Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit

- Lê Thị Thanh Bình 2005, Phát triển năng lực tư duy tích cực, độc lập, sáng tạo của học sinh Trung học phổ thông thông qua bài tập Hóa học vô cơ, ĐHSP Hà Nội.. Mặt khác, trong những đề

SỞ GD & ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TAM ĐẢO

=====***=====

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến: “Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức

cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit”

Tác giả sáng kiến: LÊ THỊ THANH HẰNG

Mã sáng kiến: 10.55.02

Vĩnh phúc, năm 2020

SỞ GD & ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT TAM ĐẢO

=====***=====

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến: “Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức

cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit”

Tác giả sáng kiến: LÊ THỊ THANH HẰNG

Mã sáng kiến: 10.55.02

Vĩnh phúc, năm 2020

7.1.1 Khảo sát thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến 3 7.1.2 Các bước sáng kiến đã được sử dụng để giải quyết vấn đề 5

10.1 Đánh giá lợi ích thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của

1 Lời giới thiệu

Xã hội ngày càng phát triển mạnh mẽ ở tất cả các quốc gia trên thế giới đặcbiệt là cuộc cách mang 4.0 hứa hẹn làm thay đổi một cách tích cực, toàn diện đếncuộc sống của con người hiện nay và tương lai Đứng trước sự phát triển nhanhnhư vũ bão của khoa học, công nghệ thông tin, kĩ thuật, kiến thứcmọi lĩnh vực củacuộc sống thay đổi liên tục và bao giờ cũng thế cái sinh ra trước lạc hậu hơn cáisinh ra sau Xã hội phát triển làm thay đổi cách suy nghĩ của con người, ai cũngphải cố gắng phát triển năng lực tư duy trong suy nghĩ và sáng tạo trong công việc,phân tích cụ thể - tổng hợp dữ liệu, khi làm việc biết kết hợp giữa cá nhân và tậpthể nhằm đưa ra quyết định dựa trên cơ sở phân tích các thông tin số liệu

Theo M.N Sacdacop: Tư duy là sự nhận thức khái quát gián tiếp các sự vật

và hiện tượng trong những dấu hiệu, thuộc tính chung và bản chất của chúng Tưduy cũng là sự nhận thức sáng tạo những sự vật, hiện tượng mới, riêng lẻ của hiệnthực trên cơ sở những kiến thức khái quát hóa đã thu nhận

Những công trình nghiên cứu về tâm lí học và giáo dục đã khẳng định rằng:

Sự phát triển tư duy nói chung được đặc trưng bởi sự tích lũy các thao tác tư duythành thạo vững chắc của con người Những phẩm chất của tư duy là:

- Tính định hướng: Thể hiện ở ý thức được một cách nhanh chóng và chínhxác đối tượng cần lĩnh hội

- Tính định hướng: Thể hiện ở ý thức được một cách nhanh chóng và chínhxác đối tượng cần lĩnh hội, mục đích phải đạt được và những con đường tối ưu đểđạt được mục đích đó

- Bề rộng: Có khả năng vận dụng nghiên cứu vào các đối tượng khác

- Độ sâu: Nắm vững ngày càng sâu sắc bản chất của sự vật, hiện tượng

- Tính linh hoạt: Nhay bén trong sự vận dụng những tri thức và cách thứchành động vào các tình huống khác nhau một cách sáng tạo

- Tính mềm dẻo: Thể hiện ở hoạt động tư duy được tiến hành theo cáchướng xuôi và ngược chiều (Ví dụ: từ cụ thể đến trừu tượng và từ trừu tượng đến

cụ thể)

- Tính độc lập: Thể hiện ở chỗ tự mình phát hiện được vấn đề, đề xuất cáchgiải quyết và tự giải quyết vấn đề

- Tính khái quát: Khi giải quyết một loạt vấn đề nào đó sẽ đưa ra một môhình khái quát, trên cơ sở vận dụng để giải quyết các vấn đề tương tự.

Hiện nay, Ở Việt Nam theo quan điểm đổi mới trong dạy học, nâng cao chấtlượng giáo dục, phát triển năng lực, đã có nhiều nhà nghiên cứu giáo dục có cácnghiên cứu về việc rèn luyện, phát triển tư duy cho học sinh trong dạy học mônhóa học như:

1.1 Các nghiên cứu về phát triển năng lực

- PGS.TS Đặng Thị Oanh (2013), Xác định năng lực chuyên biệt môn Hóa

học, ĐHSP Hà Nội.

- PGS.TS Mai Văn Hưng (2013), Bàn về năng lực chung và chuẩn đầu ra

về năng lực của học sinh THPT trong chương trình giáo dục phổ thông sau năm

2015, ĐHQG Hà Nội.

1.2 Các nghiên cứu về phát triển tư duy, năng lực tư duy

- Lê Văn Dũng (2001), Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học

sinh THPT thông qua BTHH, luận án Tiến sĩ, ĐHSP Hà Nội.

- Lê Thị Hương (2002), Phát triển năng lực nhận thức và tư duy cho học

sinh qua giảng dạy phần hóa kim loại trường THPT, ĐHSP Hà Nội.

1.3 Các nghiên cứu về phát triển tư duy, năng lực tư duy thông qua hệ thống bài tập.

- Lê Thị Thanh Bình (2005), Phát triển năng lực tư duy tích cực, độc lập,

sáng tạo của học sinh Trung học phổ thông thông qua bài tập Hóa học vô cơ,

ĐHSP Hà Nội

- Lại Tố Trân (2009), Xây dựng hệ thống bài tập phát triển tư duy cho học

sinh phần hóa hữu cơ lớp 11 chương trình nâng cao, ĐHSP TP Hồ Chí Minh.

Nhìn chung, các tác giả đã trình bày về các khía cạnh như điều chỉnh nộidung, phương pháp dạy học Mặt khác, trong những đề tài phát triển tư duy, các tácgiả chủ yếu nghiêng về nghiên cứu bài tập, hệ thống lớn các bài tập, cách giải bàitập của từng dạng bài trong từng phần cụ thể, còn nhỏ lẻ và rời rạc mà vẫn chưađưa ra được nếu những dạng bài tập hay gặp trong các kì thi THPT quốc gia nhưngnăm gần đây là bài toán hỗn hợp nhưng có những đặc điểm chung thì phương phápgiải sẽ như thế nào lại chưa được đề cập đến

Trước tình hình đó, với suy nghĩ và mong muốn được đóng góp và làm tốthơn nữa việc phát triển tư duy cho học sinh tôi đã tiến hành thực hiện sáng kiếnkinh nghiệm này.

2 Tên sáng kiến: Phát triển khả năng tư duy và tổng hợp kiến thức cho học sinh lớp 12 thông qua phương pháp giải bài tập kim loại tác dụng với axit.

3 Tên tác giả:

Lê Thị Thanh Hằng – Giáo viên bộ môn Hóa học – Trường THPT Tam Đảo

– Tam Quan – Tam đảo – Vĩnh Phúc

Gmail: lethithanhhang.gvtamdao@vinhphuc.edu.vn

Số điện thoại: 0978723120

4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến:

Lê Thị Thanh Hằng – Giáo viên bộ môn Hóa học – Trường THPT Tam Đảo– Tam Quan – Tam đảo – Vĩnh Phúc

5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:

- Chương 5 “Đại cương về kim loại” – Hóa học 12.

- Chương 4 “Phản ứng oxi hóa – khử” – Hóa học 10.

- Chương 2 “Nitơ - Phôtpho ” – Hóa học 11.

- Ôn thi học sinh giỏi lớp 10, lớp 11, lớp 12.

- Ôn thi THPT QG.

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử:

- Sáng kiến kinh nghiệm bắt đầu áp dụng vào tháng 1/2019

7 Mô tả bản chất của sáng kiến:

7.1 Về nội dung của sáng kiến:

7.1.1 Khảo sát thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến

Trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm này, tôi đã tiến hành kiểm tra tại 2lớp 12A2, 12A3 sau khi cho học sinh ôn tập kiến thức Đề gồm có 3 bài tập nhưsau:

Câu 1(ĐH 2008- B): Hỗn hợp X chứa 0,03 mol Cu; 0,03 mol Zn; 0,03 mol

Mg và 0,02 mol Al Cho toàn bộ lượng X trên tác dụng hết với dung dịch HNO3

(đặc, nóng) thu được sản phẩm khử duy nhất là khí NO2 và dung dịch sau phản ứngchứa m gam muối Giá trị của m là:

A 17,05 gam B 13,41 gam C 16,41 gam D 20,01 gam Định hướng tư duy giải:

Ta có n e  0,03.(2 2 2) 0,02.3 0, 24        nNO3  0, 24

m 0,03(64 65 24) 0,02.27 0, 24.62 20,01

Giải thích tư duy:

Đổi 0,24 mol e lấy 0,24 mol NO 3 

Khối lượng muối = khối lượng kim loại + khối lượng NO 3 

Câu 2(ĐH 2009- A): Hòa tan hết 7,2 gam Mg trong dung dịch HNO3 loãng dư, sauphản ứng hoàn toàn thu được dung dích X và 2,688 lít khí NO (duy nhất, ở đktc)

Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được m gam muối khan Giá trị của m là?

Giải thích tư duy:

Nhìn thấy kim loại là Mg phải lưu ý tới việc tạo sản phẩm khử là NH4NO3

Câu 3(ĐH 2013- A): Cho m gam Mg tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3, phản ứng làm giải phóng ra khí N2O (sản phầm khử duy nhất) và dung dịch sau phản ứng tăng 3,9 gam Vậy m có giá trị là:

Định hướng tư duy giải:

12.8

        

Giải thích tư duy:

Khối lượng dung dịch tăng nghĩa là khối lượng Mg cho vào nhiều hơn khối lượng

N2O thoát ra

Kết quả bài kiểm tra như sau:

Lớp Dưới 5 Từ 5 đến 6ĐiểmTừ 7 đến 8 Từ 9 đến 1012A2: 39 HS

Với kết quả trên tôi thấy, mặc dù đây là 2 lớp có số lượng học sinh đăng ký thi

tổ hợp các môn tự nhiên Lý – Hóa – Sinh gần 100% nhưng kĩ năng vận dụng kiếnthức, kỹ năng giải bài tập những học sinh khi gặp những dạng bài tập có tính kháiquát của phần lớn học sinh còn yếu

Sau bài kiểm tra, tôi đã tiến hành phỏng vấn học sinh về những khó khăntrong quá trình giải bài tập Phần lớn các em cho rằng, đó là do các em chưa chưabiết cách phân dạng và định hướng phương pháp giải, chưa khái quát được cáchgiải với những bài toán hỗn hợp Chẳng hạn như trong bài kiểm tra trên:

+ Ở bài 1: phần lớn các em viết 3 phương trình hóa học rồi cân bằng phươngtrình rồi liên hệ ẩn nhưng chủ yếu các em cân bằng phương trình nhầm lẫn, liên hệ

ẩn sai Học sinh không giải được bài tập

+ Ở bài 2 đa số các học sinh biết sử dụng phương trình đơn gian để giải bài tập.+ Còn với bài 3 các em còn lúng túng vì:

• Một số em thì nghĩ ngay bài này chắc khó, nên lười suy nghĩ và không làm nữa

• Một số bạn viết phương trình hóa học, không xác định được tại sao dung dịchsau phản ứng tăng và không biết cách tính toán nên không ra được kết quả.Trao đổi với các đồng nghiệp, nhiều giáo viên cho rằng do thời lượngchương trình chính khóa mà giáo viên chỉ có thể truyền đạt đầy đủ kiến thức lýthuyết, một số giáo viên có hướng dẫn học sinh làm bài tập trong sách giáo khoa,sách bài tập nhưng rất khó để hình thành và phát triển năng lực tư duy cho học sinhkhi gặp những dạng bài tập hỗn hợp mà có những đặc điểm chung

7.1.2 Các bước sáng kiến đã được sử dụng để giải quyết vấn đề (Bài học kinh nghiệm)

Để thực hiện đề tài này, trước hết tôi định hướng phương pháp giải chungcho từng dạng Sau đó lựa chọn một số ví dụ để minh họa phương pháp giải từngdạng

Nhận định dạng bài : kim loại tác dụng với axit loại I hay loại II

*Phương pháp chung.

- Kiến thức lí thuyết cần nắm vững:

+ Nắm chắc phản ứng xảy ra giữa kim loại với axit loại I, loại II

+ Nắm chắc dãy điện hóa, biết thứ tự phản ứng xảy ra giữa kim loại với muối + Biết thứ tự xảy ra phản ứng giữa các kim loại với axit (kim loại có tính khửmạnh hơn ưu tiên phản ứng trước) Nếu axit dư thì chỉ cần tính theo phương trìnhphản ứng Nếu kim loại dư, cần chú ý xem có phản ứng của kim loại dư với muốimới sinh ra không

- Các phương pháp giải thường dùng:

+ Áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng, nguyên tố, electron

+ phương pháp tăng giảm khối lượng

+ Lập sơ đồ chuyển hóa

Trong chương trình, có rất nhiều dạng bài tập về hỗn hợp phản ứng, tuynhiên trong đề tài này tôi chỉ chọn một số dạng bài tập cơ bản có đặc điểm chung

và hay gặp trong đề thi THPT Quốc gia để hướng dẫn học sinh như sau:

Dạng 1 : Kim loại tác dụng với axit loại I

+ Nếu cho kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp axit HCl,

H2SO4 loãng nên dùng phương trình ion để hoàn thành bài tập

+ Có thể dùng định luật bảo toàn e

* Nếu kim loại chưa xác định

- Đặt kim loại là M, hóa trị n và viết phương trình

- Lập mối quan hệ giữa M và n sau đó biện luận tìm M, n (n = 1, 2 hoặc 3)

* Một số công thức tính nhanh có thể vận dụng

Công thức 1: Liên hệ giữa số mol kim loại và số mol khí H2

(n là hoá trị kim loại)

Hoặc 2.n H2 = n1.nM1 +n2.nM2 + (đối với hỗn hợp kim loại)

Công thức 2: Tính khối lượng muối trong dung dịch

mmuối kim loại = mkim loại phản ứng + mgốc axit tạo muối

Trong đó: mgốc axit = Mgốc axit e (nhận)/(số điện tích gốc axit)

2.n H2 = n nkim loại

(ngốc axit = ∑etrao đổi : điện tích của gốc axit)

Cụ thể: +Với H2SO4: mmuối = mkim loại phản ứng + 96.n H2

+Với HCl: mmuối = mkim loại phản ứng + 71 n H2

b Ví dụ:

Ví dụ 1(CĐ 2009- A): Hòa tan hoàn toàn 8 g hỗn hợp Mg và Fe vào dung dịch

axit HCl dư thấy có 4,48 lít khí thoát ra ở đktc và dung dịch X Cô cạn dung dịch X

thì thu được bao nhiêu gam muối khan?

Từ (1): số mol gốc Cl- trong muối MCl2 là: 2 0,2 = 0,4 (mol)

Vậy khối lượng muối thu được là: 8 + 35,5.0,4=22,2 (g)

Ví dụ 2(CĐ 2008- A):: Hòa tan 9,14g hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ

dung dịch HCl thu được 7,84 lít khí X (đktc) và 2,54g chất rắn Y và dung dịch Z

Cô cạn dung dịch Z thu được m(g) muối, m có giá trị là

(có thể vận dụng các cách khác như ví dụ 1)

Ví dụ 3(ĐH 2012- A):: Hòa tan hết 5,1 gam hỗn hợp bột Mg, Al bằng 500ml dung

dịch hỗn hợp HCl 0,5M và H2SO4 0,25M thu được dung dịch X và 5,6 lít khí H2(đktc) Cô cạn dung dịch X thu được lượng muối khan là:

Áp dụng công thức 2 tính khối lượng muối:

mmuối = m2 kim loại +   2

SO

m

= 5,1 + 0,5.0,5.35,5 + 0,25.0,5.96 = 25,975 (g)Chọn đáp án A

Ví dụ 4: Cho 24,6 gam hỗn hợp Mg, Al, Fe phản ứng hết với dung dịch HCl thu

được 84,95 gam muối khan Thể tích H2 (đktc) thu được bằng:

Gọi số mol H2 là a, theo (1) số mol HCl là 2a

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có:

24,6 + 2 a 36,5 = 84,95 + 2.a Giải ra được a = 0,85 (mol)

Vậy thể tích H2 thu được ở đktc là: 0,85 22,4 = 19,04 (lít)

Đáp án là B

Cách 2: Từ biểu thức tính khối lượng muối:

m muối = m kim loại + 71 n H2

 84,95 = 24,6 + 71

4 , 22

2

H V

 V H2 = 22,4.(84,9571 24.6 ) = 19,04 lít

Chọn đáp án B

Ví dụ 5: Cho 10 gam hỗn hợp các kim loại Mg và Cu tác dụng hết với dung dịch

HCl loãng dư thu được 3,733 lit H2(đkc) Thành phần % khối lượng của Mg tronghỗn hợp là:

A 50% B 35% C 20% D 40%.

Hướng dẫn:

Chỉ có Mg phản ứng, Cu không tan trong dd HCl

Mg + 2HCl   MgCl2 + H2 (1)

Theo bài: số mol H2 là: 3,733/22,4 (mol)

Theo (1): Khối lượng Mg là:

- Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO3 tạo ra nhiều sản phẩm khử

- Kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp HNO3, H2SO4 hoặc dung dịch hỗn hợpgồm muối nitrat và axit

a Các điểm cần chú ý:

- Tùy thuộc vào nồng độ axit, bản chất của chất khử và nhiệt phản ứng màHNO3 hoặc H2SO4 thể bị khử xuống các sản phẩm khác nhau của nitơ

- Trong một số bài toán liên quan đến axit HNO3 ta phải chú ý biện luận trườnghợp tạo ra các sản phẩm khác: NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu necho > ne nhận để tạo khí) hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn cho dung dịchNaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí thoát ra) hoặc các hợp chất khí củaNitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn hợp đã cho.

- Khi axit HNO3, H2SO4 đặc tác bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phảnứng trung hòa

- Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3của kim loại (Fe3+, Cr3+); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2(Fe2+, Cr2+), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối

- Các chất khử phản ứng với muối nitrat (NO3-) trong môi trường axit tương tựphản ứng với HNO3 Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương trình ion

M + H+ +NO3-  Mn+(có hóa trị cao nhất)+ sản phẩm khử +H2O

* Thường sử dụng phương pháp bảo toàn e khi kim loại tác dụng với axit loại II

- Chỉ áp dụng cho bài toán xảy ra các phản ứng oxi hoá khử

- Xác định và viết đầy đủ các quá trình khử, quá trình oxi hoá

- Định luật bảo toàn electron: Tổng số mol e nhường = Tổng số mol e nhận

- Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng điệntích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khốilượng

- Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễncác quá trình

* Một số công thức áp dụng cần nhớ

Công thức 3: Tính khối lượng muối

mmuối = mkim loại + mgôc axit

+ Kim loại tác dụng với HNO3 đủ hoặc dư:

nNO3- tạo muối = ne nhận = 3nNO + nNO2 + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3

mmuối = mkim loại + 62 (3nNO + nNO2 + 8nN2O + 10nN2 + 8nNH4NO3) + 80nNH4NO3

+ Kim loại tác dụng với H2SO4 đặcđủ hoặc dư:

nSO42- tạo muối = ne nhận : 2 = (2nSO2 + 6nS + 8nH2S): 2

mmuối = mkim loại + 96 (2nSO2 + 6nS + 8nH2S): 2

- Tuy nhiên, trong các bài tập ta cũng thường gặp phản ứng chỉ tạo muối sunfat.Khi đó: NO3- phản ứng hết, khối lượng muối bằng khối lượng của kim loại và SO42-

Công thức 4: Tính số mol HNO 3 , H 2 SO 4 đặc phản ứng.

naxit phản ứng = ntạo muối + n tạo khí

Dựa vào bán phản ứng ta rút ra công thức sau

naxit nitric phản ứng = 4nNO + 2nNO2 + 10nN2O + 12nN2 + 10nNH4NO3

naxit sunfuric phản ứng = (4nSO2 + 8nS + 10nH2S): 2

b Ví dụ:

*Trường hợp 1: Kim loại hoặc hỗn hợp kim loại tác dụng với HNO 3 tạo ra 1 sản phẩm khử.

Ví dụ 1: Cho m g Fe tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thu được 2,24 lít khí NO(đktc, sản phẩm khử duy nhất) và 1g kim loại không tan Tính m?

Vì thể tích dung dịch HNO3 cần dùng ít nhất nên Fe chỉ đạt đến hoá trị II

Bảo toàn e ta có: số mol e cho bằng số mol e nhận và bằng

0,15.2 + 0,15.2 = 0,6 (mol)

Số mol NO là : 0,6: 3 = 0,2 (mol)

Ta có số mol HNO3 phản ứng là : 4.nNO = 4 0,2 = 0,8 (mol)

Vậy thể tích HNO3 cần lấy là: 0,8 : 1= 0,8 (lít)

Chọn đáp án A

Ví dụ 3: Lấy 9,94g hỗn hợp X gồm Al, Fe, Cu cho tan trong lượng dư dung dịch

HNO3 loãng thấy thoát ra 3,584 lit khí NO (đktc) duy nhất Khối lượng muối khantạo thành:

X0 + HNO3 X(NO3)n+N2O+H2O

Ví dụ 5: Cho hỗn hợp X gồm 0,08 mol mỗi kim loại Mg, Al, Zn vào dung dịch

H2SO4 đặc nóng dư thu được 0,07 mol một sản phẩm khử duy nhất chứa lưuhuỳnh Sản phẩm khử là?

- Phần 1: tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 3,36 lit H2

- Phần 2: Hoà tan hết trong dung dịch HNO3 loãng dư thu được V lit một khíkhông màu hoá nâu ngoài không khí (các thể tích đo ở đkc)