skkn xác định công thức hoá học của chất

m i quan h gi a các ch t, tính toán ện đề cho, đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng để lập ữ kiện đề cho, đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng để lập ất, tính toán định lượng liên quan.. - P

A- 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 được kiến thức sách giáo khoa Song bên cạnh

đó, một nhiệm vụ không kém phần quan trọng là đào tạo và bồi dưỡng nhân tài cho đất nước Nhiệm vụ đó được 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 tượng học sinh khá giỏi Trong Hoá học cơ sở lượng kiến thức mang tính bao quát, tổng thể của chương 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 thường 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 vướng mắc học sinh, bởi vậy để các em tháo gỡ được vướng mắc này, trong quá trình dạy bồi dưỡng tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu đưa ra phương pháp giải Cách thức khai thác suy luận lô gíc để loại trừ các trường hợp và chọn được tên chất

Theo tôi, có thể phân chia dạng này thành hai dạng bài tập nhỏ như sau: 1- Xác định chất dựa vào thành phần định tính

2- Xác định chất dựa vào thành phần định lượng

ở đây tôi chỉ xin trình bày cụ thể hoá dạng bài tập xác định chất dựa vào sự phân tích định lượng

II-cơ sở thực tiền

- Qua quá trình nghiên cứu đã giúp tôi hoàn thiện hơn về công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

- Đối với học sinh: Giúp các em biết phân chia đề ra từng dạng nhỏ và định hướng được phương pháp giải loại bài tập này

Trước 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 đưa 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 được mục tiêu đó thì mỗi quốc gia phải định hướng đào tạo nhân tài

từ trong trường 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 trường học phổ thông nên hình thành và đào tạo khối mũi nhọn bộ môn hoá học

B – 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 vướng mắc Đặc biệt là khi gặp bài tập dạng xác định chất dựa vào sự phân tích thành phần định lượng Cụ thể khảo sát về chất lượng làm bài dạng này khi chưa áp dụng đề tài này vào giảng dạy như sau:

Cách giải khoa học

và đúng kết quả

giải không khoa học nhưng đúng kết quả

Không giải được

và giải sai

Số

lượng

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 tư duy suy luận lô gíc của học sinh còn chưa cao, ỉ lại

- Việc nắm kiến thức cơ bản của học sinh còn chưa chắc chắn

- Kỹ năng giải bài tập dạng này chưa cao

- Đây là dạng bài tập ít thấy trong quá trình học ở SGK nên đều mới với giáo viên và HS

2

III Giải pháp khắc phục:

Kỹ năng được hình thành là do rèn luyện, vậy rèn luyện học sinh ở dạng bài tập này là như thế nào? Theo tôi nên phân chia nhỏ dạng để học sinh dễ tiếp cận nắm được cách giải cụ thể

Dạng này tôi chia làm hai dạng nhỏ như sau:

a) Dựa vào thành phần định lượng để xác định các chất trên chuỗi phản ứng chữ cái

b) Phân tích định lượng, dựa vào phản ứng hóa học để xác định một (hoặc vài chất trong hỗn hợp)

ở mỗi dạng đều giới thiệu những bước cơ bản để học sinh định hướng giải

* Yêu cầu:

+ Nắm vững tính chất lý hoá của các chất đã học

+ Nắm chắc cách giải bài tập cơ bản

+ Chịu khó tư duy lô gíc - sáng tạo khi giải Vận dụng linh hoạt nhiều phương pháp

* Lưu ý: Các ví dụ đều lấy trong các đề luyện thi học sinh giỏi

1- Dạng bài tập dựa vào thành phần định lượng để xác định các chất trên chuỗi phản ánh chữ cái

Một số ví dụ cụ thể.

Bài tập 1: Khi nung nóng một lượng cân của một chất rắn A tạo ra 0,6 g

chất rắn B và khí C Sản phẩm B của sự phân huỷ được mang hoà tan hoàn toàn

3

Cách gi i ải :

- D a v o d ki n ữ kiện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập c bi t l u ý ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập đến tỉ lệ về lượng) để lập ỉ lệ về lượng) để lập ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập n t l v l ng) để lập ập l p

ra s ơ đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan ối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan m i quan h gi a các ch t, tính toán ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ữ kiện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ất, tính toán định lượng liên quan định lượng liên quan.nh lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập ng liên quan

- Phân chia trưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ờng hợp ( kết hợp với phân tích định tính) để loại trừ cácng h p ( k t h p v i phân tích ợng) để lập ến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập ới phân tích định tính) để loại trừ các định lượng liên quan.nh tính) để lập ại trừ các ừ các lo i tr các

h p ch t có liên quan, tìm ra tên các ch t.ợng) để lập ất, tính toán định lượng liên quan ất, tính toán định lượng liên quan

- Vi t phến tỉ lệ về lượng) để lập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ơ đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan.ng trình bi u di n m i quan h các ch t.ể lập ễn mối quan hệ các chất ối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ất, tính toán định lượng liên quan

 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

(ki m) ề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập

vào nước tạo ra dung dịch chứa 0,96g chất G dư Sản phẩm khí C cho đi qua dung dịch chất Đ dư tạo ra 2,76g chất E Khi cho tương tác dung dịch nước 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 phương trình phản ứng tương ứng

Hướng dẫn: (ở đây tôi không giải cụ thể mà chỉ hướng dẫn học sinh tìm tòi lời giải)

- Giáo viên hướng 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 lượng:

A t o 0,6 g oxit bazơ + oxit axit C

+H2O +d2 Đ (dư)

0,96g d2 chất G 2,76 g d2 chất E

A + Đ

- Vì B có 2 khả năng nên phân chia trường hợp

* Trường hợp 1: B là oxit của kim loại kiềm

+ Ký hiệu B là: M2O

+ Viết phương trình: ( M2O + H2O = 2MOB ) (*)

+ Suy nghĩ gì về lượng của B và G? (tìm được lượng nước)

+ lập tỷ lệ số mol theo lượng nước ? (theo phản ứng (*))

1 mol M2O  1 mol H2O + Từ số mol, khối lượng B, tìm ra M?

4

* Trường hợp 2: B là oxit của kiềm thổ

Ký hiệu: MO

- Thực hiện tương tự trường hợp 1  M = 14 (loại)

Vậy A là muối của Li, nhưng 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 được vơí

CO2 hoặc (SO2) thì Đ là những chất nào?

+ Xét các trường hợp của Đ và của C

Gồm các trường hợp sau:

Gọi 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 trường hợp trên, dựa vào lượng của C và Đ

Suy ra khối lượng mol của kim loại M

+ Ví dụ xét trường 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

n

Ta có: M = m : n  2M + 60n = 138

02 , 0

76 , 2

  M = 69 - 30n

5

ho c SO ặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập 2 có n = 0,02 mol

l ki m ho c mu i ( = CO

Đ là kiềm hoặc muối ( = CO ề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan 3 ; = SO 3

tan)

n = 1

* n = 2,3 đều loại + Các trường hợp còn lại xét tương tự, kết quả đều không phù hợp suy ra Đ

là KOH , E là K2CO3

+ Các phản ứng xảy ra là:

Li2CO3

o

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 được tạo thành từ các nguyên tố đó, thường

sử dụng để nhuộm màu lửa của pháo bông, pháo hoa thành màu đỏ và dung dịch của nó có môi trường trung tính Xác định các nguyên tố A,B, X và vị trí của nó trong bảng hệ thống tuần hoàn

Hướng dẫn:

- Khi giải học sinh cần phải chú ý đến các đặc tính như: màu lửa, môi trường trung tính, tổng số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn

+ Muối ( - NO3) của A, B, X có môi trường trung tính thì

A,B,X ph i thu c lo i n o?ải thuộc loại nào? ộc loại nào? ại trừ các

- Số thứ tự (STT)

STT ( A) + STT(X) = 76

Suy ra điều gì?

- Màu ngọn lửa đỏ, đó là hợp chất của

+ 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 đều mạnh

6

nguyên tố nào?

- Từ đó sẽ xảy ra các cặp nào?

( Lưu ý: STT A + STT X = 76)

+ 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 lượng

Bài toán1:

Hợp chất được tạo thành bởi 3 nguyên tố có khối lượng 10,8g, người ta xử

lý cẩn thận bằng Cl2 Khi đó thu được hỗn hợp 2 Clorua và hydroclorua mà từ đó

có thể điều chế được 400 g dung dịch HCl 7,3% Khối lượng tổng của clorua tạo thành là 38,4g Xác định công thức của hợp chất đầu Nếu biết một trong các

7

Cách gi i ải :

- B1: L p công th c t ng quát d ng Aập ức tổng quát dạng A ổng quát dạng A ại trừ các xByCz

- B2: D a v o các d ki n ( ch y u ữ kiện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ủ yếu đến các thành phần định tính của đề, ến tỉ lệ về lượng) để lập đến tỉ lệ về lượng) để lập n các th nh ph n nh tính c a ần định tính của đề, định lượng liên quan ủ yếu đến các thành phần định tính của đề, đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ,

bi n lu n ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ập để lập xác định lượng liên quan.nh d ng c a h p ch t c n tìm.)ại trừ các ủ yếu đến các thành phần định tính của đề, ợng) để lập ất, tính toán định lượng liên quan ần định tính của đề,

- B3: D a v o th nh ph n ần định tính của đề, định lượng liên quan.nh lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập ng, bi n lu n, chia trện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ờng hợp ( kết hợp với phân tích định tính) để loại trừ cácng h p ợng) để lập để lập ại trừ các lo i

tr các h p ch t có liên quan.ừ các ợng) để lập ất, tính toán định lượng liên quan

- B4: D a v o t l v lỷ lệ về lượng để lập ra công thức cần tìm ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập ng để lập ập l p ra công th c c n tìm.ức tổng quát dạng A ần định tính của đề,

* Chú ý: Trên ây ch l 4 bđ ỉ lệ về lượng) để lập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ới phân tích định tính) để loại trừ các ơ đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan ải thuộc loại nào? đưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập đc c b n c úc rút t kinh nghi m th c ừ các ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập

t khi gi i ến tỉ lệ về lượng) để lập ải thuộc loại nào? đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập thi , trong khi l m c n ph i linh ho t ần định tính của đề, ải thuộc loại nào? ại trừ các để lập khai thác các d ki nữ kiện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ện đề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập

v k t h p nhi u phến tỉ lệ về lượng) để lập ợng) để lập ề cho, ( đặc biệt lưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ưu ý đến tỉ lệ về lượng) để lập ơ đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định lượng liên quan.ng pháp mang tính sáng t o ại trừ các để lập ải thuộc loại nào? gi i

nguyên tố có phần khối lượng 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 lượng 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 ,



+ 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 = 423,6 = 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 lượng là:38,4 - 11,7 = 26,7(g)

Trong đó 26,7 g muối có 5,4 g nguyên tố B

8

7 , 26

4 , 5

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 = 527,4 = 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 được

m gam hai kim loại A và B Cho m gam A và B ở trên vào dung dịch HCl dư 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 được 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

+ n H2= 0 , 07 ( )

4 , 22

508 , 1

mol



Phản ứng:

H2 + AO  A + H2O (1)

nH2 + B2On  2B + nH2O (2) Theo (1) và (2) : n H O

2 = n H2

2 = 0,07 18 = 1,26 (g)

 m(A, B) = 4 + 0,14 - 1,26 = 2,88 (g)

9

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 lượng B là: 2,28 - 0,64 = 2,24 (g)

2

H

n sinh ra là: 0 , 04 ( )

4 , 22

896 , 0

mol



- Phản ứng B với HCl là:

B + nHCl  BCln + 2 H2

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, nhưng oxit có thể ở hoá trị khác.Do đó công thức oxit là : FexOy

Khối lượng 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

10