PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP MUỐI NGẬM NƯỚC

Để phần nào tháo gỡ khó khăn, tạo điều kiện cho học sinh tự tin hơn khi làm bài tập loại này tôi đã nghiên cứu các tài liệu liên quan và áp dụng đề tài: “Phân loại và phương pháp giải bà

Sở giáo dục và đào tạo hưng yên Trường thpt dương quảng hàm

Sáng Kiến Kinh Nghiệm:

“Phân loại và phương pháp giải bài tập

về muối ngậm nước”

Họ và tên : nguyễn văn hải

Tổ lí – hóa – công nghệ

Tháng 5 năm 2010

Phần i: mở đầu

i cơ sở khoa học:

I.1 Cơ sở lý luận:

Trong các năm trở lại đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học

kĩ thuật Khoa học giáo dục đang tìm mọi cách cải tiến sự nghiệp giáo dục Trong các trường THPT, đang tích cực thực hiện chủ trương của Bộ giáo dục

về cải cách giáo dục Phương châm là: Học sinh phát huy tính tích cực, tự giác dưới sự chỉ đạo của thày

Sự thay đổi phương pháp kiểm tra từ hình thức tự luận sang hình thức trắc nghiệm đã có tác dụng lớn trong quá trình kiểm tra đánh giá Trong cùng một

đơn vị thời gian kiểm tra được nhiều nội dung kiến thức của học sinh Tăng cường khả năng tư duy, năng động, tính linh hoạt của học sinh

Song nó cũng có những hạn chế nhất định trong quá trình tiếp thu kiến thức của học sinh như: hiểu bản chất vấn đề không được sâu, đôi khi đánh giá không thật khách quan

Đối với môn hóa học, là một môn học khoa học thực nghiệm đòi hỏi tính chính xác cao Việc rèn tính cẩn thận trong quá trình học tập rất quan trọng Quá trình làm bài kiểm tra trắc nghiệm đã làm mất đi phần nào tính cẩn thận, chi tiết của học sinh khi giải quyết một vấn đề Vì thế gây nên những sai sót trong quá trình làm bài tập, đặc biệt là khi gặp các dạng bài tập không phổ biến trong chương trình Như bài tập về “Muối ngậm nước và tinh thể hiđrat hóa”

động trong suy nghĩ của học sinh, khi gặp bài toán về muối là chỉ nghĩ đến muối khan Nên khi gặp những bài toán liên quan đến muối ngậm nước và tinh thể

hiđrat hóa đa phần các em khá lúng túng Các tài liệu tham khảo cũng rất ít khi

đề cập sâu đến nội dung này

Để phần nào tháo gỡ khó khăn, tạo điều kiện cho học sinh tự tin hơn khi làm bài tập loại này tôi đã nghiên cứu các tài liệu liên quan và áp dụng đề tài:

“Phân loại và phương pháp giải bài tập về muối ngậm nước”

iI Mục đích nghiên cứu:

Nhằm hệ thống các kiến thức cơ bản về muối ngậm nước và tinh thể kết tinh Giới thiệu một số muối ngậm nước thường gặp và công thức tính toán Giới thiệu một hệ thống bài tập về muối ngậm nước từ đơn giản đến phức tạp nhằm mục đích:

™ Thay đổi thói quen tư duy thường gặp của học sinh khi làm bài tập về muối

™ Giúp cho học sinh tự tin và có phương pháp hiệu quả trong giải bài tập hóa học

™ Nâng cao chất lượng học tập bộ môn, đáp ứng yêu cầu đổi mới

iII đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

™ Học sinh trung học phổ thông

™ Phân loại và phương pháp giải bài tập về muối ngậm nước

iV Kế hoạch nghiên cứu:

™ Chuẩn bị các tài liệu liên quan, sưu tầm và biên soạn các bài tập về muối ngậm nước

™ Chuẩn bị kiến thức lý thuyết liên quan Giới thiệu cho học sinh các kiến thức cơ bản về dung dịch và tinh thể hiđrat hóa, muối kết tinh

™ Giới thiệu nội dung: “Phân loại và phương phpá giải bài tập về muối ngậm nước”

™ Kiểm tra đối chứng trình độ của học sinh trước và sau khi học chuyên đề

Đánh giá tính hiệu quả của đề tài

V phương pháp nghiên cứu:

™ Nghiên cứu lí thuyết về lí luận dạy học nói chung, lí luận dạy học hóa học nói riêng

™ Nghiên cứu lí luận, lí thuyết về xu hướng nâng cao cường độ dạy học

™ Nghiên cứu các hình thức tổ chức việc dạy học hóa học

™ Phương pháp thực nghiệm và thống kê

™ Tổ chức dạy và đánh giá tại Trường THPT Dương Quảng Hàm

VI thời gian nghiên cứu và hoàn thành đề tài:

Bắt đầu tìm hiểu, thống kê nghiên cứu áp dụng từ tháng 5 năm 2005 Bổ sung hàng năm qua quá trình dạy chuyên đề và đội tuyển học sinh giỏi

Báo cáo tháng 3 năm 2010 Hoàn thiện tháng 5 năm 2010

Phần iI NôI DUNG

I khái quát kiến thức lý thuyết:

I.1 Một số khái niệm:

™ Dung dịch: Dung dịch là một hệ đồng nhất bao gồm dung môi và chất tan

™ Dung môi quan trọng và phổ biến là nước Chất tan có thể là chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí

™ Trong dung dịch có thể chỉ chứa một loại chất tan, cũng có thể chứa nhiều loại chất tan

™ Độ tan: Độ tan của một chất là số gam chất đó hòa tan tối đa trong 100 gam nước

™ Độ tan của một chất phụ thuộc nhiệt độ, áp suất đối với chất khí, bản chất dung môi và chất tan

™ Theo quy ước ở 220C nếu:

S ≤0,01g/100 gam H2O ⇒ chất không tan

0,01 ≤ S ≤1g ⇒ chất ít tan

S >1g/100 gam H2O ⇒ chất dễ tan hoặc tan nhiều

™ Dung dịch bão hòa: là dung dịch không thể hòa tan thêm chất tan ở một nhiệt độ xác định

™ Dung dịch chưa bão hòa: là dung dịch có thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt

™ Tinh thể ngậm nước: Khi hòa tan các chất vào nước xảy ra sự hiđrat hóa

Nhiều hiđrat không bền, khi làm bay hơi dung dịch thì bị phân hủy Nhiều hiđrat khá bền, khi cô cạn dung dịch thu được các tinh thể hiđrat Ví dụ: CuSO4.5H2O;

Na2CO3.10H2O; CoSO4.7H2O

Tinh thể hiđrat có thể ở dạng muối đơn FeCl3.6H2O; cũng có thể tồn tại ở dạng muối kép: K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O

I.2 Một số công thức muối ngậm nước thường gặp:

Bảng 1:Một số muối đơn và muối kép thường gặp

Al2(SO4)3.18H2O Cr2(SO4)3.6H2O NiCl2.6H2O

Fe2(SO4)3.9H2O ZnCl2.1,5H2O Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O

II Thực trạng:

Chúng ta cùng xét ví dụ sau

Ví dụ: Có 16,0g oxit kim loại MO2 chia thành 2 phần bằng nhau

• Hòa tan hoàn toàn phần 1 trong HCl dư xử lí dung dịch thu được ở những

điều kiện thích hợp thu được 17,1g một muối X duy nhất

nhiệt độ dưới 1110C chỉ thu được 25,0g một muối Y duy nhất

Xác định M và công thức 2 muối X, Y biết Mx<180 g*mol-1, MY< 260 g*mol-1

Phân tích:

Theo bài ra ta có sơ đồ:

Thông thường học sinh sẽ cho rằng muối X là MCl2, và muối Y là MSO4 Khi đó dựa và dữ kiện

phần học sinh sẽ lúng túng không biết xử lí thế nào

Đó là do các em quên rằng X, Y có thể là muối ngậm nước MCl.aH 2 O

và MSO 4 bH 2 O (ta sẽ gặp lại lời giải bài này ở phần sau)

III Phân loại và phương pháp giải bài tập về muối ngậm nước:

Theo tôi có thể chia các bài tập này thành 4 dạng sau:

Dạng 1 Bài toán tính khối lượng chất tan trong tinh thể ngậm nước và thành

phần % khối lượng nước kết tinh trong tinh thể ngậm nước

Dạng 2 Bài toán tính khối lượng tinh thể ngậm nước cần thêm vào dung dịch

III.1 Dạng 1 Bài toán tính khối lượng chất tan trong tinh thể ngậm nước và

thành phần % khối lượng nước kết tinh trong tinh thể ngậm nước

Dựa vào công thức tinh thể ngậm nước, tính khối lượng mol của tinh thể

và khối lượng chất tan (muối tan) có trong 1 mol tinh thể

Dựa vào khối lượng tinh thể ngậm nước, tính khối lượng chất tan trong lượng tinh thể ngậm nước này

Tính khối lượng nước kết tinh trong 1 mol tinh thể Từ đó rút ra trong 100 gam tinh thể có bao nhiêu gam nước kết tinh?

Ví dụ 1 a/Tính khối lượng CuSO4 có trong 500 gam CuSO4.5H2O

b/ Tính % khối lượng nước kết tinh có trong CuSO4.5H2O

a/ Ta có: Cứ 250 gam CuSO4.5H2O có chứa 160 gam CuSO4 khan

500 gam CuSO4.5H2O có chứa: 160 *500

™ Khối lượng chất tan trong dung dịch tạo thành:

m chất tan thu được= m chất tan trong tinh thể + m chất tan trong dung dịch

™ Có thể coi tinh thể ngậm nước là một dạng dung dịch đặc biệt, trong đó dung môi là lượng nước có trong tinh thể Sau đó áp dụng phương pháp

đường chéo

Ví dụ 2 Cần lấy bao nhiêu gam tinh thể CuSO4.5H2O và bao nhiêu gam dung dịch CuSO4 8% để điều chế được 560 gam dung dịch CuSO4 16%

8 48

m m

III.3 Dạng 3 Bài toán tính l−ợng chất tan tách ra hay cần thêm vào khi thay đổi

nhiệt độ của dung dịch

Quá trình giải bài này cần:

™ Tính khối l−ợng chất tan và khối l−ợng dung môi có trong dung dịch bão hòa ở nhiệt độ t10C

™ Gọi a là khối l−ợng chất tan cần thêm vào hay tách ra khỏi dung dịch ban

đầu, sau khi thay đổi nhiệt độ

™ Tính khối l−ợng chất tan và dung môi có trong dung dịch bão hòa ở nhiệt

độ t20C

™ áp dụng công thức tính độ tan và C% để tính a

Ví dụ 3 Có 1335 gam CuSO4 bão hòa ở 120C Đun dung dịch tới 900C Hỏi cần thêm bao nhiêu gam CuSO4 vào để đ−ợc dung dịch bão hòa (ở 900C)(Coi H2O không bay hơi) Biết độ tan của CuSO4 ở 120C là 33,5g ở 900C là 80 g

Lời giải

Độ tan của CuSO4 ở 120C là 33,5

⇒100 gam H2O hòa tan đ−ợc 33,5 gam CuSO4 →133,5 g dd

y gam H2O hòa tan đ−ợc x gam CuSO4 ←1335 g dd

1335.33,5

335 133,5

Độ tan của CuSO4 ở 900C độ tan 80 g

⇒ 100g H2O ở 900C hòa tan đ−ợc 80 g CuSO4

1000g H2O ở 900C hòa tan đ−ợc 800 g CuSO4

Vậy để tạo dung dịch bão hòa ở 900C cần có 800g CuSO4

Do độ tan của CuSO4 ở 800C là 87,7g

⇒100g H2O hòa tan đ−ợc 87,7 g CuSO4 →187,7g dd

* Khối l−ợng CuSO4 bị kết tinh 160a

→ khối l−ợng CuSO4 còn lại: 877- 160a

* Khối l−ợng H2O bị kết tinh 18.5.a=90a

Khối l−ợng còn lại: 1877 – 250a

⇔ 3069,5 -560a = 1877 - 250a

⇔ 1192,5 = 310a

⇔ a = 3,8468 mol

Khối lượng CuSO4.5H2O bị tách ra là: 250.3,8468 = 961,7 g

Khi làm dạng bài tập này đa số học sinh khi tính toán quên mất lượng

nước trong dung dịch cũng bị tách ra nên lượng dung môi trong dung dịch sau bị giảm đi Vì thế có thể dẫn tới các kết quả sai lầm: như 9,46 gam; 4,73 gam

III.4 Dạng 4 (dạng chính) Bài toán xác định công thức phân tử của muối

ngậm nước và muối kép ngậm nước

Ví dụ 5 (quay trở lại ví dụ trên)

Có 16,0g oxit kim loại MO2 chia thành 2 phần bằng nhau

• Hòa tan hoàn toàn phần 1 trong HCl dư xử lí dung dịch thu được ở những

điều kiện thích hợp thu được 17,1g một muối X duy nhất

nhiệt độ dưới 1110C chỉ thu được 25,0g một muối Y duy nhất

Xác định M và công thức 2 muối X, Y biết Mx<180g*mol-1, MY< 260g*mol-1

Với n là số mol của 8 gam MO2 ta có 9,1 17,0

Vây công thức các muối X là CuCl2.2H2O, Y là CuSO4.5H2O

Ví dụ 6 Hòa tan hoàn toàn 5,72 gam Na2CO3 ngậm nước trong 44,28 g nước

được dung dịch có nồng độ 4,24% Xác đinh công thức hiđrat?

Ví dụ 7 Hòa tan hoàn toàn 4,8g kim loại M vào dung dịch HNO3, thu được

dung dịch A Chia A thành 2 phần bằng nhau:

*Xử lí phần 1 ở điều kiện thích hợp thu được 25,6g một muối X duy nhất *Cho phần 2 tác dụng với NaOH dư được kết tủa B Nung B đến khối lượng không đổi thu được 4,0g chất rắn

Xác định kim loại M và muối X biết M chỉ có một hóa trị duy nhất

Lời giải

*Nếu giả thiết muối là muối khan thì:

M ⎯⎯⎯→xu li M(NO3)n 2,4 gam 25,6 gam

n xa

Mx

M x

36 (loại)

⇒ muối X là Mg(NO3)2.6H2O

Học sinh khi làm bài này thường mắc sai lầm là tính toán với muối khan và

ít khi để ý tới số oxi hóa của kim loại thay đổi Trong quá trình làm các bài tập cần chú ý nguyên tố kim loại có thay đổi số oxi hóa hay không trong quá trình

xử lý muối ngậm nước

Ví dụ 8 Hòa tan hoàn toàn a gam kim loại M trong HCl dư thu được dung dịch

A và 3,28 lít B (đo ở 270C , 1,5 atm) Chia A thành 2 phần bằng nhau

Cho phần 1 tác dụng hoàn toàn với KOH dư thu được kết tủa C Nung C trong không khí ở nhiệt độ cao tới khối lượng không đổi, thu được (b+2,4) gam chất rắn D Hòa tan D trong H2SO4 dư được dung dịch E Xử lí E ở điều kiện thích hợp thu được 28,1 gam một muối X duy nhất

Xử li phần thứ hai chỉ thu được một muối Y duy nhất có khối lượng 19,9 g Xác định công thức X,Y biết a=2b

Cũng áp dụng định luật bảo toàn e với (**) ta có:

tổng số mol e nhường =mx(mol)

⇒ MX= 28,1

562

0, 05 = ; MY= 19,9

199 0,1 =Nếu X là M2(SO4)3; Y là MCl2 thì:

Ví dụ 9 Một loại phèn nhôm A có công thức MAl(SO4)2.nH2O trong đó M là

BaCl2 dư thu được 6,99g kết tủa

Mặt khác lấy 7,11g A nung tới khối lượng không đổi thì được 8,37g phèn

Xác định công thức phân tử của phèn

Lời giải

Gọi a là số mol của phèn A trong 7,11g

- Phương trình phản ứng khi cho dung dịch phèn tác dụng với BaCl2 dư:

MAl(SO4)2 nH2O + 2BaCl2 ⎯⎯ → MCl + AlCl3 + 2BaSO4 + nH2O

Hay a 2a

2 4

SO ư + Ba2+ ⎯⎯ →BaSO4

2a 2a

*Lấy 9,64 gam muối A hòa tan vào H2O sau đó cho tác dụng với BaCl2 d− thu

đ−ợc 9,32 gam kết tủa bền của một chất B duy nhất, không tan trong HNO3

*Lấy 9,64 gam muối A hòa tan vào H2O, sau đó cho tác dụng với Ba(OH)2 d− có

đun nhẹ đ−ợc kêt tủa C và khí D có khả năng làm xanh quì tím ẩm Nung kết tủa

C trong không khí đến khối l−ợng không đổi thu đ−ợc 10,92 gam chất rắn E Cho tất cả khí D hấp thụ vào 200ml dung dịch NaOH 0,1M

Xác đinh công thức muối A, biết kim loại trong A không bị thay đổi số oxi hóa trong các phản ứng trên

SO

Khí D là NH3

Mà nH du+ =0,2 0,1= 0,02(mol)=nNH phan3 ung

⇒ Trong 9,64 gam muối A có 0,02 mol ion NH4+

Gọi kim loại trong A là R chất rắn E bao gồm BaSO4 và oxit RxOY

Điều này vô lí vì mR O x y= 1,6 gam

Vậy A phải là muối ngậm nước !

Goi A là: p(NH4)2SO4.qRX(SO4)Y.αH2O, n là số mol của 9,64 gam A ta có:

x y

⇒ Muối A là (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O

Ví dụ 11 (trích đề thi tuyển sinh đại học Y Dược-năm 1992)

Nung 8,08 gam một muối A, thu được các sản phẩm khí và 1,6 gam một hợp chất rắn không tan trong nước Nếu cho sản phẩm khí đi qua 200g dung dịch

NaOH nồng độ 1,2% ở điều kiện xác định thì tác dụng vừa đủ và đ−ợc một dung dịch gồm 1 muối có nồng độ 2,47% Xác định công thức phân tử của muối A biết rằng khi nung số oxi hóa của kim loại không biến đổi

cho khối l−ợng dung dịch thành:

mdd= 200 + 6,48 = 206,48g Vì dung dịch sau phản ứng có nồng độ 2,47%, nên khối l−ợng muối trong dung dịch là:

Khối l−ợng Na có trong muối : mNa=0,06.23=1,38g

Khối l−ợng phần gốc axit của muối:

mgốc axit= 5,1 – 1,38= 3,72g

Ta có bảng sau:

X=3, 72 620,06 = ứng với NO3−Hóa trị II Na2X

Vậy muối A là muối nitrat

Muối nitrat A không thể là muối nitrat của kim loại kiềm vì chất rắn tạo thành

do sự nhiệt phân tan trong H2O và chất khí có tác dụng với NaOH tạo 1 muối

Do đó khí tạo thành có NO2 và O2

2NO2 + 2NaOH + 1

2 O2 ⎯⎯ → 2NaNO3 + H2O (1)

4 4 1

Vậy n NO2 =n NaOH = 0, 06(mol) ⇒m NO2 = 46.0, 06 2, 76 =

Gọi M là kim loại trong muối A có hóa trị lần lượt là 2, 3, 4 Vì khi nung A số oxi của kim loại không thay đổi nên các muối nitrat này khi nung không cho kim loại đơn chất có số oxi hóa bằng 0

Phương trình phản ứng nhiệt phân các muối nitrat như sau:

2M(NO3)2 ⎯⎯ → 2MO + 4NO2 + O2 (2)

4M(NO3)3 ⎯⎯ → 2M2O3 + 12NO2 + 3O2 (3)

M(NO3)4 ⎯⎯ → MO2 + 4NO2 + O2 (4)

(một peroxit)

*Nếu A là muối nitrat gồm các tinh thể ngậm nước thì khi nhiệt phân ngoài

NO2, O2 thì còn có hơi nước thoat ra

Vậy muối nitrat là muối kết tinh có ngậm nước

*Nếu M có hóa trị II: theo phương trình phản ứng (2) ta có:

Vậy muối A có công thức Fe(NO3)3 9H2O

Đa số học sinh khi gặp bài này đều bế tắc khi tìm công thức gốc axit Bài này có thể dùng trong ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi

Nhận xét: : Qua những ví dụ trên chúng ta thấy khi học sinh giải bài tập nhìn chung đều qui về giả thiết muối là khan ⇒ vô lí ⇒ muối phải tồn tại ở dạng ngậm nước Các bài tập có thể ở dạng đơn giản (dạng 1) hay dạng phức tạp (dạng 2 và 3 đặc biệt là dạng 4)

Điều cần chú ý là khi giải toán bao giờ ta cũng phải xét 2 trường hợp:

Một là, kim loại trong muối không có sự thay đổi số oxi hóa

Hai là, có sự thay đổi số oxi hóa của kim loại trong muối trong các quá trình biến đổi, các bài toán này thường liên quan đến các kim loại chuyển tiếp như Fe hay Cr

Ngoài ra khi biện luận cũng cần phải chú ý là tùy từng muối mà hệ số của nước kết tinh có thể là số nguyên hoặc bán nguyên hay thập phân (xem bảng 1)

Để phong phú thêm hệ thống bài tập tôi giưới thiệu một số một số bài tập tham khảo dạng tự luận và trắc nghiệm khách quan:

IV-một số bài tập tham khảo

1 Bài tập tự luận:

Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 4,4 gam một sunfua kim loại MS (M có số oxi hóa +2

và +3 trong các hợp chất) trong lượng dư O2.Chất rắn thu được sau phản ứng

của muối trong dung dịch thu được là 41,7% Khi làm lạnh dung dịch này thì có 8,08 g muối ngậm nước X tách ra và nồng độ % của muối trong dung dịch giảm xuống còn 34,7% Xác định công thức phân tử của muối X

Bài 2: Để xác định công thức của muối kép X người ta tiến hành các thí nghiệm:

* Hòa tan 47,4 g X vào nước, thu đợc dung dịch Y Chia Y thành hai phần

đều nhau:

- Cho phần 1 tác dụng với dung dịch BaCl2 dư, thu được 23,3g kết tủa A

khối lượng không đổi thu được 25,5g chất rắn

một chất duy nhất