Phương pháp bù điện tích để giải quyết nhanh các bài toán oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ trong dung dịch

Đối với bộ môn hóa học nói chung và hóa hữu cơ nói riêng, để giải được bài tập hóa học thì ngoài việc nắm vững kiến thức lý thuyết liên quan thì phương pháp giải toán có tính chất định h

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Nghị quyết 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 khẳng định “Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế”

Hóa học là bộ môn nghiên cứu về chất và sự biến đổi của chất Đa phần hệ thống khái niệm, kiến thức về chất và phản ứng hóa học là khá trừu tượng Vì vậy song song với việc học lý thuyết, làm thực nghiệm thì việc giải bài tập hóa học có một vai trò hết sức quan trọng Thông qua giải bài tập hóa học, học sinh nắm vững kiến thức đồng thời rèn luyện năng lực tư duy Đối với bộ môn hóa học nói chung

và hóa hữu cơ nói riêng, để giải được bài tập hóa học thì ngoài việc nắm vững kiến thức lý thuyết liên quan thì phương pháp giải toán có tính chất định hướng cho hoạt động tư duy của học sinh

Trong quá trình giảng dạy bộ môn hóa học ở trường THPT tôi nhận thấy khi giải quyết các bài toán có các biến đổi hóa học xảy ra trong dung dịch, có nhiều bài toán nếu theo phương pháp truyền thống học sinh mất rất nhiều thời gian để tìm ra

đáp án Để khắc phục điều này tôi đã sử dụng phương pháp bù điện tích truyền

đạt đến các em Phương pháp này tuy không mới nhưng mỗi người có mỗi cách tiếp cận khác nhau, nêu tiếp cận đúng, hợp lí sẽ đạt được kết quả ngoài sự mong đợi của mỗi em

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy- học hoá học

- Giúp cho học sinh nắm chắc bản chất, giải nhanh các bài tập hóa học khi sử dụng phương pháp bù điện tích

- Phát huy tính tích cực và tạo hứng thú cho học sinh trong học tập đặc biệt là trong giải bài tập hoá học

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

- Đối tượng học sinh trung học phổ thông

- Kiến thức lí thuyết và bài tập liên quan trong chương trình hóa học THPT

- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết, dấu hiệu sử dụng, các bước tiến hành khi sử dụng phương pháp bù điện tích

- Chọn lọc các ví dụ đặc trưng, khai thác các khía cạnh mà học sinh thường vướng mắc

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành đề tài, tôi đã vận dụng phương pháp nghiên cứu khoa học

như:

1 Phân tích lý thuyết, điều tra cơ bản, tổng kết kinh nghiệm sư phạm và sử dụng một số phương pháp thống kê toán học trong việc phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm v.v

2 Nghiên cứu kỹ sách giáo khoa và các sách nâng cao về phương pháp giải bài tập tham khảo các tài liệu đã được biên soạn và phân tích hệ thống các dạng bài toán hoá học theo nội dung đã đề ra

3 Đúc rút kinh nghiệm của bản thân trong quá trình dạy học

4 Áp dụng đề tài vào chương trình giảng dạy đối với học sinh lớp 11 và 12 THPT

2 NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.

2.1.1 Định luật bảo toàn điện tích.

Trong một dung dịch điện tích luôn luôn được bảo toàn

∑ số mol điện tích dương = ∑ số mol điện tích âm

2.1.2 Phạm vi áp dụng của phương pháp

Phương pháp này áp dụng để giải nhiều bài toán Tuy nhiên, thích hợp và ưu việt hơn với các bài toán oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ

Cần chú ý bài toán oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ thì dung dịch sau

phản ứng luôn có cation kim loại, anion gốc axit và có thể có H+ hoặc OH-

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

+ Học sinh biết định luật bảo toàn điện tích và sử dụng được trong một dung dịch cụ thể

+ Khi gặp các bài toán oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ học sinh chỉ dừng lại ở các phương pháp truyền thống, mất nhiều thời gian

2.3 Hệ thống ví dụ từ đơn giản đến phức tạp sử dụng phương pháp

VD1: Hấp thụ hoàn toàn 5,6 lít khí CO2 (đktc) bằng 600 ml dung dịch NaOH 0,5M

thu được dung dịch X Tính khối lượng chất tan có trong dung dịch X.( trích đề thi khối A 2007)

Lời giải truyền thống

Ta có

nNaOH

nCO2 =

0,3

0,25= 1,2 Thí nghiệm có 2 muối tạo ra

Pt CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (1)

a 2a a

CO2 + NaOH→ NaHCO3 (2)

b b b

Gọi a, b là số mol Na2CO3 và NaHCO3 ta có: a+b =nCO2=0,25

a+ 2b = nNaOH =0,3 Giải ra ta được a= 0,2; b=0,05=> mCt= 0,2 106+0,05.84= 25,4 (gam)

Nhận xét: bài tập trên ta giải theo phương pháp giải bài toán bằng cách lập phương trình và hệ phương trình,

Phương pháp bù điện tích

Na+ : 0,3 CO2 + NaOH→ CO32-: 0,25

0,25 0,3 H+ hoặc OH

-Nhận xét: số mol điện tích âm là 0,5, số mol điện tích dương là 0,3=> trong dung

dịch phải có H+ 0,2 mol để bảo toàn điện tích

 mCt= 0,3.23+ 0,25.60+0,2.1= 25,4 (gam)

VD2:

Hấp thụ 3,36 lít SO2 (đktc) vào 0,5 lít hỗn hợp gồm NaOH 0,2M và KOH 0,2M

Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được khối lượng muối khan là ( Trích 350 bài tập hóa vô cơ NGÔ NGỌC AN)

Lời giải truyền thống

Ta có

nOH−

nCO 2 =

0,2

0,15= 1,33 Thí nghiệm có 2 muối tạo ra

Pt CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (1)

a 2a a

CO2 + OH-→ HCO3- (2)

b b b

Gọi a, b là số mol Na2CO3 và NaHCO3 ta có: a+b =nCO2=0,15

a+ 2b = nOH- =0,2 Giải ra ta được a= 0,1; b=0,05

=> mCt= mNa+ + mK+ + mCO32- +mHCO3- =18,3 (gam)

Phương pháp bù điện tích

NaOH: 0,1 Na+: 0,1

SO2 + → K+: 0,1 → mCt= 18,3

0,15 KOH : 0,1 SO32-: 0,15

H+ : 0,1( bù phần điện tích dương còn thiếu)

Nhận xét: vì số mol điện tích âm 0,15.2=0,3> tổng số mol điện tích dương 0,2 nên

dung dịch còn H+ 0,1 mol để bảo toàn điện tích.

 mCt= 0,1.23+0,1.39+0,15.80+0,1.1=18,3 gam

VD3: Cho 0,012 mol CO2 hấp thụ bởi 200 ml NaOH 0,1M và Ca(OH)2 0,01M

Khối lượng kết tủa thu được sau phản ứng là( Trích đề THPT Quốc gia 2016)

Lời giải truyền thống

Ta có: nOH-/nCO2=2=> Phản ứng tạo muối TH

Pt: CO2 + 2OH- → CO32- + H2O

0,012 0,024 0,012

CO32- + Ca2+ → CaCO3

0,002 0,002 0,002

 mCaCO3 = 0,2 gam

Phương pháp bù điện tích

NaOH Na+: 0,02

CO2 + 0,02 → Ca2+ :0,002 → CaCO3 0,002

0,012 Ca(OH)2 CO32-: 0,012

0,002

Nhận xet: Số mol điện tích dương bằng số mol điện tích âm=> sản phẩm chỉ chứa muối trung hòa

mCaCO3 = 0,002.100=0,2 gam

VD4: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch gồm K2CO3

0,2M và KOH x mol/lít , sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch

Y Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch BaCl2 (dư), thu được 11,82 gam kết tủa

Giá trị của x là( Trích đề thi khối B – 2011 )

Lời giải truyền thống

Ta có nBaCO3 =0,06 mol

Các phương trình hóa học xảy ra

CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O (1)

0,1x/2 0,1x 0,1x

CO2 + K2CO3 + H2O→ 2KHCO3 (2)

0,1-0,1x/2 0,1-0,1x/2

BaCl2 + K2CO3→ BaCO3 + 2KCl

0,06 0,06

Nhận thấy nBaCO3= 0,06< nCO2=> có 2 muối tạo thành trong dung dịch Y

Theo (1,2,3) ta có: nK2CO3/(3) = nK2CO3(1) + nK2CO3(dd đầu) - nK2CO3(2)

 0,04 + 0,1x/2 - (0,1+ 0,1x/2) = 0,06

=> x =1,4

phương pháp bù điện tích

K2CO3: 0,02 mol K+: 0,04 + 0,1x

CO2 + →Dung dịch Y CO32-: 0,14 +BaCl2 → BaCO3 0,1 KOH: 0,1x mol H+: 0,28 - 0,04 - 0,1x 0,06 Hoặc OH-:

Nhận xét: Dung dịch Y không thể chứa OH- vì nBaCO3 =0,06< 0,14

=> dung dịch Y để cân bằng điện tích phải bù H+

=> nH+ = nCO32—nBaCO3 <=> 0,28- 0,04 - 0,1x = 0,14 - 0,06 => x = 0,14

VD5: Hỗn hợp khí X gồm SO2 và CO2 có tỉ khối so với H2 là 27 Dẫn a mol hỗn

hợp khí X qua bình đựng 1 lít dung dịch NaOH 1,5a mol/l, thu được dung dịch Y chứa m gam muối Biểu thức liên hệ giữa m và a là( Trích hóa học vô cơ Nguyễn Đức Vận)

Lời giải truyền thống

Cho a = 1→

→

m = 0,5 (23.2 + 22 + 16,3 + 23 + 1 + 22 + 16.3) = 105

phương pháp bù điện tích

Giả sử a=1

Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có nCO2=nSO2= 0,5 mol

SO2: 0,5 CO32-: 0,5

+ NaOH 1,5=> SO32-: 0,5

CO2: 0,5 Na+: 1,5

2

:



  





2 3

3



H+: 0,5( BT điện tích)

Nhận xét:Số mol Na+=1,5, tổng số mol điện tích âm là 2=> Thiếu điện tích dương

=>Dung dịch cân bằng điện tích phải bù H+ với số mol dễ tính 0,5 mol

BTKL=> m= 60.0,5+ 80.0,5+23.1,5+1.0,5 = 105

VD6: Hấp thụ hết x lít CO2 ở đktc vào một dung dịch chứa 0,4mol KOH , 0,3 mol

NaOH 0,4 mol K2CO3 thu được dung dịch Y Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch BaCl2 thu được 39,4gam kết tủa Biết các phản ứng hoàn toàn Giá trị của x là:

A.20,16 lít B.18,92 lít C.16,72 lít D.15,68 lít

phương pháp bù điện tích

K+:1,2 mol

0,4 mol KOH Na+ : 0,3 mol

CO2 + 0,3 mol NaOH → CO32- : (0,4 +x/22,4) mol + BaCl2→ BaCO3 0,4 mol K2CO3 H+ : 1,5 - 2(0,4+x/22,4) (BTĐT) 0,2

Hoặc OH

-Nhận xét: ∑nNa+,K+ =1,5

Nếu trong dung dịch Y có OH- thì nCO32-= nBaCO3

0,4 +x/22,4= 0,2=> x<0 loại

Vậy trong dung dịch Y để cân bằng điện tích thì phải bù H+

nH+ = 1,5-2(0,4+x/22,4)

nCO32- - nBaCO3

 1,5 - 0,4 - x/22,4 = 0,4 + x/22,4 -0,2 => x= 20,16 lit

VD7:Cho 1,42 gam P2O5 tác dụng hoàn toàn với 50 ml dung dịch KOH 1M, thu

được dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu được chất rắn khan có khối lượng là

Lời giải truyền thống

P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

0,01 0,02

Ta có nKOH/ nH3PO4 = 0,05/0,02=2,5

Phản ứng tạo một muối trung hòa, một muooia axit

3KOH + H3PO4 → K3PO4 + 3H2O

3a a a

2KOH + H3PO4 → K2HPO4 + 2H2O

2b b b

Ta có hệ : 3a+ 2b= nKOH= 0,05

a+ b = nH3PO4 = 0,02

giải ra ta được a= 0,01, b= 0,01=> mCt = mK3PO4 + mK2HPO4 =3,86 gam

phương pháp bù điện tích

K+: 0,05

P2O5 + KOH →Dung dịch X PO43- : 0,02

H+ : 0,01( BTĐT)

Nhận xét : Vì số mol điện tích âm PO43- trong dung dịch là 0,02.3=0,06

Số mol điện tích dương của K+ là 0,05 thiếu hụt 0,01 mol nên trong dung dịch X có H+

BTKL có mCt= 0,05 39 + 0,02 95 + 0,01.1= 3,86 gam

VD8:Cho 100 ml dung dịch H3PO4 0,1M tác dụng với 120 ml dung dịch NaOH

0,2M Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn , cô cạn dung dịch thu được m gam chất rắn khan.Tính m(Trích bài tập hóa vô cơ Hoàng Nhâm)

Lời giải truyền thống

Nhận xét: 2<T < 3=> Sản phẩm là hôn xhowpj muối HPO42- và PO43-

PT: H3PO4 + 2OH- → HPO42- + 2H2O (1)

x 2x x

H3PO4 + 3OH- → PO43- + 3H2O (2)

y 3y y

Đặt x, y lần lượt là số mol H3PO4 ở (1,2)

Ta có hệ : x+ y= 0,01

2x + 3y =0,024

Giải ra ta được : x= 0,006

y= 0,004

 m= 0,006 142 + 0,04.164= 1,508 gam

phương pháp bù điện tích

Na+: 0,024

H3PO4 + NaOH→ dung dịch PO43- : 0,01=> mCt= 1,508 gam

0,01 0,024 H+ : 0,006

Nhận xét : Số mol điện tích dương 0,024 < số mol điện tích âm 0,01.3=0,03=>

Dung dịch có H+ số mol tương ứng 0,006

 m Muối= mNa+ + mPO43- + mH+ = 1,508 gam

VD9 : Lấy V ml dung dịch H3PO4 35% (D=1,25 g/ml) đem trộn với 200ml dung

dịch KOH 1M thu được dung dịch X có 14,95 gam muối Giá trị của V là

Lời giải truyền thống

(KH2PO4)

2 (K2HPO4)

3 (K3PO4)

Vì khối lượng muối thu được là 14,95 gam nên sau phản ứng thu dduocj 2 muối K3PO4 và K2HPO4

PT: H3PO4 + 2OH- → HPO42- + 2H2O (1)

x 2x x

H3PO4 + 3OH- → PO43- + 3H2O (2)

y 3y y

Theo bài ra ta có: 2x + 3 y = 0,2

174 x+ 212y =14,95

Giải ra ta được x= 0,025

y= 0,05

=> V= 16,8 lít

phương pháp bù điện tích

Ta có nH3PO4 = x (mol); nKOH = 0,2 (mol)

Sơ đồ

K+: 0,2

H3PO4 + KOH → PO43- : x

x 0,2 H+ : 3x-0,2

hoặc OH- : 0,2-3x

TH1 : Nếu dung dịch sau phản ứng có H+

BTKL ta có : 0,2.39+ 95.x+ 3x-0,2= 14,95

=> x = 0,075=> V= 16,8 lít

TH2 : Dung dịch có OH- không phù hợp

VD9 Cho 0,56 gam hỗn hợp X gồm C và S tác dụng hết với lượng dư dung dịch

HNO3 đặc, nóng, thu được 0,16 mol hỗn hợp khí gồm NO2 và CO2 Mặt khác, đốt cháy 0,56 gam X trong O2 dư rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm vào dung dịch Y chứa 0,02 mol NaOH và 0,03 mol KOH, thu được dung dịch chứa m gam chất tan Biết

các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là (Đề thi sở GD Thanh Hóa)

A

3,64 B 3,04 C 3,33 D 3,82

Phương trình

PTHH: (1) C + 4HNO3đặc to

  CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O

x → x → 4x (mol)

(2) S + 6HNO3đặc to

  H2SO4 + 6NO2↑ + 4H2O

y → 6y (mol)

Ta có hệ

2

2

CO C X



Ngoài ra ta có thể dùng bảo toàn e cũng xác định được nCO 2 và nSO 2

Tính m theo cách giải truyền thống

Gọi công thưc chung của CO2 và SO2 là XO2

ta có: X=(12.0,02+32.0,01)/0,03= 56/3

nNaOH= 0,02

=> nOH- = 0,05

nKOH = 0,03

Nhận thấy nOH-/nXO2 =0,05/0,03=> phản ứng tạo XO32- và HXO3-

Pt:

XO2 + 2 OH- to

  XO32- + H2O

a 2a

XO2 + OH- to

  HXO3

b b

Ta có hệ: a+ b = 0,03

2a+ b = 0,05

Giải ra ta được a= 0,02

b = 0,01

=> mCt = mNa+ + mK+ + mXO32- + mHXO3- = 3,64 gam

Tính m bằng phương pháp bù điện tích

CO2: 0,02 KOH: 0,03 K+: 0,03

+ → Na+: 0,02

SO2: 0,01 NaOH: 0,02 CO32-: 0,02

SO32-: 0,01

H+: 0,01( Bù điện tích)

BTKL tac có mCt== mNa+ + mK+ + mCO32- + mSO32- + mH+ = 3,64 gam

2.4 Thực nghiệm sư phạm.

Sau khi hoàn thành đề tài “ Sử dụng phương pháp bù điện tích trong bài tập hóa học” Tôi đã áp dụng với học sinh các lớp 11C1, 11C2, 11C3, 11C8 Trường

THTP Hàm rồng năm học 2020- 2021, tôi đã triển khai trong các tiết luyện tập, ôn tập, kết hợp giữa dạy lý thuyết và bài tập Trước khi dạy các dạng bài tập này, tôi

đã tiến hành 1 bài kiểm tra sau đó tiến hành dạy bình thường ở các lớp 12C3, 12C8

và cho học sinh nắm phương pháp kết hợp với luyện tập ở các lớp 12C1, 12C2 Kết quả khảo sát như sau:

Kết quả kiểm tra đợt 1: (Chưa áp dụng đề tài )

Lớp Sĩ số Điểm giỏiSL % Điểm kháSL % Điểm TBSL % Điểm yếuSL %

Kết quả kiểm tra đợt 2: (Đã áp dụng đề tài)

Từ kết quả trên ta nhận thấy:

Sau khi được luyện tập thì kết quả giải bài tập của học sinh ở các lớp đều tăng Tuy nhiên với các lớp 11C3, 11C8 không được định hướng phương pháp một cách hệ thống kết quả giải bài tập của học sinh tăng chậm, nhiều học sinh vẩn lúng túng trong quá trình giải bài tập dạng này Còn ở các lớp 11C1, 11C2 được định hướng một cách hệ thống phương pháp và luyện tập thì kĩ năng giải bài tập của học sinh tăng rõ rệt, học sinh biết phân tích bài toán và có định hướng cụ thể trước khi giải thể hiện ở kết quả kiểm tra đợt 2 của 2 lớp này tăng rõ rệt

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận.

Sau khi áp dụng phương pháp bù điện tích dựa trên định luật bảo toàn điện tích vào việc giải các bài toán oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ tới các đối tượng học sinh tôi thấy tự tin hơn khi hướng dẫn các em giải quyết các bài toán dạng này từ đơn giản đến những bài toán phức tạp nhiều trường hợp nhưng lại mất rất ít thời gian so với các phương pháo giải truyền thông

Về phía học sinh, sau khi tiếp cận phương pháp thì các em mới đầu tỏ ra rất ngạc nhiên, khi lĩnh hội được phương pháp thì thì háo hức, phấn khích và đặc biệt rất tự tin khi giải bài

3.2 Kiến nghị.

Công tác dạy học, đúc rút sáng kiến kinh nghiệm đã và đang được lãnh đạo ngành rất quan tâm Song để việc đúc rút sáng kiến kinh nghiệm có sức lan tỏa thì những bài viết có chất lượng cần được đưa lên trang web của sở để giáo viên có điều kiện tiếp cận, học hỏi

Đề tài của tôi trên đây có thể còn mang tính chủ quan, chưa thực sự hoàn thiện, do nhiều hạn chế Vì vậy, tôi rất mong được đóng góp ý kiến quí báu của các thầy cô, các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn Trân trọng cám ơn

Tôi xin cam đoan sáng kiến kinh nghiệm này là do bản thân tôi viết, không copy, không sao chép nôi dung của người khác

XÁC NHẬN CỦA HIỆU TRƯỞNG Thanh Hóa, 8 tháng 5 năm 2021 Người viết SKKN

Nguyễn Văn Hồng