THANH HOÁ NĂM 2020SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KHÉO LÉO KẾT HỢP ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH GIẢI NHANH B
Trang 1THANH HOÁ NĂM 2020
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
KHÉO LÉO KẾT HỢP ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN
TỐ VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH GIẢI NHANH BÀI TOÁN KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI
Người thực hiện: Nguyễn Như Quỳnh Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học
Trang 2MỤC LỤC
Phần 1 Mở đầu 1
1.1 Lí do chọn đề tài 1
1.2 Mục đích nghiên cứu 1
1.3 Đối tượng nghiên cứu 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu 1
Phần 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 1
2.1 Cơ sở lí luận 1
2.1.1 Dãy hoạt động hóa học của kim loại và dãy điện hóa của kim loại 2
2.1.2 Định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn nguyên tố 2
2.1.3 Tính chất hóa học của kim loại 3
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 4
2.2.1 Thuận lợi 4
2.2.2 Khó khăn 4
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 6
2.3.1 Giải pháp chung 6
2.3.2 Phân loại dạng bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối 7
2.3.2.1 Dạng 1 Một kim loại tác dụng với một dung dịch muối 7
2.3.2.2 Dạng 2 Một kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp muối 9
2.3.2.3 Dạng 3 Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chứa một muối 11
2.3.2.4 Dạng 4 Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch hỗn hợp muối 13
2.2.3 Bài tập vận dụng 14
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 16
Phần 3 Kết luận và kiến nghị 17
3.1 Kết luận 17
3.2 Kiến nghị 17
Trang 4Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài:
Giáo dục hiện nay hướng con người phát triển một cách toàn diện, hiểu về bản chất không học lệch học tủ Do đó việc thay đổi về phương pháp giảng dạy
để phù hợp với yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực trong thời đại mới là nhiệm vụ cấp thiết hiện nay
Môn Hóa học ở trường THPT là một bộ môn cơ bản, giữ một vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển trí tuệ của học sinh Tuy nhiên hiện nay một số bộ phận học sinh lại không còn đam mê hứng thú với bộ môn Hóa học do nhiều nguyên nhân: lựa chọn nghề nghiệp hạn chế so với bộ môn khác, không được đầu tư học ngay từ đầu THCS nên lên THPT việc tiếp thu kiến thức Hóa học khá khó khăn, các kiến thức Hóa học liên quan đến nhau nên làm được bài tập Hóa học sẽ phức tạp hơn bộ môn khác Một trong số dạng bài tập học sinh thấy khó khăn trong việc làm bài tập, dễ bị nhầm lẫn là dạng bài về kim loại tác dụng với dung dịch muối vì thứ tự phản ứng và quy tắc phản ứng cũng như những trường hợp đặc biệt có liên quan đến dãy điện hóa Trong thực tế giảng dạy tôi đã gặp và tìm ra phương pháp giải nhanh những bài tập phần kim loại tác dụng với dung dịch muối không cần phải viết phản ứng nên sẽ không mất nhiều thời gian làm bài và tránh bị sai thứ tự phản ứng Từ những lí do đó
tôi chọn đề tài “Khéo léo kết hợp định luật bảo toàn nguyên tố và định luật
bảo toàn điện tích giải nhanh bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối”
1.2 Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu lựa chọn đề tài “Khéo léo kết hợp định luật bảo toàn nguyên
tố và định luật bảo toàn điện tích giải nhanh bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối” và phương pháp sử dụng chúng theo hướng dạy học tích cực
nhằm phát triển năng lực nhận thức tư duy độc lập, sáng tạo của học sinh, góp phần đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối bằng định luật bảo toàn điện tích ở mức độ hiểu biết và vận dụng
1.4 Phương pháp nghiên cứu:
Trong quá trình dạy học, dựa vào sự hướng dẫn của giáo viên học sinh thực hiện các hoạt động chủ yếu theo một quy trình
Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết: dựa vào bài tập theo từng dạng nghiên cứu phương pháp giải
Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Phần 2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận:
Học sinh THPT hiện nay không có nhiều bạn hứng thú đối với bộ môn Hóa học vì chương trình THCS bộ môn Hóa học hạn chế ít học sinh quan tâm, không thi lớp 10 và nhiều lý thuyết cần nhớ Do đó học sinh hầu như rất ít kiến thức Hóa học để tiếp tục học THPT, thậm chí có học sinh không biết cân bằng phản ứng, chuỗi phản ứng, làm bài tập tính theo phản ứng khó khăn đặc biệt là nhiều phản ứng liên tiếp Bài toán về kim loại tác dụng với dung dịch muối nếu
Trang 5giải thì thông thường phải viết phản ứng và theo thứ tự, bài toán chất dư nên học sinh thấy khó khăn trong việc làm bài tập Vì vậy nếu có phương pháp giải nhanh được liên hệ nhiều với môn Toán học như phương pháp bảo toàn điện tích
sẽ khiến học sinh cảm thấy dễ hiểu và yêu thích môn học hơn
2.1.1 Dãy hoạt động hóa học của kim loại và dãy điện hóa của kim loại
* Dãy hoạt động hóa học của kim loại:
K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
Kim loại mạnh Kim loại trung bình Kim loại yếu
Thứ tự sắp xếp: kim loại đứng trước có tính khử mạnh hơn kim loại đứng sau
* Dãy điện hóa:
K+ ¿
K ¿ Ba2+¿
Ba ¿ Ca2 +¿
Ca ¿ Na Na+¿¿ Mg2+¿
Mg ¿ Al3+¿
Al ¿
Zn2+ ¿
Zn ¿ Fe2+¿
Fe ¿ ¿2+¿
¿ ¿ Sn2 +¿
Sn ¿ Pb2+¿
Pb ¿ 2 H
+ ¿
H2 ¿
Cu2 +¿
Cu ¿ Hg2 +¿
Hg ¿ Ag Ag+¿¿ Pt2+¿
Pt ¿ Au3 +¿
Au ¿
- Dãy điện hóa sắp xếp theo chiều tính khử của kim loại yếu dần, tính oxi hóa của ion giảm dần
+ Ion đứng trước có tính oxi hóa yếu hơn ion đứng sau
+ Kim loại đứng trước có tính khử mạnh hơn kim loại đứng sau
- Kim loại có tính khử mạnh thì ion có tính oxi hóa yếu và ngược lại
- Quy luật phản ứng: quy tắc α
Chất khử mạnh + Chất oxi hóa mạnh → Chất khử yếu + Chất oxi hóa yếu
Ví dụ: Mg2+¿
Mg ¿ Al3+¿
Al ¿
Ion Mg2+ yếu hơn ion Al3+; kim loại Mg mạnh hơn kim loại Al
Phản ứng:
3Mg + 2Al3+→ 3Mg2+ + 2Al
2.1.2 Định luật bảo toàn điện tích và định luật bảo toàn nguyên tố.
- Định luật bảo toàn điện tích:
tổng số mol điện tích âm = tổng số mol điện tích dương
Ví dụ:
Dung dịch X chứa các ion Al3+ a mol; Cu2+ b mol; Cl- c mol và SO42- d mol thì
3.a + 2.b = 1.c + 2.d
Hệ quả: Với phản ứng ion âm không thay đổi thì:
tổng số mol điện tích dương trước phản ứng = tổng số mol điện tích dương sau phản ứng
- Định luật bảo toàn nguyên tố:
Tổng số mol nguyên tố trước phản ứng = tổng số mol nguyên tố sau phản ứng
Ví dụ: Dung dịch X chứa các ion Al3+ a mol; Cu2+ b mol; Cl- c mol và SO42- d mol sau khi cho thanh Mg dư vào đến phản ứng hoàn toàn thu được các kim loại gồm Cu, Al và Mg dư thì:
n Cu=n Cu2+ ¿ =b mol ¿ và n Al=n Al3+ ¿ =a mol ¿
Trang 62.1.3 Tính chất hóa học của kim loại:
* Kim loại tác dụng với phi kim:
Nhiều kim loại có thể khử được phi kim đến số oxi hóa âm
- Tác dụng với clo: hầu hết kim loại đều có thể khử trực tiếp clo tạo ra muối clorua
Ví dụ:
2Fe + 3Cl2t0
→ 2FeCl3 [1] trang 85
- Tác dụng với oxi: hầu hết kim loại có thể khử được oxi
Ví dụ:
4Al + 3O2t0
- Tác dụng với lưu huỳnh: nhiều kim loại khử được lưu huỳnh ở nhiệt độ cao trừ Hg
Ví dụ:
Fe + S t0
→ FeS
* Kim loại tác dụng với dung dịch axit:
- Với axit HCl, H2SO4 loãng: khử ion H+ thành H2 nên kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học mới phản ứng
Ví dụ:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
- Với axit có tính oxi hóa mạnh HNO3 và H2SO4 đặc
+ Hầu hết kim loại đều khử được trừ Au, Pt
+ HNO3 đặc và H2SO4 đặc nguội làm thụ động hóa Al, Fe, Cr (không phản ứng)
* Kim loại tác dụng với nước:
- Ở nhiệt độ thường các kim loại nhóm IA, IIA (trừ Be, Mg) tác dụng với nước thành dung dịch bazơ
Ví dụ:
2K + 2H2O → 2KOH + H2 [1] trang 107
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2 [1] trang 114
Tổng quát:
2R + 2xH2O → 2R(OH)x + xH2
- Ở nhiệt độ cao nhiều kim loại tính khử từ trung bình trở lên có thể tác dụng với nước
Ví dụ:
Mg + H2O t →0 MgO + H2 [2] trang 160
3Fe + 4H2O t →0 Fe3O4 + 4H2 [2] trang 110
- Kim loại yếu không khử được nước
* Kim loại tác dụng với dung dịch muối:
- Trường hợp 1: Kim loại tác dụng với nước ở nhiệt độ thường
Ví dụ:
Cho mẩu Na vào dung dịch CuCl2
Phản ứng (1): 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Trang 7Hiện tượng: mẩu Na tan ra, có bọt khí sủi lên.
Phản ứng (2): 2NaOH + CuCl2→ 2NaCl + Cu(OH)2
Hiện tượng: có kết tủa màu xanh
- Trường hợp 2: Kim loại không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường
Điều kiện: kim loại mạnh hơn kim loại trong muối
Ví dụ: Cho đinh sắt vào dung dịch CuCl2
Phản ứng: Fe + CuCl2→ FeCl2 + Cu
Hiện tượng: đinh sắt bị mủn ra, trên đinh sắt có lớp kim loại đồng bám vào, khối lượng đinh sắt thay đổi
Khối lượng tăng lên 1 mol Fe phản ứng = mCu – mFe = 64 – 56 = 8g
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm:
2.2.1 Thuận lợi:
- Được sự quan tâm của Ban giám hiệu nhà trường
- Đội ngũ giáo viên môn Hoá nhiệt tình trong công việc, hỗ trợ đồng nghiệp trong công tác
- Đa số học sinh có ý thức học tập tốt
2.2.2 Khó khăn:
- Môn Hoá học trong trường phổ thông là một trong môn học khó đối với học sinh vì nhiều kiến thức liên quan đến nhau
- Nhà trường chưa có phòng thực hành bộ môn nên học sinh chỉ nắm bắt về mặt lí thuyết khó khăn trong việc nhớ kiến thức
- Bản thân kinh nghiệm giảng dạy cũng như quản lý học sinh còn hạn chế
- Một số học sinh còn rất mơ hồ trong việc nắm bắt kiến thức bộ môn Hóa học, thậm chí chỉ ở mức độ thấp đó là các khái niệm, định luật…
- Học sinh với bài toán tìm chất dư còn đang gặp khó khăn nên làm nhiều bài toán liên tục sẽ mất nhiều thời gian và dễ bị nhầm lẫn
2.2.3 Thực trạng vấn đề:
Trong quá trình giảng dạy tôi đã phát hiện ra một số điểm học sinh dễ sai lầm trong khi viết phản ứng và giải bài tập cơ bản dẫn đến sai đáp số Cụ thể qua bài tập sau:
Ví dụ 1 (bài 6 trang 89 sách giáo khoa Hóa học 12 ban cơ bản):
Cho 5,5g hỗn hợp bột Al và Fe (trong đó số mol Al gấp đôi số mol Fe) vào 300ml dung dịch AgNO3 1M Khuấy kỹ để phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn Giá trị m là:
A 33,95 gam B 35,2 gam C 39,25 gam D 35,39 gam
Phân tích:
- Dựa vào kiến thức tính số mol ban đầu học sinh tính được số mol
n Al = 0,1 mol; n Fe = 0,05 mol; n AgNO3 = 0,3 mol
- Dựa vào so sánh tính kim loại Al mạnh hơn Fe viết các phản ứng:
Al + 3AgNO3→ Al(NO3)3 + 3Ag (1)
Fe + 2AgNO3→ Fe(NO3)2 + 2Ag (2)
Nếu AgNO3 dư thì xảy ra thêm phản ứng:
Fe(NO3)2 + AgNO3→ Fe(NO3)3 + Ag (3)
- Sau khi đặt số mol vào phản ứng (1) thì thấy vừa đủ nên Fe không phản ứng Chất rắn thu được là Ag và Fe
Trang 8nAg = 0,3 mol; nFe = 0,05 mol thì khối lượng chất rắn = 0,3.108 + 0,05.56 = 35,2g
Vấn đề đặt ra: học sinh sẽ mất nhiều thời gian viết phản ứng và cân bằng, mỗi
phản ứng phải xét quan hệ mol tìm chất hết, chất dư Thậm chí có học sinh không xét đúng thứ tự phản ứng sẽ làm sai kết quả Trong khi thời gian làm bài tập trắc nghiệm lại không có nhiều
Chất lượng bài tập được đánh giá qua bảng kết quả khảo sát ở các lớp như sau: Tổng
số học
sinh
khảo
sát
Chưa biết cách
giải
Biết viết phản ứng nhưng không biết thứ
tự phản ứng
Biết cách tính toán nhưng làm thời gian trên 2 phút
Kỹ năng giải thành thạo thời gian dưới 2 phút Số
Số
Số
Số
Ví dụ 2: (Bài 4 trang 198 SGK 12 chương trình nâng cao)
Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 0,24 gam Mg tác dụng với 250ml dung dịch CuSO4 Phản ứng thực hiện xong, người ta thu được kim loại có khối lượng
là 1,88 gam Tính nồng độ dung dịch CuSO4 đã dùng
Phân tích:
- Tương tự ví dụ 1 học sinh dùng công thức tính số mol
nFe = 0,02 mol; nMg = 0,01 mol
- Theo cách truyền thống lâu nay: Học sinh dựa vào so sánh tính kim loại của
Mg mạnh hơn Fe viết phản ứng:
Nếu phản ứng (1) hết thì chất rắn thu được gồm: Cu và Fe
0,01 0,01
nCu = 0,01 và nFe = 0,02 nên khối lượng kim loại = 0,01.64 + 0,02.56 = 1,76
< 1,88 nên phản ứng (2) xảy ra 1 phần Gọi số mol Fe phản ứng là x (x ≤ 0,02)
x x
Kim loại thu được gồm Cu và Fe dư
nCu = 0,01+x và nFe = 0,02-x
Khối lượng kim loại = 64 (0,01+x) + 56.(0,02-x) = 1,88 x = 0,015
Do đó tổng số mol muối CuSO4 = 0,01 + x = 0,025 Nồng độ muối = 0,1M
- Tuy nhiên cách giải trên mất quá nhiều thời gian để viết phản ứng, cân bằng phản ứng, tính theo quan hệ mol và xét trường hợp Nếu dùng sơ đồ phản ứng kết hợp định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn nguyên tố sẽ nhanh chóng và tránh nhầm lẫn
Sử dụng dãy điện hóa thì thứ tự các kim loại thu được lần lượt là Cu, Fe, Mg; thứ tự các ion thu được lần lượt là Mg2+, Fe2+, Cu2+
Gọi nồng độ dung dịch CuSO4 là a n Cu2+ ¿ ¿ = 0,25a
TH1: Kim loại thu được chỉ gồm Cu
Trang 9Khối lượng kim loại = 0,25a.64 = 1,88 a = 0,1175
Bảo toàn điện tích: 0,25a.2 = 2.0,01 + 2.0,02 a = 0,12 (vô lý)
do đó kim loại thu được có chứa cả Fe gọi là b mol
TH2:
¿
Khối lượng kim loại: 0,25a.64 + 56.b = 1,88 (1)
Bảo toàn điện tích: 2.0,25a = 2.0,01 + 2.(0,02-b) (2)
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có: a = 0,1; b = 0,005 Vậy nồng độ là 0,1M
Từ đó tôi suy nghĩ, cần đưa ra bản chất của bài toán sau đó áp dụng các định luật bảo toàn điện tích giúp giải nhanh bài tập mà không cần viết phản ứng, tính lượng chất dư để học sinh không cần cân bằng phản ứng, viết thứ tự phản ứng thậm chí học sinh đã mất gốc chương trình THCS cũng có thể làm bài tập này Kết quả đã đem lại thành công khi tôi trực tiếp giảng dạy và bồi dưỡng học sinh Vì vậy tôi xin nêu sáng kiến nhỏ của mình nhằm giúp học sinh có thêm kỹ năng nhanh giải bài tập Phạm vi sáng kiến tôi chỉ áp dụng với dạng toán kim loại tác dụng với dung dịch muối
2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề:
Bài tập kim loại tác dụng với dung dịch muối là một trong những bài tập khó với học sinh, do đó xuất phát từ những bài học có liên quan, kết nối lại để học sinh biết được nguồn gốc phương pháp giải bài tập
2.3.1 Giải pháp chung:
- Hướng dẫn học sinh học thuộc các kiến thức cơ bản: dãy hoạt động hóa học của kim loại, dãy điện hóa, quy tắc anpha, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn điện tích
- Giáo viên đưa ra phương pháp chung để giải bài toán hóa học:
+ Tính số mol các chất có trước
+ Tìm thứ tự kim loại và ion kim loại xuất hiện sau phản ứng
+ Viết sơ đồ phản ứng và dùng định luật bảo toàn nguyên tố tìm số mol
+ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và sử dụng đề bài để lập hệ phương trình
- Giáo viên hướng dẫn học sinh cách phân tích đề bài
+ Phân tích định tính: tìm được đúng thứ tự kim loại và ion kim loại xuất hiện + Phân tích định lượng: điền đúng số mol, áp dụng định luật bảo toàn điện tích kết hợp với dữ kiện khối lượng đề ra để lập hệ phương trình
2.3.2 Phân loại dạng bài toán kim loại tác dụng với dung dịch muối: 2.3.2.1 Dạng 1 Một kim loại tác dụng một dung dịch muối:
Phân tích: nếu viết phản ứng thì phải xét cả 4 đáp án, do đó chỉ cần viết các cặp
Ví dụ 1: Cặp chất không xảy ra phản ứng hoá học là
A Cu + dung dịch FeCl3 B Fe + dung dịch HCl
C Fe + dung dịch FeCl3 D Cu + dung dịch FeCl2
[4]
Trang 10trong dãy điện hóa và áp dụng quy tắc anpha.
Giải:
Fe2+ 2H+ Cu2+ Fe3+
Fe H2 Cu Fe2+
Áp dụng quy tắc anpha với dãy điện hóa, phản ứng không xảy ra là D
Kinh nghiệm: dựa vào hai cặp oxi hóa khử của sắt có thể phát triển vấn đề cho
kim loại Fe vào dung dịch muối có cặp oxi hóa khử đứng sau cặp oxi hóa Fe3+/ Fe2+
Bài tập tương tự: Cho bột Fe vào dung dịch AgNO3 dư, sau khi phản ứng xảy
ra hoàn toàn, thu được dung dịch gồm các chất tan:
A Fe(NO3)2, AgNO3, Fe(NO3)3 B Fe(NO3)2, AgNO3
C Fe(NO3)3, AgNO3 D Fe(NO3)2, Fe(NO3)3 [4]
Giải:
Fe Fe2+ Ag
Áp dụng quy tắc anpha Ag+ dư thì muối tạo thành là Ag+; Fe3+ và kim loại là Ag
Đáp án C
Phân tích: Dung dịch CuSO4 sẽ phản ứng hết nên số mol ion Cu2+ = số mol Cu Khối lượng kim loại sắt tăng = khối lượng Cu sinh ra – khối lượng Fe phản ứng
Giải:
* Sơ đồ: Fe + Cu2+→ Fe2+ + {Cu0,2 x Fe dư
0,2x 0,2x 0,2x
* Bảo toàn điện tích: 2.n Cu+2 = 2.n Fe+2 n Fe+2 = 0,2x mol
* mđinh Fe tăng = mCu sinh ra – mFe phản ứng 0,8 = 64.0,2x - 0,2x.56 x = 0,5
Kinh nghiệm: học sinh dễ nhầm lẫn phần khối lượng tăng lên là khối lượng của
kim loại Cu sinh ra Bài toán có thể phát triển rộng ra khi cho bất cứ kim loại nào vào dung dịch muối khối lượng thanh kim loại có thể tăng lên hoặc giảm đi
do sự chênh lệch về khối lượng phân tử các kim loại
Bài tập tương tự: Cho một thanh Cu nặng 50g vào 200ml dung dịch AgNO3 Khi phản ứng kết thúc đem thanh đồng ra cân lại thấy khối lượng là 51,52g Nồng độ mol/lít của dung dịch AgNO3 ban đầu là
A 0,05M B 0,01M C 0,20M D 0,10M.
[4]
Giải:
* Sơ đồ: Fe + Cu2+→ Fe2+ + {Cu0,2 x Fe dư
Ví dụ 2: Ngâm một đinh sắt trong 200 ml dung dịch CuSO4 xM Sau khi phản ứng kết thúc lấy đinh sắt ra khỏi dung dịch rửa nhẹ, làm khô thấy khối lượng đinh sắt tăng thêm 0,8 gam Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO4
Bài 5.29 trang 38 [3]