SKKN giúp học sinh phân dạng và giải nhanh một số dạng toán đồ thị điển hình trong hóa học vô cơ

Với hình thức thi trắc nghiệmnhư hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán hóa học là yêu cầu hàng đầu củahọc sinh, yêu cầu phải tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh nhất, nó

MỤC LỤC

A Mở đầu……… ……… 01

I Lí do chọn đề tài 01

II Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 02

III Đồi tượng nghiên cứu ……….……… 02

IV Phạm vi áp dụng 02

V Phương pháp ……… 02

B Giải quyết vấn đề……… ……….… ……… 03

I Thực trạng 03

II Giải pháp 03

Phần 1: Cơ sở lí luận về phương pháp đồ thị - Tính chất các chất… 03

Phần 2: Một số dạng bài toán về đồ thị ………… 05

Ca(OH) 2 , Ba(OH)2 KOH, NaOH - Dạng 1: Sục CO2 vào dung dịch hỗn hợp: 05

- Dạng 2: Cho từ từ OH- (NaOH, KOH) vào dung dịch chứa Al 3+ hoặc cho từ từ OH- (NaOH, KOH) vào dung dịch chứa (Al3+, H+) 08

- Dạng 3: Cho từ từ H+ (HCl, HNO3, H2SO4) vào dung dịch hỗn hợp chứa − AlO 2 và OH- 13

- Dạng 4: Một số bài toán đồ thị đặc biệt 16

C Kết luận ……….…….……….……… 20

I Kết quả đạt được và bài học kinh nghiệm ……… 20

II Kiến nghị và đề xuất……….……… 20

D.Tài liệu tham khảo ……….……… 22

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, các phương pháp giải nhanh toán hóa họckhông ngừng phát triển, đây là hệ quả tất yếu khi Bộ giáo dục và đào tạo triểnkhai hình thức thi trắc ngiệm với bộ môn hóa học Với hình thức thi trắc nghiệmnhư hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán hóa học là yêu cầu hàng đầu củahọc sinh, yêu cầu phải tìm ra được phương pháp giải toán một cách nhanh nhất,

nó không những giúp học sinh tiết kiệm được thời gian làm bài mà còn rèn luyệnđược tư duy và năng lực phát hiện vấn đề của các em Vì vậy việc nghiên cứu,tìm tòi và xây dựng các chuyên đề ôn tập trọng tâm cũng như các phương phápgiải nhanh các dạng bài tập hóa học là một việc rất cần thiết để giúp các em hệthống, nắm chắc kiến thức và đạt kết quả cao trong các kỳ thi trung học phổquốc gia hay thi học sinh giỏi Tuy nhiên hóa học là một môn khoa học thựcnghiệm nên để áp dụng tốt các phương pháp giải nhanh mà vẫn giúp học sinhhiểu được bản chất hóa học là một vấn đề khá khó khăn. Nó không những yêucầu học sinh phải nắm vững và hiểu rõ hệ thống kiến thức lí thuyết mà còn phảithành thạo trong việc sử dụng các kĩ năng giải bài tập và đặc biệt phải cóphương pháp giải nhanh cho từng dạng bài tập

Trong quá trình giảng dạy môn hóa học ở trường THPT, đặc biệt là trongquá trình ôn luyện cho học sinh thi học sinh giỏi, thi trung học phổ thông quốcgia, tôi nhận thấy bài tập phần giải toán hóa học bằng đồ thị thường xuyên có ítnhất một câu trong đề thi gây không ít khó khăn cho học sinh Phần vì loại bàitập này còn mới so với học sinh mà tài liệu viết về bài tập đồ thị còn ít nênnguồn tư liệu để giáo viên nghiên cứu còn hạn chế, do đó nội dung kiến thức và

kĩ năng giải các bài tập đồ thị cung cấp cho học sinh chưa được nhiều Khi gặpcác bài toán: Sục từ từ đến dư CO 2 vào hỗn hợp chứa NaOH, Ca(OH)2 ,KOH,Ba(OH)2; hay cho từ từ dung dịch HCl vào hỗn hợp Ca(OH)2 và NaAlO2; haycho từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch hỗn hỗn hợp Al 2(SO4)3 và AlCl

3 và dựa vào đồ thị biễu diễn sự tạo thành kết tủa, tìm lượng các chất học sinhthường rất lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải phù hợp, thường bỏ quanên hay bị mất điểm Do đó, việc nghiên cứu để phân dạng và xây dựng phươngpháp giải nhanh các dạng bài toán đồ thị là việc rất cần thiết

Từ nhu cầu đó, tôi mạnh dạn trình bày một số kinh nghiệm “Giúp học sinh phân dạng và giải nhanh một số dạng toán đồ thị điển hình trong hóa học vô cơ ” làm sáng kiến kinh nghiệm cho mình Với hy vọng đề tài này sẽ là

một tài liệu tham khảo phục vụ tốt cho việc học tập của các em học sinh 12 vàcho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp

II MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

2 Nhiệm vụ.

Phân dạng và khái quát phương pháp giải một số dạng toán đồ thị điển hình trong chương trình hóa học vô cơ như:

Ca(OH) 2 , Ba(OH)2 KOH, NaOH

+ Dạng 1: Sục CO2 vào dung dịch hỗn hợp

+ Dạng 2: Cho từ từ OH (NaOH, KOH) vào dung dịch chứa Al3 hoặc cho từ từ

Al 3OH

(NaOH, KOH) vào dung dịch chứa H

+ Dạng 3: Cho từ từ H+ (HCl, HNO3, H2SO4) vào dung dịch chứa OH- và AlO2

-+ Dạng 4: Một số bài toán đồ thị đặc biệt

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.

Đề tài nghiên cứu một số dạng bài toán đồ thị trong chương trình hóa học

vô cơ lớp 12

IV PHẠM VI ÁP DỤNG.

Nội dung trong đề tài được áp dụng vào các tiết dạy tự chọn chương kimloại kiềm - kim loại kiềm thổ - nhôm ở lớp 12 và áp dụng cho các lớp ôn thitrung học phổ thông quốc gia hay ôn thi học sinh giỏi

V PHƯƠNG PHÁP.

Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là phương pháp nghiên cứu lí thuyết.Căn cứ vào nhiệm vụ của đề tài, thì phương pháp nghiên cứu dựa trên nội dungkiến thức về CO2 tác dụng với dung dịch kiềm; muối nhôm, muối kẽm tác dụngvới dung dịch axit hoặc dung dịch bazơ; tính chất lưỡng tính Al(OH)3,Zn(OH)2 và dựa trên cơ sở lí luận về các phương pháp giải bài tập hóa họctrong chương trình hoá học vô cơ như phương pháp bảo toàn khối lượng, bảotoàn nguyên tố kết hợp đặc điểm hình dáng đồ thị để xây dựng hệ thống câuhỏi và bài tập

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.

I THỰC TRẠNG.

Trong những năm gần đây bài toán đồ thị được sử dụng tương đối nhiềutrong các đề thi THPTQG, đề thi HSG Nhưng do không hiểu rõ bản chất thứ tựcác phản ứng xảy ra khi sục từ từ CO2 vào dung dịch bazơ (NaOH, Ca(OH)2,Ba(OH)2, KOH) hay cho H + vào (OH-, AlO2 -, ZnO2 2-) hay cho OH- vào (H+,

Al3+, Zn2+) nên học sinh không hiểu được đồ thị bài toán cho những đại lượngnào; mối liên hệ giữa các đại lượng trong đồ thị là gì; tỉ lệ số mol giữa kết tủatạo thành hay số mol khí giải phóng với số mol chất phản ứng là bao nhiêu, nó

có mối liên hệ như thế nào đến tỉ lệ giữa các chất đó trong phương trình phảnứng Do đó nhìn thấy đồ thị học sinh rất lúng túng, không thể xử lí các dữ kiệncủa đồ thị Nhưng nếu hiểu rõ bản chất và phương pháp giải cho từng dạng thìbài toán đồ thị lại là một dạng toán khá đơn giản

II GIẢI PHÁP.

Để thay đổi hiện trạng trên, tôi quyết định nghiên cứu tìm ra các phươngpháp giải nhanh cho một số dạng toán đồ thị điển hình trong chương trình hóahọc vô cơ nhằm giúp các em học sinh lớp 12 giải bài toán đồ thị một cách dễdàng, nhanh gọn và chính xác Sau đây là 4 dạng toán đồ thị tôi đã nghiên cứu

và xây dựng nên nhằm phần nào giúp học sinh làm tốt các bài toán đồ thị để cóthành tích cao hơn trong kì thi trung học phổ thông quốc gia

PHẦN I: CƠ SỞ LÍ LUẬN

I CỞ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ VÀ PHƯƠNG PHÁPBẢO TOÀN

1 Phương pháp đồ thị

* Phương pháp đồ thị trong giải toán hóa học là phương pháp dựa vào đồ thị

mô tả sự phụ thuộc của sản phẩm (thường là số mol chất kết tủa, chất bay hơi)vào chất tham gia phản ứng để xác định các yêu cầu của bài toán

* Từ đồ thị có nhiều phương pháp khác nhau để xác định các giá trị cần tính,nhưng có lẽ đơn giản nhất là sử dụng tỉ lệ của tam giác đồng dạng (Định lý Talet

đã được học ở môn toán cấp 2) hoặc kết hợp định luật bảo toàn nguyên tố kimloại, nguyên tố C, nhóm OH-, H+ với đồ thị Khi học sinh đã nắm vững dạng đồthị của bài toán, thì việc xác định kết quả được thực hiện nhanh chóng và dễdàng Phương pháp đồ thị không những không làm mất đi bản chất Hóa Học mà

nó còn giúp học sinh giải thích, dự đoán một cách chính xác hơn các hiện tượngthực nghiệm và giải nhanh các bài toán định lượng

2 Phương pháp bảo toàn

* Nội dung định luật bảo toàn khối lượng: Tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng

* Nội dung định luật bảo toàn nguyên tố: Tổng số mol của một nguyên tốđược bảo toàn trong phản ứng hay tổng số mol của một nguyên tố trước phảnứng bằng tổng số mol của nguyên tố đó sau phản ứng

II CỞ SỞ LÍ LUẬN CÁC LOẠI PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG ĐỀ TÀI

1 Tính chất của phản ứng CO 2 tác dụng với dung dịch bazơ [Ca(OH) 2 , Ba(OH) 2 , NaOH, KOH]

- Ban đầu xảy ra phản ứng tạo muối trung hòa

trước: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

2 Tính chất của muối nhôm Al 3+, muối Zn 2+ tác dụng với dung dịch bazơ (OH - )

- Ban đầu xảy ra phản ứng tạo thành kết tủa:

3OH- + Al3+ ⃗

Al(OH) 3 ↓

(Trắng keo)2OH- + Zn2+ ⃗

- Khi Al3+ hoặc Zn2+ hết, kết tủa đạt cực đại, nếu tiếp tục cho OH- dư vào kết tủa sẽ tan dần (vì Al(OH)3 , Zn(OH)2 là hidroxit lưỡng tính)

OH- + Al(OH)3 ⃗⃗ AlO 2− + 2H2O

2OH- + Zn(OH)2 ⃗⃗ ZnO2 2- + 2H2O

* Nếu OH- dư có thể ghi phương trình tổng hợp:

4OH- + Al3+ ⃗⃗ AlO −2 + 2H2O

4OH- + Zn2+ ⃗⃗ ZnO2 2- + 2H2O

3 Tính chất của muối nhôm AlO 2- , muối ZnO 22- tác dụng với dung dịch axit (H + )

- Ban đầu xảy ra phản ứng tạo thành kết tủa:

H+ + AlO2 - + H2O ⃗⃗ Al(OH)3↓ (Trắng keo)

Al (SO )

Các phản ứng xảy ra giữa dung dịch Ba(OH)2 và dung dịch AlCl3

Al2(SO4)3 + 3Ba(OH)2 ⃗⃗ 3BaSO4 + 2Al(OH)3

2AlCl3 + 3Ba(OH)2 ⃗⃗ 3BaCl 2 + 2Al(OH)3

PHẦN II MỘT SỐ DẠNG TOÁN VỀ ĐỒ THỊ

Ca(OH) 2 , Ba(OH)2 KOH, NaOH

Dạng 1: Sục CO 2 vào dung dịch hỗn hợp:

a) Cơ sở lý thuyết:

Ví dụ 1: Dung dịch A chứa a mol Ba(OH)2 Cho m gam NaOH vào A sau

đó sục CO2 (dư) vào ta thấy lượng kết tủa biên đổi theo đồ thị (Hình bên)

2018): Cho từ từ x mol khí CO2 vào 500 gam dung dịch hỗn hợp KOH và

Ba(OH)2 Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau:

Tổng nồng độ phần trăm khối lượng của các chất tan trong dung dịch sau phản ứng là

, lượng kết tủa BaCO3 còn lại là 0,2mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Ba:

Ví dụ 4: Sục CO 2 vào dung dịch Ba(OH)2 ta quan sát hiện tượng theo đồ thị

hình bên (số liệu tính theo đơn vị mol) Giá trị của x là :

Ba ( OH ) 2 (bd)

n BaCO3 n

tỉnh Bắc Ninh): Sục CO2 vào 200 gam dung dịch

Ca(OH)2 ta quan sát hiện tượng theo đồ thị hình

bên (số liệu tính theo đơn vị mol) Nồng độ

% chất tan trong dung dịch sau phản ứng là :

-Tại n CO2 1, 2mol : n tan 1, 2 0,8 0, 4 mol n

Ca( HCO3 ) 2 ;n CaCO3 ( conlai)

Câu 1 X là dung dịch chứa NaOH và 0,15 mol Ba(OH)2 Sục từ từ CO2

vào X, lượng kết tủa tạo thành được mô tả trong đồ thị dưới.

Số mol NaOH ban đầu là

Câu 2: Cho từ từ CO2 vào 200 ml dung

dịch gồm NaOH x M, Ba(OH)2 0,6M, kết

quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị

bên Giá trị của x là

A 1,1 B 1,7 C 0,7 D 0,1.

Câu 3: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch

Ba(OH)2, kết quả thí nghiệm được thể hiện trên đồ thị sau:

Giá trị của a và x trong đồ thị trên lần lượt là

A 2 và 4 B 1,8 và 3,6 C 1,6 và 3,2 D 1,7 và 3,4.

Dạng 2: Cho từ từ OH - (NaOH, KOH) vào dung dịch chứa Al 3+ hoặc

cho từ từ OH - (NaOH, KOH) vào dung dịch chứa (Al 3+ , H + )

Bài toán 1: Cho từ từ OH- (NaOH, KOH) vào dung dịch chứa Al 3+

Al(OH)3 + OH-còn dưAlO2 - + 2H2O (2)

tỷ lệ mol ở nhiệm vụ 2 làn OH (pu) n

a

nO

đơn vị mol) Giá trị của x là :

Ta có: n OH 3.n max 3n AlCl3(bd) 3.a 0, 36 mol a 0,12mol

- Tại thời điểm: n OH xmol Dựa vào đồ thị ta có:

n Al(OH) 3 0, 2.a 0, 2.0,12 0, 024 mol n (tan) a 0, 2 a 0,12 0, 024 0,

096mol

x n OH 0,36 0, 096 0, 456mol

Vậy đáp án là: B

Ví dụ 2: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch

NaOH vào dung dịch AlCl3, kết quả thí

nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau

(số liệu tính theo đơn vị mol) Biểu thức

n OH 0, 36 mol 3.n max 3.n Al3 ( bd ) n Al3 ( bd ) 0,12mol

Đặt số mol kết tủa ở thời điểm x, y là: n bmol .Ta có hệ phương trình sau

Ví dụ 3: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch

NaOH vào dung dịch AlCl3, kết quả thí

nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau (số

liệu tính theo đơn vị mol).Tỷ lệ x : y là

Câu 1: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch

NaOH vào dung dịch AlCl3,kết quả thí

nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau

(số liệu tính theo đơn vị mol) Giá trị của x là :

A.0,412 B.0,426.

C.0,415 D 0,405.

Câu 2 : Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch

NaOH vào dung dịch AlCl3,kết quả

nghiệm được biểu diễn trên đồ thị

sau (số liệu tính theo đơn vị mol)

đưa kết tủa lên cực đại, xảy ra phản ứng

Al3+ + 3OH- Al(OH)3↓ (2) (đồ thị là đoạn AB)

a mol 3a mol a mol

Ví dụ 1: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch hỗn hợp gồm a

mol HCl và b mol AlCl3, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau :

Ví dụ 2:(THPTQG năm 2017) Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp Al và Al2O3 trong

200 ml dung dịch HCl nồng độ a mol/l, thu được dung dịch X Cho từ từ dungdịch NaOH 1M vào X, lượng kết tủa Al(OH)3 (m gam) phụ thuộc vào thể tích

dd NaOH (V ml) được biểu diễn bằng đồ thị bên Giá trị của a là

HD giải

-Từ đồ thị ta thấy : dung dịch X chứa HCl dư và muối

Ví dụ 3: (THPTQG năm 2017) Hoàn tan hoàn toàn a gam hỗn hợp Al và

Al2O3 vào dung dịch H2SO4 loãng, thu được dung dịch X và 1,008 lít H2 (đktc).Cho từ từ dung dịch NaOH 1M vào X, số mol kết tủa Al(OH)3 (n mol) phụthuộc vào thể tích dd NaOH (V lít) được biểu diễn bằng đồ thị bên Giá trị của

13

Câu 1: Khi nhỏ từ từ đến dư dung

dịch KOH vào dung dịch hỗn hợp

chứa AlCl3 và HCl, kết quả thí

nghiệm được biểu diễn trên đồ thị

sau (số liệu tính theo đơn vị mol)

Tỷ lệ x : a là

A 4,8 B.5,0 C 5,2 D.5,4 Câu 2:

Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch

NaOH vào dung dịch hỗn hợp gồm

a mol H2SO4 và b mol AlCl3, kết

quả thí nghiệm được biểu diễn trên

đồ thị bên Giá trị của a + b là

a) Cơ sở lý thuyết: Điểm cần chú ý khi giải toán là H+ sẽ làm 3 nhiệm vụ: +

Nhiệm vụ 1: H+ trung hòa OH- nên chưa có kết tủa (đồ thị là đoạn OA)

Phương trình phản ứng : OH- + H+ ⃗ H2O (1)

b mol bmol+ Nhiệm vụ 2 : H+ tác dụng với AlO2-, đưa kết tủa lên cực đại, xảy ra phản ứng:

(2) (đồ thị là đoạn AB) H + + AlO −2 + H2O ⃗⃗ Al(OH)3 ↓

tỷ lệ mol ở nhiệm vụ 2 là n

H (pu) n

Al ( OH ) 3+ Nhiệm vụ 3: H+ hòa tan dần kết tủa Al(OH)3 theo phương trình phản ứng là:Al(OH)3 + 3H+còn dư Al3+ + 3H2O (3) ( Đồ thị là đoạn BC)

tỷ lệ mol ở nhiệm vụ 3 làn H 3.n

Al( OH) 3 (tan)b) Dựa vào 3 phương trình trên, đồ thị của bài toán biểu diễn sự biến đổi số

14

Ví dụ 1: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch HCl vào dung dịch hỗn hợp gồm a

mol Ba(OH)2 và b mol NaAlO2, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thịsau:

- Tại thời điểm: n HCl 2,8mol

, kết tủa Al(OH) 3 đang tan dần.

n HCl(pu) n OH 4.n AlO2 3.n Al(OH) 3 2,8 0,8 4.n AlO2 3.1, 2 n AlO2 1, 4mol

Ta có:

n NaAlO2 n AlO2 1, 4( mol ) b

Vậy: a : b = 0,4 : 1,4 = 2 : 7 Đáp án là: B

Ví dụ 2 (Đề thi THPTQG 2017): Hòa tan hoàn toàn a gam hỗn hợp X gồm

Al2O3 và Na2O vào nước, thu được dung dịch Y Cho từ từ dung dịch HCl 1Mvào Y, lượng kết tủa Al(OH)3 (m gam) phụ thuộc vào thể tích dung dịch HCl(V ml) được biểu diễn bằng đồ thị bên

- Khi cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch Y, ban đầu chưa có kết tủa chứng

tỏ trong Y có OH- dư (NaOH dư) và NaAlO2

- Từ đồ thị ta thấy, tại VHCl =150ml thì n HCl(pu) 0,15mol n OH (du) n NaOH(du)

- Đặt số mol kết tủa Al(OH)3 tại VHCl = 350ml hay VHCl = 750ml là n

Câu 1: Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch HCl vào dung dịch hỗn hợp gồm x mol

NaOH và y mol NaAlO2, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau:

Tỉ lệ x : y là

Câu 2: Cho từ từ dung dịch HCl loãng vào dung dịch chứa x mol NaOH và y

mol NaAlO 2 (hay Na[Al(OH)4]) Sự phụ thuộc của số mol kết tủa thu được vào

số mol HCl được biểu diễn theo đồ thị sau:

Giá trị của y là

Dạng 4: Một số bài toán đồ thị đặc biệt.

Ví dụ 1( Đề thi thử THPTQG lần 3-chuyên ĐH Vinh) :

n

0,4 nNaOH

Hai ống nghiệm A và B chứa lần lượt dung dịch ZnSO4 và AlCl3, nhỏ từ từdung dịch NaOH vào 2 ống nghiệm riêng biệt trên thu được kết quả biểu diễn

đồ thị bên trên Tổng khối lượng kết tủa ở hai thí nghiệm khi đều dùng x mol

NaOH là m gam Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

+ Với dung dịch AlCl3, ta có: x 3.n (1)

+ Với dung dịch ZnCl2, ta có: x 4.a 2.n 4.0, 075 2.n (2) Từ

Giá trị m gần nhất với 10,6 gam Đáp án là: B

Na[Al(OH)4]) Khối lượng kết tủa thu sau phản ứng được biểu diễn trên đồ thị