skkn phương pháp giải bài tập “tìm ông thức hoá học của các chất vô cơ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ PHÒNG GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BÁ THƯỚC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP "TÌM CÔNG THỨC HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT CÔ CƠ" Người thực hiện: Lê Văn Tuân

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

PHÒNG GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BÁ THƯỚC

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP "TÌM CÔNG THỨC

HÓA HỌC CỦA CÁC CHẤT CÔ CƠ"

Người thực hiện: Lê Văn Tuân Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS Lương Ngoại SKKN thuộc môn: Hóa Học

A - PHẦN MỞ ĐẦU

Để việc giảng dạy và bồi dưỡng học sinh môn Hóa học THCS nói riêng

và việc nâng cao chất lượng giáo dục THCS nói chung, giáo viên phải có hệ thống bài tập và phương pháp phù hợp với đặc trưng bộ môn Nhằm mục đích học sinh có hứng thú học tập và cảm giác thích học, muốn tìm tòi, khám phá những điều chưa biết một cách có hệ thống khoa học Ôn thi học sinh giỏi môn hóa học THCS phải có một hệ thống bài tập từ kiến thức cơ bản đến nâng cao theo một trình tự lôgic, nhằm tạo cho học sinh tính tích cực tự giác ham học hỏi

Dạng bài tập "tìm công thức hóa học của các chất vô cơ" rất phong phú

và đa dạng, mang nội dung vô cùng quan trọng trong việc nghiên cứu bộ môn Hóa học Đối với học sinh THCS cụ thể là học sinh lớp 8,9 khả năng tư duy về hóa học đang còn hạn chế, vì lượng kiến thức lĩnh hội chưa nhiều, nên chưa có nhiều kĩ năng tư duy, khả năng đột phá chưa cao, qua giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm học sinh rất lúng túng, nhất là giải quyết bài tập xác định công thức hóc học Trong khi loại bài tập này hầu như năm nào cũng có trong các đề thi học sinh giỏi các cấp

Từ những vấn đề trên với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào việc tìm tòi phương pháp dạy hoc với nội dung và hệ thống bài tập phù hợp với điều kiện hiện có của học sinh, nhằm phát triển tư duy của học sinh THCS giúp các

em tự lực hoạt động chiếm lĩnh tri thức, tạo tiền đề quan trọng cho việc phát triển tư duy của các em ở các cấp cao hơn góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục đào tạo của địa phương nói riêng và mục tiêu giáo dục của nước ta nói chung

Vì những lí do trên tôi chọn mảng kinh nghiệm phương pháp giải bài tập

"tìm công thức hóa học của các chất vô cơ"

B- GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ :

Dạng bài tập tìm công thức hóa học nói chung và tìm công thức hóc học của chất vô cơ nói riêng là rất phong phú và đa dạng Về nguyên tắc để giải quyết được đạng bài tập này không chỉ nắm thành thạo về kiến thức hóa học mà

có kiên thức về toán học, có nhiều trường hợp phải biện luận mới xác định được công thức hóa hoc Để xác định một nguyên tố hóa học nào thì phải tìm bằng được nguyên tử khối của nguyên tố đó Từ đó xác định được công thức hóa học

của chất Dạng bài tập thông qua tính toán định lượng kết hợp với phương trình hóa học có nhiều loại bài tập có thể chia thành hai loại cơ bản sau:

+ Loại bài tập cho biết hóa trị của nguyên tố trong hợp chất, chỉ cần tìm nguyên

tử khối để kết luận tên nguyên tố rồi viết công thức của chất hoặc ngược lại + Loại bài tập không biết hóa trị của nguyên tố cần tìm hoặc dữ kiện bài toán thiếu cơ sở để xác định chính xác một giá trị nguyên tử khối (hoặc bài toán có nhiều khả năng xảy ra theo nhiều hướng khác nhau) cái khó của loại bài tập này

là các dữ kiện thường thiếu hoặc không cơ bản đỏi hỏi người giải phải có kĩ năng về toán học và yêu cầu về kiến thức và tư duy hóa học cao, học sinh khó thấy hết các trường hợp xảy ra Để giải quyết các bài tập này, bắt buộc học sinh phải biện luận

II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

Thực trạng chung: Trường THCS Lương ngoại là trường thuộc xã đặc biệt khó khăn Hầu hết gia đình thuần nông, điều kiện học tập của học sinh còn hạn chế, các em chưa có nhiều động lực trong học tập, phần lớn học sinh học chưa tốt, nhất là các môn tự nhiện Số học sinh học được và chăm học môn hóa học rất ít Qua khảo sát thực tế và thông qua giảng dạy nhiều năm cho thấy nhiều học sinh còn rất lúng túng, nhất là khi giải quyết các bài toán biện luận xác định công thức hóa học, học sinh làm rất yếu, hầu hết học sinh rất ngại học khi phải làm dạng bài tập này Vì vậy học sinh rất thụ động và không có hứng thú trong các buổi học bồi dưỡng học sinh giỏi

Đối với học sinh: Số lượng học sinh rất ít, số học sinh học được cũng không nhiều, mỗi năm ôn thi học sinh giỏi chỉ có hai đến ba học sinh tham gia, khả năng tư duy còn hạn chế, sư nhanh nhẹn không có, nếu giáo viên dạy mà không có phương pháp, không có nội dung và hệ thông kiến thức phù hợp với các em, thì các em hoc sinh sẽ không có hứng thú theo học và không có phương pháp học ôn phù hợp với khả năng nhận biết của mình

Từ những hạn chế đó, tôi không ngừng học hỏi và tìm ra những phương pháp, những nội dung dạy phù hợp với tình hình thực tế của nhà trường cụ thể là phù hợp với sự nhận thức của học sinh Từ những kinh nghiệm của mình cùng với sự tiến bộ dần dần của học sinh đến nay tôi đưa ra mảng kinh nghiệm

phương pháp giải các bài tập tìm công thức hóa học của các chất vô cơ.

III GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN

Phương pháp giải bài tập tìm công thức hóa học được chia thành các dạng chính sau:

1 Tìm công thức hóa học của chất khi biết hóa trị của nguyên tố trong hợp chất

2 Biện luận tìm các chất kim loại kiềm, kiềm thổ thuộc hai chu kỳ liên tiếp nhau

3 Biện luận khả năng xảy ra đối với các chất ban đầu đã cho

4 Biện luận các khả năng có thể xảy ra đối với các chất tạo thành trong phản ứng

5 Tìm công thức hóa học bằng cách biên luận trong giải hệ phương trình

* Cần chú ý rằng biện luận chỉ là một khâu trong quá trình giải bài toán biện luận, do đó học sinh cần năm phương pháp chung để giải một bài toán hóa học là:

+ Đặt công thức của chất cần tìm

+ Đặt a,b, là số mol các chất ban đầu đề bài đã cho

+ Viết các phản ứng có thể xảy ra

+ Căn cứ vào các dữ liệu đề bài cho, lập hệ phương trình toán học dự vào công thức tính số mol, số gam, các chất

+ Giải hệ chọn kết quả phù hợp

* Trong quá trình giảng dạy tôi thực hiện theo quy trình như sau: Hình thành cho học sinh từ kiến thức cơ bản đến khó, nhăm bồi dưỡng cho học sinh phát triển kỹ năng từ biết làm đến vận dụng linh hoạt và sáng tạo Để bồi dưỡng mỗi dạng tôi thường thực hiện như sau: Thông qua những bài tập cơ bản và đơn giản, rồi rút ra nhưng nguyên tắc và phương pháp vân dụng, cuối cùng giao bài tập cho học sinh tự luyện với mức độ khó dần và kiểm tra việc làm của học sinh

Sau đây là một số dạng bài tập tìm công thức hóa học, từ cách nhận dạng, kinh nghiệm giải quyết mà tôi đã thực hiện và đúc kết từ thực tế

DẠNG 1: BÀI TẬP TÌM CÔNG THỨC CỦA NGUYÊN TỐ HAY HỢP CHẤT CỦA NGUYÊN TỐ KHI BIẾT HÓA TRỊ CỦA NGUYÊN TỐ.

Phương pháp chung:

Đặt công thức của chất đã cho theo bài toán

Gọi a số mol, A là nguyên tử khối hay phân tủ khối của chất cần tìm

Viết phương trình hóa học

Lập phương trình, giải tìm khối lượng mol chất cần tìm, suy ra nguyên tử khối, phân tử khối của chất, từ đó xác đinh được nguyên tố hay hợp chất cần tìm

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 1,14 gam kim loại hóa trị II bằng 250 ml dung

dịch H2SO4 0,3M Để trung hòa lượng axit dư cần dùng 60 ml dung dịch NaOH 0,5M, Xác định tên kim loại?

Giải:

Gọi R là công thức hóa học của kim loại hóa trị II

Gọi a là số mol của R

Số mol của H2SO4= 0,25.0,3 = 0,075

Số mol của NaOH = 0,06.0,5 = 0,03

PTHH: R + H2SO4 RSO4 + H2 (1)

amol amol amol

H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + H2O (2)

0,075-a 2(0,075-a)

Theo (1) và (2) ta có 2(0,075-a)= 0,03 suy ra a= 0,6

Khối lượng mol của R = 1,44: 0,06 = 24, R là Mg

Ví dụ 2: Cho vào nước dư 3g oxit của 1 kim loại hoá trị 1, ta được dung dịch

kiềm, chia dung dịch làm hai phần bằng nhau:

- Phần 1: Cho tác dụng hoàn toàn với 90 ml dung dịch HCl 1M, sau phản ứng dung dịch làm quỳ tím hoá xanh

- Phần 2: Cho tác dụng với V(ml) dung dịch HCl 1M sau phản ứng dung dịch không làm đổi màu quỳ tím

Tìm công thức phân tử oxit

Giải:

Gọi công thức oxit kim loại hóa trị I: M2O

nHCl= 1.0,09 = 0,09mol

Phương trình hóa học: M2O + H2O 2MOH (1)

amol 2amol

MOH + HCl MCl + H2O (2)

Phần1: amol amol

Do phần làm giấy quỳ tím hóa xanh nên dung dịch MOH còn dư nên HCl phản ứng hết nên theo PTHH (1) (2) ta có a > 0,09

mà n M2O = 3

2M 16= a

 3

2M 16 > 0,09 suy ra M < 8,67

Là kim loại kiềm nên: M là Li

Ví dụ 3: Hòa tan 8,7 gam một hỗn hợp gồm K và một kim loại M thuộc phân

nhóm chính nhóm II trong dung dịch HCl dư thì thấy có 5,6 dm3 H2 ( ĐKTC) Hòa tan riêng 9 gam kim loại M trong dung dịch HCl dư thì thể tích khí H2 sinh

ra chưa đến 11 lít ( ĐKTC) Hãy xác định kim loại M

Giải:

Đặt a, b lần lượt là số mol của mỗi kim loại K, M trong hỗn hợp

Thí nghiệm 1:

 số mol H2 = 5, 6 0, 25 2 0,5

a

Thí nghiệm 2:

M + 2HCl  MCl2 + H2 

Theo đề bài: M9 22, 411  M > 18,3 (1) Mặt khác: 39a a b M2b .0,58,7 39(0,5 2 )a 0,5 2 b b bM 8,7

78 M

Vì 0 < b < 0,25 nên suy ra ta có : 10,8

78 M < 0,25  M < 34,8 (2)

Từ (1) và ( 2) ta suy ra kim loại phù hợp là Mg

Bài tập vận dụng:

Bài 1: Cho 12 một Oxit kim loại hóa trị II phản ứng hoàn toàn với 0,6 mol

HCl Xác định tên kim loại đã dùng

Bài 2: Hòa tan 49,6 gam hỗn hợp gồm muối sunfat và muôi cacbonat của một

kim loại hóa trị I vào nước thu được dung dịch A Chia A lầm hai phàn bằng nhau

- Phần 1: Cho tác dụng với dung dịch H2SO4 dư thu được 2,24 lít khí ở đktc

- Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch BaCl2 dư thu được 43 g kết tủa trắng a) Tìm công thức hóa học của 2 muối ban đầu

b) Tính % về khối lượng của các muối trên có trong hỗn hợp?

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 27,4 gam hỗn hợp gồm M2CO3 và MHCO3 (M là kim loại kiềm) bằng 500 ml dung dịch HCl 1M thấy thoát ra 6,72 lít khí CO2 (ở đktc) Để trung hòa lượng axit còn dư phải dùng 50ml dung dịch NaOH 2M a) Xác định 2 muối ban đầu

b) Tính % về khối lượng của mỗi muối trên

DẠNG 2: BIỆN LUẬN TÌM CÁC CHẤT KIM LOẠI KIỀM, KIỀM THỔ THUỘC HAI CHU KỲ LIÊN TIẾP NHAU

Phương pháp giải: Có thể đưa các bài toán này về dạng biện luận trong giải

hệ phương trình, tuy nhiên bài giải sẽ dài dòng còn phải thêm bước biện luận

Với dạng toán này, phương pháp công thức trung bình rất hữu hiệu Phương pháp này là phương pháp quy hỗn hợp về một chất đại diện, do vậy các phản ứng xảy ra đối với hỗn hợp xem như chỉ xảy ra với chất đại diện này

Lưu ý: trong phương pháp công thức trung bình, các số liệu về hỗn hợp (số mol, khối lượng, thể tích) xem như là số liệu riêng của chất đại diện

Ví dụ 1: Hòa tan 28,4 g hỗn hợp hai muối cacbonat của hai kim loại kiềm thổ

bằng dung dịch HCl dư được 10 lít khí (54,60C và 0,8604atm) và dung dịch X a) Tính tổng số gam các muối trong dung dịch X

b) Xác định hai kim loại trên nếu chúng thuộc hai chu kì liên tiếp

Giải:

a) Gọi công thức trung bình 2 muối cacbonat trên là ACO3

Gọi a là số mol của hỗn hợp 2 muối này

Ta có phản ứng:

ACO3 + 2 HCl ACl2 + H2O + CO2

a mol amol a mol

Ta có hệ: a(A + 60) =28,4

a= 0,082.326,60,8604.10 = 0,3

Giải ra ta được: A = 34,6

Vậy tổng khối lượng các muối trong dung dịch X = a(A+71) = 0,3(34,6+71)

=31,7g

b) Gọi A,B là khối lượng mol 2 kim loại trên, 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

Ví dụ 2: Cho 8 gam hỗn hợp gồm 2 hyđroxit của 2 kim loại kiềm liên tiếp vào

H2O thì được 100 ml dung dịch X Trung hòa 10 ml dung dịch X trong

CH3COOH và cô cạn dung dịch thì thu được 1,47 gam muối khan 90ml dung

dịch còn lại cho tác dụng với dung dịch FeClx dư thì thấy tạo thành 6,48 gam kết tủa Xác định 2 kim loại kiềm và công thức của muối sắt clorua

Giải:

Đặt công thức tổng quát của hỗn hợp hiđroxit là ROH, số mol là a (mol)

Thí nghiệm 1:

mhh = 10 8

100

 = 0,8 gam ROH + CH3COOH  CH3COOR + H2O (1)

suy ra : 0,8 1, 47

R R  R  33 vậy có 1kim loại A > 33 và một kim loại B < 33

Vì 2 kim loại kiềm liên tiếp nên kim loại là Na, K

Có thể xác định độ tăng khối lượng ở (1) : m = 1,47 – 0,8=0,67 gam

 n ROH = 0,67: ( 59 –17 ) = 0,67

42

M ROH = 0,8 42 50

0,67   R = 50 –17 = 33 Thí nghiệm 2:

mhh = 8 - 0,8 = 7,2 gam

xROH + FeClx  Fe(OH)x  + xRCl (2)

suy ra ta có:

7, 2 6, 48 33

R













giải ra được x = 2

Vậy công thức hóa học của muối sắt clorua là FeCl2

Ví dụ 3: X là hỗn hợp 3,82 gam gồm A2SO4 và BSO4 biết khối lượng nguyên

tử của B hơn khối lượng nguyên tử của A là1 đvC Cho hỗn hợp vào dung dịch BaCl2 vừa đủ,thu được 6,99 gam kết tủa và một dung dịch Y

a) Cô cạn dung dịch Y thì thu được bao nhiêu gam muối khan

b) Xác định các kim loại A và B

Giải:

a) A2SO4 + BaCl2  BaSO4  + 2ACl (1)

BSO4 + BaCl2  BaSO4  + BCl2 (2)

Theo các PTHH (1), (2):

Số mol X = số mol BaCl2 = số mol BaSO4 = 6,99 0,03

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

2

(ACl BCl )

m   3,82 + (0,03 208) – 6,99 = 3,07 gam

b) 3,82 127

0,03

X

M  

Ta có M1 = 2A + 96 và M2 = A+ 97

Vậy : 2A A97 12796 127

Từ hệ bất đẳng thức ( *) ta tìm được : 15,5 < A < 30

Kim loại hóa trị I thoả mãn điều kiện trên là Na (23)

Suy ra kim loại hóa trị II là Mg ( 24)

Bài tập vận dụng:

Bài 1: Hai kim loại kiềm A và B nằm trong hai chu kì kế tiếp nhau của bảng

hệ thống tuần hoàn Hòa tan một ít hỗn hợp A và B trong nước được dung dịch

X và 0,336 lít khí H2 (đktc) Cho HCl dư vào dung dịch A và cô cạn được 2,075g muối khan Xác định tên kim loại A và B?

Bài 2: Một hỗn hợp A nặng 7,2g gồm 2 muối cacbonat của hai kim loại kiềm

thổ thuộc hai chu kỳ liên tiếp Hòa tan hết A bằngH2SO4 loãng được khí B cho

B hấp thụ hết vào 450ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M được 15,76g kết tủa

Xác định 2 muối cacbonat và tính thành phần phần trăm theo khối lượng của chúng

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 26,8g hỗn hợp hai muối cacbonat của hai kim loại

hóa trị II bằng dung dịch HCl 2M (vừa đủ) thu được dung dịch A và 6,72 lít khí

CO2 (đktc)

a) Tính thể tích dung dịch HCl đã dùng

b) Cô cạn dung dịch A được bao nhiêu gam hỗn hợp muối khan?

c) Nếu biết hai kim loại trong muối là hai kim loại kiềm thổ thuộc hai chu kỳ liên tiếp, hãy xác định công thức các muối

DẠNG 3 : BIỆN LUẬN CÁC KHẢ NĂNG XẢY RA ĐỐI 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 hóa học (là kim loại hoạt động hay kém hoạt động ) nên ta phải xét từng khả năng có thể xảy ra với chúng Giải bài toán theo nhiều trường hợp và chọn ra kết quả phù hợp

Ví dụ 1: Cho 7,22gam hỗn hợp X gồm Fe và kim loại M có hóa trị không đổi.

Chia hỗn hợp làm 2 phần bằng nhau Hòa tan hết phần 1 trong dung dịch axit HCl được 2,128(lít) H2 Hòa tan phần 2 trong dung dịch HNO3 thì tạo ra 1,792(lít) NO duy nhất đo (ĐKTC)

a) Xác định kim loại M.

b)Tìm % khối lượng mỗi kim loại trong X

Giải:

Khối lượng ½ hỗn hợp: 7,222 = 3,61(g), nH2 = 222,128,4 = 0,095(mol)

nNO=122,792,4 =0,08(mol)

Gọi kim loại M có hóa trị không đổi là: n (đ/k 1 n3 )

* Trường hợp 1: M là kim loại đứng trước hiđrô (H) trong dãy hoạt động hóa

học

PTHH: Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 (1)

2M+ 2nHCl  2MCln + nH2 (2)

Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + NO +2H2O (3)

3M + 4nHNO3  3M(NO3)n+ nNO +2nH2O (4)

Gọi nFe = x, nM = y ở mỗi phần

Theo (1,2,3,4) ta có PT: 56x + My = 3,61(*)

Theo(1 và 2) ta có: x+ ny/2 = 0,095(**)

 2x+ny=0,19(**)

Theo(3&4)ta có x+ny3 =0,08

 3x+ny=0,24(***)

Lấy (***) - (**)ta có

3x + ny = 0,24 2x + ny = 0,19 Ta có x=0,05

Thay x vào (**) ta có 2 × 0,05 + ny= 0,19

ny = 0,09 suy ra y =0,n09 Thay x, y vào (*) ta có 56 × 0,05+ M0n.09 =3,61  M = 9n

Giả sử n =1 M = 9(Loại)

n =2 M=18(loại )

n=3 M=27(chọn )(Al)

mFe=56.0,05=2,8(g)

nAl=0,09/3=0,03  mAl=0,03.27=0,81(g)

%Fe=2,38,.61100 =77,56%

%Al=100-77,56=22,44%

* Trường hợp 2: M là kim loại đứng sau (H) trong dãy hoạt động hóa học.

Phần 1: n Fe = n H2 = 0,095mol

Suy ra khối lượng của Fe = 0,095.56= 5,32> 3,16: vô lí!

Ví dụ 2: Hỗn hợp A gồm CuO và một oxit của kim loại hóa trị II (không đổi)

có tỉ lệ mol 1: 2