1 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THI ĐỂ GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN I: MỞ ĐẦU I.. Đặc biệt với bộ môn Hóa Học trong các kỳ thi TNPT hay Đại Học, Cao đẳng thì đề thi 100% là t
Trang 11
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THI ĐỂ GIẢI MỘT SỐ
DẠNG BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ
PHẦN I: MỞ ĐẦU
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong quá trình dạy và học môn Hóa học, bên cạnh việc nắm vững lý thuyết, bài tập hóa học được coi là một phần không thể thiếu trong việc củng cố kiến thức, rèn luyện những kĩ năng cơ bản cho học sinh Thông qua việc giải bài tập, học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, tự lập, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập môn Hóa học
Việc giiải bài toán hóa học là sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa hiện tượng và bản chất hóa học mà mỗi bài tập lại có thể có nhiều phương pháp giải khác nhau Nếu biết lựa chọn phương pháp hợp lý, sẽ giúp học sinh nắm vững bản chất của các hiện tượng hoá học, tiết kiệm được thời gian và đưa ra đáp án chính xác nhất
Qua nhiều năm giảng dạy tôi nhận thấy rằng, khả năng giải toán Hóa học của các em học sinh còn hạn chế, đặc biệt là áp dụng các phương pháp giải nhanh Khi giải các bài tập hóa học , học sinh thường gặp những khó khăn dẫn đến thường giải rất dài dòng, nặng
nề về mặt toán học không cần thiết thậm chí không giải được vì quá nhiều ẩn số Nguyên nhân là học sinh chưa tìm hiểu rõ, chưa nắm vững các định luật hoá học để đưa ra
phương pháp giải hợp lý Đặc biệt với bộ môn Hóa Học trong các kỳ thi TNPT hay Đại Học, Cao đẳng thì đề thi 100% là trắc nghiệm, với thời gian làm bài ngắn nhưng số
lượng câu hỏi nhiều(50 câu /90 phút) thì việc sử dụng phương pháp giải nhanh , có hiệu quả lại càng có ý nghĩa với các em Đặc biệt qua quá trình ôn thi ĐH-CĐ ở nhiều khóa tôi nhận thấy các em học sinh thường gặp rất nhiều khó khăn,lúng túng và tất nhiên kết quả của bài toán không đạt được yêu cầu trong việc giải quyết các dạng bài tập như : Sục khí CO2 ( hoặc SO2) vào dung dịch chứa Ca(OH)2 ( hoặc Ba(OH)2 ); Rót từ từ dung dịch kiềm dến dư vào dung dịch chứa muồi Al3+ ( hoặc Zn2+); Rồi mở rộng cho dạng bài toán sục khí CO2 vào dung dịch hổn hợp gồm Ca(OH)2 và NaOH … Thực sư dây là những
Trang 22
dạng bài tập khó với học sinh (do các em không nắm rỏ được bản chất của bài toán củng như dễ nhầm lẫn thứ tự các phản ứng hóa học xảy ra dẫn đến việc lựa chọn sai đáp án) nhưng lại thường gặp trong các kì thi ĐH – CĐ
Là một giáo viên với mong muốn tìm cho học sinh cách giải tốt nhất và nhanh nhất nên tôi củng đã tham khảo nhiều tài liệu kết hợp với kinh nghiệm trong quá trình ôn thi ĐH-CĐ nhiều năm, tôi nhận thấy phương pháp đồ thị rất có hiệu quả cho những dạng bài toán ở trên.Khi giải theo phương pháp này, các em có thể nhìn vào đồ thị và hiểu ngay được các quá trình phản ứng xảy ra Đồng thời từ phương pháp đồ thị các em suy ra được công thức giải nhanh cho các dạng bài toán đó, rất phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay
Với các lí do trên nên tôi chọn đề tài: "SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THI ĐỂ GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN HÓA HỌC VÔ CƠ " làm đề tài sáng kiến kinh
nghiệm của mình
II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Thấy được tầm quan trọng của việc giải các bài tập hóa học trong việc dạy học Hóa học
- Trình bày một số bài toán về CO2 hoặc SO2 tác dụng với dung dịch Ba(OH)2, hoặc (Ca(OH)2), bµi to¸n khi cho muèi Al3+ t¸c dông víi dung dÞch kiÒm thu ®ưîc kÕt tña, bµi to¸n khi cho muèi AlO2− t¸c dông víi dung dÞch axit thu ®ưîc kÕt tña.Từ đó mở rộng cho các bài toán dung dịch là hổn hợp các chất
- Học sinh nắm được một trong các phương pháp giải nhanh đối với các bài toán trắc nghiệm vô cơ
III PHẠM VI ÁP DỤNG:
- Phương pháp trong đề tài được áp dụng cho các lớp ôn thi ĐH-CĐ khi dạy chuyên đề kim loại kiềm, kiềm thổ ,nhôm
Trang 33
- Thụng qua hệ thống bài tập đưa ra làm cho học sinh hiểu, rốn luyện và vận dụng
chỳng khi làm cỏc bài tập trắc nghiệm khỏch quan
PHẦN II: NỘI DUNG
I CƠ SỞ Lí THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP
Phương phỏp đồ thị trong giải toỏn húa học là phương phỏp dựa vào đồ thị mụ tả sự phụ thuộc của sản phẩm (thường là số mol chất kết tủa, chất bay hơi) vào chất tham gia phản ứng để xỏc định cỏc yờu cầu của bài toỏn Từ đồ thị cú nhiều phương phỏp khỏc nhau để xỏc định cỏc giỏ trị cần tớnh như : suy ra cụng thức giải nhanh ,sử dụng tỉ lệ của tam giỏc đồng dạng ( dựa vào định lý Talet)…
Phương phỏp này đó được sử dụng rất hiệu quả vào một số dạng bài tập sau:
Dạng 1: Thổi từ từ khớ XO2 (X : C hoặc S ) đến dư vào dung dịch chứa a mol
M(OH)2, (M : Ca hoặc Ba ) thu được b mol kết tủa
a Điều kiện bài toán:
Tính số mol hay thể tích Oxit axit XO2 khi biết số mol M(OH)2 và số mol MCO3 , tuy nhiên tùy thuộc vào bài toán mà có thể vận dụng khi đã biết 2 thông số và tìm thông
số còn lại Như cho biết số mol XO2 và số mol M(OH)2 Tính khối lượng kết tủa MCO3
Ta có các phản ứng hóa học có thể xảy ra như sau:
XO2 + M(OH)2 → MXO3↓ + H2O (1)
MXO3 + XO2 + H2O → M(HXO3)2 (2)
b.Phương phỏp vẽ đồ thị:
Giả sử cho biết số mol M(OH)2 là a mol
+ Trục x biểu thị số mol XO2
+ Trục y biểu thị số mol MXO3↓
+ Từ x chọn hai điểm cú giỏ trị a và 2a,trục y chọn một điểm cú giỏ trị là a
+ Tại điểm a của trục x và tại điểm a của trục y kẻ vuụng gúc và chỳng giao nhau tại điểm A
+ Tại tọa độ A(a,a) lần lượt nối với toạ độ O(0,0) và điểm (2a,0) ta được 1 tam giỏc vuụng cõn đỉnh là A
Giả sử cho biết số mol kết tủa MXO3 là b mol (0< b <a )
+ Lấy một điểm cú giỏ trị là b trờn trục y.Kẻ một đường thẳng song song với trục x, đường thẳng song song này sẽ cắt tam giỏc vuụng cõn tại hai điểm ( hỡnh vẽ)
Trang 44
+ Từ hai điểm hạ vuông góc với trục x thì ta sẽ được 2 điểm trên trục x có giá trị là n1 và n2 đó cũng chính là số mol XO2 chúng ta cần tìm Như vậy số mol XO2 tham gia phản ứng có thể xãy ra 2 trường hợp: giá trị nhỏ nhất và giá trị lớn nhất tương ứng là:
+ Trường hợp 1:nmin = nXO2
= n1 mol
+ Trường hợp 2: nmax = nXO2
= n2
A
b
Từ phương pháp trên thì bản chất của dang bài toán này chính là công thức giải nhanh sau rất phù hợp với phương pháp trắc nghiệm như hiện nay:
CO2(min) 2
3
Ca (OH) CaCO
=
=
=>
1
= n
• Từ đó mở rộng cho dạng bài toán :
Sục XO 2 (X : C,S) vào dung dịch hổn hợp M(OH) 2 (M : Ca, Ba) và NaOH ( Hoặc KOH) Nói chung cách vẽ đồ thị củng giống bài toán trên nhưng hướng dẫn cho Học sinh về cách tính số mol
D¹ng 2:
Rót từ từ dung dịch kiềm đến dư vào dung dịch chứa a mol muối Al 3+ ( hoặc Zn 2+ ) thu được b mol kết tủa
a) Điều kiện: Tính
OH
n − biết nAl 3 +và
3 Al(OH)
Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 (1) Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- (2)
b) Cách vẽ đồ thị:
Giả sử cho biết số mol Al3+ là a mol
+ Trục x biểu thị số mol OH
+ Trục y biểu thị số mol Al(OH)3↓
MXO3
y
XO2
a
n1 a n2 2a
Trang 55
+ Trục x chọn hai điểm 3a và 4a, trục y chọn một điểm a
+ Tại điểm 3a của trục x và a của trục y kẻ vuông góc và chúng giao nhau tại điểm A
+ Từ A nối với toạ độ O và 4a ta được tam giác
Giả sử cho biết số mol kết tủa Al(OH)3↓ là b mol (0< b <a )
+ Lấy một điểm có giá trị là b trên trục y.Kẻ một đường thẳng song song với trục x,
đường thẳng song song này sẽ cắt tam giác tại hai điểm ( hỡnh vẽ) Tại đó kẻ vuông góc
với trục x ta được 2 điểm trờn trục x cú giỏ trị lần lượt là x1 và x2 đó chính là số mol OH
Công thức giải nhanh được rút ra từ đồ thị :
OH (min) OH (max) n n − − = 3.b mol = (4.a - b) mol
• Từ đó làm tương tự cho bài toán: Rót từ từ dung dịch kiềm đến dư vào dung dịch chứa a mol Zn2+ thu được b mol kết tủa • Mở rộng cho dạng bài toán : Rót từ từ dung dịch OH đến dư vào dung dịch hổn hợp chứa a mol Al3+ và x mol H+
(*) Các phản ứng lần lượt xẩy ra là: OH- + H+ → H2O (1) x x (mol) 3OH- + Al3+ → Al(OH)3↓ (2) OH- + Al(OH)3 → [Al(OH)4]- (3)
(*) Đồ thị có dạng:
Al(OH)3
OH-
a
3a
b
4a
A
Trang 66
Vậy từ đồ thị ta có :
Số mol OH-(min) = x1 + x
Số mol OH
-(max) = x2 + x Với x1 = 3b và x2 = 4a - b
x1
• Lưu ý : dạng đồ thị bài toán hoàn toàn giống bài toán trên nhưng khi tính số mol OH
thì chỉ cần cộng thêm lượng OH - đã trung hoà với lượng H +
D¹ng 3:
Rót từ từ dung dịch axit đến dư vào dung dịch chứa a mol muối [Al(OH) 4] ] -
( hoặc [Zn(OH) 4 ] 2- ) sau phản ứng thu được b mol kết tủa
a) Điều kiện: Tính
H
n + biết
2
AlO
n − và
3 Al(OH)
[Al(OH)4 ]- + H+ → Al(OH)3 + H2O Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O
b) Cách vẽ đồ thị:
Giả sử cho biết số mol [Al(OH)4 ]- là a mol
+ Trục x biểu thị số mol H+
+ Trục y biểu thị số mol Al(OH)3↓
+ Từ trục x chọn hai điểm a và 4a, từ trục y chọn một điểm a
+ Tại điểm a của trục x và a của trục y kẻ vuông góc và chúng giao nhau tại điểm A
+ Từ A nối với toạ độ O và 4a ta được tam giác
Giả sử cho biết số mol kết tủa Al(OH)3↓ là b mol (0< b <a )
+ Lấy một điểm có giá trị là b trên trục y Kẻ một đường thẳng song song với trục x,
đường thẳng song song này sẽ cắt tam giác tại hai điểm ( hỡnh vẽ) Tại đó kẻ vuông góc
với trục x ta được 2 điểm trờn trục x cú giỏ trị lần lượt là x1 và x2 đó chính là số mol H+
Al(OH)3
OH-
a
3a x2
b
4a
A
Trang 77
+ Công thức giải được rút ra từ đồ thị :
H ( m i n )
H ( m a x )
n
+
+
= b m o l
= ( 4 a - 3 b ) m o l
• Từ đó làm tương tự cho bài toán: Rót từ từ dung dịch axit đến dư vào dung dịch chứa
a mol [Zn(OH)4]2- thu được b mol kết tủa
• Mở rộng cho dạng bài toán : Cho từ từ dung dịch H+
vào dung dịch hỗn hợp chứa a mol [Al(OH)4]- và x mol OH
-Các phản ứng lần lượt xảy ra như sau:
x x (mol)
H+ + [Al(OH)4]- → Al(OH)3↓+ H2O (2)
3H+ + Al(OH)3 → Al3+ + 3H2O (3)
Từ đây đồ thị như sau:
Vậy từ đồ thị ta có :
Số mol H+(min) = x1 + x
Số mol H+
(max) = x2 + x Với x1 = b và x2 = 4a - 3b
Al(OH)3
H+
a
A
b
4a
Al(OH)3
H+
a
A
b
4a
Trang 88
• Lưu ý : dạng đồ thị bài toán hoàn toàn giống bài toán trên nhưng khi tính số mol H +
thì chỉ cần cộng thêm lượng H + đã trung hoà với lượng OH
-KÕt luËn: Sö dông c«ng thøc gi¶i nhanh sÏ gióp gi¶i c¸c bµi to¸n tr¾c nghiÖm nhanh h¬n
vµ kh«ng mÊt nhiÒu thêi gian trong viÖc gi¶i c¸c d¹ng bµi to¸n nµy
II SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ VÀO CÁC BÀI TOÁN CỤ THỂ :
Dạng 1:
Bài toán “ Thổi từ từ khí XO 2 (X : C hoặc S ) đến dư vào dung dịch chứa a mol
M(OH) 2 , (M : Ca hoặc Ba ) thu được b mol kết tủa”
Bài toán 1: ( Trích câu 9 trang 168 bài 31: một số hợp chất quan trong của kim loại
kiềm thổ , SGK ban nâng cao)
Cho 10 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm CO2 và N2 tác dụng với 2 lít dung dịch Ca(OH)2 nồng độ 0,02M thu được 1 gam chất kết tủa Hãy xác định thành phần % theo thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp đầu
Bài giải:
+ Cách 1: Phương pháp thông thường
Khi sục hỗn hợp khí chỉ có CO2 tham gia phản ứng, phương trình phản ứng hoỏ học xảy ra :
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O (1)
2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 (2)
2 Ca(OH)
Từ (1)
1
n n 0, 01 mol V 0, 01.22, 4 0, 224 lit
100
Có hai trường hợp xãy ra:
+ Trường hợp 1: Chỉ xảy ra phương trình (1) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O
2
CO
0, 224
10
+ Trường hợp 2: Cả phản ứng (1) và (2) đều xảy ra ↔Ca(OH)2 hết
Theo phương trỡnh (1) : Số mol CaCO3 (1) = số mol Ca(OH)2 = 0,04 (mol)
→ Số mol CaCO3 (2) = 0,04 – 0,01 = 0,03 (mol)
Theo phương trình (1) và (2) :
Số mol CO2 = 0,04 + 0,03 = 0,07 (mol)
⇒
2
CO
0, 07.22, 4
10
Trang 99
Kết luận: - Nếu %CO2=2,24 % => %N2=97,76 %
- Nếu %CO2=15,68 % => %N2=84,32 %
Cách 2: áp dụng phương pháp đồ thị:
Từ đồ thị để thu được số mol CO2 có 2 giá trị:
0, 01.22, 4
10 0,07.22, 4
10
Kết luận: - Nếu %CO2=2,24 % => %N2=97,76 %
- Nếu %CO2=15,68 % => %N2=84,32 %
Nhận xét: - Qua 2 cách giải ta thấy phương pháp thông thường giải phức tạp hơn nhiều,
mất nhiều thời gian, nếu không cẩn thận sẽ thiếu trường hợp , dẫn tới kết quả sai là không thể tránh khỏi
- Phương pháp đồ thị giải nhanh và gon, không phải viết phương trình phản
ứnghoỏ học, chỉ vẽ đồ thị ta thấy có 2 trường hợp xảy ra, nó rất phù hợp với phương pháp trắc nghiệm như hiện nay
Bài toán 2: (Trích đề thi tuyển sinh Cao đẳng -Đại học Khối A năm 2007)
Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít CO2 (đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH)2 nồng độ a mol/l thu được 15,76 gam kết tủa Giá trị của a là:
A: 0,032 mol/l B: 0,06 mol/l C: 0,04 mol/l D: 0,048 mol/l
Bài giải:
+ Cách 1: Giải bằng phương pháp thông thường:
0,01
3 CaCO
n
2 CO
n
0,04
0,01
0,08
Trang 1010
CO2 + Ba(OH)2 → CaCO3↓+ H2O (1)
0,08 0,08 0,08 mol
2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2 (2)
0,04 0,02 mol
Từ (1) và (2) ⇒
2 Ba(OH)
n = 0,08 0,02 0,1mol + =
Ba ( OH )2
M
0,1
2,5
+ Cách 2: áp dụng phương pháp đồ thị ta có:
⇒
2
Ba (OH )
0,1
2,5
Cách 3: áp dụng công thức giải nhanh:
3
BaCO
+
đáp án đúng là C
• Mở rộng cho dạng bài toán : Sục XO 2 (X : C,S) vào dung dịch hổn hợp M(OH) 2
(M : Ca, Ba) và NaOH ( Hoặc KOH)
Bài toán 3: (Trích đề thi tuyển sinh Cao đẳng -Đại học Khối A năm 2008) Hấp thụ
hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (ở đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và
Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m gam là:
A: 11,82 gam B: 9,85 gam C: 17,73 gam D: 19,70 gam
Bài giải:
+ Cách 1: Phương pháp thông thường
3 BaCO
n
2 CO
n
2,5 a
0,08
5a
0,12 0,08
Trang 1111
n = 0, 2mol; n = 0,5.0,1 0,05mol; n = = 0,5.0, 2 = 0,1mol
2
OH OH
CO
n
n 0, 05 0,1.2 0, 25mol; 1 1, 25 2
n
−
2
x y 0, 2
x 2y 0, 25
+ =
⇒
3 2 3
x 0,15(HCO )
y 0, 05(CO )
−
−
=
⇒
=
Phương trình hoá học tạo kết tủa là:
3
⇒ B là đúng
+Cách2: áp dụng phương pháp đồ thị:
n =0, 2 mol, n =0,5.0,1 0,05 mol.n= =0,5.0, 2=0,1 mol
Ta có: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
0,025 0,05 0,025mol
Nh vậy:
n d− = 0,175mol; n = 0,025mol; n = 0,1mol
⇒
3
BaCO
n = 0,025 0,025 0,05 mol + = ⇒
3 BaCO
m = 0,05.197 = 9,85 gam
⇒ B là đáp án đúng
D¹ng 2:
Rót từ từ dung dịch kiềm đến dư vào dung dịch chứa a mol muối Al 3+ ( hoặc Zn 2+ thu được b mol kết tủa
3 BaCO
n
2
CO
n
0,1
0,025
0,2 0,175
Trang 1212
Bài toán 1: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ - KB - 2007) Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M, lượng kết tủa thu được là 15,6 gam, giá
trị lớn nhất của V lít là:
Bài giải:
+ Cách 1: áp dụng phương pháp đồ thị ta có:
3 3
n = n + = 0, 2.1,5 0,3mol = ,
3
Al(OH)
15, 6
78
NaOH
NaOH
0,6
0,5 1
0,5
⇒
⇒ giá trị lớn nhất là 2 lít ⇒ C đúng
+ Cách 2: Giải bằng phương pháp thông thường:
3
3
n = n + = 0, 2.1,5 0,3mol = ,
3
Al(OH)
15, 6
78
Để V có giá trị lớn nhất thì phải xảy ra các phản ứng hoá học sau :
Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 (1)
0,3 0,9 0,3 (mol) Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- (2)
a a (mol)
Mà theo bài ra ta có : số mol Al(OH)3 = 0,2 = 0,3 – a a = 0,1 (mol)
Từ phương trình (1) và (2) ta cú ∑ nOH- lớn nhất = 0,9 + 0,1 = 1 (mol)
Giá trị VNaOH lớn nhất là : 1 / 0,5 = 2 (lit)
3 Al(OH)
n
-OH
n 0,3
0,2
1,2
Al3+
0,6 0,9