Xây dựng hệ thống bài tập các dạng toán về kim loại phát triển tư duy cho học sinh

Phần bài tập này giúp người học có được một hệ thống bài tập hóa học phần kim loại theo hướng củng cố, phân loại được các phương pháp giải toán, nâng cao khả năng suy luận, vận dụng kiến

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA

- -

LÊ THỊ PHƯƠNG DƯƠNG

Xây dựng hệ thống bài tập các dạng toán về kim loại phát triển tư duy cho học sinh.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SƯ PHẠM HÓA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HOÁ -

-

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: LÊ THỊ PHƯƠNG DƯƠNG

Lớp : 09SHH

1 Tên đề tài: Xây dựng hệ thống bài tập các dạng toán về kim loại phát triển tư duy cho học sinh

2 Nội dung nghiên cứu:

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận về tư duy và bài tập hóa học

+ Phân tích các phương pháp giải bài tập hóa học phần kim loại

+ Hệ thống các dạng toán về kim loại phát triển tư duy cho học sinh

3 Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thị Lan Anh

4 Ngày giao đề tài: …… /…… /2013

5 Ngày hoàn thành: …… /…… /2013

Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên) (Ký và ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng…năm 2013

Kết quả điểm đánh giá:

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 4

1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TƯ DUY 4

1.1.1 Khái niệm tư duy 4

1.1.2 Các thao tác của tư duy 4

1.1.3 Vai trò của tư duy 5

1.1.4 Tư duy hóa học 5

1.1.5 Phát triển năng lực tư duy 6

1.2 BÀI TẬP HÓA HỌC 6

1.2.1 Khái niệm bài tập hóa học 6

1.2.2 Phân loại bài tập hóa học 7

1.2.3 Tác dụng của bài tập hóa học 7

1.2.4 Xu hướng phát triển của bài tập hóa học 8

1.3 QUAN HỆ GIỮA BÀI TẬP HÓA HỌC VÀ RÈN NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH 9

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC PHẦN KIM LOẠI 11

2.1 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG VÀ BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ 11

2.2 PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM KHỐI LƯỢNG 14

2.3 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON 17

2.4 PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH 20

2.5 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC ĐẠI LƯỢNG TRUNG BÌNH 21

2.6 PHƯƠNG PHÁP TỰ CHỌN LƯỢNG CHẤT 24

2.7 PHƯƠNG PHÁP BIỆN LUẬN 25

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÁC DẠNG TOÁN VỀ KIM LOẠI PHÁT TRIỂN TƯ DUY CHO HỌC SINH 28

3.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI 28

3.2 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC VÀ DUNG DỊCH KIỀM 33

3.3 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI 38

3.4 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT 49

3.5 BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG NHIỆT LUYỆN 63

3.6 BÀI TẬP VỀ TÍNH LƯỠNG TÍNH CỦA NHÔM HIĐROXIT 68

3.7 BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ 76

3.8 BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN – XÁC ĐỊNH THẾ ĐIỆN CỰC 84

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nền giáo dục của nước ta đang có xu hướng đổi mới từ mô hình dạy học truyền thống một chiều không còn phù hợp sang mô hình dạy học hợp tác hai chiều Thay vì trước đó “giáo viên là trung tâm” thì bây giờ học sinh là người tự tìm ra kiến thức, vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, sáng tạo dưới sự hướng dẫn của giáo viên Giáo viên chỉ là người tổ chức, chỉ đạo, động viên và dạy cho học sinh cách học chứ không thụ động tiếp thu những tri thức do giáo viên sắp đặt sẵn

Muốn như vậy thì đòi hỏi phải có phương pháp học tập tích cực nhằm phát huy khả năng tư duy, chủ động, sáng tạo của học sinh Một trong những phương pháp dạy học đạt hiệu quả cao trong các trường phổ thông là thông qua các bài tập Đây là dạng phương pháp có tác dụng giúp học sinh nhớ lâu hoàn thiện kiến thức, đồng thời có thể đào sâu mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn Việc vận dụng được kiến thức vào việc giải bài tập tạo điều kiện phát triển tư duy, cũng như vai trò tích cực, tự lực, chủ động, sáng tạo và góp phần hình thành nhân cách cho người học

Hóa học là một khoa học thực nghiệm và lý thuyết nên có rất nhiều khả năng trong việc phát triển năng lực nhận thức cho học sinh Trong đó phần kim loại là một trong những chuyên đề không thể thiếu của hóa học Việc dạy và học phần kim loại trong chương trình lớp 12 không những cung cấp cho học sinh những kiến thức chuyên ngành, liên hệ và ứng dụng những kiến thức đã học vào trong thực tiễn, trong các ngành công nghiệp khác mà còn góp phần giáo dục cho học sinh bảo vệ môi trường Chính vì vậy đối với bài tập hóa học thì phần bài tập về kim loại đóng một vai trò rất là quan trọng Phần bài tập này giúp người học có được một hệ thống bài tập hóa học phần kim loại theo hướng củng cố, phân loại được các phương pháp giải toán, nâng cao khả năng suy luận, vận dụng kiến thức theo nhiều hướng khác nhau để giải toán và ứng dụng trong thực tế

Từ những yêu cầu trên, tôi chọn đề tài: “ Xây dựng hệ thống bài tập các dạng

toán về kim loại phát triển tư duy cho học sinh” để nghiên cứu luận văn tốt nghiệp

Tôi chọn đề tài này với mong muốn giúp xây dựng một hệ thống bài tập hóa học phần kim loại theo hướng củng cố, phát triển tư duy nhằm phát huy tính tích cực,

tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh, gây cho học sinh hứng thú với bộ môn, có

những ý nghĩ sáng tạo trong việc áp dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn, từ đó nâng cao hiệu quả của việc dạy và học môn hóa học

Tuy nhiên vì đây là lần đầu tiên làm quen với công việc nghiên cứu, điều kiện

và năng lực có hạn mà nội dung lại phong phú nên dù đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót và hạn chế Kính mong sự đóng góp tận tình của quý thầy cô và các bạn để khóa luận này được hoàn thiện hơn

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Xây dựng hệ thống bài tập các dạng toán về kim loại trong chương trình THPT, cũng như phương pháp sử dụng chúng trong giảng dạy một cách hợp lý nhằm phát triển ở học sinh các năng lực tư duy độc lập

- Ôn tập, hệ thống hóa kiến thức một cách tích cực nhất về phần kim loại cho học sinh qua từng bài tập hóa học Đồng thời giúp các em nắm được phương pháp học hóa học, từ đó đào sâu mở rộng kiến thức đã học

- Rèn luyện cho học sinh đức tính chính xác, tự giác và lòng say mê khoa học hóa học

3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn để xây dựng hệ thống bài tập kim loại nhằm nâng cao chất lượng dạy và học của giáo viên và học sinh

+ Cơ sở lý luận của tư duy

* Các thao tác tư duy

* Vai trò của tư duy

* Tư duy hóa học

* Phát triên năng lực tư duy của học sinh

+ Bài tập hóa học

* Phân loại bài tập hóa học

* Tác dụng của bài tập hóa học

* Xu hướng phát triển của bài tập hóa học

+ Quan hệ giữa bài tập hóa học và phát triển tư duy của học sinh

- Lựa chọn, xây hệ thống các dạng toán về kim loại trong chương trình phổ thông

- Những biện pháp phát triển năng lực nhận thức, bồi dưỡng tư duy cho học sinh khi giảng dạy phần kim loại lớp 12 ở trường phổ thông

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lý luận:

+ Nghiên cứu các tài liệu liên quan về lý luận dạy học, giáo dục học và các tài liệu khoa học có liên quan

+ Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa lí thuyết về phân loại và xây dựng hệ thống bài tập

- Nghiên cứu thực tiễn:

+ Nghiên cứu tìm hiểu về việc dạy và học môn hóa học ở trường THPT qua phần bài tập, trình độ và mức độ nắm bắt kiến thức của mỗi học sinh để thiết kế và xây dựng hệ thống bài tập và phương pháp dạy học phù hợp

5 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu và đề xuất các biện pháp sử dụng hệ thống bài tập hóa học phần kim loại lớp 12 THPT nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức khoa học, tiến đến phát huy năng lực vận dụng kiến thức, khả năng nhận thức, tư duy hóa học

- Kết hợp các dạng bài tập có hình vẽ, thực nghiệm, môi trường nhằm làm phong phú, sinh động thêm hệ thống bài tập, tăng khả năng hứng thú học tập cho học sinh Đồng thời giáo dục cho học sinh lòng yêu thiên nhiên, ý thức bảo vệ giữ gìn môi trường sống trong lành và sạch đẹp

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TƯ DUY [10], [12]

1.1.1 Khái niệm tư duy

Một trong những nhiệm vụ quan trọng mà ngành giáo dục hiện đại đang hướng đến đó là phát triển các năng lực trí tuệ và năng lực tư duy của học sinh Vậy tư duy là gì?

Theo tâm lý học: “Tư duy là một quá trình tâm lý phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ và quan hệ bên trong có tính quy luật của sự vật, hiện tượng trong hiện thực khách quan mà trước đó ta chưa biết”

Theo M.N Sacđacôp: “Tư duy là sự nhận thức khái quát gián tiếp các sự vật, hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính chung và bản chất của chúng Tư duy cũng là sự nhận thức sáng tạo những sự vật hiện tượng mới, riêng

rẽ của hiện thực trên cơ sở những kiến thức khái quát hóa đã thu nhận được”

1.1.2 Các thao tác của tư duy

- Phân tích – Tổng hợp

Phân tích là quá trình dùng trí óc để phân tích đối tượng nhận thức thành những

“bộ phận”, những thuộc tính, những mối liên hệ và quan hệ giữa chúng để nhận thức đối tượng sâu sắc hơn

Tổng hợp là quá trình dùng trí óc để hợp nhất những “bộ phận”, những thuộc tính, những thành phần đã được phân tách nhờ phân tích thành một chỉnh thể

- So sánh (tuần tự và đối chiếu)

So sánh là quá trình dùng trí óc để xác định sự giống nhau hay khác nhau, sự đồng nhất hay không đồng nhất, sự bằng nhau hay không bằng nhau giữa các đối tượng nhận thức (sự vật, hiện tượng)

- Trừu tượng hóa và khái quát hóa

Trừu tượng hóa quá trình là dùng trí óc để gạt bỏ những mặt, những thuộc tính, những mối liên hệ, quan hệ thứ yếu, không cần thiết về phương diện nào đó và chỉ giữ lại những yếu tố cần thiết để tư duy

Khái quát hóa là quá trình dùng tri óc để bao quát nhiều đối tượng khác nhau thành một nhóm, một loại theo những thuộc tính, những mối liên hệ, quan hệ chung

nhất định Những thuộc tính chung này bao gồm hai loại: những thuộc tính giống nhau

và thuộc tính chung bản chất

1.1.3 Vai trò của tư duy

Tư duy có vai trò rất to lớn đối với đời sống và đối với hoạt động nhận thức của con người

- Tư duy mở rộng giới hạn của nhận thức, tạo ra khả năng để vượt ra ngoài những giới hạn của kinh nghiệm trực tiếp do cảm giác và tri giác mang lại, để đi sâu vào bản chất của sự vật, hiện tượng và tìm ra những mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau

- Tư duy không chỉ giải quyết những nhiệm vụ trước mắt, ngày hôm nay, mà còn có khả năng giải quyết trước cả những nhiệm vụ ngày mai, trong tương lai do nắm được bản chất và quy luật vận động của tự nhiên, xã hội và con người

- Tư duy cải tạo lại thông tin của nhận thức cảm tính làm cho chúng có ý nghĩa hơn cho hoạt động của con người Tư duy vận dụng những cái đã biết để đề ra giải pháp giải quyết những cái tương tự, nhưng chưa biết, do đó làm tiết kiệm công sức của con người Nhờ tư duy con người hiểu biết sâu sắc và vững chắc về thực tiến hơn với môi trường và hành động có kết quả cao hơn

1.1.4 Tư duy hóa học

Trên cơ sở các phẩm chất, thao tác tư duy nói chung, mỗi ngành khoa học còn

có những nét đặc trưng của hoạt động tư duy, phản ánh nét đặc thù của phương pháp nhận thức ngành khoa học đó

Tư duy hóa học được đặc trưng bởi phương pháp nhận thức hóa học nghiên cứu các chất và các quy luật chi phối quá trình biến đổi này Trong hóa học, các chất tương tác với nhau đã xảy ra sự biến đổi nội tại của các chất để tạo thành các chất mới Sự biến đổi này tuân theo những nguyên lý, quy luật, những mối quan hệ định tính và định lượng của hóa học Việc sử dụng các thao tác tư duy, sự suy luận đều phải tuân theo các quy luật này Trên cơ sở của sự tương tác giữa các tiểu phân vô cùng nhỏ, thông qua các bài tập, những vấn đề đặt ra của ngành khoa học hóa học là rèn luyện các thao tác tư duy, phương pháp nhận thức khoa học

Cơ sở của tư duy hóa học là sự liên hệ quá trình phản ứng với sự tương tác giữa các tiểu phân của thế giới vi mô (phân tử, nguyên tử, ion, electron…), mối liên hệ giữa

đặc điểm cấu tạo với tính chất của các chất Các quy luật biến đổi giữa các loại chất và mối quan hệ giữa chúng

Đặc điểm của quá trình tư duy hóa học là sự phối hợp chặt chẽ, thống nhất giữa

sự biến đổi bên trong (quá trình phản ứng hóa học) với các biểu hiện bên ngoài (dấu hiệu nhận biết, điều kiện xảy ra phản ứng), giữa cái cụ thể (sự tương tác giữa các chất) với cái trừu tượng (quá trình góp chung electron, trao đổi electron, trao đ ổi ion trong phản ứng hóa học), nghĩa là những hiện tượng cụ thể quan sát được liên hệ với những hiện tượng không nhìn thấy được mà chỉ nhận thức được bằng sự suy luận logic và được biểu diễn bằng ngôn ngữ hoá học- đó là các kí hiệu, công thức hoá học biểu diễn mối quan hệ bản chất các hiện tượng được nghiên cứu

1.1.5 Phát triển năng lực tư duy

Dạy học không chỉ đơn thuần là cung cấp kiến thức cho người học mà mục đích cao hơn là phát triển năng lực tư duy, biến nó thành công cụ sắc bén để nhận thức thế giới Vậy phải làm gì để phát triển năng lực tư duy cho học sinh thông qua việc dạy học môn hóa học?

- Thứ nhất, cần làm cho học sinh nắm thật chắc kiến thức hóa học, hiểu được lịch sử ra đời, nguồn gốc khoa học của kiến thức hóa học được cung cấp

- Thứ hai, hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức hóa học để giải quyết một nhiệm vụ học tập (lý thuyết hoặc thực nghiệm), giải thích các hiện tượng hóa học xảy

1.2 BÀI TẬP HÓA HỌC [3], [10], [12]

1.2.1 Khái niệm bài tập hóa học

Bài tập hóa học là khái niệm bao hàm tất cả (những bài toán, những câu hỏi hay đồng thời cả bài toán cả câu hỏi), mà trong khi hoàn thành chúng, học sinh không chỉ đơn thuần là vận dụng kiến thức cũ mà cả tìm kiếm kiến thức mới và vận dụng

những kiến thức cũ trong những tình huống mới và khi hoàn thành chúng học sinh

nắm được một tri thức hay một kĩ năng nhất định

1.2.2 Phân loại bài tập hóa học

Hiện nay có nhiều cách phân loại bài tập khác nhau Vì vậy cần có cách nhìn tổng quát về các dạng bài tập dựa vào việc nắm chắc các cơ sở phân loại:

1/ Dựa vào hình thái hoạt động của học sinh khi giải bài tập có thể chia thành: bài tập lý thuyết và bài tập thực nghiệm

2/ Dựa vào tính chất của bài tập có thể chia thành: bài tập định tính và bài tập định lượng

3/ Dựa vào kiểu bài hoặc dạng bài có thể chia thành: bài tập xác định công thức phân tử của hợp chất, tính thành phần phần trăm của hỗn hợp, nhận biết, tách các chất ra khỏi hỗn hợp, điều chế,…

4/ Dựa vào nội dung có thể chia thành: bài tập nồng độ, điện phân, áp suất,… 5/ Dựa vào chức năng có thể chia thành: bài tập kiểm tra sự hiểu và nhớ; bài tập đánh giá các khả năng vẽ sơ đồ, tìm tài liệu, tổng kết,… Bài tập rèn luyện tư duy khoa học (phân tích, tổng hợp, qui nạp, diễn dịch,…)

6/ Dựa vào khối lượng kiến thức hay mức độ đơn giản hoặc phức tạp có thể chia thành: bài tập cơ bản và bài tập tổng hợp

1.2.3 Tác dụng của bài tập hóa học

Để nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức của học sinh

có nhiều phương pháp Và bài tập hóa học là một trong những phương pháp hiệu nghiệm cơ bản nhất để dạy học sinh tập vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học Thông qua việc giải bài tập học sinh được trau dồi và củng cố kiến thức hóa học của mình Bài tập hóa học cung cấp cho học sinh cả kiến thức, con đường giành lấy kiến thức và cả niềm vui sướng của việc tìm ra kiến thức

Bài tập hóa học có những tác dụng lớn sau:

- Bài tập hóa học là một trong những phương tiện hiệu quả nhất để dạy học sinh tập vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học, biến những kiến thức đã tiếp thu được qua bài giảng thành kiến thức của mình, nắm vững kiến thức một cách sâu sắc mà không làm nặng khối lượng kiến thức của học sinh

- Bài tập là công cụ để ôn tập, củng cố, hệ thống hóa kiến thức một cách tốt nhất, đồng thời giúp học sinh đào sâu mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú Bài tập hóa học còn làm chính xác hóa các khái niệm, định luật đã học

- Góp phần hình thành được những kĩ năng, kĩ xảo cần thiết về bộ môn hóa học

ở học sinh như kĩ năng cân bằng phản ứng, kĩ năng tính toán theo công thức hóa học

và phương trình hóa học, kĩ năng thực hành,…Đồng thời còn có thể giúp học sinh sử dụng ngôn ngữ hóa học đúng, chuẩn xác góp phần vào việc giáo dục kĩ năng tổng hợp, phát triển trí thông minh ở học sinh

- Bài tập giúp phát triển trí thông minh, rèn luyện tư duy cho học sinh: một số vấn đề lý thuyết cần phải đào sâu mới hiểu được trọn vẹn, một số bài toán có tính chất đặc biệt, ngoài cách giải thông thường còn có cách giải độc đáo nếu học sinh có tầm nhìn sắc bén Khi giáo viên yêu cầu học sinh giải bằng nhiều cách và tìm ra cách giải cách ngắn nhất, đó là phương pháp rèn luyện trí thông minh cho học sinh

- Học sinh có khả năng để gắn kết các nội dung học tập ở trường với thực tiễn

đa dạng phong phú của đời sống xã hội hoặc trong sản xuất hóa học

- Bài tập hóa học giúp học sinh năng động, sáng tạo trong học tập, phát huy khả năng suy luận, tích cực và hình thành phương pháp tự học hợp lý

- Bài tập hóa học còn được sử dụng như là một phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới (hình thành khái niệm, định luật), khi trang bị kiến thức mới, giúp học sinh tích cực, chủ động, lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và bền vững

- Bài tập hóa học là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác

- Bài tập hóa học có tác dụng rèn luyện đức tính chính xác, kiên nhẫn, trung thực

và lòng say mê khoa học Bài tập thực nghiệm còn có tác dụng rèn luyện văn hóa lao động (lao động có tổ chức, có kế hoạch, gọn gàng, ngăn nắp, sạch sẽ nơi làm việc)

Trên đây là một số tác dụng của bài tập hóa học, nhưng một bài tập hóa học có tác dụng tích cực khi chúng ta biết cách sử dụng nó, biết cách khai thác triệt để mọi khía cạnh có thể có của bài toán, để học sinh tự tìm ra lời giải Lúc đó bài tập hóa học mới thực sự có ý nghĩa và phát huy được hết tác dụng của nó

1.2 4 Xu hướng phát tri ển của bài tập hóa học

Hiện nay, chúng ta vẫn còn gặp nhiều bài tập hóa học còn quá nặng nề về thuật toán, nghèo nàn về kiến thức hóa học và không có liên hệ với thực tế hoặc mô tả

không đúng với các quy trình hóa học Khi giải các bài tập này thường mất thời gian tính toán toán học, kiến thức hóa học lĩnh hội được không nhiều và hạn chế khả năng sáng tạo, nghiên cứu khoa học hóa học của học sinh Các dạng bài tập này dễ tạo lối mòn trong suy nghĩ hoặc nhiều khi lại quá phức tạp, rối rắm với học sinh làm cho các

em thiếu tự tin vào khả năng của bản thân dẫn đến chán học, học kém

Từ đó người ta xây dựng xu hướng phát triển chung của bài tập hóa học phổ thông trong giai đoạn hiện nay:

- Loại bỏ những bài tập có nội dung trong hóa học nghèo nàn nhưng lại cần đến những thuật toán phức tạp để giải

- 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

- Xây dựng bài tập mới về bảo vệ môi trường và phòng chống ma túy

- 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 những bài tập có nội dung hóa học 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 học cho học sinh ở các mặt: lí thuyết, thực hành và ứng dụng Những bài tập có tính chất học thuộc trong các câu hỏi lí thuyết sẽ giảm dần mà được thay bằng các câu hỏi đòi hỏi sự tư duy, tìm tòi

1.3 QUAN HỆ GIỮA BÀI TẬP HÓA HỌC VÀ RÈN NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH [3], [12]

- Trong học tập hóa học, một trong những hoạt động chủ yếu để phát triển tư duy và rèn trí thông minh cho học sinh là hoạt động giải bài tập Ngược lại khi tư duy phát triển thì sẽ định hướng cách giải các bài tập, cách giải quyết các vấn đề nhanh, chính xác, nhìn bài tập dưới nhiều góc độ khác nhau,…

- Mức độ sâu rộng của bài tập có tầm quan trọng đặc biệt với việc phát triển tư duy Tùy thuộc vào mức độ, tính chất của bài tập và hoạt động giải bài tập mà tư duy sẽ

phát triển nhiều hay ít Thông qua bài tập hóa học các năng lực trí tuệ của học sinh được phát triển như năng lực phát hiện vấn đề mới, tìm ra hướng đi mới, tạo ra kết quả mới

- Khi giải bài tập, học sinh sẽ phải sử dụng nhiều thao tác tư duy: phân tích, tổng hợp,

so sánh, khái quát hóa Đó là những thao tác cần thiết cho sự phát triển tư duy

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC

PHẦN KIM LOẠI 2.1 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỒI LƯỢNG VÀ BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ [3], [7], [8]

2.1.1 Nguyên tắc

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: “Trong các phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành (không tính khối lượng của phần không tham gia phản ứng)”.

∑ m các chất tham gia phản ứng = ∑ m các chất sau phản ứng

- Khối lượng dung dịch sau phản ứng bằng tổng khối lượng các chất ban đầu trừ tổng khối lượng chất kết tủa và chất bay hơi

∑ m dung dịch sau phản ứng = ∑ m các chất tham gia phản ứng – ∑ m kết tủa –∑ m chất khí

- Khi cô cạn dung dịch thì khối lượng hỗn hợp muối thu được bằng tổng khối lượng hỗn hợp kim loại và khối lượng hỗn hợp các anion gốc axit

∑ m muối trong dung dịch = ∑ m cation + ∑ m anion

- Qua các quá trình biến đổi hóa học, nguyên tố hóa học luôn được bảo toàn

Điều này có nghĩa là: Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kì trước và sau phản ứng luôn luôn bằng nhau

→ Như vậy có thể không cần viết các phương trình phản ứng để theo dõi quan hệ mol, mà chỉ cần xét trạng thái đầu và trạng thái cuối đối với nguyên tố đó để kết luận

2.1.2 Đánh giá phương pháp

- Phương pháp bảo toàn khối lượng cho phép giải nhanh nhiều bài toán khi biết quan

hệ về khối lượng của các chất trước và sau phản ứng

- Đặc biệt, khi chưa biết rõ phản ứng xảy ra hoàn toàn hay không hoàn toàn thì việc sử dụng phương pháp này càng giúp đơn giản hóa bài toán hơn

- Phương pháp bảo toàn khối lượng được sử dụng trong các bài toán nhiều chất

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 8 gam hỗn hợp 2 kim loại bằng dung dịch HCl dư được

4,48 lít (đktc) Cô cạn dung dịch thu được sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là bao nhiêu?

m

 m muối = 8 + 0,4.36,5 – 0,2.2 = 22,2 gam

Cách 2: n Cl - muối = nH + = 2

2 H

m muối = m kim loại + m Cl - muối = 8 + 0,4.35,5 = 22,2 gam

Ví dụ 2: Cho 12,6 gam hỗn hợp X gồm Al, CuO, Fe2O3 Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, thu được m gam hỗn hợp chất rắn Tính m?

Giải

Nhận xét: Các chất trước và sau phản ứng đều là chất rắn, không có sự tham gia của

chất nào khác ngoài hỗn hợp X và cũng không có chất khí nào thoát ra Vậy theo định luật bảo toàn khối lượng thì m = 12,6 gam

Trong bài toán này, phản ứng xảy ra là phản ứng không hoàn toàn, các chất đều dư sau phản ứng Nếu làm theo cách thông thường là viết các phương trình hóa học và đặt ẩn

số thì bài toán sẽ trở nên rất phức tạp

Ví dụ 3: Hòa tan 4,86 gam Al trong 100 gam dung dịch H2SO4 19,6% Tính nồng độ phần trăm dung dịch sau phản ứng?

%6,19

100

= 0,2 mol 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑

Ban đầu 0,18 mol 0,2 mol

Phản ứng

3

4,0

← 0,2 mol →

3

2,0 0,2 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

mdung dịch sau phản ứng = mAl phản ứng +

4 SO 2 H dich dung

2 H

m

mdung dịch sau phản ứng =

3

4,0

27 + 100 – 0,2.2 = 103,2 gam

100% = 22,1%

Học sinh thường nhầm lẫn khi tính mdung dịch sau = 4,86 +100 – 0,2.2 = 104,46 gam do chưa trừ lượng nhôm còn dư sau phản ứng

Ví dụ 4: Để 11,2 gam bột sắt ngoài không khí sau một thời gian thu được chất rắn X

Hòa tan hoàn toàn chất rắn X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thu được dung dịch Y và khí SO2 thoát ra (giả sử SO2 là sản phẩm khử duy nhất) Tính khối lượng muối khan thu được trong dung dịch Y?

Giải

Nhận xét: Trong bài toán trên, chúng ta không cần phải xác định các chất có trong X,

đồng thời không cần phải viết các phương trình phản ứng Ta thấy trong suốt cả quá trình phản ứng thì nguyên tố sắt luôn được bảo toàn, chỉ chuyển từ trạng thái đầu là sắt đơn chất đến trạng thái cuối là nằm trong muối sắt (III) sunfat

0,02 mol FeO một thời gian Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư, thu được dung dịch X Thêm NH3 vào X cho đến dư, lọc kết tủa, đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trị của

m là

Giải

Nhận xét: Bài toán mới đọc thấy có vẻ rắc rối, phương trình hóa học rất phức tạp, cân

bằng mất thời gian, nhưng nếu nhìn kĩ và bỏ qua các giai đoạn trung gian, các chất khôngliên quan đến yêu cầu tính toán của đề thì bài này rất đơn giản

FeO FeCl3 Fe(OH)3 Fe2O3

Theo định luật bảo toàn nguyên tố

= 0,03 mol



3 O 2

m +

3 O 2 Fe

Ví dụ 6: Cho m gam hỗn hợp FeS2 và FeS vào một bình kín chứa khí O2 (dư) Nung nóng bình đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được hỗn hợp khí X và chất rắn R Hỗn hợp khí X được hấp thụ bằng dung dịch Ba(OH)2 dư, xuất hiện 26,04 gam kết tủa Để hòa tan hết chất rắn R cần tối thiểu 120 ml dung dịch HNO3 2M Tính m?

Khi phản ứng từ chất này chuyển thành chất khác thì khối lượng có thể tăng hay giảm

do khối lượng mol của các chất khác nhau Sự tăng, giảm khối lượng luôn tỉ lệ với lượng chất tham gia và sản phẩm tạo thành

2.2.2 Các dạng toán

- Bài toán kim loại phản ứng với dung dịch muối (kim loại không tan trong nước ở điều kiện thường)

Kim loại A + muối của B → Muối của A + kim loại B

Ta thấy: Độ tăng (giảm) khối lượng của kim loại chính là độ giảm (tăng) khối lượng của dung dịch hay của muối (vì m anion không đổi)

Giả sử coi như toàn bộ kim loại thoát ra là bám hết lên thanh kim loại nhúng vào dung dịch muối

+ Nếu MA < MB: sau phản ứng khối lượng thanh kim loại tăng

∆mA tăng = mB – mA tan = m dung dịch giảm

+ Nếu MA > MB: sau phản ứng khối lượng thanh kim loại giảm

∆mA giảm = mA tan – mB = m dung dịch tăng

+ Nếu thanh kim loại A tăng hay giảm x%, ta có:

x% =

o

Am

Δm

(mo: khối lượng thanh kim loại A ban đầu)

- Bài toán kim loại phản ứng dung dịch axit oxi hóa thường (HCl, H2SO4 loãng)

∆m tăng = mgốc axit = m muối – m kim loại

Mà n axit = n gốc axit

- Bài toán muối phản ứng tạo muối mới:

Khối lượng muối thu được có thể tăng hoặc giảm, do sự thay thế anion gốc axit này bằng anion gốc axit khác

+ Muối cabonat + 2HCl → Muối clorua + CO2↑ + H2O

∆m tăng = m muối clorua – m muối cacbonat = 35,5.2.x – 60x = (71 – 60)x = 11

2 CO

n

+ Muối cacbonat + H2SO4 → Muối sunfat + CO2↑ + H2O

∆m tăng = m muối sunfat – m muối cacbonat = 96.x – 60x = 36x = 36

2 CO

n

+ Muối clorua → Muối sunfat

∆m tăng = m muối sunfat – m muối clorua = 96.x – 71x = 25x = 25

2 CO

n

Tương tự với nhiều quá trình chuyển đổi khác từ kim loại, oxit hoặc muối tương ứng

để tạo muối mới

- Bài toán Oxit + CO (H2) → rắn + CO2 + CO dư ( hoặc H2 dư, H2O)

∆m rắn giảm = m O = m oxit – m rắn thu được

- Bài toán CO2 phản ứng với dung dịch M(OH)2

+ Nếu m kết t ủa <

2 CO

m được hấp thụ: Khối lượng dung dịch thu được tăng so với khối lượng ban đầu

∆m dung dịch tăng =

2 CO

m – m kết tủa

+ Nếu m kết t ủa >

2 CO

m được hấp thụ: Khối lượng dung dịch thu được giảm so với khối lượng ban đầu

∆m dung dịch giảm = m kết tủa –

2 CO

phản ứng mang thanh Zn ra sấy khô và cân thì thấy khối lượng thanh Zn giảm 0,4 mol Tính nồng độ mol của các chất trong dung dịch sau phản ứng?

Giải

4

CuSO

Nhận xét: Bài toán đã cho thuộc dạng kim loại phản ứng với dung dịch muối Từ độ

tăng khối lượng của thanh Zn

Gọi số mol Zn tham gia phản ứng là x

4,0

4 (CuSO M

C =

4,0

4,06,

0 

= 0,5 M

Ví dụ 2: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn Tính khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu?

Giải

Nhận xét: Vì đề cho khối lượng hỗn hợp oxit ban đầu và cả khối lượng chất rắn sau

khi nung nên từ đó ta có thể tính ∆m rắn giảm hay có thể dùng phương pháp tăng giảm khối lượng để giải bài toán

Al2O3 không tác dụng với CO, chỉ có CuO tham gia phản ứng

Gọi số mol của CuO trong hỗn hợp là x

∑ Số e nhường = ∑ Số e nhận

 ∑ Số mol e nhường = ∑ Số mol e nhận

- Khi giải không cần viết phương trình phản ứng mà chỉ cần tìm xem trong quá trình phản ứng có bao nhiêu mol e do chất khử nhường ra và bao nhiêu mol e do chất khử nhận vào

- Nếu có nhiều chất khử và chất oxi hóa thì tính tổng số mol electron của chất nhường

và chất nhận

- Trong một quá trình gồm nhiều phản ứng, chỉ cần chú ý đến trạng thái oxi hóa ban đầu và cuối của nguyên tố, thường không quan tâm đến trạng thái trung gian số oxi hóa

2.3.2 Đánh giá phương pháp

Phương pháp này tỏ ra hiệu quả, nhanh chóng khi giải quyết các bài tập phản ứng oxi hoá khử như: kim loại tác dụng với axit, kim loại tác dụng với dung dịch muối, kim loại tác dụng với oxi, điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện

Ví dụ 1: Hòa tan hết m gam Fe trong dung dịch HNO3 loãng (có dư), thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO (trong dung dịch thu được không có

Đó là nhầm lẫn do quên số mol N2O cho 2 để được số mol của N

Ví dụ 2: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A Hòa tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 dư đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc Tính V?

Số oxi hóa của Fe và Cu không đổi trong hỗn hợp đầu và cuối Như vậy chỉ có hai nguyên tố thay đổi số oxi hóa là Al và N

0 +3 +5 +2

Al → Al + 3e N + 3e → N

0,03 mol → 0,09 mol 0,09 mol → 0,03 mol

VNO = 0,03.22,4 = 0,672 lít

Ví dụ 3: Trộn 5,6 gam bột sắt với 2,4 gam bột lưu huỳnh rồi nung nóng (không có

không khí), thu được hỗn hợp rắn M Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phóng hỗn hợp khí X và còn lại phần không tan G Để đốt cháy hoàn toàn X và G cần vừa đủ V lít khí O2 (đktc) Tính V?

= 0,075 mol

Nhận xét: Hỗn hợp khí X ở đây chính là khí H2S và khí H2 Phần không tan G chính là

S còn dư Trong quá trình phản ứng chỉ có các nguyên tố Fe, S nhường e và O2 thu e

được hỗn hợp khí gồm 0,02 mol NO và 0,02 mol NO2 (dung dịch sau phản ứng không chứa ion NH4+) Tính khối lượng muối tạo ra trong dung dịch?

n = ∑ ne nhường = ∑ ne nhận = 0,08 mol Khối lượng muối nitrat tạo ra trong dung dịch:

m muối nitrat = m kim loại + 

3 NO

m = 1,27 + 0,08 62 = 6,23 gamVậy, ta có thể rút ra thêm một kết luận: “Khi cho kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 và dung dịch sau phản ứng không chứa muối amoni:



3 NO

Trong đó: n điện tích = n ion × số đơn vị điện tích

Vì vậy dung dịch luôn trung hòa về điện

- Thường áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo toàn khối lượng để tính khối lượng muối trong dung dịch

∑ m muối trong dung dịch = ∑ m cation + ∑ m anion

- Khi thay thế ion này bằng ion khác thì:

n ion ban đầu × số đơn vị điện tích = n ion thay thế × số đơn vị điện tích

2.4.2 Đánh giá phương pháp

- Phương pháp có sử dụng phương trình ion thu gọn thể hiện được bản chất của phản ứng, giúp cho việc giải bài tập hóa học nhanh hơn (Chất điện li mạnh viết phân li thành ion)

Ví dụ 1: Một dung dịch có chứa các ion: Cu2+ (0,02 mol), K+ (0,10 mol), NO3 - (0,05 mol) và SO42- ( x mol) Tính x?

Giải

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: ∑n điện tích (+) = ∑n điện tích (-)

nCu 2+ × 2 + nK + × 1 = 

3 NO

n × 1 + nSO2 × 2

 0,02 × 2 + 0,10 × 1 = 0,05 × 1 + x × 2

 x = 0,045 mol

(vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO Tính giá trị của a?

n = 0,12 × 2 + a = 0,24 + a (2) Thay (2) vào (1) ta có:

tử trung bình, khối lượng mol trung bình, phân tử khối trung bình,…) để giải quyết vần đề một cách nhanh chóng, gọn gàng và chính xác

- Phương pháp khối lượng mol trung bình:

Định nghĩa: Khối lượng mol trung bình là khối lượng của 1 mol hỗn hợp (kí hiệu M)

n i

1 i

1 i i

n

.nM

n i

1 i

1 i i

V

.VM

, M = n

i 1

i

i.xM

Với Mi : khối lượng phân tử của chất thứ i trong hỗn hợp

ni : số mol của chất thứ i trong hỗn hợp

Vi : thể tích của khí i trong hỗn hợp

- Theo tính chất hóa học luôn có: Min (Mi) < M < Max (Mi) (2)

Từ đó có thể thu gọn khoảng nghiệm làm cho bài toán trở nên đơn giản hơn, thậm chí

có thể trực tiếp kết luận nghiệm của bài toán

- Đối với hỗn hợp gồm hai chất: Nếu các chất trong hỗn hợp có số mol bằng nhau dẫn đến trị trung bình đúng bằng trung bình cộng và ngược lại

M =

2

X

X1 2 → số mol các chất trong hỗn hợp bằng nhau

- Nếu biết tỉ lệ mol các chất thì nên chọn số mol của chất có số mol ít nhất là 1, suy ra

số mol các chất còn lại Từ đó tính được M

2.5.2 Các dạng toán

- Bài toán xác định khối lượng phân tử trung bình

Khi đã biết khối lượng phân tử và số mol của các chất Mi và ni, thay vào (1) dễ dàng tìm được M

- Bài toán hỗn hợp nhiều chất có tính chất tương tự nhau

Gọi một công thức chung đại diện cho hỗn hợp nhiều chất Từ đó làm giảm bớt số phương trình phản ứng và bài toán trở nên đơn giản hơn

- Bài toán xác định thành phần % số mol các chất trong hỗn hợp hai chất

Gọi a là % số mol của chất X → % số mol của chất Y là (100 – a) Biết các giá trị MX,

MY và M dễ dàng tính được a theo biểu thức:

M =

100

a).(100M

- Phương pháp trung bình chỉ áp dụng cho bài toán hỗn hợp các chất

- Phương pháp trung bình sử dụng khi giải các bài toán mà đề cho thiếu dữ kiện, số ẩn đặt nhiều hơn số phương trình toán học thiết lập được, đặc biệt hiệu quả với các bài toán có các kim loại hay hợp chất kim loại có chung một đặc điểm nào đó chẳng hạn thuộc cùng nhóm, có cùng hoá trị

- Không cần viết nhiều phương trình phản ứng, chỉ cần viết phương trình phản ứng chung cho tất cả các chất và hạn chế số ẩn khi tính toán

- Phương pháp thường được sử dụng kết hợp với phương pháp đường chéo

Ví dụ 1: Hoàn tan 2,84 gam hỗn hợp X gồm hai muối cacbonat của hai kim loại nhóm

A thuộc hai chu kỳ liên tiếp trong bảng hệ thống tuần hoàn bằng dung dịch HCl, sau phản ứng thấy khối lượng dung dịch tăng 1,52 gam Giả sử nước bay hơi không đáng

kể, xác định tên của hai kim loại đó?

Giải

Nhận xét: Nếu viết phương trình hóa học riêng của từng muối tác dụng với dung dịch

HCl thì bài toán sẽ có đến 4 ẩn, trong khi giả thiết cho chỉ lập được hai phương trình Hơn nữa có thể thấy cả hai kim loại đều thuộc nhóm IIA, đều có hóa trị II, do đó ta có thể sử dụng phương pháp trung bình để giải bài toán

Gọi M là kí hiệu chung cho hai kim loại cần tìm

MCO3 + 2HCl → MCl2 + CO2 + H2O (1)

Áp dụng định luật tăng giảm khối lượng:

m dung dịch tăng = mX –

2 CO

2 CO

= 0,03 mol

Từ phương trình (1) ta có:

2 CO

n =

3 MCO

Mặt khác:

3 MCO

03,0

84,2

= 94,67

 M = 94,67 – 60 = 34,67

Vì thuộc hai chu kì liên tiếp nên hai kim loại đó là Mg (M = 24) và Ca (M = 40)

Ví dụ 2: Cho hỗn hợp A gồm kim loại R (hóa trị I), kim loại X (hóa trị II) Hòa tan 3

gam A vào dung dịch chứa HNO3 và H2SO4 thu được 2,94 gam hỗn hợp B gồm khí

NO2 và khí D, có thể tích là 1,344 lít (đktc) Tính thành phần phần trăm về thể tích của các khí trong hỗn hợp B?

94,2

= 49

Do

2

NO

M = 46 < 49 nên 46 < M= 49 < MD

Trong các khí kể trên chỉ có khí SO2 có M = 64 > 49 Vậy D là SO2

Gọi số mol của NO2 và SO2 trong hỗn hợp khí B lần lượt là a và b

Ví dụ 3: Cho 8 gam hỗn hợp gồm kim loại M thuộc nhóm IIA và một oxit của nó tác

dụng vừa đủ với 1 lít dung dịch HCl 0,5M Xác định tên kim loại M?

Giải

Nhận xét: Bài này thường làm học sinh lúng túng vì nghĩ rằng kim loại M và oxit của

nó không thể đặt công thức trung bình thì không thể giải được theo phương pháp trung

bình Nhưng ở đây vẫn có thể giải theo phương pháp trung bình

Cách 1: Chọn một mol nguyên tử, phân tử hoặc một mol hỗn hợp các chất phản ứng Cách 2: Chọn đúng tỉ lệ lượng chất trong đầu bài đã cho

Cách 3: Chọn cho thông số một giá trị phù hợp để chuyển phân số phức tạp về số đơn

giản để tính toán

Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn một lượng kim loại R hóa trị n bằng dung dịch H2SO4

loãng rồi cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được một lượng muối khan có khối lượng gấp 5 lần khối lượng kim loại R ban đầu đem hoà tan Xác định tên kim loại R đã cho?

gam

 2R 96n

5R2



 → R = 12n

Từ bảng trên ta thấy chỉ có n = 2 khi R = 24 là phù hợp

 Kim loại đã cho là Mg (M = 24)

Ví dụ 2: X là hợp kim gồm Fe, C và Fe3C Trong đó hàm lượng tổng cộng của Fe là 96%, hàm lượng C đơn chất 12 là 3,1%, hàm lượng Fe3C là a% Tính a?

Giải

Xét 100 gam hỗn hợp X ta có mC = 3,1 gam, C

3 Fe

 a = 13,5

Vậy hàm lượng Fe3C trong hợp kim X là 13,5%

2.7 PHƯƠNG PHÁP BIỆN LUẬN [3], [6]

2.7.1 Nguyên tắc

- Phương pháp biện luận được sử dụng khi đề toán cho ẩn số nhiều hơn số phương trình toán học thiết lập được Cần tìm điều kiện, giới hạn các giá trị của ẩn… để nghiệm phù hợp với đầu bài

- Các dạng biện luận:

+ Biện luận theo hóa trị hay số oxi hóa

+ Biện luận theo nguyên tử khối hay phân tử khối của chất

+ Biện luận theo quy luật của phản ứng

+ Biện luận theo tính chất của chất

+ Biện luận theo khối lượng chất

2.7.2 Nhận dạng bài toán

- Khi dữ kiện, giả thiết đề toán thiếu, chưa rõ ràng thì thường sử dụng phương pháp biện luận

- Các dạng bài tập:

+ Có chất ban đầu hoặc sản phẩm chưa xác định rõ cụ thể

+ Chưa xác định được quy luật phản ứng hay phản ứng nào đó có xảy ra hay không + Số liệu bài toán đưa ra về lượng chất bị thiếu hoặc vượt quá, các giá trị trong bài toán chưa cụ thể

2.7.3 Đánh giá phương pháp

Phương pháp biện luận được sử dụng nhiều trong toán vô cơ và hữu cơ, nhất là trong các dạng toán:

- Tìm công thức phân tử của chất, công thức cấu tạo của chất (trong hóa hữu cơ)

- Tìm tên, hóa trị, khối lượng mol nguyên tố

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 2,16 gam một oxit kim loại X trong dung dịch HNO3 2M (loãng) thu được dung dịch A và 0,224 lít khí NO (đktc) Xác định oxit X Tính thể tích HNO3 2M ít nhất phải dùng để hòa tan 2,16 gam oxit đó?

Giải

Nhận xét: HNO3 là chất oxi hóa mạnh, oxit X của kim loại hóa trị m (M2Om) phải là chất khử vì nó khử HNO3 thành NO Giả sử oxit kim loại hóa trị m đó bị oxi hóa thành ion kim loại có hóa trị n, với n > m

3M2Om + (8n-2m) HNO3 → 6M(NO3)n + 2(n-m) NO↑ + (4n-m)H2O

Biện luận: Vì m và n đều là hóa trị của kim loại M nên ta có điều kiện:

1 ≤ m < n ≤ 4 (m, n nguyên)

- Khi m = 1, n = 2 → M = 64 (Cu), oxit Cu2O

- Khi m = 2, n = 3 → M = 56 (Fe), oxit FeO

- Khi m = 3, n = 4 → M = 48 (loại)

Vậy có hai nghiệm thỏa mãn điều kiện bài toán là Cu2O và FeO

- Với Cu2O:

3Cu2O + 14HNO3 → 6Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 7H2O

Số mol HNO3 cần hòa tan 2,16 gam Cu2O là:

144

16,2

 = 0,05 lít = 50 ml

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG CÁC DẠNG TOÁN VỀ KIM LOẠI PHÁT TRIỂN TƯ

DUY CHO HỌC SINH 3.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI [1], [4]

3.1.1 Phương pháp giải các dạng bài tập

Bài tập xác định tên kim loại thường được quy về một trong các dạng sau đây:

Dạng 1: Bài toán cho biết hóa trị của kim loại, từ các dữ kiện đã cho có thể tính trực

tiếp được khối lượng mol kim loại M theo các công thức sau:

(n là số electron trao đổi ở mỗi điện cực)

- Khi đề bài không cho kim loại M có hóa trị không đổi thì khi kim loại M tác dụng với các chất khác nhau có thể thể hiện các số oxi hóa khác nhau → đặt kim loại M có các hóa trị khác nhau

Ví dụ 1: Hòa tan vừa đủ 17,4 gam hiđroxit của kim loại M hóa trị II trong 109,5 gam

dung dịch HCl 20% Xác định tên kim loại M?

Giải

nHCl =

5,36

100

205

4,17

= 58

 M + 17.2 = 58

 M = 24

Vậy kim loại M là Mg

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 8,4 gam kim loại M cần vừa đủ 150 gam dung dịch HCl

7,3% Mặt khác cho 8,4 gam kim loại M tác dụng hoàn toàn với khí Cl2 cần dùng 5,04 lít Cl2 (ở

đktc) Xác định kim loại M?

Giải

nHCl =

5,36

%

100

%3,7150





= 0,3 mol ,

2 Cl

n =

4,22

04,5

= 0,225 mol

M tác dụng với dung dịch HCl (M thể hiện hóa trị n)

Ta có các cách tìm khoảng xác định của M như sau:

- Từ M = f (x) đồng biến trong khoảng α < x < β → f (α) < M < f (β)

Ví dụ 1: Cho 11,7 gam kim loại M hóa trị II tác dụng với 350 ml dung dịch HCl 1M,

sau khi phản ứng kết thúc thì kim loại vẫn còn dư Mặt khác cũng lượng kim loại này nếu tác dụng với 200 ml dung dịch HCl 2M, sau khi phản ứng kết thúc thì axit vẫn còn

dư Xác định kim loại M?

0 

= 0,175 mol (1)

Thí nghiệm 2: Kim loại M hết nên x <

2

22,

7,11

< M <

175,0

7,11

→ 58,5 < M < 66,8 Kim loại có hóa trị II và có khối lượng mol nguyên tử nằm trong khoảng xác định đó chỉ có thể là Cu (M = 64) hoặc Zn (M = 65) Vì kim loại Cu không phản ứng với dung dịch HCl nên chỉ có Zn là thỏa mãn điều kiện đã cho

Dạng 3: Bài toán không cho hóa trị của kim loại Ta phải tìm mối liên hệ giữa hóa trị

của kim loại và khối lượng mol nguyên tử của kim loại bằng cách lập hàm số M = f (n) trong đó n = 1, 2, 3, 4 (hóa trị của kim loại) Từ đó lập bảng, tìm giá trị M thỏa mãn

Ví dụ 1: Cho 4,11 gam kim loại M hóa trị n không đổi tác dụng vừa đủ với 0,672 lít

khí Cl2 (đktc) Xác định kim loại M?

Giải

Nhận xét: Muốn xác định kim loại M, trước hết ta cần xác định khối lượng mol

nguyên tử của nó Vì bài toán chưa cho hóa trị nên nếu đặt ẩn cho cả hai thường sẽ thiếu phương trình đại số so với ẩn Vậy ta phải tìm phương trình liên hệ M = f (n), sau

đó biện luận các giá trị của n để tìm được M

Từ bảng trên ta thấy chỉ có n = 2 khi M =137 là phù hợp

 Kim loại M đã cho là Ba (M =137)

Dạng 4: Nếu bài toán yêu cầu tìm tên kim loại A, B kế tiếp nhau trong cùng một phân

nhóm chính thì tìm khối lượng nguyên tử trung bình của hai kim loại rồi dùng bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học suy ra A, B

MA < M < MB

- Nếu không tìm được M có thể tìm khoảng biến thiên a < M < b rồi suy ra tên của hai kim loại

Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm 2 kim loại kiềm ở 2 chu kỳ liên tiếp nhau Hòa tan 0,37 gam

hỗn hợp A trong nước dư thu được dung dịch X Cho 100ml dung dịch HCl 0,4M vào dung dịch X thu được dung dịch Y Để trung hòa vừa đủ lượng axit còn dư trong dung dịch Y cần thêm 100ml dung dịch NaOH 0,1M Xác định 2 kim loại kiềm trên?

nHCl tham gia phản ứng (2) = 0,04 – 0,01 = 0,03 mol

Từ phản ứng (2) suy ra nROH = 0,03 mol

 nR = nROH = 0,03 mol

Mặt khác M =

03,0

37,0

= 12,3

Gọi 2 kim loại lần lượt là R1 (M1) và R2 (M2), ta có: M1 < M < M2

 M1 < 12,3 < M2

Vậy hai kim loại đó là Li ( M1 = 9) và Na (M2 = 23)

Học sinh hay sử dụng công thức trung bình cho hỗn hợp kim loại không cùng một phân nhóm, không thuộc 2 chu kỳ liên tiếp và biện luận M1 < M < M2 để suy ra kim loại Vì vậy, nên nhắc học sinh sử dụng công thức trung bình cùng với điều kiện M1 <

M < M2 khi 2 kim loại thuộc cùng một phân nhóm ở 2 chu kỳ liên tiếp

3.1.2 Một số bài tập tự giải phát triển tư duy cho học sinh

Bài 1: Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp hai kim loại kiềm ở 2 chu kỳ liên tiếp trong

bảng hệ thống tuần hoàn vào nước thu được dung dịch A Để trung hòa 1/2 A cần 1,5 lít dung dịch HCl + HNO3 có pH = 1 Xác định tên 2 kim loại đã cho?

Đáp số: Na và K

Bài 2: Để hòa tan vừa đủ 9,6 gam hỗn hợp gồm một kim loại R thuộc nhóm IIA và

oxit tương ứng của nó cần vừa đủ 400ml dung dịch HCl 1M Xác định kim loại R và tính thành phần phần trăm khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu?

Đáp số: Kim loại Ca

%mCa = 41,67%, %mCaO = 58,33%

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 10,1 gam hỗn hợp hai kim loại kiềm ở hai chu kỳ liên tiếp

trong hệ thống tuần hoàn vào nước thu được dung dịch A Để trung hòa 1/2 A cần 1,5 lít dung dịch HCl + HNO3 có pH =1 Xác định tên hai kim loại đã cho?

Đáp số: Na và K

Bài 4: Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO3 loãng, thu được 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H2 bằng 22 Xác định khí NxOy và kim loại M?

Đáp số: Khí N2O và kim loại Al

Bài 5: Hỗn hợp X gồm Mg và kim loại M Hòa tan hoàn toàn 8 gam hỗn hợp X cần

vừa đủ 200 gam dung dịch HCl 7,3 % Mặt khác cho 8 gam hỗn hợp X tác dụng hoàn toàn với khí Cl2 cần dùng 5,6 lít Cl2 (ở đktc) tạo ra hai muối clorua Xác định kim loại

M và phần trăm về khối lượng của nó trong hỗn hợp X?

Đáp số: Kim loại Fe và 70%

Bài 6: Để hòa tan hoàn toàn 6,834 gam một oxit của kim loại M cần dùng tối thiểu 201

ml dung dịch HCl 2M Xác định kim loại M?

Đáp số: Kim loại Al

Bài 7: Hỗn hợp X gồm hai muối cacbonat của 2 kim loại kiềm thổ ở hai chu kì liên

tiếp Cho 7,65 gam X vào dung dịch HCl dư Kết thúc phản ứng, cô cạn dung dịch thì thu được

8,75 gam muối khan Xác định tên hai kim loại đã cho?

Bài 9: Hòa tan 6 gam hỗn hợp kim loại A và Fe vào dung dịch HCl thu được 3,36 lít

khí H2 (đktc) và dung dịch B Mặt khác để hòa tan 2,4 gam kim loại A thì không cần hết 500 ml dung dịch HCl 1M Biết A thuộc nhóm IIA Xác định tên kim loại A?

Đáp số: Kim loại A là Mg

3.2 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC VÀ DUNG DỊCH KIỀM [4], [6]

3.2.1 Một số kiến thức cần nắm vững

- Kim loại tác dụng với nước:

+ Các kim loại thuộc nhóm IA (Li, Na, K,…) và một số kim loại kiềm thổ nhóm IIA (như Ca, Ba) thì tác dụng với nước ở điều kiện thường và giải phóng khí H2:

2M + 2nHOH → 2M(OH)n + nH2↑

+ Các kim loại Mg, Al lúc đầu có tác dụng với nước (phản ứng xảy ra chậm) tạo Mg(OH)2, Al(OH)3 bám trên bề mặt Mg, Al tạo một lớp màng ngăn không cho hai kim loại trên tiếp tục tác dụng với nước Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, Mg phản ứng mãnh liệt với nước:

- Kim loại tác dụng với dung dịch kiềm:

Kim loại tác dụng với kiềm thực ra là kim loại tác dụng với nước tạo hiđroxit, sau đó hiđroxit lưỡng tính mới tác dụng với bazơ kiềm Vậy nên chỉ có các kim loại có hiđroxit lưỡng tính tan được trong bazơ mạnh, đó là Al, Zn,… mới có thể tác dụng với kiềm

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

Zn + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba[Zn(OH)4] + H2↑

3.2.2 Phương pháp giải các dạng bài tập

Dạng 1: Khi gặp các dạng toán liên quan đến kim loại tan trực tiếp trong nước thì cần

Nhận xét này giúp ta giải nhanh trong một số trường hợp mà không cần phải viết phương trình phản ứng

- Nếu bài toán cho nhiều kim loại tan trực tiếp vào nước tạo dung dịch kiềm và sau đó

lấy dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch hỗn hợp axit thì để đơn giản nên viết các phương trình phản ứng xảy ra dưới dạng ion thu gọn

Ví dụ 1: Hòa tan mẫu hợp kim Ba – Na vào nước được dung dịch A và có 13,44 lít khí

H2 thoát ra (đktc) Cần dùng bao nhiêu lít HCl 1M để trung hòa hoàn toàn dung dịch A?

Ví dụ 2: Cho 0,69 gam Na vào 100 ml dung dịch HCl có nồng độ C (M) Kết thúc

phản ứng thu được dung dịch A Cho lượng dư dung dịch CuSO4 vào dung dịch A thu được 0,49 gam một kết tủa Tính C?

Giải

Nhận xét: Khi cho kim loại tan trong nước như Na vào dung dịch HCl thì Na tác dụng

với axit trước, sau đó nếu còn dư mới phản ứng tiếp với nước

Na dungdichHCl

NaCl, NaOH CuSO4du Cu(OH)2

nNaOH = 2

2 Cu(OH)

Theo định luật bảo toàn nguyên tố:

nNaCl = nNa – nNaOH = 0,03 – 0,01 = 0,02 mol = nHCl