Tờn ti: Sử dụng phơng trình ion việc giải nhanh tập hoá học phản ứng axit - bazơ a - đặt vấn đề Mục tiêu việc dạy học đạt kết cao, yếu tố định Qua nhiều năm giảng dạy nhận thấy giải tập hoá học đề tuyển sinh ĐHCĐ năm qua cần phải nhanh xác, số lợng câu hỏi lớn 50 câu, thời gian làm ngắn 90 phút ( trung bình 1,8 phút/ câu) Do ôn thi ĐHCĐ, ta cần cung cấp cho em cách giải nhanh, ngắn gọn Đối với toán dung dịch ta nên áp dụng thành thạo phơng pháp giải toán đặc biệt sử dụng phơng trình ion thu gọn để giải nhanh Khi áp dụng phơng pháp thấy học sinh giải toán có hiệu (nhanh hơn) so với cách giải thông thờng Vì lựa chọn đề tài sử dụng phơng trình ion việc giải nhanh tập hoá học phản ứng axit bazơ để nghiên cứu phục vụ cho việc dạy học giáo viên học sinh b - giải vấn đề I Cơ sở lý thuyết - Các phản ứng dung dịch tơng tác ion dung dịch giải tập theo phơng trình ion thu gọn tuân theo đầy đủ bớc tập hoá học nhng quan trọng việc viết phơng trình phản ứng: Đó kết hợp ion đối kháng - Muốn viết đợc viết đợc phơng trình ion thu gọn, học sinh phải nắm đợc bảng tính tan, tính bay hơi, tính điện li yếu chất, thứ tự chất xảy dung dịch - Với phơng pháp sử dụng phơng trình ion thu gọn sử dụng cho nhiều loại phản ứng: Trung hoà, trao đổi, oxi hoá - khử, Miễn xảy dung dịch, Sau xin phép vào cụ thể số loại: Phản ứng trung hoà Phơng trình phản ứng : H2O H+ + OHTheo phơng trình phản ứng : + n H = n OH Phản ứng cuả muối cacbonat với axit Nếu cho từ từ axit vào muối Phơng trình : H+ + CO32- HCO3HCO3- + H+ CO2 + H2O Nếu cho từ từ muối vào axit Phơng trình : H+ + CO32- H2O + CO2 Phản ứng oxit axit với hỗn hợp dung dịch kiềm Nếu nOH nCO2 => tạo muối axit (HCO ) Trang Nếu nOH nCO2 Nếu < => tạo muối trung hoà (CO 32 ) nOH nCO2 < => tạo muối ( HCO3-, CO3-) Cần lu ý đến trờng hợp sau: - Nếu bazơ d thu đợc muối trung hoà - Nếu CO2 d có muối axit - Nếu lúc có muối chất CO2 bazơ hết - Khối lợng chung muối : m Các muối = m cation + m anion : mCation = mKim loại , mAnion = mGốc axit II C sở thực tiễn Thc t dy hc trng ph thụng hin nay, ch yu l dy hc lớ thuyt c bn m cha chỳ trng n cỏc phng phỏp dy hc sinh gii cỏc bi toỏn húa hc T trc n nay, giỏo viờn v hc sinh thng gii cỏc bi v phn ng axit baz l khỏ di v tn thi gian cho li gii (cỏch gii thụng thng) Do ú tỡm mt cỏch nhanh phự hp cho mi i tng hc sinh l rt cn thit, c bit l giỳp cỏc em gii nhanh, chớnh xỏc cỏc bi t lun v trc nghim giỳp cỏc em vt qua cỏc k thi tt nht Vỡ vy tụi ó ỏp dng phng phỏp gii nhanh cú s dng phng trỡnh ion thu gn cho cỏc phn ng hoỏ hc c bit l phn ng axit baz, dy hc cho hc sinh lp 12 dy cỏc tit luyn tp, ụn thi HC Qua cỏc kt qu kim tra ỏnh giỏ ó thu c cỏc kt qu rt kh quan (xem phn kt qu thu c) t l hc sinh ỏp dng cỏc cỏch gii nhanh ny thng t kt qu khỏ, gii cao hn, h thp t l trung bỡnh v yu III Các dạng tập thờng gặp giải Bài tập hỗn hợp axit tác dụng với hỗn hợp bazơ Ví dụ :Một dung dịch A chứa HCl H2SO4 theo tỉ lệ mol : Để trung hoà 100 ml dung dịch A cần 50 ml dung dịch KOH 0,5 M a, Tính nồng độ mol axit b, 200 ml dung dịch A trung hoà hết ml dung dịch bazơ B chứa NaOH 0,2 M Ca(OH)2 0,1 M ? c, Tính tổng khối lợng muối thu đợc sau phản ứng dung dịch A B ? Hớng dẫn Đây phản ứng bazơ axit bazơ axit Đối với học sinh trung bình thờng viết phơng trình hoá học thiết lập hệ phơng trình để giải lúc khó khăn thời gian Do hớng dẫn cho học sinh sử dụng phơng trình ion thu gọn giải nhanh hơn, cụ thể ta làm nh sau: a Phơng trình phản ứng trung hoà H+ + OH- H2O (1) Gọi số mol H2SO4 100 ml ddA x => số mol HCl 3x + nH = x + x = x (mol) nOH = 0,5 0,05 = 0,025 (mol) + nH = nOH hay x = 0,025 => x = 0,005 CM (HCl) = 3.0,005 = 0,15 (M) 0,1 Trang CM (H SO ) = 0,005 0,1 = 0,05 (M) b Gọi thể tích dung dịch B V (lit) Trong 200 ml ddA : + nH = x = 0,05 (mol) Trong V (lit) ddB : nOH = 0,2 V + 0,1 V = 0,4 V (mol) + nH = nOH hay 0,4 V = 0,05 => V = 0,125 (lit) hay 125 (ml) c Tính tổng khối lợng muối m Các muối = m cation+ m anion + 2+ = mNa + mBa + mCl + mSO = 23.0,2.0,125 + 40.0,1.0,125 + 35,5.0,2.0,15 + 96.0,2.0,05 = 3,1(g) Ví dụ 2: Cho 100 ml dung dịch A chứa HCl (M) HNO3 2(M) tác dụng với 150 ml dung dịch B chứa NaOH 0,8 (M) KOH (cha rõ nồng độ) thu đợc dung dịch C Biết để trung hoà 100 ml dung dịch C cần 60 ml dung dịch HCl M, tính: a, Nồng độ ban đầu KOH dung dịch B b, Khối lợng chất rắn thu đợc cô cạn toàn dung dịch C Hớng dẫn Bình thờng ta phải viết phơng trình axit với bazơ Nhng ta viết phơng trình dạng ion ta phải viết phơng trình ion thu gọn phản ứng trung hoà a Phơng trình phản ứng trung hoà : H+ + OH- H2O Trong 100 (ml) ddA : + nH = 0,1 + 0,1 = 0,3 (mol) Trong 150 (ml) ddB : nOH = 0,15 0,8 + 0,15 a = 0,12 + 0,15.a (a: nồng độ mol KOH) Trong dung dịch C d OH + Trong 100 (ml) dd C : nOH = nH = 0,06 = 0,06 (mol) Trong 250 (ml) dd C : nOH = 0,06 2,5 = 0,15 (mol) Vậy ta có: 0,12 + 0,15a = 0,3 + 0,25.0,06 => a = 0,66/0,3 = 2,2 (M) b Khối lợng chất rắn cô cạn toàn dd C Đối với giải với phơng pháp bình thờng gặp khó khăn, tính đợc khối lợng muối nhng không tính đợc khối lợng bazơ ta bazơ d Vậy ta sử dụng phơng trình ion, thay tính khối lợng muối bazơ ta tính khối lợng ion tạo chất + + Ta có : m Chất rắn = mNa + mK + mCl + mNO + mNa = 0,12 23 = 2,76 (g) + mK = 0,15 2,2 39 = 12,87 (g) mCl = 0,1 35,5 = 3,55 (g) + mOH d mNO = 0,2 62 = 12,4 (g) nOH d = 0,15 2,2 0,18 = 0,15 (mol) mOH d = 0,15 17 = 2,55 (g) Trang + + m Chất rắn = mNa + mK + mCl + mNO + mOH d = 34,13 (g) Ví dụ 3: a Cho dung dịch KOH có pH = 13 (dung dịch A) Để trung hoà 100 ml dung dịch A cần 100 ml dung dịch B chứa axit HNO3 H2SO4 Xác định pH dung dịch B ? b Trộn 100 ml dung dịch A với 100 ml dung dịch Ca(OH)2 a (M), thu đợc dung dịch C Để trung hoà dung dịch 500 ml dung dịch C cần 350 ml dung dịch B Xác định nồng độ mol Ca(OH)2 Hớng dẫn Đây phản ứng bazơ với axit bazơ với axit, có liên quan đến pH dung dịch Vậy nên giải phơng pháp bình thờng khó khăn việc lập phơng trình để giải hệ Nên ta sử dụng phơng trình ion thu gọn a Phơng trình phản ứng trung hoà dung dịch A với dung dịch B: H+ + OH- H2O (1) Dd NaOH (ddA) có pH = 13 [ H + ] = 10-13 (M) [OH ] = 10-1 (M) Trong 100 ml = 10-1 (l) dung dịch A có : Số mol OH-: nOH = 10-1.10-1 = 10-2 (mol) + Theo phơng trình (1) có : nOH = nH =10-2 (mol) Trong 100 (ml) = 10-1(l) dung dịch B có: + nH = 10-2 (mol) [ H + ] = 10-2 / 10-1 = 10-1 (M) => pHB = b Trộn 100 ml A + 100 ml Ca(OH)2 a(M) => 200 ml dd C => nOH dd C = 10-2 + 0,2 a (mol) Trong 500 ml dd C có: nOH = 2,5 10-2 + a (mol) + Trong 350 ml dd B có : nH = 3,5 10-2 (mol) Theo pt (1) có : 2,5 10-2 + a = 3,5 10-2 => a = 10-2 (M) Bài tập muối cacbonat + axit Ví dụ 1: Cho 3,50 gam hỗn hợp X gồm Na2CO3 K2CO3 Thêm từ từ khuấy đến hết 80,00 ml dung dịch HCl 0,50 M vào dung dịch X thấy có 0,224 lit khí CO2 thoát đktc dung dịch Y Thêm Ca(OH)2 vào dung dịch Y đợc kết tủa A Tính khối lợng chất X khối lợng kết tủa A ? Hớng dẫn giải Bài học sinh dùng phơng trình phân tử để làm gặp khó khăn xét phản ứng Ca(OH)2 với dung dịch Y tạo kết Nên ta nên sử dụng phơng trình ion, ta giải nh sau: Gọi số mol Na2CO3 a, K2CO3 b Khi thêm từ từ dd HCl vào dd X lần lợt xảy phản ứng : CO 32 + H+ HCO a+b a+b a+b Khi toàn thể CO biến thành HCO HCO + H+ CO2 + H2O 0,01 0,01 0,01 nCO = 0,224/ 22,4 = 0,01 mol Dung dịch sau phản ứng tác dụng Ca(OH)2 cho kết tủa Vậy HCO d, H+ hết Trang HCO + Ca(OH)2 CaCO3 + OH- + H2O = a + b + 0,1 = 0,5 0,08 = 0,04 nH hay a + b = 0,03 (1) 106a + 138b = 3,5 (2) Giải hệ có a = 0,02 mol Na2CO3, b = 0,01 mol K2CO3 Do khối lợng muối : + mNa CO = 0,02 106 = 2,12 (g) mK CO = 0,01 138 = 1,38 (g) khối lợng kết tủa : nCaCO = nHCO d = a + b - 0,01 = 0,02 mol ==> mCaCO = 0,02 100 = 2,00 (g) Ví dụ 2: Cho 5,250 gam hỗn hợp X gồm Na2CO3 K2CO3 tác dụng với HCl d thu đợc 1,008 lit CO2 đktc a, Tính % khối lợng X ? b, Lấy 10,500 gam hỗn hợp Na2CO3 K2CO3 với thành phần % nh tác dụng với dung dịch HCl 1M vừa đủ (không có khí CO2 bay ra) Tính thể tích dung dịch HCl 1M cần dùng ? c, Nếu thêm từ từ 0,12 lit dung dịch HCl 1M vào dung dịch chứa 10,500 gam hỗn hợp X Tính thể tích CO2 thoát đktc ? Hớng dẫn giải Bài tập ny giải theo phơng trình phân tử, nhng đến phần b học sinh gặp khó khăn Vì ta giải theo phơng trình ion với trờng hợp cho muối vào axit cho axit vào muối, nên ta giải nhanh nh sau: a, Gọi số mol Na2CO3 a, K2CO3 b, HCl d Vậy CO 32 biến thành CO2 CO 32 + H+ CO2 + H2O a+b a+b Ta có : a + b = 1,008/ 22,4 = 0,045 mol 106a + 138b = 5,250 giải hệ : a = 0,030 mol Na2CO3 b = 0,015 mol K2CO3 % Na2CO3 = 0,030.106 = 60,570% 5,250 % K2CO3 = 100% - 60,570% = 39,430% b, Khi cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch X : Na2CO3, K2CO3 (10,5 gam = 5,25 gam hỗn hợp trên) CO 32 + H+ HCO 0,09 0,09 0,09 Nếu khí CO2 thoát ra, tức phản ứng dừng lại + nHCl = nH = 0,09 mol => VHCl 1M = 0,09/1 = 0,09(l) = 90ml c, Nếu dùng 0,12 lit dung dịch HCl 1M hay 0,12.1 = 0,12 mol H+ > 0,09 mol Nên có phơng trình : HCO + H+ CO2 + H2O 0,09 0,03 0,03 mol => VCO = 0,03.22,4 = 0,672 (l) Bài tập cho oxit axit + hỗn hợp dung dịch kiềm Trang Ví dụ Có 100 ml dung dịch A gồm : NaOH 2M KOH M Sục V lit khí CO2 đktc với trờng hợp V1 = 2,24 lit, V2 = 8,96 lit, V3 = 4,48 lit Thu đợc dung dịch B, cô cạn B thu đợc m gam chất rắn khan Tính m trờng hợp trên? Hớng dẫn giải Đối với dùng phơng trình phân tử gặp nhiều khó khăn lập hệ dài dòng Vì gặp dạng ta nên giải theo phơng trình ionlà cách nhanh chóng hiệu cao: Trờng hợp 1: V1 = 2,24 lit CO2 đktc 2,24 nCO = 22,4 = 0,1 mol nOH = 0,3 mol nOH = nCO2 0,3 > tạo muối trung tính CO 32 0,1 CO2 + OH CO 32 + H2O 0,1 0,3 0,1 Cô cạn dung dịch B khối lợng chất rắn khan khối lợng ion tạo muối : + + m = mK + mNa + mCO + mOH d = 0,1 39 + 0,2 23 + 0,1 60 + (0,3 0,2).17 = 16,2 (g) Trờng hợp 2: V2 = 8,96 lit CO2 đktc 8,96 nCO = 22,4 = 0,4 mol nOH = 0,3 mol nOH nCO2 = 0,3 < tạo muối axit HCO 0,4 CO2 + OH HCO 0,4 0,3 0,3 Cô cạn dung dịch B khối lợng chất rắn khan khối lợng ion tạo muối : + + m = mK + mNa + mHCO = 0,1 39 + 0,2 23 + 0,3 61 = 26,6 (g) Trờng hợp : V3 = 4,48 lit CO2 đktc 4,48 nCO = 22,4 = 0,2 mol nOH = 0,3 mol 1< nOH nCO2 = 0,3 < tạo muối axit HCO CO 32 0,2 CO2 + OH HCO a a a CO2 + OH CO 32 + H2O Trang b 2b b a + b = 0,2 (1) a + 2b = 0,3 (2) Giải hệ có a = b = 0,1 mol Cô cạn dung dịch B khối lợng chất rắn khan khối lợng ion tạo muối : + + m = mK + mNa + mHCO + mCO = 0,1 39 + 0,2 23 + 0,1 61 + 0,1 60 = 20,6 (g) IV Một số tập đề nghị Bài 1.Trộn 100ml dung dịch (gồm Ba(OH)2 0,1M NaOH 0,1M) với 400ml dung dịch (gồm H2SO4 0,0375M HCl 0,0125M) thu đợc dung dịch X Giá trị pH dung dịch X là: A B C D ( Đề thi ĐHCĐ 2007 KB Mã 285) Bài 2: Cho 1,9 gam hn hp mui cacbonat v hirocacbonat ca kim loi kim M tỏc dng ht vi dung dch HCl (d), sinh 0,448 lớt khớ ( ktc) Kim loi M l A Na B K C Rb D Li ( Trích đề 2008 KB Câu 24 Mã 195) Bài 3: Trn 100 ml dung dch cú pH = gm HCl v HNO3 vi 100 ml dung dch NaOH nng a (mol/l) thu c 200 ml dung dch cú pH = 12 Giỏ tr ca a l (bit mi dung dch [H+][OH-] = 10-14) A 0,15 B 0,30 C 0,03 D 0,12 Bài 4: Cho V lớt dung dch NaOH 2M vo dung dch cha 0,1 mol Al 2(SO4)3 v 0,1 mol H2SO4 n phn ng hon ton, thu c 7,8 gam kt ta Giỏ tr ln nht ca V thu c lng kt ta trờn l A 0,45 B 0,35 C 0,25 D 0,05 Bài Hp th hon ton 4,48 lớt khớ CO2 ( ktc) vo 500 ml dung dch hn hp gm NaOH 0,1M v Ba(OH)2 0,2M, sinh m gam kt ta Giỏ tr ca m l A 19,70 B 17,73 C 9,85 D 11,82 Bi 6: Trn ln V ml dung dch NaOH 0,01M vi V ml dung dch HCl 0,03 M c 2V ml dung dch Y Dung dch Y cú pH l A B C D Bài : Ho tan hon ton 8,94 gam hn hp gm Na, K v Ba vo nc, thu c dung dch X v 2,688 lớt khớ H2 (ktc) Dung dch Y gm HCl v H 2SO4, t l mol tng ng l : Trung ho dung dch X bi dung dch Y, tng lng cỏc mui c to l A 13,70 gam B 12,78 gam C 18,46 gam D 14,62 gam Trang Bài : Cho m gam NaOH vo lớt dung dch NaHCO nng a mol/l, thu c lớt dung dch X Ly lớt dung dch X tỏc dng vi dung dch BaCl (d) thu c 11,82 gam kt ta Mt khỏc, cho lớt dung dch X vo dung dch CaCl (d) ri un núng, sau kt thỳc cỏc phn ng thu c 7,0 gam kt ta Giỏ tr ca a, m tng ng l A 0,08 v 4,8 B 0,04 v 4,8 C 0,14 v 2,4 D 0,07 v 3,2 Bài : Hp th hon ton 3,36 lớt khớ CO (ktc) vo 125 ml dung dch Ba(OH) 1M, thu c dung dch X Coi th tớch dung dch khụng thay i, nng mol ca cht tan dung dch X l A 0,4M B 0,6M C 0,1M D 0,2M Bài 10 : Sc V lớt CO2 ( iu kin chun) vo 200 ml dung dch X gm Ba(OH) 1M v NaOH 1M Sau phn ng thu c 19.7 gam kt ta, giỏ tr ca V l A 2.24 v 4.48 B 2.24 v 11.2 C 6.72 v 4.48 D 5.6v 1.2 V Kết đạt đợc Trên đây, kinh nghiệm nhỏ thân dạy học sinh giải toán hoá học phản ứng axit bazơ đợc kết nh mong muốn So sánh kết học tập năm học trớc, thấy cách tổ chức học sinh giải toán có phản ứng axit bazơ mang lại hiệu khả quan, tạo đợc niềm tin, hứng thú học tập Tôi chọn lớp có trình độ tơng đơng là: 12B4, 12B5, 12B6, 12B7 tổ chức theo phơng pháp khác (phần tập bazơ, muối cacbonat thuộc kim loại IA, IIA) - Lớp thực nghiệm là: 12B4, 12B6 tổ chức theo phơng pháp - Lớp đối chứng: 12B5, 12B7 tiến hành theo phơng pháp truyền thống Sau tiết dạy, tiến hành kiểm tra việc lĩnh hội kiến thức học sinh (làm tập tự luận kết hợp với trắc nghiệm ) thu đợc kết khả quan nh sau : Lớp thực nghiệm Lớp đối chứng Lớp (dạy theo phơng pháp mới) Lớp (dạy theo cách truyền thống) Mức Mức Mức Mức Mức dMức Mức Mức dới TB giỏi ới TB TB giỏi TB 12B4 (44hs) 0% 40,92% 45,45% 13,63% 12B5 (43hs) 13,95% 51,16% 34,89% 12B6 (47hs) 0% 42,55% 44,68% 12,77% 12B7 (40hs) 6,38% 48,94% 40,43% 0% 4,25% * Qua trình giảng dạy kết kiểm tra kiến thức nhận thấy: - Lớp đối chứng: tỉ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi thấp, tỉ lệ học sinh đạt điểm trung bình chủ yếu Số lợng học sinh sử dụng phơng pháp giải nhanh Trang - Lớp thực nghiệm: đa số học sinh áp dụng tốt phơng pháp sử dụng phơng trình ion rút gọn nên đạt hiệu chất lợng cao c - kết luận Vi kt qu t c nh trờn tụi nhn thy õy l mt nhng phng phỏp gii bi hay v phự hp Qua thực tiễn dạy học loại toán làm rõ đợc nội dung phơng pháp sử dụng phơng trình ion rút gọn cho phản ứng axit bazơ, đắn nhất, giải tốt phơng pháp thông thờng mà từ trớc đến học sinh thờng áp dụng Đề tài phân loại dạng tập thờng gặp phản ứng axit bazơ áp dụng vào việc dạy học GV HS d - KiếN NGHị, Đề XUấT Việc giải toán hoá học có liên quan đến phản ứng axit bazơ ta nên áp dụng phơng pháp giải toán có sử dụng phơng trình ion để giải cách ngắn gọn xác Việc giải nhanh phải áp dụng cho HS làm tập kiểm tra, kỳ thi HSG, kỳ thi quốc gia biện pháp hữu hiệu Do ta cần triển khai phạm vi diện rộng, áp dụng cho đối tợng học sinh từ lớp 11 trở lên Tuy nhiên phạm vi hẹp đề tài nên cha thể trình bày hết ứng dụng nh triển khai hết đề tài, cần nghiên cứu sâu để đề tài đợc phổ biến Tài liệu tham khảo: Đề tuyển sinh ĐHCĐ năm GD - ĐT qua website Bộ đề thi tuyển sinh 1996 NXB GD 1997 Cao Cự Giác Hớng dẫn giải nhanh tập hoá học tập 1, 2, NXB ĐHQGHN 2006 Lê Đình Nguyên - Để học tốt hoá học 11 NXB GD 1996 Và số tài liệu khác tham khảo qua mạng internet Sách giáo khoa 11, 12 NXB GD 2008 Trang ... Na2CO3 a, K2CO3 b, HCl d Vậy CO 32 biến thành CO2 CO 32 + H+ CO2 + H2O a+b a+b Ta có : a + b = 1,008/ 22,4 = 0,045 mol 106a + 138 b = 5,250 giải hệ : a = 0, 030 mol Na2CO3 b = 0,015 mol K2CO3... K2CO3 % Na2CO3 = 0, 030 .106 = 60,570% 5,250 % K2CO3 = 100% - 60,570% = 39 , 430 % b, Khi cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch X : Na2CO3, K2CO3 (10,5 gam = 5,25 gam hỗn hợp trên) CO 32 + H+ HCO... (44hs) 0% 40,92% 45,45% 13, 63% 12B5 (43hs) 13, 95% 51,16% 34 ,89% 12B6 (47hs) 0% 42,55% 44,68% 12,77% 12B7 (40hs) 6 ,38 % 48,94% 40, 43% 0% 4,25% * Qua trình giảng dạy kết kiểm tra kiến thức nhận thấy: