Đề tài Một số bí quyết phân loại và giải nhanh bài toán hóa học nâng cao

Lời cảm ơn Đề tài này được hoàn thành nhờ sự giúp đở của Ban giám hiệu nhà trường, các giáo viên có nhiều kinh nghiệm trong tổ và các em học sinh trong đội tuyển học sinh giỏi trường. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô trong tổ đã trao đổi kinh nghiệm và các em học sinh trong đội tuyển trường đã tạo điều kiện thuận lợi để cho tôi hoàn thành đề tài này ./. Tôi xin chân thánh cảm ơn! A. PHẦN MỞ ĐẦU - LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Mục tiêu của đổi mới phương pháp dạy học nói chung, phương pháp dạy học hóa học nói riêng là nhầm đào tạo bồi dưỡng con người mới phát triển toàn diện, có đủ kiến thức khoa học, có năng lực thực hành và biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Để thực hiện mục tiêu đó, các nhà trường luôn chú trọng đến việc bồi dưỡng học sinh, tạo điều kiện cho học sinh được rèn luyện năng lực tư duy, khả năng sáng tạo, có ý thức vận dụng một cách linh hoạt các kiến thức đã học vào cuộc sống thực tiễn. Ngoài nhiệm vụ nâng cao chất lượng bồi dưỡng đại trà nhà trường cần chú trọng đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, coi trọng việc hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh. Đây là nhiệm vụ không phải địa phương nào cũng có thể làm tốt vì nhiều lý do khác nhau. Có thể nêu ra một lí do như: giáo viên chưa đủ các tư liệu hoặc thiếu kinh nghiệm bồi giỏi học sinh, do môn học mới mẻ nên kiến thức kỹ năng của học sinh còn nhiều chổ khuyết,… Là một giáo viên giảng dạy ở trường với mong muốn khắc phục những lí do trên tôi thường xuyên trao đổi kinh nghiệm với nhiều đồng nghiệp có nhiều kinh nghiệm và với nhiều học sinh khá giỏi của trường và nhiều học sinh đã từng tham gia thi học sinh giỏi, tôi nhận thấy kinh nghiệm giải toán hóa học của các em còn nhiều hạn chế, trình bày lời giải còn nhiều lúng túng, dài dòng gây mất nhiều thời gian. Điều đó làm cho các em khó đạt kết quả cao. Từ những khó khăn vướng mắc, và với mong muốn đạt kết quả cao, tôi sưu tầm các tài liệu, tìm tòi, nghiên cứu và đã tích lũy được một số kinh nghiệm giúp học sinh giải các bài toán hóa học một cách nhanh chóng và hiệu quả. Với những lí do trên tôi đã chọn và áp dụng đề tài “MỘT SỐ BÍ QUYẾT PHÂN LOẠI VÀ GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC NÂNG CAO” nhầm giúp các em học sinh giỏi có kinh nghiệm giải các bài tập một cách tự tin, nhanh chóng và hiệu quả. - THỰC TRẠNG CHUNG: Khi chuẩn bị thực hiện đề tài, năng lực giải các bài toán hóa học của học sinh nói chung là rất yếu, đa số học sinh tỏ ra rất mệt mỏi khi gặp các bài tập phức tạp như: các dạng có dữ kiện tổng quát, hoặc các bài tập có nhiều phản ứng, hoặc các bài tập dữ kiện đề cho không rõ… Vì thế họ rất thụ động trong các buổi học bồi dưỡng và không có hứng thú học tập, bên cạnh học sinh không có sách tham khảo nhiều (do kinh tế gia đình còn nhiều khó khăn), hoặc các em có sách tham khảo nhưng cũng mới chỉ là các sách “học tốt” hoặc “bài tập nâng cao” chưa phù hợp với học sinh giỏi. B- NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN I. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC NÂNG CAO. Hệ thống các bài tập hóa học rất phong phú và đa dạng. Mỗi dạng bài tập hóa học đều có nguyên tắc riêng và có phương pháp giải đặc trưng riêng. Tuy nhiên do việc phân loại các bài tập hóa học chỉ mang tính tương đối, vì vậy trong mỗi loại bài tập loại này thường chứa đựng một vài yếu tố của loại bài tập kia, điều đó giải thích tại sao có nhiều bài toán hóa học giải được bằng nhiều cách khác nhau. Đối với học sinh khá giỏi không phải chỉ đơn thuần là giải ra đáp số mà việc biết giải là khéo léo, tiết kiệm được thời gian mà vẫn cho kết quả chính xác mới là điều quan trọng. Về nguyên tắc, muốn giải nhanh và chính xác một bài toán hóa học thì nhất thiết học sinh phải hiểu sâu sắc nội dung và đặc điểm của bài toán đó, nắm vững các mối quan hệ giữa các lượng chất cũng như tính chất của các chất, viết đúng các phương trình phản ứng xảy ra. Thực tế có các bài toán rất phức tạp: các dữ kiện đề cho dưới dạng tổng quát, hoặc không rõ, hoặc thiếu nhiều dữ kiện… tưởng chừng như không bao giờ giải được. Muốn giải chính xác nhanh chóng các bài tập loại này thì phải chọn phương pháp phù hợp nhất. Tôi nghĩ, giáo viên làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi sẽ không đạt được mục đích nếu không biết chọn lọc những phương pháp phù hợp, nêu ra đặc điểm của phương pháp và nguyên tắc áp dụng, các phương pháp này là cẩm nang giúp học sinh biết tìm hướng giải dễ dàng, hạn chế tối đa những sai lầm trong quá trình giải bài tập, đồng thời phát triển tìm lực trí tuệ cho học sinh (thông qua các bài tập tương tự mẫu và các bài tập vượt mẫu). Trong phạm vi của đề tài này, tôi xin trình bày kinh nghiệm của mình về cách phân loại bài tập và giải nhanh bài tập hóa học nâng cao. Nội dung đề tài này được sắp xếp theo 5 chủ đề, mỗi chủ đề có nêu nguyên tắc áp dụng và các ví dụ minh họa. Sau đây là tên một số phương pháp giải bài tập hóa học được thể hiện trong đề tài: 1) Phương pháp tự do chọn lượng chất. 2) Phương pháp khối lượng mol trung bình. 3) Phương pháp tăng giảm khối lượng. 4) Phương pháp tính theo lượng của nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử. 5) Phương pháp hợp thức. II. KINH NGHIỆM VẬN DỤNG ĐỀ TÀI VÀO THỰC TIỄN. Khi thực hiện đề tài vào giảng dạy, tôi giới thiệu cho học sinh các bước chung để giải một bài toán hóa học (sau khi đã nghiên cứu kỹ đề bài cho gì? hỏi gì? các kiến thức hóa học có liên quan? Các mối quan hệ giữa điều kiện và yêu cầu? xác định cách thức để thực hiện các thao tác để hoàn thành yêu cầu của đề bài) gồm các bước như sau: - Bước 1: Chuyển các dữ kiện không cơ bản thành các dữ kiện cơ bản (theo số mol) (dữ kiện không cơ bản thường là: chất không tin khiết, các đại lượng chưa chuẩn về đơn vị,…) - Bước 2: Đặt ẩn cho số mol, hóa trị, nguyên tử khối…(nếu cần) - Bước 3: Viết đúng tất cả các phương trình hóa học xảy ra. - Bước 4: Thực hiện các kỹ năng tính toán theo CTHH, theo PTHH, biện luận… - Bước 5: Kiểm tra Tiếp theo, tôi tiến hành bồi dưỡng kỹ năng theo dạng, mức dộ rèn luyện từ minh họa đến khó, nhầm bồi dưỡng học sinh phát triển kĩ năng từ biết làm đến đạt mềm dẻo, linh hoạt và sáng tạo. Đễ bồi dưỡng những dạng tôi thường thực hiện theo các bước sau: - Bước 1: Giới thiệu bài tập mẫu và hướng dẫn giải. - Bước 2: Rút ra nguyên tắc và phương pháp áp dụng. - Bước 3: HS tự luyện và nâng cao. - Bước 4: Kiểm tra đánh giá theo chủ đề. Sau đây là một số phương pháp giải bài tập hóa học, cách nhận dạng, kinh nghiệm giải quyết đã được tôi thực hiện và đác kết thực tế. Trong giới hạn của đề tài, tôi chỉ nêu 5 chủ đề giới thiệu 5 phương pháp thường gặp có tác dụng giúp học sinh giải được nhiều bài toán với độ chính xác cao và tiết kiệm được nhiều thời gian. CHỦ ĐỀ 1: PHƯƠNG PHÁP TỰ DO CHỌN LƯỢNG CHẤT 1) Nguyên tắc áp dụng: GV cần cho hs nắm được một số nguyên tắc áp dụng của phương pháp này nhằm tránh hiện tượng hs tùy tiện chọn lượng chất vì chưa hiểu rõ phạm vi sử dụng của nó: - Khi gặp các bài toán có lượng chất đề cho dưới dạng tổng quát (dạng tỉ lệ mol, tỉ lệ phần trăm theo thể tích, khối lượng, hoặc các chất đề cho đều có chứa chung một tham số: m(g), V(l), x(mol)…) thì các bài toán này sẽ có kết quả không phụ thuộc vào lượng chất đã cho. - Phương pháp tối ưu nhất là tự chọn một lượng chất cụ thể theo hướng có lợi cho việc tính toán, biến bài toán từ phức tạp trở nên đơn giản. Sau khi đã chọn lượng chất thích hợp thì bài toán trở thành một dạng rất cơ bản, việc giải toán lúc này sẽ thuận lợi hơn rất nhiều. + Lưu ý: Nếu bài toán khảo sát về %m (hoặc %V) của hỗn hợp thì nên coi hỗn hợp có khối lượng 100 gam. Trong các phản ứng hóa học thì thường chọn số mol chất bằng hệ số trong PTHH. 2) Các ví dụ: + Ví dụ 1: Hòa tan một lượng oxit kim loại R vào dung dịch H2SO4 4,9% (vừa đủ) thì thu được một dung dịch muối có nồng độ 5,87%. Xác định công thức phân tử của oxit kim loại. * Gợi ý: - GV: Chỉ cho HS thấy đây là trường hợp lượng chất đề cho ở dạng tổng quát (dạng tỉ lệ %), vì vậy bài này có thể được tự do chọn lượng chất. - HS: Đề xuất cách chọn lượng chất: chọn = 100 gam hoặc giả sử có 1 mol oxit đã tham gia phản ứng. * Giải: Đặt công thức tổng quát của oxit là R2Ox (x là hóa trị của R) Gỉa sử hòa tan 1 mol R2Ox R2Ox + x H2SO4 R2(SO4)x + x H2O 1mol x(mol) 1mol (2MR + 16x)(g) 98x (g) (2MR + 96x)g Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: mdd sau pư = (2MR + 16x) + .100 = (2MR + 2016x) g Theo nồng độ phần trăm của dung dịch ta có: .100% = 5,87% MR = 12x Vì x là hóa trị của kim loại nên 1 x 4 Biện luận: X 1 2 3 4 MR 12 24 36 48 Vậy kim loại là Mg, oxit kim loại là MgO + Ví dụ 2: Cho a gam dung dịch H2SO4 loãng nồng độ C% tác dụng hoàn toàn với hỗn hợp 2 kim loại K và Fe (lấy dư). Sau phản ứng, khối lượng khí sinh ra là 0,04694a (g). Tìm giá trị C% * Gợi ý: - GV: Gợi ý cho HS phát hiện ra vì kim loại lấy dư nên toàn bộ axit và nước trong dung dịch đều phản ứng. Các lượng chất đều cho dưới dạng tổng quát (chứa chung là tham số a), vì vậy bài toán sẽ không phụ thuộc vào lượng a (g). - HS: Nêu cách chọn lượng chất: chọn a = 100 (g) * Giải: Gỉa sử a = 100 (g) Vì hỗn hợp kim loại Fe, Na lấy dư nên xảy ra các phản ứng sau: 2K + H2SO4 K2SO4 + H2 Fe + H2SO4 K2SO4 + H2 2K + 2H2O 2KOH + H2 Theo các phương trình phản ứng (1),(2),(3) ta có: + . = + .() = 31C = 760 C = 24,5 Vậy nồng độ dung dịch H2SO4 đã dùng là C% = 24,5% CHỦ ĐỀ 2: PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG MOL TRUNG BÌNH 1) Nguyên tắc áp dụng: - Nguyên tắc của phương pháp này là việc dựa vào tính khối lượng mol trung bình của một hỗn hợp. Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp được xác định theo công thức: = = . Đối với hỗn hợp khí thì có thể thay các số mol n1n2… bằng thể tích hoặc % thể tích . Nếu hỗn hợp chỉ có 2 chất khí, thì x% là % thể tích của khí thứ nhất thí: = . Gía trị nằm trong khoảng: M1 < < M2 - Đây là phương pháp cho phép giải nhanh chóng nhiều bài hóa học phức tạp. Phương pháp này có thế mạnh khi giải các bài tập xác định 2 kim loại cùng phân nhóm và thuộc 2 chu kì liên tiếp trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, hoặc xác định công thức phân tử của các hợp chất hữu cơ đồng đẳng liên tiếp. Ngoài ra phương pháp này cũng được sử dụng hiệu quả khi giải các bài toán xác định thành phần % của một hỗn hợp. - Phương pháp chung: . Căn cứ các dữ kiện đề cho để tính của hỗn hợp. . Từ khối lượng mol trung bình có thể tìm được giới hạn khối lượng mol của các nguyên tố cần tìm (đối với bài toán tìm CTHH), hoặc giới hạn của một lượng chất. . Từ khối lượng mol trung bình cũng có thể tìm được thành phần % của các chất trong hỗn hợp. . Nếu hỗn hợp gồm 2 chất có cấu tạo và tính chất hóa học tương tự nhau (2 kim loại cùng phân nhóm chính, hoặc 2 hợp chất vô cơ có cùng công thức tổng quát, các hợp chất hữu cơ đồng đẳng…) thì có thể đặt một công thức đại diện cho hỗn hợp. Các đại lượng tìm được của chất đại diện là các giá trị của hỗn hợp (mhh; nhh; ) 2) Các ví dụ: + Ví dụ 1: Hỗn hợp X gồm 2 kim loại kiềm A và B thuộc 2 chu kỳ liên tiếp nhau trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Chia m gam hỗn hợp X thành 2 phần bằng nhau: Phần 1: Hòa tan vào dung dịch HCl dư thu được một dung dịch Y. Cô cạn Y được 23,675 gam muối khan. Phần 2: Đốt cháy hoàn toàn thì phải dùng hết 1,96 lít O2 (đktc). a) Xác định kim loại A, B. b) Xác định phần trăm khối lượng của các kim loại trong hỗn hợp X. * Gợi ý: Hai kim loại có hóa trị và tính chất tương tự nên để đơn giản có thể đặt một kí hiệu đại diện cho hỗn hợp 2 kim loại. Viết PTHH, từ số mol O2 và khối lượng muối khan ta tính toán để tìm giá trị . * Giải a) Xác định kim loại A,B Đặt là kim loại đại diện cho hỗn hợp 2 kim loại kiềm A, B. Gọi a là số mol của hỗn hợp ở mỗi phần Phương trình hóa học: 2 + 2HCl 2Cl + H2 (1) a a 4 + O2 2O + ( 2) a Từ (1), (2) ta có hệ phương trình: Hai kim loại kiềm liên tiếp có = 32,14 gam thõa mãn là Na(23) và K(39). b) Xác định % khối lượng của hỗn hợp X Gọi x là số mol của Ksố mol Na là (0,35-x) mol Áp dụng công thức tính khối lượng mol trung bình ta có: = 32,14 x = 0,2 Vậy nK = 0,2 mol và nNa = 0,35-0,2= 0,15 mol %mK = . 100% = 69,33% %mNa = 100% - 69,33% = 30,67% + Ví dụ 2: Một hỗn hợp khí A gồm: N2, H2, NH3 có tỉ khối so với O2 bằng 0,425. Biết số mol H2 trong hỗn hợp gấp 3 lần số mol N2 trong hỗn hợp. Tính thành phần trăm theo thể tích và theo khối lượng của hỗn hợp khí A. * Gợi ý: - Đối với hỗn hợp khí thì % thể tích bằng phần trăm số mol. - GV tạo cơ hội cho HS phát hiện ra ý nghĩa của các mối quan hệ trong đề bài: Từ tỉ khối hơi của hỗn hợp ta có thể tính được gì? Từ quan hệ số mol H2 và số mol N2 có thể giải quyết được điều gì? Từ đó xác định các bước để giải bằng phương pháp đại số. * Giải: Gỉa sử có 1 mol hỗn hợp khí A gồm: x mol N2, 3x mol H2 và (1- 4x) mol NH3 Theo đề bài ta có: = 28x + 2.3x + 17(1- 4x) = 32.0,425 = 13,6 (1) Giải phương trình (1) ta được: x = 0,1 mol Thành phần phần trăm theo thể tích của hỗn hợp khí A là: = .100% = 10% Vì tỉ lệ thể tích của các khí bằng tỉ lệ số mol của chúng nên: = 3.10% = 30% = 100% - (10 + 30)% = 60% Thành phần phần trăm theo khối lượng của hỗn hợp khí A là: = .100% = 20,59% = .100% = 4,41% = 100% - (20,59 + 4,41) = 75% *Lưu ý: Có thể đặt x% là % thể tích của N2 rồi dùng công thức (1) với tổng phần trăm là 100% CHỦ ĐỀ 3: PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM KHỐI LƯỢNG 1) Nguyên tắc áp dụng: Nguyên tắc là phương pháp này là dựa vào sự tăng hoặc giảm khối lượng trong quá trình làm biến đổi chất này thành chất khác. Về bản chất phương pháp này dựa trên cơ sở của định luật bảo toàn khối lượng, vì vậy trong nhiều tài liệu dạy học hóa học nhiều tác giả ví phương pháp này và phương pháp bảo toàn khối lượng như “anh em sinh đôi”. - Phương pháp chung: . Tìm độ tăng (hoặc giảm) khối lượng theo phương trình hóa học (m2). . Tìm độ tăng (hoặc giảm) khối lượng theo đề (m1). . Suy luận để tìm số mol của các chất phản ứng và chất sản phẩm, hoặc có thể tìm nhanh số mol của một chất A theo công thức sau: nA= Độ tăng theo đề (m1)/ Độ tăng theo ptpư (m2) Như vậy nếu biết độ tăng (giảm) khối lượng theo đề bài thì ta luôn tìm được số mol của các chất trong phản ứng (và ngược lại). Còn khối lượng tăng (giảm) theo phương trình thì luôn tìm được, kể cả các trường hợp chưa biết CTHH của chất tham gia và sản phẩm. 2) Các ví dụ: + Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 28,4 gam một hỗn hợp gồm 2 muối cacbonat (của 2 kim loại thuộc phân nhóm IIA ở 2 chu kỳ liên tiếp của bản tuần hoàn) trong dung dịch axit HCl, sau phản ứng thu được một dung dịch X và 6,72 lít khí Y (đktc). Cô cạn dung dịch X thì thu được bao nhiêu gam muối khan. Xác định 2 kim loại. * Gợi ý HS: - GV: Đây là bài toán rất quen thuộc mà HS có thể giải bằng phương pháp bảo toàn khối lượng hoặc phương pháp ghép ẩn số. Tuy nhiên muốn giải nhanh chóng thì nên dùng phương pháp tăng giảm. - HS: Viết PTHH dạng tổng quát và tìm độ tăng giảm khối lượng của muối theo PTHH. * Giải: a) Đặt công thức tổng quát cho hỗn hợp muối cacbonat là: CO3 ( là khối lượng mol trung bình của 2 kim loại nhóm IIA) CO3 + 2 HCl Cl2 + H2O + CO2 1mol 1mol 1mol (+ 60) (+ 71) Theo ptpư: Cứ 1 mol muối cacbonat tạo ra 1 mol muối clorua thì khối lượng muối tăng lên: 71- 60 = 11 gam Vậy số mol CO2 = số mol CO3 = = = 0,3 mol Suy ra: m = 11.0,3 + 28,4 = 31,7 gam b) Khối lượng mol trung bình của 2 muối cacbonat là: = 94,67 = 94,67 – 60 = 34,67 Hai kim loại nhóm IIA thuộc 2 chu kỳ liên tiếp có = 34,67 nên phải là Mg(24) và Ca(40). + Ví dụ 2: Thả một thanh kim loại Pb vào trong dung dịch muối nitrat của kim loại hóa trị II, đến khi lượng Pb không đổi nữa thì lấy ra khỏi dung dịch, thấy khối lượng của nó giảm 28,6 gam. Thả tiếp thanh Fe nặng 100 gam vào phần dung dịch còn lại, đến khi lượng Fe không đổi nữa thì lấy kim loại khỏi dung dịch, làm khô, cân nặng 130,2 gam. Tính công thức của muối nitrat ban đầu. * Gợi ý HS: - Do lượng kim loại ở 2 phản ứng đã không đổi được nữa nên R(NO3)2 và Pb(NO3)2 đã phản ứng hết. Suy ra số mol Pb(NO3)2 ở 2 phản ứng bằng nhau. - Bài toán này vẫn có thể giải được bằng phương pháp đại số. * Giải: Đặt công thức của muối nitrat ban đầu là R(NO3)2 Các phương trình phản ứng: R(NO3)2 + Pb Pb(NO3)2 + R (1) Pb(NO3)2 + Fe Fe(NO3)2 + Pb (2) Từ đề bài nhận thấy: Lượng muối ở 2 phản ứng đều đã phản ứng hết Theo (1) do khối lượng kim loại giảm 28,6 gam nên: = (mol) Theo (2) do khối lượng kim loại tăng 130,2 – 100 = 30,2 gam nên: = = 0,2 (mol) Suy ra ta có: = 0,2 R = 64 (Cu) Vậy công thức phân tử của muối nitrat: Cu(NO3)2 CHỦ ĐỀ 4: PHƯƠNG PHÁP TÍNH THEO LƯỢNG CỦA NGUYÊN TỬ HOẶC NHÓM NGUYÊN TỬ (Bảo toàn nguyên tố) 1) Nguyên tắc áp dụng: - Trong các phản ứng hóa học “Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố hoặc nhóm nguyên tử trước phản ứng và sau phản ứng luôn bằng nhau” - Ý nghĩa của phương pháp: Phương pháp này giúp giải nhanh các bài toán có nhiều biến đổi hóa học phức tạp hoặc các bài tập hỗn hợp phức tạp, chẳng hạn: các bài toán xảy ra phản ứng giữa các hỗn hợp muối, axit, bazơ… Ví dụ: Phản ứng trung hòa hỗn hợp axit với hỗn hợp bazơ được biểu diễn tổng quát: yR(OH)x + xHyG RyGx + xyH2O Theo phương trình phản ứng ta có: nH (của axit) = nOH (của bazơ) = Vì vậy khi biết được số mol của nhóm –OH thì tìm được số mol H trong axit, số mol H2O và ngược lại. 2) Các ví dụ: + Ví dụ 1: Có 190 ml dung dịch chứa đồng thời KOH và Ba(OH)2 có nồng độ tương ứng là 3M và 4M. Tính thể tích dung dịch axit chứa đồng thời HCl 1,98M và H2SO4 1,1M đủ để trung hòa lượng dung dịch kiềm trên. * Gợi ý HS: - Có thể giải bài toán bằng phương pháp ghép ẩn số, tuy nhiên phương pháp này rất phức tạp. Vì vậy cần sử dụng phương pháp tính theo nhóm –OH và theo –H - Tìm số mol của KOH và Ba(OH)2, suy ra số mol (OH); suy luận theo PTHH để tìm số mol H (của axit). * Giải: Ta có: = = 0,76 mol = = 0,57 mol = 2.+ = 2.0,76 + 0,57 = 2,09 mol Các phương trình phản ứng: KOH + HCl KCl + H2O 2KOH + H2SO4 K2SO4 + H2O Ba(OH)2 + 2HCl BaCl2 + 2H2O Ba(OH)2 + H2SO4 BaSO4 + 2H2O Theo các pt phản ứng: nH (của axit) = nOH (của bazơ) = 2,09 mol (1) Đặt V (l) là thể tích dung dịch axit nH (của axit) = 2.= 2.1,1V + 1,98V = 4,18V (mol) (2) Từ (1) và (2) ta có: 4,18V = 2,09 V = 0,5 lít + Ví dụ 2: Có 1 lít dung dịch hỗn hợp Na2CO3 0,1M và (NH4)2CO3 0,25M. Cho vào dung dịch đó 43 gam hỗn hợp BaCl2 và CaCl2, sau khi kết thúc phản ứng thì thu được 39,7 gam kết tủa A và dung dịch B. a) Chứng minh hỗn hợp muối clorua đã phản ứng hết. b) Tính phần trăm khối lượng của các chất trong kết tủa A. * Gợi ý HS: Để chứng minh muối clorua phản ứng hết ta phải chứng minh hỗn hợp muối cacbonat còn dư. Tức là số mol gốc CO3 phản ứng < số mol gốc CO3 ban đầu. Trong hỗn hợp Na2CO3 và (NH4)2CO3 thì số mol CO3 = tổng số mol 2 muối (vì 1 mol mỗi muối đều có 1 mol CO3) * Giải: a) Từ công thức Na2CO3 và (NH4)2CO3 n(ban đầu) = = 0,1 + 0,25 =0,35 mol Đặt RCl2 là công thức đại diện cho hỗn hợp BaCl2 và CaCl2. Ta có các phản ứng: Na2CO3 + RCl2 2NaCl + RCO3 (1) (NH4)2CO3 + RCl2 2NH4Cl + RCO3 (2) Từ (1) và (2) ta thấy: Cứ 1 mol muối clorua biến thành kết tủa RCO3 thì khối lượng giảm: 71- 60 = 11 g Do đó: (phản ứng) = = = 0,3 mol < 0,35 mol Vậy lượng (CO3) còn dư nên hỗn hợp BaCl2 và CaCl2 đã phản ứng hết. b) Gọi x, y là số mol của BaCO3 và CaCO3 trong kết tủa A, ta có: Vậy: = 50,38% + Ví dụ 3: Để m gam một phoi bào sắt (rắn A) ngoài không khí sau một thời gian thu được hỗn hợp B có khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit của sắt. Cho B tác dụng hoàn toàn với HNO3 loãng thấy có thấy có giải phóng 2,24 lít khí NO (đktc). a) Viết các phương trình phản ứng có thể xảy ra. b) Xác định m. * Gợi ý HS: Ta có thể xác định sơ đồ phản ứng: Fe Fe(NO3)2 + NO + H2O Số mol Fe trong muối = số mol Fe (ban đầu) Số mol HNO3 (pư) = số mol NO + số mol N trong Fe(NO)3 * Giải: 2Fe + O2 2FeO (1) 4Fe + 3O2 2Fe2O3 (2) 3Fe + 2O2 Fe3O4 (3) Rắn B: Fe; FeO; Fe2O3; Fe3O4 Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (4) 3FeO + 10HNO3 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O (5) 3Fe3O4 + 28HNO3 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (6) Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO3)3 + 3H2O (7) Như vậy: Toàn bộ lượng sắt đã chuyển thành lượng muối Fe(NO3)3 Số mol của Fe (bđ) = Số mol muối Fe3+ = a (mol) Từ các ptpư: naxit = 3.nmuối + nNO = 3a + 0,1 = 2. Theo đlbtkl ta có: 12 + (3a + 0,1).63 = 242a + 0,1.30 + (1,5a + 0,05) . 18 Giải ra ta được: a = 0,18 mol m = 10,08 g CHỦ ĐỀ 5: PHƯƠNG PHÁP HỢP THỨC 1) Nguyên tắc áp dụng: - Đây là phương pháp được vận dụng chủ yếu cho việc giải các bài toán chứa nhiều PTPƯ nối tiếp nhau (quan hệ bởi các chất trung gian). - Ngoài ra phương pháp này vẫn được sử dụng rất hiệu quả trong các trường hợp bài toán có nhiều PTPƯ diễn ra song song (không có chất trung gian) nếu biết tỉ lệ về lượng của các chất ở 2 phản ứng khác nhau. - Phương pháp chung: . Nếu các phản ứng nối tiếp nhau thì lập một sơ đồ hợp thức chuyển hóa giữa các chất đề cho và đề hỏi. . Nếu các phản ứng song song mà biết được tỉ số mol của 2 chất ở 2 phản ứng khác nhau thì có thể nhập 2 phản ứng thành 1 phản ứng, lúc này việc tính toán sẽ nhanh và đơn giản. Lưu ý: Khi nhập các phương trình phản ứng thành 1 phương trình phản ứng thì phải chọn hệ số của các chất phải phủ hợp với tỉ lệ mol đã cho. 2) Các ví dụ: + Ví dụ 1: Sục 0,672 lít khí CO2 (đktc) vào trong V lít dung dịch Ca(OH)2 0,015M đến khi phản ứng hoàn toàn thì thu được 1 muối tan có tỉ lệ mol 2:1. Tìm V * Gợi ý: - Có thể dùng phương pháp đại số (đặt số mol muối tan và muối không tan lần lược là x mol, 2x mol) - Ta có thể giải nhanh bài toán bằng cách nhập 2 phản ứng thành 1 phản ứng theo tỉ lệ mol của muối là 2:1 * Giải: Số mol của CO2 = = 0,03 MOL Các phương trình phản ứng xảy ra: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (1) x 2 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 (2) Vì tỉ lệ mol CaCO3 : Ca(HCO3)2 = 2:1 nên ta có phương trình phản ứng chung: 4CO2 + 3Ca(OH)2 3CaCO3 + Ca(HCO3)2 + H2O 4mol 3mol 0,03mol 0,0225mol Vậy thể tích của dung dịch Ca(OH)2 0,015M đã dùng là: (lít) Lưu ý: Nếu 0,672 lít khí là của hỗn hợp CO2 và SO2 thì đặt công thức chung của 2 oxit là RO2 và bài toán vẫn được giải nhanh chóng và đơn giản. + Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 10,8 gam kim loại Al vào trong dung dịch HNO3 thì sau phản ứng thu được một dung dịch X và hỗn hợp khí Y gồm 2 khí NO và N2O có tỉ khối đối với khí hidro bằng 19,2. Tính thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp Y (đktc). * Gợi ý HS: Từ dữ kiện: tỉ lệ mol của 2 khí (bằng phương pháp đại số hoặc theo phương pháp đường chéo) Biết được tỉ số mol của 2 chất khí ta có thể xác nhập 2 phản ứng thành 1 phản ứng Từ PTPƯ: Biết số mol của các chất khí. * Giải: Vì: = 19,2 = 19,2.2 = 38,4 gam/mol Ta có sơ đồ đường chéo: Khí 1 (NO): n1 30 5,6 38,4 Khí 2 (N2O): n2 44 8,4 Suy ra ta có: Các phương trình phản ứng: Al + 4HNO3 Al(NO3)3 + NO + 2H2O (1) x 2 8Al + 30HNO3 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O (2) Vì tỉ lệ mol NO:N2O = 2:3 nên tổng hợp (1) và (2) ta có ptpư: 10Al + 38HNO3 10Al(NO3)3 + 2NO + 3N2O + 19H2O (3) Theo phương trình (3) ta có: VNO = 0,08 . 22,4 = 1,792 (lít) . 1,792 = 2,688 ( lít) Tóm lại: Trên đây chỉ là một số phương pháp giải bài tập hóa học. Đây chỉ là một phần nhỏ trong vô số các phương pháp giải bài toán hóa học nâng cao. Để trở thành một học sinh giỏi hóa thì học sinh còn phải rèn luyện nhiều phương pháp khác. Tuy nhiên, dù bất kỳ áp dụng phương pháp nào, học sinh phải nắm thật vững kiến thức giáo khoa về hóa học. Không ai có thể giải đúng một bài toán nếu không biết chắc phản ứng hóa học nào xảy ra, hoặc nếu xảy ra thì tạo sản phẩm gì, điều kiện phản ứng như thế nào?. Như vậy, nhiệm vụ của giáo viên không những giúp học sinh rèn kỹ năng giải bài tập, mà còn xây dựng một nền tảng kiến thức vững chắc, hướng dẫn các em biết kết hợp nhuần nhuyễn những kiến thức kỹ năng hóa học với năng lực tư duy toán học. C- KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: Những kinh ngiệm nêu trong đề tài đã phát huy rất tốt năng lực tư duy, độc lập suy nghĩ cho đối tượng học sinh giỏi, các em đã tích cực hơn trong việc tham gia các hoạt động xác định hướng giải và tìm lời giải cho các bài tập. Qua đề tài này, kiến thức, kĩ năng của học sinh được củng cố một cách vững chắc, sâu sắc, kết quả học tập của học sinh luôn được nâng cao. Từ chỗ rất lúng túng khi gặp các bài toán phức tạp, thì nay phần lớn các em đã tự tin hơn, biết vận dụng những kĩ năng được bồi dưỡng để giải thành thạo các bài tập một cách nhanh chóng và chính xác. Một số em đã biết giải bài tập hóa học một cách sáng tạo, có nhiều bài giải hay, nhanh và thông minh. * Bảng kết quả đạt được: Số câu hỏi Số bài giải được 20 Trước khi vận dụng đề tài 4 Sau khi vận dụng đề tài 12 D- KẾT LUẬN CHUNG: Việc nghiên cứu, vận dụng các phương pháp giải bài tập hóa học đã nêu trong đề tài nhầm mục đích bồi dưỡng và phát triển kiến thức kĩ năng cho học s