SKKN - Phương pháp giải bài toán về CO2 (SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2- (Cô Bùi Thị Lan) (1)

Như vậy, đổi mới phương pháp dạy học phảichống thói quen áp đặt, “rót kiến thức” và tạo ra cơ hội cho học sinh tiếp cận vàphát hiện kiến thức, biết giải quyết các vấn đề một cách linh ho

MỤC LỤC

ng

A- Phần mở đầu 2

I- Lý do chọn đề tài 2

II- Mục đích nghiên cứu 2

III- Đối tượng nghiên cứu 3

IV- Phương pháp nghiên cứu 3

V- Giới hạn của đề tài 3

VI- Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu 3

B- Nội dung đề tài 4

I- Cơ sở lý luận 4

II- Thực trạng của vấn đề nghiên cứu 6

III- Kinh nghiệm vận dụng đề tài vào thực tiễn 7

Dạng 1: Xác định được số mol của CO2 (hoặc SO2) và R(OH)2 8

Dạng 2: Chỉ biết số mol của một chất CO2 (SO2) hoặc kiềm 11

Dạng 3: Biết khối lượng của một muối hoặc khối lượng chung 12

Dạng 4: CO2 (SO2) tác dụng với hỗn hợp kiềm X(OH)2 và YOH 15

IV- Kết quả đạt được và bài học kinh nghiệm 17

1- Kết quả đạt được 17

2- Bài học kinh nghiệm 18

C- Kết luận 19

A- PHẦN MỞ ĐẦU:

I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Mục tiêu chính của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm góp phần thực hiện mục tiêu đổi mới nền giáo dục nước nhà Theo luật Giáo dục Việt Nam:

"Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác chủ ñộng sáng tạo của học sinh phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, từng môn học, bồi

dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễntác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh" Muốnđổi mới giáo dục thì phải tích cực đổi mới cách dạy và cách học, thay đổi nhậnthức về chất lượng dạy và học Như vậy, đổi mới phương pháp dạy học phảichống thói quen áp đặt, “rót kiến thức” và tạo ra cơ hội cho học sinh tiếp cận vàphát hiện kiến thức, biết giải quyết các vấn đề một cách linh hoạt và sáng tạo.

Ngày nay, việc đổi mới trong các bài giảng lý thuyết đã được áp dụng mộtcách rộng rãi và có hiệu quả Tuy nhiên, đổi mới trong phương pháp bồi dưỡng

kỹ năng giải bài tập cho học sinh vẫn còn nhiều hạn chế (nhất là trong công tácbồi dưỡng học sinh giỏi); giáo viên vẫn còn sử dụng theo lối mòn (giáo viên giảimẫu, học sinh làm theo), chưa phát huy hết tiềm lực về tư duy, tính sáng tạo vàtrí thông minh của học sinh

Trong nhiều năm làm nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi cho trường vàphòng và thi vào trường chuyên, tôi nhận thấy học sinh giỏi vẫn còn nhiều lúngtúng khi giải các bài toán phức tạp Sự lúng túng này càng thể hiện rõ khi các emtham gia giải các bài toán có liên quan đến phản ứng giữa CO2 hoặc SO2 tácdụng với kiềm dạng R(OH)2 Trong khi loại bài tập này hầu như không thể thiếutrong các kỳ thi học sinh giỏi Từ những sai lầm và rất lúng túng của học sinh,tôi đã kiểm tra, phân tích thực trạng và tìm nguyên nhân chính là do các emchưa hiểu bản chất của phản ứng giữa oxit axit với kiềm ( trong nó có phản ứngcủa CO2 (hoặc SO2) tác dụng với R(OH)2)

Với những lý do trên tôi đã tìm tòi nghiên cứu, tham khảo tư liệu và áp

dụng đề tài: “Phương pháp giải bài toán về CO 2 hoặc SO 2 tác dụng với kiềm

giải các bài tập loại này một cách tự tin và hiệu quả

II- MỤC ĐICH NGHIÊN CỨU:

Đề tài nhằm mục đích làm rõ bản chất của phản ứng CO2 hoặc SO2 tácdụng với kiềm của kim loại hóa trị II, qua đó giúp học sinh hình thành kỹ năng

giải các bài toán có liên quan đến phản ứng hóa học này Đề tài còn nhằm pháthuy tính tích cực, sáng tạo trong giải toán hóa học của học sinh, góp phần nângcao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi.

III- ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

Đề tài này nghiên cứu bản chất của phản ứng phản ứng CO2 (hoặc SO2)tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 và các phương pháp giải các bài toán hóa học cóliên quan đến phản ứng này

IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Thể nghiệm và đúc kết kinh nghiệm: Trong quá trình vận dụng đề tài, tôi

đã áp dụng nhiều biện pháp, như: trao đổi cùng giáo viên có kinh nghiệm, tròchuyện cùng học sinh; kiểm tra, đánh giá và so sánh kết quả

2 Các phương pháp hỗ trợ:

Ngoài ra, tôi còn dùng một số phương pháp hỗ trợ khác như phương phápnghiên cứu tài liệu, điều tra nghiên cứu…

V- GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:

- Đề tài này chỉ nghiên cứu và áp dụng cho đối tượng học sinh khá, giỏi,học sinh thi vào trường chuyên tỉnh, chuyên bộ

- Về mặt kiến thức kỹ năng, đề tài chỉ nghiên cứu một số phương phápgiải toán có liên quan ñến phản ứng CO2 (hoặc SO2) tác dụng với kiềm của kimloại hóa trị II

VI- PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU:

- Kế hoạch thực hiện đề tài:

+ Đề tài bắt đầu nghiên cứu từ tháng 9 năm 2012+ Được thử nghiệm trong năm học 2012 - 2013 và học kỳ I nămhọc 2013 - 2014

+ Đề tài đã được tổng kết, rút kinh nghiệm vào tháng 12 năm 2014

B- NỘI DUNG ĐỀ TÀI I- CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VỀ PHẢN ỨNG CO 2 (SO 2 ) TÁC DỤNG VỚI KIỀM DẠNG R(OH) 2

Giải toán hóa học là sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa hiện tượng và bản chấthóa học với các kỹ năng về toán học Tuy nhiên, muốn giải chính xác một bàitoán hóa học (loại tính theo phương trình hóa học) thì trước tiên phải viết đầy đủ

và chính xác các phương trình hóa học xảy ra, đây là “chìa khóa” để mở đáp áncủa một bài toán hóa học Chỉ cần một nhầm lẫn nhỏ trong việc viết phươngtrình hóa học thì mọi nổ lực trong giải toán đều trở nên vô nghĩa

Trong hệ thống các bài tập hóa học nâng cao có rất nhiều loại bài tập màbản chất của phản ứng rất phức tạp, học sinh thường viết thiếu phương trìnhphản ứng hoặc xác định sai về chất sản phẩm, do đó không thể nào có được lờigiải và đáp số chính xác Một trong các loại bài tập phức tạp đó là dạng toán về

CO2 tác dụng với kiềm hóa trị II dạng R(OH)2 Để giải tốt loại bài toán này thìhọc sinh phải hiểu được bản chất của phản ứng Vậy bản chất của phản ứng nàynhư thế nào ?

1 Bản chất phản ứng giữa CO 2 (SO 2 ) tác dụng với kiềm dạng R(OH) 2

Giả sử dẫn b (mol) CO2 (hoặc SO2) vào dung dịch chứa a (mol) kiềmCa(OH)2 hoặc Ba(OH)2 thì phản ứng xảy ra theo trình tự như sau:

Đầu tiên, phản ứng tạo muối trung hoà, đến khi nRCO3 nR (OH)2 a thì kếttủa đạt cự đại (với R là kim loại kiềm hoá trị II):

* Nếu chỉ tạo muối trung hòa thì coi như chỉ xảy ra phản ứng (1)

* Nếu chỉ tạo muối axit thì coi như chỉ xảy ra phản ứng (2)

* Nếu tạo đồng thời hai muối thì coi như chỉ xảy ra cả (1) và (2)

2 Phương pháp xác định nhanh loại muối tạo thành:

Căn cứ vào bản chất của phản ứng, chúng ta có thể kết luận nhanh loại

muối tạo thành dựa theo tỷ lệ số mol 2 2

  thì có 5 trường hợp tạo muối như sau:

Giá trị T Quan hệ mol Muối tạo thành Chất dư

1< T < 2 a < b < 2a Cả 2 muối vừa ñủ

Dựa vào số lượng của các dữ kiện và mục đích yêu cầu của đề bài tôithường chia các bài toán về phản ứng CO2 (SO2) tác dụng với kiềm R(OH)2thành 4 dạng chính sau đây:

* Dạng 1: Xác định được số mol của CO2 ( hoặc SO2) và kiềm R(OH)2

* Dạng 2: Chỉ biết số mol của một chất tham gia CO2 ( SO2) hoặc kiềm,yêu cầu xác định lượng muối tạo thành

* Dạng 3: Biết khối lượng của một muối hoặc khối lượng muối chung

* Dạng 4: CO2 (hoặc SO2) tác dụng với hỗn hợp kiềm X(OH)2 và YOH

II- THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:

1- Thực trạng về điều kiện học tập và trình độ của học sinh trước khi thực hiện đề tài:

Trong một buổi bồi dưỡng học sinh giỏi cho trường tôi đã đưa ra bài toán

“Tính thể tích CO2 (đktc) để khi sục vào 2 líl dung dịch Ca(OH)2 0,02M thì thuđược 3 gam kết tủa” Kết quả cả 10 em trong đội tuyển đều đã mắc sai lầmchung là không nhìn thấy trường hợp tạo hỗn hợp muối CaCO3 và Ca(HCO3)2,các em cho rằng phản ứng chỉ tạo muối trung hòa và Ca(OH)2 dư Và rất nhiềusai lầm khác có liên quan đến bài toán về CO2 (hoặc SO2) tác dụng với kiềm

dạng R(OH)2 Hầu hết các em đều cho rằng dạng toán này khó quá, thường tỏ rarất sợ khi nhận nhiệm vụ giải các bài tập loại này Vì thế các em học sinh rất thụđộng trong các buổi học bồi dưỡng, không hứng thú học tập Trong 10 học sinhtham gia bồi dưỡng chỉ có một em biết viết PTHH xảy ra theo đúng bản chất,nhưng lại chưa biết cách giải toán.

Là học sinh vùng nông thôn còn nhiều khó khăn, vì vậy điều kiện học tậpcủa các em còn rất hạn chế Nhiều học sinh không có sách tham khảo, một số

em có sách tham khảo thì lại chưa biết cách học tập với sách

Từ những sai lầm và các khó khăn nêu trên, tôi nghĩ cần phải nghiên cứu,tổng hợp về phương pháp giải một số dạng bài toán có liên quan đến phản ứng

CO2 (SO2) tác dụng với kiềm

2 Chuẩn bị thực hiện đề tài:

Để áp dụng đề tài, tôi thực hiện một số khâu quan trọng như sau:

a) Điều tra trình độ học sinh, tình cảm thái độ của học sinh về nội dungcủa 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 nhóm các bài toán theo dạng, xây dựng phương pháp giảichung cho mỗi dạng, biên soạn bài tập mẫu; bài tập vận dụng và nâng cao.Ngoài ra phải dự đoán những sai lầm mà học sinh có thể mắc phải

c) Lên kế hoạch về thời lượng cho mỗi dạng toán Tham khảo tài liệu, traođổi với đồng nghiệp; nghiên cứu các đề thi học sinh giỏi của tỉnh ta và một sốtỉnh, thành phố khác, viết thành tài liệu riêng để bồi dưỡng học sinh

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

Khi thực hiện đề tài vào việc giảng dạy, trước hết tôi làm rõ bản chất củaphản ứng oxit axit tác dụng với kiềm (như đã nêu trong phần cơ sở lý luận) Sau

đó tổ chức giải khảo sát một số bài tập mẫu để rút ra hướng giải chung cho cácbài tập dạng CO2 (hoặc SO2) tác dụng với kiềm R(OH)2, gồm các bước cơ bản

sau đây:

* Bước 1: Chuyển đổi các dữ kiện thành số mol (nếu được), xác định tỷ lệ

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

* Bước 2: Xác định muối nào tạo thành

+) Nếu biết tỷ lệ số mol (T) thì kết luận được loại muối tạo thành (đã nêutrong phần cơ sở lý luận)

+) Nếu không biết tỷ lệ mol (T) thì phải biện luận theo trường hợp

* Bước 3: Viết đầy đủ các PTHH xảy ra

* Bước 4: Tính toán để hoàn thành yêu cầu của đề bài

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

từ dễ đến khó, nhằm bồi dưỡng học sinh phát triển kỹ năng từ biết làm đến thànhthạo và sáng tạo Khi tổ chức bồi dưỡng kỹ năng giải toán cho học sinh, tôi luôntạo cơ hội cho học sinh phát hiện vấn đề, hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề,

tổ chức vận dụng và nâng cao Từ việc giải bài tập mẫu, học sinh rút ra đượcphương pháp giải và tránh được những sai lầm trong nhận thức hóa học

Sau đây là một số kinh nghiệm về phân dạng và phương pháp giải các bàitoán về phản ứng của CO2 (hoặc SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2

 và kết luận loại muối tạo thành

* Bước 3: Viết PTHH tương ứng và tính toán theo yêu cầu của đề bài.Nếu kết thúc phản ứng chỉ thu được một muối trung hòa hoặc muối axitthì bài toán rất đơn giản (tôi không trình bày trường hợp này) Nếu biết được

phản ứng tạo 2 muối thì bài toán có thể giải được bằng 4 cách khác nhau:

+ Cách 1: Phương pháp nối tiếp (đúng nhất về bản chất)

CO2 + R(OH)2 RCO3  + H2O

CO2 + H2O + RCO3 R(HCO3)2

(b - a)  ( b - a) (b - a) (mol)

Kết quả phản ứng tạo ra: (2a - b) mol RCO3 và (b - a) mol muối R(HCO3)2

* Cách 2: Phương pháp song song

Gọi x, y lần lượt là số mol của RCO3 và RHCO3 thì ta có:

* Cách 4: Phương pháp đường chéo

Phương pháp này cho phép xác định nhanh tỷ lệ số mol của hai muối tạothành mà không cần viết phản ứng (nếu đề bài không yêu cầu)

Từ CTHH của các muối dễ dàng xác định được tỷ số mol T1, T2 để tạo ramỗi muối đó Cụ thể:

b)Ví dụ: Dẫn 2,688 lít CO2 (đktc) vào 200ml dung dịch Ba(OH)2 0,5M.Hỏi muối nào tạo thành ? Bao nhiêu gam ?

Vì CO2 dư nên một phần kết tủa bị hòa tan:

CO2 + H2O + BaCO3  Ba(HCO3)2

T

Ban đầu: 0,02 0,1 0 (mol)

Phản ứng: 0 , 0 2 0 , 0 2 0 ,0 2

3 BaCO

m 0,08 197 15,76 gam 

3 2

Ba (HCO )

m 0,02 259 5,18 gam 

Cách 2: Phương pháp song song

Gọi x, y lần lượt là số mol của BaCO3 và Ba (HCO3)2

n  0,1  5 ta có phương trình hoá học chung:

6CO2 + 5Ba(OH)2  4BaCO3 + Ba(HCO3)2 + 4H2O

0,12  0,1 0,08 0,02 (mol)

3 BaCO

m 0,08 197 15,76 gam 

3 2

Ba (HCO )

m 0,02 259 5,18 gam 

Cách 4: Phương pháp đường chéo

Căn cứ vào CTHH của 2 muối cũng biết được tỷ lệ số mol vừa đủ để tạo ra mỗi

m 0,08 197 15,76 gam 

3 2

Ba (HCO )

m 0,02 259 5,18 gam 

yêu cầu xác ñịnh lượng muối tạo thành.

a) Phương pháp giải:

Do không xác định được CO (SO ) 2 2

kiêm

n

n nên có thể xẩy ra 3 trường hợp:

+) Trường hợp 1: Muối tạo thành là muối trung hòa Xác định m1 (g)+) Trường hợp 2: Muối tạo thành là muối axit Xác định m2 (g)+) Trường hợp 3: tạo ra hai muối Tổng lượng muối : m1 < m < m2.b) Ví dụ:

Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí SO2 (ở đktc) vào bình đựng dung dịchCa(OH)2 Hỏi sau phản ứng muối nào tạo thành ? Bao nhiêu gam ?

* Phát hiện vấn đề: Không tìm được 2

2

SO Ca(OH)

n

n  bài toán có thể xẩy ra 3 trường hợp.

* Bài giải:

2 SO

2,24

22,4

Vì chưa biết số mol Ca(OH)2 nên có thể xẩy ra cả 3 trường hợp

* Trường hợp 1: Muối tạo thành là CaSO3

Ca(OH)2 + SO2  CaSO3  + H2O (1)Theo (1): nCaSO3 nSO2 0,1(mol)

3 CaSO

m 0,1 120 12(gam)

* Trường hợp 2: Chỉ có muối Ca(HCO3)2 tạo thành

Ca(OH)2 + 2SO2  Ca(HSO3)2 (2)

phần kết tủa.

+) Nếu biết khối lượng muối chung: Đặt giả thiết phản ứng tạo 2 muối với

số mol x,vy và giải tìm x,y Nếu có 1 ẩn bằng 0 thì muối tương ứng không có

b) Các ví dụ:

Ví dụ 1: Dẫn 10 lít (đktc) hỗn hợp gồm N2 và CO2 vào bình đựng 2 lítdung dịch Ca(OH)2 0,02M, sau khi kết thúc phản ứng thu được 1 gam kết tủa.Xác định thành phần % thể tích của CO2 trong hỗn hợp

* Phát hiện vấn đề: nCaCO3 nCa (OH)2 nên kết tủa chưa cực đại Vì vậy có 2

lý do làm cho kết tủa không cực đại: hoặc CO2 thiếu không đủ chuyền hếtCa(OH)2 thành kết tủa, hoặc CO2 có dư và hoà tan một phần kết tủa

3 CaCO

n (bị hoà tan) = 0,04 - 0,01 = 0,03 (mol)

CO2 + H2O + CaCO3  Ca(HCO3)2

2 CO

V 0,07 22,4 1,568  lít

2 CO

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít hỗn hợp khí A gồm CO và CH4 Khísinh ra được dẫn vào 4 lít dung dịch Ca(OH)2 thì thấy tạo ra 25 gam kết tủa Tínhnồng độ mol của dung dịch Ca(OH)2

* Phát hiện vấn đề:

+ Khí đố 1mol CO 1mol CO2; đốt 1 mol CH4 1mol CO2

 số mol CO2 = tổng số mol hỗn hợp khí (CO + CH4)

+ Vì phản ứng có tạo muối CaCO3, nhưng chưa biết tỷ lệ mol của

  CO2 + 2H2O (2)

Vì nCO2 nCaCO3 nên có 2 trường hợp:

Trường hợp 1: CO2 còn dư Vô lý vì phản ứng tạo muối trung hoà

Trường hợp 2: một phần CO2 đã phản ứng tạo muối Ca(HCO3)2

Nhận xét: NếunCO (SO )2 2 > nkết tủa thì luôn tại hỗn hợp 2 muối.

Ví dụ 3: Hấp thụ V (lít) SO2 (đktc) vào 150 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M.Sau phản ứng, cô cạn hỗn hợp sản phẩm thu ñược 8,15 gam muối Tìm V

*Phát hiện vấn đề: Vì đề cho có 8,15 gam muối chung nên chưa biết muốinào Nên giả sử phản ứng tạo 2 muối, nếu muối nào có số mol bằng 0 thì coi nhưkhông được sinh ra

*Bài giải:

* Cách 1: Phương pháp biện luận theo 3 trường hợp

Trường hợp 1: Phản ứng chỉ tạo ra muối trung hòa BaSO3 nBa(OH)2

3 BaSO

m (max) 0,03 217 6,51 (gam) 8,15    (vô lý)Trường hợp 2: Phản ứng chỉ tạo muối axit Ba(HSO3)2

2SO2 + Ba(OH)2 Ba(HSO3)2

3 BaSO

m (max) 0,03 299 8,97 (gam) 8,15    (vô lý)Trường hợp 3: Phản ứng tạo hai muối

SO2 + Ba(OH)2 BaSO3  + H2O

2SO2 + Ba(OH)2 Ba(HSO3)2

Nếu lượng kết tủa cực đại (nYCO3 nY(OH)2) thì chắc chắn không có phản ứng

(4) Bài toán có 3 trường hợp: chỉ xẩy ra (1); xẩy ra (1) và (2); xẩy ra (1), (2), (3).

Nếu kết tủa không cực đại (nYCO3 nY(OH)2) thì có 2 trường hợp:

+ TH1: Chỉ xẩy ra (1) và Y(OH)2 chưa hết

+ TH2: Đã xẩy ra (4) và kết tủa bị hoà tan một phần

b) Các ví dụ:

Ví dụ 1: Sục V lít CO2 (đktc) tác dụng với 4 lít dung dịch A chứa NaOH0,05M và Ba(OH)2 0,02M thu được 5,91 gam kết tủa Tìm V

* Phát hiện vấn đề: nBaCO3 nBa (OH)2 nên kết tủa chưa cực đại, bài toán có

2 trường hợp: hoặc chỉ xẩy ra (1) hoặc đã xẩy ra (4)

    bài toán có 2 trường hợp:

Trường hợp 1: Chỉ xẩy ra (1) và Ba(OH)2 dư

V 0,33 22,4 7,392  lít

2 CO

V (0,1 0,2 0,03) 22,4 7,392    lít

Ví dụ 2: Sục V lít CO2 (đktc) vào 5 lít dung dịch Ca(OH)2 0,01M và KOH0,04M thu được 5 gam kết tủa và dung dịch B Tìm V