Hướng dẫn học sinh giải nhanh bài toán hỗn hợp các chất vô cơ và hữu cơ theo phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo trong chương trình hóa học THPT

2.3.2.2 GP2: Hướng dẫn học sinh khai thác một số bài toán theo phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo trong các đề thi THPT Quốc Gia và đề thi thử THPT Quốc Gia... Thông thường học s

MỤC LỤC Trang

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài

1.2 Mục đích nghiên cứu

1.3 Đối tượng nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

01 01 01 02 02

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 03 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 04 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

2.3.1 Mục tiêu của giải pháp

2.3.2 Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp

2 3.2.1 GP1: Hướng dẫn học sinh định hướng

2.3.2.2 GP2: Hướng dẫn học sinh khai thác một số bài toán theo

phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo trong các đề thi THPT

Quốc Gia và đề thi thử THPT Quốc Gia

2.4 Hiệu quả của SKKN đối với hoạt động giáo dục, với bản thân,

đồng nghiệp và nhà trường

04 04 05 05 07 14

1 MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Kỳ thi THPT Quốc gia là một kỳ thi quan trọng, đánh dấu bước ngoặt lớn trong cuộc đời của mỗi một học sinh Đến năm 2021, kỳ thi THPT Quốc Gia đã

có nhiều đổi mới nhằm hoàn thiện các nội dung kiến thức trong chương trình THPT và tạo điều kiện tốt cho học sinh tham gia thi Sự thay đổi nội dung và hình thức thi đòi hỏi học sinh phải nhanh chóng nắm bắt và thích nghi, đồng thời giúp các thầy cô giáo và học sinh phải tìm tòi, lựa chọn phương pháp giải phù hợp

Môn Hóa học đã nhiều năm được tổ chức thi theo hình thức trắc nghiệm khách quan, thời gian đọc đề, suy nghĩ và giải quyết bài toán không quá nhiều, chỉ từ 1 - 2 phút cho một câu hỏi Vì vậy, áp lực về thời gian vô cùng lớn, do đó

để đạt được kết quả cao đòi hỏi học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà phải

tư duy nhanh, có phương pháp giải phù hợp, linh hoạt và sáng tạo Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài toán trong Hóa học lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn Mỗi bài toán có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh giải quyết nhanh chóng các bài toán hóa khó Với một lượng câu hỏi lớn trong một thời gian khá hạn chế như vậy khiến cho không ít học sinh lung túng trong quá trình giải quyết bài toán Thông thường học sinh chỉ biết đến những phương pháp giải toán quen thuộc như phương pháp bảo toàn khối lượng, phương pháp đường chéo, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp bảo toàn electron thì ngày nay có nhiều phương pháp mới ra đời, trong đó có phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa

ảo, đây là một phương pháp mới, lạ để giải nhanh một số bài toán trắc nghiệm

vô cơ và hữu cơ Phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo ra đời được xem là một công cụ để giải quyết nhanh các bài toán hỗn hợp phức tạp Đặc biệt là với tốc độ nhanh thì phương pháp này tỏ rõ sự nổi trội

Với những lý do trên đủ để thấy rằng phải nghiên cứu từng vấn đề một cách toàn diện để giúp học sinh giải nhanh và hiệu quả với các bài toán vô cơ, hữu cơ khó trong đề thi THPT Quốc gia Qua quá trình giảng dạy tôi đã rút ra

được một số kinh nghiệm và tôi chọn đề tài: “Hướng dẫn học sinh giải nhanh

bài toán hỗn hợp các chất vô cơ và hữu cơ theo phương pháp sử dụng chất

ảo, số oxi hóa ảo trong chương trình Hóa học THPT” theo hướng TNKQ làm

đề tài SKKN của mình

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi sẽ chỉ ra nội dung phương pháp đã trang bị cho học sinh, giúp học sinh phân tích và tìm hiểu đặc điểm đặc trưng của phương pháp, từ đó vận dụng phương pháp này một cách phù hợp, có hiệu quả cho từng dạng bài tập Từ đó giúp cho việc tính toán trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn, giúp học sinh giải quyết các bài toán khó trong đề thi THPT Quốc gia

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Các bài toán tư duy theo phương pháp sử dụng chất ảo, số oxi hóa ảo trong đề thi THPT Quốc Gia

- Các kĩ thuật đưa về chất ảo, số oxi hóa ảo, giải nhanh

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp dạy học theo hướng giải quyết vấn đề

- Nghiên cứu tư liệu và sản phẩm hoạt động sư phạm

- Phương pháp quan sát thực tế: quan sát tư duy và giải toán của học sinh

- Phương pháp hỏi đáp: trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh về những vấn

đề liên quan đến nội dung đề tài

- Phương pháp thống kê, phân tích số liệu

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1.1 Khái niệm chất ảo

Chuyển hỗn hợp ban đầu thành hỗn hợp mới, chuyển dung dịch ban đầu thành dung dịch mới, gán cho nguyên tố số oxi hóa mới khác với số oxi hóa thực của nó Hỗn hợp, hợp chất, dung dịch, số oxi hóa mới được gọi là ảo vì nó không có trong giả thiết của bài toán

2.1.2 Phân dạng bài tập

- Đưa hỗn hợp về chất ảo, hỗn hợp ảo đơn giản hơn

- Đưa các chất trong dung dịch thành dung dịch ảo

- Đưa số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố về số oxi hóa ảo

2.1.3 Các phương pháp kết hợp trong quá trình giải bài toán sử dụng chất

ảo, số oxi hóa ảo

Để sử dụng có hiệu quả phương pháp này thì học sinh cần phải kết hợp nhuần nhuyễn các phương pháp quen thuộc như định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn electron…

2.1.3.1 Phương pháp bảo toàn nguyên tố

+ Nội dung định luật bảo toàn nguyên tố

“Trong phản ứng hóa học, các nguyên tố luôn được bảo toàn.”

+ Nguyên tắc áp dụng

Trong phản ứng hóa học, tổng số mol của nguyên tố trước và sau phản ứng luôn bằng nhau

2.1.3.2 Phương pháp bảo toàn khối lượng

+ Nội dung định luật bảo toàn khối lượng

“Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng luôn bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành.”

+ Nguyên tắc áp dụng

- Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng

luôn bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành

- Trong phản ứng của kim loại với dung dịch axit: Khối lượng muối thu được bằng tổng khối lượng kim loại và khối lượng gốc axit tạo muối

- Tổng khối lượng các chất tan trong dung dung dịch bằng tổng khối lượng của các ion

- Tổng khối lượng dung dịch sau phản ứng bằng tổng khối lượng của

dung dịch trước phản ứng cộng khối lượng chất tan vào dung dịch trừ đi khối lượng chất kết tủa, chất bay hơi

2.1.3.3 Phương pháp bảo toàn electron

+ Nội dung định luật bảo toàn electron

“Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà các chất khử nhường

luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận.”

+ Nguyên tắc áp dụng

- Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số mol electron mà các chất khử

nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận

- Khi có nhiều chất oxi hóa hoặc chất khử trong hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng hoặc phản ứng qua nhiều giai đoạn) thì tổng số mol electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số mol electron mà các chất oxi hóa nhận

Lưu ý: Khi giải bài tập bằng phương pháp bảo toàn electron ta cần phải

xác định đầy đủ, chính xác chất khử và chất oxi hóa; trạng thái số oxi hóa của chất khử, chất oxi hóa trước và sau phản ứng; không cần quan tâm đến số oxi hóa của chất khử và chất oxi hóa ở các quá trình trung gian

2.2 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.2.1.Thuận lợi:

Trong những năm gần đây, vấn đề dạy và học môn Hoá học đã và đang đổi mới và là một trong những môn có chuyển biến mạnh mẽ về đổi mới phương pháp dạy học

Chương trình Sách giáo khoa hoá học mới có nhiều đổi mới về mục tiêu, cấu trúc, sự đổi mới này rất thích hợp cho giáo viên giảng dạy bộ môn hoá học cho học sinh Thông qua bài học học sinh có thể tự hoạt động tích cực, chủ động sáng tạo tìm tòi phát hiện và chiếm lĩnh nội dung bài học

Được sự đồng tình của xã hội, nhất là các bậc cha mẹ học sinh tích cực phối hợp cùng với nhà trường trong công tác giáo dục đạo đức cho học sinh Các bài toán hỗn hợp các chất vô cơ hoặc hữu cơ xuất hiện nhiều trong các

đề thi THPT Quốc Gia nên học sinh được làm quen với một khối lượng lớn các bài tập đặc sắc, phong phú, đa dạng về nội dung cũng như dạng toán

2.2.2 Khó khăn:

Do đây là một nội dung khó, có nhiều câu xuất hiện trong các đề thi với tư cách là câu phân loại khó nên để giải quyết các bài toán hỗn hợp là rất khó khăn

Vì vậy gây cho học sinh một thói quen rằng: bài toán hỗn hợp các chất vô cơ hoặc hữu cơ rất khó và không có động lực để vượt qua

Do sự đa dạng về nội dung, phương pháp cũng như mức độ khó, khối lượng bài tập khổng lồ làm cho nhiều học sinh “loạn kiến thức”, không thể phân biệt được các dạng bài tập và không vận dụng nổi các phương pháp giải bài toán

Đa số học sinh giải toán theo thói quen, mò mẫm để giải toán chứ chưa thực sự chú trọng đến tư duy phương pháp, tư duy giải nhanh Do đó hiệu quả học và giải toán chưa cao

Việc thi TNKQ đòi hỏi học sinh tư duy nhanh, giải toán nhanh, kĩ năng nhanh nên nhiều học sinh chưa đáp ứng được.

2.3 CÁC GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

2.3.1.Mục tiêu của giải pháp

Đưa ra được nội dung phương pháp giải toán, các dấu hiệu nhận biết và phương pháp giải nhanh tương ứng để giải câu hỏi trắc nghiệm khách quan (TNKQ) các bài toán về hỗn hợp các chất vô cơ hoặc hữu cơ

2 3.2 Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp

2 3.2.1 GP1: Hướng dẫn học sinh định hướng đưa về chất ảo

Việc hướng dẫn học sinh giải nhanh các dạng câu hỏi về hỗn hợp các chất vô cơ hoặc hữu cơ là rất quan trọng Một mặt giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản để tránh các sai lầm giải toán, mặt khác giúp học sinh rèn luyện kỹ năng giải toán Từ đó tăng tốc độ giải toán tiến tới mục tiêu giải nhanh các câu hỏi trong đề thi TNKQ.

Ví dụ 1 Đốt cháy hoàn toàn 3,42 gam hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl axetat,

metyl acrylat và axit oleic, rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 (dư) Sau phản ứng thu được 18 gam kết tủa và dung dịch A Khối lượng A so với khối lượng dung dịch Ca(OH)2 ban đầu đã thay đổi như thế nào?

A Tăng 2,70 gam B Giảm 7,74 gam.

Tư duy: Đây là bài toán hỗn hợp các chất hữu cơ Vì vậy, đó chính là dấu hiệu

giúp chúng ta định hướng tư duy giải bài toán này theo phương pháp đưa về chất ảo Do bốn chất là axit và este nên ta có thể đưa về hỗn hợp hai chất gồm một axit và một este.

Hướng dẫn giải: Sử dụng hỗn hợp ảo

Vì đề bài cho hỗn hợp 4 chất, nhưng chỉ có 2 giả thiết nên ta quy đổi hỗn hợp

4 chất axit acrylic, vinyl axetat, metyl acrylat và axit oleic thành hỗn hợp 2 chất axit acrylic (C3H4O2), vinyl axetat (C4H6O2)

Theo giả thiết và bảo toàn nguyên tố C, ta có:

4 6 2 3 4 2 4 6 2 3 4 2



CaCO

0,15.18 0,18.44 10,62 gam 18 gam   

         nên khối lượng dung dịch Ca(OH)2 bị

giảm và mdung dịch giảm  mCaCO3  m(CO , H O)2 2  18 10,62 7,38 gam  

⇒Đáp án D

Nhận xét: Với cách đưa về hỗn hợp ảo này sẽ làm giảm tính phức tạp của bài tốn, giúp học sinh cĩ cách nhìn đơn giản và hệ thống hơn về các bài tốn hỗn hợp trong đề thi THPT Quốc gia.Việc sử dụng hỗn hợp ảo thì số mol của một chất trong hỗn hợp cĩ thể mang giá trị âm, nhưng kết quả vẫn khơng thay đổi so với các cách làm khác.

Ví dụ 2 Cho 100 ml dung dịch NaOH 4M tác dụng với 100 ml dung dịch H3PO4

aM, thu được dung dịch chứa 25,95 gam hỗn hợp hai muối Giá trị của a là

Tư duy: Đây là bài tốn mà sản phẩm cĩ thể là hỗn hợp nhiều muối.Vì vậy, ta

cĩ thể coi như dung dịch sản phẩm chứa các ion tạo ra các muối đĩ.Như vậy sẽ tránh được việc phải xét các trường hợp tạo muối khác nhau làm mất nhiều thời gian.

Hướng dẫn giải: Sử dụng dung dịch ảo

Coi dung dịch sau phản ứng chứa các ion 3

4

PO  , Na , H  

Ta cĩ :



3 3 4

4

3 4

OH

H ban đầu

H PO NaOH

H /dd sau phản ứng

n n







  

Theo giả thiết và bảo tồn khối lượng, ta cĩ:

3

muối

m 0,1a.95 0,4.23 0,3a 0,4 25,95 a 1,75

             

⇒Đáp án B

Nhận xét:Như vậy, ta khơng chỉ đưa các chất tham gia phản ứng về chất ảo, mà cịn cĩ thể áp dụng đối với hỗn hợp sản phẩm.

Ví dụ 3 Hịa tan hồn tồn một hỗn hợp gồm 0,02 mol FeS2 và 0,03 mol FeS vào một lượng dư H2SO4 đặc nĩng thu được Fe2(SO4)3, H2O và SO2 Hấp thụ hết

SO2 bằng một lượng vừa đủ KMnO4 thu được 2,28 lít dung dịch X Nồng độ mol của axit trong dung dịch X là

A 0,01M B 0,02M C 0,05M D 0,12 M [1]

Tư duy: Đây là bài toán hỗn hợp gồm hai hợp chất của sắt và lưu huỳnh Để

đơn giản ta đưa số oxi hóa của một nguyên tố về số oxi hóa ảo, nhằm mục đích giảm bớt các quá trình oxi hóa khử trong bài toán, giảm tính phức tạp của bài toán Đồng thời trong quá trình giải toán phải kết hợp nhuần nhuyễn các phương pháp quen thuộc như áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron…

Hướng dẫn giải: Sử dụng số oxi hóa ảo

Coi số oxi hóa của S trong FeS2 và FeS đều là +6 (số oxi hóa ảo) thì số oxi hóa của Fe trong FeS2 và FeS lần lượt là -12 và -6 Với cách quy đổi như vậy, S trong FeS2 và FeS sẽ không thay đổi số oxi hóa, chỉ có Fe thay đổi số oxi hóa

Sau phản ứng số oxi hóa của Fe là +3

Áp dụng bảo toàn electron, ta có:

15 nFeS2 + 9 nFeS = 2 nSO2 ⇒ nSO2 = 0,285 mol

Hấp thụ 0,285 mol SO2 vào dung dịch KMnO4 vừa đủ, xảy ra phản ứng :

5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2H2SO4 + 2MnSO4

Nồng độ mol của axit trong dung dịch X là: [H2SO4 ] = 0,05 M

⇒Đáp án C

2.3.2.2 GP2: Hướng dẫn học sinh khai thác một số bài toán sử dụng trong các đề thi THPT Quốc Gia và đề thi thử THPT Quốc Gia các năm.

Ví dụ 4 Hỗn hợp Y gồm CH3CH(OH)COOH, HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y cần V lít O2 (đktc), sau phản ứng thu được CO2

và H2O Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào nước vôi trong dư thu được 30 gam kết tủa Vậy giá trị của V tương ứng là

A 5,60 lít B 8,40 lít C 7,84 lít D 6,72 lít [4]

Hướng dẫn giải: Sử dụng chất ảo

Đề cho hỗn hợp gồm 4 chất nhưng lại chỉ có một giả thiết nên đưa hỗn hợp ban đầu thành một chất là HCHO

Phương trình phản ứng : to

HCHO O    CO  H O Theo phương trình phản ứng và bảo toàn nguyên tố C, ta có:

O (ñktc)

30 V 0,3.22,4 6,72 lít

100





⇒Đáp án D

Ví dụ 5 Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol và glixerol Đốt

cháy hoàn toàn m gam X thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) Cũng m gam X trên cho tác dụng với Na dư thu được tối đa V lít khí H2 (đktc) Giá trị của V là

Hướng dẫn giải: Sử dụng chất ảo

Hỗn hợp X gồm 3 chất là ancol metylic, etylen glicol và glixerol, nhưng lại

chỉ có một giả thiết nên coi hỗn hợp X chỉ gồm 1 chất là ancol metylic.

Theo bảo toàn nguyên tố C và bảo toàn nguyên tố H trong nhóm -OH, ta có:

2

H (ñktc)



⇒Đáp án A

Ví dụ 6 Hòa tan hoàn toàn 13,92 gam hỗn hợp bột X gồm FexOy và Cu bằng dung dịch HNO3 loãng, dư Sau phản ứng thu được 2,688 lít khí NO (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch chứa 42,72 gam hỗn hợp muối nitrat Công thức của oxit sắt là

A Fe2O3 B FeO C Fe3O4 D FeO hoặc Fe3O4 [2]

Hướng dẫn giải: Sử dụng hỗn hợp ảo

Chuyển hỗn hợp X thành hỗn hợp ảo X’ gồm Fe2O3 và CuO thì cần cho X phản ứng với một lượng oxi là:

nO2 = ne trao đổi/4 = 3.nNO/4 =0,09 mol

Ta có:

2 3

2 3

0,03

0,15

nFe O

nCuO















Trong hỗn hợp X ta có:

2 3

0,06

nO nCu nCuO





1

nFe

Ví dụ 7 Hỗn hợp X gồm C3H4, C3H6, C3H8 có tỉ khối so với H2 là 21 Đốt cháy hoàn toàn 1,12 lít hỗn hợp X (đktc), rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng nước vôi trong dư, lọc bỏ kết tủa, khối lượng dung dịch thu được so với khối lượng nước vôi trong ban đầu

A giảm 5,7 gam B giảm 15 gam.

Hướng dẫn giải: Sử dụng hỗn hợp ảo

Đề cho hỗn hợp X gồm 3 chất, nhưng chỉ có 2 giả thiết liên quan đến các chất

đó nên đưa hỗn hợp X thành hỗn hợp gồm C3H6 và C3H8

Theo giả thiết, ta có:

⇒Đáp án A

Ví dụ 8 Cho 28,8 gam hỗn hợp X gồm propynal, glucozơ, fructozơ tác dụng với

lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thì thu được 103,6 gam chất rắn Phần trăm khối lượng của propynal trong X là

Hướng dẫn giải:

Đưa hỗn hợp X gồm propynal, glucozơ, fructozơ thành hỗn hợp gồm

propynal, glucozơ

Sơ đồ phản ứng:



4 o

CAg C COONH

CH C CHO





       



         

Ta có: 54x 180y 28,8 54x 180y 28,8 x 0,2

2(x y).108 194x 103,6 410x 216y 103,6 y 0,1

Suy ra : %mCH C CHO 0,2.54.100% 37,5%

28,8

Ví dụ 9 Hỗn hợp X gồm anđehit fomic, anđehit oxalic, axit axetic, etylen glicol,

glixerol Lấy 4,52 gam X đốt cháy hoàn toàn rồi cho sản phẩm đi qua bình 1 đựng H2SO4 (đặc, dư), bình 2 đựng 600 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M thấy bình

1 tăng 2,88 gam, bình 2 xuất hiện m gam kết tủa Xác định m?

A 23,64 gam B 17,73 gam C 15,76 gam D 19,70 gam [4]

Hướng dẫn giải: Sử dụng hỗn hợp ảo

Quy đổi hỗn hợp 5 chất thành hỗn hợp 2 chất gồm anđehit fomic, anđehit oxalic

Theo giả thiết và bảo toàn nguyên tố H, ta có:



2

2

3

BaCO

0,15 0,12













⇒Đáp án B

Ví dụ 10 Đốt cháy hoàn toàn 80,08 gam hỗn hợp X gồm C3H7OH, C2H5OH và

CH3OC3H7 thu được 95,76 gam H2O và V lít khí CO2 (đktc) Giá trị của V là

A 129,6 lít B 87,808 lít C 119,168 lít D 112 lít [2]

Hướng dẫn giải: Sử dụng hỗn hợp ảo

Đề bài cho hỗn hợp gồm 3 chất, nhưng chỉ có 2 giả thiết nên quy đổi hỗn hợp

C3H7OH, C2H5OH và CH3OC3H7 thành hỗn hợp C3H7OH, C2H5OH

Theo giả thiết và bảo toàn nguyên tố H, ta có: