Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học

Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học

A MỞ ĐẦU:

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

Cùng với sự phát triển Kinh tế -Xã hội, Việt Nam ngày càng hội nhập sâurộng vào các vấn đề quốc tế, trong đó có lĩnh hội những tinh hoa giáo dục củacác nước tiên tiến trên thế giới trong công cuộc cải cách giáo dục và đặc biệtquan trọng là Đảng và Nhà nước đã xác định giáo dục là mục tiêu hàng đầu, đầu

tư cho giáo dục là đầu tư cho sự phát triển lâu dài và bền vững Khi hội nhậpquốc tế đòi hỏi nguồn nhân lực của đất nước ta phải đảm bảo về trình độ, nănglực làm việc và có một nền tảng các kiến thức khoa học cơ bản

Xuất phát từ đòi hỏi đó công cuộc cải cách giáo dục của nước nhà đã diễn

ra trong những năm gần đây để đáp ứng những yêu cầu với sự phát triển của xãhội Trong thực tế khi nghiên cứu và trực tiếp giảng dạy với bộ sách giáo khoamới, đặc biệt là bộ môn Hóa Học tôi thấy: Về nội dung chương trình đáp ứngđược với tinh thần đổi mới, tuy nhiên vẫn còn một số nội dung quá nặng với họcsinh, vì đặc thù của bộ môn Hóa Học là một môn khoa học cơ bản, liên quan đếncác vấn đề trong cuộc sống hàng ngày, bộ môn liên quan nhiều đến thựcnghiệm Trong khi đó điều kiện kinh tế và nền khoa học kĩ thuật của ta đang cònrất hạn chế Công cuộc cải cách đòi hỏi từ nhiều phía: Từ nội dung chương trình,phương pháp dạy, phương pháp học Đòi hỏi giáo viên phải giảng dạy nghiêmtúc, có trách nhiệm, tạo được hướng thú học tập, say mê tìm tòi Học sinh phải

có ý thức học tập thật sự, xây dựng được động lực học tập đúng đắn

Nhằm giúp học sinh có một cái nhìn tổng quát về một phương pháp giảibài tập hóa học từ đó các em sẽ linh hoạt lựa chọn cho mình được phương pháptối ưu đối với một bài toán nhất định trong quá trình giải Chính vì vậy tôi lựa

chọn đề tài “Một số kinh nghiệm giúp học sinh sử dụng phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học ” để nghiên cứu

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

Trong quá trình dạy học trên lớp và ôn thi đại học cho học sinh Tôi nhậnthấy rất nhiều em học sinh lúng túng khi gặp các bài toán hỗn hợp nhiều chấtnhưng được cấu tạo từ một số nguyên tố nhất định đem thực hiện các quá trìnhphản ứng để định lượng Học sinh thường đặt ẩn và giải hệ, một số bài toán các

em giải được nhưng mất rất nhiều thời gian, một số bài học sinh không thể giảiđược vì số phương trình lập được ít hơn số ẩn

Đề tài này nhằm giúp học sinh có được cái nhìn tổng quát về một phươngpháp giải toán hay gặp trong quá trình học tập và thi cử, từ đó giúp các em nhận

ra dạng toán và lựa chọn được phương pháp phù hợp đưa ra kết quả chính xáctrong thời gian ngắn nhất Đề tài còn nhằm phát huy tính tích cực sáng tạo tronggiải toán hóa học của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy củagiáo viên

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Để thực hiện đề tài, tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là tổng kết kinhnghiên Xuất phát từ những khó khăn vướng mắc của học sinh trong quá trìnhlựa chọn phương pháp tối ưu cho các bài toán hỗn hợp các chất, được cấu tạo

từ một số nguyên tố nhất định, tôi xác định cần phải nghiên cứu phương phápquy đổi áp dụng cho giải bài toán hỗn hợp kim loại và oxit của nó làm cơ sởnghiêm cứu từ đó mở rộng ra giải các loại bài toán tương tự

Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi đã sử dụng nhiều phương pháp khác

nhau như:

- Phương pháp trao đổi cùng các giáo viên có kinh nghiệm và học sinh

- Phương pháp kiểm tra đánh giá

- Phương pháp đối chứng

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu…

IV GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU.

Phương pháp quy đổi được áp dụng cho các bài toán hỗn hợp hoặc các bàitoán thực hiện qua nhiều quá trình thí nghiệm Trong đề tài này, tôi đi sâunghiên cứu sử dụng phương pháp quy đổi áp dụng trong giải dạng toán sau làm

cơ sở:

Bài toán: Đốt cháy m(g) kim loại M trong không khí một thời gian thu được

m1(g) hỗn hợp X gồm kim loại M và oxit MxOy Cho m1(g) hỗn hợp X tác dụngvới lượng dư dung dịch HNO3 thu được V(l) khí NaOb duy nhất (ĐKTC)

Bài toán được tóm tắt theo sơ đồ sau:

-Kế hoạch thực hiện đề tài:

Đề tài bắt đầu nghiên cứu từ tháng 8 năm 2011, được thực nghiệm trong 2năm học 2011- 2012 và 2012 - 2013 Đề tài được tổng kết rút kinh nghiệm vào

tháng 4 năm 2013.

- Đề tài được áp dụng tại trường THPT Lê Lợi

B NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP.

I NGUYÊN TẮC NGHIÊN CỨU.

Quy đổi là một phương pháp biến đổi toán học nhằm đưa bài toán ban đầu

là một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản hơn, qua đó làm cho các phép tính trởnên dễ dàng, thuận tiện Tuy nhiên, dù tiến hành quy đổi theo hướng nào thìcũng phải tuân thủ hai nguyên tắc sau:

- Bảo toàn nguyên tố, tức tổng số mol mỗi nguyên tố ở hỗn hợp đầu và hỗn hợp

mới phải bằng nhau

- Bảo toàn số oxi hóa, tức tổng số oxi hóa của các nguyên tố trong hai hỗn hợp

là như nhau

II CÁC HƯỚNG QUY ĐỔI.

Một bài toán có thể có nhiều hướng quy đổi khác nhau, trong đó có bahướng chính :

1 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ một chất.

Trong trường hợp này thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như ban đầu,

ta chuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn (cùng của các nguyên tố đó), thường

là hỗn hợp hai chất, thậm chí là một chất duy nhất

Thí dụ: với hỗn hợp các chất gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta có thể chuyểnthành các tổ hợp (Fe và FeO), (Fe và Fe3O4), (Fe và Fe2O3), (FeO và Fe3O4),(FeO và Fe2O3 ), (Fe3O4 và Fe2O3) thậm chí chỉ là một " chất" duy nhất dạng

Rõ ràng, với cách quy đổi này bài toán đã được đơn giản hóa đi rất nhiều,nhờ đó có thể giải một cách nhanh và gọn hơn

2 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tố tương ứng.

Thông thường ta gặp bài toán hỗn hợp nhiều chất nhưng về bản chất chỉgồm 2 (hoặc 3) nguyên tố Do đó, có thể quy đổi thẳng hỗn hợp đầu về hỗn hợpchỉ gồm 2 (hoặc 3) chất là các nguyên tố tương ứng

Thí dụ : (Fe, FeS, FeS2, Cu, CuS, Cu2S, S)    (Cu, Fe, S)

3 Quy đổi tác nhân oxi hóa trong phản ứng oxi hóa - khử.

Với những bài toán trải qua nhiều giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi nhữngchất oxi hóa khác nhau, ta có thể quy đổi vai trò oxi hóa của chất oxi hóa nàycho chất oxi hóa kia để bài toán trở nên đơn giản hơn

Khi thực hiện phép quy đổi phải đảm bảo :

- Số electron nhường, nhận là không đổi (ĐLBT electron)

- Do sự thay đổi tác nhân oxi hóa    có sự thay đổi sản phẩm cho phù hợp

Thông thường ta hay gặp dạng bài sau :

Kim loại OXH1

   Hỗn hợp sẩn phẩm trung gian OXH2

FexOy

Ở đây, vì trạng thái oxi hóa ban đầu và cuối của Fe ở hai quá trình là nhưnhau do vậy số electron nhường của Fe trong hai quá trình là như nhau Có thểquy đổi hai tác nhân oxi hóa O2 và HNO3 thành một tác nhân duy nhất là O2

hoặc ngược lại

III CÁC CHÚ Ý KHI LÀM BÀI TOÁN QUY ĐỔI.

1 Do việc quy đổi nên trong một số trường hợp số mol một chất có thể có giá

trị âm để tổng số mol mỗi nguyên tố là không đổi (bảo toàn)

2 Trong quá trình làm bài ta thường kết hợp sử dụng các phương pháp bảo toàn

khối lượng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn electron, kết hợp với việc sơ đồ hóabài toán để tránh viết phương trình phản ứng, qua đó rút ngắn thời gian làm bài

3 Phương án quy đổi tốt nhất, có tính khái quát cao nhất là quy đổi thẳng về các

nguyên tử tương ứng Đây là phương án cho lời giải nhanh, gọn và dễ hiểu, đồngthời biểu thị đúng bản chất hóa học của bài toán

IV VÍ DỤ MINH HỌA.

Ví dụ 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam hỗn hợp chất rắn X Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO 3 (dư), thoát ra 0,56 lít NO (ở đktc, là sản phẩm khư duy nhất) Giá trị của m là

Hướng dẫn giải:

1 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ một chất.

Sơ đồ của bài toán:

HNO O

Các quá trình nhường nhận electron :

Theo bảo toàn khối lượng : 56x + 72y = 3,0 (1)

Các quá trình nhường nhận electron :

 nFe= nFe + nFeO = 0,045 mol → m = 56.0,045 = 2,52 → Đáp án A

2 Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng.

Nhận thấy hỗn hợp X tuy phức tạp nhưng chỉ gồm 2 nguyên tố sắt và oxi,

do đó có thể quy đổi hỗn hợp về hai nguyên tố là Fe (x mol) và O (y mol)

X thành hỗn hợp chỉ gồm 2 nguyên tố Fe (x mol) và O(y mol)

Lúc này sơ đồ các biến đổi như sau :

Các quá trình nhường nhận electron :

Fe0 → Fe+3 + 3e N+5 + 3e → N+2

x 3x 0,075 0,025

O0 +2e → O-2

y 2yTheo bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,075 (6)

3 Quy đổi tác nhân oxi hóa.

Thay vai trò oxi hóa của HNO3 bằng [O] Lúc này sản phẩm cuối cùng thu được là Fe2O3, có sơ đồ như sau:

Fe FeO

2nO(**) = 0,075 → nO(**) = 0,0375 mol

Theo bảo toàn khối lượng : m Fe O2 3  mX + mO (**)= 3 + 0,0375 16 = 3,6(g)

Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe : nFe = 2n Fe O2 3 = 2.3,6 0,045( )

160 mol

 m = 56.0,045 = 2,52(g) Đáp án A.

V THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH KINH NGHIỆM CHO BÀI TOÁN CƠ SỞ.

Số mol của kim loại là a

Số oxi hóa cao nhất (max) của kim loại là n

Số mol electron nhận ở (2) là t mol





Ứng với M là Fe(56), n = 3 ta được: m = 0,7.m1 + 5,6.t (2).

Ứng với M là Cu(64), n = 2 ta được: m = 0,8.m1 + 6,4.t (3).

Từ (2), (3) ta thấy: Bài toán có 3 đại lượng: m, m1 và n enhận(2) (hoặc Vkhí(2)).Khi biết 2 trong 3 đại lượng trên ta tính được ngay đại lượng còn lại

Áp dụng phương trình (2) cho ví dụ trên ta được

0,56 0,7.3 5,6 .3 2,52( )

22, 4

VI VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VÔ CƠ VÀ HỮU CƠ.

Câu 1 Cho 28,8g hỗn hợp Fe, Mg, Cu (số mol mỗi kim loại bằng nhau) tác

dụng hết với dung dịch HNO3 thu được dung dịch X và 5,376 lít (đktc) hỗn hợpgồm 4 khí N2, NO, N2O, NO2 trong đó 2 khí N2 và NO2 có số mol bằng nhau Côcạn cẩn thận dung dịch X thu được 117,6g muối khan Số mol HNO3 đã phảnứng là?

Xét quá trình OXH

3 2 2

3 2 2

→ Trong dung dịch có muối NH4NO3

Khối lượng muối NH4NO3 = 117,6 – 115,6 = 2g

4 3

2

0,025( ) 80

Câu 2: Hỗn hợp X gồm: HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 và

CH3CH(OH)COOH Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X cần V lít O2 (đktc) sauphản ứng thu được CO2 và H2O Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào nước vôitrong dư thu được 50 gam kết tủa Vậy giá trị của V tương ứng là?

Câu 3 Khi đốt cháy hoàn toàn một polime X (tạo thành do đồng trùng hợp

2,3-Đimetyl butadien và acrilon nitrin CH2 = CH-CN) với một lượng oxi vừa

đủ thấy tạo thành một hỗn hợp khí ở nhiệt độ nhất định, áp suất xác định chiếm 57,69% CO2 về thể tích Tỉ lệ hai monome là?

Giải:

+) cách 1: Tách polime thành hai monome ban đầu:

PƯ cháy: C6H10 + 17/2 O2 → 6CO2 + 5H2O

x 6x 5x

CH2=CH-CN +15/2 O2 → 3CO2 + 3/2H2O + 1/2 N2

y 3y 1,5y 0,5y

Giải bài toán theo phương pháp “qui đổi” sẽ cho ta kết quả bài toán nhanh

hơn, thuận lợi hơn Nhưng khi vận dụng phương pháp để giải một số bài toán códạng tương tự nếu không hiểu rõ bản chất phản ứng hóa học trong dung dịch sẽ

có thể gặp phải sai lầm sau:

Qui đổi làm sai lệch bản chất của phản ứng.

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 trong

HCl dư sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl2 Hỏi số gam FeCl3 thu được làbao nhiêu?

Hướng dẫn : Với hỗn hợp các chất gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta có thể qui đổithành các tổ hợp (Fe và FeO), (Fe và Fe3O4), (Fe và Fe2O3), (FeO và Fe3O4),(FeO và Fe2O3 ), (Fe và O), (Fe3O4 và Fe2O3) thậm chí chỉ là qui đổi thành một

"

chất" duy nhất dạng Fe x O y

Trong các trường hợp qui đổi trên chúng ta sẽ gặp sai lầm khi chúng taqui đổi hỗn hợp thành Fe và FeO vì khi đó hỗn hợp Fe và FeO phản ứng với ddHCl không cho muối FeCl3 Bài toán bị sai về mặt bản chất hóa học

Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tronglượng dư dung dịch HCl 1M thu được 0,224 lít H2 (ĐKTC) và dung dịch D Chodung dịch D tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH Lọc kết tủa đem nungngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Xác địnhm?

Hướng dẫn: Với bài toán này ta cũng có nhiều cách qui đổi khác nhau Nhưng

nếu chúng ta qui đổi hỗn hợp thành các oxit (FeO và Fe2O3…) thì bài toán sẽ phithực tế do hỗn hợp các oxit phản ứng với dung dịch HCl không có khả năng tạokhí H2 Vì vậy khi vận dụng phương pháp qui đổi trong giải toán chúng ta cần

chú ý: Dù muốn qui đổi theo hướng nào nhưng phải đảm bảo được bản chất hóa học của bài toán.

VII MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG.

Câu 1: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp X ở dạng bột gồm S, FeS, FeS2

trong dung dịch HNO3 thu được 0,48 mol NO2 và dung dịch D Cho dung dịch Dtác dụng với Ba(OH)2 dư, lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi thuđược m gam hỗn hợp rắn Giá trị của m là?

A 11,65 gam B 12,815 gam C 13,98 gam D.17,545 gam Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 25,6 gam rắn X gồm Fe, FeS, FeS2 và S bằng dungdịch HNO3 dư, thoát ra V lít khí NO duy nhất (đktc) và dung dịch Y ThêmBa(OH)2 dư vào Y thu được 126,25 gam kết tủa Giá trị của V là?

A 17,92 lít B 19,04 lít C 24,64 lít D 27,58 lít

Câu 3: Để hoà tan hoàn toàn 23,2 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3

(trong đó số mol FeO bằng số mol Fe2O3), cần dùng vừa đủ V lít dung dịch HCl1M Giá trị của V là?

Câu 5: Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau một thời gian thu được m

gam hỗn hợp chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Hòa tan m gam hỗn hợp

X vào dung dịch HNO3 đặc nóng dư thu được 2,24 lít khí NO2 (đktc) là sản

phẩm khử duy nhất Giá trị của m là?

Câu 6: Cho 17,04 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hếtvới dung dịch HNO3 loãng dư thu được 2,016 lít khí NO (sản phẩm khử duynhất ở đktc) và dung dịch X Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan.Giá trị của m là?

Câu 7: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thì cần0,05 mol H2 Mặt khác Hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dungdịch H2SO4 đặc nóng thì thu được thể tích khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất ởđktc) là?

A 224 ml B 448 ml C 336 ml D 112 ml Câu 8: Hòa tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4

bằng H2SO4 đặc nóng thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 (đktc)

a Tính phần trăm khối lượng oxi trong hỗn hợp X

A 40,24% B 30,7% C 20,97% D 37,5%.

b Tính khối lượng muối trong dung dịch Y

A 160 gam B.140 gam C 120 gam D 100 gam.

Đáp án:

1.D; 2.C; 3.B; 4.A; 5.A; 6.D; 7.A; 8a.C; 8b.B.

C KẾT LUẬN

Đề tài này đã góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh, giúp các

em tích cực và tự tin hơn trong hoạt động tìm kiếm hướng giải cho các bài tập,

từ chỗ rất lúng túng hoặc lựa chọn phương pháp tốn nhiều thời gian, thì nay saukhi bồi dưỡng chuyên đề trên phần lớn các em đã vận dụng phương pháp nàymột cách thành thạo Khá nhiều em không những áp dụng thành thạo phươngpháp giải bài toán vô cơ mà các em còn vận dụng được phương pháp để giảithành công một số bài toán hóa học hữu cơ phức tạp

Qua đề tài này, kiến thức kĩ năng giải toán của học sinh được củng cố mộtcách có cơ sở vững chắc; kết quả học tập của học sinh được nâng cao

Số liệu và kết quả thực hiện đề tài:

Bảng số liệu và kết quả thực hiện đề tài:

Số học sinh giải thành thạo bài tập dạng này

sự góp ý của bạn bè và các đồng nghiệp để bản thân tôi hoàn thiện nội dung và

có thêm được nhiều kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy

Xin chân thành cảm ơn!

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG Thanh Hóa, ngày 19 tháng 05 năm 2013

ĐƠN VỊ Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết,

Không sao chép nội dung của người khác.

Người viết SKKN

Nguyễn Vũ Hùng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS Nguyễn Xuân Trường, “Dùng phương pháp quy đổi để tìm nhanh

đáp số của bài toán hóa học”, số 4(52)/2006, trang 2-3.

[2] Th.s Lê Phạm Thành, “Phương pháp giải nhanh các bài toán Hóa Học

THPT” NXB Hà Nội, 3/2009.

[3] Th.s Lê Phạm Thành, “ 16 phương pháp và kỹ thuật giải nhanh bài toán

Hóa Học” NXB ĐHSP Hà Nội, 4/2009.

[4] Th.S Nguyễn Khoa Thị Phượng “ Phương pháp giải bài tập hóa học đại

cương- vô cơ” NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 08/04/2008.