Đề tài Cách giải một bài toán hỗn hợp muối sáng kiến kinh nghiệm bậc 4

CÁCH GIẢI MỘT BÀI TOÁN HỖN HỢP MUỐI SKKN bậc 4 I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Khi giảng dạy chương "Các hợp chất vô cơ" trong chương trình hoá học lớp 9-THCS ta thường gặp một số bài tập giữa ô xít bazơ hay bazơ với a xít có nhiều hiđrô (đa a xít), hoặc giữa các ô xít a xít (của các đa a xít) với bazơ kiềm, học sinh thường lúng túng trong việc xác định muối nào được tạo thành (muối a xít hay là muối trung hoà). Chúng ta biết, các a xít mà phân tử có từ 2 nguyên tử hiđrô trở lên thường tạo ra 2 hoặc nhiều loại muối, tuỳ thuộc vào tỷ lệ các chất tham gia phản ứng. Căn cứ vào số mol các chất đó ta có thể xác định được muối nào được tạo thành hay hỗn hợp các muối. Đây là vấn đề học sinh hay vấp phải khi trong bài toán cho biết cả 2 chất tham gia phản ứng. Nếu lượng a xít (đa a xít) đó nhiều hơn lượng bazơ (hay o xít bazơ) học sinh thường hiểu là còn a xít dư, mà quên đi rằng nó có thể tạo nên dạng muối a xít … Vì vậy trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy đây là một vấn đề phức tạp, nhưng rất thú vị. Tôi muốn nêu lên một vài suy nghĩ và cách giải một bài toán cụ thể, nhất là khi tạo thành hỗn hợp 2 muối (muối a xít và muối trung hoà) trong chương trình hoá học lớp 9. II. NỘI DUNG CÁCH GIẢI MỘT BÀI TOÁN HỖN HỢP MUỐI (MUỐI A XÍT VÀ MUỐI TRUNG HOÀ) 1. Cơ sở: -Khi nêu tính chất hoá học của a xít thì a xít tác dụng với ô xít bazơ hoặc bazơ tạo thành muối và nước, thường thì học sinh viết phương trình: Ví dụ: H2S04 + 2Na0H → Na2S04 + 2H20. Mà ít khi viết: H2S04 + Na0H → NaHS04 + H20. Hay khi nêu tính chất hoá học của bazơ thì bazơ kiềm tác dụng với ô xít a xít tạo thành muối và nước. Ví dụ: 2Na0H + C02 → Na2C03 + H20 Nhưng cũng có thể: Na0H + C02 → NaHC03 Đối với a xít có nhiều nguyên tử hiđrô hơn, ví dụ H3P04 khi tác dụng với Na0H chẳng hạn ta có thể có 3 loại muối được tạo thành là: Na2HP04, NaH2P04 và Na3P04. -Nguyên nhân sinh ra các loại muối này là do: Các đa a xít bị điện ly nhiều nấc trong dung dịch. Ví dụ: Với a xít H2S04: H2S04 = H+ + HS04- HS04 = H+ + S04-- Tổng hợp 2 quá trình: H2S04 = 2H+ + S04-- Hoặc đối với a xít phốt pho ríc phương trình điện ly là: H3P04 = H+ + H2P04- H2P04- = H+ + HP04-- HP04-- = H+ + P04--- Tổng hợp 3 quá trình: H3P04 = 3H+ + P04--- Và thường trong dung dịch các a xít đó luôn luôn tồn tại hỗn hợp gồm: Các phân tử a xít chưa bị điện ly, các Ion dương H+ và các I on âm trên. -Sự tạo thành loại muối nào còn tuỳ thuộc vào tỷ lệ (số mol) các chất tham gia phản ứng, tức là tuỳ thuộc vào lượng ô xít bazơ hoặc bazơ và a xít đa a xít đó. -Đối với phản ứng giữa khí C02 và Na0H chẳng hạn, có thể tạo thành 2 loại muối, vì C02 là anhiđrit của a xít Cácbôníc, khi có mặt nước nó sẽ tạo thành a xít theo phương trình: C02 + H20 → H2C03, nó là một a xít dễ bay hơi, tuy yếu những cũng điện ly thành 2 nấc: H2C03 = H+ + HC03- HC03- = H+ + C03-- Vì vậy trong phản ứng với Na0H nó cũng có thể tạo thành 2 loại muối (muối a xít và muối trung hoà). 2. Trở lại những bài toán tạo muối trên, ta thấy: Căn cứ vào tỷ lệ số mol các chất tham gia mà ta có thể xác định được sản phẩm phản ứng là những muối nào. Tỷ lệ số mol Na0H: C02 ³ 2 : sản phẩm là Na2C03 Na0H: C02 > 1 <2 : sản phẩm là hỗn hợp 2 muối Na0H: C02 ≤ 1 : sản phẩm là NaHC03 Đối với a xít nhiều hiđrô hơn như H3P04 khi tác dụng với Na0H thì tuỳ theo tỷ lệ các chất sản phẩm sẽ là. Tỷ lệ số mol Na0H: H3P04 ≤ 1 : sản phẩm là NaH2P04 Na0H: H3P04 > 1 <2 : sản phẩm là NaH2P04 và Na2HP04 Na0H: H3P04 = 2 :sản phẩm là Na2HP04 Na0H: H3P04 >2 <3 : sản phẩm là Na2HP04 và Na3P04. Na0H: H3P04 ³ 3 : sản phẩm là Na3P04. Thực ra cách phân chia như vậy cũng chỉ là tương đối và tạm thời, vì chỉ ở trường hợp 1 và 5 là tạo ra một loại muối duy nhất, còn lại các trường hợp khác đều là hỗn hợp muối. 3. Một vài bài toán cụ thể: A) Bài toán 1: Người ta dùng 16,8 lít khí C02 (ở ĐKTC) hấp thụ hoàn toàn 600 mml dung dịch Na0H 2M, thu được dung dịch A. a) Tính khối lượng muối trong dung dịch A ? b) Tính thành phần phần trăm của các muối ? Giải: Để giải bài toán này ta có nhiều cách, nhưng bằng cách nào chúng ta cũng phải tính số mol của các chất đã cho và so sánh: -Trước hết tính số mol các chất tham gia. nC02 = 16,8: 22,4 = 0,75 (mol). nNa0H = 0,6 (l) x 2 (mol/l) =1,2 (mol). Vì nC02 < nNa0H < 2nC02 nên ta thu được hỗn hợp 2 muối. Từ đây ta có các cách giải khác nhau . Cách 1: PTPƯ: C02 + 2Na0H → Na2C03 + H20 (1) Na2C03 + H20 + C02 → 2NaHC03 (2) Theo PT 1: Sau phản ứng thu được 0,6mol Na2C03. Số mol C02 còn dư là: 0,75 - 0,6 = 0,15 (mol). Theo PT 2: Số mol C02 này tác dụng với 0,15 mol Na2C03 tạo thành 0,15 x 2 = 0,3 (mol) NaHC03. Và như vậy Na2C03 còn 0,6 - 0,15 = 0,45 (mol). Dung dịch A gồm: 0,45 mol Na2C03 và 0,3 mol NaHC03. -Tổng lượng muối bằng: 0,45 x 106 + 0,3 x 84 = 72,9 (g) Thành phần % các muối: % Na2CO3 = (106 x 0,45 x 100): 72,9 = 65,4% % NaHCO3 = 100% - 65,4% = 34,6% Cách 2: PTPƯ: C02 + 2Na0H → NaHC03 (1) NaHC03 + Na0H → Na2C03 + H2O (2) Theo PT 1: 0,75 mol CO2: 0,75 mol NaOH: 0,75 mol NaHCO3 Số mol NaOH dư: 1,2 - 0,75 = 0,45 (mol) Theo PT2: 0,45 mol NaOH: 0,45 mol Na2CO3 Và lượng NaHCO3 có: 0,75 - 0,45 = 0,3 (mol) -Tổng lượng muối bằng: 0,45 x 106 + 0,3 x 84 = 72,9 (g) Cách 3: PTPƯ: C02 + 2Na0H → Na2C03 + H20 (1) C02 + NaOH → NaHCO3 (2) Gọi x, y là số mol lần lượt của Na2CO3 và NaHCO3. Theo PT1: x mol CO2: 2 x mol NaOH: x mol Na2CO3 Theo PT2: y mol CO2: y mol NaOH: y mol NaHCO3 Ta có: n CO2 = x + y = 0,75 (a) n NaOH = 2x + y = 1,2 (b) Giải hệ phương trình ta có: x = 0,45; y = 0,3 Tức là: n Na2CO3 = 0,45 mol; n NaHCO3 = 0,3 mol -Tổng lượng muối bằng: 0,45 x 106 + 0,3 x 84 = 72,9 (g) Qua bài toán trên ta nhận thấy cả 3 cách làm đều cho ra một kết quả và phản ứng luôn tạo thành hỗn hợp 2 muối. Nhưng xét về bản chất hoá học thì phản ứng theo cách 1 là chính xác nhất, vì khi dẫn CO2 vào thì ban đầu do lượng NaOH còn dư nên bao giờ cũng tạo thành muối trung hoà. Dần dần lượng CO2 vào nhiều sẽ có phản ứng tiếp theo giữa CO2, H2O trong dung dịch và Na2CO3. Tương tự khi ta cho sục khí CO2 vào nước vôi trong ta cũng có hiện tượng tương tự. Đầu tiên có kết tủa xẩy ra do: CO2+Ca(OH)2 → CaCO3 × + H2O Sau đó, tiếp tục cho CO2 vào kết tủa sẽ tan vì: CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 tan Còn cách 2 đúng về kết quả và phương pháp tính toán nhưng về bản chất hoá học thì không chính xác, nó chỉ đúng khi ta đổ dung dịch NaOH dần dần vào bình đựng khí CO2 Riêng cách 3 khi đã khẳng định chắc chắn sẽ tạo thành hỗn hợp muối (Vì sau khi so sánh tỷ lệ số mol các chất NaOH: CO2 > 1 < 2). Đây cũng là cách làm thông dụng, nếu hướng dẫn đầy đủ học sinh dễ hiểu, dễ áp dụng và cách giải cũng khá đơn giản. B) Bài toán 2: Đổ từ từ 200 ml dung dịch H2SO4 4,5M vào để trung hòa 400 ml dung dịch NaOH 3M. a. Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng ? b. Để tác dụng hết với dung dịch thu được sau phản ứng đó cần dùng bao nhiêu ml dung dịch BaCl2 2M ? Giải: Để giải bài toán này ta cần lưu ý: +Khi bài toán cho cả 2 chất tham gia phản ứng sẽ có 2 trường hợp xẩy ra: -Có thể còn 1 chất dư hoặc 2 chất tác dụng vừa đủ với nhau. -Nếu trường hợp có chất dư thì sẽ tạo thành 1 loại muối duy nhất, nếu lượng chất dư quá nhiều. Nếu lượng Axít dư một ít với điều kiện nH2SO4 < nNaOH < 2n H2SO4 thì sẽ thu được hỗn hợp 2 muối. +Thứ tự các phản ứng hoá học xẩy ra: 1. Nếu đổ từ từ dung dịch H2SO4 vào dung dịch NaOH. PTPƯ là: H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O (1) Nếu lượng H2SO4 dư thì: PTPƯ là: Na2SO4+ H2SO4 → 2 NaHSO4 (2) 2. Ngược lại nếu đổ từ từ dung dịch NaOH vào H2SO4 thì: PTPƯ là: NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O (1) Nếu lượng NaOH dư thì: PTPƯ là: NaHSO4+ NaOH → Na2SO4 + H2O (2) Và bằng cách nào nếu lượng H2SO4 dư như đã biết: nH2SO4 < nNaOH < 2n H2SO4 thì sẽ thu được hỗn hợp 2 muối. 3. Bài giải cụ thể: a. Theo phương pháp giải phương trình toán học: Số mol các chất: nH2SO4 = 0,2 x 4,5 = 0,9 (mol) nNaOH = 0,4 x 3 = 1,2 (mol) So sánh: nH2SO4 < nNaOH < 2n H2SO4 thì sẽ thu được hỗn hợp 2 muối. PTPƯ là: H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O (1) H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O (2) Gọi x; y lần lượt là số mol của Na2SO4 và NaHSO4 Theo PT1: x mol H2SO4: 2 x mol NaOH: x mol Na2SO4 Theo PT2: y mol H2SO4: y mol NaOH: y mol NaHSO4 Ta có: nH2SO4 = x + y = 0,9 (mol) (a) nNaOH = 2x + y = 1,2 (mol) (b) Giải hệ Phương trình (a) và (b) ta có: x = 0,3 mol; y = 0,6 mol Khối lượng muối thu được là: m = 0,3 x 142 + 0,6 x 120 = 114,6 (g) b. Phản ứng giữa dun dịch san phản ứng và dung dịch BaCl2 là: PTPƯ: Na2SO4 + BaCl2 → 2NaCl + BaSO4 (3) NaHSO4 + BaCl2 → NaCl + HCl + BaSO4 (4) Theo PT3: nNa2SO4 = nBaCl2 = 0,3 (mol) Theo PT4: nNaHSO4 = nBaCl2 = 0,6 (mol) Tổng số mol BaCl2 là: 0,3 + 0,6 = 0,9 (mol) Thể tích dung dịch BaCl2 phải dùng là: CM = n: V → V = n: CM = 0,9: 2 = 0,45(lít) Hay: VBaCl2 2M = 450 (ml) III- KẾT LUẬN: 1. Kết quả: -Qua việc giảng dạy bài toán hỗn hợp của a xít đa a xít, nếu hướng dẫn học sinh hiểu bản chất và biết cách so sánh, tính toán thì học sinh không bị nhầm lẫn và thực hiện dễ dàng. -Các cách làm đều đưa về một kết quả, nên phải hướng dẫn học sinh nắm bản chất của phản ứng hoá học cụ thể, còn phương pháp thì có thể dùng cách giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình toán học. Làm như vậy học sinh vừa biết cách so sánh tỷ lệ số mol các chất, vừa tính toán đơn giản, tránh nhầm lẫn. -Học sinh tiếp thu bài tương đối dễ dàng và vận dụng có hiệu quả. -Khi áp dụng tỷ lệ mol các chất đa số học sinh làm đúng tỷ lệ đạt kết quả cao tăng lên rõ rệt. 2. Rút kinh nghiệm: -Một bài toán hay bất kỳ một bài giảng nào, nếu ta chú ý đi sâu khai thác nội dung về bản chất, phương pháp tiến hành thì hiệu quả gìơ học sẽ cao, học sinh hiểu bài thấu đáo hơn, hứng thú hơn. -Khi giảng dạy cho đối tượng học sinh giỏi, ta cần mở rộng các phương pháp giải, còn đối với học sinh mức trung bình thì chỉ nên đưa ra một cách duy nhất và không cần phải giải thích về bản chất nhiều. -Qua nghiên cứu giáo viên càng hiểu thêm bài dạy, các phương pháp giải đa dạng, học sinh hứng thú và giáo viên vững vàng hơn, từ đó càng thấy yêu thích nghề hơn. Trên đây là một vài cảm nhận của bản thân tôi qua một bài dạy, tuy chỉ là một phần nhỏ của chương trình nhưng góp một tiếng nói chung cho việc nghiên cứu, soạn bài và giảng dạy. Kính mong bạn bè đồng nghiệp, các Thầy Cô giáo nhiều kinh nghiệm trao đổi thêm để việc giảng dạy môn Hoá học ở trường THCS ngày càng có hiệu quả và chất lượng hơn.