Trong số đó, một dạng bài tập mà ta thờng xuyên gặp trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi Huyện, Tỉnh là: “Xác định công thức hoá học của chất”.. Theo tôi, có thể phân chia dạng này thành
Trang 1A- Đặt vấn đề :
I- Cơ sở lý luận
Trong công tác giảng dạy Hoá học, nhiệm vụ chính của giáo viên là truyền thụ kiến thức cơ bản cho học sinh, rèn luyện các kỹ năng, thao tác thực hành thí nghiệm, giúp học sinh nắm vững đợc kiến thức sách giáo khoa Song bên cạnh đó, một nhiệm vụ không kém phần quan trọng là đào tạo và bồi dỡng nhân tài cho đất nớc Nhiệm vụ đó đợc cụ thể hoá bằng các kỳ thi học sinh giỏi các cấp hàng năm
Cấu trúc đề thi học sinh giỏi chủ yếu là câu hỏi và bài tập nâng cao, nhằm chọn đúng đối tợng học sinh khá giỏi Trong Hoá học cơ sở lợng kiến thức mang tính bao quát, tổng thể của chơng trình Hoá học phổ thông nên bài tập nâng cao có thể phát triển ở nhiều dạng Trong số đó, một dạng bài tập mà ta thờng xuyên gặp trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi Huyện, Tỉnh là: “Xác định công thức hoá học của chất” Cụ thể trong các đề thi HSG những năm gần đây năm nào cũng có dạng bài tập này
Đây là dạng bài tập khó luôn làm vớng mắc học sinh, bởi vậy để các em tháo
gỡ đợc vớng mắc này, trong quá trình dạy bồi dỡng tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu đa
ra phơng pháp giải Cách thức khai thác suy luận lô gíc để loại trừ các trờng hợp và chọn đợc tên chất
Theo tôi, có thể phân chia dạng này thành hai dạng bài tập nhỏ nh sau:
1- Xác định chất dựa vào thành phần định tính
2- Xác định chất dựa vào thành phần định lợng
ở đây tôi chỉ xin trình bày cụ thể hoá dạng bài tập xác định chất dựa vào sự phân tích định lợng
II-cơ sở thực tiền
- Qua quá trình nghiên cứu đã giúp tôi hoàn thiện hơn về công tác bồi dỡng học sinh giỏi
- Đối với học sinh: Giúp các em biết phân chia đề ra từng dạng nhỏ và
định hớng đợc phơng pháp giải loại bài tập này
Trớc tình hình chung hiện nay Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất
và đời sống ngày nay càng phát triển mạnh và mở rộng Do đó việc cải thiện các trang thiết bị, dụng cụ máy móc Việc đa công nghệ tiên tiến vào mọi lĩnh vực nhằm phát triển kinh tế, bảo vệ an ninh quốc phòng là rất cần thiết
Để đạt đợc mục tiêu đó thì mỗi quốc gia phải định hớng đào tạo nhân tài từ trong trờng học theo các chuyên ngành khác nhau Chuyên ngành hoá học là một trong những chuyên ngành có nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống Nó phục
vụ cho nhiều chuyên ngành khác phát triển Vì vậy một việc rất cần thiết là ngay từ cấp cơ sở trong hệ thống trờng học phổ thông nên hình thành và đào tạo khối mũi nhọn bộ môn hoá học
B – Giải quyết vấn đề Giải quyết vấn đề
I- Tình hình thực tiễn.
Mặc dù vậy trong bộ môn Hoá học nói riêng, khi giải đề thi học sinh giỏi các em vẫn còn nhiều vớng mắc Đặc biệt là khi gặp bài tập dạng xác định chất dựa
Trang 2vào sự phân tích thành phần định lợng Cụ thể khảo sát về chất lợng làm bài dạng này khi cha áp dụng đề tài này vào giảng dạy nh sau:
Cách giải khoa học và
đúng kết quả
giải không khoa học
nh-ng đúnh-ng kết quả
Không giải đợc và giải sai
ii Nguyên nhân :
Nguyên nhân dẫn đến thực tiễn đó Một số nguyên nhân cơ bản là:
- Đây là dạng bài tập khó không có cách giải mẫu mực
- Khả năng t duy suy luận lô gíc của học sinh còn cha cao, ỉ lại
- Việc nắm kiến thức cơ bản của học sinh còn cha chắc chắn
- Kỹ năng giải bài tập dạng này cha cao
- Đây là dạng bài tập ít thấy trong quá trình học ở SGK nên đều mới với giáo viên và HS
III Giải pháp khắc phục:
Kỹ năng đợc hình thành là do rèn luyện, vậy rèn luyện học sinh ở dạng bài tập này là nh thế nào? Theo tôi nên phân chia nhỏ dạng để học sinh dễ tiếp cận nắm
đợc cách giải cụ thể
Dạng này tôi chia làm hai dạng nhỏ nh sau:
a) Dựa vào thành phần định lợng để xác định các chất trên chuỗi phản ứng chữ cái
b) Phân tích định lợng, dựa vào phản ứng hóa học để xác định một (hoặc vài chất trong hỗn hợp)
ở mỗi dạng đều giới thiệu những bớc cơ bản để học sinh định hớng giải
* Yêu cầu:
+ Nắm vững tính chất lý hoá của các chất đã học
+ Nắm chắc cách giải bài tập cơ bản
+ Chịu khó t duy lô gíc - sáng tạo khi giải Vận dụng linh hoạt nhiều phơng pháp
* Lu ý: Các ví dụ đều lấy trong các đề luyện thi học sinh giỏi
1- Dạng bài tập dựa vào thành phần định lợng để xác định các chất trên chuỗi phản ánh chữ cái
Một số ví dụ cụ thể.
Bài tập 1: Khi nung nóng một lợng cân của một chất rắn A tạo ra 0,6 g chất
rắn B và khí C Sản phẩm B của sự phân huỷ đợc mang hoà tan hoàn toàn vào nớc tạo ra dung dịch chứa 0,96g chất G d Sản phẩm khí C cho đi qua dung dịch chất Đ
Cách giải:
- Dựa vào dữ kiện đề cho, ( đặc biệt lu ý đến tỉ lệ về lợng) để lập ra sơ đồ
mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lợng liên quan
- Phân chia trờng hợp ( kết hợp với phân tích định tính) để loại trừ các hợp chất có liên quan, tìm ra tên các chất
- Viết phơng trình biểu diễn mối quan hệ các chất
Trang 3 n M O
2 = n H O
2 = 0 , 02mol
18
6 , 0 96 , 0
O M
M
02 , 0
6 , 0
M = 7 Liti
(kiềm)
d tạo ra 2,76g chất E Khi cho tơng tác dung dịch nớc của chất này với chất G tạo
ra chất A và Đ Hãy cho biết các chất A, B, C, Đ, G, E là những chất nào.Viết ph
-ơng trình phản ứng t-ơng ứng
Hớng dẫn: (ở đây tôi không giải cụ thể mà chỉ hớng dẫn học sinh tìm tòi lời giải)
- Giáo viên hớng dẫn cho học sinh phân tích đề, ví dụ: Nhiệt phân chất
A B ( rắn) + C ( khí), thì A thuộc loại hợp chất nào? (A phải là muối bị phân huỷ)
Hơn nữa B + H2O d2 G, suy ra (B là oxit bazơ và C là một oxit axit)
B là oxit của nhóm kim loại nào ? ( B phải là oxit của kim loại kiềm hoặc kiềm
thổ, vì các bazơ khác không tan), d2 G thuộc loại hợp chất nào? (kiềm)
- Lập sơ đồ định lợng:
A t o 0,6 g oxit bazơ + oxit axit C
+H 2 O +d 2 Đ (d)
0,96g d 2 chất G 2,76 g d 2 chất E
A + Đ
- Vì B có 2 khả năng nên phân chia trờng hợp
* Trờng hợp 1: B là oxit của kim loại kiềm
+ Ký hiệu B là: M2O
+ Viết phơng trình: ( M2O + H2O = 2MOB ) (*)
+ Suy nghĩ gì về lợng của B và G? (tìm đợc lợng nớc)
+ lập tỷ lệ số mol theo lợng nớc ? (theo phản ứng (*))
1 mol M2O 1 mol H2O + Từ số mol, khối lợng B, tìm ra M?
* Trờng hợp 2: B là oxit của kiềm thổ
Ký hiệu: MO
- Thực hiện tơng tự trờng hợp 1 M = 14 (loại)
Vậy A là muối của Li, nhng A thoã mãn những muối nào?
( A có thể là Li2CO3 hoặc Li2SO3 , vì các muối còn lại của Li không phân
huỷ)
Suy ra các chất B, C, G ?
+ Dung dịch Đ tác dụng đợc vơí
CO2 hoặc (SO2) thì Đ là những chất nào?
+ Xét các trờng hợp của Đ và của C
Gồm các trờng hợp sau:
(B là Li 2 O có n = 0,02mol , C là CO 2 hoặc
SO 2 có n = 0,02 mol
n A = 0,02 mol
Đ là kiềm hoặc muối ( = CO 3 ; = SO 3 tan)
Trang 4Gọi M là nguyên tố kim loại trong dung dịch Đ, có hoá trị n)
1) M(OH)n + CO2
2) M(OH)n +SO2
3) M2(CO3)n + CO2 + H2O
4) M2(SO3)n + SO2 + H2O
khi xét các trờng hợp trên, dựa vào lợng của C và Đ
Suy ra khối lợng mol của kim loại M
+ Ví dụ xét trờng hợp 1
2 M(OH)n + nCO2 M2(CO3)n + nH2O
Số mol CO2 là 0,02 mol
Suy ra n M (CO )n
3
2 = 0,02(mol)
n
Ta có: M = m : n 2M + 60n = 138
02 , 0
76 , 2
M = 69 - 30n
* n = 2,3 đều loại + Các trờng hợp còn lại xét tơng tự, kết quả đều không phù hợp suy ra Đ là KOH , E là K2CO3
+ Các phản ứng xảy ra là:
Li2CO3 t o Li2O + CO2 (1)
CO2 + 2KOH K2CO3 + H2O (3)
K2CO3 + 2 LiOH Li2CO3 + 2KOH (4)
Vì Li2CO3 ít tan hơn K2CO3 nên phản ứng (4) xảy ra
Bài tập 2: Ba nguyên tố A, B, X thuộc cùng 1 nhóm các nguyên tố của hệ
thống tuần hoàn, tổng số thứ tự của 2 nguyên tố đầu và cuối trong bảng hệ thống tuần hoàn là 76 Muối của axit Nitric đợc tạo thành từ các nguyên tố đó, thờng sử dụng để nhuộm màu lửa của pháo bông, pháo hoa thành màu đỏ và dung dịch của
nó có môi trờng trung tính Xác định các nguyên tố A,B, X và vị trí của nó trong bảng hệ thống tuần hoàn
Hớng dẫn:
- Khi giải học sinh cần phải chú ý đến các đặc tính nh: màu lửa, môi trờng trung tính, tổng số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn
+ Muối ( - NO3) của A, B, X có môi trờng trung tính thì
A,B,X phải thuộc loại nào?
- Số thứ tự (STT)
STT ( A) + STT(X) = 76
Suy ra điều gì?
+ Vì gốc - NO3 là gốc axit mạnh nên
A, B, X phải là những kim loại mạnh suy ra A, B, X chỉ có thể là kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ - vì các nhóm còn lại không có đủ 3 kim loại
n = 1
M = 39 Kaly
Trang 5- Màu ngọn lửa đỏ, đó là hợp chất của
nguyên tố nào?
- Từ đó sẽ xảy ra các cặp nào?
( Lu ý: STT A + STT X = 76)
đều mạnh
+ STT (A) + STT(X) = 76 suy ra STT của các kim loại < 76 + Màu lửa đỏ để nhuộm pháo bông là Stronti(Sr) = 38
+ trong nhóm II A chỉ có STT ( Ca) + STT ( Ba) = 20 + 56 = 76
Vật A là Ca, B là Sr, X là Ba 2- Dạng bài tập xác định công thức phân tử của một chất dựa vào sự phân tích định lợng
Bài toán1:
Hợp chất đợc tạo thành bởi 3 nguyên tố có khối lợng 10,8g, ngời ta xử lý cẩn thận bằng Cl2 Khi đó thu đợc hỗn hợp 2 Clorua và hydroclorua mà từ đó có thể
điều chế đợc 400 g dung dịch HCl 7,3% Khối lợng tổng của clorua tạo thành là 38,4g Xác định công thức của hợp chất đầu Nếu biết một trong các nguyên tố có phần khối lợng trong hợp chất đều là 42,6%, còn trong clorua của nguyên tố đó 39,3%
Giải:
- Khi xử lý hợp chất bằng Cl2 tạo ra HCl - hợp chất có nguyên tố H
- Giả sử hợp chất có dạng AxByHz
- Ta có mHCl = 400 x 7,3% = 29,2(g)
nHCL = 3629,,52 = 0,8(mol)
nH = 0,8(mol) mH = 0,8 (g)
Khối lợng của nguyên tố A và B là 10,8 - 0,8 = 10(g)
Giả sử trong hợp chất đâù nguyên tố A chiếm 42,6 % ta có:
) ( 6 , 4 100
6 , 42 8 ,
m
A
Mặt khác, gọi công thức muối clorua của A là ACln
n M
M
A A
100
3 , 39 5 ,
Cách giải:
- B1: Lập công thức tổng quát dạng AxByCz
- B2: Dựa vào các dữ kiện ( chủ yếu đến các thành phần định tính của đề, biện luận để xác định dạng của hợp chất cần tìm.)
- B3: Dựa vào thành phần định lợng, biện luận, chia trờng hợp để loại trừ các hợp chất có liên quan
- B4: Dựa vào tỷ lệ về lợng để lập ra công thức cần tìm
* Chú ý: Trên đây chỉ là 4 bớc cơ bản đợc đúc rút từ kinh nghiệm thực tế khi giải đề thi , trong khi làm cần phải linh hoạt để khai thác các dữ kiện và kết hợp nhiều phơng pháp mang tính sáng tạo để giải
Trang 6+ n = 1 MA = 23 A là Na
+ n = 2 MA = 46 (loại)
+ n = 3 MA = 69 (loại)
+
+ Các giá khác đều không thoã mãn
Vậy trong hợp chất đầu phải có Na
nA = nNa =
23
6 , 4
= 0,2 (mol)
mNaCl = 0,2 x 58,5 = 11,7 (g)
Suy ra mB = 10,8 - mNa - mH = 5,4 (g)
Giả sử muối clorua của B có dạng BClm ta có:
khối lợng là:38,4 - 11,7 = 26,7(g)
Trong đó 26,7 g muối có 5,4 g nguyên tố B
m M
M
B B
5 ,
+ m = 1 MB = 9 B là Beri ( Be) khi đó hợp chất có dạng:
NaxBeyHz hợp chất này không tồn taị
+ m = 2 MB = 18 (loại)
+ m = 3 MB = 27 B là Al khi đó hợp chất có dạng: NaxAlyHz
Số mol Al là: nAl =
27
4 , 5
= 0,2 (mol)
Ta có: x : y : z = 0,2 : 0,2 : 0,8 = 1 : 1 : 4
Vậy Công thức hợp chất là: NaAlH4
Các giá trị khác của m không thoã mãn
Bài toán 2 : Dùng 1,568 l H2 phản ứng đủ với 4 g hỗn hợp hai oxit thu đợc
m gam hai kim loại A và B Cho m gam A và B ở trên vào dung dịch HCl d tạo ra 0,896l H2 và còn 0,64g kim loại A hoá trị II Cho A phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu đợc 0,224l SO2 Các thể tích khí đo ở đktc
a) Tìm m = ?
b) Tìm công thức của hai oxit trên
Giải:
a) + A có hoá trị II oxit là AO
+ B có hoá trị n oxit là B2On
4 , 22
508 , 1
mol
Phản ứng:
H2 + AO A + H2O (1)
nH2 + B2On 2B + nH2O (2) Theo (1) và (2) : n H2O = n H2
Trang 7 m H O
2 = 0,07 18 = 1,26 (g)
m(A, B) = 4 + 0,14 - 1,26 = 2,88 (g)
b) A phản ứng với H2SO4
A + 2H2SO4 ASO4 + 2H2O + SO2 (3) Theo (3) ta có: nA = n SO2 = 0,01 (mol)
Suy ra MA = 64
01 , 0
64 , 0
A là Cu và oxit của A là CuO
Khối lợng B là: 2,28 - 0,64 = 2,24 (g)
2
H
n sinh ra là: 0 , 04 ( )
4 , 22
896 ,
- Phản ứng B với HCl là:
B + nHCl BCln + 2
2H
n
(4)
Theo (4) : nB = 0,08(mol)
n
Suy ra: MB = n 28n
08 , 0
4 , 22
+ n = 1: MB = 28 (loại)
+ n = 2: MB = 56 ( vậy B là Fe)
+ n = 3: MB = 84 ( loại)
Vậy B là Fe
Trong muối clorua Fe có hóa trị II, nhng oxit có thể ở hoá trị khác.Do đó công thức oxit là : FexOy
Khối lợng FexOy là 4 (g) - mCuO = 4 - 0,01 80 = 3,2(g) Phản ứng: FexOy + yH2 t o xFe + yH2O (5)
Số mol H2 ở phản ứng (5) là: 0,07 - 0,01 = 0,06 (mol)
Theo (5): n FexOy = mol
y
06 , 0
56x + 16 y = 30,,206y
x : y = 2 : 3
Công thức oxit sắt là: Fe2O3
Ngoài 2 dạng chính mà tôi đã trình bày ở trên, trong quá trình học các em còn làm quen với một số dạng khác về lập công tác hoá học của một chất dựa theo thành phần định lợng đó là
Dạng 1: Xác định công thức của 1 chất dựa vào kết quả phân tích định lợng
(Biết thành phần % của các nguyên tố)
Một hợp chất vô cơ AxByCz có chứa về khôí lợng A là a% ; % khôí l-ợng B là b%; % khôí ll-ợng là % khôí ll-ợng là C% Ta có tỷ lệ về số mol các nguyên tố:
X : y : z =
c B
c M
b M
a
: :
Trong đó a, b, c là thành phần % khôí lợng các nguyên tố trong hợp chất
MA, MB, Mc là khôí lợng mol nguyên tử các nguyên tố
- Với các hợp chất vô cơ tỷ lệ tối giản giữa x, y, z thờng cũng là giá trị các chỉ số cần tìm
L
u ý: Số gam
Số mol =
Khôí lợng mol
Số lít (đktc)
Số mol =
22,4
Trang 8Bài 1: Phân tích một hợp chất vô cơ A có thành phần % theo khôí lợng của
đồng là 40%; lu huỳnh 20% và oxy là 40%
Xác định công thức hoá học của A
Giải
Vì % Cu + % S + % 0 = 40 + 20 + 40 = 100%
Nếu A chỉ có Cu, S và O Gọi công thức của A là: CuxSy0z
Ta có tỷ lệ số mol các nguyên tố Cu; S; 0 là
X : y : z =
16
40 : 32
20 : 64
40 0
% :
% :
%
0
M M
S M
Cu
S Cu
= 0,625 : 0,625 : 2,5 = 1: 1: 4 Vậy A có công thức hoá học CuS04
Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 13,6g hợp chất A, thì thu đợc 25,6 g S02 và 7,2g H20 Xác định công thức A
Giải Hợp chất A có nguyên tố là S và H (vì khi đốt tạo ra S02 và H20 ) và có thể
có oxy Theo đề ta có khôí lợng nguyên tố S và H là
s
64 6 , 25
2
0
ms = 0,4 32 = 12,8 (g)
) ( 8 , 0
; 8 , 0 4
, 0 18
2 , 7
0
Tổng khôí lợng 2 nguyên tố S và H là : 12,8 + 0,8 = 13,6 (g)= mA
Trang 9Vậy A không có ô xy Gọi công thức Sx Hy ta có x : y = 0,4 : 0,8 = 1: 2 Công thức đơn giản nhất của A là SH2 hay H2S
Bài 3: Xác định công thức của chất có thành phần theo khôí lợng sau:
a 2,04%H; 32,65% S và 65,31% 0
b Phân tích một muối vô cơ có chứa 17,1% Ca; 26,5 % P; 54,7%0 và a % H (Học sinh tự làm bài tập này )
Dạng 2: tìm công thức hoá học bột chất dựa vào phơng trình phản ứng hoá
học:
Bài 1: Hoà tan hoàn toàn 7,2g một kim loại hoá trị II bằng dung dịch HCl,
thu đợc 6.72 lít H2 ở điều kiện tiêu chuẩn Xác định tên kim loại đã dùng
Giải
Đặt A là kim loại đã dùng và số mol x để phản ứng Phơng trình phản ứng:
A + 2HCl –> ACl2 + H2
Suy ra ta có hệ số : x A = 7,2 (1)
x = 6,72 : 22,4 = 0,3 (2) Thế (2) vào (1) ta có A = 7,2 : 0,3 = 24
Vậy A là kim loại Mg
Bài 2: Hoà tan một lợng ôxit kim loại hoá trị II bằng dung dịch H2S04 10% vừa đủ thu đợc một dung dịch muối có nồng độ 11,8% Tìm tên o xít đủ dùng
Giải
Đặt công thức ôxít đã dùng là M0
Gọi a là số mol M0 đã dùng , ta có phản ứng
M0 + H2S04 –> MS04 + H20
Lợng H2S04 cần lấy là 98 a (g)
Lợng dung dịch H2S04 cần lấy 980 ( )
10
100
98a a g
Lợng dung dịch muối tạo thành = a (M+ 16 )+ 980 a
Nồng độ muối :
) (
36 , 24
) 996 (
8 , 11 ) 96 (
100 100
8 , 11 980 ) 16 (
96
Magie M
M M
a M
a
M a
Một số bài tơng tự (các em tự giải)
- Đặt công thức chất đã cho
- Gọi a là số mol chất nói trên đã dùng Viết phơng trình phản ứng, đặt số mol a vào phơng trình và tính số mol các chất có liên quan
-Lập hệ hơng trình, giải hệ
Trang 10Bài 3: A là một khôí lợng kim loại hoá trị II Nếu cho 2,4 g A tác dụng với
100mol dung dịch HCl 1,5 M thấy sau phản ứng vẫn còn 1 phần A cha tan hết Cũng 2,4 A nếu tác dụng với 125ml dung dịch HCl 2M thấy sau phản ứng vẫn còn
d axít Xác định kim loại A
Bài 4 Hoà tan hoàn toàn 4g một ôxít kim loại hoá trị 3, bằng dung dịch
HN03 37,8 %( vừa đủ ) thu đợc dung dịch muối có nồng độ 41,72%
a Tìm công thức ôxít đã dùng
b Làm lạnh dung dịch muối ở trên thấy thoát ra 8,08 g muối rắn Lọc tách muối rắn thấy nồng độ của muối trong nớc lọc là : 34,7%
Xác định công thức muối rắn tách ra trong thí nghiệm
Dạng 3: Lập Công thức phân tử của hợp chất hửu cơ gồm các nguyên tố: C,
H, 0…
Bài tập 1: Đốt cháy 4,5 g hợp chất hửu cơ A Biết A chứa C, H, 0 và thu đợc
9,9g khí C02 và 5,4g H20
- Dạng đốt cháy (hay phân tích ) a (g) một hợp chất hửu cơ A gồm C,
H , 0 ta thu đợc b (g) C02 và c (g) H20 Lập công thức của A, Biết khối lợng phân tử của A là (MA)
- Để giải bài toán dạng này ta có thể dùng một trong ba cách sau:
Cách 1: Công thức phân tử của hợp chất A có dạng CxHy0z
Tính C% =
a
b
11
100 3
9a
c
0% = 100% - (C% + H%)
Lập tỷ lệ:
100
% 0
16
%
%
H
y C
x
Suy ra x, y, z
Cách 2: Tính
) (
9
c m
; 11 3 0
H
H c
c
m m a m
b m
Lập tỷ lệ :
a
M m
z m
y m
H c
0
16 12
Suy ra x, y, z
Cách 3: Dựa vào phơng trình phản ứng cháy tổng quát
2 0 0
4 2 2 H2
y xC
y
x
2 0 0
2
y xC z
y
Dựa vào dữ kiện bài toán đa về số mol lập tỷ lệ tơng đơng suy ra x, y, z