Rèn luyện tư duy, kỹ năng giải bài tập phản ứng trong dung dịch bằng các phương pháp bảo toàn

Sựthành công của các em sau quá trình học tập phổ thông phụ thuộc rất nhiều vàonăng lực tư duy của các em, do đó một trong những thành tố tạo nên chất lượngcủa nền giáo dục là hình thành

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HÀ TRUNG

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

RÈN LUYỆN TƯ DUY, KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP PHẢN ỨNG TRONG DUNG DỊCH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO

MỤC LỤC

1 Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài

Trong một xã hội năng động, hiện đại như hiện nay thì việc học của các emhọc sinh không còn đơn thuần là ghi nhớ, tiếp thu những kiến thức trong sách vởmột cách thụ động mà đòi hỏi các em phải rèn luyện kỹ thuật "tư duy bậc cao":gạn lọc, phân tích, nảy sinh ý tưởng, ra quyết định, giải quyết vấn đề và lên kếhoạch.Kỹ thuật tư duy bậc cao đòi hỏi phải suy nghĩ sâu và rộng về một vấn đề.Giống các kỹ năng khác, tư duy bậc cao đều có thể học được và với sự kiên trìrèn luyện thường xuyên thì khả năng tư duy bậc cao có thể cải thiện Các em cóthể giải quyết vấn đề, suy nghĩ sáng tạo, suy nghĩ logic, ra quyết định, luôn nảysinh ý tưởng mới, phân tích - xử lý thông tin, lên kế hoạch cho tương lai Sựthành công của các em sau quá trình học tập phổ thông phụ thuộc rất nhiều vàonăng lực tư duy của các em, do đó một trong những thành tố tạo nên chất lượngcủa nền giáo dục là hình thành năng lực tư duy bậc cao cho học sinh

Đối với bộ môn Hóa học thì bài tập hóa học đóng vai trò rất quan trọng trongviệc rèn luyện năng lực tư duy, năng lực sáng tạo của học sinh Qua quá trình ônluyện TN THPT QG, tôi thấy có nhiều bài tập hóa học ở mức vận dụng cao rấthay, sử dụng các kỹ thuật, phương pháp giải đặc sắc, đòi hỏi kiến thức tổng hợpcùng trí thông minh, sử ý nhanh

Từ kinh nghiệm thực tiễn đó, tôi trình bày vấn đề “Rèn luyện tư duy, kỹ năng giải bài tập phản ứng trong dung dịch bằng các phương pháp bảo toàn”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Đổi mới phương pháp dạy và học cho học sinh, hướng tới nâng cao kỹ năngvận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề cụ thể, các bài tập hóa học nângcao

- Giúp học sinh phát triển tư duy, rèn kỹ năng trong vấn đề làm bài thi nhanhhơn, đạt kết quả cao hơn

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Là học sinh lớp 12B năm học 2019-2020

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Xác định các phương pháp giải bài tập theo tư duy hiện đại

- Xây dựng các bài tập mẫu, phân tích các kỹ thuật, phương pháp giải

- Hướng dẫn học sinh thông qua các tiết học, ôn tập

- Tổ chức cho học sinh làm bài tính tốc độ nhanh trong đơn vị thời gian nhấtđịnh

- So sánh kết quả và thời gian hoàn thành bài

- Phân tích sự tiến bộ của học sinh

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

2.1.1 Tư duy giải bài toán hóa học cổ điển

+ Chú tâm đến các phản ứng hóa học

+ Viết các phương trình phản ứng sau đó dựa vào các phương trình phản ứng

để suy ra các yếu tố cần thiết

+ Mất rất nhiều thời gian để cân bằng và viết phương trình Bên cạnh đó cónhiều yếu tố của phương trình ta không cần quan tâm nhưng vẫn phải viết đầy

đủ trong phương trình

+ Điều nguy hiểm nhất là nó hạn chế rất nhiều khả năng sáng tạo của bộ não

vì tính dập khuôn máy móc

2.1.2 Tư duy giải bài toán hóa học hiện đại

+ Biết tính chất hóa học nhưng không quan tâm phương trình phản ứng (đitắt) chỉ quan tâm đến đầu ra cuối cùng (đón đầu)

+ Xem các bài toán là một hệ kín Nghĩa là các thông số về khối lượng, điệntích được bảo toàn Nó chỉ chuyển hóa lẫn nhau

+ Tốc độ xử lý nhanh vì chỉ cần quan tâm tới các yếu tố cần thiết, không cầnquan tâm tới phương trình hóa học

+ Phát triển được sự sáng tạo của bộ não trong việc tìm ra các hướng giải hay

2.1.3 Tư duy “Đi tắt – Đón đầu” trong giải bài tập hóa vô cơ tổng hợp vận dụng cao.

Chúng ta hãy quan niệm việc bố trí một bài toán hóa khó như là đưa các yếu

tố đầu qua một mê cung rất phức tạp

Các thông tin trung gian như được “nhốt” trong một “mê cung” bao gồmnhiều dữ kiện, nhiều phản ứng, nhiều quá trình hóa học diễn ra mà chúng ta

“biết chắc chắn là có” nhưng chúng ta lại “không xác định được thông tin – sốliệu cụ thể” của chúng, hoặc sẽ rất “mất nhiều thời gian” để xác định được chínhxác, có khi là không thể xác định chính xác

Như vậy, cách tốt nhất là chúng ta khai thác “thông tin” ở “Đầu vào” và “Đầura” Kết hợp các điều kiện về phản ứng để truy ra số liệu cần xác định Đầu racủa chúng ta là gì? Nó được che đậy dưới các dạng như: Dung dịch Y, hỗn hợpkhí Z, kết tủa T, hỗn hợp muối G,…

2.1.4 Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay đối với việc rèn luyện năng lực tư duy của học sinh

- Tâm lý học và lý luận dạy học đã khẳng định: Con đường hiệu quả nhất đểhọc sinh nắm vững kiến thức và phát triển tư duy là phải đưa học sinh vào vị tríchủ thể của nhận thức, thông qua hoạt động của bản thân mà chiếm lĩnh tri thức,phát triển các năng lực và hình thành nhân cách

- Tổ chức cho người học được học tập trong hoạt động và bằng hoạt động tựgiác tích cực, sáng tạo, trong đó việc xây dựng phong cách học tập sáng tạo làcốt lõi của đổi mới phương pháp giáo dục nói chung và phương pháp dạy học

hóa học nói riêng Phát huy tính tích cực học tập của học sinh, coi học sinh làchủ thể của quá trình học tập là phương hướng chung cho việc đổi mới giáo dục.

- Tạo điều kiện để học sinh được vận dụng kiến thức hóa học để giải quyếtcác vấn đề thực tiễn có liên quan đến hóa học thông qua các dạng bài tập Hóahọc đã được quy định trong chuẩn kiến thức và kỹ năng, từ đó rèn luyện nănglực tư duy, sáng tạo cho học sinh

- Trong xu thế hiện nay, khi hình thức thi trắc nghiệm khách quan đang được

áp dụng phổ biến thì năng lực tư duy của học sinh phải được vận dụng và pháttriển một cách tối đa, do đó trong quá trình dạy học người giáo viên phải chútrọng rèn luyện năng lực tư duy giải bài tập hóa học của học sinh

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

Trong quá trình giảng dạy bộ môn Hóa học, các thầy cô ở trường THPT HàTrung đã rèn luyện năng lực tư duy của các em học sinh bằng biện pháp sử dụngbài tập hóa học dưới hình thức: giới thiệu học sinh phương pháp giải các dạngbài tập hóa học; phân tích và hướng dẫn học sinh vận dụng các phương phápgiải bài tập hóa học: phương pháp bảo toàn electron, phương pháp bảo toàn khốilượng, phương pháp bảo toàn nguyên tố…thông qua các bài tập trong sách giáokhoa, bài tập giao về nhà Tuy nhiên hiệu quả vẫn chưa được như mong đợi do 2nguyên nhân chủ yếu sau:

- Một bộ phận không nhỏ học sinh trường THPT Hà Trung mất “căn bản”trong việc giải bài tập Hóa học, nên các em rất e ngại việc giải bài tập hóa học,lâu dần các em tự ti, không có nỗ lực cố gắng

- Thời gian dành cho luyện tập theo phân phối chương trình là không nhiềunên các thầy cô không thể triển khai phân tích, hướng dẫn một cách chi tiết đểhọc sinh có thể nắm vững và sử dụng thành thạo các phương pháp giải bài tậphóa học

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

2.3.1 Một số phương pháp bảo toàn hay vận dụng giải bài tập

2.3.1.1 Phương pháp bảo toàn electron

a Cơ sở: Đinh luật bảo toàn electron.

“Trong một quá trình oxi hóa – khử, tổng số electron do chất oxi hóa nhậnbằng đúng tổng số electron do chất khử nhường”

∑n enhường = ∑nenhận

b Cách thực hiện:

- Lập sơ đồ của quá trình chuyển hóa của các chất.

- Dựa vào sơ đồ, xác định các nguyên tố bị thay đổi số oxi hóa, biểu diễn phương trình nhường nhận e của các nguyên tố đó.

- Đặt ẩn số phụ là số mol các chất cần tìm trong phương trình nhường nhận

e Tính số mol e nhường, số mol e nhận theo ẩn số phụ.

- Áp dụng công thức ∑n enhường = ∑n enhận phương trình đại số chứa ẩn số phụ

- Dựa vào các giả thiết của bài toán, lập ra các phương trình đại số khác.

- Giải hệ tất cả các phương trình đại số đã lập, tìm ra ẩn số phụ.

- Khi giải bằng phương pháp bảo toàn electron, chỉ cần viết phương trình hoặclập sơ đồ phản ứng, không cần cân bằng phương trình phản ứng nên phương

pháp bảo toàn electron là phương pháp giải nhanh và hiệu quả nhất đối với bàitoán xảy ra phản ứng oxi hóa khử.

- Khi áp dụng phương pháp bảo toàn electron cho bài toàn xảy ra nhiều phảnứng thì việc lập sơ đồ phản ứng để xác định sự biến đổi của các chất ban đầu, từ

đó xác định chính xác sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố là yếu tố quantrọng nhất Muốn lập sơ đồ phản ứng thì phải nắm vững tính chất hóa học củacác chất mà bài toán đề cập

c Các mức vận dụng bảo toàn electron.

Mức 1: Bảo toàn electron một nấc.

Bảo toàn electron một nấc nghĩa là chất khử sẽ có số oxi hóa được đưa ngay từmin tới max thông qua một chất oxi hóa (thường là HNO3 hoặc H2SO4)

Quy trình

Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được hỗnhợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO (phản ứng không tạo muối amoni).Tính m

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Chọn A

Mức 2: Bảo toàn electron nhiều nấc.

Bảo toàn electron nhiều nấc nghĩa là chất khử sẽ có số oxi hóa được đưa từ sốoxi hóa min tới số oxi hóa trung gian rồi tới max thông qua một số chất oxi hóaVới mức trung gian thường là: Oxi, Clo

Với mức max thường là: HNO3 hoặc H2SO4

Dạng bài tập này ta thường hay dùng phương pháp “Chia để trị”.

Ví dụ 1: Đốt cháy x mol Fe bởi oxi thu được 5,04 gam hỗn hợp (A) gồm các

oxit sắt Hòa tan hoàn toàn (A) trong dung dịch HNO3 thu được 0,035 mol hỗnhợp (Y) gồm NO và NO2 Tỷ khối hơi của Y đối với H2 là 19 Tính x

A 0,06 mol B 0,065 mol C 0,07 mol D 0,075mol

Định hướng tư duy giải:

Chia để trị ta có ngay:

Ví dụ 2: Thổi một luồng CO qua hỗn hợp Fe và Fe2O3 nung nóng được chất khí

B và chất rắn D Cho B lội qua dung dịch nước vôi trông dư thấy tạo ra 6 gamkết tủa Hòa tan D bằng H2SO4 đặc, nóng thấy tạo ra 0,18 mol SO2 còn dungdịch E Cô cạn E thu được 24 gam muối khan Xác định thành phần % của Fe:

A 58,33% B 41,67% C 50% D 40% Định hướng tư duy giải:

Cô cạn E thu được 24 gam muối khan do đó ta có:

Hỗn hợp đầu

Chọn A

Mức 3: Bảo toàn electron có nhiều yếu tố gây nhiễu

Trong nhiều bài tập hóa học người ra đề rất hay dùng kỹ thuật tung hỏa mù bằngcách đưa các nguyên tố gây nhiễu vào làm nhiều bạn học sinh không hiểu bảnchất hóa học sẽ rất bối rối Nhiều khi còn hoang mang hoặc đành bó tay mặc dùbản chất nó rất đơn giản Yếu tố gây nhiễu chính là các nguyên tố lên rồi lạixuống, xuống rồi lại lên nhưng tổng các quá trình thì bằng 0 Phát hiện ra điềutrên chúng ta không cần quan tâm tới các yếu tố gây nhiễu để đơn giản hóa bàitoán

Ví dụ 1: Trộn 0,54 gam bột nhôm với Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứngnhiệt nhôm thu được hỗn hợp A Hòa tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3được hỗn hợp khí gồm NO và NO2 tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 3 Thể tích(đktc) khí NO và NO2 lần lượt là:

A 0,224 lít và 0,672 lít B 0,672 lít và 0,224 lít.

C 2,24 lít và 6,72 lít D 6,72 lít và 2,24 lít.

Định hướng tư duy giải:

Trong ví dụ này ta chỉ quan tâm tới sự thay đổi số oxi hóa của Al với Fe và Cukhông cần quan tâm Vì cuối cùng các nguyên tố đều lên số oxi hóa cao nhất

Ta có:

Chọn A

Ví dụ 2: Trộn đều 10,8 gam Al với hỗn hợp Fe2O3, CuO, Cr2O3 rồi đốt nóng đểtiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp khí X Hòa tan hoàn toàn hỗnhợp X trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí NO,NO2 có tỉ khối so với hiđro là 21 V có giá trị là:

A 20,16 lít B 17,92 lít C 16,8 lít D 4,48 lít Định hướng tư duy giải:

2.3.1.2 Phương pháp bảo toàn nguyên tố

a Cơ sở khoa học bảo toàn nguyên tố

Trong các phản ứng, các nguyên tố chỉ chuyển từ chất này sang chất khácnên:

số mol của nguyên tố X trước phản ứng = số mol của X sau phản ứng

c Vận dụng: dùng trong dạng bài tập có sự chuyển hóa của một nguyên tố

qua nhiều phản ứng; bài tập điều chế và sản xuất các chất.

Để sử dụng được phương pháp này cần phải xác định được các phương trinhphản ứng xảy ra, từ đó biết sự chuyển hóa của nguyên tố chính để viết phươngtrình thu gọn Khi viết phương trình thu gọn phải cân bằng nguyên tố chính ở hai

Với O ta hay tư duy theo kiểu phá vỡ gốc lý do là khi bị phá vỡ thì O

nó sẽ được điều vào NO, NO2 và H2O Với bài toán trên có 0,4 mol gốc bịphá vỡ

Do đó,

Ví dụ 2: Cho hỗn hợp 0,15 mol CuFeS2 và 0,09 mol Cu2FeS2 tác dụng với dungdịch HNO3 dư thu được dung dịch X và hỗn hợp khí Y gồm NO và NO2 ThêmBaCl2 dư vào dung dịch X thu được m gam kết tủa Mặt khác, nếu thêmBa(OH)2 dư vào dung dịch X, lấy kết tủa nung trong không khí tới khối lượngkhông đổi được x gam chất rắn Giá trị của m và x là:

A 111,84 và 157,44B 112,84 và 157,44

C 111,84 và 167,44D 112,84 và 167,44

Định hướng tư duy giải:

Bài toán khá đơn giản ta chỉ cần sử dụng BTNT thuần túy là xong

Ta có:

Chọn A

Ví dụ 3: Nung 32,4 gam chất rắn X gồm FeCO3, FeS, FeS2 có tỷ lệ số mol là1:1:1 trong hỗn hợp khí Y gồm O2 và O3 có tỷ lệ số mol là 1:1 Biết các phản ứngxảy ra hoàn toàn Số mol Y tham gia phản ứng là:

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Chọn A

2.3.1.3 Phương pháp bảo toàn khối lượng

a Cơ sở định luật bảo toàn khối lượng

Tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng.

-Tìm số mol của một số chất trong phương trình.

- Dùng công thức (1) tính khối lượng của chất hoặc hỗn hợp bài toán yêu cầu.

* Một số công thức liên quan:

m oxit kim loại = m KL + m O ; m muối = m KL + m gốc axit

Để sử dụng được phương pháp này cần phải hiểu được bản chất của các phảnứng xảy ra, từ đó lập phương trình dạng thu gọn, hoặc phương trình tổng quát

Ví dụ 1: Đốt cháy 1,25 gam hỗn hợp gồm Zn, Al và Mg trong khí oxi dư, thu

được 3,43 gam hỗn hợp X Toàn bộ X phản ứng vừa đủ với V ml dung dịch HCl0,5M Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của V là:

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Ví dụ 2: Cho luồng khí CO dư qua ống sứ đựng 5,36 gam hỗn hợp FeO và

Fe2O3 (nung nóng), thu được m gam chất rắn và hỗn hợp khí X Cho X vào dungdịch Ca(OH)2 dư, thu được 9 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn.Giá trị của m là

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

2.3.1.4 Phương pháp bảo toàn điện tích

a Cơ sở khoa học: Bảo toàn điện tích

Trong dung dịch chất điện li : ∑ số điện tích (+) = ∑ số điện tích (-)

∑ (số mol điện tích) = 0

b Cách thực hiện:

- Xét trong hệ kín dung dịch, bỏ qua sự điện li của nước

- Xác định sự có mặt của các ion tồn tại trong dung dịch

- Tính tổng số mol điện tích (+) và tổng số mol điện tích (-)

- Thực hiện phép so sánh: ∑ số điện tích (+) = ∑ số điện tích (-)

- Kết hợp các giả thiết khác đề cho

Ví dụ 2: Dung dịch A chứa: 0,15 mol Ca2+; 0,6 mol Cl-; 0,1 mol Mg2+; a mol

; 0,4 mol Ba2+ Cô cạn dung dịch A được chất rắn B Nung B trong khôngkhí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trị của m là:

Định hướng tư duy giải:

Ta có:

Chú ý: Nếu chỉ cô cạn dung dịch B thì ta sẽ có quá trình Chọn A

Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn m gam P sau đó hòa tan hoàn toàn sản phẩm cháy

vào H2O thu được dung dịch X Người ta cho 300 ml dung dịch KOH 1M vào Xsau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn cô cạn thu được 18,56 gam rắn khan Giátrị của m là:

Định hướng tư duy giải:

+ Tư duy điền số điện tích ta có:

(Loại)

+ Vậy xảy ra trường hợp 2:

Chọn đáp án D 2.3.1.5 Vận dụng linh hoạt các phương pháp bảo toàn

Ví dụ: Cho 31,6 gam hỗn hợp X gồm Fe và Fe3O4 tan hết trong dung dịchHCl thu được 2,24 lít khí H2 (đktc) và dung dịch Y chỉ chứa 60,7 gam hỗn hợpmuối Khối lượng của Fe3O4 có trong X là:

Định hướng tư duy giải:

Bài này hệ kín của chúng ta đương nhiên là Fe, Fe3O4, HCl Bài toán này ta cóthể tư duy theo nhiều cách