Phương pháp giải các bài toán hóa học vô cơ lớp 12 trung học phổ thông

Lý do chọn đề tài Trong dạy học hóa học, có thể nâng cao chất lượng dạy học và pháttriển năng lực nhận thức của học sinh bằng nhiều biện pháp và phương phápkhác nhau.Trong đó, giải bài t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HOÁ HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS VŨ NGỌC BAN

HÀ NỘI - 2011

DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Lịch sử nghiên cứu 2

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu. 3

5 Mẫu khảo sát. 3

6 Vấn đề nghiên cứu. 3

7 Giả thuyết nghiên cứu 3

8 Phương pháp chứng minh luận điểm. 3

9.Đóng góp mới của đề tài 4

10 Cấu trúc luận văn 4

Chương 1: BÀI TẬP HÓA HỌC VÀ BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ. 5

1.1 Bài tập hóa học 5

1.1.1 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học 5

1.1.2 Phân loại bài tập hóa học 6

1.1.3 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học trong giai đoạn hiện nay 7

1.1.4 Bài toán hóa học và tình hình giải bài toán hóa học của học sinh THPT hiện nay 8

1.2 Phương pháp chung giải các bài toán hoá học THPT 9

1.2.1 Những công thức cần thiết khi giải bài toán hóa học 10

1.2.2 Quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng 11

1.2.3 Phương pháp chung giải bài toán hóa học 13

1.3 Áp dụng các định luật bảo toàn trong hóa học và sử dụng phương trình ion rút gọn để giải nhanh các bài toán hóa học 20

1.3.1 Định luật bảo toàn khối lượng 20

1.3.2 Định luật bảo toàn nguyên tố 21

1.3.3 Định luật bảo toàn điện tích 22

1.3.4 Định luật bảo toàn số mol electron 23

1.3.5 Sử dụng phương trình ion thu gọn 24

Tiểu kết chương 1 26

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 27

2.1 Các chú ý khi giải bài toán hóa học vô cơ 27

2.2 Giới thiệu chương trình hóa học vô cơ lớp 12 (chương trình nâng cao) 29

2.3 Phân loại các bài toán hóa học vô cơ lớp 12 31

2.4 Bài toán về phản ứng của kim loại 33

2.4.1 Bài toán về kim loại tác dụng với phi kim 33

2.4.2 Bài toán về kim loại tác dụng với axit 39

2.4.3 Bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối 52

2.4.5 Bài toán kim loại tác dụng với nước và dung dịch kiềm. 60

2.5 Bài toán về phản ứng của hợp chất kim loại 66

2.5.1 Bài toán về phản ứng của hiđroxit kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ với CO2 (hoặc SO2) 66

2.5.2 Bài toán về phản ứng của muối cacbonat(CO 3 2 ; HCO 3 )với dung dịch axit và của HCO 3 với dung dịch kiềm 73

2.5.3 Bài toán về phản ứng thể hiện tính lưỡng tính của Al2O3, Al(OH)3, Zn(OH)2… 81

2.5.4 Bài toán về phản ứng nhiệt luyện 89

2.5.5 Bài toán về sự điện phân các hợp chất kim loại 97

2.6 Các bài toán hóa học tổng hợp 106

2.7 Lựa chọn và sử dụng bài toán hóa học trong dạy học hóa học. 108

2.7.1 Sử dụng BTHH trong việc hình thành kiến thức mới. 109

2.7.2 Sử dụng BTHH để vận dụng, củng cố kiến thức kĩ năng, mở rộng đào sâu kiến thức ( trong giờ luyện tập, ôn tập) 110

2.7.3 Sử dụng BTHH nhằm kiểm tra, đánh giá mức độ vận dụng kiến thức của học sinh (trong giờ kiểm tra ) 111

Tiểu kết chương 2 118 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 119

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 119

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 119

3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 119

3.2 Quá trình tiến hành thực nghiệm sư phạm 119

3.2.1 Chuẩn bị cho quá trình thực nghiệm 119

3.2.2 Tiến hành thực nghiệm 120

3.2.3 Kết quả các bài kiểm tra 120

3.2.4 Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm 121

3.2.5 Tính các tham số đặc trưng thống kê 125

3.2.6 Phân tích kết quả thực nghiệm 125

Tiểu kết chương 3 126

KẾT LUẬN CHUNG 127

TÀI LIỆU THAM KHẢO 128

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong dạy học hóa học, có thể nâng cao chất lượng dạy học và pháttriển năng lực nhận thức của học sinh bằng nhiều biện pháp và phương phápkhác nhau.Trong đó, giải bài tập hóa học với tư cách là một phương pháp dạyhọc, có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục, rèn luyện và phát triển tư duycủa học sinh

Trong thực tiễn dạy học hóa học ở trường phổ thông, bài toán hóa họcgiữ vai trò rất quan trọng, nó vừa là nội dung vừa là phương pháp dạy họchiệu quả, nó không chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức mà còn mang lạiniềm vui cho học sinh trong quá trình giải các bài toán hóa

Hiện nay hình thức kiểm tra bằng trắc nghiệm khách quan đang đượctriển khai thực hiện thì số sách viết về giải toán hóa học được tăng lên đáng

kể Các sách đều có một kết cấu giống nhau là chia thành nhiều cách giải nhưcách giải dựa vào các định luật bảo toàn trong hóa học (định luật bảo toànkhối lượng, định luật bảo toàn điện tích, định luật bảo toàn nguyên tố, địnhluật bảo toàn electron ), phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháptrung bình,phương pháp đường chéo, phương pháp qui đổi v.v.Nhiều phươngpháp được đưa ra gây khó khăn cho người đọc nhất là các em học sinh

Qua quá trình nghiên cứu chúng tôi nhận thấy rằng việc giải bài toán cóthể thực hiện theo một phương pháp chung là dựa vào quan hệ giữa số molcủa các chất phản ứng và dựa vào các công thức biểu thị quan hệ giữa số molchất với các đại lượng như thể tích, khối lượng, nồng độ, của chất Quan hệgiữa số mol các chất phản ứng có thể dễ dàng được thiết lập khi đã viết đượcphương trình phản ứng, còn số công thức cần sử dụng không nhiều (4- 5 côngthức) do đó việc giải BTHH theo phương pháp trên rất đơn giản, dễ sử dụngđối với học sinh

Trong hóa học phổ thông các bài toán hóa vô cơ rất phong phú và đadạng, đặc biệt là các BTHH phần hóa vô cơ lớp 12

Vì những lí do trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: "Phương pháp giải các bài toán hóa học vô cơ lớp 12 trung học phổ thông „

Ý nghĩa lí luận của đề tài.

Đề tài được nghiên cứu sẽ góp phần làm sáng tỏ về phương diện lý luậntrong tâm lý học dạy học và đổi mới phương pháp dạy học hóa học ở trườngtrung học phổ thông

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ làm tài liệu học tập quí cho các emhọc sinh THPT và là một tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên trong giảng dạymôn hóa học ở trường trung học phổ thông

2 Lịch sử nghiên cứu

Đã có nhiều tác giả nghiên cứu về các phương pháp giải các BTHHnhưng chưa đưa ra một phương pháp chung, có tính hệ thống và dễ sử dụngđối với học sinh Vì vậy, chúng tôi nghiên cứu phương pháp chung giải cácbài toán hóa học, kết hợp với các định luật bảo toàn, phương trình ion để giảicác BTHH góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu đề xuất phương pháp chung giải các bài toán hóa học, giúphọc sinh thống nhất một cách giải áp dụng cho hầu hết các bài toán hóa vô cơ

3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu trên, nhiệm vụ nghiên cứu được đề ra như sau:

- Nghiên cứu, tổng hợp tài liệu: Đọc , tìm hiểu, phân tích, tổng hợp

+ Tình hình giải toán hóa học của học sinh phổ thông

+ Hứng thú của học sinh khi học phương pháp giải các bài toán hóa học

vô cơ lớp 12

- Xây dựng phương pháp chung giải toán hóa học vô cơ

- Xây dựng hệ thống các bài toán hóa học vô cơ lớp 12

- Điều tra: Phát phiếu điều tra về hứng thú của học sinh với phương pháp giải toán hóa vô cơ.

7 Giả thuyết nghiên cứu

Khả năng ứng dụng phương pháp chung giải các bài toán hóa học vô cơ

ở trường THPT là rất khả quan Áp dụng phương pháp này học sinh có thểgiải được dễ dàng hầu hết các bài toán hóa vô cơ Mặt khác khi học sinh và giáoviên thống nhất phương pháp giải thì công việc giảng dạy sẽ thuận lợi hơn gópphần nâng cao chất lượng dạy và học môn hóa học phổ thông

8 Phương pháp chứng minh luận điểm

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn.

Phương pháp nghiên cứu lí thuyết:

- Phương pháp thu thập và xây dựng các nguồn tài liệu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết các nguồn tài liệu thu được Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

- Quan sát, điều tra thực trạng việc giải bài tập hóa học nói chung và hóa học vô cơ nói riêng

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm và phương pháp thống kê toán học trong khoa học giáo dục để đánh giá chất lượng, tính khả thi của đề tài

9 Đóng góp mới của đề tài.

Đưa ra một phương pháp chung giải bài toán hóa học đơn giản, dễ sửdụng đối với học sinh THPT Phân loại bài toán hóa vô cơ lớp 12, phân tíchcách sử lí, đưa ra các nhận xét giúp giải nhanh các dạng bài đã nêu

10 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, danh mục các tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Bài tập hóa học và bài toán hóa học vô cơ.

Chương 2: Phương pháp giải các bài toán hóa học vô cơ lớp 12 trung

học phổ thông

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.

Chương 1: BÀI TẬP HÓA HỌC VÀ BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ

CƠ 1.1 Bài tập hóa học

1.1.1 Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hóa học

Bài tập hóa học là một dạng bài làm gồm những bài toán, những câuhỏi, hoặc đồng thời cả bài toán và cả câu hỏi, mà trong khi hoàn thành chúng,học sinh nắm được một tri thức hay kỹ năng nhất định và hoàn thiện chúng

Trong quá trình dạy học ở trường THCS hay THPT không thể thiếu bàitập hóa học Bài tập hóa học là một biện pháp hết sức quan trọng để nâng caochất lượng dạy học, nó giữ vững một vai trò lớn lao trong việc thực hiện mụctiêu đào tạo: Nó vừa là mục đích, vừa là nội dung, lại là phương pháp dạy họchiệu nghiệm Bài tập hóa học không những cung cấp cho học sinh kiến thức

mà còn là con đường giành lấy kiến thức và cả hứng thú say mê học tập Bàitập hóa học có những ý nghĩa và vai trò quan trọng trong việc thực hiện cácnhiệm vụ trí dục, đức dục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp

a Tác dụng trí dục

- Bài tập hóa học có tác dụng giúp cho học sinh hiểu sâu hơn các kiếnthức ,khái niệm, tính chất đã học, củng cố kiến thức đã học một cách thườngxuyên và hệ thống kiến thức một cách có hiệu quả

- Ôn tập hệ thống hóa kiến thức một cách tích cực nhất, đào sâu, mởrộng sự hiểu biết một cách sinh động, phong phú và không làm cho học sinh buồnchán khi học môn hóa học

- Bài tập hóa học thúc đẩy thường xuyên sự rèn luyện các kỹ năng, kỹ xảo cần thiết về hóa học cho học sinh

- Bài tập hóa học tạo điều kiện cho học sinh phát triển năng lực tư duy như: Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, hệ thống hóa, suy luận

b Tác dụng đức dục

- Qua việc giải bài tập hóa học học sinh được rèn luyện các phẩm chấtnhân cách như: tính kiên nhẫn, trung thực, tính khoa học và tính độc lập, sáng tạokhi sử lí các tình huống bài tập

- Việc tự giải các bài tập, còn rèn luyện cho học sinh tinh thần kỷ luật,tính kiên trì khắc phục khó khăn, kích thích hứng thú học tập bộ môn hóa học nóiriêng và các môn học nói chung.

c Tác dụng giáo dục kỹ thuật tổng hợp

- Các bài tập hóa học có nội dung về những vấn đề , công nghệ hóahọc, sản xuất hóa học, thưc tiễn hóa học, sẽ lôi cuốn học sinh ngày càng say mê

và yêu thích hóa học

1.1.2 Phân loại bài tập hóa học

Bài tập hóa học được phân chia theo nhiều cách khác nhau chủ yếu dựa vào các cơ sở sau:

- Dựa vào chủ đề (chương, mục, bài, )

- Dựa vào khối lượng kiến thức (bài tập đơn giản, bài tập phức tạp, )

- Dựa vào nội dung bài tập (bài tập dạng chuỗi phản ứng, tinh chế, tách, )

- Dựa vào mục đích dạy học (bài tập nghiên cứa tài liệu mới, bài tập củng cố hoàn thiện kiến thức, )

- Dựa vào hình thức hoạt động của học sinh khi làm bài tập (bài tập lí thuyết, bài tập thực nghiệm , )

Các cơ sở trên chưa có ranh giới rõ rệt, có những bài tập chứa nhiều nội dung, phức hợp nhiều yêu cầu, nên rất khó tách riêng ra

Hiện nay ở phổ thông bài tập hóa học phân ra các dạng như: tự luận, trắc nghiệm và thực nghiệm

- Bài tập tự luận : là bài tập khi làm HS phải viết câu trả lời, phải lí giải,lập luận chứng minh bằng ngôn ngữ của chính mình

- Bài tập trắc nghiệm: là bài tập khi làm HS chỉ phải đọc, suy nghĩ đểlựa chọn đáp án đúng trong số các phương án đã cho sẵn Thời gian làm một bàitrắc nghiệm rất ngắn, chỉ khoảng 1-2 phút Bài tập trắc nghiệm có các dạng sau:bài tập điền khuyết, bài tập đúng sai, bài tập ghép đôi và bài tập nhiều lựa chọn

- Bài tập thực nghiệm: là những bài tập cần vận dụng kiến thức lí thuyết

để giải quyết các vấn đề về thực nghiệm Bài tập thực nghiệm là những bàitập vừa mang tính chất lí thuyết vừa mang tính chất thưc nghiệm

Tùy theo tính chất của các dạng bài tập mà người ta còn chia thành bàitập định tính (không có tính chất tính toán), bài tập định lượng (có tính toán)

và bài tập hỗn hợp (có sự kết hợp giữa định tính và định lượng)

Trong luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến các bài tập tính toán địnhlượng hay các bài toán hóa học

1.1.3 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học trong giai đoạn hiện nay

Thực tế cho thấy có nhiều bài tập hóa học còn quá nặng nề về thuậttoán, nghèo nàn về kiến thức hóa học và không có liên hệ với thực tế hoặc mô

tả không đúng với các quá trình hóa học Khi giải bài tập này thường mất thờigian tính toán toán học, kiến thức hóa học lĩnh hội được không nhiều và hạnchế khả năng sáng tạo, nghiên cứu khoa học hóa học của học sinh Các dạngbài tập này dễ tạo lối mòn trong suy nghĩ hoặc nhiều khi lại quá phức tạp, rốirắm với học sinh làm cho các em thiếu tự tin vào khả năng của bản thân dẫnđến chán học, học kém

Định hướng xây dựng chương trình SGK THPT của Bộ Giáo dục vàĐào tạo (2002 ) có chú trọng đến tính thực tiễn và đặc thù của môn học tronglựa chọn kiến thức nội dung SGK Xu hướng phát triển chung của bài tập hóahọc trong giai đoạn hiện nay cần đảm bảo các yêu cầu:

- Loại bỏ những bài tập có nội dung trong hóa học nghèo nàn nhưng lạicần đến những thuật toán phức tạp để giải (hệ nhiều ẩn, nhiều phương trình, bấtphương trình, phương trình bậc hai, cấp số cộng, cấp số nhân…)

- Loại bỏ những bài tập có nội dung lắt léo, giả định rắc rối, phức tạp,

xa rời hoặc phi thực tiễn hóa học

- Tăng cường sử dụng bài tập thực nghiệm

- Tăng cường sử dụng bài tập trắc nghiệm khách quan

- Xây dựng bài tập mới để rèn luyện cho học sinh năng lực phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề.

- Đa dạng hóa các loại hình bài tập như bài tập bằng hình vẽ, bài tập vẽ

đồ thị, sơ đồ, bài tập lắp dụng cụ thí nghiệm…

- Xây dựng bài tập có nội dung phong phú, sâu sắc, phần tính toán đơn giản nhẹ nhàng

- Xây dựng và tăng cường sử dụng bài tập thực nghiệm định lượng Như vậy xu hướng phát triển của bài tập hóa học hiện nay hướng đến

rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, phát triển khả năng tư duy hóa họccho học sinh ở các mặt: lí thuyết, thực hành và ứng dụng Những bài tập cótính chất học thuộc trong các câu hỏi lí thuyết sẽ giảm dần mà được thay bằngcác câu hỏi đòi hỏi sự tư duy, tìm tòi, sáng tạo

1.1.4 Bài toán hóa học và tình hình giải bài toán hóa học của học sinh THPT hiện nay.

Bài toán hóa học (BTHH) là dạng bài tập rất phổ biến và quan trọng

trong quá trình dạy cũng như học hóa học Việc giải các BTHH làm cho họcsinh nắm vững không chỉ mặt định tính mà cả mặt định lượng của bài tập hóahọc Ngay từ khi làm quen với hóa học ở THCS học sinh đã được làm quenvới các đại lượng như nguyên tử khối, phân tử khối, mol, rồi các phươngtrình phản ứng, mối quan hệ giữa các chất phản ứng đặc biệt là mối quan hệ

về số mol các chất phản ứng hay trong quá trình học tập học sinh được họccác định luật bảo toàn như định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toànnguyên tố… Vậy tác dụng của những kiến thức này là gì, phạm vi ứng dụngcủa nó ra sao học sinh không thể biết được nêú không có các BTHH BTHHgiúp học sinh hiểu sâu sắc hơn về các khái niệm cũng như các định luật trên

Tình hình giả ibài toán hóa học của học sinh THPT hiện nay.

Với số lượng các tiết dạy lí thuyết trên lớp rất nhiều thường cả chươngmới có từ 1-2 tiết luyện tập mà trong tiết luyện tập giáo viên còn phải hệ thốnglại nội dung kiến thức của cả chương chính vì thế thời gian để luyện các

BTHH là không nhiều Giáo viên không có thời gian dạy các em về lí thuyếtphương pháp chung giải BTHH mà chỉ có thể chữa được một số ít các BTHH.Nên đòi hỏi học sinh phải tự nghiên cứu là chính Học sinh buộc phải đi họcthêm hoặc mua sách tự nghiên cứu Nhưng đi học thêm thì mỗi giáo viên lại

có một cách giảng khác nhau, cách giải bài tập khác nhau làm cho học sinhkhông biết theo ai Rồi tự mua sách về nghiên cứu thì có quá nhiều sách thamkhảo học sinh không thể biết được nên chọn lựa và học như thế nào Cụ thểphần phương pháp giải BTHH có rất nhiều sách viết về vấn đề này Nhưnghầu hết các sách đều đưa ra quá nhiều phương pháp như phương pháp đườngchéo, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp bảo toàn khối lượng,bảo toàn nguyên tố, bảo toàn điện tích, bảo toàn số mol electron, phươngpháp đại số, phương pháp ghép ẩn số… làm cho học sinh cảm thấy rất rối vìphải hiểu được nội dung, bản chất từng phương pháp và khi nào sử dụng cácphương pháp đó Đây quả là một khó khăn cho các em Với bài toán hóa học

vô cơ học sinh còn gặp khó khăn là nhiều trường hợp: không viết đượcphương trình phản ứng không tìm được phương pháp giải phù hợp, khôngbiết cách trình bày hợp lí và logic việc giải các bài tập.v.v… Trong đó lúngtúng nhất là không tìm được phương pháp giải bài tập

Như vậy nghiên cứu đưa ra một phương pháp chung giải BTHH đơngiản và dễ sử dụng đối với học sinh THPT là một nhiệm vụ rất cần thiết Mụcđích của luận văn này là nhằm đóng góp một phần vào giải quyết nhiệm vụnêu trên

1.2 Phương pháp chung giải các bài toán hoá học THPT

Để giải các BTHH, trước hết cần phân tích nội dung của bài toán vàbiểu thị nội dung đó bằng các phương trình hóa học Khi đã viết và cân bằngđược các phương trình hóa học, dễ dàng thiết lập được quan hệ giữa số molcủa các chất tham gia hay hình thành sau phản ứng, nhờ đó tính được số molcủa “các chất cần tính toán” khi biết số mol của “các chất đã cho trước sốliệu” Tuy nhiên, trong BTHH các số liệu cho trước cũng như các đại lượng

cần tính toán thường không phải là số mol mà là các đại lượng khác như khốilượng, thể tích, nồng độ… của chất và mục đích của bài toán hóa học cũngkhông phải là xác định số mol của “các chất cần tính toán” mà là xác địnhkhối lượng, thể tích, nồng độ, …của các chất đó.Như vậy để giải các bài toánhóa học, ngoài quan hệ giữa số mol của các chất phản ứng, còn cần phải dựavào một số công thức chuyển đổi khối lượng, thể tích, nồng độ, v.v… củachất ra số mol chất và ngược lại.

1.2.1 Những công thức cần thiết khi giải bài toán hóa họ.c

Muốn chuyển đổi các đại lượng như nồng độ, thể tích, khối lượng củachất ra số mol chất ta sử dụng 4 công thức chính:

10

Công thức (4) biểu thị quan hệ giữa nồng độ phần trăm (C%), khối

lượng chất tan (mct) và khối lượng hay thể tích dung dịch (mdd, Vdd)

Chú ý: Trong công thức (3), V tính bằng lít còn trong công thức (4), V

tính bằng ml, d tính bằng g/ml

Áp dụng công thức trên cho trường hợp hỗn hợp các chất, ví dụ hỗn

hợp gồm 2 chất có khối lượng là m1, m2 có khối lượng mol là M1, M2 và số

Từ hệ thức này, ta có thể tính số mol của một chất bất kì theo số mol

của chất còn lại trong phản ứng:

n  a

n  a n  a n n  d n  d

n  d n d

11

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (4)Giả sử cần thiết lập quan hệ giữa nFe và n Fe O

2 3

Ta thấy: nFe =

nFeCl , n

Ví dụ 3: Cho hỗn hợp 3 kim loại Na, Fe, Al hoà tan hoàn toàn trong

dung dịch H2SO4 loãng thu được 1 chất khí và dung dịch D Thêm dung dịchNaOH vào dung dịch D cho tới dư, lọc lấy kết tủa, đem nung trong không khíđến khối lượng không đổi, thu được một chất rắn

Thiết lập quan hệ giữa khối lượng hỗn hợp, số mol chất khí và số molchất rắn với số mol các kim loại trong hỗn hợp ban đầu

Lời giải:

2Na + H2SO4 Na2SO4 + H2 (1)

2Al +3 H2SO4 Al2(SO4)3 +3 H2 (2)

Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 (3)

Al2(SO4)3+ 6NaOH`  3Na2SO4 + 2Al(OH)3 (4)

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O (5)

FeSO4 + 2 NaOH  Na2SO4 + Fe(OH)2 (6)

12

Các phương trình (a), (b), (c) biểu thị các quan hệ cần tìm.

Qua các ví dụ trên, nhận thấy khi đã viết và cân bằng được các phươngtrình phản ứng thì dễ dàng thiết lập được quan hệ giữa số mol của các chấtphản ứng Dựa vào các quan hệ này và các công thức đã nêu ở trên có thể giảiquyết được các BTHH

1.2.3 Phương pháp chung giải toán hóa học

Các BTHH có thể chia thành 2 loại là bài toán hỗn hợp và “không hỗnhợp”

- Bài toán “không hỗn hợp” là loại bài toán liên quan đến phản ứng của

2 chất qua một giai đoạn hay 1 dãy biến hóa (như ví dụ 1, ví dụ 3 ở trên)

- Bài toán hỗn hợp là loại bài toán liên quan đến phản ứng của hỗn hợp chất.( như ví dụ 3 ở trên )

1.2.3.1 Loại bài toán “không hỗn hợp”

Phương pháp giải các bài toán loại này là: Lập biểu thức tính đại lượng

mà bài toán yêu cầu rồi dựa vào quan hệ giữa số mol của “chất cần tính toán”với số mol của “chất có số liệu cho trước” và dựa vào các công thức để giải

1 V H2 = 22,4 n H2 = 22,4 0,1 = 22,4 ( lit)

2.a= n H

HCl = 0,2 = 2M

0,1 0,1

Ví dụ 2:

Oxi hóa hoàn toàn 11,2l khí NH3 (ở đktc) có xúc tác thu được khí A,oxi hóa khí A thu được khí B màu nâu Hòa tan toàn bộ khí B vào 146ml H2Ovới sự có mặt của oxi tạo thành dung dịch HNO3

1 Tính nồng độ % của dung dịch axit

2 Tính nồng độ mol của dung dịch HNO3 biết tỉ khối của dung dịch là 1,2

mdd

Theo ptpư (1), (2), (3): n  n 11, 2  0, 5 mol

Phương pháp giải loại bài toán này là: Đặt ẩn số, lập hệ phương trình

và giải hệ phương trình để tìm ra các yêu cầu bài toán

14

- Ẩn số thường là đặt số mol các chất trong hỗn hợp.

- Các phương trình được thiết lập bằng cách biểu thị mối quan hệ giữa

các số liệu cho trong bài ( sau khi đã đổi ra số mol chất, nếu có thể được ) với các

ẩn số

- Giải hệ phương trình để tìm ẩn rồi dựa vào đó suy ra các đòi hỏi khác

nhau của bài toán

Ví dụ 3:

Cho m gam hỗn hợp gồm Mg và MgO tác dụng vừa đủ với 1 lít dung

dịch HCl 1M thu được 3,36 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y

Nhiệt phân hoàn toàn 18,43 gam hỗn hợp gồm Na2CO3, K2CO3,

BaCO3 và MgCO3 thu được 2,464 lít khí ( đktc) và hỗn hợp rắn A Hòa tan A

bằng một thể tích vừa đủ dung dịch H2SO4 0,1M thu được 1,568 lít khí (đktc)

và 2,33 gam một chất kết tủa

1 Tính khối lượng các chất trong hỗn hợp ban đầu.

Tính thể tích dung dịch H2SO40,1M cần để hòa tan hỗn hợp rắn A

BaSO 4

233Giải 4 phương trình (a), (b), (c), (d) thu được:

Theo (3), (4), (5) và (6) : n H 2 SO 4  x  y  z   0,18  V ddH 2 SO 4 1,8 (lít).

16

Chú ý:

1 Nhiều bài toán hỗn hợp có số phương trình lập được ít hơn số

ẩn Trong trường hợp này để giải hệ các phương trình vô định có 2 phương

pháp chính, đó là:

a Giải hệ kết hợp với biện luận dựa vào các điều kiện của ẩn số.

Ví dụ ẩn số là số mol chất thì phải luôn dương, ẩn số là hoá trị của kimloại thì hóa trị chỉ nhận giá trị từ 1,2 hoặc 3, dựa vào các điều kiện như vậy cóthể biện luận để giải được hệ phương trình vô định

b Giải hệ dựa vào việc tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp.

2 Với các bài toán hỗn hợp của các chất cùng loại có các phản ứng xảy ra tương tự nhau, hiệu suất như nhau… thì có thể thay thế hỗn hợp

bằng một chất có là công thức phân tử trung bình để giải.

Với việc đặt công thức phân tử trung bình thì số ẩn của phương trìnhgiảm xuống và việc giải bài toán sẽ thuận lợi và nhanh gọn hơn Đây là mộtphương pháp có hiệu quả cao để giải các bài toán hỗn hợp (cùng loại) có sốphương trình lập ít hơn số ẩn

Ví dụ 5:

Hòa tan 28,4 gam hỗn hợp hai muối cacbonat của hai kim loại thuộcnhóm IIA bằng dd HCl dư, thu được 6,72 lít khí (đktc)

1.Xác định hai kim loại, biết chúng thuộc hai chu kì liên tiếp nhau

trong bảng tuần hoàn

2 Tính phần trăm khối lượng của mỗi muối trong hỗn hợp ban đầu

Lời giải:

Gọi hai muối là ACO3 và BCO3, số mol tương ứng là x, y Giả thiết

khối lượng mol của A nhỏ hơn B ( A< B)

Cách 1: Từ (a), (b) suy ra: Ax + By = 10,4.

Thay x= 0,3 – y thu được: y = 10,4  0,3A

B  AVới điều kiện 0 < y < 0,3 ; 0,3A < 10,4 hay A < 34,67

Các kim loại nhóm IIA thỏa mãn điều kiện trên chỉ có Be (A= 9) hoặc

Vậy : A là Mg ; B là Ca ; x= 0,1 ; y =0,2

2.Khối lượng MgCO3 : 0,1 84 = 8,4 (g) ; % MgCO3 = 29,58%

Khối lượng CaCO3 : 0,2.100 = 20 (g) ; % CaCO3 = 70,42%

Cách 2 : Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp hai muối

M hh = 28,4

0,3  94,67 ta có bất đẳng thức

A + 60 < 94,67 < B+ 60 hay A< 34,67 < B

Hai kim loại A, B thỏa mãn điều kiện trên và điều kiện của đề bài chỉ có thể

là Mg ( A=24) và Ca ( B=40)

Thay A= 24, B= 40 vào (a) và giải hai phương trình (a), (b) thu được x=0,1;y= 0,2; từ đó tính được phần trăm khối lượng của hai muối như cách 1

Cách 3 : Có thể giải bài toán trên nhanh gọn hơn bằng cách đặt CTPTTB hai

muối là R CO3, với số mol là a :

CO3 + 2HCl  Cl2 + CO2 + H2O

Giải (a), (b) thu được: R = 34,67

Hai kim loại thỏa mãn điều kiện trên và điều kiện của đề bài có thể

là Mg (M= 24) và Ca (M= 40)

Đặt số mol của MgCO3 và CaCO3 là b và c ta có:

Giải (c), (d) thu được b= 0,1 ; c= 0,2 ; từ đó tính được phần trăm

khối lượng của mỗi muối như ở cách 1

Như vậy qua 5 ví dụ trên ta thấy bài toán hỗn hợp và bài toán khônghỗn hợp tuy cách giải có những điểm khác nhau nhưng chúng đều thống nhất

ở chỗ là chúng đều được giải dựa vào mối quan hệ giữa số mol của các chấtphản ứng và dựa vào các công thức biểu thị môi quan hệ giữa số mol chất vớikhối lượng, thể tích, nồng độ, … của chất Đó chính là nội dung của phương phápchung giải BTHH

*Hiện nay, hình thức thi trắc nghiệm ngày càng phổ biến mà đặc điểmcủa loại hình kiểm tra này là số lượng câu hỏi nhiều vì thế thời gian làm bàirất ngắn Ngoài việc áp dụng phương pháp chung giải các BTHH nêu trên,

học sinh cần kết hợp, vận dụng hợp lí các định luật sẵn có trong hóa học như :

định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn số mol electron, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn điện tích, và sử dụng phương trình ion thu gọn để giải nhanh các BTHH.

1.3 Áp dụng các định luật bảo toàn trong hóa học để giải nhanh các bài toán hóa học

1.3.1 Định luật bảo toàn khối lượng

“Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng

0,4 mol nH2O = nCO2 = 0,2 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

Lời giải:

FexOy + y CO  xFe + y CO 2

1.3.2 Định luật bảo toàn nguyên tố

“Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tố luôn được bảo toàn nghĩa là tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố bất kì trước và sau phản ứng luôn bằng nhau”.

Phương pháp này thường áp dụng cho các bài toán xảy ra nhiều phảnứng và để giải nhanh ta chỉ cần thiết lập sơ đồ mối quan hệ giữa các chất

Hỗn hợp chất rắn X gồm 0,1 mol FeO, 0,2 mol Fe2O3 và 0,1 mol

Fe3O4 Hòa tan hỗn hợp X trong HCl dư thu được dung dịch Y Cho dungdịch NaOH dư vào dung dịch Y thu được dung dịch T và kết tủa Z Lọc kếttủa Z rửa sạch nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được chấtrắn E Tính khối lượng chất rắn E

Lời giải:

Sơ đồ phản ứng:

Fe3O4

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:

nFe(X) = nFe(E) = 0,1 + 0,2.2 + 0,1.3 = 0,8 mol

0,8n

Fe 2 O 3

=

2 = 0,4 mol

m(E) = 0,4.160 = 64 g

1.3.3 Định luật bảo toàn điện tích

Trong dung dịch luôn trung hòa về điện nghĩa là “Tổng số mol điện tích

dương của các cation luôn bằng tổng số mol điện tích âm của các anion”

Phương pháp này thường áp dụng cho các bài toán về chất điện li Dựa vào

mối quan hệ giữa các ion trong dung dịch ta xác định được các đại lượng

theo yêu cầu của bài

Ví dụ 1:

Một dung dịch chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+, x mol Cl-, y mol SO4

2-Tổng khối lượng các muối tan trong dung dịch là 5,435 gam Tính x và y?

Dung dịch E có 5 loại ion: Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0,1 mol Cl-, 0,2 mol NO3

- Thêm dần vào dung dịch K2CO3 1M vào dung dịch E đến khi thu được

lượng kết tủa lớn nhất Tính V?

1.3.4 Định luật bảo toàn số mol electron

Trong quá trình phản ứng, có nhiều chất ôxi hóa và chất khử thì “Tổng

số mol electron mà chất khử nhường bằng tổng số mol electron mà chất ôxi

hóa nhận”

Khi áp dụng phương pháp này cần phải nhận định đúng trạng thái đầu

và cuối của các chất ôxi hóa và chất khử, nhiều khi không cần quan tâm đến

cân bằng ptpư

Ví dụ 1 :

Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu số mol bằng nhau bằng

axit HNO3 thu V lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 và dung dịch Y

chỉ chứa 2 muối và axit dư Tỉ khối của X với H2 là 19 Tính V?

Theo định luật bảo toàn số mol e ta có:

Với n=3, M= 27( Al) là hợp lí Vậy M là Al

1.3.5 Sử dụng phương trình ion thu gọn

Trong bài toán có nhiều phản ứng xảy ra cùng bản chất như phản ứngtrung hòa, phản ứng trao đổi… ta nên dùng phương trình ion thu gọn để mô tảbản chất phản ứng đồng thời giúp giải toán gọn và nhanh hơn

Ví dụ 1:

Hòa tan 0,1 mol Cu trong 120 ml dung dịch X gồm HNO3 1M và H2SO4

0,5M Sau khi phản ứng kết thúc thu V lít khí NO duy nhất Tính V(l) ?

Lời giải:

nH+ = nHNO 3 + 2 n H 2 SO 4 = 0,24 mol

nNO3- = 0,12 mol

Phương trình ion thu gọn

3Cu + 8H+ + 2NO3 - → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

So sánh các tỉ lệ

0, 24Thấy tỉ lệ là nhỏ nhất, chứng tỏ H+ phản ứng hết

Cho m gam hỗn hợp Mg và Al vào 250 ml dung dịch X chứa hỗn hợp

HCl 1M và H2SO4 0,5M thu 5,32 lít H2 ở đktc và dung dịch Y Tính pH dung

mol nH+ dư = 0,5 – 0,475 = 0,025 mol

25

là 0,25M và 0,75M Tính thể tích dung dịch X cần để trung hòa vừa đủ 40mldung dịch X ?

Tiểu kết chương 1

Trong chương này chúng tôi đã trình bày cơ sở l y luận và thực tiễn của

đề tài, về bài tập hóa học và bài toán hóa học vô cơ

1- Ý nghĩa tác dụng của bài tập hóa học, phân loại bài tập hóa học, xuhướng phát triển bài tập hóa học trong giai đoạn hiện nay Tình hình giải bàitoán hóa học của học sinh THPT

2- Phương pháp chung giải các bài toán hóa học

3- Kết hợp phương pháp chung với các định luật bảo toàn tronghóa học hoặc sử dụng phương trình ion rút gọn để giải nhanh các bài toánhóa học

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ

LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

2.1 Các chú ý khi giải bài toán hóa học vô cơ

Phương pháp chung giải bài toán hóa học, THPT trình bày ở trên áp

dụng chung cho các bài toán hóa học vô cơ cũng như hữu cơ Tuy nhiên với

các bài toán hóa học vô cơ học sinh thường gặp khó khăn và cần chú ý hơn

những vấn đề sau:

Chú ý 1: Phải viết đúng các phương trình phản ứng xảy ra

Thí dụ:

* Phản ứng giữa FexOy với dung dịch HCl tạo thành muối FeCl 2y/x

(hoặc FexCl2y) chứ không phải là FeClx hoặc FeCly

* Phản ứng giữa NaOH với H2SO4, H2S, H3PO4 phản ứng giữa

NaOH với CO2 , SO2 tạo thành sản phẩm gì, tùy thuộc vào tỷ lệ giữa số mol

NaOH và số mol của các chất tương ứng

khác nhau khi thêm muối từ từ vào axít hay khi thêm axít từ từ vào muối v.v

Những điều cần chú ý về phản ứng của kim loại và một số phản ứng

quan trọng của hợp chất kim loại sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phẩn tiếp

theo của bản luận văn

Chú ý 2: Sau khi viết đúng các phương trình phản ứng, học sinh cần

chú ý biện luận xem chất phản ứng nào dư, chất nào phản ứng hết để xác

định được các sản phẩm sau phản ứng là gì, cũng như để tính toán các chất

tạo thành theo chất phản ứng hết

Thí dụ với phản ứng nhiệt nhôm:

t0

(*)

8Al + 3Fe3O4 9Fe + 4Al2O3

- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn thì sản phẩm sau phản ứng có thể là

Fe + Al2O3 hoặc Fe + Al2O3 + Al dư hoặc Fe + Al2O3 + Fe3O4 dư Để biết

cụ thể trường hợp nào đúng thì phải dựa vào các dữ kiện cho trong bài để suy

luận và nếu không suy luận được ngay thì phải giả thiết từng trường hợp để

giải bài toán Trường hợp nào cho kết quả hợp lý là đúng, trường hợp nào chokết quả vô lý thì loại

- Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn thì sản phẩm sau phản ứngngoài Fe và Al2O3 còn cả Al và Fe3O4 chưa phản ứng hết Trong trường hợp nàyviệc tính toán không thể dựa vào số mol có ban đầu của Al hoặc Fe3O4

Cần phải đặt số mol của Al hoặc Fe3O4 đã phản ứng là n và việc tính toánphải dựa vào giá trị n đó Để minh họa ta xét bài toán sau:

Trộn 10,8 gam bột Al với 34,8 gam bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứngnhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí Hòa tan hoàn toàn hỗn hợprắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 loãng (dư) thu được 10,752 lít H2.

(đktc) Tính hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm?

Giải: Bài toán hỏi hiệu suất của phản ứng, chứng tỏ phản ứng nhiệtnhôm (*) chưa hoàn toàn và hỗn hợp rắn sau phản ứng ngoài Fe, Al2O3 còn

vận dụng thêm các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn số mol electron Với bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với H 2 SO 4 đặc hoặc với HNO 3 tạo ra nhiều sản phẩm khí thì việc viết và cân bằng các phản ứng mất khá nhiều thời gian Trường hợp này nên sử dụng định luật bảo toàn số mol electron để giải.

2.2 Giới thiệu chương trình hóa học vô cơ lớp 12 (chương trình nâng cao)

Chương trình hóa học vô cơ lớp 12 bắt đầu từ chương 5

Chương 5 : Đại cương về kim loại.

Chương này được học trong 13 tiết, bao gồm 9 tiết lí thuyết, 2 tiết luyện tập, 2 tiết thực hành

Nội dung kiến thức trong chương cung cấp cho học sinh những kiến thức, khái niệm cơ bản về:

- Vị trí, tính chất vật lí, tính chất hóa học chung của kim loại;

- Dãy điện hóa, thế điện cực chuẩn của kim loại, sự điện phân;

- Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại;

- Nguyên tắc và phương pháp điều chế kim loại

Đây là các khái niệm và kiến thức đai cương về kim loại làm cơ sở choviệc nghiên cứu các nhóm kim loại cụ thể

Chương 6: Kim loại kiềm – Kim loại kiềm thổ - Nhôm.

Chương 6 gốm 7 tiết lí thuyết, 1 tiết luyện tập và 1 tiết thực hành

Sự nghiên cứu các nhóm kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm đượcthực hiện từ vị trí cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí, tính chất hóa học, ứngdụng và điều chế, một số hợp chất quan trọng của chúng Từ các kiến thức líthuyết về cấu tạo nguyên tử, đại cương về kim loại tạo điều kiện cho học sinh

dự đoán lí thuyết về tính chất các chất và dùng thí nghiệm kiểm chứng các dựđoán của mình cũng như suy luận về các phương pháp điếu chế chúng

Chương 7 : Crom – Sắt – Đồng.

Chương này gồm 7 tiết lí thuyết, 2 tiết luyện tập, 1 tiết thực hành

Đây là các kim loại nhóm B và có nhiều ứng dụng trong thực tiễn Sựnghiên cứu các kim loại cũng yêu cầu học sinh biết vị trí, cấu hình electron