Đề tài Phương pháp giải những bài tập biện luận trong Hoá học

I/ Lý do lựa chọn đề tài 1. Cơ sở lý luận: Hoá học là môn khoa học tự nhiên. Trong trường THCS môn Hoá học trang bị cho học sinh những khái niệm cơ bản, những học thuyết phân loại chất, những định luật, tính chất của chất. Để giúp cho học sinh có khả năng khắc sâu kiến thức trọng tâm, mở rộng kiến thức và khả năng giải thích được các hiện tượng trong Hoá học. Bài tập Hoá học là một trong những phương pháp quan trọng để nâng cao chất lượng giáo dục, đồng thời rèn cho học sinh kỹ năng phân tích, so sánh, tư duy logic. Giải bài tập Hoá học có một vị trí quan trọng trong việc dạy học theo phương pháp đổi mới với những nội dung thích hợp. Bài tập Hoá học tạo ra các tình huống có vấn đề, giúp học sinh giải quyết các mâu thuẫn, thu hút sự chú ý của học sinh trong mọi hoạt động. Bài tập Hoá học là cơ sở kiểm tra sự tiếp thu kiến thức của học sinh,đánh giá chất lượng giảng dạy của giáo viên, kết quả học tập của học sinh. 2. Cơ sở thực tiễn. Qua thực tế giảng dạy những năm qua tại trường THCS Minh Đức -Việt yên, tôi nhận thấy trong quá trình giải bài tập Hoá học các em thường rất lúng túng không biết đi từ đâu, làm như thế nào. Tâm huyết với nghề, tôi tự tìm tòi tham khảo sách nâng cao để viết các chuyên đề, để nâng cao chất lượng giảng dạy. Trong chương trình Hoá học lớp 9, các em được làm quen với rất nhiều dạng bài tập khác nhau như bài tập nồng độ, bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm, bài tập lập công thức hoá học của hợp chất hữu cơ… Trong Hoá học các bài toán không đầy đủ giả thiết thường đưa học sinh vào tình trạng lúng túng, dẫn đến mất phương hướng giải quyết, cũng có trường hợp do không lường được khả năng xảy ra phản ứng (các chất có phản ứng với nhau không? Các chất đã tác dụng hết chưa?…) học sinh tự giải theo một hướng mà kết quả tìm được thường mâu thuẫn với chính bài giải hoặc dẫn đến kết quả vô lý mà học sinh thường ngộ nhận rằng đề đã cho là sai. II/ Mục đích của đề tài. 1. Đề tài góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn Hoá học. 2. Đề tài góp phần đổi mới phương pháp dạy học môn Hoá học. 3. Đề tài hình thành cho học sinh phương pháp chung để giải bài tập Hoá học. 4. Đề tài tạo cho học sinh có nhiều hứng thú trong quá trình tiếp thu và vận dụng kiến thức hình thành cho học sinh kỹ năng phân tích, so sánh, tư duy logic khoa học. 5. Đặc biệt đề tài hình thành cho học sinh một kỹ năng quan trọng là nắm được phương pháp giải những bài toán biện luận trong Hoá học. III/ Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu. 1. Nhiệm vụ. Do thực tiễn như đã nêu ở trên, trong năm học 2007 - 2008, trong quá trình giảng dạy tại lớp 9A- Trường THCS Minh Đức- Việt Yên, tôi đã chủ động đưa phương pháp giải những bài tập biện luận trong Hoá học vào lớp này. Từ thực nghiệm điểm của một lớp nếu đạt kết quả cao tôi sẽ áp dụng vào các lớp 9 còn lại . 2. Phương pháp nghiên cứu. - Dùng phương pháp trò chuyện giữa giáo viên và học sinh, giữa giáo viên với giáo viên, giáo viên với phụ huynh học sinh. - Dùng phương pháp trắc nghiệm để kiểm tra đánh giá kết quả học tập. - Dùng phương pháp điều tra sử dụng phiếu điều tra. - Dùng phương pháp tổng kết kinh nghiệm. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Trong năm học 2007 - 2008 tôi đã chọn lớp 9A để áp dụng nghiên cứu đề tài bằng cách chia 48 học sinh làm 2 nhóm, nhóm 1 (9A) và nhóm 2(9B). Chọn nhóm 1 để áp dụng nghiên cứu đề tài và nhóm 2 để so sánh đối chứng kết quả. * Tên đề tài. “Những bài toán biện luận trong Hoá học” IV/ Nội dung nghiên cứu của đề tài. 1. Đặc điểm tình hình. Trong Hoá học các bài tập không đầy đủ giả thiết thường gây cho học sinh sự lúng túng dẫn đến mất phương hướng giải quyết. Cũng có trường hợp do không lường được khả năng xảy ra phản ứng (các chất có tác dụng được với nhau không? Các chất đã tác dụng hết chưa?…) học sinh tự giải theo một phương hướng mà kết quả tìm được thường mâu thuẫn với chính bài giải hoặc dẫn đến kết quả vô lý mà học sinh thường ngộ nhận rằng đề bài đã ra sai. Sau khi học xong các dạng bài tập cơ bản tôi đã kiểm tra khảo sát và đánh giá sơ bộ 2 nhóm. Nhóm TSHS Biết giải BT Chưa biết GBT 1 24 2 22 2 24 3 21 Biết giải bài tập là các em biết phân tích bài tập thấy xuất hiện mâu thuẫn và đưa ra phương pháp giải. Chưa biết giải bài tập là các em không biết phân tích, giải bài tập mâu thuẫn với kết quả và đầu bài. Qua khảo sát tôi nhận thấy việc giải bài tập của học sinh đạt được còn thấp. Qua trò chuyện tiếp xúc với các em chưa biết, tôi được biết các em rất sợ khi gặp bài tập dạng này. Từ đó tôi suy nghĩ tìm ra cách phân loại và phương pháp tiến hành giải các bài tập dạng biện luận. 2. Nội dung. Các dạng toán biện luận trong Hoá học. - Biện luận các khả năng xảy ra đối với các chất ban đầu đã cho. - Biện luận các khả năng có thể xảy ra đối với các chất tạo thành trong phản ứng. - Biện luận xem các chất đã phản ứng hết chưa. - Biện luận trong giải hệ phương trình, phương trình. - Biện luận tìm công thức phân tử của hợp chất hữu cơ, vô cơ. - Biện luận các nguyên tố thuộc hai chu kỳ, hai phân nhóm liên tiếp trong bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố Hoá học. Dạng1: Biện luận các khả năng xảy ra với các chất ban đầu đã cho. Đây là dạng toán thường gặp khi chất ban đầu chưa xác định được cụ thể tính chất hoá học (là kim loại hoạt động hay kém hoạt động… ) nên ta phải xét từng khả năng có thể xảy ra với chúng. Ví dụ: Trộn CuO với một oxit kim loại hoá trị II theo tỉ lệ mol 1:2 được hỗn hợp A. Cho 1 luồng H2 dư đi qua 24 gam A nung nóng thu được hỗn hợp B. Để hoà tan hết B cần 40 ml dung dịch HNO3 2,5M và thu được V lít NO duy nhất (đktc). a. Xác định kim loại hoá trị II trên. b. Tính % khối lượng mỗi oxit trong hỗn hợp ban đầu. Cho hiệu suất các phản ứng đạt 100%. Giải Gọi oxit kim loại hoá trị II là MO. Gọi x(mol) và 2x(mol) lần lượt là số mol CuO và MO đã dùng. Vì H2 chỉ khử được những oxit kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động Hoá học của kim loại, nên có 2 khả năng xảy ra sau đây: Trường hợp 1: M đứng sau Al trong dãy hoạt động hoá học của kim loại (tức MO phản ứng với H2). PTHH: CuO + H2 Cu + H2O (1) MO + H2 M + H2O (2) 3Cu + 8HNO3 --> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (3) 3M + 8HNO3 --> 3M(NO3)2 + 2NO + 4 H2O (4) Theo PTHH (1), (2), (3), (4) ta có hệ phương trình. Nhưng Ca đứng trước Al trong dãy hoạt động hoá học (loại). Trường hợp 2: M đứng trước Al trong dãy hoạt động hoá học (tức MO không phản ứng được với H2). PTHH: CuO + H2 Cu + H2O (1) 3Cu + 8HNO3 --> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2) MO + 2HNO3 --> M(NO3)2 + H2O (3) Theo PTHH (1), (2), (3) ta có hệ phương trình. Vì Mg đứng trước Al trong dãy hoạt động hoá học nên kim loại hoá trị II là Mg. Dạng 2: Biện luận các khả năng xảy ra đối với các chất tạo thành trong phản ứng. Có những bài toán mà chất tạo thành trong phản ứng do chưa xác định được tính chất hoá học rõ ràng (là kim loại hoạt động hay kém hoạt động, là oxit kim loại đứng trước hay sau nhôm...). Do đó, học sinh thường lúng túng khi viết các phương trình hoá học, hoặc thường gặp hơn là tự ý cho các chất phản ứng với nhau trong khi chưa xác định được khả năng phản ứng của chúng như thế nào. Gặp dạng toán này ta cũng phải chia từng trường hợp có thể xảy ra đối với các chất chưa xác định được khả năng phản ứng rồi giải để chọn trường hợp phù hợp. Ví dụ: Hoà tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp gồm MgCO3 và RCO3( tỷ lệ mol là 1:1) bằng dung dịch HCl. Lượng khí CO2 sinh ra cho hấp thu hoàn toàn bởi 200ml dung dịch NaOH 2,5 M được dung dịch A . Thêm BaCl2 dư vào dung dịch A thu được 39,4 gam kết tủa. a. Xác định kim loại R. b. Tính % khối lượng các muối cacbonat trong hỗn hợp đâù. Giải: Giả sử đã dùng a( mol) mỗi muối MgCO3 và RCO3, ta có phương trình: MgCO3 + 2HCl MgCl2 + CO2 + H2O (1) a mol a mol RCO3 + 2 HCl RCl2 + CO2 + H2O (2) a mol a mol Theo PTHH (1) và (2) ta có : Số mol của NaOH đã dùng là: 2,5 . 0,2 = 0,5 (mol). Số mol của BaCO3 là : 39,4 : 197 = 0,2 (mol). Có hai khả năng xảy ra đối với dung dịch A: * A chỉ chứa Na2CO3 (x mol) PTHH: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O (3) x mol x mol Na2CO3 + BaCl2 BaCO3 + NaCl (4) x mol x mol Ta có hệ phương trình: Giải hệ phương trình ta được : a = 0,1 và R = 56 (Fe). * A chứa Na2CO3 (x mol) và NaHCO3 (y mol). PTHH: CO2 + 2 NaOH Na2CO3 + H2O (5) (mol) x 2x x CO2 + NaOH NaHCO3 (6) (mol) y y y Na2CO3 + BaCl2 2 NaCl + BaCO3 (7) (mol) x x Ta có hệ phương trình: Giải phương trình ta được: a=0,5 và R = 10,6 (loại) b. % MgCO3 = % FeCO3 = 100% - 42% = 58% Dạng 3: Biện luận xem xét các chất có phản ứng hết hay chưa. Mục đích của phép toán biện luận này là xét xem khi cho hỗn hợp các chất A, B, C… tác dụng với chất X thì các chất A, B, C… đã phản ứng hết với X chưa hay chỉ phản ứng một phần . Như vậy, điểm đặc trưng để nhận ra dạng toán này là: - Đề không cho biết X đã dùng dư (vì nếu X dùng dư và hiệu suất các phản ứng đạt 100% thì A, B, C… đã tác dụng hết với X). - Đề không nói rõ " Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp A, B , C… " hay " Cho A,B , C… phản ứng hoàn toàn với" (vì nói như vậy nghĩa là A, B, C đã tác dụng hết với X) mà chỉ nói rõ ( cho hỗn hợp A, B, C… tác dụng với một lượng X). Nói chung dạng biện luận này khá phổ biến trong các bài toán Hoá học và thường được giải quyết dễ dàng nhờ phép biến đổi bất đẳng thức, phép loại suy hay phép phản chứng. Ví dụ: Cho 3,87 gam hỗn hợp gồm Mg và Al tác dụng với 500 ml dung dịch HCl 1M. a. Chứng minh rằng sau phản ứng với Mg và Al axit vẫn còn dư. b. Sau phản ứng trên làm thoát ra 4,368 lít H2 (đktc). Hãy tính khối lượng Mg và Al đã dùng ban đầu. Giải: Gọi a, b lần lượt là số mol của Mg và Al trong hỗn hợp. Ta có: 24a + 27b = 3,87 24a + 24b < 24a + 27b 24(a +b) < 3,87 a + b < = 0,16. (*) Số mol HCl đã dùng là: 0,5 . 1 = 0,5 (mol). Giả sử Mg và Al đã phản ứng hết với HCl theo PTHH: Mg + 2 HCl MgCl2 + H2 (1) a 2a a Al + 3 HCl AlCl3 + 3/2 H2 (2) b 3b 1,5b Số mol HCl cần dùng ở PTHH (1) và (2) là : nHCl = 2a + 3b Nhưng 2a + 3b < 3a + 3b 2a + 3b < 3(a + b) Theo (*) 2a + 3b < 3 (a + b) < 3.0,16 2a + 3b < 0,48. Vậy số mol HCl tiêu tốn nhỏ hơn 0,48 (mol). Trong khi số mol HCl đã dùng là 0,5 (mol). Vậy HCl còn dư. Theo đề bài ta có hệ phương trình: Giải hệ ta được: a = 0,06 và b = 0,09. mMg = 0,06 .24 = 1,44 g mAl = 0,09 . 27 = 2,43 g Dạng 4:Biện luận trong giải hệ phương trình, phương trình. Đây là dạng toán biện luận thường gặp nhất trong các bài toán Hoá học có biện luận do số ẩn ít hơn số phương trình có trong hệ. Dạng này ta thường dùng các phép biện luận sau: - Phép kẻ bảng nhằm chọn nghiệm phù hợp. Thường dùng trong các bài toán về kim loại chưa rõ hoá trị, các bài toán có phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các nguyên tử lượng. - Phép dùng bất đẳng thức kép nhằm chặn trên và chặn dưới một giá trị đang cần xác định ( như nguyên tử lượng một kim loại) Thường dùng khi số mol chất khảo sát không xác định được bao nhiêu. Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 11,7 gam một kim loại cần dùng 180 ml dung dịch HCl 2M. Xác định kim loại đã dùng. Giải: Gọi A là kim loại và n là hoá trị của nó Gọi a là số mol của A đã dùng PTHH: 2A + 2n HCl 2 ACln + n H2 Ta có hệ phương trình: Chia phương trình thứ nhất cho phương trình thứ 2 của hệ ta được: MA = 32,5 n. Lập bảng sau: n 1 2 3 MA 32,5 65 97,5 Chỉ có n =2 ứng với MA =65 là phù hợp. Vậy A là Zn (kẽm) Ví dụ2: Cho 11,7 gam một kim loại hoá trị II tác dụng với 350 ml dung dịch HCl 1M. Phản ứng xong thấy kim loại vẫn còn dư. Cũng lượng kim loại này, nếu tác dụng với 200 ml dung dịch HCl 2M. Sau khi phản ứng xong thấy axit vẫn còn dư. Xác định kim loại nói trên Giải: Gọi M là kim loại đã cho và a là số mol M đã dùng. Số mol HCl ở thí nghiệm 1 là: 0,35 .1 = 0,35 (mol) Số mol HCl ở thí nghiệm 2 là: 0,2 .2 = 0,4 (mol). ở thí nghiệm 1, axit đã phản ứng hết theo PTHH: M + 2 HCl MCl2 + H2 (mol) 0,175 0,35 ở thí nghiệm 2, kim loại M đã phản ứng hết Theo PTHH: M + 2HCl MCl2 + H2 (mol) a 2a Suy ra ta có: Từ (2), (3) ta có: 0,175 < a < 0,2 Từ (1) 58,5 < M < 66,8 Kim loại hoá trị II có nguyên tử khối thoả mãn điều kiện trên chỉ có thể là Cu hoặc Zn. Nhưng Cu không phản ứng với HCl. Vậy M là Zn. Dạng 5 : Biện luận các nguyên tố ở hai chu kỳ liên tiếp. Với dạng toán này, phương pháp công thức trung bình tỏ ra hữu hiệu hơn. Phương pháp công thức tính trung bình là phương pháp qui hỗn hợp về một chất đại diện duy nhất. Do vậy các phản ứng xảy ra đối với hỗn hợp xem như xảy ra với riêng chất đại diện. Ví dụ: Hoà tan 28,4 gam hỗn hợp gồm hai muối cacbonat của kim loại kiềm thổ bằng dung dịch HCl thu được 6,72 lít khí (đktc). Xác định kim loại trên nếu chúng thuộc hai chu kỳ liên tiếp. Giải: Gọi công thức trung bình của 2 muối cacbonat trên là: ACO3 PTHH: ACO3 + 2 HCl ACl2 + CO2 + H2O (mol) 0,3 0,3 Số mol CO2 = 6,72 : 22,4 = 0,3 mol Gọi A, B là khối lượng mol 2 kim loại trên (A < B) ta có: A < A <B A <34,6 < B Chỉ có A=24 và B = 40 là phù hợp. Vậy hai kim loại trong muối là Mg và Ca. 3. Biện pháp - Sau kết quả khảo sát, tôi đã chia mỗi nhóm thành 5 nhóm nhỏ, cử các nhóm trưởng để quản lý, theo dõi các thành viên trong nhóm. - Khảo sát thường xuyên, cứ hai tuần cho kiểm tra một lần để nắm được các em đã biết phương pháp giải chưa. - Chú trọng theo phương pháp đổi mới quan tâm đến hoạt động nhóm để học sinh tự nghiên cứu. - Khuyến khích động viên kịp thời các em. - Các bài tập đưa ra cho các em làm luôn có sự thay đổi cấu trúc để hình thành kỹ năng phân tích, kỹ năng giải bài tập Hoá học. V/ Kết quả nghiên cứu và ứng dụng của đề tài. Sau khi thực hiện song các bài tập theo nội dung đã định, tôi đã tiến hành khảo sát kết quả như sau: Nhóm TSHS Biết giải bài tập Chưa biết giải BT 1 24 20 4 2 24 4 20 Qua so sánh kết quả của hai nhóm thấy kết quả đạt được khá cao. Từ kết quả đã đạt được và chưa đạt được về ý định của đề tài, tôi đặt ra để rút kinh nghiệm thực hiện trong thời gian tới và những năm học sau. VI/ Kết luận Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi có rút cho bản thân một số kinh nghiệm nhỏ. Để giải được bài toán biện luận trong hoá học một cách thành thạo, mỗi giáo viên cần chỉ rõ, định hướng phương pháp giải, phân loại cụ thể mỗi loại cho học sinh luyện tập với nhiều tình huống khác nhau. Thường xuyên nghiên cứu tài liệu tham khảo để nâng cao kiến thức. Có biện pháp trực tiếp tới từng học sinh. Đặc biệt là phải quan tâm với nghề. Đây là đề tài thực tế giảng dạy và được khảo nghiệm trong lớp 9A của học sinh trường THCS Minh Đức- Việt Yên- Bắc Giang. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu không tránh khỏi những khiếm khuyết và hạn chế song tôi vẫn mạnh dạn đưa ra để các đồng chí trong trường và trong huyện cùng tham khảo bổ sung thêm để đề tài được áp dụng rộng hơn và đạt hiệu quả cao hơn. Rất mong được sự đóng góp của các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn ! Minh Đức, ngày 25 tháng 4 năm 2008 Giáo viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Duyến Mục lục trang I/ Lí do chọn đề tài …………………………………………… 1 II/ Mục đích của đề tài ……………………………………….. 2 III/ Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu …………………. 2 IV/ Nội dung nghiên cứu của đề tài …………………………. 3 V/ Kết quả nghiên cứu và ứng dụng của đề tài …………….. . 11 VI/ Kết luận ………………………………………………….. 12