Sáng kiến Một số kinh nghiệm trong giải bài tập định lượng hóa học 9

Trong số các môn khoa học tự nhiên mà học sinh đợc học trong chơng trình Trung học cơ sở thì Hoá học là môn khoa học mà học sinh đợc tiếp cận muộn nhất.. Là một môn khoa học thực nghiêm,

Phần A: Đặt vấn đề.

I Lời mở đầu

Hiện nay, giáo dục là 1 trong những lĩnh vực đợc Đảng và nhà nớc ta quan tâm hàng đầu Trong những năm gần đây, nền giáo dục Việt Nam đang có những chuyển biến tích cực, dám là bộ phận tiên phong nhìn nhận đúng thực trạng của ngành, có những biện pháp chống tiêu cực và nâng cao chất lợng Dạy - Học Cụ thể,

Bộ giáo dục thờng xuyên có những chơng trình nh: Xây dựng trờng học thân thiện, học sinh tích cực, nhằm giúp học sinh hứng thú với các môn học, tăng khả năng t duy sáng tạo của học sinh

Trong số các môn khoa học tự nhiên mà học sinh đợc học trong chơng trình Trung học cơ sở thì Hoá học là môn khoa học mà học sinh đợc tiếp cận muộn nhất Tới năm lớp 8, học sinh mới bắt đầu làm quen với Hoá học

Là một môn khoa học thực nghiêm, có nhiều ứng dụng trong thực tiễn đời sống

và sản xuất, nhng thời gian học ngắn (2 năm), mà lợng kiến thức tơng đối nhiều nên Hoá học là một trong những môn học đợc học sinh coi là khó nhất Với tâm lí học hoá học khó nên nhiều học sinh ngại học, đặc biệt là các bài tập định lợng Hoá học Học sinh không biết cách xác định toán hoá, vì thế chất lợng môn học thờng không cao

Trong cấu trúc của tất cả các loại đề thi, bài tập định lợng luôn chiếm phần không nhỏ Tuy nhiên đây cũng là phần mà học sinh gặp nhiều khó khăn nhất trong việc định dạng và xác định cách giải, điều này có ảnh hởng khá lớn đến chất lợng

đại trà Vì vậy, tôi đã tổng hợp nhiều bài tập định lợng cơ bản trong chơng trình Sách giáo khoa Hoá học lớp 9 thành những dạng cơ bản kèm theo cách giải, giúp học sinh có thể nhận biết một cách dễ dàng để làm bài tập Theo tôi các bài tập định lợng trong chơng trình Hoá học lớp 9 có thể chia thành các dạng cơ bản nh sau: Dạng 1: Bài tập tính thành phần phần trăm các chất có trong hỗn hợp,

Dạng 2: Bài tập xác định chất d sau phản ứng

Dạng 3: Các bài toán về sự tăng (giảm) khối lợng kim loại sau phản ứng

Dạng 4: Bài tập xác định loại muối tạo thành khi cho oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm

Dạng 5: Bài tập xác định công thức hoá học của chất

ở đây tôi chỉ xin trình bầy cụ thể hoá 3 dạng bài tập đầu ( dạng 1, 2, 3) Dạng bài tập 4, 5, tôi sẽ trình bày cụ thể trong các đề tài sau

II Thực trạng của vấn đề nghiên cứu.

1 Thuân lợi:

Thiệu Nguyên là một xã có truyền thống hiếu học, các bậc phụ huynh rất quan tâm đến việc dạy học của giáo viên và học sinh Trong những năm qua, đợc ban giám hiệu phân công trực tiếp giảng dạy môn Hoá học lớp 9 nên có nhiều thuận lợi cho tôi thực hiên đề tài: “Phơng pháp giải một số dạng bài tập định lợng trong

ch-ơng trình Hoá học lớp 9” theo hình thức đổi mới phch-ơng pháp dạy học

2 Khó khăn:

Mặc dù có những thuận lợi trên, song tôi cũng gặp không ít những khó khăn nh:

Đồ dùng dạy học còn ít, không có đủ đồ thí nghiệm cho tất cả các nhóm, lớp Cha

có phòng thực hành Vì vậy, việc học tập thực nghiệm của học sinh cha đồng đều, khả năng tổng hợp kiến thức của học sinh cha cao

Trong bộ môn Hoá học, việc giải quyết các bài tập định lợng của học sinh vẫn gặp khá nhiều khó khăn, vớng mắc nên kết quả và chất lợng đại trà cha cao

Cụ thể khảo sát về chất lợng làm bài các dạng này khi cha áp dụng đề tài:

“Ph-ơng pháp giải một số dạng bài tập định lợng trong ch“Ph-ơng trình Hoá học lớp 9” vào giảng dạy nh sau:

(Khảo sát trên 3 lớp, 100 học sinh đại trà)

Giải đúng và khoa

học

Giải đúng nhng không

khoa học

Không giải đợc

Dạng

1 Dạng 2 Dạng 3 Dạng 1 Dạng 2 Dạng 3 Dạng 1 Dạng 2 Dạng 3

Một số nguyên nhân dẫn đến thực trạng đó là:

- Khả năng t duy logic của học sinh cha cao

- Tính ỉ lại lớn

- Kiến thức cơ bản nắm cha vững

- Kĩ năng giải bài tập định lợng cuả học sinh đại trà cha cao

Từ thực trạng trên, để công việc giảng dạy đạt hiệu quả tốt hơn, tôi mạnh dạn cải tiến nội dung và phơng pháp dạy học để có thể nâng cao chất lợng học tập của học sinh

Phần B: Giải quyết vấn đề

I Các giải pháp thực hiện.

Để hình thành kĩ năng cho học sinh, cần một thời gian tơng đối dài Với học sinh

đại trà, cần tiến hành theo kiểu “ma dầm thấm lâu” Kết hợp giữa việc dạy lí thuyết trên lớp với các bài tập giải mẫu và giao thêm bài tập về nhà những bài tập tơng tự hoặc với mức độ cao hơn cho học sinh làm bài tập, hình thành kĩ năng Đối với mỗi dạng bài, tôi đều tiến hành theo 3 bớc:

- Bớc 1: Cho học sinh tiến hành phân tích đề, nêu những giả thiết, yêu cầu của bài tập

- Bớc 2: Giải mẫu những bài cơ bản cho học sinh nắm đợc trình tự các bớc để làm bài tập

- Bớc 3: Ra thêm các bài tập tơng tự hoặc với mức độ cao hơn để học sinh làm ở nhà (có thể thu vở của vài học sinh để chấm lấy điểm, tạo hng phấn cho học sinh luyện tâp, hình thành kĩ năng)

II Các biện pháp thực hiện

1 Dạng 1: Bài tập tính thành phần phần trăm khối l ợng các chất có trong hỗn hợp.

1.1 Nhận dạng bài tập:

- Giả thiết:

Cho khối lợng hỗn hợp 2 hay nhiều chất

- Yêu cầu:

Tìm khối lợng hoặc thành phần phần trăm mỗi chất trong hỗn hợp đầu

1.2 Cách giải:

- Viết phơng trình hoá học của phản ứng

- Gọi x, y, là số mol từng chất tơng ứng trong hỗn hợp

- Lập phơng trình khối lợng dựa vào x, y,

- Dựa vào phơng trình hoá học và dữ kiện bài toán để lập thêm 1 phơng trình nữa theo x, y,

- Kết hợp 2 phơng trình thành hệ, giải hệ phơng trình tìm giá trị của x, y,

- Tính khối lợng hoặc thành phần phần trăm khối lợng của các chất theo yêu cầu của đề bài

1.3 Các ví dụ cụ thể

Ví dụ 1:

Hoà tan hoàn toàn 5,2 gam hỗn hợp gồm Mg và Fe bằng dung dịch HCl 1M thì thu đợc 3,36l khí H2 (đktc)

a) Tính thành phần phần trăm khối lợng mỗi kim loại trong hỗn hợp

b) Tính thể tích dung dịch HCl đã dùng

* H ớng dẫn phân tích đề:

- Giả thiết:

m(Mg,Fe) = 5,2g

VH2= 3,36l (đktc)

- Yêu cầu:

+ %m mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu?

+ VHCl = ?

* Giải:

- Ta có các phơng trình hóa học:

Mg + 2HCl MgCl2 + H2 (1)

Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (2)

- Gọi x, y lần lợt là số mol của Mg và Fe trong hỗn hợp

=> Ta có phơng trình khối lợng:

24x + 56y = 5,2 (*)

- Số mol H2 thu đợc là:

n =

4

,

22

V

=

4 , 22

36 , 3 = 0,15 (mol)

- Theo PTHH (1): nH2= nMg= x (mol)

- Theo PTHH (2): nH2= nFe= y (mol)

=> Ta có phơng trình số mol:

x + y = 0,15 (**)

- Kết hợp (*) và (**) ta có hệ phơng trình:

24x + 56y = 5,2

x + y = 0,15

x = 0,1

=> y = 0,05

- Khối lợng các chất có trong hỗn hợp đầu là:

mMg= 24x = 24 0,1 = 2,4(g)

mFe= 56y = 56 0,05 = 2,8(g)

- Thành phần phần trăm mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu là:

%mMg =

2 , 5

4 , 2 100% = 46,15%

%mFe =

2 , 5

8 , 2

100% = 53,85%

b) Theo PTHH(1) ta có: nHCl = 2nMg = 2 0,1 = 0,2 (mol)

Theo PTHH(2) ta có: nHCl = 2nFe = 2 0,05 = 0,1 (mol)

=> Tổng số mol HCl đã dùng là: 0,2 + 0,1 = 0,3 (mol)

- Thể tích dung dịch HCl đã dùng là:

V =

M

C

n

= 1

3 , 0 = 0,3(l)

Ví dụ 2

Cho 5,44g hỗn hợp gồm CaCO3 và MgCO3 tác dụng với dung dịch H2SO4 d thì thu đợc 7,6g hỗn hợp 2 muối khan

a) Tính khối lợng mỗi muối có trong hỗn hợp đầu

b) Tính khối lợng mỗi muối sau phản ứng

* H ớng dẫn phân tích đề

- Giả thiết:

mhh( CaCO3, MgCO )3 = 5,44g

mhh muối sau ph ả n ứng= 7,6g

- Yêu cầu:

+ Khối lợng mỗi muối trong hỗn hợp đầu

+ Khối lợng mỗi muối trong hỗn hợp sau phản ứng

* Giải

a) Ta có các phơng trình hoá học:

CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O (1)

MgCO3 + H2SO4 MgSO4 + CO2 + H2O (2)

- Gọi x, y lần lợt là số mol của CaCO3 và MgCO3 có trong hỗn hợp đầu

=> Ta có phơng trình khối lợng:

100x + 84y = 5,44 (*)

- Theo PTHH(1) ta có:

nCaSO4 = nCaCO3 = x (mol) => mCaSO4 = 136x (g)

- Theo PTHH (2) ta có:

nMgSO4 = nMgCO3 = y (mol) => mMgSO4 = 120y (g)

Theo giả thiết, khối lợng muối khan thu đợc là 7,6g

=> Ta có phơng trình:

136x + 120y = 7,6 (**)

- Kết hợp (*) và (**) ta có hệ phơng trình:

100x + 84y = 5,44 x = 0,025

136x + 120y = 7,6 y = 0,035

- Khối lợng mỗi muối trong hỗn hợp đầu là:

mCaCO3 = 100x = 100 0,025 = 2,5 g

mMgCO3= 84y = 84 0,035 = 2,94 g

b) Khối lợng mỗi muối sau phản ứng là:

mCaSO4 = 136x = 136 0,025 = 3,4 g

mMgSO4 = 120y = 120 0,035 = 4,2 g

Ví dụ 3:

Cho 22,1g hỗn hợp A gồm 3 kim loại: Mg, Fe, Zn tác dụng với dung dịch H2SO4

d thì thu đợc 12,32l khí H2 (đktc) và dung dịch B

a) Tính thành phần phần trăm khối lợng mỗi kim loại trong A Biết thể tích H2 do

Mg tạo ra gấp đôi thể tích H2 do Fe tạo ra

b) Đem cô cạn dung dịch B thì thu đợc bao nhiêu gam muối khan?

* H ớng dẫn phân tích đề

- Giả thiết:

+ mA ( Mg , Zn , Fe ) = 22,1g

+ VH2 = 12,32l (đktc)

+ VH2 ( Mg ) = 2VH2 ( Fe )

- Yêu cầu:

a) Khối lợng mỗi kim loại trong A?

b) Khối lợng muối khan thu đợc?

* Giải

a) Ta có phơng trình hoá học:

Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 (1)

Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 (2)

Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 (3)

- Gọi x, y, z lần lợt là số mol của Mg, Zn, Fe có trong A

=> Ta có phơng trình khối lợng:

24x + 65y + 56z = 22,1 (*)

- Theo PTHH (1) ta có: nH2= nMg= x (mol)

Theo PTHH (2) ta có: nH2 = nZn= y (mol)

Theo PTHH (3) ta có: nH2 = nFe= z (mol)

- Theo giả thiết, tổng số mol H2 thu đợc là:

n =

4

,

22

V

=

4 , 22

32 , 12 = 0,55 (mol) => Ta có phơng trình: x + y + z = 0,55 (**)

Mặt khác, vì VH2 ( Mg ) = 2VH2 ( Fe )

=> Ta có phơng trình:

x = 2z (***)

- Kết hợp (*), (**), (***) ta có hệ phơng trình:

24x + 65y + 56z = 22,1 x = 0,3

x + y + z = 0,55 y = 0,1

x = 2z z = 0,15

- Khối lợng mỗi kim loại trong A là:

mMg = 24x = 24 0,3 = 7,2 (g)

mZn = 65y = 65 0,1 = 6,5 (g)

mFe = 56z = 56 0,15 = 8,4 (g)

b) Khối lợng mỗi muối thu đợc sau phản ứng là:

Theo PTHH (1):

nMgSO4 = nMg= x = 0,3 mol

=> mMgSO4 = 0,3.120 = 36 (g)

- Theo PTHH(2):

nZnSO4= nZn = y = 0,1 (mol)

=> mZnSO4= 0,1 161 = 16,1 (g)

- Theo PTHH (3):

nFeSO4 = nFe = z = 0,15 (mol)

=> mFeSO4 = 0,15 152 = 22,8(g)

2 Dạng 2: Bài tập xác định chất d sau phản ứng:

2.1 Nhận dạng

- Giả thiết: Cho biết số liệu về cả 2 chất tham gia phản ứng

- Yêu cầu: Xác định khối lợng của các chất thu đợc sau phản ứng

2.2 Cách giải:

- Viết phơng trình hoá học của phản ứng

- Muốn tìm chất d trong số 2 chất tham gia phản ứng, ta lập tỉ số:

Số mol (khối lợng) mỗi chất tham gia phản ứng theo đề

Số mol (khối lợng) mỗi chất tham gia phản ứng tơng ứng theo phơng trình

Chất nào có tỉ số lớn hơn sẽ d sau phản ứng Sản phảm tính theo chất hết

(Lu ý, không lập theo tỉ số ngợc lại)

2.3 Các ví dụ cụ thể

Ví dụ 1:

Cho 2,8g Fe vào 1,5l dung dịch HCl 2M Sau phản ứng, thu đợc dung dịch B và khí C

a) Tính nồng độ CM của các chất trong B (Giả sử thể tich dung dịch thay đổi không đáng kể)

b) Thể tích khí C thu đợc là bao nhiêu?

* H ớng dẫn phân tích đề

- Giả thiết:

+ mFe = 2,8g

+ VHCl = 1,5l

+ CM HCl = 2M

- Kết luận:

+ CM các chất trong B = ?

+ VC = ?

* Giải

a) - Theo bài ra ta có:

nFe =

M

m

=

56

8 , 2 = 0,5 (mol)

nHCl = CM V = 2.1,5 = 3 (mol)

- Ta có phơng trình hoá học:

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

Theo PTHH 1(mol) 2(mol)

Theo đề 0,5(mol) 3(mol)

=> ta có tỉ lệ:

1

5 , 0 <

2

3 => Sau phản ứng, HCl d, Fe hết Các chất tính theo Fe

- Theo PTHH: nHCl tham gia phẩn ứng = 2nFe = 2 0,5 = 1(mol)

=> nHCl d = 3 – 1 = 2 (mol)

- Theo PTHH: nFeCl2= nFe = 0,5 (mol)

- Vậy sau phản ứng, dung dịch B gồm:

+ HCl d: 2mol

+ FeCl2 sản phẩm: 0,5 mol

- Vì thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể nên nồng độ mol/l của các chất trong dung dịch B là:

CM HCl(d) =

V

n = 5 , 1 2 = 1,33M

CMFeCl2(d) =

V

n = 5 , 1

5 , 0 = 0,33M b) Theo PTHH: C là hiđrô

nH2= nFe = 0,5 (mol)

- Thể tích H2 thu đợc là:

V= n 22,4 = 0,5.22,4 = 11,2(l)

Ví dụ 2

Hoà tan 8,96l khí HCl (đktc) vào 185,4g nớc thu đợc dung dich M Lấy 50g dung dịch M cho tác dụng với 85g dung dịch AgNO3 16% thì thu đợc dung dịch N

và 1 chất kết tủa

a) Tính nồng độ C% của dung dịch M

b) Tính khối lợng kết tủa

c) Nồng độ C% của các chất trong dung dịch N là bao nhiêu?

* H ớng dẫn phân tích đề:

- Giả thiết

+ 8,96l HCl + 185,4g H2O > ddM

+ 50g ddM + 85g ddAgNO3 16% > ddN + kết tủa

- Yêu cầu:

+ C% ddM = ?

+ mkết tủa = ?

+ C% các chất trong ddN = ?

* Giải

a)

- Số mol HCl : n =

4 , 22

V =

4 , 22

96 , 8 = 0,4 (mol)

- Khối lợng HCl: m = n M = 0,4 36,5 = 14,6(g)

- Khối lợng dung dịch M: mdd = mHCl + mH2O = 14,6 + 185,4 = 200(g)

- Nồng độ % của dung dịch M là:

C% =

dd

ct

m

m

.100% =

200

6 , 14 100% = 7,3%

b) Số mol HCl có trong 50g dung dịch M là:

nHCl =

HCl

dd

M

% C m

=

5 , 36

% 3 , 7 50

= 0,1 (mol)

- Số mol AgNO3 là:

nAgNO3=

3 AgNO

dd

M

% C m

= 170

% 16 85

= 0,08 (mol)

- Ta có phơng trình hoá học:

HCl + AgNO3 AgCl + HNO3

Theo PTHH: 1(mol) 1(mol)

Theo giả thiết: 0,1(mol) 0,08(mol)

=> Ta có tỉ lệ:

1

1 , 0 >

1

08 , 0

=> Sau phản ứng, HCl d, AgNO3 hết Sản phẩm tính theo AgNO3

- Theo PTHH:

nAgCl = nAgNO3= 0,08 (mol)

=> Khối lợng kết tủa là:

mAgCl= n M = 0,08 143,5 = 11,48 (g)

c)

- Theo PTHH:

+ nHCl tham gia phản ứng = nAgNO3 = 0,08 (mol)

=> Số mol HCl d là: 0,1 - 0,08 = 0,02 (mol)

+ nHNO3= nAgNO3= 0,08 (mol)

- Vậy dung dịch N gồm:

+ HCl d: 0,02 mol

+ HNO3 sản phẩm: 0,08 mol

- Khối lợng các chất có trong dung dịch N là:

+ mHCl = n M = 0,02 36,5 = 0,73 (g)

+ mHNO3= n M = 0,08 63 = 5,04 (g)

- Khối lợng dung dich N là:

Theo Định luật bảo toàn khối lợng ta có:

mddN = mddHCl + mddAgNO3 - mAgCl

= 50 + 85 - 11,48

= 123,52 (g)

- Nồng độ % của các chất có trong dung dịch N là:

+ C%dd HCl =

dd

ct

m

m 100% =

52 , 123

73 , 0 100% = 0,6%

+C%ddHNO3=

dd

ct

m

m 100% =

52 , 123

04 , 5 100% = 4,08%

Ví dụ 3:

Hoà tan 21,5gam hỗn hợp gồm BaCl2 và CaCl2 vào 178,5 ml nớc để đợc dung dịch A Thêm vào dung dịch A 1775ml dung dịch Na2CO3 1M thấy tách ra 19,85gam kết tủa và còn nhận đợc 400ml dung dịch B

Tính nồng độ mol/l của các chất có trong dung dịch B

* H

ớng dẫn phân tích đề

- Giả thiết:

+ 21,5g(BaCl2 và CaCl2 ) + 178,5ml H2O > ddA

+ ddA + 175ml dd Na2CO3 1M > 19,85g kết tủa + 400ml ddB

- Yêu cầu:

CM các chất có trong ddB = ?

* Giải

Vì Ba và Ca đều hoá trị II => ta có thể gọi công thức hoá học chung của 2 muối BaCl2 và CaCl2 là MCl2

Khối lợng kết tủa thu đợc là hỗn hợp 2 muối BaCO3 và CaCO3 (Công thức chung

là MCO3 )

- Độ giảm khối lợng muối từ 21,5g hỗn hợp còn 19,85g kết tủa là do thay thế muối clorua ( MCl2) bằng muối cacbonat (MCO3)

=> Số mol muối tham gia phản ứng là:

21,5 -19,85

(M+71) - (M+60)

=

11

65

,

1

= 0,15 (mol)

- Số mol Na2CO3 là:

n = CM V = 1

1000

175 = 0,175 (mol)

Ta có phơng trình hoá học:

MCl2 + Na2CO3 MCO3 + 2NaCl

Theo PHHH: 1(mol) 1(mol)

Theo đề: 0,15(mol) 0,175(mol)

=> Ta có tỉ lệ:

1

15 , 0 <

1

175 , 0

=> Sau phản ứng, 2 muối hết, Na2CO3 d Sản phẩm tính theo 2 muối

Gọi số mol BaCl2 và CaCl2 có trong hỗn hợp đầu lần lợt là x và y

=> Ta có phơng trình khối lợng:

208x + 111y = 21,5 (*)

- Ta có phơng trình hoá học:

BaCl2 + Na2CO3 BaCO3 + 2NaCl (1)

CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl (2)

Theo PTHH(1)

=> nBaCO3 = nBaCl2 = x (mol)

=> mBaCO3= 197x (g)

Theo PTHH(2):

nCaCO3 = nCaCl2 = y (mol)

=> mCaCO3 = 100y (g)

Khối lợng kết tủa thu đợc là:

197x + 100y = 19,85 (**)

Kết hợp (*) và (**) ta có hệ phơng trình:

208x + 111y = 21,5 x = 0,05

197x + 100y = 19,85 y = 0,1

- Theo PTHH (1) và (2) ta có: