Đa số học sinh còn gặp nhiều khó khăn khi giải bài tập hoá học, đặc biệt là khi gặp phải các dạng bài tập mà phản ứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng với cùng một hiện tượng, học sinh sẽ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN NGUYÊN
- -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ PHẢN ỨNG GIẢI NHANH BÀI TẬP
Người viết: Tào Minh Tiến Chức vụ : Giáo viên
SKKN thuộc môn: Hóa Học
THANH HÓA NĂM 2017
Trang 2MỤC LỤC
Trang
PHẦN I: MỞ ĐẦU 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Mục đích nghiên cứu 2
1.3 Đối tượng nghiên cứu 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu 2
1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 2
PHẦN II: NỘI DUNG 3
2.1 Cơ sở lý luận 3
2.2 Thực trạng vấn đề 3
2.3 Các biện pháp tiến hành 4
2.3.1 Sơ đồ phản ứng 4
2.3.2 Phương pháp bảo toàn 5
2.3.3 Bài tập minh họa 5
2.3.3.1 Muối Al3+ với dung dịch kiềm 5
2.3.3.2 Muối Al(OH)4 - với dung dịch axit 10
2.3.4 Bài tập vận dụng 12
2.4 Kết quả 13
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 15
3.1 Kết luận 15
3.2 Kiến nghị 15
Trang 3Phần I: MỞ ĐẦU
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong chương trình phổ thông, hoá học là bộ môn khoa học tự nhiên rất quan trọng, cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông cơ bản và thiết thực đầu tiên về hoá học Trong đó, bài tập hoá học là một trong những phương tiện dạy học cơ bản để nâng cao chất lượng dạy học bộ môn, giúp học sinh phát triển tư duy, đồng thời vận dụng được kiến thức vào cuộc sống sản xuất cũng như nghiên cứu khoa học Đa số học sinh còn gặp nhiều khó khăn khi giải bài tập hoá học, đặc biệt là khi gặp phải các dạng bài tập mà phản ứng hóa học xảy ra theo nhiều hướng với cùng một hiện tượng, học sinh sẽ càng gặp nhiều khó khăn và lúng túng khi giải quyết, ví dụ như dạng bài muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH)3 [1]
Hiện nay, bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm xuất hiện khá phổ biến trong các bài thi trắc nghiệm Khó khăn lớn nhất khi làm bài thi trắc nghiệm là phân bố thời gian hợp lý, nếu dành quá nhiều thời gian cho một câu học sinh không thể làm câu khác Vì vậy, học sinh cần phải nắm kiến thức một cách nhuần nhuyễn, vận dụng một cách linh hoạt để trong thời gian ngắn nhất có thể tìm ra đáp án của bài toán Muốn làm được điều này thì giáo viên giảng dạy đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc hướng dẫn học sinh nhận dạng
và có cách giải phù hợp với mỗi bài toán
Qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy phần lớn học sinh chưa biết cách sử dụng sơ đồ phản ứng để giải nhanh bài tập về nhôm, vì các giáo viên giảng dạy cũng như các nguồn tài liệu hầu như chưa thấy đề cập về vấn đề này Vì vậy, tôi
đã quyết định chọn đề tài “Tối ưu hóa sơ đồ phản ứng giải nhanh bài tập muối Al 3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH) 4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH) 3 ”.
Trang 41.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Bài tập muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH)3 là kiểu bài tập cùng một lượng kết tủa thu được nhưng lượng kiềm hoặc dung dịch axit cần dùng có thể dùng khác nhau Dựa vào sơ
đồ phản ứng cùng với phương pháp bảo toàn nguyên tố, phương pháp bảo toàn điện tích có thể giúp học sinh giải nhanh các bài tập phần này, giúp tiết kiệm thời gian khi làm bài thi trắc nghiệm so với việc sử dụng phương pháp truyền thống là viết và tính theo phương trình hoá học, đồng thời tránh được sự máy móc thường gặp trong việc sử dụng các công thức tính nhanh trong môn hóa học
1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Xây dựng tổng quát cách giải bài tập muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH)3 khi bài toán định lượng hai chất và yêu cầu tìm chất còn lại
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết
- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin
1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
- Thay vì viết phương trình phản ứng như phương pháp truyền thống thì phương pháp mới tiến hành viết sơ đồ phản ứng một cách ngắn gọn
- Phương pháp mới không phân chia nhiều trường hợp khiến học sinh khó nhớ (như phương pháp đồ thị, công thức tính nhanh… ) mà chỉ sử dụng một cách làm duy nhất cho mọi dạng bài
Trang 5Phần II: NỘI DUNG
2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN
Thực hiện nghị quyết 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục
và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh
tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế Các hình thức kiểm tra đánh giá học sinh đã có nhiều thay đổi, dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ
về phương pháp giảng dạy Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay, trong khoảng thời gian tương đối ngắn (trung bình 1,25 phút/câu), các học sinh phải giải quyết một số lượng câu hỏi và bài tập tương đối lớn, trong đó bài tập toán hóa chiếm một tỉ lệ không nhỏ Số liệu thống kê từ các đề thi minh họa vừa qua cho thấy bài tập toán hóa chiếm khoảng 40% tổng số câu trắc nghiệm của đề thi Do đó việc tìm ra các phương pháp giúp giải nhanh bài toán hóa học có một
ý nghĩa hết sức quan trọng, các bài toán về nhôm và hợp chất của nhôm cũng không nằm ngoài xu hướng này
Đối với dạng bài tập muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH)3 học sinh cần nắm vững được các phản ứng diễn biến theo chiều hướng nào, bài nào cần chia trường hợp và bài nào không cần chia trường hợp Nhưng với sơ đồ phản ứng thì học sinh không còn quá bận tâm đến điều này, bởi với một sơ đồ phản ứng khi đã được tối ưu hóa có thể biểu thị cho tất cả các trường hợp khác nhau Sơ đồ phản ứng là cách viết phương trình phản ứng nhưng không cần phải cân bằng, không cần phải biểu thị các chất không liên quan đến quá trình tính toán Vì vậy, tốc độ làm bài được cải thiện một cách rõ rệt nhưng vẫn đảm bảo được bản chất của các quá trình hóa học diễn ra
2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ
Thực tế với học sinh đại trà để hiểu và nhớ được các trường hợp trong bài tập muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa
Trang 6Al(OH)3 cũng gặp rất nhiều khó khăn Vì vậy trong quá trình làm bài các em cũng còn nhiều lúng túng trong việc nhìn nhận định hướng giải bài, từ đó phải mất nhiều thời gian mà kết quả không cao
Hiện nay để giải quyết các bài toán hóa, học sinh thường phát triển theo hai xu hướng: Một là sử dụng phương pháp truyền thống với việc viết và tính theo phương trình hoá học, phương pháp này tương đối dể hiểu nhưng tốc độ làm bài không cao, không phù hợp với yêu cầu thời gian trong hình thức thi trắc nghiệm Hai là sử dụng các công thức tính nhanh, cách này cải thiện đáng kể về mặt thời gian, nhưng phần lớn học sinh khi áp dụng lại không hiểu rõ bản chất của các quá trình hóa học, vì vậy thường xuyên xảy ra tình trạng “râu ông nọ cắm cằm bà kia” dẫn đến việc không tìm ra được kết quả đúng
Xuất phát từ các cơ sở lí luận và thực tiễn trên, tôi đã thực hiện tối ưu hóa
sơ đồ phản ứng giúp học sinh hiểu được bản chất và chiều hướng của phản ứng muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH)3 Kết hợp với các phương pháp bảo toàn nguyên tố, phương pháp bảo toàn điện tích để giải nhanh dạng bài tập này
2.3 CÁC BIỆN PHÁP TIẾN HÀNH
2.3.1 SƠ ĐỒ PHẢN ỨNG
Dạng bài muối Al3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH)4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH)3 dù diễn biến theo chiều hướng nào đi chăng nữa, cũng chỉ cần cố định một dạng sơ đồ phản ứng cho tất cả các trường hợp
Muối Al 3+ với dung dịch kiềm
OH-Al(OH)3
Al3+
Al3+ hoặc Al(OH)4
Dựa vào tính lưỡng tính của Al(OH)3 có thể kết luận rằng khi tạo thành Al(OH)3 thì trong dung dịch sau phản ứng không chứa OH-
Trang 7- Tùy thuộc vào tỉ lệ mol giữa OH- trước phản ứng với Al(OH)3 tạo thành, kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố mà dự đoán được dung dịch sau phản ứng chứa Al3+ hay Al(OH)4 - [2]
+ nOH - = 3nAl(OH)3 Al3+
+ nOH - > 3nAl(OH)3 Al(OH)4
-Muối Al(OH) 4 - với dung dịch axit
H+ Al(OH)3 Al(OH)4
-Al(OH)4 - hoặc Al3+
- Dựa vào tính lưỡng tính của Al(OH)3 có thể kết luận rằng khi tạo thành Al(OH)3 thì trong dung dịch sau phản ứng không chứa H+
- Tùy thuộc vào tỉ lệ mol giữa H+ trước phản ứng với Al(OH)3 tạo thành, kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố mà dự đoán được dung dịch sau phản ứng chứa Al3+ hay Al(OH)4 -
+ nH + = nAl(OH)3 Al(OH)4
-+ nH + > nAl(OH)3 Al3+
2.3.2 PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN
Sơ đồ phản ứng không cần phải cân bằng như khi viết phương trình phản ứng, thay vào đó là sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố và phương pháp bảo toàn điện tích để tìm mối liên hệ giữa các chất
Phương pháp bảo toàn nguyên tố: Tổng số mol nguyên tố trước phản ứng bằng tổng số mol nguyên tố sau phản ứng
Phương pháp bảo toàn điện tích: Tổng số mol điện tích âm bằng tổng số mol điện tích dương trong dung dịch
2.3.3 BÀI TẬP MINH HỌA
2.3.3.1 MUỐI Al 3+ VỚI DUNG DỊCH KIỀM
Dạng 1: Biết lượng Al 3+ , Al(OH) 3 tính lượng OH
Trang 8-Ví dụ 1: Cho 0,5 lít dung dịch NaOH vào 300 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,2M thu
được 1,56 gam kết tủa Tính nồng độ mol/l của dung dịch NaOH [3]
Giải Cách 1: Phương pháp truyền thống
Trường hợp 1:
6NaOH + Al2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3
tpư 0,06 0,06
nNaOH = 0,06 mol CM NaOH = 0,12M
Trường hợp 2:
6NaOH + Al2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3
NaOH + Al(OH)3 Na[Al(OH)4]
nNaOH = 0,36 + 0,1 = 0,46 mol CM NaOH = 0,92M
Cách 2: Phương pháp mới
Tạo thành Al(OH)3 2 trường hợp
NaOH Al(OH)3
Al2(SO4)3 0,02 0,06 Na+, SO4 2-, Al3+ (hoặc Al(OH)4 -)
0,18 0,1 Bảo toàn nguyên tố nAl3+ = 0,06.2 – 0,02 = 0,1 mol (hoặc nAl(OH)4- = 0,1 mol)
Trang 9Trường hợp 1: Dung dịch chứa Al3+
Bảo toàn điện tích nNa+ = 0,18.2 – 0,1.3 = 0,06 mol CM NaOH = 0,12M
Trường hợp 2: Dung dịch chứa Al(OH)4
-Bảo toàn điện tích nNa+ = 0,18.2 + 0,1 = 0,46 mol CM NaOH = 0,92M
Nhận xét:
- Phương pháp truyền thống dài dòng mất thời gian, không phù hợp với
hình thức thi trắc nghiệm Học sinh thường lúng túng khi định hướng cách làm, dẫn đến bỏ sót trường hợp.
- Phương pháp mới giải quyết nhanh gọn dựa vào sơ đồ phản ứng kết hợp
với các phương pháp bảo toàn Học sinh dễ dàng định hướng được cách làm dựa vào các kết luận đã trình bày ở phần lí thuyết.
Ví dụ 2: Cho V lít dung dịch NaOH 0,4M tác dụng với 58,14 gam Al2(SO4)3 thu được 2,34 gam kết tủa Tính giá trị lớn nhất của V
Giải Cách 1: Công thức tính nhanh
nAl3+ = 0,34 mol; nAl(OH)3 = 0,3 mol nAl(OH)3 < nAl3+ 2 trường hợp
Trường hợp 1: Al3+ dư
nOH- = 3nAl(OH)3 = 0,9 mol VNaOH = 2,25 lít
Trường hợp 2: Al3+ hết
nAl(OH)4- = nAl3+ – nAl(OH)3 = 0,04 mol
nOH- = 3nAl(OH)3 + 4nAl(OH)4- = 1,06 mol VNaOH = 2,65 lít Vmax = 2,65 lít Cách
2: Phương pháp mới
NaOH lớn nhất (tương ứng nOH - > 3nAl(OH)3) Dung dịch chứa Al(OH)4
-NaOH Al(OH)3
Al2(SO4)3 0,3
0,17 Na+, SO4 2-, Al(OH)4
-0,51 0,04
Trang 10Bảo toàn nguyên tố nAl(OH)4- = 0,17.2 – 0,3 = 0,04 mol
Bảo toàn điện tích nNa+ = 0,51.2 – 0,04 = 1,06 mol VNaOH = 2,65 lít
Nhận xét:
- Công thức tính nhanh có nhanh nhưng khó hiểu, mang nặng tính toán và
xa rời lý thuyết Học sinh thường nhầm lẫn khi vận dụng các công thức tính nhanh, bởi mỗi trường hợp là một công thức tính nhanh khác nhau.
- Phương pháp mới bám vào sơ đồ phản ứng, nên vừa đảm bảo được việc
rút ngắn thời gian làm bài vừa nêu bật lên được bản chất của các quá trình hóa học xảy ra Học sinh không phải nhớ quá nhiều, bởi bài toán diễn biến theo chiều hướng nào đi chăng nữa thì sơ đồ phản ứng cũng gần như không thay đổi, chỉ cần vận dụng linh hoạt các phương pháp bảo toàn điện tích và phương pháp bảo toàn nguyên tố là ra kết
quả Dạng 2: Biết lượng OH- , Al(OH) 3 tính lượng Al 3+
Ví dụ 1: Cho 250 ml dung dịch NaOH 2M vào 250 ml dung dịch AlCl3 nồng độ
x mol/l, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 7,8 gam kết tủa Tính x
Giải
nNaOH > 3nAl(OH)3 Dung dịch chứa Al(OH)4
-0,5
NaOH Al(OH)3
4-0,5 0,75x Bảo toàn nguyên tố nAl(OH)4- = 0,25x – 0,1 mol
Bảo toàn điện tích 0,5 = 0,75x + (0,25x – 0,1) x = 0,6M
Ví dụ 2: Thêm 150 ml dung dịch NaOH 2M vào một cốc đựng 100 ml dung
dịch AlCl3 nồng độ x mol/l, sau khi phản ứng hoàn toàn thấy trong cốc có 0,1
Trang 11mol chất kết tủa Thêm tiếp 100 ml dung dịch NaOH 2M vào cốc, sau khi phản ứng hoàn toàn thấy trong cốc có 0,14 mol chất kết tủa Tính x [4]
Giải
Giai đoạn 1: nNaOH = 3nAl(OH)3 Dung dịch chứa Al3+
Giai đoạn 2: nNaOH > 3nAl(OH)3 Dung dịch chứa Al(OH)4
-0,3
Na+, Cl-, Al(OH)4
-0,5 0,3x Bảo toàn nguyên tố nAl(OH)4- = 0,1x – 0,14 mol
Bảo toàn điện tích 0,5 = 0,3x + (0,1x – 0,14) x = 1,6M
Nhận xét
- Với phương pháp mới, dù đề đơn giản hay phức tạp thì cách làm vẫn vậy
hầu như không thay đổi, tạo điều kiện cho học sinh ghi nhớ và vận dụng một cách dễ dàng.
Dạng 3: Biết lượng Al 3+ , OH - tính lượng Al(OH) 3
Ví dụ 1: Trộn 100 ml dung dịch AlCl3 1M với 350 ml dung dịch NaOH 1M thu
được m gam kết tủa Tính m
Giải
nNa+ > nCl- Dung dịch chứa Al(OH)4
-0,35
NaOH Al(OH)3 AlCl3
0,1 Na+, Cl-, Al(OH)4
-0,35 0,3
Trang 12Bảo toàn điện tích nAl(OH)4- = 0,35 – 0,3 = 0,05 mol
Bảo toàn nguyên tố nAl(OH)3 = 0,1 – 0,05 = 0,05 mol mAl(OH)3 = 3,9 gam
Ví dụ 2: Cho 100 ml dung dịch Al(NO3)3 0,2M tác dụng với 150 ml dung dịch
NaOH 0,2M thu được m gam kết tủa Tính m
Giải
nNa+ < nNO3- Dung dịch chứa Al3+
0,03
NaOH Al(OH)3 Al(NO3)3
0,03 0,06 Bảo toàn điện tích nAl3+ = (0,06 – 0,03)/3 = 0,01 mol
Bảo toàn nguyên tố nAl(OH)3 = 0,02 – 0,01 = 0,01 mol mAl(OH)3 = 0,78 gam
Nhận xét:
Đối với dạng bài tập muối Al 3+ với dung dịch kiềm, muối Al(OH) 4 - với dung dịch axit tạo kết tủa Al(OH) 3 điều quan trọng là học sinh cần xác định được dung dịch sau phản ứng chứa Al 3+ hay Al(OH) 4 -
- Cách chia dạng bài như trên chỉ là tương đối, điều quan trọng là học
sinh phải hiểu rõ được sơ đồ phản ứng để nắm vững lý thuyết, từ đó định hướng được cách làm bài Mặt khác, học sinh cũng phải sử dụng thành thạo sơ đồ phản ứng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích để phục vụ cho việc tính toán tìm ra kết quả một cách nhanh chóng Đó là những yêu cầu bắt buộc mà phương pháp mới muốn trình bày.
2.3.3.2 MUỐI Al(OH) 4 - VỚI DUNG DỊCH AXIT
Dạng 1: Biết lượng Al(OH) 4 - , Al(OH) 3 tính lượng H +
Ví dụ: Cho dung dịch HBr vào dung dịch hỗn hợp gồm 0,15 mol KOH và 0,15
mol K[Al(OH)4] thu được 0,12 mol chất kết tủa Tính số mol HBr đã thêm vào
Trang 13Tạo thành Al(OH)32 trường hợp
0,15
K[Al(OH)4] Al(OH)3
KOH K+, Br-, Al3+ (hoặc Al(OH)4-)
Bảo toàn nguyên tố nAl3+ = 0,15 – 0,12 = 0,03 mol (hoặc nAl(OH)4- = 0,03 mol) Trường hợp 1: Dung dịch chứa Al3+
Bảo toàn điện tích nBr- = 0,3 + 0,03.3 = 0,39 mol nHBr = 0,39 mol
Trường hợp 2: Dung dịch chứa Al(OH)4
-Bảo toàn điện tích nBr- = 0,3 – 0,03 = 0,27 mol nHBr = 0,27 mol
Dạng 2: Biết lượng H + , Al(OH) 3 tính lượng Al(OH) 4
-Ví dụ: Cho 0,1 mol HCl vào dung dịch Na[Al(OH)4] thu được 0,06 mol kết tủa Tính số mol Na(AlOH)4
Giải
nH+ > nAl(OH)3 Dung dịch chứa Al3+
x
Na[Al(OH)4] Al(OH)3
x 0,1 x – 0,06 Bảo toàn nguyên tố nAl3+ = x – 0,06 mol
Bảo toàn điện tích 0,1 = x + 3(x – 0,06) x = 0,07 mol
Dạng 3: Biết lượng H + , Al(OH) 4 - tính lượng Al(OH) 3
Ví dụ: Cho 0,8 mol HCl vào dung dịch hỗn hợp chứa 0,2 mol NaOH và 0,3 mol
Na(AlOH)4 thu được m gam kết tủa Tính m [5]
Trang 14nNa+ < nCl- Dung dịch chứa Al3+
0,3
Na[Al(OH)4] Al(OH)3
HCl
0,8 NaOH Na+, Cl-, Al3+
Bảo toàn điện tích nAl3+ = (0,8 – 0,5)/3 = 0,1 mol
Bảo toàn nguyên tố nAl(OH)3 = 0,3 – 0,1 = 0,2 mol mAl(OH)3 = 15,6 gam
Nhận xét:
- Cách làm dạng bài muối Al(OH) 4 - với dung dịch axit tương tự như muối
Al 3+ với dung dịch kiềm.
- Phương pháp mới giúp học sinh dễ hiểu, dễ nhớ, dễ vận dụng đối với cả
hai dạng bài tập này.
2.3.4 BÀI TẬP VẬN DỤNG
Câu 1: Cho từ từ 0,7 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,1 mol Al2(SO4)3 Số mol kết tủa thu được là:
A 0,2 mol B 0,15 mol C 0,1 mol D 0,05 mol Câu 2: Cho V lít dung
dịch Ba(OH)2 0,5M vào 200 ml dung dịch Al(NO3)3
0,75M thu được 7,8 gam kết tủa Giá trị của V là:
Câu 3: Dung dịch A chứa KOH và 0,3 mol K[Al(OH)4] Cho 1 mol HCl vào
dung dịch A thu được 15,6 gam kết tủa Số mol KOH trong dung dịch là: