SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH 1 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC TẬP CỦA HỌC SINH THÔNG QUA KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC.. Môn hoá học
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH 1
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC TẬP CỦA HỌC SINH THÔNG QUA KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP NĂNG LƯỢNG
HÓA HỌC.
Người thực hiện: Trịnh Thị Hiền Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Hóa Học
THANH HOÁ NĂM 2024
Trang 31.MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài.
Hoá học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông Môn hoá học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực , giáo viên bộ môn hoá học cần hình thành ở các em một kỹ năng cơ bản, phổ thông và thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng cho việc giáo dục, phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động Qua đó giáo dục học sinh
những đức tính cần thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác Yêu chân lí khoa học, có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình, xã hội có thể hoà hợp với môi trường thiên nhiên, chuẩn bị cho học sinh hành trang đi vào cuộc sống
Vì vậy, trong dạy hóa học, sẽ hấp dẫn và thiết thực hơn khi giáo viên biết khai thác các nội dung hóa học để xây dựng các bài tập theo hướng không chỉ liên hệ thực tế với cuộc sống mà còn rèn luyện năng lực học tập, kĩ năng giải bài tập định lượng Đây cũng là một yêu cầu quan trọng trong việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy hóa học nhằm tăng tính thực tiễn của môn học.Trên tinh thần đó tôi mạnh
dạn viết Sáng kiến kinh nghiệm :" Phát triển năng lực học tập của học sinh thông qua kĩ năng giải bài tập năng lượng hóa học" Với hy vọng đề tài này sẽ
giúp các em tự tin làm bài khi gặp các bài tập về năng lượng là phần kiến thức mới
ít tài liệu tham khảo Qua đó lôi cuốn học sinh khi học và học sinh chủ động nghiêncứu lĩnh hội tri thức và cung cấp thêm nguồn tư liệu tham khảo phục vụ tốt cho công tác giảng dạy của các bạn đồng nghiệp
1 2 Mục đích nghiên cứu.
Trang 4
Môn hóa học trong trường trung học phổ thông giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển trí dục của học sinh Mục đích của môn học là giúp cho học sinh hiểu đúng đắn và hoàn chỉnh, nâng cao cho học sinh những tri thức, hiểu biết về thế giới, con người thông qua các bài học, các bài thực hành của hóa học Phần năng lượng hóa học là một phần mới trong chương trình hóa học phổ thông năm 2018 Kiến thức mới nên học sinh khó tiếp cận mà nguồn tài liệu lại rất ít do
đó trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi đã đề cập đến một khía cạnh :" Phát triển năng lực học tập của học sinh thông qua kĩ năng giải bài tập năng lượng hóa học " Với mục đích hệ thống hóa lại các dạng bài tập thực tế về năng lượng giúp
học sinh phân loại và có hướng giải cụ thể, làm sao cho học sinh học hóa học dễ hiểu, thiết thực, gần gũi với đời sống và lôi cuốn học sinh khi học, để hóa học không còn mang tính đặc thù khó hiểu
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Nghiên cứu xây dựng hệ thống các bài tập hóa học về năng lượng có ứng dụng thực tiển giúp các em có tài liệu học tập và ôn thi học sinh giỏi, thi đánh giá năng lực, ôn thi tốt nghiệp THPT
- Đề tài này giúp học sinh phát huy được tính tích cực sáng tạo trong học tập và rènluyện được kĩ năng phân loại và làm các bài tập liên quan đến năng lượng thực tế đời sống
-Vận dụng kiến thức về năng lượng để giải quyết các bài toán thực tế
- Rèn luyện kĩ năng tính toán các bài toán thực tế mà trước đây các em chưa bao giờ gặp trong sách vở mà chỉ nghe mơ màng ngoài đời sống
Áp dụng cho học sinh lớp 10 ,11,12 và học sinh đang ôn thi học sinh giỏi và tốt nghiệp THPT Đề tài này có các dạng bài tập khác nhau từ dễ đến khó nên đối với mỗi học sinh đều có các dạng phù hợp để giúp các em làm tốt các dạng bài tập này
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Trang 5
- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết và bài tập dựa trên nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu tham khảo.
- Trao đổi kinh nghiệm học hỏi đồng nghiệp
- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Trang 6
Kiến thức về năng lượng hóa học là kiến thức mới đưa vào chương trình lớp
10 nhưng được vận dụng và làm các bài tập liên quan đến cả ba khối lớp 10,11,12 Mặt khác tài liệu tham khảo rất ít , gây khó khăn cho học sinh và giáo viên khi gặp phải
2.3 Giải pháp và cách thực hiện.
Trong SKKN này tôi đã xây dựng hệ thống gồm các câu hỏi, bài tập ,bài tập TNKQ
và cách giải từng bài tập thuộc phần năng lượng Hóa học liên quan đến kiến thức chương trình phổ thông cả 3 khối lớp 10, 11, 12
2.3.1 Bài toán đốt cháy khí ga.
Câu 1: Khí gas chứa chủ yếu các thành phần chính: Propane (C3H8), butane(C4H10)
và một số thành phần khác Để tạo mùi cho gas nhà sản xuất đã pha trộn thêm chất tạo mùi đặc trưng như methanthiol (CH3SH), có mùi giống tỏi, hành tây Trong thành phần khí gas, tỉ lệ hòa trộn phổ biến của propane: butane theo thứ tự là 30: 70đến 50: 50
a) Mục đích việc pha trộn thêm chất tạo mùi đặc trưng vào khí gas là gì?
b) Cho các phương trình nhiệt hóa học sau:
C3H8(s) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(l) = –2220 kJ
C4H10(s) + 13/2O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(l) = –2874 kJ
Tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 bình gas 12 kg với tỉ lệ thể tích propane: butane là 30: 70 (thành phần khác không đáng kể) ở điều kiện chuẩn.c) Giả sử một hộ gia đình cần 6000 kJ nhiệt mỗi ngày, sau bao nhiêu ngày sẽ sử dụng hết 1 bình gas (với hiệu suất hấp thụ nhiệt khoảng 60%)
Hướng dẫn:
a) Mục đích pha trộn thêm chất tạo mùi đặc trưng vào khí gas để giúp phát hiện khígas khi xảy ra sự cố rò rỉ gas
Trang 7
b)
Tổng nhiệt lượng tỏa ra là: 597870,595 kJ
c) Số ngày sử dụng hết bình gas 12 kg: (597870,595.60%)/6000 ≈ 60 ngày
Câu 2: Bình “ga” loại 12 cân sử dụng trong hộ gia đình Y có chứa 12 kg khí hóa
lỏng (LPG) gồm propan và butan với tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3 Khi được đốtcháy hoàn toàn, 1 mol propan tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butan tỏa ralượng nhiệt là 2850 kJ Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí “ga” của hộ giađình Y là 7.000 kJ/ngày và hiệu suất sử dụng nhiệt là 70,6% Sau bao nhiêu ngày
Câu 3: Bình “ga” loại 12 cân sử dụng trong hộ gia đình Y có chứa 12 kg khí hóa
lỏng (LPG) gồm propan và butan với tỉ lệ mol tương ứng là 2: 3 Khi được đốt cháyhoàn toàn, 1 mol propan tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butan tỏa ra lượngnhiệt là 2850 kJ Sau 70 ngày hộ gia đình Y sử dụng hết bình ga trên, Trung bình,lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí “ga” của hộ gia đình Y là a kJ/ngày và hiệu suất sửdụng nhiệt là 82,36% Giá trị của a là
Trang 8Câu 4: Bình “ga” loại 12 cân sử dụng trong hộ gia đình Y có chứa 12 kg khí hóa
lỏng (LPG) gồm propan và butan với tỉ lệ mol tương ứng là x : y Khi được đốtcháy hoàn toàn, 1 mol propan tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butan tỏa ralượng nhiệt là 2850 kJ Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí “ga” của hộ giađình Y là 8.000 kJ/ngày và hiệu suất sử dụng nhiệt là 80,62% Sau 60 ngày thì hộgia đình Y sử dụng hết bình ga trên Tỉ lệ của x : y là
Câu 5: Bình “ga” loại 12 cân sử dụng trong hộ gia đình Y có chứa 12 kg khí hóa
lỏng (LPG) gồm propan và butan với tỉ lệ mol tương ứng là x : y Khi được đốtcháy hoàn toàn, 1 mol propan tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butan tỏa ralượng nhiệt là 2850 kJ Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí “ga” của hộ giađình Y là 9.000 kJ/ngày và hiệu suất sử dụng nhiệt là 75,757% Sau 50 ngày thì hộgia đình Y sử dụng hết bình ga trên Tỉ lệ của x : y là
Câu 6: Một bình gas (khí hóa lỏng) chứa hỗn hợp propane và butane với tỉ lệ số
mol 1:2 Xác định nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 12 kg khí gas trên điều kiện tiêu chuẩn
C3H8 (g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l) ΔrH0298= -2 220 kJ
C4H10 (g) + 132O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(l) ΔrH0298= -2 874 kJ
Trung bình mỗi ngày, một hộ gia đình cần đốt gas để cung cấp 10 000 kJ nhiệt (hiệu suất hấp thụ nhiệt là 80%) Sau bao nhiêu ngày hộ gia đình trên sẽ sử dụng hết bình gas 12 kg?
Trang 9
Suy ra x = 0,075 Kmol = 75 mol; y = 0, 15 Kmol = 150 mol.
Số nhiệt lượng tỏa ra của 12kg khí gas là:
75 2220 + 150 2874 = 597600 kJ
Mỗi ngày nhiệt lượng cần với hiệu suất hấp thụ 80% là: 10000 : 80% = 12500 kJ
Số ngày dùng hết một bình gas của hộ gia đình là: 5976200 : 12500 ≈ 48
Vậy sau 48 ngày thì sử dụng hết bình gas
Câu 7: Một loại khí gas dùng trong sinh hoạt có hàm lượng phần trăm theo khối
lượng như sau: butan 99,40% còn lại là pentan Nhiệt độ cháy của các chất lần lượt
là 2654kJ và 3,6.106J và để nâng nhiệt độ của 1 gam nước (D = 1 g/ml) lên l°C cần 4,16J Khối lượng gas cần dùng để đun sôi 1 lít nước nói trên từ 25°C lên 100°C là:
A.5.55gam B 6.66gam C 6.81gam D 5.81gam
Vậy lượng khí gas cần dùng là (312.100) : 4578,4 ≈≈ 6,81 gam
Câu 8: Một loại bình gas có khối lượng 13 kg chứa khí thiên nhiên có thành phầnchính là khi metan, etan và một số thành phần khác, trong đó tỉ lệ thể tích củametan : etan là 85 : 15 (thành phần khác không đáng kể) Khi đốt cháy hoàn toàn, 1mol metan cháy tỏa ra lượng nhiệt là 802 kJ và 1 mol etan chảy tỏa lượng nhiệt là
1428 kJ Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ tử đốt khi gas trên của một hộ gia đình X
là 10000 kJ/ngày, hiệu suất sử dụng nhiệt là 62%, giá của bình gas trên là 450000đồng Xác định số tiền một hộ gia đình X cần trả cho việc mua gas trong một tháng(30 ngày)
A 345000 đồng B 297000 đồng C 414000 đồng D 333000 đồng
Giải:
Trang 10
x n
H
C
CH
15 , 0
85 , 0
10000
% 62 ).
232 , 718
* 15 , 0
* 1428 232
, 718
* 85 , 0
Câu 9: Bình gas loại 12 kg chứa chủ yếu thành phần chính là propan, butan (tỉ lệ
thể tích tương ứng là 30:70) Để tạo mùi cho khí gas, nhà sản xuất đã pha trộn thêmchất tạo mùi đặc trưng như CH3SH (mùi tỏi, hành tây) Lượng nhiệt tỏa ra khi đốtcháy hoàn toàn 1 mol propan và 1 mol butan lần lượt là 2220 kJ và 2874 kJ; giả sử
1 hộ gia đình cần 6000 kJ nhiệt mỗi ngày (hiệu suất hấp thụ nhiệt 60%) Cho cácphát biểu sau:
a ,Mục đích của việc thêm CH3SH để giúp phát hiện khí gas bị rò rỉ
b,Tỉ lệ khối lượng propan:butan trong bình gas là 50:50
c,Nhiệt lượng hộ gia đình trên thực tế tiêu tốn mỗi ngày là 10000 kJ
d ,Hộ gia đình trên sử dụng hết một bình gas trong 99,5 ngày
2.3.2 Bài toán đốt cháy cồn
Câu 1: Một mẫu cồn X (thành phần chính là ethanol) có lẫn methanol Đốt cháy 10
gam X tỏa ra nhiệt lượng 291,9 kJ Xác định thành phần % tạp chất methanol trong
X, biết rằng:
CH3OH(l) + 3/2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) ∆H = –716 kJ/mol
C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆H = –1370 kJ/mol
Trang 11
Hướng dẫn :
Câu 2: Một mẫu cồn X (thành phần chính là C2H5OH) có lẫn methanol (CH3OH).
Đốt cháy 10 g cồn X toả ra nhiệt lượng 291,9 kJ Xác định phần trăm tạp chấtmethanol trong X biết rằng:
CH3OH (l) + 32O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (l) ∆H = - 716 kJ/molC2H5OH (1) +3O2 (g) → 2CO2 (g) + 3H2O (l) ∆H = - 1 370 kJ/mol
Câu 3: Xăng sinh học E5 chứa 5% etanol về thể tích (D = 0,8 gam/ml), còn lại là
xăng truyền thống, giả thiết xăng truyền thống chỉ chứa hai ankan gồm C8H18 và
C9H20 (có tỉ lệ mol tương ứng 4:3; D = 0,7 gam/ml) Khi được đốt cháy hoàn toàn,
23 gam etanol tỏa ra lượng nhiệt 682,5 kJ; 57 gam C8H18 tỏa ra lượng nhiệt 2536 kJ
và 64 gam C9H20 tỏa ra nhiệt lượng 3059,5 kJ Trung bình, một chiếc xe máy tay ga
di chuyển được 1 km thì cần một nhiệt lượng chuyển thành công cơ học có độ lớn
250 kJ Biết hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ là 40%, nếu xe máy tay ga đó
đã sử dụng hết 6,5 lít xăng E5 ở trên thì quãng đường xe di chuyển được là
Câu 4: Phản ứng đốt cháy ethanol: C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g).
Đốt cháy hoàn toàn 5 gam ethanol, nhiệt tỏa ra làm nóng chảy 447 gam nước đá ở 0
0C Biết 1 gam nước đá nóng chảy hấp thụ nhiệt lượng 333,5 J, biến thiên enthalpycủa phản ứng đốt cháy ethanol là
A –1371 kJ/mol.B –954 kJ/mol.C –149 kJ/mol.D + 149 kJ/mol
Giải:
Nhiệt lượng 447 gam nước đá hấp thụ: 447.333,5 = 149,0745 kJ
Vậy, nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1 mol ethanol: 149,0745.1/(5/46) ≈
1371 kJ/mol
Trang 12
2.3.3 Bài toán về pin nhiên liệu.
Câu 1: Pin nhiên liệu được nghiên cứu rộng rãi nhằm thay thế nguồn nhiên liệuhóa thạch ngày càng cạn kiệt Trong pin nhiên liệu, dòng điện được tạo ra do phảnứng oxi hóa nhiên liệu (hiđro, cacbon monooxit, metanol, etanol, propan, …) bằngoxi không khí Trong pin propan – oxi, phản ứng tổng cộng xảy ra khi pin hoạtđộng như sau:
C3H8(k) + 5O2(k) + 6OH– (dd) => 3CO32- (dd) + 7H2O(l)
Ở điều kiện chuẩn, khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol propan theo phản ứng trên thì sinh
ra một lượng năng lượng là 2497,66 kJ Một bóng đèn LED công suất 20W đượcthắp sáng bằng pin nhiên liệu propan – oxi Biết hiệu suất quá trình oxi hóa propan
là 80,0%; hiệu suất sử dụng năng lượng là 100% và trung bình cứ 1 giờ bóng đènLED nói trên nếu được thắp sáng liên tục thì cần tiêu thụ hết một lượng năng lượngbằng 72,00 kJ Xác định thời gian bóng đèn được thắp sáng liên tục khi sử dụng
176 gam propan làm nhiên liệu ở điều kiện chuẩn
A 111,0 giờ B 138,7 giờ C 55,5 giờ D 69,4 giờ
Hướng dẫn :
nC3H8 = 4 mol, thời gian đèn sáng là x giờ Bảo toàn năng lượng:
2497,66.4.80% = 72x —> x = 111 giờ
Câu 2: Ở điều kiện chuẩn, 1 mol chất khí có thể tích bằng 24,79 Lít Khi đốt cháy
hoàn toàn 1 mol propane thì sinh ra một lượng năng lượng là 2220 kJ Một bóng đèn LED công suất 20W được thắp sáng bằng pin nhiên liệu propane – oxygen Biết hiệu suất quá trình oxi hóa propane là 75,0%; hiệu suất sử dụng năng lượng là 96% và trung bình cứ 1 giờ bóng đèn LED nói trên nếu được thắp sáng liên tục thì cần tiêu thụ hết một lượng năng lượng bằng 72,00 kJ Tính thời gian bóng đèn đượcthắp sáng liên tục khi sử dụng 74,37 lít khí propane làm nhiên liệu ở điều kiện chuẩn?
Đs: 66,6 giờ
Câu 3: Pin nhiên liệu được nghiên cứu rộng rãi nhằm thay thế nguồn nhiên liệu
hóa thạch ngày càng cạn kiệt Trong pin nhiên liệu, dòng điện được tạo ra do phảnứng oxi hóa nhiên liệu (hiđro, cacbon monooxit, metanol, etanol, propan,…) bằngoxi không khí Trong pin propan - oxi, phản ứng tổng cộng xảy ra khi pin hoạt độngnhư sau:
C3H8 (khí) + 5O2 (khí) + 6OH- (dung dịch) → 3CO32- (dung dịch) + 7H2O (lỏng)
Ở điều kiện chuẩn, khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol propan theo phản ứng trên thì sinh
ra một lượng năng lượng là 2500,00 kJ Một bóng đèn công suất 10W được thắp
Trang 13
sáng bằng pin nhiên liệu propan - oxi Biết hiệu suất quá trình oxi hóa propan là80,0%; hiệu suất sử dụng năng lượng là 100% Khi sử dụng 220 gam propan làmnhiên liệu ở điều kiện chuẩn, thì thời gian (giờ) bóng đèn được thắp sáng liên tục làbao nhiêu?
Câu 1: Glucose là một loại monosaccarit với công thức phân tử C6H12O6 được tạo
ra bởi thực vật và hầu hết các loại tảo trong quá trình quang hợp từ nước và CO2, sửdụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời Dung dịch glucose 5% (D = 1,1 g/mL) làdung dịch đường tiêm tĩnh mạch, là loại thuốc thiết yếu, quan trọng của Tổ chức Y
tế Thế giới (WHO) và hệ thống y tế cơ bản Phương trình nhiệt hóa học của phảnứng oxi hóa glucose như sau:
Tính năng lượng tối đa khi một người bệnh được truyền chai 500 mL dung dịch glucose 5%
Trang 14a) Dựa theo đồ thị, hãy cho biết phản ứng trong đó là tỏa nhiệt hay thu nhiệt Vì sao?
b) Viết PTHH của phản ứng thủy phân đường sucrose Phản ứng trong sơ đồ có phải là phản ứng oxi hóa – khử hay không?
c) Khi 1 mol đường sucrose bị đốt cháy hoàn toàn với một lượng vừa đủ oxygen ở điều kiện chuẩn tỏa ra một lượng nhiệt là 5645 kJ Xác định biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng oxi hóa sucrose
d) Nếu 5,00 gam đường sucrose được đốt cháy hoàn toàn ở cùng điều kiện như trênthì biến thiên enthalpy quá trình bằng bao nhiêu?
Giải:
a) Phản ứng tỏa nhiệt, do nhiệt tạo thành chất phản ứng lớn hơn nhiệt tạo thành sản phẩm
b) C12H22O11 + H2O C6H12O6(fructose) + C6H12O6(glucose); đây không phải là
phản ứng oxi hóa – khử do không có sự thay đổi số oxi hóa
Câu 4: Lactic acid hay acid sữa là hợp chất hóa học đóng vài trò quan trọng trong
nhiều quá trình sinh hóa, lần đầu tiên được phân tách vào năm 1780 bởi nhà hóa