Đề tài Một số các phương pháp giảI bài tập lập công thức phân tử của chất dựa vào thành phần định lượng

A- Đặt vấn đề: I- Cơ sở lý luận Trong công tác giảng dạy Hoá học, nhiệm vụ chính của giáo viên là truyền thụ kiến thức cơ bản cho học sinh, rèn luyện các kỹ năng, thao tác thực hành thí nghiệm, giúp học sinh nắm vững được kiến thức sách giáo khoa. Song bên cạnh đó, một nhiệm vụ không kém phần quan trọng là đào tạo và bồi dưỡng nhân tài cho đất nước. Nhiệm vụ đó được cụ thể hoá bằng các kỳ thi học sinh giỏi các cấp hàng năm. Cấu trúc đề thi học sinh giỏi chủ yếu là câu hỏi và bài tập nâng cao, nhằm chọn đúng đối tượng học sinh khá giỏi. Trong Hoá học cơ sở lượng kiến thức mang tính bao quát, tổng thể của chương trình Hoá học phổ thông nên bài tập nâng cao có thể phát triển ở nhiều dạng. Trong số đó, một dạng bài tập mà ta thường xuyên gặp trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi Huyện, Tỉnh là: “Xác định công thức hoá học của chất”. Cụ thể trong các đề thi HSG những năm gần đây năm nào cũng có dạng bài tập này. Đây là dạng bài tập khó luôn làm vướng mắc học sinh, bởi vậy để các em tháo gỡ được vướng mắc này, trong quá trình dạy bồi dưỡng tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu đưa ra phương pháp giải. Cách thức khai thác suy luận lô gíc để loại trừ các trường hợp và chọn được tên chất. Theo tôi, có thể phân chia dạng này thành hai dạng bài tập nhỏ như sau: 1- Xác định chất dựa vào thành phần định tính. 2- Xác định chất dựa vào thành phần định lượng. ở đây tôi chỉ xin trình bày cụ thể hoá dạng bài tập xác định chất dựa vào sự phân tích định lượng II-cơ sở thực tiền - Qua quá trình nghiên cứu đã giúp tôi hoàn thiện hơn về công tác bồi dưỡng học sinh giỏi. Đối với học sinh: Giúp các em biết phân chia đề ra từng dạng nhỏ và định hướng được phương pháp giải loại bài tập này. Trước tình hình chung hiện nay. Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất và đời sống ngày nay càng phát triển mạnh và mở rộng. Do đó việc cải thiện các trang thiết bị, dụng cụ máy móc. Việc đưa công nghệ tiên tiến vào mọi lĩnh vực nhằm phát triển kinh tế, bảo vệ an ninh quốc phòng là rất cần thiết. Để đạt được mục tiêu đó thì mỗi quốc gia phải định hướng đào tạo nhân tài từ trong trường học theo các chuyên ngành khác nhau. Chuyên ngành hoá học là một trong những chuyên ngành có nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống. Nó phục vụ cho nhiều chuyên ngành khác phát triển. Vì vậy một việc rất cần thiết là ngay từ cấp cơ sở trong hệ thống trường học phổ thông nên hình thành và đào tạo khối mũi nhọn bộ môn hoá học. B – Giải quyết vấn đề I- Tình hình thực tiễn. Mặc dù vậy trong bộ môn Hoá học nói riêng, khi giải đề thi học sinh giỏi các em vẫn còn nhiều vướng mắc. Đặc biệt là khi gặp bài tập dạng xác định chất dựa vào sự phân tích thành phần định lượng. Cụ thể khảo sát về chất lượng làm bài dạng này khi chưa áp dụng đề tài này vào giảng dạy như sau: Cách giải khoa học và đúng kết quả giải không khoa học nhưng đúng kết quả Không giải được và giải sai Số lượng 0 6 24 Tỷlệ % 0% 20% 80% ii. Nguyên nhân : Nguyên nhân dẫn đến thực tiễn đó. Một số nguyên nhân cơ bản là: - Đây là dạng bài tập khó không có cách giải mẫu mực. - Khả năng tư duy suy luận lô gíc của học sinh còn chưa cao, ỉ lại - Việc nắm kiến thức cơ bản của học sinh còn chưa chắc chắn. - Kỹ năng giải bài tập dạng này chưa cao. - Đây là dạng bài tập ít thấy trong quá trình học ở SGK nên đều mới với giáo viên và HS. III. Giải pháp khắc phục: Kỹ năng được hình thành là do rèn luyện, vậy rèn luyện học sinh ở dạng bài tập này là như thế nào? Theo tôi nên phân chia nhỏ dạng để học sinh dễ tiếp cận nắm được cách giải cụ thể. Dạng này tôi chia làm hai dạng nhỏ như sau: a) Dựa vào thành phần định lượng để xác định các chất trên chuỗi phản ứng chữ cái. b) Phân tích định lượng, dựa vào phản ứng hóa học để xác định một (hoặc vài chất trong hỗn hợp). ở mỗi dạng đều giới thiệu những bước cơ bản để học sinh định hướng giải. * Yêu cầu: + Nắm vững tính chất lý hoá của các chất đã học + Nắm chắc cách giải bài tập cơ bản + Chịu khó tư duy lô gíc - sáng tạo khi giải. Vận dụng linh hoạt nhiều phương pháp. * Lưu ý: Các ví dụ đều lấy trong các đề luyện thi học sinh giỏi. 1- Dạng bài tập dựa vào thành phần định lượng để xác định các chất trên chuỗi phản ánh chữ cái. Cách giải: - Dựa vào dữ kiện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ra sơ đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan. - Phân chia trường hợp ( kết hợp với phân tích định tính) để loại trừ các hợp chất có liên quan, tìm ra tên các chất. - Viết phương trình biểu diễn mối quan hệ các chất. Một số ví dụ cụ thể. Bài tập 1: Khi nung nóng một lượng cân của một chất rắn A tạo ra 0,6 g chất rắn B và khí C. Sản phẩm B của sự phân huỷ được mang hoà tan hoàn toàn vào nước tạo ra dung dịch chứa 0,96g chất G dư. Sản phẩm khí C cho đi qua dung dịch chất Đ dư tạo ra 2,76g chất E. Khi cho tương tác dung dịch nước của chất này với chất G tạo ra chất A và Đ . Hãy cho biết các chất A, B, C, Đ, G, E là những chất nào.Viết phương trình phản ứng tương ứng. Hướng dẫn: (ở đây tôi không giải cụ thể mà chỉ hướng dẫn học sinh tìm tòi lời giải) - Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phân tích đề, ví dụ: Nhiệt phân chất A B ( rắn) .+ C ( khí), thì A thuộc loại hợp chất nào? (A phải là muối bị phân huỷ) Hơn nữa B + H2O d2 G, suy ra (B là oxit bazơ và C là một oxit axit) B là oxit của nhóm kim loại nào ? ( B phải là oxit của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ, vì các bazơ khác không tan), d2 G thuộc loại hợp chất nào? (kiềm) - Lập sơ đồ định lượng: A 0,6 g oxit bazơ + oxit axit C +H2O +d2 Đ (dư) (kiềm) 0,96g d2 chất G 2,76 g d2 chất E A + Đ - Vì B có 2 khả năng nên phân chia trường hợp. * Trường hợp 1: B là oxit của kim loại kiềm + Ký hiệu B là: M2O + Viết phương trình: ( M2O + H2O = 2MOB ) (*) + Suy nghĩ gì về lượng của B và G? (tìm được lượng nước) + lập tỷ lệ số mol theo lượng nước? (theo phản ứng (*)) = = = M = 7 Liti 1 mol M2O 1 mol H2O + Từ số mol, khối lượng B, tìm ra M? * Trường hợp 2: B là oxit của kiềm thổ Ký hiệu: MO - Thực hiện tương tự trường hợp 1 M = 14 (loại) Vậy A là muối của Li, nhưng A thoã mãn những muối nào? (B là Li2O có n = 0,02mol , C là CO2 hoặc SO2 có n = 0,02 mol nA = 0,02 mol Đ là kiềm hoặc muối ( = CO3; = SO3 tan) ( A có thể là Li2CO3 hoặc Li2SO3 , vì các muối còn lại của Li không phân huỷ) Suy ra các chất B, C, G ? + Dung dịch Đ tác dụng được vơí CO2 hoặc (SO2) thì Đ là những chất nào? + Xét các trường hợp của Đ và của C Gồm các trường hợp sau: Gọi M là nguyên tố kim loại trong dung dịch Đ, có hoá trị n) 1) M(OH)n + CO2 2) M(OH)n +SO2 3) M2(CO3)n + CO2 + H2O 4) M2(SO3)n + SO2 + H2O khi xét các trường hợp trên, dựa vào lượng của C và Đ Suy ra khối lượng mol của kim loại M. + Ví dụ xét trường hợp 1. 2 M(OH)n + nCO2 M2(CO3)n + nH2O Số mol CO2 là 0,02 mol Suy ra = n = 1 M = 39 Kaly Ta có: M = m : n 2M + 60n = M = 69 - 30n * n = 2,3 đều loại + Các trường hợp còn lại xét tương tự, kết quả đều không phù hợp suy ra Đ là KOH , E là K2CO3. + Các phản ứng xảy ra là: Li2CO3 Li2O + CO2 (1) Li2O + H2O LiOH (2) CO2 + 2KOH K2CO3 + H2O (3) K2CO3 + 2 LiOH Li2CO3 + 2KOH (4) Vì Li2CO3 ít tan hơn K2CO3 nên phản ứng (4) xảy ra Bài tập 2: Ba nguyên tố A, B, X thuộc cùng 1 nhóm các nguyên tố của hệ thống tuần hoàn, tổng số thứ tự của 2 nguyên tố đầu và cuối trong bảng hệ thống tuần hoàn là 76. Muối của axit Nitric được tạo thành từ các nguyên tố đó, thường sử dụng để nhuộm màu lửa của pháo bông, pháo hoa thành màu đỏ và dung dịch của nó có môi trường trung tính. Xác định các nguyên tố A,B, X và vị trí của nó trong bảng hệ thống tuần hoàn. Hướng dẫn: - Khi giải học sinh cần phải chú ý đến các đặc tính như: màu lửa, môi trường trung tính, tổng số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn + Muối ( - NO3) của A, B, X có môi trường trung tính thì A,B,X phải thuộc loại nào? - Số thứ tự (STT) STT ( A) + STT(X) = 76 Suy ra điều gì? - Màu ngọn lửa đỏ, đó là hợp chất của nguyên tố nào? - Từ đó sẽ xảy ra các cặp nào? ( Lưu ý: STT A + STT X = 76) + Vì gốc - NO3 là gốc axit mạnh nên A, B, X phải là những kim loại mạnh suy ra A, B, X chỉ có thể là kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ - vì các nhóm còn lại không có đủ 3 kim loại đều mạnh. + STT (A) + STT(X) = 76 suy ra STT của các kim loại < 76 + Màu lửa đỏ để nhuộm pháo bông là Stronti(Sr) = 38 + trong nhóm II A chỉ có STT ( Ca) + STT ( Ba) = 20 + 56 = 76 Vật A là Ca, B là Sr, X là Ba 2- Dạng bài tập xác định công thức phân tử của một chất dựa vào sự phân tích định lượng. Cách giải: - B1: Lập công thức tổng quát dạng AxByCz...... - B2: Dựa vào các dữ kiện ( chủ yếu đến các thành phần định tính của đề, biện luận để xác định dạng của hợp chất cần tìm.) - B3: Dựa vào thành phần định lượng, biện luận, chia trường hợp để loại trừ các hợp chất có liên quan. - B4: Dựa vào tỷ lệ về lượng để lập ra công thức cần tìm. * Chú ý: Trên đây chỉ là 4 bước cơ bản được đúc rút từ kinh nghiệm thực tế khi giải đề thi , trong khi làm cần phải linh hoạt để khai thác các dữ kiện và kết hợp nhiều phương pháp mang tính sáng tạo để giải. Bài toán1: Hợp chất được tạo thành bởi 3 nguyên tố có khối lượng 10,8g, người ta xử lý cẩn thận bằng Cl2. Khi đó thu được hỗn hợp 2 Clorua và hydroclorua mà từ đó có thể điều chế được 400 g dung dịch HCl 7,3%. Khối lượng tổng của clorua tạo thành là 38,4g. Xác định công thức của hợp chất đầu. Nếu biết một trong các nguyên tố có phần khối lượng trong hợp chất đều là 42,6%, còn trong clorua của nguyên tố đó 39,3%. Giải: - Khi xử lý hợp chất bằng Cl2 tạo ra HCl - hợp chất có nguyên tố H - Giả sử hợp chất có dạng AxByHz - Ta có mHCl = 400 x 7,3% = 29,2(g) nHCL = = 0,8(mol) nH = 0,8(mol) mH = 0,8 (g) Khối lượng của nguyên tố A và B là 10,8 - 0,8 = 10(g) Giả sử trong hợp chất đâù nguyên tố A chiếm 42,6 % ta có: Mặt khác, gọi công thức muối clorua của A là ACln + n = 1 MA = 23 A là Na + n = 2 MA = 46 (loại) + n = 3 MA = 69 (loại) +................. + Các giá khác đều không thoã mãn. Vậy trong hợp chất đầu phải có Na. nA = nNa = = 0,2 (mol) mNaCl = 0,2 x 58,5 = 11,7 (g) Suy ra mB = 10,8 - mNa - mH = 5,4 (g) Giả sử muối clorua của B có dạng BClm ta có: khối lượng là:38,4 - 11,7 = 26,7(g) Trong đó 26,7 g muối có 5,4 g nguyên tố B = + m = 1 MB = 9 B là Beri ( Be) khi đó hợp chất có dạng: NaxBeyHz hợp chất này không tồn taị. + m = 2 MB = 18 (loại) + m = 3 MB = 27 B là Al khi đó hợp chất có dạng: NaxAlyHz. Số mol Al là: nAl = = 0,2 (mol) Ta có: x : y : z = 0,2 : 0,2 : 0,8 = 1 : 1 : 4 Vậy Công thức hợp chất là: NaAlH4 Các giá trị khác của m không thoã mãn. Bài toán 2 : Dùng 1,568 l H2 phản ứng đủ với 4 g hỗn hợp hai oxit thu được m gam hai kim loại A và B. Cho m gam A và B ở trên vào dung dịch HCl dư tạo ra 0,896l H2 và còn 0,64g kim loại A hoá trị II. Cho A phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu được 0,224l SO2 .Các thể tích khí đo ở đktc . a) Tìm m = ? b) Tìm công thức của hai oxit trên. Giải: a) + A có hoá trị II oxit là AO + B có hoá trị n oxit là B2On + = Phản ứng: H2 + AO A + H2O (1) nH2 + B2On 2B + nH2O (2) Theo (1) và (2) : = = 0,07 . 18 = 1,26 (g) m(A, B) = 4 + 0,14 - 1,26 = 2,88 (g) b) A phản ứng với H2SO4 A + 2H2SO4 ASO4 + 2H2O + SO2 (3) Theo (3) ta có: nA = = 0,01 (mol) Suy ra MA = A là Cu và oxit của A là CuO Khối lượng B là: 2,28 - 0,64 = 2,24 (g) sinh ra là: - Phản ứng B với HCl là: B + nHCl BCln + (4) Theo (4) : nB = Suy ra: MB = + n = 1: MB = 28 (loại) + n = 2: MB = 56 ( vậy B là Fe) + n = 3: MB = 84 ( loại) Vậy B là Fe. Trong muối clorua Fe có hóa trị II, nhưng oxit có thể ở hoá trị khác.Do đó công thức oxit là : FexOy Khối lượng FexOy là 4 (g) - mCuO = 4 - 0,01 . 80 = 3,2(g) Phản ứng: FexOy + yH2 xFe + yH2O (5) Số mol H2 ở phản ứng (5) là: 0,07 - 0,01 = 0,06 (mol) Theo (5): n FexOy = 56x + 16 y = 3,36 x = 2,24y x : y = 2 : 3 Công thức oxit sắt là: Fe2O3 IV- Kết quả: Sau thời gian áp dụng đềt tài này vào giảng dạy tôi thấy chất lượng học sinh được nâng cao lên rõ rệt. Hiểu và giải thông thạo Biết cách giải nhưng chưa thành thạo Chưa biết cách giải Số lượng 17 13 0 Tỷ lệ 57% 43% 0% Cụ thể trong năm học 2005 - 2006 chỉ có 3 em đạt học sinh giỏi cấp Huyện nhưng năm nay 2006 - 2007 có được 6 em đạt học sinh giỏi cấp Huyện đạt100% C - Kết luận: Qua kết quả của việc áp dụng tài liệu này vào giảng dạy tôi thấy rằng muốn đạt được kết quả cao trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi , trước hết người thầy phải cần mẫn chịu khó,nhưng mang tính sáng tạo trong việc hướng dẫn ôn tập cho học sinh . Về phía học sinh phải nắm vững kiến thức cơ bản , say xưa với bộ môn. biết cách khai thác triệt để các dữ kiện của đề cho. Khi chưa tìm được hướng giải cần đặt các câu hỏi trước các dữ kiện để suy luận, không được chán nản. Dù cho cách em sống ở vùng nông thôn và học ở một trường nghèo về cơ sở vật chất. Nhưng những khám khá về hoá học mà cô trò tìm ra sẽ làm các em yêu môn học, yêu quê hương đất nước và có nhiều mơ ước cho tương lai sau này các em sẽ được học ở các khối khoa học tự nhiên, chắp cánh cho những ước mơ hoài bão để trở thành những kĩ sư, bác sĩ hoặc những người giáo viên đứng trên mục giảng và tôi mong rằng sáng kiến này sẽ giúp các em giải bài tập hoá học về lập công thức đơn giản và khoa học hơn. d - nhũng kiến nghị đề xuất: - Để có thể đạt được kết quả cao trong các kỳ thi học sinh giỏi Huyện và Tỉnh, theo tôi: các địa phương cần có sự quan tâm hơn nữa để các trường cơ sở có thể tạo ra những lớp mũi nhọn, tập hợp được nhiều học sinh khá, thuận lợi cho việc bồi dưỡng chuyên môn. Mong rằng tài liệu nhỏ này sẽ được đông đảo các bạn đồng nghiệp tham gia góp ý kiến để có thêm kinh nghiệm trong việc bồi dưỡng học sinh. Dạng lập công thức của chất dựa vào phân tích định tính sẽ được giới thiệu trong đề tài sáng kiến kinh nghiệm năm sau. Xin chân thành cảm ơn