Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học

Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học

A- PHẦN MỞ đẦU

I- LÝ DO CHỌN đỀ TÀI:

Luật Giáo dục Việt Nam quy ựịnh: " Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tắnh tắch cực, tự giác, chủ ựộng sáng tạo của học sinh phù hợp với ựặc ựiểm của từng lớp học, từng môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn tác ựộng ựến tình cảm, ựem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh"; mục tiêu chắnh của ựổi mới phương pháp dạy học là nhằm góp phần thực hiện mục tiêu ựổi mới nền giáo dục nước nhà Muốn góp phần ựổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục thì phải coi trọng việc tắch cực ựổi mới cách dạy của thầy và cách học của trò, thay ựổi nhận thức về chất lượng dạy và học Thói quen dạy học kiểu áp ựặt, theo mối quan hệ dạy và học như Ộ bình thông nhauỢ ngày nay không những lạc hậu mà còn ựang bị lên án mạnh mẽ Quan ựiểm tiến bộ của dạy học là phải tạo ra cơ hội cho học sinh tiếp cận và phát hiện kiến thức, biết giải quyết các vấn ựề một cách linh hoạt và sáng tạo

Nhiều năm gần ựây, việc ựổi mới trong các tiết dạy chắnh khóa ựã ựược các cấp quản l ý, các giáo viên, các em học sinh và toàn xã hội ựặc biệt quan tâm Tuy nhiên, trong công tác bồi dưỡng học sinh về các kỹ năng giải bài tập thì nhiều giáo viên vẫn còn theo lối mòn, ựó là giáo viên chỉ biết dạy học sinh

Ộ bắt chướcỢ làm theo các bài tập do giáo viên giải mẫu, chưa phát huy hết tắnh sáng tạo và trắ thông minh của các em; chưa thấy hết tiềm lực to lớn trong mỗi học sinh ( nhất là học sinh giỏi) đó là một trong những nguyên nhân làm cho học sinh thụ ựộng trong học tập và rất lúng túng trong các thao tác giải các bài tập hóa học

Qua nhiều năm tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi dự thi các cấp, tôi thấy các em học sinh trong ựội tuyển thường xuyên mắc sai lầm và lúng túng khi tiếp xúc với các bài tập phức tạp Các em thường dùng phương pháp ựại số với khá nhiều ẩn, thường giải bài tập rất dài dòng Trong các khi bài toán này

hoàn toàn có thể giải gọn hơn và nhanh hơn rất nhiều nếu nắm chắc một số phương pháp giải nhanh, trong ñó có phương pháp phân tích hệ số Từ những sai lầm và rất lúng túng của học sinh, tôi ñã phân tích thực trạng và tìm nguyên nhân chính là do các em chưa hiểu sâu bản chất của các phương pháp giải nhanh bài toán hóa học

Với những lý do trên tôi ñã mạnh dạn nghiên cứu, tổng hợp kinh nghiệm và

thể nghiệm ñề tài “ Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập

hóa học ” nhằm giúp cho các em HS giỏi tự tin hơn, giải ñược nhiều dạng bài

tập khó một cách linh hoạt và chính xác

II- MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU:

ðề tài nhằm mục ñích làm rõ một số dạng ứng dụng của phương pháp phân tích hệ số vào việc giải bài tập hóa học nâng cao, qua ñó giúp học sinh hình thành kỹ năng giải bài tập linh hoạt hơn, có thể biến các bài tập phức tạp thành ñơn giản ðề tài còn nhằm phát huy tính tích cực, khơi dậy tiềm lực sáng tạo và niềm tin của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng ñội tuyển học sinh giỏi

III- ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp phân tích hệ số trong các phản ứng hóa học và ứng dụng của phân tích hệ số trong việc kết hợp giải một số dạng bài tập hóa học

IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

1- Phương pháp chủ yếu

ðể thực hiện ñề tài, tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là tổng kết kinh nghiệm, ñược thực hiện theo các bước:

• Xác ñịnh ñối tượng: xuất phát từ những khó khăn vướng mắc trong công

tác bồi dưỡng HS giỏi, tôi xác ñịnh cần phải có một ñề tài nghiên cứu về các phương pháp giải bài toán bằng phân tích hệ số

• Thể nghiệm và ñúc kết kinh nghiệm : Trong quá trình vận dụng ñề tài, tôi

ñã áp dụng nhiều biện pháp, như: trao ñổi cùng giáo viên có kinh nghiệm, trò chuyện cùng HS; kiểm tra, ñánh giá và ñối chiếu kết quả

2-Các phương pháp hỗ trợ

Ngoài ra, tôi còn dùng một số phương pháp hỗ trợ khác như phương pháp ñiều tra, nghiên cứu tài liệu, phương pháp thống kê, so sánh …

V- GIỚI HẠN CỦA ðỀ TÀI:

ðề tài này chỉ nghiên cứu và áp dụng cho ñối tượng học sinh giỏi trong ñội tuyển học sinh giỏi lớp 9 của huyện ðakPơ Về mặt kiến thức kỹ năng, ñề tài chỉ nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích hệ số vào một số dạng bài tập khá phổ biến trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi

VI- PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU:

- Kế hoạch thực hiện ñề tài : ðề tài bắt ñầu nghiên cứu từ tháng 8 năm

2008, ñược thử nghiệm trong năm học 2008-2009 và học kỳ I năm học

2009-2010 ðề tài ñã ñược tổng kết, rút kinh nghiệm vào tháng 01 năm 2009-2010

- ðề tài ñược áp dụng tại trường THCS Chu Văn An, sau ñó mở rộng phạm

vi áp dụng ñể bồi dưỡng ñội tuyển học sinh giỏi môn Hóa học lớp 9 của huyện ðakPơ

B- NỘI DUNG ðỀ TÀI

I- CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỆ SỐ VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC

Nói ñến phương trình hóa học là phải nói ñến hệ số cân bằng Khi ñã tham gia giảng dạy và học tập hóa học thì ai cũng biết ý nghĩa quan trọng của

hệ số cân bằng là phản ánh tỷ lệ số mol giữa các chất tham gia và sản phẩm

Từ hệ số cân bằng trong phản ứng nếu biết ñược số mol của một chất sẽ tìm ñược số mol nhiều chất khác

Tuy nhiên, ý nghĩa của các hệ số không chỉ dừng lại ở ñó Trong hệ thống bài tập hóa học có nhiều bài toán mà người giải không dễ gì tìm ñược số mol các chất, nhất là trong các bài toán có chứa hỗn hợp phức tạp hoặc những phản ứng dưới dạng tổng quát Hệ số cân bằng có thể gợi cho ta những cách giải bài tập thông minh, mạnh mẽ, nhanh chóng và tiết kiệm thời gian Những cách giải bài tập dựa vào việc khai thác sâu các hệ số ( hoặc chỉ số) ñược gọi chung là phương pháp phân tích hệ số Nếu biết khai thác triệt ñể các hệ số

cân bằng và kết hợp khéo léo với một vài phương pháp khác ( bảo toàn

nguyên tố, quy ñổi tương ñương, bảo toàn khối lượng, phương pháp ñường chéo, phương pháp giá trị trung bình …) thì sẽ tạo nên nhiều ñiều thú vị,

nhiều bài toán phức tạp ñược giải ra theo một trình tự ngắn gọn và ñơn giản

Cơ sở của phân tích hệ số là dựa vào việc khai thác, hiểu sâu sắc về tương quan giữa các hệ số và chỉ số, biến ý nghĩa của các hệ số thành công cụ mạnh

mẽ ñể giải các bài toán hóa học nhanh chóng và chính xác

Trong giới hạn của ñề tài này, tôi xin mạn phép trình bày cơ sở của một vài dạng ứng dụng phân tích hệ số vào việc giải bài tập hóa học:

1) Phân tích hệ số trong các bài toán tăng giảm thể tích khí

Trong Hóa học có rất nhiều phản ứng chuyển từ khí này sang khí khác làm thể tích khí tăng lên hoặc giảm xuống so với khí ban ñầu Thực tế trong các phản ứng này thường có một chất có số mol ( thể tích) bằng số mol( hoặc

thể tích) tăng lên hoặc giảm xuống Dựa vào mỗi phản ứng này chúng ta có thể rút ra những kết luận quan trọng

Còn nhiều trường hợp khác như NO + ½ O2 → NO2 v.v

Qua tham khảo tài liệu và nghiên cứu từ nhiều phản ứng tôi rút ra một kết

luận quan trọng: “ Nếu hệ số của một chất bằng hiệu của các tổng hệ số ở

mỗi vế phản ứng thì chất ñó có thể tích ( hoặc số mol) phản ứng bằng thể tích ( hoặc số mol) tăng thêm ( hoặc giảm xuống)” Nếu biết phần tăng thêm

( hoặc giảm) thể tích thì hoàn toàn tìm ñược thể tích của một chất phản ứng

2) Phân tích hệ số kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng

Việc kết hợp phân tích hệ số với ñịnh luật bảo toàn nguyên tố là sự kết hợp khéo léo giữa ý nghĩa của các hệ số và nội dung của ñịnh luật bảo toàn

nguyên tố: “ trong phản ứng hóa học, tổng số mol nguyên tử của mỗi nguyên

tố và khối lượng của chúng trước và sau phản ứng luôn bằng nhau”

Thường gặp nhất là các bài toán về sắt và oxit sắt Chẳng hạn:

Nhận xét: Nếu biết khối lượng của các khí sản phẩm và hỗn hợp A ( hoặc

muối Fe) thì có thể áp dụng ñịnh luật BTKL ⇒ số mol HNO3

3) Phân tích hệ số xác ñịnh nhanh tỷ lệ mol giữa các nguyên tố trong hợp chất

Trong nhiều phản ứng hóa học dạng tổng quát, mặc dù chưa biết CTHH của các chất tham gia nhưng thông qua các chỉ số và hệ số bằng chữ, ta vẫn có thể phân tích và tìm ra mối liên hệ toán học giữa chúng Phương pháp này cho phép chúng ta tìm nhanh tỷ lệ số mol nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một chất ( hoặc 2 chất khác nhau) Phương pháp này thường áp dụng tìm CTHH của một hợp chất ( oxit kim loại, hiñrocacbon )

Ví dụ: phản ứng giữa oxit kim loại với chất khử thường ( H2, CO) thì số mol (H2, CO) phản ứng bằng số mol oxi bị khử

RxOy + yH2

0 t

Ta thấy : n (O (H + CO )

2

Nhận xét: Nếu biết khối lượng oxit thì sẽ tìm ñược khối lượng của

nguyên tố R: {mR =m(oxit) - mO} ⇒ tỷ lệ số mol R

O

nx

4) Phân tích hệ số trong các phản ứng ñốt cháy

Trong hệ thống bài tập hóa học hữu cơ, có thể nói phản ứng ñốt cháy là một trong những phản ứng xuất hiện nhiều nhất Nếu biết khai thác các hệ số của phản ứng ñốt cháy sẽ rút ra nhiều kết luận rất quan trọng

Chẳng hạn: Xét phản ứng ñốt cháy hiñrocacbon (A) có tổng số vòng và

số liên kết π bằng k, sản phẩm có a (mol) CO2 và b ( mol) H2O

Chú ý : có thể áp dụng mở rộng cho một số dẫn xuất hiñrocacbon Nhận xét

này sẽ giúp giải nhanh chóng nhiều bài toán tìm CTPT bằng phản ứng ñốt cháy, hoặc tính lượng của một hỗn hợp nhiều chất mà không cần dùng phương pháp ñại số với quá nhiều ẩn số phức tạp

II- THỰC TRẠNG CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1- Thực trạng về ñiều kiện học tập và trình ñộ của học sinh trước khi thực hiện ñề tài:

Thói quen của học sinh khi gặp các bài toán phức tạp là thường ñặt ẩn Thực

tế dạy học cho biết, ña số học sinh khối THCS chưa có nhiều kỹ năng giải hệ phương trình toán chứa nhiều phương trình và nhiều ẩn Trong các buổi bồi dưỡng học sinh giỏi tôi thường chuẩn bị một số bài tập tạo nên tình huống khó giải quyết nếu các em không biết sử dụng các phương pháp thông minh

Có lần tôi ra bài toán: “ Hoà tan 3,2 gam một oxit kim loại RxOy ( R chiếm 70% theo khối lượng) bằng một lượng vừa ñủ H2SO4 loãng nồng ñộ 24,5% (

D=1,2g/ml) Tính thể tích dung dịch H2SO4 ñã dùng mà không cần xác ñịnh tên kim loại” Kết quả cả nhóm học sinh giỏi ñều thực hiện phương pháp ñại

số và chỉ vài em giải ra bằng phương pháp ghép ẩn số nhưng tốn rất nhiều thời gian Sau khi tôi gợi ý cho các em phân tích quan hệ số giữa kim loại R với oxi và H2SO4, thì các em lại giải ra ngay Cụ thể:

* Trước khi có gợi ý của giáo viên, một học sinh ( giỏi nhất nhóm) ñã giải như sau :

Các học sinh còn lại ñều bị nhầm lẫn trong bước biến ñổi cuối cùng

* Sau khi ñược gợi ý, học sinh ñã biết giải như sau:

ðể khắc phục những sai lầm và các khó khăn nêu trên, tôi nghĩ cần phải

nghiên cứu, tổng hợp về phương pháp phân tích hệ số ñể giúp học sinh giải

dễ dàng và nhanh chóng một số bài tập có tính chất phức tạp

2- Chuẩn bị thực hiện đề tài:

ðể áp dụng đề tài, tơi thực hiện một số khâu quan trọng như sau:

a) ðiều tra trình độ HS, tình cảm thái độ của HS về nội dung của đề tài; điều kiện học tập của HS Hướng dẫn cách sử dụng sách tham khảo và giới thiệu một số sách của thư viện trường để học sinh mượn đọc

b) Chọn lọc và nhĩm các bài tốn theo dạng, xây dựng phương pháp giải chung cho mỗi dạng, biên soạn bài tập mẫu; bài tập vận dụng và nâng cao Ngồi ra phải dự đốn trước những sai lầm mà học sinh cĩ thể mắc phải c) Lên kế hoạch về thời lượng cho mỗi dạng tốn Tham khảo tài liệu, trao đổi với đồng nghiệp; nghiên cứu các đề thi HS giỏi của tỉnh ta và một số tỉnh, thành phố khác, viết thành tài liệu riêng để bồi dưỡng học sinh

III- KINH NGHIỆM VẬN DỤNG ðỀ TÀI VÀO THỰC TIỄN:

Khi thực hiện ñề tài vào việc giảng dạy, trước hết tôi hướng dẫn các em phương pháp khai thác, phân tích mối liên hệ giữa các hệ số trong từng loại phản ứng hóa học ( như ñã nêu trong phần cơ sở lý luận) Sau ñó tổ chức giải khảo sát một số bài tập mẫu ñể rút ra nguyên tắc chung ñể giải bài toán theo phương pháp phân tích hệ số , gồm các bước cơ bản sau ñây:

Bước 1: Chuyển ñổi các dữ kiện thành số mol ( nếu ñược), xác ñịnh tỷ

lệ số mol của cặp chất tham gia ( hoặc một cặp chất nào ñó)

Bước 2: Viết ñầy ñủ các PTHH xảy ra ( hoặc sơ ñồ phản ứng)

Bước 3: Phân tích hệ số và chỉ số trong PTHH của các chất ñã biết dữ kiện và chất chưa biết ( hoặc nguyên tố, nhóm nguyên tố trong chất cần tìm)

Bước 4: Kết hợp kết quả phân tích với một số phương pháp giải toán hóa học nhanh, như: bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, ñường chéo, trị

số trung bình v.v

ðặc biệt nếu có nhiều chất trong PTHH ñã biết tỷ lệ mol thì có thể dùng tỷ

lệ mol ñó ñể thay thế cho các hệ số của các chất Từ ñây sẽ tìm ñược các chỉ

số chưa biết từ hệ số ñã biết bằng phương pháp bảo toàn nguyên tố Có thể nói phân tích hệ số và bảo toàn nguyên tố là hai phương pháp không thể tách rời nhau

Tiếp theo, tôi tiến hành bồi dưỡng kỹ năng theo dạng Mức ñộ rèn luyện từ

dễ ñến khó, nhằm bồi dưỡng học sinh phát triển kỹ năng từ biết làm ñến thành thạo và sáng tạo Khi tổ chức bồi dưỡng kỹ năng giải toán cho học sinh, tôi luôn tạo cơ hội cho học sinh phát hiện vấn ñề, hướng dẫn học sinh giải quyết vấn ñề, tổ chức vận dụng và nâng cao Từ việc giải bài tập mẫu, học sinh rút

ra ñược phương pháp giải và tránh ñược những sai lầm không ñáng có trong nhận thức hóa học

Sau ñây là một số ví dụ cụ thể về kinh nghiệm phân dạng và vận dụng giải toán bằng phân tích hệ số kết hợp với với một số phương pháp khác

1) Dạng 1: Phân tích hệ số trong các bài toán có sự tăng hoặc giảm thể tích chất khí

Ví dụ1: Một hỗn hợp khí A gồm C2H4, C2H2 ( tỷ lệ số mol 2: 3 ) Trộn hỗn hợp A với một lượng H2 thì thu ñược 15 lít hỗn hợp khí B ðun nóng hỗn hợp B có xúc tác niken ñến khi phản ứng hoàn toàn thì thu ñược 9 lít hỗn hợp khí C Hãy xác ñịnh thể tích của mỗi khí trong hỗn hợpA Biết hỗn hợp C không làm mất màu dung dịch brôm

Trong phản ứng cộng H2 vào các hợp chất khí có liên kết π thì thể tích khí giảm xuống bằng thể tích H2 phản ứng

Hãy xác ñịnh % thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp A

Phương trình phản ứng: 2NO + O2  → 2NO2

Phân tích hệ số thấy: thể tích khí giảm xuống chính bằng thể tích O2 pứ TN1: ⇒ VO2 (pö)= 15 + 5 – 19 = 1 ml

TN2: ⇒

O2

V =19 + 50 – 64 = 5 ml O2

Nhận xét: Khối lượng trước và sau phản ứng ñược bảo toàn, thể tích ( số

mol) khí tăng thêm chính bằng thể tích ( số mol) của ankan phản ứng

Ví dụ1: ðốt cháy hoàn toàn 20 ml hợp chất khí A thì dùng ñúng 80 ml khí

O2 , sau phản ứng chỉ tạo ra 60 ml CO2 và 40 ml hơi nước Tìm CTPT của hợp chất A Viết các CTCT của hợp chất A ( Cho biết các thể tích khí và hơi

ño cùng nhiệt ñộ và áp suất)

số trong PTHH Tổng số mol nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau

Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố ta có:

y = 2 × 2 = 4 ( bảo toàn nguyên tố H )

z = (3 × 2) + 2 – (4× 2) = 0 ( bảo toàn nguyên tố O )

Vậy CTPT của A là C3H4

CTCT của A: có 3 dạng cấu tạo: CH2

CH3 – C ≡ CH ; CH2 = C = CH2 ; CH = CH