Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tư liệu để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài nghiên cứu Khảo sát thực tiễn qua thông tin trên mạng và qua thực trạng học môn Hóahọc của trường THPT Mai
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT MAI ANH TUẤN
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC CHƯƠNG TRÌNH THPT NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC
TƯ DUY CHO HỌC SINH
Người thực hiện: Vũ Văn Phương Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THPT MAI ANH TUẤN SKKN thuộc lĩnh môn: Hóa Học
THANH HÓA NĂM 2021
Trang 2MỤC LỤC
1 MỞ ĐẦU trang 02 1.1 Lí do chọn đề tài trang 02 1.2 Mục đích nghiên cứu trang 02 1.3 Đối tượng nghiên cứu trang 03 1.4 Phương pháp nghiên cứu trang 03
2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM trang 03 2.1 Cơ sở lý luận trang 03 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm ……… trang 04 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề trang 04 2.4 Hiệu quả của SKKN …… ………trang 19
3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ trang 20
Trang 31 MỞ ĐẦU
1 1 Lý do chọn đề tài
Trong hóa học, nhiều trường hợp, có quá trình phản ứng diễn ra rất phức tạpnhư trong phản ứng oxi hóa - khử chẳng hạn, có nhiều phản ứng mà tất cả các chấttrong cùng một hợp chất, hỗn hợp đều đóng vai trò là chất oxi hóa hoặc khử
Ví dụ: hỗn hợp chứa FeO, Fe3O4, Fe2O3 hoặc hỗn hợp chứa Fe, FeS và FeS2 hoặchỗn hợp gồm CH4, C2H4, C3H4, C4H4,…
Cho nên đối với những bài tập tính toán dạng này mà chúng ta dùng phươngtrình phân tử, hay quá trình trao đổi electron thì sẽ rất là phức tạp Hay là trongnhững phản ứng cháy của polime, hoặc những phản ứng trong dung dịch, nếu giảitheo cách thông thường thì rất mất nhiều thời gian, thậm chí còn không giải được
Vì thế nảy sinh ra vấn đề là phải “quy đổi” để làm đơn giản hơn, thuận lợihơn Phương pháp quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bàitoán ban đầu là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản, qua đó làm cho các phéptính trở nên dễ dàng, thuận tiện
Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề trên, tôi chọn đề tài: “Vận dụng
phương pháp giải bài tập hóa học chương trình THPT nhằm phát triển năng lực tư duy cho học sinh’’.
1 2 Mục đích nghiên cứu
Qua nghiên cứu đề tài sáng kiến kinh nghiệm này và vận dụng vào ôn tậpcho học sinh lớp 12, giúp các em áp dụng thành thạo phương pháp quy đổi để giảinhanh các bài tập mà phương pháp truyền thống giải rất lâu và ít hiệu quả Việclàm này có tác dụng nâng cao hiệu quả dạy của thầy và học sinh giúp các em đạtkết quả cao trong kì thi THPT Quốc gia
1 3 Đối tượng nghiên cứu
Với đè tài sáng kiến kinh nghiệm này tôi vận dụng trong quá trình giảng dạy môn hóa học lớp 12 của trường THPT Mai Anh Tuấn
Vận dụng vào nội dung cụ thể là giải các bài toán có nhiều sự thay đổi số oxihóa
1 4 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tư liệu để xây dựng cơ sở lí luận của đề tài nghiên cứu
Khảo sát thực tiễn qua thông tin trên mạng và qua thực trạng học môn Hóahọc của trường THPT Mai Anh Tuấn mà tôi đang dạy để có cái nhìn khái quát vềthực trạng dạy học sinh môn Hóa học phần giải bài tập về hỗn hợp nhiều chất
1
Trang 42 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM.
2.1 Cơ sở lý luận.
Trong Hóa học, dạng bài tập về phản ứng oxi hóa khử rất phổ biến và đa
dạng, có rất nhiều bài được ra trong các đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng Với
các phương pháp thông thường như phương pháp đại số, đặt ẩn, lập hệ gồm nhiều
phương trình, sẽ rất mất thời gian và khó khăn để học sinh tìm ra kết quả cho dạng
bài tập trên Các em thường nghĩ đến dùng phương pháp bảo toàn electron để làm
Tuy nhiên, không phải bất cứ phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa nào cũng giải
được theo phương pháp bảo toàn electron Với những bài tập có nhiều chất tham
gia phản ứng và sự thay đổi số oxi hóa quá nhiều thì học sinh cần biết cách đưa bài
tập phức tạp về dạng đơn giản Như vậy, không những các em sẽ giải được mà còn
làm rất nhanh Để giúp cho giáo viên và học sinh giải quyết khó khăn trên, tôi xin
trình bày trong sáng kiến này một phương pháp giải toán Hóa có thể rút ngắn được
thời gian, nâng cao được tư duy và có đáp án bài toán nhanh nhất, chính xác cao
Đây là một trong những phương pháp mới và nguyên tắc của phương pháp này là:
biến đổi toán học trong một bài tập Hóa nhằm đưa hỗn hợp phức tạp ban đầu về
dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện.
Phương pháp này giúp học sinh thiết lập được mối liên hệ trong bài dễ dàng, giải
quyết các dạng bài tập gồm nhiều chất phản ứng của cùng kim loại như hỗn hợp
oxit sắt, đồng và muối đồng, một số bài tập về hữu cơ nhanh nhất
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Trong mỗi năm học khi dạy bài tập về dạng này, tôi thường cho HS làm một
số bài tập (kiểm tra 45 phút) để đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng
làm bài tập dạng này Khi khảo sát ở các lớp khác nhau với những đối tượng học
sinh khác nhau, tôi nhận thấy một số đặc điểm chung như sau:
Nhiều em thích cách giải bài toán bằng cách viết tất cả các phương trình hóa
học xảy ra, dẫn đến đôi khi số ẩn nhiều hơn số phương trình Cách giải quyết này
chỉ phù hợp với các bài toán nhỏ, ít phương trình không phù hợp với xu hướng của
một bài toán trắc nghiệm
Phần lớn các em chưa hiểu hoặc chưa biết gì về phương pháp này, một bài
toán mà giá trị thu được là nghiệm âm, thậm chí quy tắc phản ứng cũng bị đảo lộn
làm nhiều em khá lung túng trước phương pháp này
Phần lớn các em chưa làm xong bài hoặc giải sai, giải nhầm, không ra được
kết quả
Điểm khá giỏi ít (20%), phần lớn chỉ đạt điểm trung bình hoặc yếu
Nguyên nhân chính là do
Tác động bằng thí nghiệm hóa
Trang 5Học sinh chưa nắm chắc kiến thức cơ bản, còn sai, còn nhầm nhiều
Lúng túng khi gặp bài toán có nhiều phương trình, nhiều chất tham gia vànhiều chất sản phẩm hoặc bài toán có nhiều giai đoạn
2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
Trên cơ sở lí luận và thực trạng vấn đề đã phân tích ở trên, tôi thấy để giảiquyết vấn đề cần phải rèn luyện cho học sinh phương pháp giải toán hóa học mộtcách đơn giản nhưng tư duy hơn Vì thế tôi cần nghiên cứu về các mặt ưu, nhượccủa phương pháp thật kĩ lưỡng, các định luật bắt buộc học sinh phải nắm vữngtrong phương pháp quy đổi, cũng như cần soạn giải các bài toán Hóa theo phươngpháp này nhưng theo nhiều hướng quy đổi khác nhau để giáo viên và học sinh cóthể áp dụng hiệu quả
Cần chú ý tới năng lực của từng học sinh khi tiếp thu phương pháp mới này,tiến hành thực nghiệm và đánh giá kết quả của học sinh khi sử dụng phương phápquy đổi để giải các bài toán hóa gồm nhiều chất phản ứng phức tạp
Cùng một dạng bài tập nhưng cho các em giải theo nhiều phương pháp để sosánh hiệu quả của các phương pháp Khi sử dụng phương pháp quy đổi các em sẽ
dễ xác định hướng đi của bài và giải nhanh hơn, hiểu bài hơn, có thể giải được một
số bài toán hóa trong đề thi đại học Từ đó xây dựng tinh thần học tập hứng thú hơnvới bộ môn Hóa học cho học sinh trong toàn trường
2.3.1 Các định luật vận dụng.
a Định luật bảo toàn khối lượng:
Nội dung: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được
Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp
chất ta luôn có: Khối lượng chất = khối lượng của cation+khối lượng anion Khốilượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạothành
b Định luật bảo toàn nguyên tố:
Nội dung định luật: Tổng khối lượng một nguyên tố trước phản ứng bằngtổng khối lượng của nguyên tố đó sau phản ứng Hoặc tổng số mol của một nguyên
tố được bảo toàn trong phản ứng hóa học
3
Trang 6c Định luật bảo toàn electron:
Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng sốmol electron mà chất oxi hóa nhận về
Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán này cần lưu ý:
Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu
và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian
Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng sốmol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron
d Định luật bảo toàn điện tích:
Dung dịch luôn trung hòa về điện nên:
Tổng điện tích dương = Tổng điện tích âm Hay Tổng số mol điện tích
dương = Tổng số mol điện tích âm
2.3.2 Các dạng quy quy đổi chính khi giải bài toán hóa học.
a Dạng 1: Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng
Khi gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng về bản chất chỉ gồm 2 (hoặc 3)nguyên tố ta quy đổi thẳng hỗn hợp về 2 (hoặc 3) nguyên tử tương ứng
Ví dụ : Hỗn hợp đầu gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 quy đổi về 2 nguyên tử Fe và O
b Dạng 2: Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc một chất.
Ví dụ : Hỗn hợp đầu gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 quy đổi về hai chất bất kỳ tronghỗn hợp đầu: (Fe, FeO), (Fe, Fe3O4), (Fe, Fe2O3), (FeO, Fe3O4), (FeO, Fe2O3),(Fe3O4, Fe2O3) hoặc FexOy
c Dạng 3: Quy đổi tác nhân oxi hóa- khử
Bài toán xảy ra nhiều giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi những chất oxi hóakhác nhau, quy đổi vai trò chất oxi hóa này cho chất oxi hóa kia, nhưng phải đảmbảo :
- Số electron nhường nhận là không đổi
- Do sự thay đổi tác nhân oxi hóa nên cần thay đổi sản phẩm cho phù hợp
Ví dụ: Fe [O] hỗn hợp X (Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3) HNO 3 Fe3+, NO (sản phẩm
sau:Fe2O3)
2.3.3 Các bước giải.
- Sơ đồ hóa bài toán( có thể bỏ qua bước khi đã thành kỹ sảo)
- Lựa chọn để đưa ra quyết định dạng quy đổi
- Lập phương trình (hệ phương trình) dựa vào dữ kiện bài toán tìm đáp số
2.3.4 Lưu ý.
[O]
Trang 7- Phương pháp đặc biệt phát huy tác dụng trong bài toán hỗn hợp sắt và cácoxit, hỗn hợp các hợp chất của sắt, đồng,
- Dạng 1: Cho lời giải nhanh và hay được áp dụng nhất
Bài toán 1: Để hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và
Fe2O3(trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl 1M Giá trịcủa V là( Đề thi đại học 2008):
Theo giả thuyết ta có số mol của Fe3O4 là 0,01
Gía trị của V là: = 0,08 lit
Bài toán 2: Hỗn hợp X gồm Mg, MgO, Ca và CaO Hòa tan 10,72 gam X vào
dung dịch HCl vừa đủ, thu được 3,248 lít khí (đktc) và dung dịch Y Trong Y có 12,35 gam MgCl2 và m gam CaCl2 Giá trị của m là
Bài giải.
Áp dụng quy đổi dạng 1: Quy đổi X thành hỗn hợp gồm Mg, Ca, O.
Các quá trình nhường và nhận electron như sau
5
FeOFe2O3Fe3O4
Dung dịch:
Fe2+, Fe2+
Trang 8+ 3e3x
Ca Ca2+ + 2e O + 2e O
x mol - > 2x mol y mol - > 2y mol
Mg Mg2+ + 2e 2H+ + 2e H2
0,13 mol - > 0,26 mol 0,29 < 0,145 mol
= = 0,145 mol Bảo toàn nguyên tố Mg nMg = = 0,13 mol
mX = mMg + mCa + mO 0,13.24 + 40x + 16y = 10,72 40x + 16y = 7,6 (1).
Áp dụng định luật bảo toàn electron 2x + 0,26 = 2y + 0,29 2x – 2y = 0,03(2)
2 CaCl
Bài toán 3: Nung m gam bột sắt trong oxi thu đựơc 6 gam hỗn hợp chất rắn X Hoà
tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư thoát ra 1,12 lít NO (đktc) là sản phẩmkhử duy nhất giá trị của m là:
mFe = ? gam 6 gam
Cách 1( quy đổi dạng 1): Quy hỗn hợp chất rắn X về nguyên tử là Fe và O.
Ta xem 6 gam hỗn hợp X gồm (Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4) là hỗn hợp của x
mol Fe và y mol O Ta có: mhỗn hợp =56x+16y =6 (1)
Mặt khác quá trình cho và nhận electron như sau
Áp dụng đinh luật bảo toàn electron: ne cho = ne nhận
hay: 3.nFe = 2nO + 3nNO hay 3x = 2y + 0,15 (2)
Từ (1) và (2) suy ra nFe = 0,09 mol mFe = 56.0,09 = 5,04 gam
Chọn đáp án A
0,150,05
FeFeOFe2O3Fe3O4
+dd HNO3
Khí NO (0,56l, đktc)
nNO=0,025 mol
Dung dịch Fe3+
Trang 9Theo bảo toàn electron: 3x = 0,15 (4)
Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe:
nFe ban đầu = nFe quy đổi + = 0,09 mol
Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe:
nFe ban đầu = nFe trong quy đổi + = 0,09 mol
FeO: y mol
Fe: x molFe2O3: y mol
x = 0,03 mol
y =0,06 mol
Fe: 0,03 molFeO: 0,06 mol
FeFeOFe2O3Fe3O4
Dd HNO3
O Fe
FeOFe2O3Fe3O4
O
(**)(*)
Trang 10m gam 6 gam
Ở đây ta thay vai trò nhận e của 5
N bằng O:
+ 2e 0,15 < - 0,05
Theo nguyên tắc quy đổi, số e mà 5
N nhận và 0
O nhận phải như nhau:
2nO(**) = 0,15 nO(**) = 0,075 mol
Theo bảo toàn khối lượng:
giá trị m? (Đề thi Đại học khối A 2008)
Bài giải.
Quy đổi hỗn hợp đầu về hai nguyên tố( Dạng 1) Fe và O:
Sơ đồ hóa bài toán:
nNO = 0,06 molDung dịch: Fe3+
O2-
Fe: x molO: y mol
Trang 113 3
( )
0,160,16 242 38,72
Fe3O4 tác dụng với dung dịch HCl (dư) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn,được dung dịch Y; cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl2 và m gam FeCl3 Giá trị của
m là
Bài giải.
Áp dụng quy đổi dạng 1: Quy đổi hỗn hợp gồm thành
Sơ đồ hóa bài toán:
7,62 gam Fe2+ (nFe2+ = 0,06 mol)
Bài toán 6: Nung X mol Fe và 0,15 mol Cu trong không khí một thời gian thu được
63,2 gam hỗn hợp chất rắn X Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp chất rắn X bằng H2SO4đặc, nóng, dư thu được dung dịch Y và 6,72 lít khí SO2(đktc) Tính x
Fe: x molO: y mol
Trang 12Bài toán 7: Hòa tan hoàn toàn 15,2 gam chất rắn X gồm Cu, CuS, Cu2S và S
bằng HNO3 dư, thoát ra 10,08 lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y Thêm
Ba(OH)2 dư vào Y thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:
A 56,815 B 44,820 C 55,475 D 56,850
HD: Quy đổi( Dạng 2) hỗn hợp X thành
Theo bảo toàn khối lượng: 64x + 96y = 15,2 (1)
Sơ đồ hóa bài toán:
Dung dich Y
+2
+6
S+6 + 2e S+4 0,6 0,3
Trang 13Bài toán 8: Hỗn hợp X gồm metan, etilen, propin và vinylaxetilen có tỉ khối
hơi của X so với H2 là 16,4 Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X trong oxi dư thuđược 10,56 gam CO2 và a gam nước Giá trị của a là:
Phương trình hóa học: C2,4H4 + 3,4O2 2,4CO2 + 2H2O (1)
Từ (1) nH2O = 0,2 mol a = 3,6 gam
Chon đáp án B
Bài toán 9: Hỗn hợp X gồm hiđro, propen, axit acrylic, ancol anlylic
(C3H5OH) Đốt cháy hoàn toàn 0,75 mol X, thu được 30,24 lít khí CO2 (đktc) Đun nóng X với bột Ni một thời gian, thu được hỗn hợp Y Tỉ khối hơi của Y so với X bằng 1,25 Cho 0,1 mol Y phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch Br2 0,1M Giá trị của V là (Đề thi đại học khối B năm 2013)
Bài giải.
Áp dụng phương pháp quy đổi dạng 2:
Hỗn hợp C3H6; C3H4O2; C3H6O đều có một liên kết pi khi tham gia phản ứng với dung dịch brom và H2 nên ta xem C3H6 Quy đổi hỗn hợp X thành H2 và C3H6
Ta có nCO2 = 1,35 mol
11
Trang 14Phương trình đốt cháy C3H6 là: C3H6 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O (1)
Sau 3x-a 2x-a a
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng mX = mY (MY = 1,25MX)
nX = 1,25nY = 1,25 x 0.1 = 0,125 mol =5x x = 0,025
Mặt khác nY = 5x – a a = 0,025 nC3H6 sau = 3x – a = 0,05 mol Phương trình hóa học C3H6 + Br2 → C3H6Br2 (3)
Từ (3) nBr2 = nC3H6 sau = 0,05 mol V = 0,5 lít
Chọn đáp án C
Bài toán 10: (Đề thi đại học khối A năm 2014) Đốt cháy hoàn toàn 13,36 gam hỗn
hợp X gồm axit metacrylic, axit ađipic, axit axetic và glixerol (trong đó số mol axitmetacrylic bằng số mol axit axetic) bằng O2 dư, thu được hỗn hợp Y gồm khí vàhơi Dẫn Y vào dung dịch chứa 0,38 mol Ba(OH)2, thu được 49,25 gam kết tủa vàdung dịch Z Đun nóng Z lại xuất hiện kết tủa Cho 13,36 gam hỗn hợp X tác dụngvới 140 ml dung dịch KOH 1M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạndung dịch thu được chất rắn khan có khối lượng là
Bài giải.
Áp dụng phương pháp quy đổi dạng 2.
Hỗn hợp C4H6O2; C2H4O2 có số mol bằng nhau quy đổi thành C3H5O2 và kết hợp với C6H10O4 tức là (C3H5O2)2 nên ta xem hỗn hợp C4H6O2; C2H4O2; C6H10O4 thành C3H5O2
Quy đổi hỗn hợp X thành x mol C3H8O3 và y mol C3H5O2
Ta có 92x + 73y = 13,36 (a)
Ta có nBaCO3 = 0,25 mol và nKOH = 0,14 mol
Phương trình hóa học:
C3H8O3 + 3,5O2 → 3CO2 + 4H2O (1)
C3H5O2 + 3,25O2 → 3CO2 + 2,5H2O (2)
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O (3)
2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2 (4)