hướng dẫn học sinh cân bằng phương trình và giải bài tập bằng phương pháp thăng bằng electron trong quá trình ôn thi học sinh giỏi hóa 9

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ Mục tiêu Giáo dục nhà nước ta là:“Giáo dục người Việt Nam phát triển toàn diện phát huy tốt tiềm năng, khả sáng tạo cá nhân" Sự đổi mục tiêu giáo dục đòi hỏi phải chuyển từ giáo dục giúp người học "học gì" sang học phải "làm gì" Hóa học mơn khoa học tự nhiên, đòi hỏi logic, nhanh nhạy tư học sinh Giải tập hóa học lúc học sinh hoạt động tự lực để củng cố trau dồi kiến thức hóa học Bài tập hóa học cung cấp cho học sinh khơng kiến thức mà đường để giành lấy kiến thức Do vậy, tập hóa học vừa mục đích, vừa nội dung, lại vừa phương pháp dạy học hiệu nghiệm Một số phương pháp giải tập hóa học như: phương pháp bảo tồn khối lượng, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp sử dụng đại lượng trung bình, phương pháp biện luận phương pháp thường đưa vào hướng dẫn cho học sinh trình dạy học q trình ơn thi học sinh giỏi cấp Trung học sở Tuy nhiên từ năm học 2015-2016, đặc điểm môn nhằm đảm bảo chất lượng mũi nhọn Bộ phận chuyên môn Sở giáo dục đào tạo Hịa Bình u cầu đưa phương pháp bảo toàn electron vào hướng dẫn cho học sinh tham gia ôn thi học sinh giỏi cấp Trung học sở Việc nắm vững lý thuyết vận dụng phương pháp cách sáng tạo, khoa học vào giải tập hóa học yêu cầu nghiêm túc thách thức lớn đại đa số em học sinh Để “Giải tập hóa học phương pháp bảo tồn electron” Việc cần thiết mà người giáo viên phải làm là: hệ thống hố, phân loại dạng tốn giải phương pháp bảo toàn electron giúp em giải nhanh tập hướng đến mục đích hình thành tư giải dạng tập thường gặp liên quan tới phản ứng oxy hóa khử Từ hình thành cho em kĩ giải toán để đạt kết tốt Chính thế, tơi lựa chọn sáng kiến “Hướng dẫn học sinh cân phương trình giải tập phương pháp thăng electron q trình ơn thi học sinh giỏi hóa 9” Qua học sinh nhận dạng tìm cách giải cho dạng tập có liên quan đến phản ứng oxy hóa khử Nhằm nâng cao chất lương dạy - học phục vụ công tác ôn thi học sinh giỏi lớp mơn Hóa học CHƯƠNG II: NỘI DUNG I Cơ sở lí luận: Cơ sở lí luận Sự phát triển kinh tế – xã hội bối cảnh tồn cầu hố đặt u cầu người lao động, đặt yêu cầu cho nghiệp giáo dục hệ trẻ đào tạo nguồn nhân lực Một định hướng việc đổi giáo dục chuyển từ giáo dục mang tính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang giáo dục trọng việc hình thành lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo người học Hóa học mơn khoa học vừa lý thuyết, vừa thực nghiệm cung cấp cho học sinh tri thức khoa học phổ thông, chất, biến đổi chất Giải tập hóa học lúc học sinh hoạt động tự lực để củng cố trau dồi kiến thức hóa học mình.Trong tốn hóa học có nhiều phương pháp để giải Tuy nhiên, toán điều có phương pháp để tìm kết nhanh II Thực trạng Giải tập hóa học phương pháp bảo tồn electron thường có liên quan mật thiết tới phản ứng oxy hóa khử Ta cần nhận định trạng thái đầu trạng thái cuối chất oxi hoá chất khử chí khơng cần quan tâm đến việc cân phương trình phản ứng Phương pháp đặc biết lý thú với toán phải biện luận nhiều trường hợp xảy tốn hỗn hợp Tuy nhiên phương pháp áp dụng cho hệ phương trình phản ứng oxi hố khử thường dùng giải tốn vơ Trong chương trình Hóa học Trung học sở khơng đưa vào nội dung hướng dẫn học sinh cân phản ứng oxi hóa khử phương pháp thăng electron Nội dung giảng dạy chương trình Hóa học lớp 10 Trung học phổ thơng Chương trình Hóa học lớp có đưa vào 32 “ Phản ứng oxi hóa – khử” nhằm giúp học sinh nhận biết dạng phản ứng Nhưng từ tháng năm 2011 nội dung 32 đưa vào nội dung giảm tải không thực giảng dạy đại trà Từ thực tế việc hướng dẫn cho học sinh phương pháp “Giải tập hóa học phương pháp bảo tồn electron” gặp nhiều khó khăn Vì phương pháp bước đầu tơi đưa vào hướng dẫn cho học sinh khá, giỏi trình ơn thi học sinh giỏi III Các biện pháp: Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phương pháp thăng electron 1.1 Nguyên tắc Trong phản ứng oxi hố - khử ln tồn đồng thời chất oxi hoá (chất nhận electron) chất khử (chất nhường electron) Số e mà chất khử nhường ln số e mà chất oxi hố nhận 1.2 Các bước cân phản ứng oxi hoá - khử theo phương pháp thăng electron - Xác định số oxi hoá nguyên tố thay đổi số oxi hố + Số oxi hóa đơn chất khơng: Ví dụ: Na; Cl2; S; O2 số oxi hóa ln khơng + Kim loại có số oxi hóa (+) có trị số hóa trị nó.(1) + Hidro có số oxi hóa = (+1) (2) + Oxi thường có số oxi hóa = (-2) (3) + Các phi kim có số oxi hóa tính theo ưu tiên theo thứ tự Sao cho tổng số oxi hóa hợp chất = Ví dụ: Trong cơng thức H2SO4 ngun tố có số oxi hóa (+1) (+6) (-2)SO H 2.(+1) + 1.(+6) + 4.(-2) = Số oxi hóa S tính theo số oxi hóa Hidro Oxi + Tổng số oxi hóa ion điện tích ion Ví dụ: NH4+ : Vì H có số oxi hóa (+1) => N có số oxi hóa(- 3) 1.(-3) + 4.(+1) = +1 NO3 – : O có số oxi hóa(-2), N có số oxi hóa(+5) => 1.(+5) + 3.(-2) = -1 - Viết trình oxi hố q trình khử, cân q trình: + Dấu "+e" đặt bên có số oxi hoá lớn + Số e = số oxi hoá lớn - số oxi hố bé + Nhân q trình với số nguyên tố thay đổi số oxi hoá số khác (với đơn chất chấp nhận giữ ngun số) - Tìm hệ số thích hợp cho tổng số e cho tổng số e nhận: + Tìm bội chung nhỏ số e nhường nhận + Lấy bội chung nhỏ chia cho số e trình hệ số - Đặt hệ số chất oxi hoá chất khử vào sơ đồ phản ứng kiểm tra lại Bài toán liên quan đến cân phản ứng oxi hoá - khử đề thi thường hỏi dạng: hệ số chất phương trình (sau cân dạng số nguyên tối giản) ; hệ số chất oxi hoá (chất khử) ; tỉ lệ hệ số * Các bước cân bằng: + Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng với nguyên tố có thay đổi số oxi hóa + Bước 2: Viết q trình: khử (cho electron), oxi hóa (nhận electron) + Bước 3: Cân electron: nhân hệ số để: Tổng số electron cho = tổng số electron nhận (tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng) + Bước 4: Cân ngun tố khơng thay đổi số oxi hố (thường theo thứ tự: Kim loại (ion dương): Gốc axit (ion âm) Môi trường (axit, bazơ) Nước (cân H2O để cân hiđro) + Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi vế (phải nhau) 1.3 Ví dụ cụ thể Mg + HNO2 > Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O Chất khử: Mg Chất Oxi hóa: N (trong HNO3) Q trình Oxi hóa: Mg(0) - 2e > Mg(+2) Quá trình khử: N(+5) + 8e -> N (-3) Kết quả: Ta có phương trình 4Mg + 10HNO3 > 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O 1.4 Phân dạng Học sinh phải nắm vững kiến thức lý thuyết phản ứng hóa học Nắm vững qui tắc xác định số oxi hóa phương pháp xác định thành thạo số oxi hóa bước quan trọng việc cân phương trình oxi hóa - khử Áp dụng tổng số electron nhường tổng số electron nhận phương trình oxi hóa- khử Dạng 1: Phản ứng oxi hóa-khử khơng có mơi trường Ví dụ 1: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 2: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 3: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Dạng 2: Phản ứng oxi hóa-khử có mơi trường Ví dụ 1: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 2: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 3: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 4: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Dạng 3: Phản ứng tự oxi hóa-khử phản ứng oxi hóa –khử nội phân tử Phản ứng tự oxi hóa - khử: Ví dụ 1: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Phản ứng oxi hóa –khử nội phân tử: Ví dụ 1: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Dạng 4: Phản ứng oxi hóa - khử phức tạp Chất khử (hai nguyên tố) chất oxi hóa: Ví dụ 1: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 2: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Một chất khử hai chất oxi hóa: Ví dụ : Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Dạng 5: Phản ứng oxi hóa –khử có hệ số chữ Ví dụ : Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ : Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Dạng 6: Phản ứng oxi hóa - khử dạng ion thu gọn Ví dụ : Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ : Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron 10 Hướng dẫn học sinh giải tập phương pháp thăng electron 2.1 Lưu ý vận dụng định luật bảo tồn electron Khi có nhiều chất oxi hóa, chất khử hỗn hợp phản ứng (nhiều phản ứng phản ứng qua nhiều giai đoạn) tổng số electron chất khử cho phải tổng số electron mà chất oxi hóa nhận Tức là, tổng số mol electron nhường tổng số mol electron nhận Khi vận dụng định luật bảo toàn electron, cần lưu ý: Trong phản ứng hệ phản ứng cần nhận định trạng thái đầu trạng thái cuối chất oxi hóa chất khử mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian, chí khơng cần quan tâm đến việc cân phương trình phản ứng Phương pháp đặc biệt lý thú toán cần phải biện luận nhiều trường hợp xảy Nếu có nhiều chất oxi hóa chất khử số mol electron trao đổi tổng số mol tất chất nhường nhận electron 2.2 Các dạng tập vận dụng định luật bảo tồn electron Đối với phương pháp vận dụng để giải dạng tập sau: Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) khơng có tính oxi hố (HCl, H2SO4 loãng …) Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hố (HNO3, H2SO4 đặc, nóng …) tạo khí hỗn hợp khí; Oxit kim loại (hoặc hỗn hợp oxit kim loại) tác dụng với axit (hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hố (HNO3, H2SO4 đặc, nóng …) 11 Các toán liên quan tới sắt (điển hình tốn để sắt ngồi khơng khí); Bài tốn nhúng kim loại vào dung dịch muối Nói chung tốn liên quan tới thay đổi số oxi hố giải phương pháp Vận dụng định luật bảo toàn electron với dạng toán kim loại tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc, nóng Dạng 1: Bài tốn cho kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với dung dịch axit HNO3 loãng, dung dịch axit HNO3 đặc, nóng cho hỗn hợp khí hợp chất nitơ NO2, NO, N2O, N2, NH3 (tồn dạng muối NH4NO3trong dung dịch) Khi gặp tập dạng cần lưu ý: Ví dụ 1: Hồ tan hồn tồn m gam Al vào dung dịch HNO3 lỗng thu hỗn hợp gồm 0,015 mol khí N2O 0,01mol khí NO (phản ứng khơng tạo NH4NO3) Giá trị m là: A 13,5 gam B 1,35 gam C 0,81 gam D 8,1 gam Giải: 12 Ví dụ 2: Hoàn tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu (tỉ lệ mol 1:1) HNO3 thu V lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO, NO2 Tỉ khối X so với H2 19 Giá trị V là: A 5,6 B 2,8 C 11,2 D 8,4 Giải: Dạng 2: Cho kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với dung dịch axit H2SO4 đặc nóng cho sản phẩm khí SO2 (khí mùi sốc), S (kết tủa màu vàng), khí H2S (khí mùi trứng thối) Khi gặp tập dạng cần lưu ý: Kim loại có nhiều số oxi hóa khác phản ứng với dung dịch axit H2SO4đặc nóng đạt số oxi hóa cao Hầu hết kim loại phản ứng với H 2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) S+6trong H2SO4 đặc nóng bị khử mức oxi hóa thấp sản phẩm khí SO2, H2S S Mốt số kim loại Al, Fe, Cr, …thụ động H2SO4 đặc nguội Sản phẩm gồm: 13 Tính khối lượng muối sunfat thu hoà tan hết hỗn hợp kim loại H2SO4 đặc, nóng giải phóng khí SO2, S, H2S Ví dụ 1: Hịa tan hồn tồn 11,9 g hỗn hợp gồm Al Zn H2SO4 đặc nóng thu 7,616 lít SO2 (đktc), 0,64 g S dung dịch X Khối lượng muối dung dịch X là: A 50,3 g B 30,5 g C 35,0 g D 30,05 g Giải: IV Hiệu sáng kiến Quá trình áp dụng thử sáng kiến: Bắt đầu từ tháng năm học 2015 - 2016 tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra hiệu giải pháp đưa mục III q trình dạy học ơn thi học sinh giỏi lớp trường THCS Bãi Lạng Do hạn chế thời gian, thời điểm điều kiện cho phép nên tiến hành thực nghiệm phạm vi nhỏ hẹp sau: 14 Năm học Đối tượng áp dụng sáng kiến 2015 - 2016 10 học sinh lớp 2016 - 2017 học sinh lớp 10 học sinh lớp 2017 - 2018 10 học sinh lớp học sinh lớp Đối với nhóm đối tượng tơi tìm hiểu kết học tập em vào đầu năm học trình dạy trực tiếp lớp thấy lực học em nhóm thuộc nhóm học sinh có lực học khá, giỏi Khả nhận thức nhóm tương đối Trong tập với dạng tập trang bị cho HS kiến thức vấn đề: Kiến thức lí thuyết phương pháp giải cụ thể Tiếp tập ví dụ cuối tập vận dụng theo hướng từ dễ đến khó, từ đến nâng cao, để học sinh rèn luyện kĩ giải tập cách thành thạo Kết Khi áp dụng sáng kiến thời gian từ tháng năm 2015 đến hết tháng năm 2018 Đối với nhóm tơi cho kiểm tra 15 phút kiểm tra 45 phút Đề kiểm tra 45 phút (nhóm học sinh lớp 9) Bài 1: Xác định số oxi hóa nguyên tố N, S, Zn, Cr, Na, Fe chất ion sau: a) NH4+, Li3N, HNO2, HNO3, NO3-, KNO3 b) Na2S, H2S, S, SO2, H2SO3, SO3, H2SO4, SO42c) Zn, ZnCl2, ZnO, Zn2+, ZnO22d) Cr, CrCl2, Cr2O3, Cr2SO4, CrO3, K2Cr2O7 Bài 2: Cân phản ứng oxi hóa – khử sau theo phương pháp thăng electron NH3 + O2 → NO + H2O 15 Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O Cl2 + KOH ——-> KCl + KClO3 + H2O Fe3O4 + HNO3 ——-> Fe(NO3)3 + NO + H2O Bài 3: Cho 19,2 g Cu tác dụng hết với dung dịch HNO3 Tất lượng khí NO sinh đem oxi hóa thành NO2 sục vào nước với dịng khí oxi để chuyển hết thành HNO3 Tính thể tích oxi (đktc) tham gia vào trình Tơi chấm học sinh chọn để đánh giá kết Sau tơi đối chiếu với kết mà tìm hiểu trước triển khai sáng kiến Tỉ lệ Học sinh đạt điểm giỏi, khá, trung bình, yếu nhóm có chênh lệch rõ ràng từ năm 2015-2016 đến năm 2017-2018 Học sinh cân phản ứng hóa học phức tạp Nhận thấy kết áp dụng sáng kiến năm 2015-2016 không cao Tôi tách nội dung hướng dẫn phương pháp thành hai mảng riêng biệt là: cân phương trình nhằm giúp học sinh nhận biết trình cho electron trình nhận electron đưa vào hướng dẫn cho học sinh từ lớp 8, mảng thứ hai giải tập định lượng áp dụng định luật bảo toàn 16 electron đưa vào cho học sinh lớp Sau điều chỉnh tơi thấy có chênh lệch năm tương ứng Với nhóm học sinh lớp tơi dùng đề kiểm tra bỏ tập Kết thu sau: Kết sở cho điều chỉnh đối tượng áp dụng sáng kiến Trong kì thi HSG 2017-2018 có tập sử dụng phương pháp kết quả: có học sinh đạt giải khuyến khích cấp tỉnh mơn hóa 17 Chương III KẾT LUẬN * Ý nghĩa sáng kiến Qua nghiên cứu thực tiễn, sở lí luận so với mục tiêu đề lựa chọn sáng kiến Tôi nhận thấy sáng kiến đạt kết cụ thể sau: Học sinh tổng hợp kiến thức lí thuyết có liên quan đến dạng tập vận dụng định luật bảo toàn electron theo hệ thống định Biết phân loại phản ứng oxi hóa khử vào dạng tập cụ thể Nắm vững bước giải cụ thể cho dạng tập Qua tiến hành áp dụng thử sáng kiến cho thấy : Việc vận dụng nội dung sáng kiến vào trình giáo dục tạo điều kiện để phát triển lực học sinh Xây dựng thái độ học tập đắn; phương pháp học tập chủ động, tích cực, sáng tạo; lịng ham học, ham hiểu biết, lực tự học góp phần nâng cao chất lượng học sinh giỏi mơn hóa học Trung học sở * Khả áp dụng nhân rộng sáng kiến Qua kết thu thấy nội dung sáng kiến vận dụng với khối lớp 8, trường Trung học cở sở * Bài học kinh nghiệm Dạy học sinh “Cân phương trình giải tâp phương pháp thăng electron” nói riêng chương trình Hóa học nói chung phải truyền thụ cho học sinh kiến thức, phương pháp bản, tránh gây áp lực nặng nề, nhàm chán học sinh Đối với học sinh lớp chủ yếu sâu vào tập cân phương trình Phương pháp áp dụng cho hệ phương trình phản ứng oxi hoá 18 khử thường dùng giải tốn vơ (Bất kì tốn liên quan tới thay đổi số oxi hố giải phương pháp này) Cần rèn cho học sinh nghiên cứu kỹ, phân biệt đặc điểm, yêu cầu đề toán để lựa chọn phương pháp giải phù hợp * Đề xuất – kiến nghị Ban giám hiệu: Đưa vào dạy mơn tự chọn hóa học 8, năm Chương trình ơn học sinh giỏi hóa Trung học sở lớp Xác nhận trường Lương sơn, ngày 15 tháng năm 2018 TH THCS Bãi Lạng Tác giả sáng kiến Đinh Thị Phương Thảo HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN PHÒNG GD & ĐT LƯƠNG SƠN HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN UBND HUYỆN LƯƠNG SƠN 19 ... đầu tơi đưa vào hướng dẫn cho học sinh khá, giỏi trình ơn thi học sinh giỏi III Các biện pháp: Hướng dẫn học sinh cân phương trình hóa học phương pháp thăng electron 1.1 Nguyên tắc Trong phản... ? ?Hướng dẫn học sinh cân phương trình giải tập phương pháp thăng electron q trình ơn thi học sinh giỏi hóa 9? ?? Qua học sinh nhận dạng tìm cách giải cho dạng tập có liên quan đến phản ứng oxy hóa. .. hóa- khử khơng có mơi trường Ví dụ 1: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 2: Cân phương trình oxi hóa –khử phương pháp thăng electron Ví dụ 3: Cân phương trình oxi hóa