SKKN BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LỚP 9 VỚI DẠNG BÀI TẬP P2O5 TÁC DỤNG VỚI NAOH HOẶC KOH

BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LỚP 9 VỚI DẠNG BÀI TẬP P 2 O 5TÁC DỤNG VỚI NAOH HOẶC KOH A : ĐẶT VẤN ĐỀ I -Lời mở đầu: Nghị quyết Quốc hội khóa X kỳ họp thứ 8 về công tác đổi mới giáo dục phổ t

BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LỚP 9 VỚI DẠNG BÀI TẬP P 2 O 5

TÁC DỤNG VỚI NAOH HOẶC KOH

A : ĐẶT VẤN ĐỀ

I -Lời mở đầu:

Nghị quyết Quốc hội khóa X kỳ họp thứ 8 về công tác đổi mới giáo dục phổ thông với mục tiêu là xây dựng nội dung chương trình và phương pháp giáo dục toàn diện cho thế hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước , phù hợp với thực tiễn và truyền thống Việt Nam, tiếp cận trình độ giáo dục ở các nước phát triển trong khu vực và trên thế giới

Để thực hiện tốt mục tiêu giáo dục người giáo viên cần có sự hiểu biết và nắm bắt chắc chắn những sự thay đổi về nội dung và phương pháp giảng dạy cũng như những yêu cầu trong công tác đổi mới phương pháp - đó chính là lấy học trò làm trung tâm , phát huy tính tích cực học tập của học sinh Học sinh tự tìm tòi kiến thức, vận dụng những kiến thức đã học vào quá trình giải các bài tập vào thực tế đời sống

Đối với bộ môn hóa học thì đây là một môn khoa học thực nghiệm , học sinh cần nghiên cứu các kiến thức trên cơ sở các thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm thực hành v.v Qua đó học sinh phải biết tổng hợp kiến thức đồng thời vận dụng các kiến thức đã học vào gải các dạng bài tập là một vấn đề hết sức quan trọng Thông qua việc giải các bài tập ấy nhằm giúp học sinh cũng

cố các kiến thức đã học một cách có hệ thống , đồng thời phân loại được các dạng toán , các dạng bài tập một cách vững chắc

Đối với bộ môn hóa học thì thường có hai dạng bài tập là bài tập định tính và bài tập định lượng Với hai dạng bài tập này thì có thể dùng phương

pháp trắc nghiệm khách quan , trắc nghiệm tự luận hoặc hoặc phương pháp

tự luận để học sinh làm quen

Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ngoài việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh còn một vấn đề hết sức quan trọng nữa đó là những kiến thức của người thầy Là giáo viên giảng dạy bộ môn hóa học đòi hỏi giáo viên phải có sự hiểu biết rộng về vốn kiến thức , phải biết phân loại các dạng bài tập và phát triển các dạng bài tập ấy ở dạng cao hơn thành các chuyên đề qua đó giúp cho học sinh nắm kỹ hơn kiến thức và đi sâu vào các dạng bài tập cơ bản , bài tập nâng cao, hệ thống hóa được chương trình đã học và có tính sáng tạo trong học tập, trong việc giải toán hóa học

II - Thực trạng của vấn đề nghiên cứu:

1- Thực trạng của vấn đề nghiên cứu:

Bản thân là một giáo viên đã tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học trong quá trình giảng dạy đã phát hiện ra một số sai lầm của các em khi giải các bài tập hóa học nâng cao dạng P2O5 tác dụng với kiềm Từ đó tôi tôi

đi tới suy nghĩ cần phải có một hệ thống bài tập dạng này một cách tổng quát

và hệ thống nhằm giúp giáo viên và học sinh tránh được những sai sót đáng tiếc và giải các dạng bài tập này một cách dễ dàng hơn

2 - Kết quả của thực trạng trên:

Có một lần khi luyện toán cho một nhóm học sinh khi giải đến dạng bài tập P2O5 tác dụng với dd NaOH ( hoặc KOH ) tôi phát hiện ra sai lầm của học sinh như sau :

Ví dụ: Cho 14,2 g P2O5 tác dụng với 150 g dd KOH 11,2% Tính khối lượng muối tạo thành

Học sinh thường giải như sau :

Nhóm học sinh thứ nhất :

n P2O5 = 14142,2 = 0,1mol

n KOH = 150100..11256 = 0,3 mol

P2O5 + 6KOH  2K3PO4 +3 H2O

Theo PT : n KOH = 6 n P2O5

Bài ra : n KOH = 3n P2O5 nên P2O5 dư - sản phẩm tính theo KOH =>

nK3PO4 = 13 n KOH = 0,1 mol

m K3PO4 = 0,1.212 = 21,2 g

Nhóm học sinh thứ hai :

P2O5 + 4KOH  2 K2HPO4 +H2O

Theo PT: n KOH = 4 n P2O5

Bài ra : n KOH = 3n P2O5 => P2O5 dư - sản phẩm tính theo KOH

Và học sinh tính :

nK2HPO4 = 21 n KOH = 0,15 (mol)

m K2HPO4 = 0,15.174 =26,1 g

Nhóm học sinh thứ ba :

2 P2O5 + 10 KOH  2K3PO4 +2K2HPO4 +4H2O

Theo PT : n KOH = 5 n P2O5

Bài ra : n KOH = 3n P2O5 => P2O5 dư- sản phẩm tính theo KOH

Và học sinh tính được : nK3PO4 = nK2HPO4 =51 nKOH =05,3 =0,06 mol

m K3PO4 = 0,06 212 =12,72 ( g)

m K2HPO4 = 0,06 174 = 10,44 (g)

Và một số sai lầm nữa mà học sinh mắc phải

Tóm lại: Khi giải toán hóa học các em thường mắc phải những sai lầm trên là

do các em quan niệm rằng :

Theo tính chất hóa học của Ô xít a xít là Ô xít a xít tác dụng với dd ba zơ tạo thành muối và nước ( trong phần lý thuyết các em được học là như vậy ) Cho nên khi gặp những bài toán như vậy các em cứ thế tiến hành viết

phương trình phản ứng để tính toán , cũng có những em khi viết phương trình có thể tạo ra những muối này hay muối khác hoặc hỗn hợp của hai muối nhưng cuối cùng các em vẫn chưa có cách giải dạng toán này , các em chưa hiểu và chưa có kỹ năng vận dụng để viết phương trình và tính toán chặt chẽ, sử dụng hết các điều kiện của bài ra

Trước thực trạng như vậy khi được nhà trường phân công dạy bộ môn hóa học lớp 9 và bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 9 để các em tham gia kỳ thi học sinh giỏi cấp huyện , bản thân tôi hết sức băn khoăn trăn trở để làm sao khi giảng dạy và truyền thụ cho các em dể các em tiếp thu một cách tốt nhất và đạt hiệu quả cao nhất

Đầu năm học 2005 - 2006 tôi đã tiến hành khảo sát chất lượng bộ môn hóa học ở hai lớp 9 kết quả thu được như sau :

Lớp Số học sinh Giỏi Khá TB Yếu- Kém

Đặc biệt dạng bài tập P2O5 tác dụng với KOH hoặc NaOH các em đều mắc phải sai lầm như đã nêu ở trên

Để khắc phục tình trạng này của học sinh bản thân tôi là một giáo viên dạy hóa học và được giao nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi tôi thấy cần thiết phải đưa ra một giải phấp tốt nhất nhằm giúp các em học sinh khi giải toán không mắc phải những sai lầm và từ đó các em có kỹ năng vận dụng giải bài

tập hóa học một cách tốt hơn , đặc biệt với dạng bài tập P2O5 tác dụng với dd kiềm cần có một hệ thống tổng quát chung cho các trường hợp xảy ra- chọn hướng viết phương trình phản ứng xảy ra nhanh nhất , tính toán thuận lợi nhất để các em làm quen

Kết quả đã thành công đối với các em học sinh do tôi trực tiếp giảng dạy

và bồi dưỡng

Chính vì vậy sau đây tôi xin nêu một sáng kiến nhỏ của tôi nhằm giúp

học sinh về phương pháp giải bài tập dạng P 2O5 tác dụng với KOH hoặc NaOH

B- GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ :

Nội dung và các giải pháp thực hiện:

Dạng bài tập P2O5 tác dụng với dd NaOH hoặc KOH thực chất là a xít

H3PO4 (do P2O5 + H2O trong dd NaOH ) tác dụng với NaOH có thể xảy ra các phản ứng sau :

H3PO4 + NaOH  NaH2PO4 + H2O (1)

H3PO4 + 2NaOH  Na2HPO4 + 2H2O (2)

H3PO4 + 3NaOH  Na3PO4 + 3H2O (3)

Giả sử có dd chứa a mol H3PO4 tác dụng với dd có chứa b mol NaOH thu được dd A ta có thể biện luận các chất theo tương quan giữa a và b như sau :

4

3PO nH

nNaOH

= a b 1- Nếu 0 < a b <1 chỉ xảy ra phản ứng (1) taọ ra NaH2PO4và H3PO4 còn dư

2 - Nếu a b = 1 phản ứng (1) vừa đủ tạo ra NaH2PO4

3- Nếu Nếu 1 < a b <2 xảy ra cả phản ứng (1) và phản ứng (2) taọ ra NaH2PO4 và Na2HPO4

4 - Nếu a b = 2 phản ứng (2) vừa đủ tạo ra Na2HPO4

5 - Nếu Nếu 2 < a b <3 xảy ra cả phản ứng (2) và phản ứng (3) taọ ra

Na3PO4 và Na2HPO4

6 - Nếu a b = 3 phản ứng (3) vừa đủ tạo ra Na3PO4

7 - Nếu a b > 3 chỉ xảy ra phản ứng (3) tạo ra Na3PO4 và NaOH còn dư

Với các trường hợp xảy ra như trên học sinh có thể áp dụng làm các ví dụ

cụ thể từ đó hình thành ở các em kỹ năng giải các các dạng bài tập này

Ví dụ 1: Cho học sinh áp dụng làm các bài tập mà các em thường mắc sai

lầm để từ đó các em đối chứng và rút ra sai lầm ở đâu :

Cho 14,2 gP 2 O 5 tác dụng với 150 g dd KOH 11,2% Muối nào được tạo thành ? Khối lượng mỗi muối là bao nhiêu ?

Giải : Muốn xác định được muối nào tạo thành thì học sinh phải xét tỉ lệ mol của các chất tham gia

Bài toán này có thể sẽ xảy ra các phản ứng sau :

P2O5 + 3H2O  2H3PO4 (1)

H3PO4 + KOH  KH2PO4 + H2O (2)

H3PO4 + 2KOH  K2HPO4+ 2H2O (3)

H3PO4 + 3KOH  K3PO4 + 3H2O (4)

Theo (1) nH3PO4 = 2n P2O5 = 0,1.2 =0,2 mol

nKOH = 150100.11.56,2= 0,3 mol

Tỉ lệ

4

3PO

nH

nKOH

=a b =00,,23=1,5 => 1 < b a <2 Vậy xảy ra phản ứng (2) và (3) tạo ra hai muối là KH2PO4 và K2HPO4

Phần tính toán học sinh viết phương trình phản ứng xảy ra và tính.

Cách 1 : Nếu viết phương trình song song thì lập hệ phương trình toán học

để tính

Cụ thể : H3PO4 + KOH  KH2PO4+ H2O

x mol x mol x mol

H3PO4 +2KOH  K2HPO4+ 2H2O

y mol 2y mol y mol

Ta có: 











3 , 0 2

2 , 0

y x

y x

giải ra ta được 





 1 , 0 1 ,

y o x

Như vậy m KH2PO4 = 0,1 136 =13,6 g

m K2HPO4 = 0,1 174 = 17,4 g

Cách 2 : Hoặc nếu viết phương trình phản ứng nối tiếp như sau :

H3PO4+ KOH  KH2PO4 + H2O

n KH2PO4 = nKOH = n H3PO4=0,2 (mol) ( tính theo H3PO4 )

KOH dư : 0,3 - 0,2 = 0,1 mol

Vì KOH dư nên : KOH + KH2PO4  K2HPO4 + H2O

nKH2PO4=n K2HPO4= nKOH dư =0,1 mol

Vậy nKH2PO4 thu được sau cùng là : 0,2- 0,1 = 0,1 mol

nK2HPO4 = 0,1 mol

mKH2PO4 = 0,1 136 = 13,6g

mK2HPO 4= 0,1.174 = 17,4 g

Từ đó học sinh đối chiếu với bài làm của mình lúc đầu khi các em chưa hình thành cách giải để rút ra sai sót

Ví dụ 2 : Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam Phôt pho thu được chất A , cho chất A

tác dụng với 800 ml dd NaOH 0,6 M thì thu được muối gì ? Tính khối lượng của muối đó

Giải : np = 631,2 = 0,2 mol

Có thể xảy ra các phản ứng sau :

4P + 5O2  2P2O5 (1)

P2O5 + 3H2O  2H3PO4 (2)

H3PO4 + NaOH  NaH2PO4+ H2O (3)

H3PO4 +2 NaOH  Na2HPO4+2 H2O (4)

H3PO4 + 3NaOH  Na3PO4+3 H2O (5)

Theo phương trình (1) nP2O5 = 12 np = 0,1 mol

Theo phương trình (2) n H3PO4= 2nP2O5= 0,1.2 = 0,2 mol

n NaOH = 0,8.0,6 = 0,48 mol

Tỉ lệ

4

3PO

nH

nNaOH

=a b =00,,482 = 2,4 => 2< a b < 3 Xảy ra hai phản ứng (4) và (5) tạo ra hai muối Na2HPO4 và Na3PO4.Khi xác định được muối tạo thành ở phản ứng (4) và (5) học sinh tiến hành giải theo hai cách như ví dụ 1 , các em có thể viết phương trình song song hoặc nối tiếp Các phản ứng xảy ra :

H3PO4 + 2NaOH  Na2HPO4 +2H2O

xmol 2x mol xmol

H3PO4 + 3NaOH  Na3PO4 + 3H2O

ymol 3ymol ymol













48 , 0 3

2

2 , 0

y

x

y

x

 





 08 , 0 12 , 0

y x

Vậy khối lượng muối Na2HPO4 = 0,12.142 = 17,04 (g)

mNa3PO4 = 0,08.164 = 13,12 (g)

Ví dụ 3: Cho 21,3g P 2 O 5 tác dụng với 200g dung dịch KOH 8,4% Muối nào được tạo thành? Khối lượng là bao nhiêu?

Giải:

Tương tự như ví dụ 1, 2 học sinh viết các phương trình phản ứng xảy ra

- xác định tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng để xem muối nào tạo thành

và tính toán tương tự như ví dụ 1, 2

Các phản ứng xảy ra : P2O5 + 3H2O  2H3PO5 (1)

H3PO4 + KOH  KH2PO4 + H2O (2)

H3PO4 + 2KOH  K2HPO4 + 2H2O (3)

H3PO4 + 3KOH  K3PO4 + 3H2O (4)

Theo phương trình (1) nH3PO4= 2nP2O5 =2.21,3 : 142 = 0,3 mol

nKOH = (200 8,4) : (100.56) = 0,3 mol

Ta có tỉ lệ nKOH : nH3PO4 = 0,3 : 0,3 = 1 vậy chỉ xảy ra phản ứng (2) vừa đủ

H3PO4 + KOH  KH2PO4 + H2O

Muối tạo thành là KH2PO4 có số mol = nKOH = nH3PO4 = 0,3 mol

mKH2PO4 = 0,3 136 = 40,8 (g)

Ví dụ 4 : Cho 28,4 gam P 2 O 5 tác dụng với 400 ml dd NaOH 2M - Muối tạo thành có khối lượng là bao nhiêu ?

Giải :

nP2O5 = 28,4: 142 = 0,2 mol; nNaOH = 0,4.2 = 0,8mol

nH3PO4 = 2 nP2O5 = 0,4 mol

Các phản ứng xảy ra tương tự như ví dụ 2

Xét tỉ lệ mol n NaOH : n H3PO4 = 0,8: 0,4 = 2

Chỉ xảy ra phản ứng (4) vừa đủ tạo ra Na2HPO4 ( PTHH như ví dụ 2)

H3PO4 + 2NaOH  Na2HPO4 + 2H2O

nNa2HPO4 = nH3PO4 = 21 nNaOH = 0,4 mol

=>mNa2HPO4 = 0,4 142 =56,8 (g)

Ví dụ 5 : Cho 14,2 gam P 2 O 5 tác dụng với dd KOH 20 % Tính nồng độ % của mỗi muối trong dd thu được sau phản ứng

Giải : Các phản ứng xảy ra như ví dụ 3

nH3PO4 = 2nP2O5 = 2 14,2 : 142 = 0,2 mol

nKOH = (168.20) :(100.56) = 0,6 mol

Tỉ lệ nKOH : nH3PO4 = 0,6 : 0,2 = 3 Vậy phản ứng (4) vừa đủ tạo muối

K3PO4

H3PO4 + 3KOH  K3PO4 + 3H2O

Theo phương trình nK3PO4 = nH3PO4 = 31nKOH = 0,2 mol

 mK3PO4 =0,2.212 = 42,4 (g)

Khối lượng dd sau phản ứng : 14,2 + 168 =182,2 (g)

C% (K3PO4) = (42,4 : 182,2 ).100% = 23,27 %

Như vậy đối với ví dụ 3, 4 và 5 hai chất tham gia phản ứng vừa đủ , sản phẩm tạo thành chỉ có một muối duy nhất

Ví dụ 6 :Cho 63,9 gam P 2 O 5 tác dụng với 144 gam dung dịch NaOH 20% Tính nồng độ phần trăm các chất trong dung dịch thu được sau khi phản ứng kết thúc

Giải : Các phản ứng xảy ra ( xem ví dụ 2 ) Phản ứng 2,3,4,5

nH3PO4 = 2nP2O5 = 2.63,9 :142 = 0,9 mol

nNaOH = (144.20 ) :(100.40) = 0,72 mol

Tỉ lệ nNaOH : nH3PO4 = 0,72 : 0,9 = 0,8 < 1

Vậy phản ứng chỉ tạo ra NaH2PO4 và H3PO4 dư

H3PO4 + NaOH  NaH2PO4 + H2O

nNaH2PO4 = nNaOH = nH3PO4 pư = 0,72 mol(tính theo NaOH )

mNaH2PO4 = 0,72 120 = 86,4 g

mH3PO4 dư = ( 0,8 - 0,72) 98 = 7,84g

mdd sau pư : 63,9 + 144 = 207,9g

C% NaH2PO4 = (86,4 : 207,9 ).100%  41,56%

C% H 3 PO 4 dư = (7,84 :207,9 ).100%  3,77 %

Ví dụ 7: Cho 10,65g P 2 O 5 tác dụng với 300ml dung dịch NaOH 2M Tính khối lượng các chất thu được trong dung dịch sau phản ứng.

Giải:

Các phản ứng xảy ra ( như ví dụ 2) phản ứng 2, 3, 4, 5

nH3PO4 = 2nP2O5 = 10,65.2:142 = 0,15 mol

nNaOH = 0,3 2 = 0,6 mol

Tỉ lệ nNaOH: nH3PO4 = 0,6 : 0,15 = 4 Vậy chỉ xảy ra phản ứng tạo Na3PO4

và NaOH còn dư

H3PO4 + 3NaOH  Na3PO4 + 3H2O

nNa3PO4 = nH3PO4 =0,15 mol

nNaOHpư = 3nH3PO4 = 3.0,15 = 0,45mol

m Na3PO4 = 0,15.120 = 18g

mNaOHdư = ( 0,6 - 0,45).40 = 6g

Như vậy đối với ví dụ 6 và 7 chỉ xảy ra phản ứng tạo một muối - trong dung dịch sau phản ứng còn H3PO4 dư hoặc NaOH dư

Trên đây là 7 ví dụ áp dụng cho 7 trường hợp ( như đã biện luận phần đầu) Qua các ví dụ này học sinh có thể hình thành được kĩ năng xác định muối tạo thành, căn cứ vào tỉ lệ mol NaOH hoặc KOH với H3PO4 - khi xác định muối tạo thành ở các trường hợp nào thì viết phản ứng xảy ra để tính toán

Có thể tạo ra 1 phản ứng tạo 1 muối

Có thể tạo ra 1 phản ứng tạo 1 muối còn H3PO4 dư hoặc NaOH dư

Có thể xảy ra 2 phản ứng tạo 2 muối NaH2PO4 và Na2HPO4 hoặc

Na2HPO4 và Na3PO4

Phần tính toán:

- Nếu bài toán chỉ yêu cầu tính lượng sản phẩm, ta nên trình bày các phương trình phản ứng theo phương pháp song song ( với trường hợp tạo ra hai muối) rồi dùng phương pháp đại số để giải như ví dụ 1, 2 hoặc dùng phương pháp viết phương trình phản ứng nối tiếp

- Nhưng nếu bài toán còn yêu cầu mô tả hiện tượng thí nghiệm, bắt buộc ta phải viết phương trình phản ứng theo thứ tự xảy ra ( phương pháp nối tiếp) để lập luận

Sau đây là bài toán cho trường hợp này:

Bài toán 1: Tiến hành hai thí nghiệm sau:

a- Cho từ từ dung dịch chứa 0,12 mol H 3 PO 4 vào dung dịch chứa 0,2 mol NaOH.

b - Cho từ từ dung dịch chứa 0,2 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,12 mol

H 3 PO 4

Giải thích quá trình thí nghiệm bằng phương tình hóa học.

Tính số mol muối tạo thành.

Giải:

*Xét thí nghiệm a

Vì cho từ từ dung dịch H3PO4 vào dd NaOH nên các phản ứng xảy ra theo thứ tự:

H3PO4 + 3NaOH  Na3PO4 + 3H2O (1)

nH3PO4 = nNa3PO4 = 13nNaOH = 31.0,2 mol