skkn PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài tập về cân BẰNG hóa học DÀNH CHO học SINH PHỔ THÔNG KHÔNG CHUYÊN

Để nâng cao chất lượng dạy học trong nhà trường là một công việc rấtkhó cho giáo viên trường tôi .Chính vị thế mà mỗi giáo viên phải luôn tìm phấnđấu thực hiện nội dung và phương pháp sa

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI

Đơn vị :THPT Xuân Hưng

Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG KHÔNG CHUYÊN

Người thực hiện: NGUYỄN QUÓC BẠCHLĩnh vực nghiên cứu:

- Quản lý giáo dục 

- Phương pháp dạy học bộ môn: 

(Ghi rõ tên bộ môn)

- Lĩnh vực khác: 

(Ghi rõ tên lĩnh vực)

Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN

 Mô hình  Đĩa CD (DVD)  Phim ảnh  Hiện vật khác

(các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm)

Năm học: 2015-2016

BM 01-Bia SKKN

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

––––––––––––––––––

I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN

1 Họ và tên: Nguyễn Quốc Bạch

2 Ngày tháng năm sinh: 28/06/1968

8 Nhiệm vụ được giao :

Giáo viên giảng dạy môn hóa và chủ nhiệm lớp 12C6

9 Đơn vị công tác: THPT Xuân Hưng

II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO

- Năm nhận bằng: 2005

- Chuyên ngành đào tạo: Hóa Học

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Hóa vô cơ

Số năm có kinh nghiệm: 10 năm

- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

BM02-LLKHSKKN

Tên SKKN

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC

DÀNH CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG KHÔNG CHUYÊN

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Là một trường có chất lượng đầu vào thấp nên việc tiếp thu kiến thức cònhạn chế Để nâng cao chất lượng dạy học trong nhà trường là một công việc rấtkhó cho giáo viên trường tôi Chính vị thế mà mỗi giáo viên phải luôn tìm phấnđấu thực hiện nội dung và phương pháp sao cho phù hợp với lực học của các emnhằm kích thích sự hứng thú và nâng cao tính tự học của học sinh Với bộ môn hóađây là môn khoa học thực nghiệm đòi hỏi tính tư duy nhiều hơn trong lý thuyết vàthực hành Đặc biệt là trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi đối với trường tôi rấtkhó khăn trong việc chọn nguồn học sinh Với lượng kiến thức đã có sẳn mà tôi đãtham khảo dùng để dạy cho học sinh trường tôi trở thành không phù hợp và quánặng dẫn đến đạt kết quả không cao

Thực trạng là một giáo viên dạy ở trường không chuyên và chỉ dạy chươngtrình cơ bản Mỗi khi đến thời điểm bồi dưỡng học sinh giỏi thì có liên quan kiếnthức ở phần cân bằng hóa học trong các pha lỏng và pha khí Với lượng kiến thứcchỉ dạy cơ bản nên mỗi xem lại thì giáo viên trường tôi rất ngại và chỉ dạy cho qua

mà thôi Chính vì thế nhờ qua nhiều năm có tham gia , bản thân cũng đã rút ra một

số kinh nghiệm trong giảng dạy phần này nên tôi muốn nêu ra một số kinh nghiệm

để làm giáo án cho tổ thực hiện dạy học cho các năm sau

II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

a) Lý thuyết và bài tập vể cân bằng hóa học là một trong những nội dungkiến thức mả học sinh phổ thông rất khó lĩnh hội vì trong chương trình lớp 10 chỉbiết sơ qua những kết quả đã có Về bản chất học sinh còn ngỡ ngàng trong cáchgiải quyết vấn đề , chưa hình thành nên cho mình kĩ năng làm dạng bài tậpnày Đọc lý thuyết về cân bằng nhiệt- động của của các tác giả viết sách cho sinhviên đại học các em càng thấy e ngại hơn , vượt quá sức của các em đặt biệt là các

em học sinh ở các trường THPT không chuyên

b)Chính vì gặp khối lượng kiến thức nhiều như thế nên phần lớn giáo viênkhông biết nên dạy kiến thức nào cho phù hợp với học sinh của mình Giáo viênchưa chưa chuẩn bị tốt hệ thống phần lý thuyết và chưa xây dựng được các bài tậpvừa chuyên sâu vừa phù hợp với học sinh , nhằm đảm bảo học sinh nắm bắt đượcnhững điều cơ bản nhất từ đó giúp các em có sự tự tin hơn khi gặp phần này

Qua một thời gian tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi của trường bản thân đãrút ra một số kinh nghiệm trong quá trình soạn về lý thuyết và bài tập cho chuyên

đề cân bằng hóa học ,giúp các em nắm được lý thuyết vừa sức của mình để giảiquyết các bài tập thường có trong các đễ thi HSG cho trường không chuyên Phầnnào cũng đã đáp ứng được cho học sinh và kết quả cũng đã tốt hơn các năm trước

Từ những tài liệu hiện có tôi đã biên soạn lại về hệ thống lý thuyết cũng nhưbài tập một cách dễ hiểu hơn để học sinh tự nghiên cứu được từ đó phát triển tưduy của các em ,đồng thời là giáo án bồi dưỡng HSG cho tổ bộ môn

BM03-TMSKKN

1.Giải pháp thực hiện

a)Hệ thống hóa lại phần lý thuyết:

-Đơn giản hóa phân kiến thức sao cho đảm bảo vừa đủ và phù hợp với học sinh

trường mình qua các nội dung :

+Khái niệm về phản ứng thuận nghịch

+Hằng số cân bằng trong phản ứng thuận nghịch

+Lý luận và chứng minh các hằng số cân bằng Kp,Kc,KN,Kx

+Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng

+Khái niệm một số đại lượng có liên quan như : Hiệu ứng nhiệt , entropi,năng lượng tự do Gibbs, bậc phản ứng

+Cân bằng hóa học trong các phản ứng oxi hóa-khử

+Pin điện hóa

+Một số vấn đề về động hóa

b)Hệ thống bài tập :

- Xây dựng sát với từng phần và có hướng dẫn giải cho mỗi ví dụ

-Xây dựng hệ thống bài tập tự luyện cho học sinh

2.Quá trình thực hiện :

-Khi chưa có giải pháp này ,các giáo viên thường chọn bài tập theo dạng rồi giải

mẫu cho học sinh Sau đó học sinh dựa vào đó mà làm , học sinh bị hỏng kiến thứcchỗ nào thì giáo viên hướng dẫn tiếp Học sinh có lúc giải được có lúc không làmđược ,kiến thức cho các em không vững và luôn mang yếu tố may mắn nên các emthường nói sao khó quá Khi tôi phát tài liệu này thì các em rất thích và đã có tự tinhơn và giải quyết từng vấn đề chắc chắn hơn và đã có được những giải nhì HSGcấp tỉnh mà trước kia chưa có

-Quá trình lên lớp tôi thấy nhẹ nhàng hơn không còn phải giải quyết nhiều vấn đề

mà lúc nào cũng lặp đi lặp mà học sinh vẫn không hiểu dẫn đến không hiệu quả -Giảm bớt tính hàn lâm quá nhiều làm nặng nề cho học sinh mà lúc trước kia tôihay vấp phải làm học sinh nản lòng

IV.NỘI DUNG CỦA GIẢI PHÁP

1.Phản ứng thuận nghịch, trạng thái cân bằng hoá học

- Phản ứng thuận nghịch: Là phản ứng xảy ra theo hai chiều ngượcnhau, trong đó các chất đem phản ứng tác dụng với nhau tạo sản phẩm, đồng thờicác chất sản phẩm tác dụng với nhau tạo chất ban đầu

aA + bB   cC + dD

VD: N2(k) + 3H2(k)   2NH3(k)

H2(k) + I2(k)   2HI(k)

- Trạng thái cân bằng: Là trạng thái mà ở đó tốc độ phản ứng thuận bằng tốc

độ phản ứng nghịch (Vthuận = Vnghịch) ( Hay nồng độ các chất không đổi), nhưngphản ứng vẫn xảy ra bình thường

*Vận tốc phản ứng thuận vthuận= k1 [A]a.[B]b

Kp = b

B

a A

d D

c C

P P

P P

.

Nồng độ của một chất được biểu thị bằng hệ thức: Ci = n i

V ( mol/ l), trong đó ni là

số mol chất của i và V là thể tích chung của hỗn hợp

Mặt khác, ta cũng đã biết, đối với khí lý tưởng: Pi = i

i

n

RT C

V  RT, vậy ápsuất riêng phần của chất A,B,C,D lần lượt là : PA = CA RT, PB = CB RT, PC = CC

RT, PD = CD RT Thay các giá trị này vào (1) ta có

Hay KP = KC (RT)n (3)

Với n = (c + d) - ( a + b) Đó là hệ thức liên hệ giữa KP và KC Ta cần lưu ý rằng,

vì ở đây P thường tính ra atm, V tính ra lít nên:

R = 0 0  1.22, 4273.15

0

P V

T = 0,0823 atm / mol K c)Tính hằng số cân bằng theo nồng độ mol phần là KN

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân bằng

Khái niệm: Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độphản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch

* Ảnh hưởng của nồng độ

- Khi tăng hoặc giảm nồng độ một chất trong cân bằng, thì cân bằng bao giờ cũngchuyển dịch theo chiều làm giảm tác động của việc tăng hoặc giảm nồng độ củachất đó

Lưu ý: Nếu trong hệ cân bằng có chất rắn (ở dạng nguyên chất) thì việc

thêm hoặc bớt lượng chất rắn không ảnh hưởng đến cân bằng) nghĩa là cân bằngkhông chuyển dịch ( trừ trường hợp việc thêm hoặc bớt này gây ra sự biến đổi ápsuất chung của hệ

* Ảnh hưởng của áp suất

Khi tăng áp suất chung của hệ cân bằng thì bao giờ cân cũng chuyển dịchtheo làm giảm tác động của việc tăng hay giảm áp suất đó

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

Ta có:  HN= - a aA   b.B  HT = a

H < 0 phản ứng toả nhiệt  t0 

H > 0 phản ứng thu nhiệt  t0

Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt nghĩa là chiều làmtác động của việc tăng nhiệt độ, và khi giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theochiều phản ứng toả nhiệt, chiều làm giảm tác động của việc giảm nhiệt độ

* Vai trũ của chất xỳc tỏc

Chất xỳc tỏc khụng làm biến đổi nồng độ cỏc chất trong cõn bằng và cũngkhụng làm biến đổi hằng số cõn bằng, nờn khụng làm chuyển dịch cõn bằng, chấtxỳc tỏc làm tăng tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch với số lần bằngnhau, nờn khi phản ứng thuận nghịch chưa ở trạng thỏi cõn bằng thỡ chất xỳc tỏc cútỏc dụng làm cho cõn bằng được thiết lập nhanh chúng hơn

+ Để ý ảnh hưởng của nhiệt độ đến cõn bằng hoỏ học

Khi nhiệt độ thay đổi thỡ Kcb thay đổi Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, nếu coi H

là hằng số đối với nhiệt độ thỡ ta cú cụng thức

1

Kp(T )Kp(T ) = 

- Hiệu ứng nhiệt là năng lượng tỏa ra hay hấp thụ trong một phản ứng húa học

- Được kớ hiệu là : H (entapi) , đơn vị là KCal/mol hoặc KJ/mol (1Cal =4,184J)

- H < 0 : phản ứng tỏa nhiệt

- H > 0 : phản ứng thu nhiệt

*Cỏch tớnh hiệu ứng nhiệt của phản ứng húa học

- Năng lượng liờn kết (Elk hoặc Hlk) là năng lượng cần thiết để phỏ vở 1 liờn kết húa học thành cỏc cỏc nguyờn tử riờng rẽ ở trạng thỏi khớ

Ví dụ: Từ thực nghiệm thu đợc trị số trung bình H (theo Kcal.mol-1) phân ly từng liên kết ở 250C nh sau:

Hãy so sánh độ bền liên kết của các chất trong sự đồng phân hóa:

CH3CH2OH (hơi)  CH3-O-CH3 (hơi)

- Nhiệt tạo thành của một hợp chất là lượng nhiệt tỏa ra hay hấp thụ khi tạo thành một mol chất đĩ từ các đơn chất bền Nhiệt tạo thành của đơn chất bằng 0

H = nhiệt tạo thành sản phẩm - nhiệt tạo thành các chất tham gia

b)Đại lượng entropi S

-Về ý nghĩa vật lý, entropi là đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn độn phân tử

của hệ cần xét Mức độ hỗn độn của hệ càng cao thì entropi của hệ cĩ giá trị càng lớn

-Khi tìm mối liên hệ giữa lượng nhiệt mà hệ thu vào với cơng mà nĩ thực hiện khi chuyển từ trạng thái cĩ nhiệt độ cao sang trạng thái cĩ nhiệt độ thấp ta thu

được một đại lượng mới đĩ là entropi Độ biến thiên của entropi kí hiệu là S

* Đối với quá trình thay đổi trạng thái vật lý của các chất thì nhiệt độ khơng thay đổi và nếu áp suất cũng khơng thay đổi thì biến thiên entropi của quá trình là: H

S T



 

* Đối với phản ứng hố học, biến thiên entropi là:

( (

   sản phẩm)   phản ứng)

c)Năng lượng tự do Gibbs

Các quá trình hố, lý thường xảy ra trong các hệ kín, tức là cĩ sự trao đổi nhiệt và cơng với mơi trường xung quanh, do đĩ, nếu dùng biến thiên entropi để đánh giá chiều hướng của quá trình thì phức tạp vì phải quan tâm đến mơi trường xung quanh Vì vậy, người ta đã kết hợp hiệu ứng năng lượng và hiệu ứng entropi của hệ để tìm điều kiện duy nhất xác định chiều diễn biến của các quá trình tự phát.Năm 1875, nhà vật lý người Mỹ đưa ra đại lượng mới là năng lượng tự do Gibbs

 <0: Phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận

-Khi phản ứng đạt được trạng thái cân bằng: ∆G=0  ∆G0 = -RTlnKC

-Biến thiên thế đẳng áp trong phản ứng hĩa học:

GG( sản phẩm)  G( phản ứng)

6)Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hĩa-khử - Pin điện hĩa

Ox Kh

lg[Kh ]

Ox

) Với E0pin E catot0  E anot0

-Khi cân bằng Epin=0 (pin hết điện) lúc đó Ecatot = Eanot

-Kcb=

0 0,059

10

mn E

Lưu ý chất rắn không tính nồng độ

7.Một số vấn đề về động hóa

a)Phương trình động học chung của phản ứng

- Nếu hệ trong dung dịch lỏng:  





x y td

k A e , trong đó:

A0: Là hằng số đặc trưng cho phản ứng

E: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng

E: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng (J.mol-1)

c)Liên hệ giữa hằng số tốc độ k td và nồng độ các chất theo thời gian (dùng để xác định hằng số k td ):

- Đối với phản ứng bậc 0: (v = ktd)

k.t = C0 – Ct

- Đối với phản ứng bậc 1: (v = k Ctd A)

0 td

8)Các phương pháp tính toán liên quan đến hằng số cân bằng

a)Tính hệ số cân bằng của phản ứng :

Câu 1:Trong một bình kín chứa N2 (1M), H2 (4M) và xúc tác (thể tích không đángkể) Thực hiện phản ứng ở t0c và áp suất p Khi hệ đạt tới trạng thái cân bằng thì ápsuất là 0,8p, còn nhiệt độ vẫn là t0c Hãy tính:

Suy ra p 5

=

Nồng độ các chất tại thời điểm cân bằng[N2]=1-x=0,5M

Câu 2: Một bình phản ứng có dung tích không đổi, chứa hỗn hợp khí N2 và H2

với nồng độ tương ứng là: 0,3M và 0,7M Sau khi phản ứng tổng hợp NH3 đạttrạng thái cân bằng ở t0C, H2 chiếm 50% thể tích hỗn hợp thu được hằng số cânbằng KC ở toC Tính Kc

Hướng dẫn: CH2O = 0,30010 0,030( )M

CCO = 0,300

10 = 0,030(M) Phản ứng: H2O(k) + CO(k)   H2(k) + CO2 (k)

Vậy: H 2 = CO 2 = 0,017 (M)

CO = H O 2  = 0,03 - x = 0,013 (M)

Câu 2: Cho cân bằng sau :

H2(k) + I2(k)   2HI(k) Ở nhiệt độ t0C có hằng số cân bằng là 40

Xác định % H2, I2 chuyển thành HI Nếu nồng độ ban đầu của chúng bằng nhau vàbằng 0,01M

(2 )(0,01 )

x x

 x1 = 0,0146>0,01 (loại )

x2 = 0,0076 (nhận) Vậy: % H2    HI 0,00760,01 x 100% = 76%

Câu 3: Hằng số cân bằng của phản ứng:

H2(k) + Br2(k)   2HBr(k) ở 7300C là 2,18.106 Cho 3,2 mol HBr vào bìnhphản ứng dung dịch 12 lit ở 7300C Tính nồng độ của H2, Br2, HBr, ở trạng thái cânbằng

3  x 2

x

2

x

Kcb = 1 6

.102,18

2

.10

0,82,18 ( )

3

x



   x  3,61.10 4

10 1,897.10

Câu 6: Dung dịch A gồm: CH3COOH 0,2M, CH3COO Na: 0,1M ở 250C

K CH3COOH = 1,85.10 5 Tính pH của dung dịch

Hướng dẫn: CH3COO Na    CH3COO + Na+

0,1M 0,1M PT: CH3COOH   CH3COO + H+

Ban đầu: 0,2M 0,1M 0

Phản ứng: x(M) 0,1 + x x

  0,2 -x 0,1 + x x



 = 1 9

.100,9



= 8,95

Câu 8: Cho phản ứng thuận nghịch: A(K) + B(k)   C(k) + D(k)

Khi cho 1mol A tác dụng với 1 mol B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là:66,67%

Ta có: A + 2B   C

Ban đầu: CA CB 0

Phản ứng: x(M) 2x(M) x(M)

Câu 2: Đi oxit cacbon bị phân huỷ ở nhiệt độ cao theo phản ứng:

2CO2    CO + CO2 Khi áp suất = 1 at thì lượng % CO2 bị phân huỷ là:2,0.10 5 ở 10000 K và 1,27 x 10 2 ở 14000 K Hãy tính biến thiên năng lượng tự dochuẩn và entropi chuẩn ở 10000 K Giả sử khoảng nhiệt độ trên H của phản ứngcoi như không đổi

P POP

ở 10000 K Kp(14000) =

7 2

21 2

(2,0.10 )

4,0.10(1,0)

2 Xác định nhiệt phân li của phản ứng

x x



1

x x

d)Mối liên hệ giữa K C , K P , K N

Câu 1: Cho cân bằng: COCl2(k)   CO(k) + Cl2(k)

ở 5500C, P = 1 atm có độ phân huỷ của COCl2 là: x = 77% Tính Kp, và Ke Bài làm: COCl2   CO + Cl2

CO Cl COCl

Hay: KC = ( ) 2

Kp

RT  = Kp (RT)2 = 1,64.10 4 (0,082 x 673)2 = 0,5 Theo đầu bài khi: P = 1 atm sẽ dẫn đến KN= Kp = 1,64.10 4

e)Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học

- Khi tăng t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm nhiệt độ

- Khi giảm t0 cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm tăng nhiệt độ

* Khi ta tăng N2 , H  2  cân bằng theo chiều thuận để giảm nồng độ N2 ; H2

1 Không phụ thuộc vào áp suất Vì số phân tử trước và sau phản ứng = nhau

2 Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận làm giảm P ( Vì số phân tửkhí giảm từ 3    2)

3 Khi tăng P cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm áp suất ( Vì sốphân tử khí giảm từ 3   2)

f)Cân bằng trong phản ứng oxi hóa -khử , pin điện hóa

Câu 1: Cho phản ứng : Cu(r) + CuCl2(dd) 2 CuCl(r)

a) Ở 250C phản ứng xảy ra theo chiều nào, nếu người ta trộn một dung dịch

chứa CuSO4 0,2M; NaCl 0,4M với bột Cu lấy dư ?Cho T CuCl = 10-7 , E0Cu2  /Cu 0,15V;E0Cu2  /Cu 0,335V

b) Tính hằng số cân bằng K của phản ứng trên ở 250C

Cu Cu

E F

G G

G

/

0 /

0 /

0

2 1

3

2

2

.1

 E0Cu /Cu  2 E0Cu2  /Cu  E0Cu2  /Cu

= 2.0,335 - 0,15 = 0,52 V

Ta có :