Sáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa học

Sáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa họcSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Bài toán nhiệt hóa học và cân bằng hóa học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ TÀI BÀI TOÁN NHIỆT HÓA HỌC VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC Năm học 2019-2020 (Trang 0) ĐẶT VẤN ĐỀ I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Trong số đề thi học sinh giỏi khối 11 năm Hà Tĩnh đặc biệt chương trình giáo dục phổ thơng tổng thể mơn Hóa học cải cách tới đề cập đến vấn đề lượng hóa học chương trình lớp 10, cân hóa học chương trình lớp 11 pin điện hóa chương trình lớp 12, lĩnh vực kiến thức quan trọng mơn Hóa học Vậy để học sinh có kiến thức, kỹ tiếp cận lĩnh vực mới, tự học, tự sáng tạo học sinh giáo viên phải cung cấp cho học sinh kiến thức phương pháp tập phù hợp với mức độ yêu cầu chương trình Trong trình giảng dạy đặc biệt dạy đối tượng học sinh giỏi chuẩn bị cho kỳ thi học sinh giỏi cấp, chuẩn bị cho chương trình mơn hóa áp dụng tới, tơi thấy có số chun đề cần phải đào sâu kiến thức học sinh khơng có tài liệu việc tự học sinh nghiên cứu hay tự hệ thống cho kiến thức khó Vì thực tế u cầu cần thiết người giáo viên bổ sung kiến thức thêm cho học sinh hệ thống kiến thức hệ thống dạng tập cho học sinh Với ý định đó, sáng kiến kinh nghiệm tơi muốn đưa hệ thống lý thuyết số dạng tập “Bài tốn nhiệt hóa học cân hóa học” thuộc chương trình ơn thi học sinh giỏi kiến thức chương trình phổ thông tới II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: *Thực trạng : Trong kỳ thi, đặc biệt kỳ thi quan trọng học sinh phổ thông đặc biệt kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh trở lên, trang bị kiến thức mơn bắt buộc chương trình cải cách tới Vấn đề đặt gặp tốn dạng khơng có nhiều chương trình ( Bài tốn nhiệt động cân hóa học) học sinh gặp nhiều khó khăn thường khơng làm (Trang 1) Vì trình giảng dạy giáo viên phải rèn luyện nghiên cứu giảng dạy thêm cho học sinh kiến thức phương pháp giải tập liên quan cho học sinh đặc biệt kiến thức nâng cao nhằm phục vụ cho kỳ thi quan trọng * Kết quả, hiệu quả: Kiến thức tìm phương pháp giải tập học sinh nhiều hạn chế chưa phù hợp với mức độ kỳ thi Trước tình hình học sinh tơi thấy cần thiết phải hình thành cho học sinh thói quen gặp vấn đề mà chương trình phổ thơng cịn hạn chế giáo viên phải người đưa tình nhằm thúc khả tự học kiến thức đưa phương pháp phù hợp Do q trình giảng dạy tơi có đưa hệ thống tập phương pháp giải nhanh tốn hóa học: Bài tốn nhiệt hóa học cân hóa học Trong sáng kiến kinh nghiệm muốn đưa phần kiến thức số tập phù hợp với số kỳ thi, kiến thức phổ thơng chương trình cải cách tới đề cập chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, đồng thời phân dạng số tập lượng hóa học Nội dung thiết lập sử dụng có hiệu quả, hình thành phát triển mở rộng thơng qua nội dung kiến thức, tích lũy thành kiến thức cho học sinh chuyên đề GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Giáo viên tiến hành phần riêng cho học sinh: PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: Trong phần cung cấp số lý thuyết cho học sinh nhiệt phản ứng cân hóa học phù hợp với khả tiếp cận em, đồng thời phân dạng tập lượng hóa học cách giải tập I Một số khái niệm sở nhiệt động học Khái niệm hệ: Hệ tập hợp đối tượng nghiên cứu giới hạn khu vực khơng gian xác định Hệ mở hệ trao đổi chất lượng với môi trường ngồi (Trang 2) Hệ kín hệ trao đổi lượng mà không trao đổi chất với mơi trường ngồi Hệ lập hệ khơng trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi Hệ đồng thể hệ mà khơng có phân chia thành khu vực khác với tính chất khác Hệ đồng thể cấu tạo pha Hệ dị thể hệ tạo thành nhiều pha khác Các đại lượng đặc trưng cho tính chất hệ: Các đại lượng dung độ (khuếch độ) đại lượng phụ thuộc vào lượng chất khối lượng, thể tích …Các đại lượng có tính chất cộng Các đại lượng cường độ đại lượng không phụ thuộc vào lượng chất nhiệt độ, áp suất, khối lượng riêng… II Nguyên lý I nhiệt động học Nội dung Nội dung nguyên lý I nhiệt động học bảo tồn lượng: “Năng lượng khơng thể sinh tự biến mà chuyển từ dạng sang dạng khác” Nội U entanpi H Nội hệ tổng lượng tồn bên hệ, bao gồm: lượng hạt nhân, lượng chuyển động electron nguyên tử, lượng liên kết, lượng dao động nguyên tử, lượng chuyển động phân tử … Ta xác định giá trị tuyệt đối nội U hệ mà xác định biến thiên nội hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác Giả sử trạng thái đầu 1, hệ nhận nhiệt lượng Q, sinh công W chuyển thành trạng thái biến thiên nội hệ là: U = Q + W (Qui ước hệ nhận nhiệt Q > hệ sinh cơng W < 0) Nếu phản ứng xảy bình kín, dung tích khơng đổi (q trình đẳng tích) W = 0, đó: QV = U Nhưng nhiều phản ứng thực áp suất khơng đổi áp suất khí (q trình đẳng áp), đó: W = - P ΔVV ΔVU = QP – P ΔVV (Trang 3) QP = ΔVU + P ΔVV QP = (U2- U1) + P(V2 – V1) QP = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) Người ta gọi (U + PV) entanpi, ký hiệu H Do : QP = H2 – H1 = ΔVH Khi áp suất không đổi, lượng nhiệt QP biến thiên entanpi ΔVH Quan hệ QP QV Ta có: QP = ΔVU + P ΔVV QP = ΔVU + P.(V2 – V1) QP = ΔVU + (n2RT – n1RT) QP = QV + ΔVnRT (1) ΔVn: Độ biến thiên số mol khí Chú ý: So với thể tích mol chất khí, thể tích mol chất rắn lỏng nhỏ, khơng đáng kể Do đó, biến thiên thể tích chất rắn lỏng phản ứng hoá học coi khơng Vì vậy, xét cơng học ta ý đến biến thiên thể tích chất khí Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ Định luật Kirchoff ΔVHT2 = ΔVHT1 + ΔVCPdT (2) Trong đó: ΔVHT i : Hiệu ứng nhiệt phản ứng Ti 0K ΔVCP: Biến thiên nhiệt dung đẳng áp chất phản ứng Nếu nhiệt dung chất không phụ thuộc vào nhiệt độ ΔVCP = Const, đó: ΔVHT2 = ΔVHT1 + ΔVCP.(T2 – T1) (3) III Nguyên lý II nhiệt động học Khái niệm entropi (Trang 4) Về ý nghĩa vật lý, entropi đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn độn phân tử hệ cần xét Mức độ hỗn độn hệ cao entropi hệ có giá trị lớn Đối với trình thay đổi trạng thái vật lý chất nhiệt độ khơng thay đổi áp suất khơng thay đổi biến thiên entropi trình là: ΔVS = (4) * Đối với phản ứng hoá học, biến thiên entropi là: S =  S (sản phẩm) -  S (chất phản ứng) (5) Chú ý: Entropi tiêu chuẩn đơn chất bền điều kiện tiêu chuẩn không Nội dung nguyên lý II nhiệt động học “Trong trình tự diễn biến nào, tổng biến thiên entropi hệ môi trường xung quanh phải tăng” Năng lượng tự Gibbs Các q trình hố, lý thường xảy hệ kín, tức có trao đổi nhiệt cơng với mơi trường xung quanh, đó, dùng biến thiên entropi để đánh giá chiều hướng trình phức tạp phải quan tâm đến mơi trường xung quanh Vì vậy, người ta kết hợp hiệu ứng lượng hiệu ứng entropi hệ để tìm điều kiện xác định chiều diễn biến trình tự phát Năm 1875, nhà vật lý người Mỹ đưa đại lượng lượng tự Gibbs định nghĩa: G = H – TS Đối với trình đẳng nhiệt, đẳng áp thì: ΔVG = H –T.ΔVS (6) Trong hệ thức này, ΔVG, ΔVH ΔVS liên quan đến hệ cần xét ΔVG gọi biến thiên đẳng nhiệt, đẳng áp (thường nói gọn biến thiên đẳng áp entanpi tự lượng tự Gibbs) tiêu chuẩn để đánh giá q trình có xảy hay khơng? Nếu ΔVG < q trình tự xảy Nếu ΔVG = hệ trạng thái cân (Trang 5) Nếu ΔVG > q trình khơng xảy (nhưng q trình ngược lại tự xảy ra) Biến thiên đẳng áp phản ứng hoá học a Thế đẳng áp hình thành tiêu chuẩn chất (ΔVGo) Thế đẳng áp hình thành tiêu chuẩn chất biến thiên đẳng áp trình hình thành mol chất từ đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn Chú ý: ΔVGo đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn khơng (ΔVGo chất có tài liệu tra cứu) b Biến thiên đẳng áp phản ứng hoá học ΔVG = ⅀ΔVG (sản phẩm) - ⅀ΔVG(chất phản ứng) (7) ΔVG = H – T ΔVS (8) IV Hiệu ứng nhiệt phản ứng Khái niệm: Hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học lượng nhiệt toả hay hấp thụ phản ứng Một vài tên gọi hiệu ứng nhiệt: a Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt), nhiệt phân huỷ: Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ΔVHo chất hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn Chú ý: Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ΔVH o đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn không Nhiệt phân huỷ chất hiệu ứng nhiệt phản ứng phân huỷ mol chất thành đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn Như vậy, nhiệt tạo thành nhiệt phân huỷ chất có giá trị trái dấu b Nhiệt cháy (thiêu nhiệt) chất: Là hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất O để tạo thành sản phẩm dạng bền vững điều kiện tiêu chuẩn Nhiệt hoà tan chất: hiệu ứng nhiệt q trình hồ tan mol chất (Trang 6) Định luật Hess “Hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học phụ thuộc vào trạng thái đầu chất phản ứng trạng thái cuối sản phẩm phản ứng, không phụ thuộc vào giai đoạn trung gian, nghĩa không phụ thuộc vào đường từ trạng thái đầu tới trạng thái cuối” Phương pháp xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng a Phương pháp thực nghiệm: Phản ứng thực bom nhiệt lượng kế Nhiệt lượng giải phóng (phương pháp thường dùng cho phản ứng toả nhiệt) nước hấp thụ làm tăng nhiệt độ nhiệt lượng kế từ T đến T2 Ta xác định nhiệt lượng toả Q sau: Q = C (T2 – T1) (9) (C: nhiệt dung nhiệt lượng kế (J/K)) Từ đó, xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng b Phương pháp xác định gián tiếp Trong phần đặc biệt lưu ý cho học sinh nhận dạng toán vận dụng cách giải cụ thể dạng Dựa vào định luật Hess, ta xác định gián tiếp hiệu ứng nhiệt trình cho cách sau: (1) Dựa vào nhiệt sinh chuẩn phản ứng Nhiệt phản ứng tổng nhịêt sinh chất sản phẩm trừ tổng nhiệt sinh chất tham gia S  pu   SSP    tg Nhiệt sinh chất nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất dạng bền vững áp suất định (2) Cộng đại số trình (3) Dựa vào sinh nhiệt chất: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng sinh nhiệt chất sản phẩm trừ tổng sinh nhiệt chất tham gia (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng) S  pu   SSP    tg (Trang 7) Nhiệt sinh chất nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất dạng bền vững áp suất định Chú ý: Đối với phản ứng tổng quát: a A + b B - > c C + d D nhiệt phản ứng  H tổng nhiệt taọ thành (nhiệt sinh) sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành chất tham gia Trong nhiêt tạo thành đơn chất =  H = {(c  HC + d  HD) – ( a  HA + b  HB)} Không nhầm lẫn nhiệt tạo thành lượng phá liên kết phân tử đơn chất VD: Nhiệt tạo thành H = Nhưng lượng liên kết phân tử H2 436 KJ/mol (4) Dựa vào thiêu nhiệt chất: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng thiêu nhiệt chất tham gia trừ tổng thiêu nhiệt chất sản phẩm (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng) Ch  pu   Tg    Ch Sp Nhiệt cháy chất nhiệt phản ứng cháy mol chất với oxi để tạo thành oxit cao điều kiện nhiệt độ áp suất định (5) Dựa vào lượng phân ly liên kết Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng phân ly liên kết tất liên kết chất tham gia trừ tổng lượng phân ly liên kết tất liên kết chất sản phẩm (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng)  Hpu = Elk , Tham gia  Elk , sp Xét phản ứng : a A + b B - > c C + d D nhiệt phản ứng  H tính tổng lượng phá liên kết chất tham gia trừ cho tổng lượng phá liên kết chất sản phẩm  H = {(a  HA + b  HB) – ( c  HC + d  HD)} Trong giá trị  Hi lượng phá liên kết phân tử tương ứng V Cân hoá học Hằng số cân Xét phản ứng thuận nghịch: aA + bB  cC + dD Người ta thiết lập biến thiên đẳng nhiệt, đẳng áp phản ứng là: (Trang 8) aCc aDd G G  RT ln a b a A aB (10) đó: G : Biến thiên dẳng nhiệt, đẳng áp phản ứng Nếu i chất khí = Pi (là áp suất chất i) Nếu i chất tan dung dịch = Ci (là nồng độ chất i) Nếu i dung mơi chất rắn = Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân ΔVG = 0, đó: G  RT ln aCc aDd a Aa aBb (11) Đối với phản ứng định, nhiệt độ xác định, ΔVG o số nên từ (11) suy đại lượng sau dấu ln số, đại lượng gọi số cân nhiệt động, ký hiệu Ka Ka = aCc aDd a Aa aBb (12) aCc aDd Đặt Q = a b a A aB (13) (Q gọi hàm hoạt độ hay thương số phản ứng) Từ (10) đến (13) suy ra: ΔVG = RTln Q Ka (14) Do đó: Nếu Q < Ka, phản ứng xảy theo chiều thuận Nếu Q > Ka, phản ứng xảy theo chiều nghịch Nếu Q = Ka, phản ứng trạng thái cân Các biểu thức tính số cân a Hằng số cân theo áp suất (Kp) Xét phản ứng thuận nghịch xảy pha khí: aA(k) + bB(k)  cC(k) + dD(k) PCc PDd KP = a b PA PB (15) (Trong Pi áp suất riêng phần chất i trạng thái cân tình theo atm) (Trang 9) ... thống tập phương pháp giải nhanh tốn hóa học: Bài tốn nhiệt hóa học cân hóa học Trong sáng kiến kinh nghiệm muốn đưa phần kiến thức số tập phù hợp với số kỳ thi, kiến thức phổ thơng chương trình... điện hóa chương trình lớp 12, lĩnh vực kiến thức quan trọng mơn Hóa học Vậy để học sinh có kiến thức, kỹ tiếp cận lĩnh vực mới, tự học, tự sáng tạo học sinh giáo viên phải cung cấp cho học sinh kiến. .. kiến kinh nghiệm muốn đưa hệ thống lý thuyết số dạng tập ? ?Bài tốn nhiệt hóa học cân hóa học? ?? thuộc chương trình ơn thi học sinh giỏi kiến thức chương trình phổ thơng tới II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ