như thế nào?

Tăng hay giảm? Ta luôn có tổng tăng thì bằng bằng giảm

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

2.2.1 Khó khăn:

+ Chủ quan tôi nghĩ rằng thời buổi ngày nay thị trường sách và tài liệu tham khảo nói chung và hóa học nói riêng hỗn loạn chưa từng có Chính vì thế mà học sinh được tiếp xúc với rất nhiều loại tài liệu của nhiều tác giả khác nhau Theo tôi trong số đó thế nào học sinh cũng bị ảnh hưởng bởi một số lỗi tư duy lạc hậu theo kiểu hóa học tự luận cổ điển

+ Tóm lại khó khăn nhất là gì? – Là người dạy hóa và người học hóa bị ảnh hưởng những lỗi tư duy làm hạn chế sự sáng tạo

+ Khắc phục thế nào? Mỗi người một tính cách, một quan điểm, một kiểu nhìn nhận khác nhau Mỗi người phải hiểu chính mình xem mình hợp với cái gì nhất

2 2.2 Thuận lợi:

+ Hiện tại cũng có một số bài báo và sách tham khảo, mạng internet có trình bày các bài tập về phương pháp sử dụng các định luật bảo toàn ở các góc độ

khác nhau, phương pháp tư duy đảo ngược để giải quyết nhiều dạng bài toán hóa học

+ Học sinh năng động sẵn sang tiếp cận và nghiên cứu phương pháp mới, có nhiều hứng thú với phương pháp mới

+ Hiện nay, Bộ GD&ĐT đang thực hiện đổi mới căn bản và toàn diện nền GD trong đó đổi mới phương pháp dạy học là một trong các nhiệm vụ cấp bách

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

2.3.1 Phạm vi áp dụng.

Áp dụng cho giảng dạy các bài tập liên quan đến axit nitric và tính oxi hóa của ion NO3- trong môi trường axit

2.3.2 Giới hạn nội dung

-Chỉ tập trung khai thác tính chất hóa học của axit nitric và tính oxi hóa của ion

NO3- trong môi trường axit

-Tính oxi hóa mạnh : Tác dụng với hầu hết KL, một số PK, hợp chất khử

-Trọng tâm là tính oxi hóa của ion NO3- trong môi trường axit

2.3.3 Biện pháp thực hiện.

2.3.3.1: Cơ sở của phương pháp.

Tư duy đảo chiều hóa học NAP 4.0 phân chia nhiệm vụ H +

Tư duy phân chia nhiệm vụ H+ ( ký hiệu tắt là  H ) là một kỹ thuật rất quan trọng và hay khi chúng ta xử lý bài toán liên quan tới HNO3 và H+ trong NO3- Bản chất là dựa vào các bán phương trình phản ứng sau:

2

( ) H NO e NO H O

( ) H NO e N O H O

( ) H NO e NH H O

( ) H e H



 

 

 

 

2 2

2 2

6 2

8 2

H NO e NO H O

H O H O

H CO CO H O



Khi áp dụng luôn xác định: H+ đã làm những nhiệm vụ gì? Tùy theo đề bài mà H+ có thể làm một hoặc vài nhiệm vụ trong các nhiệm vụ sau:

4 2

2

,NO N N O NH NO

- Biến O trong oxit thành H2O

- Sinh ra khí H2

Chú ý: Với dạng toán này khi đã có H2 bay ra thì 

3

NO chắc chắn phải hết Một vấn đề nữa mà trước đây cũng gây nhiều tranh cãi đó là việc có khí H2 bay ra thì trong dung dịch liệu có muối Fe2+ hay không? Theo đề thi mới nhất của BGD năm 2016 thì khi có H2 bay ra dung dịch vẫn có thể có Fe2+

Tất nhiên, hướng tư duy này chỉ giúp chúng ta giải quyết một phần bài toán chứ không phải luôn giúp ta giải quyết hoàn toàn bài toán Do đó, với các bài toán tổng hợp ta cần kết hợp linh hoạt với những hướng tư duy khác nữa

2.3.3.2 Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Đốt cháy 17,92 gam bột Fe trong oxi, sau một thời gian thu được

m gam rắn X Hòa tan hết m gam X trong dung dịch chứa H2SO4 và NaNO3, thu được 0,12 mol khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và dung dịch Z chỉ chứa các muối sunfat có tổng khối lượng là 66,76 gam Giá trị của m là

A 22,40 gam B 21,12 gam C 21,76 gam D 22,08 gam

Phân tích đề bài :

Fe O Fe FeO O Fe

NO NaNO SO

H2 4 3 0 , 12 66 , 76

4 3 3 2















+ m gốc axit

Định hướng tư duy giải:

Sau khi ta biết số mol 2 

4

SO thì ta biết số mol H+ Với bài toán này H+ chỉ làm hai nhiệm vụ là: Sinh ra khí NO và tác dụng với oxi trong oxit

12 , 0 12

,

0

32

,

0

2 3





 

















SO BTKL NaNO

NO

n

n

n

 n H  0 , 96  4n NO  2n O

76 , 21 16 24 , 0 92 , 17 24

,



 

H n O m

Nhận xét: Với việc kết hợp định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố và phân công nhiệm vụ H + ta giải quyết bài toán một cách nhanh chóng và gọn gàng mà không cần phải viết nhiều PTHH không liên quan đến tính toán.

Ví dụ 2: Cho 8,96 gam bột Fe vào 100 ml dung dịch chứa HCl 3M và FeNO33

xM sau khi phản ứng kết thu được dung dịch X và hỗn hợp 2 khí và 1,12 gam chất rắn không tan Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và NO là sản phẩm khử duy nhất của N+5 Giá trị x là:

Cách giải thông thường:

PT ion rút gọn:

3Fe + 8H+ + 2NO3-   3Fe2+ + 2NO + 4H2O

0,45x 1,2x 0,3x

Fe + 2Fe3+  3 Fe2+

0,05x 0,1x

Fe + 2H+



 Fe2+ + H2

Có 0,45x + 0,05x+ 0,15 -0,6x = 0,14 => x = 0,1

Định hướng tư duy giải:

Vì NO là sản phẩm khử duy nhất nên hai khí phải là NO và H2 Có khí H2 có nghĩa là NO3- đã hết và N chuyển hết vào NO

Vì có Fe dư nên cuối cùng Fe chỉ nhảy lên Fe2+ Các chất nhận e là: NO, H2,

Fe3+

Có nFe dư = 0,02 mol





 







2 4 3 , 0 3 , 0 : 3 , 0 : 16

,

0

:

3 , 0 :

3 , 0

:

2

H x NO Fe

x NO

H

H

 0 , 3 4 0 , 3  0 , 1 1

, 0 3 , 0 3 2

.

14

,



 

Nhận xét: Nếu so sánh hai cách giải trên đối với bài toán này ta thấy cách giải

truyền thống chú trọng viết PTHH tốn nhiều thời gian hơn nhiều so với tư duy phân chia nhiệm vụ H + Do đó nếu trong tình huống thi trắc nghiệm nên sử

dụng tư duy phân chia nhiệm vụ H + giải quyết nhanh chóng Còn trong trường hợp làm bài tự luận nên sử dụng cách giải truyền thống.

Ví dụ 3: Hỗn hợp X gồm Fe2O3, FeO và Cu (trong đó nguyên tố oxi chiếm 16% theo khối lượng) Cho m gam X tác dụng với 500 ml dung dịch HCl 2M (dư), thu được dung dịch Y và còn lại 0,27m gam chất rắn không tan Cho dung dịch AgNO3 dư vào Y, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) và 165,1 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

Phân tích đề bài :

Chất rắn là Cu dư

Cách giải thông thường

Định hướng tư duy giải:

+ Bài toán này muốn dùng tư duy phân chia nhiệm vụ H+ cần phải tìm ra số mol của NO qua các mối liên hệ giữa các ẩn

+ Ở đây tôi đã BTE cho cả quá trình: Tổng số mol e nhường trong Fe2+ là 2a + b (theo BTNT.Fe) lượng e này sẽ điều cho Ag và NO

+ H+ chỉ làm hai nhiệm vụ là sinh ra NO và biến O thành H2O

2 , 0 2 2 , 0 : 1 : 1 , 165

&

:

:

3

2













Ag AgCl c

Cu

b

FeO

a

O

Fe

NO

21875 , 0 25 , 0 05 , 0

1 3

2 , 0 2

4 2 2 3

64

64 72 160

27

,

0

16 , 0 64 72

160

3

16







































 























m c

b b

a b a

a c b a c

c b a

b a

H

Nhận xét: So sánh cách giải thông thường với sử dụng tư duy đảo ngược phân

chia nhiệm vụ H + thì việc áp dụng phân chia nhiệm vụ H + nhanh hơn rất nhiều.

Ví dụ 4: Cho m gam hỗn hợp E gồm Al, MgO, Mg(NO3)2 tác dụng vừa đủ với dung dịch chứa 0,52 mol HCl, kết thúc phản ứng thu được 0,02 mol NO; 0,04 mol H2; dung dịch X chứa (m + 15,06) gam muối trung hòa Cho dung dịch X tác dụng với dung dịch NaOH thì số mol NaOH phản ứng tối đa là?

Định hướng tư duy giải:

-Bài toán này muốn dùng tư duy phân chia nhiệm vụ H+ cần phải tìm ra số mol của H2O qua các việc bảo toàn khối lượng

-Ở đây đã có khí H2 thì không còn NO3- , đồng thời xác định được dung dịch có

NH4+ do bảo toàn nguyên tố H

-Như vậy H+ phải làm các nhiệm vụ: sinh ra NO, NH4+, H2, biến O thành H2O

 

62 , 0 2

, 0 :

52 , 0 : 1

,

0

08 , 0 02

, 0 02

, 0 18

, 0

2

2 4

2

















 





 















 

NaOH Al

BTE

MgO H

NO Mg NH

O

H

BTKL

n NaAlO

NaCl n

n n

n n

Ví dụ 5: Cho m gam hỗn hợp E gồm Al, MgO, Mg(NO3)2 tác dụng vừa đủ với dung dich chứa 0,6 mol HCl, kết thúc phản ứng thu được 0,04 mol NO; 0,04 mol H2; dung dịch X chứa (m + 16,66) gam muối trung hòa Giá trị của m là?

Định hướng tư duy giải:

-Bài toán này muốn dùng tư duy phân chia nhiệm vụ H+ cần phải tìm ra số mol của H2O qua các việc bảo toàn khối lượng

-Ở đây đã có khí H2 thì không còn NO3- , đồng thời xác định được dung dịch có

NH4+ do bảo toàn nguyên tố H