rèn luyện kĩ năng giải bài tập hóa học tổng hợp

Trường THCS Giảng Võ Ba Đình – Hà Nội Rèn luyện kỹ năng giải các bài tập hóa học tổng hợp cho Học sinh giỏi SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học 2010 - 2011... Đặt vấn đề Bài tập tổng hợp thườ

Trường THCS Giảng Võ

Ba Đình – Hà Nội

Rèn luyện kỹ năng giải các bài tập hóa học tổng hợp cho Học sinh giỏi

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Năm học 2010 - 2011

MỤC LỤC

I Đặt vấn đề 3

II Nội dung 3

Ví dụ 1: 3

Ví dụ 2: 6

Ví dụ 3: 8

Ví dụ 4: 9

Ví dụ 5: 10

Ví dụ 6: 13

Ví dụ 7: 14

Ví dụ 8: 15

Ví dụ 9: 18

III Kết quả 20

IV Kết luận 21

I Đặt vấn đề

Bài tập tổng hợp thường được sử dụng với mục đích ôn luyện các kiến thức đã học Do đó nội dung bài tập tổng hợp phức tạp và khó Ngoài việc kiểm tra kết quả dạy và học Hóa học, bài tập tổng hợp còn được sử dụng trong việc thi lên lớp, thi tuyển học sinh giỏi, chọn vào Phổ thông Trung học hoặc thi chọn tài năng Hóa học Vì vậy hướng dẫn học sinh giỏi phương pháp giải bài toán tổng hợp là rất cần thiết

Dựa trên kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy bộ môn Hóa học 9, tôi nhận thấy sự cần thiết của việc đưa ra phương pháp rèn luyện học sinh kỹ năng tư duy và giải các bài tập Hóa học tổng hợp Hướng dẫn học sinh cách tiếp cận một bài tập theo nhiều hướng, nhiều cách giải, thông qua các dạng bài từ đơn giản đến phức tạp có thể giúp học sinh hiểu vấn đề sâu sắc hơn và nhanh chóng đưa ra cách giải hợp lý khi gặp những bài tập tương tự

Trong chuyên đề này, tôi đã tổng hợp lại những bài tập hóa học và một số phương pháp giải

mà tôi đã áp dụng trong những năm học vừa qua cho đối tượng học sinh lớp chất lượng cao và Đội tuyển học sinh giỏi của trường

1 Những điều kiện cần thiết để giải bài toán Hóa học tổng hợp:

 Học sinh phải nắm vững các kiến thức Hóa học, biết vận dụng những kiến thức đó vào trường hợp cụ thể mà bài toán cần đến

 Về mặt toán học, học sinh cần phải nắm vững và có kỹ năng, kỹ xảo cần thiết trong việc thực hiện các thao tác toán học phù hợp với từng dạng của bài toán

 Về mặt phương pháp, học sinh sau khi nghiên cứu kỹ các dữ kiện bài toán, biết lựa chọn phương pháp giải thích hợp, tiết kiệm được thời gian, tránh được các cách giải cồng kềnh, không cần thiết

2 Dưới đây là một số ví dụ về bài tập tổng hợp theo nội dung chương trình Hóa học THCS với nhiều cách giải khác nhau

Tính thể tích hiđrô thu được nếu giả sử rằng cho axit sunfuric tương tác với 2,33g sắt

c) Còn nếu dùng 2,33g hỗn hợp kẽm và sắt thì thể tích hiđro thoát ra ít hơn so với khi dùng 2,33g sắt là 932 – 896 = 36ml

Sự giảm thể tích hiđro thoát ra là do nguyên nhân của sự có mặt của một khối lượng kẽm nhất định trong hỗn hợp Ta gọi khối lượng này là m

Từ kết quả của tính toán câu b, c, ta có thể lập được tỷ lệ công thức sau:

- 2,33g kẽm thì thể tích hiđro thoát ra giảm 129ml hiđro

- m(g) kẽm thì thể tích hiđrô thoát ra giảm 36ml

𝑚 = 129

36 → mZn = 0,65g

mFe = 2,33 – 0,65 = 1,68g Đáp số: Hỗn hợp chứa 0,65g Zn và 1,68g Fe

Cách 2: Dùng phương pháp đại số - Lập và giải phương trình bậc nhất một ẩn

Gọi khối lượng mFe trong hỗn hợp là x thì khối lượng Zn là mZn = 2,33 – x (g)

Viết phương trình phản ứng giữa sắt với axit sunfuaric:

Viết phương trình phản ững giữa Zn và axit sunfuric

Ví dụ 2:

Hòa tan 10g một hợp kim gồm đồng, sắt và nhôm trong dung dịch axit clohiđric thu được 5,04l hiđro (đktc) và 3,1g chất rắn không tan Hãy xác định thành phần phần trăm của hợp kim trên

Bài giải Viết các phương trình phản ứng xảy ra khi hòa tan hợp kim trong dung dịch axit clohiđric

- Số mol hiđrô thoát ra do nhôm tác dụng với axit trong phản ứng (2) sẽ là (0,225 – x) và

do đó số lượng mol nhôm sẽ là:

- Khối lượng sắt trong hợp kim bằng (56x) g

- Khối lượng nhôm trong hợp kim bằng: 27,2 0,225−𝑥

3 (g) Khối lượng của nhôm và sắt trong hợp kim bằng 6,9g

Từ đây ta có phương trình sau:

56x + 18(0,225 – x) = 6,9 56x + 4,05 – 18x = 6,9 38x = 2,85

x = 0,075 (mol) hay 0,075.56g = 4,2 hay 42% sắt

- Khối lượng nhôm trong hợp kim bằng: 27,2 0,225−𝑥

3 = 27.0,1 = 2,7g hay 27%

Đáp số: Thành phần hợp kim gồm 31% đồng, 42% sắt và 27% nhôm

Cách 2:

Khi hòa tan 6,9g sắt và nhôm vào trong dung dịch HCl thì có 5,04l hiđrô thoát ra

Gọi khối lượng sắt trong hợp kim là x(g) thì khối lượng nhôm sẽ bằng (6,9 – x) (g)

- Khi hòa tan x(g) hay x/56 mol sắt thì tỏa ra 𝑥

56 mol hiđrô hay 22,4𝑥

22,4𝑥

56 + 22,4 3

6,9−𝑥

27 = 5,04 Giải ra ta được x = 4,2 g hay 42% sắt; và 2,7g (6,9 – 4,2) nhôm hay 27% nhôm

Đáp số: Hợp kim gồm 31% đồng, 42% sắt và 27% nhôm

Cách 3:

Gọi khối lượng sắt trong hợp kim là x(g) và thể tích hiđrô do sắt đẩy ra trong phản ứng (1) là y1thì khối lượng nhôm trong hợp kim bằng (6,9 – x)(g), còn thể tích hiđrô do nhôm đẩy ra trong phản ứng (2) sẽ bằng (5,04 – y) l

Lập các tỷ lệ cần thiết:

- 56g sắt đẩy được 22,4l hiđrô

- x(g) sắt đẩy được y hiđrô

Ta có phương trình:

56.(5,04 – y) = 67,2.(6,9 – x)

Giải hệ thống phương trình ta được:

X = 4,2g hay 42% sắt

Khối lượng nhôm bằng: 6,9 – 4,2 = 2,7g hay 27% nhôm

Đáp số: Hỗn hợp gồm 31% đồng, 42% sắt và 27% nhôm

Ví dụ 3:

Hòa tan hoàn toàn 19,2g hỗn hợp X gồm 2 kim loại A và B cần V lít dung dịch HCl 2M thu được 8,96lít H2 (đktc) và dung dịch Y Cho Y tác dụng với NaOh dư thu được m gam kết tủa gồm 2 hiđroxit kim loại

a) Tính V và m Biết A và B đều có hóa trị II trong các hợp chất của bài toán này b) Xác định 2 kim loại A, B biết MA : MB = 3 : 7, tỷ số mol của chúng trong X tương ứng là 1 : 3

Bài giải Gọi a, b lần luợt là số mol A, B tham gia

= (a.A + b.B) + 34(a + b) = 19,2 + 34.0,4 = 32,8 gam

b) Theo bài ra: a : b = 1 : 3  b = 3a, thay vào (*) a = 0,1; b = 0,3

Lại có MA : MB = 3 : 7  MB = 7/3 MA, thay vào (**) ta có:

M = 29 0,6 = 17,4g

Tìm phần mol của metal và etan trong hỗn hợp:

Gọi phần mol của metan là x thì phần mol của etan là 1-x Ta có phương trình:

Mh = xMCH4 + (1-x)MC2H6 = 16x + 30(1-x) = 17,4

MCH4 = 16g

MC2H6 = 30g Giải phương trình ta được: x = 0,9

Như vậy trong hỗn hợp có 0,9 mol metan và 0,1 mol etan; còn trong 3l hỗn hợp thì có 0,9.3 = 2,7l metan và 0,3l etan

Viết phương trình các phản ứng cháy:

a) Tính m

b) Biết tỷ lệ số mol trong hỗn hợp của A, B, C là 1:2:3; M A : M B = 3 : 7 và M A < M C <

M B Hỏi A, B, C là kim loại nào trong số các kim loại dưới đây: Mg = 24, Al = 27, Ca

= 40, Cr = 52, Fe = 56, Zn = 65

Bài giải a) Cách 1: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (ĐLBTKL)

Chú ý: Trong bài tập trên, với 3 cách làm đã giải quyết tốt nội dung câu a:

- Trong cách 1: Cần viết được phương trình của ĐKBTKL, thấy được mối liên hệ về tỉ lệ

số mol của HCl với H2 trong 3 phản ứng

- Trong cách 2: Cần thấy được trong HCl: nCl = nHCl Nhận thấy 3 kim lại phản ứng với axit tạo hỗn hợp muối, khối lượng muối = mX + mCl

- Trong cách 3: Lập phương trình toán học (*) và (**) theo 2 dữ kiện là số mol H2 và khối lượng hỗn hợp X Khi tính khối lượng muối, cần biết cách khai triển và nhóm nghiệm chung lại theo (*) và (**) để giải quyết bài toán

Ví dụ 6:

Khi chế hóa đồng với dd axit sunfuric đặc, nóng, có khí SO2 thoát ra Cho sunfurơ đi qua một dung dịch kiềm, ta điều chế được 300g dung dịch natri sunfit có nồng độ 6,3% Hãy xác định khối lượng đồng đã được sử dụng

Bài giải Viết các phương trình phản ứng xảy ra:

Từ phương trình phản ứng (1) ta thấy muốn có 1 mol SO2 cần hòa tan 1 mol Cu

0,15 mol SO2 cần hòa tan 0,15 mol Cu hay mCu = 0,15.64g = 9,6g đồng

Từ phương trình (1) ta có:

- 22,4l SO2 tạo thành khi hòa tan 64g Cu

- 3,36l SO2 tạo thành khi hòa tan x2 g Cu

Bài giải Tính khối lượng hiđrô có trong hợp chất hữu cơ từ lượng nước tạo thành:

- Trong 18g nước có 2g hiđrô

- Trong 0,45g nước có x(g) hiđrô?

mH = x = 0,45 2𝑔

18 = 0,55g Khi cho sản phẩm khí qua dd xút, thể tích của hỗn hợp khí giảm: 560 – 112 = 448ml do khí CO2

bị hấp thụ Từ đó tính khối lượng C trong hợp chất

Tính khối lượng nitơ trong hợp chất:

- 22,4l khí nitơ có khối lượng 28g

- 0,112l khí nitơ có khối lượng 2g

mN = Z = 0,112.28

22,4 = 0,14g Tính khối lượng oxi có trong phản sản phẩm phản ứng:

Khối lượng oxi trong 0,45g nước tạo thành bằng: 0,45 – 0,05 = 0,4g

Tính hàm lượng oxi có trong 448ml cacbon dioxit:

- Trong 22,4l CO2 có 32g Oxi

- Trong 0,448l CO2 có a(g)?

m’O= a = 0,448.32g

22,4 = 0,64g Tổng khối lượng oxi có trong sản phẩm phản ứng bằng: 0,4g + 0,64g = 1,04g

Tính khối lượng ôxi cần thiết để đốt cháy chất hữu cơ:

- 22,4l oxi có khối lượng 32g

- 0,504l oxi có khối lượng b(g)?

Như vậy thành phần của hợp chất hữu cơ gồm: 0,24g C, 0,05g hiđro, 0,32g oxi và 0,14g nitơ

Từ những số liệu này ta sẽ lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ Công thức cần tìm có dạng tổng quát là CxHyOzNt

Khối lượng phân tử = 2.12 + 5 + 16.2 + 14 = 75

Theo đầu bài, KLPT của chất hữu cơ bằng 75 Như vậy C2H5OzN chính là CTPT của chất hữu cơ

Ví dụ 8:

Hỗn hợp M gồm CuO và Fe 2 O 3 có khối lượng 9,6g được chia làm hai phần bằng nhau Cho phần 1 tác dụng với 100ml dung dịch HCl, khuấy đều Sau khi phản ứng kết thúc, thu được 8,1g chất rắn khan Cho phần 2 tác dụng với 200ml dung dịch HCl dung dịch HCl đã dùng ở trên trong điều kiện như lần trước sau khi kết thúc phản ứng lại làm bay hơi hỗn hợp sản phẩm như trên, lần này thu được 9,2g chất rắn khan

a) Viết các phương trình hóa học Tính nồng độ mol của dung dịch HCl đã dùng

b) Tính thành phần phần trăm về khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp M

Bài giải a) PTHH: CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O (1)

Fe2O3 + 6HCl → FeCl3 + 3H2O (2) Khối lượng của mỗi phần m = 9,6 : 2 = 4,8 (g)

Vì hai phần có thành ohần hoàn toàn như nhau, nếu ở 2 phần tất cả oxit phản ứng hết (do lượng axit đủ hoặc dư) thì lượng chất rắn khan thu được phải bằng nhau Theo đầu bài, lượng chất rắn không bằng nhau Như vậy, trong các lần đó hỗn hợp oxit chưa phản ứng hết hoặc một lần chưa phản ứng hết

Theo đầu bài, ở phần 1 khối lượng oxit chưa bị hòa tan hết, tức là axit đã tác dụng hết và thiếu axit để hòa tan hết lượng oxit

Gọi số mol CuO và Fe2O3 trong phần 1 đã phản ứng là x1, y1; số mol CuO và Fe2O3 chưa phản ứng là x2 và y2

Suy ra số mol CuCl2 và FeCl3 tạo thành ở phần 1 là x1 và 2y1

Thay (*) vào ta có số mol HCl phản ứng là 2.0,06 = 0,12

Nồng độ mol của dung dịch HCl là 0.12 : 0,1 = 1,2M

b) Nếu lần 2 các oxit cũng chưa tác dụng hết như lần 1 thì lượng axit đã tác dụng hết và nồng độ axit tìm được cũng phải là 1,2M

Cách giải tương tự như trên Phương trình (I) như trên, còn phương trình (II) là:

80x2 + 160y2 + 135x1 + 2.162,5y1 = 9,2 (II’) Kết hợp (I) và (II’) tìm ra x1 + 3y1 = 0,08

Giải (III) và (IV) tìm ra x = 0,02 và y = 0,02

Thành phần phần trăm về khối lượng của các oxit trong hỗn hợp là:

Phần 1: Khối lượng chất rắn tăng = 8,1 – 4,8 = 3,3g

Mà khối lượng chất rắn tăng = mCl trong muối – mO trong oxit

Nhưng nCl trong muối = 2nO trong oxit

→ 35,5 2nO trong oxit – 16.nO trong oxit = 3,3

nO trong oxit = 3,3

71−16 = 0,06

nHCl = 2nO trong oxit = 2.0,06 = 0,12 Nồng độ mol của dung dịch HCl = 0,12 : 0,1 = 1,2M

Phần 2: Khối lượng chất rắn tăng = 9,2 – 4,8 = 4,4g

Mà khối lượng chất rắn tăng = mCl trong muối – mO trong oxit

Nhưng nCl trong muối = 2nO trong oxit

= 35,5.2nO trong oxit – 16.nO trong oxit = 4,4

→ nO trong oxit = 4,4

71−16 = 0,08 Nên nHCl = 2nO trong oxit = 2.0.08 = 0,16 < 0,12.2

Như vậy HCl dư, oxit hết

Tính thành phần % khối lượng làm tưng tự như Cách 1

Cách 3:

Phần 1: Gọi số mol HCl là a, suy ra số mol H2O là 0,5a

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho (1) và (2) ta có:

Khối lượng phần 1 + Khối lượng HCl phản ứng = Khối lượng chất rắn + khối lượng H2O

4,8 + 36,5a = 8,1 + 18.0,5a

Giải ra a = 0,12

Nồng độ mol của dung dịch HCl là 0,12 : 0,1 = 1,2M

Phần 2: Gọi số mol HCl p/ư là b Suy ra số mol H2O là 0,5b

- TN2: Lấy 2,98g hỗn hợp X vào 400ml dung dịch Y Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn lại đem cô cạn như trên thì thu được 6,53g chất rắn Tính C M của dung dịch Y

và thành phần % theo khối lượng các chất trong X

Bài giải Cách 1:

Khi cho 2,98g X vào 200ml dung dịch Y thu được 5,82g chất rắn, cũng lượng X trên cho vào 400ml dung dịch HCl thu được 6,53g chất rắn chứng tỏ TN1 thiếu axit, dư kim loại (vì nếu kim loại trong X hết thì lượng chất rắn thu được ở 2 thí nghiệm phải bằng nhau)

TN2: nCl_ = (6,53 – 2,98) : 35,5 = 0,1 mol

Nếu trong TN2 toàn bộ HCl chuyển thành muối clorua thì nCl_ (TN2) = 2 nCl_ (TN1), thực tế

nCl_ (TN2) < 2 nCl_ (TN1), chứng tỏ trong TN2 dư axit

Theo bài ra ta có hệ phương trình:

56a + 65b = 2,98

127a + 136b = 6,53

Suy ra: a = 0,3; b = 0,2

Ta có: nHCl = 2a + 2b = 0,1 (mol), nHCl dư = 0,16 – 0,1 = 0,06 (mol)

Nên số mol HCl trong 0,4 lít dung dịch nHCl = 0,16 mol

Gọi a, b lần lượt là số mol Fe và Zn tham gia

TN1: a1, b1 lần lượt là số mol Fe và Zn còn dư

71(a + b) = 2,84

a + b = 0,04

Do đó trong TN2: axit dư, hỗn hợp kim loại X hết

Theo bài ra ta có hệ phương trình:

56a + 65b = 2,98

2a + 2b = 0,1 Giải hệ: a = 0,03; b = 0,02

Do đó: %Fe = 56,37%; %Zn = 43,63%

III Kết quả

Bên cạnh việc xây dựng nền tảng kiến thức Hóa học cơ bản cho học sinh, kết hợp với hệ thống câu hỏi dẫn dắt, giáo viên hướng dẫn cho học sinh suy nghĩ tìm tòi và khắc sâu được các kiến thức nâng cao Mặt khác, các bài tập bổ sung này sẽ giúp các em hệ thống hóa các kiến thức liên quan, áp dụng kỹ năng toán học và hóa học để đưa ra cách giải thông minh, ngắn gọn và hợp lý nhất Đây là cách tiếp cận vô cùng quan trọng với học sinh học tốt bộ môn Hóa học, nhất

là những em học sinh giỏi khi tham gia các kỳ thi học sinh giỏi cấp Quận và Thành phố

Sau khi áp dụng phương pháp trên, kết quả đối chiếu như sau:

Trong hai năm học vừa qua, cùng với sự nỗ lực của các giáo viên tổ bộ môn Hóa của trường, việc áp dụng sáng kiến kinh nghiệm trên đây đã đưa ra những kết quả cụ thể Trong năm học

2009 – 2010, trường chúng tôi có 3 học sinh đạt giải ba cấp Thành phố môn Hóa 9 Đặc biệt trong năm học này, số các học sinh tham gia thi học sinh giỏi Thành phố đã tăng lên 7 em

Giải bài tập hóa học là yếu tố hết sức quan trọng trong cả quá trình dạy và học Hóa học Thực

tế dạy và học Hóa học ở Phổ thông đã chứng minh rằng chỉ có thể đạt hiệu quả cao trong dạy – học Hóa học nếu biết sử dụng hệ thống bài tập một cách hợp lý, khoa học trong đó có phối hợp các dạng bài tập khác nhau từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và sau đó mới đến những bài tập tổng hợp

Từ nhiều lần luyện tập, học sinh được nâng cao kiến thức, rút ra các trường hợp khác nhau và

đã đạt được kết quả tốt trong các kỳ thi học sinh giỏi

Trên đây chỉ là một số kinh nghiệm của bản thân đã đạt được trong quá trình giảng dạy, luyện thi học sinh giỏi, tham khảo một số tài liệu tham khảo cũng như học hỏi từ đồng nghiệp

Tôi tha thiết mong muốn các đồng chí giáo viên dạy Hóa đóng góp ý kiến để có phương pháp tốt hơn, giúp học sinh ngày càng yêu thích bộ môn Hóa học

Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà Nội ngày 12 tháng 4 năm 2011

Vũ Bích Liên