Giải toán hóa học và nghệ thuật ẩm thực

Sao băng lạnh giá ~ Vũ Khắc Ngọc 0985052510 GIAI TOAN HOA HOC VÀ NGHỆ THUẬT AM THUC 1 Đặt vấn đề Sau khi bài viết “Bài toán kinh điển của Hóa học: bài toán 9 cách giải" của tôi phổ b

Trang 1

Sao băng lạnh giá ~ Vũ Khắc Ngọc 0985052510

GIAI TOAN HOA HOC

VÀ NGHỆ THUẬT AM THUC

1 Đặt vấn đề

Sau khi bài viết “Bài toán kinh điển của Hóa học: bài toán 9 cách giải" của tôi phổ biến trở lại trên các diễn đàn mạng (rước đó đã từng được post lên forum của CLB Gia sư Hà Nội năm 2006), tôi đã nhận được khá nhiều thông tin thú vị, rất nhiều Topic, Eany và cả Email phân hôi (đa số là của các giáo viên) với những tiêu đê rất hấp dẫn nhục: “Bài toán kinh điển đã lùi vào lịch sử”, “Bài toán kinh điển đã không còn là 9 cách giải”, “Cách thứ 10 cho bài toán của Sao băng”, Quả thật là rất vui khi thầy bài viết của mình đến được với số đông bạn đọc

và tạo ra một sự thách đỗ nho nhỏ cho những ai muốn phát triển bài toán này, nhưng cũng phải bật cười cho cái sự hiểu thăng của tuổi trẻ Cảm hứng đó làm tôi muỗn viết bài này, như một

n vui vẻ cho tất cả mọi người

câu chi

Giải một bài toán Hóa học bằng nhiều phương pháp là một trong những nội đung quan trọng trong giảng dạy Hóa học ở trường phổ thông nhằm kích thích khả năng sáng tạo và tư duy của học sinh Như tôi đã từng để cập trên một điễn đàn:

“Phương pháp Giáo dục ở ta hiện nay còn rất gò bó và hạn chế tâm suy nghĩ, sáng tạo của học sinh Bản thân các em học sinh, khi đối mặt với một bải toán cũng thường có tâm lý tự hải lòng sau khi đã giải quyết được nó bằng một cách nào đó, mà chưa nghĩ đến chuyện tối tru hóa bài toán, giải quyết nó bằng cách nhanh nhất Giải quyết một bài toán Hóa học bằng nhiều cách khác nhau là một cách rất hay để phát triển tư duy kỹ năng học Hóa của mỗi người giúp ta có khả năng nhìn nhận vấn đề theo nhiều hướng khác nhau, phát triển tư duy logic, sử dụng thành thạo và vân dụng tối đa các kiến thức đã học Đối với giáo viên suy nghĩ vẻ bài toán

và giải quyết nó bằng nhiễu cách còn là một hướng đi có hiệu quả để tổng quát hóa hoặc đặc

tà rèn luy

biệt hóa, liên hệ với những bài toán cùng dạng điều này góp phẫn hỗ trợ, phát triển các bài tập hay và mới cho học sinh `

Tuy nhiên, việc rèn luyện việc giải toán Hóa học bằng nhiễu phương pháp nhằm hướng đến mục tiêu rèn luyện kỹ năng và tư đuy, không có nghĩa rằng chúng ta phải giải bài toán bằng cảng nhiều cách cảng tốt Ở đây cẩn phân biệt rõ khái niệm “phương pháp” và “cách” Việc

ít hiệu

lạm dụng, đôi khi là phô diễn một bài toán cho có nhiễu cách làm là không cẩn thiết

quả trong học tập

Đối với một bài toán, những phương pháp tư duy để giải quyết là thứ nguyên liệu không nhiễu nhưng những cách làm — những “món ăn” được xảo xáo cị từ đó là rất nhiều Tuy nhiên, để đi từ một số ít nguyên liệu mà điều chế ra được nhiều món ăn ngon là một công việc không hễ đơn giản Nếu không khéo chế biến thì sản phẩm thu được sẽ không đều tay, các món

ra com/saobanglanhgia

Trang 2

ăn hoàn toàn khác nhau thì có món rất ngon, lại có món siêu đở và ngược lại nếu chế biển được toàn món ngon mà lại nhiễu quá, hoặc na ná như nhau thì đễ sinh ra vị “ngán”

Trong các bài giảng trước, tôi đã nhiều lẫn đề cập đến “Bài toán kinh điển của Hóa học — bài toán 9 cách giải” mà tôi viết từ năm 2006 Tính đến nay, tôi hoàn toàn có thể tô vẽ nó ra tới

hơn 15 cách, nhưng trong những cách đó, không phải cách làm nảo cũng hay, cũng hiệu quả

Hôm nay, tôi xin giới thiêu với các bạn một bài toán nữa, cũng có thê gọi là một “bải toán kinh điển” nhưng là một bài tập hữu cơ Bài toán này “cặp đôi” cùng với bài toán vô cơ đã có sẽ làm nên một bộ đôi siêu kinh điển cho những ai muốn đạy và học về giải toán Hóa học Bài viết dưới đây sẽ trình bày 12 cách giải mà theo tôi tuy chưa thực sự nhanh nhưng rất hay và cực kỳ

có ý nghĩa cho việc minh họa phương pháp

12 cách làm này có thê xem là 12 món ăn ngon cho mỗi bạn đọc và hy vọng, không ai, sau khi đọc bài viết này phải cảm thấy “ngán”

TH Vĩ dự và phân tích

“tổn hợp X gôm C›;H› C›:H; và C;H„ Đốt cháy hoàn toàn 24,8g hỗn hợp X thu được

28,8g nước Mặt khác 0,5 moi hỗn hợp này tác dụng vừa đủ với 500g dụng dich Brom 2054 Tĩnh % về thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp ”"

1 Nguyên liệu

n của để bài ta có thể đễ đàng nhận ra các “dấu hiệu nhận biết” của các phương pháp giải toán quen thuộc (^^ cái này thì tôi chỉ dám trình bảy bằng ngôn ngữ nói, trực tiếp tại lớp học thôi) Đó là

Ti cdc dit

~_ Phương pháp đại số thông thường

liệu

~_ Phương pháp đưa thêm

- Phương pháp trung bình và kỹ thuật đường chéo

~ _ Phương pháp đường chéo

- Phương pháp phân tích hệ số và ứng dung

~ _ Phương pháp bảo toàn nguyên tổ và khối lượng

-_ Độ bất bão hòa k

Tất nhiên là ở đây các phương pháp này đan xen lẫn nhau và khó có thể phân biệt rạch rồi với nhau, đồng thời, cũng có khó có thể chỉ dùng một phương pháp mà có thể giải quyết trọn ven được bài toán

2 Xào nấu

Các phương trình phản ứng xảy ra trong bài như sau:

~_ Khi đốt cháy:

Trang 3

5 C,H, + +0, —> 2CO, + H,O

7 C:H, + CO, > 2CO, + 3H,0

9

GH, + =O, > 3CO, + 3H,0 -_ Khi tác đụng với Brom:

C.H, + 2Bn„ — C.H,Bny

CH, + Br, > CH,Br,

28.8 1 Gmol ng =200%20%

160

Cách 1: Phương pháp đại số thông thường (đây là cách làm thông thường mà học sinh nảo cũng từng được biết và có lẽ là không đưới 70% học sinh giải bài toán này bằng cách này)

0,625mol

Nao =

Goi số mol các khí trong 24.8 gam hỗn hợp X lan lượt là x y, z mol

và số mol các khí trong 0,5 mol hỗn hợp X lân lượt là kx, ky, kz mol

Từ giả thiết, ta có hệ phương trình:

26x+30y+42z =24.8g

xây +3z =1,6mol

koe +ky + kz =0,5mol

2x + kz =0,625mol

4mol

2mọi > {

k=16

Cách 2: Piurơng pháp đưa thêm số liệu

Hén hop X theo đề bài là một hỗn hợp đông nhất

hợp là không đổi, do đó, KLPT trung bình của hỗn hợp (1) là một giá trị không đổi

ÿ lệ giữa các thành phẫn khí trong hỗn

Ta dùng phương pháp đưa thêm số liệu: gọi x y z lẫn lượt là số mol của ba khí trong 1 mol hỗn hợp X Từ giả thiết, ta có hệ phương trình

x+y+z= mol

x=0,Smol

>

=0,25mol

24,8(x+ 3y + 3z)

16

Trang 4

Sao băng lạnh giá ~ Vũ Khắc Ngoc 0985052510

Cách 3: Phương pháp trung bình +Phương pháp bảo tồn nguyên tố và khối lượng + Phương pháp đại số

Goi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CCHf~

Áp đụng định luật bảo tồn nguyên tố và khối lượng ta cĩ

Mg = My ~My = 24,8-1,6x2=21,6g > no =1.8mol >

Do đĩ, CTPT trung bình ở trên cĩ thể viết thành Cc

Do phản ứng cơng Brom biến Hydrocacbon đã cho thành hợp chất no, nên CTPT của sản

0.625x2

pham la: Fig: Bry=, vi ‡x+2= 23 > xã

0.5 'Vậy CTPT trung bình của hỗn hợp X là Cy Hi ry

Từ đây ta để đảng cĩ số mol của 24.8ø X là 0.8 mol Và hệ phương trình

x+y+z=0,8mol

X+3y+3z =1,6mọ

2x+3y+3z =1, 8mọ

Cách 4: Phương pháp trung bình +Phương pháp bảo tồn nguyên tố và khối lượng + Phương pháp đường chéo

Goi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CCf~

Áp đụng định luật bảo tồn nguyên tố và khối lượng ta cĩ

Me = My ~My = 24,8-1,6%2

16g —> no=18mol >

Do đĩ, CTPT trung bình ở trên cĩ thể viết thành C‡Hlz -

Do phản ứng cơng Brom biến Hydrocacbon đã cho thành hợp chất no, nên CTPT của sản

phẩm là: CS#h„ -B;-.„ với grt?

‘Vay CTPT tung binh cia hon hop X 1a Cy,

Áp đụng phương pháp đường chéo cho hỗn hợp X ta cĩ:

- Theo số C trưng bình

Trang 5

ee 9

CiH(=3) 7” + —— 25%

-_ Theo số H trung bình:

H=4_

Tir d6, ta cting thu duoc két qua nhu cae cach lam trên

Cách Phuong pháp trung bình + Độ bắt bão hoa k + Phuong pháp đại số

Gọi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CSÈf-_ r trong đĩ E là số liên kết x trang

bình của hỗn hợp X và a là số mol của 24.8 gam hỗn hợp X

Do đĩ, CTPT trung bình của X là

Ta viết lại phản ứng cháy:

=

Từ phương trình đốt cháy, ta cĩ hệ phương trình:

).8mol 'Vậy CTPT trung bình của hỗn hợp X là Cs Hs

Tit day, ta dé dang cé sé mol ciia 24,8¢ X là 0,8 mol Và hệ phương trình:

0,8mol

xty

x+3y+3z=1,6mol

2x+3y +3z =1,8mọ

Cách 6: Phương pháp trung bình + Độ bắt bão hịa k + Phương pháp đại số + Phương pháp đường chéo

Gọi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CLZ7- _.r trong đĩ E là số liên kết x trung bình của hỗn hợp X và a là số mol của 24.8 gam hén hop X

Trang 6

0.625

ny 0,5

Từ phản ứng của X với Br›, ta c6: F=

Do đó, CTPT trung bình của X là GHz,

Ta viết lại phản ứng cháy:

Từ phương trình đốt cha

[als —0.5)=24.8 ax=18 =

|a(x=0.25)=1L6 a=0,8 (a=0.8møi

iy CTPT trung bình của hỗn hợp X là Cy/Hy

Áp đựng phương pháp đường chéo cho hỗn hợp X ta có:

_—” 1

- Theo sé H trung bình

(Coe, CH) (H= 6) —_ _—_——* ? ——* 50%

H=4

Từ đó, ta cũng thu được kết quả như các cách làm trên

Cách 1: Phương pháp trung bình + Độ bắt bão hòa k +Phurơng pháp bảo toàn nguyên

tô và khối lượng + Plurơng pháp phân tích hệ số và ứng dụng + Phương pháp đại số

Gọi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CLJf„„ trong đó E là số liên kết x trung bình của hỗn hop X

Từ phản ứng của X với Br;, ta có: È=

=i, —m, =24.8—1.6x2

Me = My ~My = 24,8-1,6%2

Trang 7

Sao băng lạnh giá ~ Vũ Khắc Ngọc 0985052510 Trong bài giảng “Phương pháp phân tích hệ số và ứng dụng trong việc giải nhanh bài

& Hụ o — Hco,

tốn Hĩa học " tơi cĩ niên một kết quả rất quan trọng là: 'lự E —~ỶT—

Áp đụng kết quả này vào bài tốn đã cho, ta đễ đàng cĩ đy = 0,8mọ

Từ đây ta đễ đảng cĩ hệ phương trình:

0.8mol

1 6mol 1.8mol

xty

x+3y+3

Cách 8: Piương pháp trung bình + Độ bắt bão hịa k +Piutơng pháp bảo tồn ngư)

tơ và khối lượng + Phương pháp phân tích hệ số và ứng dụng + Phương pháp đường chéo Gọi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CCf„-_._„y trong đĩ È là số liên kết x trung

bình của hỗn hop X

Từ phản ứng của X với Br›, ta cĩ: Ÿ =

Me = My ~My =24,8-1,6K2=21,6g > Ne =1.8mol = neo,

Trong bài giảng “Phương pháp phân tích hệ số và ứng dụng trong việc giải nhanh bài

& Hụ o — Hco,

tốn Hĩa học " tơi cĩ niên một kết quả rất quan trọng là: 'lự E —~ỶT—

Áp đụng kết quả này vào bài tốn đã cho, ta đễ đàng cĩ đy = 0,8mọ

18 9

TS — x Và CTPT trung bình của X sẽ là CoH,

ny

Áp dụng phương pháp đường chéo cho hỗn hợp X ta cĩ

- Theo sé C trung bình

(CpHp, CoH) (C = 2) —

C;Hạ(C=3) —”

—> 75%

—”

—>

9

4

3

4

1

—— ——>25% +

- Theo số H trung bình:

Trang 9

Từ đó, ta cũng thu được kết quả như các cách làm trên

h9: Piương pháp trang bình + Độ bắt bão hòa k +Phurơng pháp bảo toàn nguyên

tô và khỗi lượng + Phương pháp đại số

of trong 46 Z là số liên kết x trung

Từ phản ứng của X với Bia ta có

Do 46, CTPT trung bình của X la G5 ys @)

Goi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CH-

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tổ và khối lượng, ta có:

me = ly My =24,8-1,6x2=21,6g > ne =1,8mol >

Do đó, CTPT trung binh 6 trén c6 thé viet thanh Hig

= 1

Kết hop 2 kết qua (1) va (2) ta e6: 2X-0,.5=—>x —

‘Vay CTPT trung binh ctia hén hop X 1a Cs Hs

Tit day, ta dé dang cé sé mol cita 24.8g X là 0.8 mol Và hệ phương trình

x+y+z2=0,8mol

x+3y+3z=1,6mol

Cach 10: Phuong phdp trung binh + Độ bắt bão hòa k +Piurơng pháp bảo toàn nguyên

tô và khối lượng + Phương pháp đường chéo

Gọi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là C77, trong đó Z là số liên kết x trung

bình của hỗn hợp X và a là số mol của 24.8 gam hỗn hợp X

Ny, _ 0,625

0.5

Từ phản ứng của X với Br› ta có

Do đó, CTPT trung bình của X là CC „ @®)

Gọi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CC

com/saobanglanh:

Trang 10

Áp đụng định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng, ta có:

216g —> ng=lL8moi >

mẹ =my =m„ =24.8—1.6x2

Do đó, CTPT trung bình ở trên có thê viết thành C—E] 19g @

16 Kết hợp 2 kết quả (1) và (2) ta có: 2x—0.5 = 5

'Vậy CTPT trung bình của hỗn hợp X là C; DI 4+

Áp đụng phương pháp đường chéo cho hỗn hợp X ta có:

—— ——* 75%

¬— 9

4

1

—— ——>25%

4

- Theo sé H trng binh:

i) —— 50%

h 11: Phương pháp trung bình + Độ bắt bão hòa k +Plurơng pháp bảo toàn nguyên

tô và khối lượng + Plurơng pháp phân tích hệ số và ứng dụng

Goi CTPT trung bình của cả hỗn hợp X là CC#f~ r trong đó X là số liên kết x trung

C;H;Œ

bình của hỗn hợp X

Từ phản ứng của X với Br›, ta có: È

Mg = My ~My =24,8-1,6%2=21,6g > Ne =1.8mol =Neo,

Trong bài giảng “Phương pháp phân tích hệ số và ứng dụng trong việc giải nhanh bài

toán Hóa học ” tôi có nêu một kết quả rất quan trong la: Mx =

0.8mol

Áp đụng kết quả này vào bài toan 4a cho, ta dé dang cé 7

Tiếp tục phân tích hệ số các phản ứng cháy, ta có:

— Tỷ lệ Hidrocacbon : CO; đều là 1:2, trừ phản ứng của C3He 6 ty lệ 1:3

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	1,4 MB