Hướng dẫn học sinh làm bài tập hóa học có sử dụng đồ thị trong bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THCS chu văn an nga sơn

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ PHÒNG GD&ĐT NGA SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LÀM BÀI TẬP HÓA HỌC CÓ SỬ DỤNG ĐỒ THỊ TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Ở TRƯỜNG THCS CHU VĂN AN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

PHÒNG GD&ĐT NGA SƠN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH LÀM BÀI TẬP HÓA HỌC CÓ SỬ DỤNG ĐỒ THỊ TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Ở TRƯỜNG THCS CHU VĂN AN, HUYỆN NGA SƠN

Người thực hiện: Vũ Văn Thà Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS Chu Văn An SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Hóa học

MỤC LỤC

Trang

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 3

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để

giải quyết vấn đề

3

2.3.1 Dạng 1: Khí CO2 tác dụng với dung dịch Ba(OH)2

(hoặc Ca(OH)2)

4

2.3.2 Khí CO2 tác dụng với hỗn hợp NaOH (hoặc KOH) và

Ba(OH)2 (hoặc Ca(OH)2)

6

2.3.3 Dạng 3: Dung dịch kiềm (OH−) tác dụng với dung

dịch muối nhôm (Al3+)

8

2.3.4 Dạng 4: Dung dịch kiềm (OH−) tác dụng với dung

dịch hỗn hợp axit (H+) và muối nhôm (Al3+)

11

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

14

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài.

Trong chương trình THCS, hoá học là bộ môn khoa học tự nhiên có vai trò quan trọng trong nhà trường phổ thông Môn hoá học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực, rèn cho học sinh óc tư duy sáng tạo và khả năng trực quan nhanh nhạy

Trong quá trình giảng dạy môn Hóa học ở trường THCS, đặc biệt là trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, các câu hỏi yêu cầu mô tả hiện tượng cũng như biểu diễn kết quả thí nghiệm bằng đồ thị là rất quan trọng Nó thể hiện được bản chất của các phản ứng hoá học và được trình bày bằng ngôn ngữ toán học trong đó sự tư duy hoá học đã được chuyển hoá sang một dạng mới, ngắn gọn hơn, đầy đủ và lôgic hơn Trong đề thi cấp tỉnh và thi vào các trường THPT Chuyên những năm gần đây cũng luôn xuất hiện các câu hỏi và bài tập dạng này Tuy nhiên, trong sách giáo khoa, sách bài tập và các sách tham khảo cấp THCS, các bài tập dạng này là không có Để có thêm tài liệu học tập cho học sinh cũng như tài liệu tham khảo cho giáo viên trong quá trình bồi dưỡng

học sinh giỏi các cấp, tôi mạnh dạn chọn đề tài “ Hướng dẫn học sinh làm bài

tập hóa học có sử dụng đồ thị trong bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THCS Chu Văn An, huyện Nga Sơn” để nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài tôi kkông có tham vọng giải quyết mọi vấn đề trong công tác bồi dưỡng HSG môn hoá học mà chỉ nêu lên một khía cạnh nhỏ trong quá trình BDHSG, coi đó là kinh nghiệm qua một số ví dụ minh hoạ, với mong muốn góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác BD HSG môn Hóa học trên địa bàn Huyện Nga Sơn nói chung và trường THCS Chu Văn An nói riêng

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Đề tài thực hiện các mục tiêu sau:

- Xây dựng và hệ thống lại một số dạng bài tập hoá học bằng đồ thị Cụ thể trong đề tài là hướng dẫn học sinh thực hiện 2 bài tập: CO2 tác dụng với dung dịch Bazơ và muối Nhôm tác dụng với dung dịch Bazơ

- Cách sử dụng các bài tập bằng đồ thị trong bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THCS

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Các dạng bài tập mô tả kết quả thí nghiệm bằng đồ thị được sử dụng trong chương trình hoá học phổ thông Tuy nhiên, vì thời gian không cho phép nên đề tài này chỉ đề cập đến các bài tập thuộc các chuyên đề:

+ CO2 tác dụng với dung dịch bazơ

+ Dung dịch bazơ tác dụng với muối nhôm Al3+

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Để thực hiện đề tài, tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là tổng kết kinh nghiệm, được thực hiện theo các bước:

• Xác định đối tượng: xuất phát từ những khó khăn vướng mắc trong công

tác bồi dưỡng HS giỏi, tôi xác định cần phải có một đề tài nghiên cứu về các dạng bài tập hoá học bằng đồ thị

• Thể nghiệm và đúc kết kinh nghiệm :

Trong quá trình vận dụng đề tài, tôi đã áp dụng nhiều biện pháp như: trao đổi cùng giáo viên có kinh nghiệm, trò chuyện cùng HS, kiểm tra, đánh giá và

so sánh kết quả

Ngoài ra, tôi còn dùng một số phương pháp hỗ trợ khác như phương pháp nghiên cứu tài liệu, điều tra nghiên cứu…

2 PHẦN NỘI DUNG.

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.

2.1.1 Khái niệm bài tập Hoá học

Trong sách giáo khoa và tài liệu tham khảo hiện nay, thuật ngữ “ bài tập” chủ yếu được sử dụng theo quan niệm: Bài tập bao gồm cả những câu hỏi và bài toán, mà khi hoàn thành chúng học sinh vừa nắm được vừa hoàn thiện được một tri thức hay một kỹ năng nào đó, bằng cách trả lời miệng, trả lời viết hoặc kèm theo thực nghiệm

2.1.2 Bài tập hoá học bằng đồ thị

-Bản chất: Biểu diễn sự biến thiên - mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại lượng

Ví dụ: + Sự biến đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố và hợp chất

+ Khí CO2 tác dụng với dung dịch kiềm, muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm…

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch aluminat, …

-Cách giải:

+ Nắm vững lý thuyết, các phương pháp giải, các công thức giải toán

+ Biết cách phân tích, đọc, hiểu đồ thị

+ Quan hệ giữa các đại lượng

+ Tỉ lệ giữa các đại lượng trên đồ thị

+ Hiểu được thứ tự phản ứng xảy ra thể hiện trên đồ thị

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

- Hiện nay, sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo chưa có dạng bài

tập bằng đồ thị

- Đề thi học sinh giỏi cấp huyện, cấp tỉnh, đề thi vào các trường THPT

Chuyên một số năm gần đây có dạng bài tập này

- Trong quá trình ôn tập đội tuyển học sinh giỏi của những năm trước, khi

hướng dẫn học sinh giải bài tập liên quan đến CO2 tác dụng với dung dịch Bazơ, hay dung dịch Bazơ tác dụng với muối nhôm thì học sinh thường lúng túng, không hiểu cặn kẽ vấn đề về trình tự phản ứng giữa các chất Dẫn đến khi làm bài thường sai, hoặc thiếu nghiệm

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

2.3.1 Mục tiêu của giải pháp

- Sưu tầm, biên tập và phân loại các bài tập bằng đồ thị thuộc các dạng:

+ CO2 tác dụng với dung dịch bazơ

+ Dung dịch bazơ tác dụng với muối nhôm

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch muối Aluminat

- Cách sử dụng các dạng bài tập trong đề tài: trong các buổi ôn tập đội tuyển học sinh giỏi năm học 2020 – 2021

2.3.2 Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp

Dạng 1: Khí CO 2 tác dụng với dung dịch Ba(OH) 2 (hoặc Ca(OH) 2 )

• Lí thuyết

Các phương trình phản ứng có thể xảy ra

- Giai đoạn 1: Phản ứng tạo kết tủa:

CO2 + Ca(OH)2→ CaCO3↓ + H2O (1)

Trong quá trình phản ứng, lượng kết tủa tăng dẫn đến cực đại => Đồ thị đồng biến - nửa trái

- Giai đoạn 2: Phản ứng hoà tan kết tủa:

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (tan) (2)

Trong quá trình phản ứng, lượng kết tủa giảm dần đến hết => Đồ thị nghịch biến - nửa phải

Phản ứng được biểu thị bằng đồi thị như sau:

• Bài tập minh hoạ

Ví dụ 1: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch Ba(OH)2, kết quả thí nghiệm được thể hiện trên đồ thị sau, tính giá trị của a và x?

Giải:

GV hướng dẫn học sinh quan sát đồ thị, viết PTHH xảy ra theo đồ thị đã cho ở đề.

Ở bài này, đoạn đầu tiên (đoạn đồng biến) xảy ra phản ứng tạo kết tủa, đoạn tiếp theo (đoạn nghịch biến) xảy ra phản ứng hòa tan kết tủa.

0,5a

n

n

a mol

a 1 a a 2 2a mol

CaCO

3

CO

2

PTHH xảy ra:

CO2 + Ba(OH)2→ BaCO3↓ + H2O (1)

a mol a mol

BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (tan) (2)

0,5a mol 0,5a mol

 nCO2 = a + 0,5a = 3 => a = 2

Để hòa tan hết kết tủa thì nCO2 = 2a = x = 4

Ví dụ 2: Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 cho đến khi phản ứng kết thúc Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên đồ thị sau Tìm x?

Giải:

PTHH xảy ra:

CO2 + Ca(OH)2→ CaCO3↓ + H2O (1)

0,9 mol 0,9 mol

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (2)

(0,9 – x) mol (0,9 – x) mol

 nCO2 = 0,9 + (0,9 – x) = 1,5 => x = 0,3

Ví dụ 3: Sục từ từ khí CO2 vào 400 gam dung dịch Ba(OH)2 Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tính nồng độ phần trăm của chất có trong dung dịch sau phản ứng?

Giải:

GV hướng dẫn HS thực hiện viết PTHH như 2 ví dụ trên.

Phân tích dung dịch thu được có chất nào? Khối lượng dung dịch là bao nhiêu?

Đặt số mol Ba(OH)2 trong dung dịch bằng a mol

PTHH xảy ra:

CO2 + Ba(OH)2→ BaCO3↓ + H2O (1)

a a a mol

BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (tan) (2)

(a-0,4) (a-0,4) (a-0,4) mol Theo đồ thị có: nCO2 = a + (a-0,4) = 2 => a = 1,2 mol

Khi đó, dung dịch thu được có:

+ n Ba(HCO3)2 = a- 0,4 = 0,8 mol => m Ba(HCO3)2 = 259.0,8 = 207,2 gam

+ m dung dịch = mCO2 + 400 – mBaCO3 còn = 2 44 + 400 – 197.0,4 = 409,2 gam

=> Nồng độ phần trăm khối lượng của Ba(HCO3)2 = 207, 2 100

409, 2 × = 50,64%.

Dạng 2: CO 2 tác dụng với hỗn hợp NaOH (hoặc KOH) và Ba(OH) 2 (hoặc Ca(OH) 2 )

• Lí thuyết

Các phương trình phản ứng xảy ra:

- Giai đoạn 1: Đồ thị đồng biến- nửa trái

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O

- Giai đoạn 2: Kết tủa không đổi - đoạn nằm ngang

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O

dư CO2: Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

phương trình chung:

CO2 + NaOH → NaHCO3

- Giai đoạn 3: Đồ thị nghịch biến- nửa phải

dư CO2: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (tan)

• Bài tập minh hoạ

Ví dụ 1: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch X chứa m (gam) NaOH và a mol Ca(OH)2 Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tìm các giá trị

a, m?

Giải:

GV yêu cầu HS dựa vào đồ thị, viết các PTHH xảy ra theo đúng thứ tự phản ứng Có thể biểu diễn lại ở dạng đồ thị sau để HS dễ hiểu hơn:

Các phương trình phản ứng xảy ra (giải thích trên đồ thị):

- Đoạn I: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O

a a a mol

- Đoạn II: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

phương trình chung cho đoạn II:

CO2 + NaOH → NaHCO3

1,2 1,2 mol

- Đoạn III: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 (tan)

a a a mol

Theo đồ thị và theo PTHH: nCO2 = a + 1,2 + a = 2,8 mol

=> a = 0,8 mol

Theo PTHH của đoạn II: nNaOH = 1,2 mol => m = 1,2 40 = 48 gam

Ví dụ 2: Sục từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch X chứa a mol NaOH và b mol Ba(OH)2) Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tìm giá trị a, b?

Giải:

GV hướng dẫn HS phân tích, viết PTHH như ví dụ 1.

- Đoạn I: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O

b b b mol

Theo đồ thị => b = 0,5 mol

- Đoạn II: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

phương trình chung cho đoạn II:

CO2 + NaOH → NaHCO3

a a mol

- Đoạn III: BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (tan)

0,5 0,5 0,5 mol

Theo đồ thị và theo PTHH: nCO2 = 0,5 + a + 0,5 = 1,4 mol

=> a = 0,4 mol

Ví dụ 3: Cho m (gam) hỗn hợp (Na và Ba) vào nước dư, thu được V lít khí H2

(đktc) và dung dịch X Hấp thu khí CO2 từ từ đến dư vào dung dịch X Lượng kết tủa được thể hiện trên đồ thị như sau, tìm m , V?

Giải:

Bài này, trước khi viết PTHH xảy ra theo đồ thị, thì GV hướng dẫn HS viết PTHH xảy ra giữa Ba, Na với H 2 O.

PTHH xảy ra khi Ba, Na tác dụng với H2O:

Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑ (1)

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ (2)

Các phương trình phản ứng xảy ra (giải thích trên đồ thị)

- Đoạn I: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O

0,2 0,2 0,2 mol

Theo PTHH (1) => nBa = 0,2 mol

- Đoạn II: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

phương trình chung cho đoạn II:

CO2 + NaOH → NaHCO3

(0,4-0,2) (0,4-0,2) mol

Theo PTHH (2) => nNa = 0,2 mol

Vậy m = 0,2.137 + 0,2.23 = 32 gam

Theo PTHH (1) và (2): nH2 = nBa + 0,5.nNa = 0,3 mol => V = 0,3.22,4 = 6,72 lít

Dạng 3: Dung dịch kiềm (OH−) tác dụng với dung dịch muối nhôm (Al 3+ )

• Lí thuyết

Khi cho dung dịch NaOH ( hoặc KOH) tác dụng với dung dịch muối AlCl3

(hoặc muối nhôm khác) thì lần lượt xảy ra các phản ứng sau:

Đầu tiên: 3NaOH + AlCl3 → Al(OH)3↓ + 3NaCl (1)

Nếu dư NaOH: NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O (2)

- Đồ thị (Al(OH)3- NaOH) (hai nửa không đối xứng)

(dư AlCl 3 ) (dư NaOH) (dư NaOH)

Sản phẩm: Al(OH)3 Al(OH)3 NaOHdư

AlCl3 dư NaAlO2 NaAlO2

Phản ứng xảy ra (1) (1) và (2)

• Bài tập minh hoạ

Ví dụ 1: Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch Al(NO3)3 Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tìm giá trị a, b ?

Giải:

GV hướng dẫn HS phân tích đồ thị, từ đồ thị để viết được các phản ứng hóa học xảy ra.

Từ đồ thị, ta có các phản ứng xảy ra:

Đoạn 1: 3NaOH + AlCl3 → Al(OH)3↓ + 3NaCl (1)

a 0,3 mol

Suy ra: a = 0,3.3= 0,9 mol

Đoạn 2: NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O (2)

(b-a) 0,3 mol

Suy ra: b - a = 0,3 mol, thay a = 0,9 mol => b = 1,2 mol

Ví dụ 2: Nhỏ từ từ dung dịch KOH vào dung dịch AlCl3 Kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tìm x?

a

0,5a

0

n NaOH

a

1 3a a

2 4a

n

n

Al(OH)3

Al(OH)3 max

45 o (

Giải:

GV hướng dẫn HS phân tích đồ thị.

Đoạn 1: 3NaOH + AlCl3→ Al(OH)3↓ + 3NaCl (1)

2,4 0,8 mol

Đoạn 2: NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O (2) (x - 2,4) (0,8-0,2) mol

Suy ra: x - 2,4 = 0,6 mol => x = 3 mol

Ví dụ 3: Cho từ từ đên dư dung dịch NaOH vào dung dịch Al2(SO4)3, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tìm tỷ lệ x/y?

Giải:

GV hướng dẫn HS viết PTHH như 2 ví dụ trên.

Ỏ bài này, đề không có giá trị cụ thể, do đó, muốn tìm được tỷ lệ x/y thì HS cần tìm được x theo a và y theo a rồi suy ra tỷ lệ.

Đoạn 1: 6NaOH + Al2(SO4)3→ 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4 (1)

x a mol

Suy ra: x = 3a mol

Đoạn 2: NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O (2) (y - x) (a-0,4a) mol

Suy ra: y - x = 0,6a mol => y = 3,6a mol

=> x : y = 3a : 3,6a = 5 : 6

Dạng 4: Dung dịch kiềm (OH−) tác dụng với dung dịch hỗn hợp axit (H + ) và muối nhôm (Al 3+ )

• Lí thuyết

Thứ tự các phương trình phản ứng xảy ra:

- Giai đoạn 1: Phản ứng giữa Axit và bazơ, không có kết tủa, đồ thị nằm ngang

NaOH + HCl → NaCl + H2O

- Giai đoạn 2: Phản ứng tạo kết tủa, đồ thị đồng biến

3NaOH + AlCl3→ Al(OH)3↓ + 3NaCl

- Giai đoạn 3: Phản ứng hòa tan kết tủa, đồ thị nghịch biến

NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O

• Bài tập minh hoạ

Ví dụ : Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch hỗn hợp gồm a mol

HCl và b mol AlCl3, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau, tìm các giá trị a, b?

Giải:

GV hướng dẫn HS phân tích đồ thị, viết PTHH.

Đoạn I: NaOH + HCl → NaCl + H2O

0,8 0,8 mol

Vậy a = 0,8 mol

Đoạn II: 3NaOH + AlCl3→ Al(OH)3↓ + 3NaCl

3b b b mol

Đoạn III: NaOH + Al(OH)3→ NaAlO2 + 2H2O

(2,8-3b-0,8) (b-0,4) mol

Suy ra: 2,8-3b-0,8 = b-0,4 => b = 0,6 mol

BÀI TẬP TỰ LUYỆN:

1 Sục từ từ khí CO2 vào dung dịch hỗn hợp gồm KOH và Ca(OH)2, ta có kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên đồ thị sau (số liệu các chất tính theo đơn vị mol):