Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH Người thực hiện: TRẦN THỊ THU HIỀN Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo d
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
Đơn vị: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa
Mã số:
(Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi)
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC
PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
Người thực hiện: TRẦN THỊ THU HIỀN
Lĩnh vực nghiên cứu:
- Quản lý giáo dục
- Phương pháp dạy học bộ môn: Hóa học
- Lĩnh vực khác:
Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN
Mô hình Phần mềm Phim ảnh Hiện vật khác
Trang 2SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN
1 Họ và tên: TRẦN THỊ THU HIỀN
2 Ngày tháng năm sinh: Ngày 03 tháng 8 năm 1983
3 Nam, nữ: Nữ
4 Địa chỉ: 70C/15, khu phố 2, phường Trảng Dài, Biên Hòa, Đồng Nai
5 Điện thoại CQ: 0613824389 ĐTDĐ: 0945953432
7 Chức vụ: Giáo viên
8 Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Hữu Cảnh – Biên Hòa, Đồng Nai
II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO
- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân Hóa học
- Năm nhận bằng: 2005
- Chuyên ngành đào tạo: Hóa học
III.KINH NGHIỆM KHOA HỌC
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Giảng dạy Hóa học THPT
Số năm có kinh nghiệm: 06
- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây: 01
+ Phương pháp dạy học giúp học sinh có phương pháp tự học tốt bộ môn Hóa học – Năm học 2010 – 2011
Trang 3MỤC LỤC
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2
II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3
1 Cơ sở lý luận của đề tài 3
1.1 Định luật bảo toàn điện tích 3
1.2 Các hệ quả 3
1.2.1 Hệ quả 1 3
1.2.2 Hệ quả 2 3
2 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài 4
2.1 Dạng 1: Áp dụng đơn thuần định luật bảo toàn điện tích 4
2.2 Dạng 2: Kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng 4
2.3 Dạng 3: Kết hợp với định luật bảo toàn nguyên tố 6
2.4 Dạng 4: Kết hợp với việc viết phương trình ở dạng ion rút gọn 7
2.5 Dạng 5: Áp dụng định luật bảo toàn điện tích đối với dung dịch thu được sau khi điện phân 8
2.6 Dạng 6: Bài toán tổng hợp 10
3 Một số bài toán tự luyện và đáp án 11
III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI 15
IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG 16
V TÀI LIỆU THAM KHẢO 16
Trang 4SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC
PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
Tóm tắt đề tài:
Đề tài phân loại và đưa ra phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập
trắc nghiệm về phương pháp bảo toàn điện tích, cùng với những ví dụ minh họa có hướng dẫn cách giải nhanh và bài tập tự luyện.
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Qua nghiên cứu thực trạng dạy và học môn hóa tại các trường THPT, tôi nhận thấy:
Bộ Giáo dục và Đào tạo phân phối chương trình dạy môn hóa chỉ có 2 tiết/tuần (đối với ban cơ bản) và trong các kì thi tốt nghiệp, đại học – cao đẳng thì môn Hóa học được tổ chức thi với hình thức trắc nghiệm Do đó, cả giáo viên và học sinh đều không có nhiều thời gian để giải một bài toán theo phương pháp thông thường qua từng bước giải cụ thể, chi tiết
Bởi vậy, việc cải tiến phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng của quá trình dạy học là một nhiệm vụ quan trọng hàng đầu của mỗi giáo viên
Mặt khác, Hoá học là môn khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm nên muốn nâng cao kết quả học hoá học thì trước tiên bản thân học sinh phải nắm rõ lý thuyết và vận dụng kiến thức đã học để tự mình giải được các bài tập Bài tập hoá học có tác dụng rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú Có thể nói rằng bài tập hoá học vừa là mục đích, vừa là nội dung, lại vừa là phương pháp dạy học rất có hiệu quả
Bài tập còn là con đường đầu tiên để áp dụng chính xác kiến thức khoa học vào cuộc sống Song thực tế cho thấy nhiều học sinh phổ thông rất sợ giải bài tập hoá học hoặc còn rất lúng túng trong việc xác định các dạng toán, do đó gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập Hơn nữa số tiết luyện tập hoá học ở trên lớp lại rất
ít, nên việc củng cố, đào sâu và vận dụng kiến thức hoá học còn bị hạn chế Mặt khác, một bài tập có thể có nhiều cách giải khác nhau: có cách giải thông thường theo các bước quen thuộc, nhưng cũng có cách giải nhanh, độc đáo, ngắn gọn mà lại chính xác, tiết kiệm nhiều thời gian và dễ dàng áp dụng nhưng học sinh thường chọn cách giải từ từ theo từng bước quen thuộc nên rất mất thời gian và không phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay
Trang 5Với những lý do nêu trên mà tôi đã nghiên cứu và hệ thống các bài tập theo:
"PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN HÓA HỌC – PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH" Sau đây tôi xin trình bày những kinh nghiệm mà bản
thân tích lũy được
II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
1 Cơ sở lý luận của đề tài
Phương pháp này dựa trên cơ sở:
- Bài toán liên quan đến điện tích, ion, những bài toán trong dung dịch
- Phương pháp bảo toàn điện tích không phải là giải pháp duy nhất để giải toán, có thể giải những bài toán đó bằng cách giải thông thường nhưng nếu áp dụng phương pháp này hợp lí, đúng cách, trong nhiều trường hợp sẽ làm tăng tốc
độ làm bài, điều này đặc biệt quan trọng khi làm bài thi trắc nghiệm như hiện nay
- Phương pháp bảo toàn điện tích thường được vận dụng kết hợp với các phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, …
1.1 Định luật bảo toàn điện tích:
Định luật bảo toàn điện tích được phát biểu như sau: “Điện tích của một hệ thống cô lập thì luôn luôn không đổi tức là được bảo toàn”
1.2 Các hệ quả:
1.2.1 Hệ quả 1: Nguyên tử, phân tử hay dung dịch luôn luôn trung hòa về điện.
- Trong nguyên tử: Số proton = số electron
- Trong dung dịch:
số mol x điện tích ion dương = số mol x điện tích ion âm
1.2.2 Hệ quả 2: Tính khối lượng muối khan (hoặc chất rắn khan) trong dung dịch.
Khối lượng muối khan (hoặc chất rắn khan) trong dung dịch bằng tổng khối lượng các ion tạo muối (hoặc tạo chất rắn) đó
Chú ý: Khi áp dụng định luật bảo toàn điện tích thường kết hợp:
- Các phương pháp bảo toàn khác: Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố
- Viết phương trình hóa học ở dạng ion rút gọn
- Lý thuyết điện phân dung dịch
Trang 62 Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
2.1 Dạng 1: Áp dụng đơn thuần định luật bảo toàn điện tích.
Áp dụng hệ quả 1:
- Trong dung dịch:
số mol x điện tích ion dương = số mol x điện tích ion âm
Ví dụ 1: Dung dịch X có chứa các ion: 0,015 mol Al3+; a mol Fe2+; 0,03 mol
3
NO và 0,02 mol 2
4
SO Giá trị của a là
A 0,050 B 0,0125 C 0,0250 D 0,0350
Hướng dẫn:
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
0,015.3 + a.2 = 0,03.1 + 0,02.2 a = 0,0125 Đáp án B
Ví dụ 2: Một dung dịch có chứa 4 ion với thành phần: 0,05 mol K+; 0,02 mol
Ca2+; 0,015 mol
3
NO và x mol Cl Giá trị của x là
Hướng dẫn:
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
0,05.1 + 0,02.2 = 0,015.1 + x.1 x = 0,075 Đáp án D
2.2 Dạng 2: Kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng.
Áp dụng hệ quả 1 và hệ quả 2:
- Trong dung dịch:
số mol x điện tích ion dương = số mol x điện tích ion âm
- mmuối khan (hoặc chất rắn khan) trong dung dịch = mcác ion tạo muối (hoặc tạo chất rắn) đó
Ví dụ 3: Dung dịch X chứa hai cation là K+: 0,03 mol; Zn2+: x mol và hai anion
là 2
4
SO : 0,015 mol; Cl : 0,04 mol Cô cạn cẩn thận dung dịch X, khối lượng muối khan thu được là:
A 2,82 gam B 6,63 gam C 5,33 gam D 4,19 gam
Hướng dẫn:
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
Trang 70,03.1 + x.2 = 0,015.2 + 0,04.1 x = 0,02 (1)
- Khi cô cạn dung dịch, khối lượng muối = Khối lượng các ion tạo muối
mmuối = 0,03.39 + 0,02.65 + 0,015.96 + 0,04.35,5 = 5,33 (gam)
Đáp án C
Ví dụ 4: Dung dịch X chứa 2 cation là
4
NH : 0,03 mol; Fe2+: x mol và 2 anion là
2 4
SO : 0,015 mol; Cl : y mol Cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được 4,52 gam muối khan Giá trị của x và y lần lượt là:
A 0,02 và 0,04 B 0,03 và 0,02
C 0,015 và 0,03 D 0,03 và 0,03
Hướng dẫn:
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
0,03.1 + x.2 = 0,015.2 + y.1 2x – y = 0 (1)
- Khi cô cạn dung dịch, khối lượng muối = Khối lượng các ion tạo muối
0,03.18 + x.56 + 0,015.96 + y.35,5 = 4,52 56x + 35,5y = 2,54 (2)
Từ (1) và (2) x = 0,02 và y = 0,04
Đáp án A
Ví dụ 5: Chia m gam hỗn hợp X gồm hai kim loại có hoá trị không đổi thành 2
phần bằng nhau Phần 1: Hoà tan hoàn toàn bằng dung dịch HCl dư thu được 1,792 lít khí H2 (đktc) Phần 2: Nung trong không khí dư, thu được 2,84 gam hỗn hợp rắn chỉ gồm các oxit Giá trị của m là
A 1,56 gam B 1,8 gam C 2,4 gam D 3,12 gam
Hướng dẫn:
- Ta có:
số mol x điện tích ion dương (của 2 kim loại) trong 2 phần là bằng nhau
số mol x điện tích ion âm trong 2 phần cũng bằng nhau
Nên: O2- 2Cl-
-Mặt khác: nCl nH 2nH2 2.1,79222,4 = 0,16 nO2 (trongoxit)= 0,08
Trong một phần: m kim loai m oxit m O 2 (trong oxit)= 2,84 – 0,08.16 = 1,56g
m = mhỗn hợp X = 2.1,56 = 3,12 (gam)
Đáp án D
Trang 82.3 Dạng 3: Kết hợp với định luật bảo toàn nguyên tố.
Kết hợp với định luật bảo toàn nguyên tố:
- nnguyên tử của một nguyên tố X trước phản ứng = nnguyên tử của một nguyên tố X sau phản ứng
Ví dụ 6: Cho hỗn hợp X gồm x mol FeS2 và 0,045 mol Cu2S vào axit HNO3
loãng (vừa đủ), thu được dung dịch chỉ chứa muối sunfat của các kim loại và khí duy nhất NO Giá trị của x là
Hướng dẫn:
- Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có:
3
Fe
n = x mol
2
Cu
n = 0,045.2=0,09 mol
2
SO
n = (2x + 0,045) mol
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
3x + 2.0,09 = 2(2x + 0,045) x = 0,09
Đáp án B
Ví dụ 7: Dung dịch X có chứa 5 ion: Mg2+; Ba2+; Ca2+; 0,1 mol Cl- và 0,2 mol
NO3- Thêm dần V lít dung dịch K2CO3 1M vào X đến khi được lượng kết tủa lớn nhất thì giá trị V tối thiểu cần dùng là
A 150 ml B 300 ml C 200 ml D 250 ml
Hướng dẫn:
- Ta có: M2+ + CO32- MCO3
Khi phản ứng kết thúc, dung dịch còn các ion: K+, Cl-, NO3-
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: n K n Cl n NO3 = 0,3
- Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có: n K = 2n K 2 CO 3
nK2CO3 = 0,15 (mol)
- V dd K 2 CO 3=0,115 = 0,15 (lít) = 150 (ml)
Đáp án A
Trang 92.4 Dạng 4: Kết hợp với việc viết phương trình ở dạng ion rút gọn.
Kết hợp với việc viết phương trình ở dạng ion rút gọn:
- Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra ở dạng ion rút gọn
Chú ý: Các chất rắn, chất không tan, chất khí hoặc chất điện li yếu thì giữ
nguyên ở dạng phân tử (không bị phân li)
Ví dụ 8: Dung dịch X có chứa các ion Ca2+, Al3+, Cl Để làm kết tủa hết ion
Cl trong 10ml dung dịch X phải dùng hết 70ml AgNO3 1M Khi cô cạn cùng lượng dung dịch X đó thu được 3,555g muối khan Nồng độ mol/lít của Ca2+ trong lượng dung dịch X trên là
Hướng dẫn:
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích trong dung dịch X ta có:
Ca 2 Al 3
Cl 2n 3n
n = 2x + 3y (1)
- Khi kết tủa hết ion Cl- trong 10ml dung dịch X thì:
Ag+ + Cl AgCl↓
nCl nAg= 0,07.1 = 0,07 (mol) (2)
- Khi cô cạn cùng lượng dung dịch X nên ta có:
mmuối khan = 40.x + 27.y + 35,5.0,07 = 3,555
40x + 27y = 1,07 (3)
- Từ (1), (2), (3) ta có: x = 0,02; y = 0,01
Đáp án D
Ví dụ 9: Hòa tan hoàn toàn 15,6 gam hỗn hợp gồm Al và Al2O3 trong 500ml
dung dịch NaOH 1M thu được 6,72 lít H2 (đktc) và dung dịch X Thể tích dung dịch HCl 2M tối thiểu cần cho vào X để thu được lượng kết tủa lớn nhất là
A 0,175 lít B 0,25 lít C 0,125 lít D 0,52 lít
Hướng dẫn:
- Dung dịch X chứa các ion Na+; [Al(OH)4]-; OH-
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
4
[Al OH( ) ] OH Na
n n n = 0,5.1 = 0,5 mol
- Khi cho HCl vào dung dịch X:
H+ + OH- H2O (1)
H+ + [Al(OH)4]- Al(OH)3 + H2O (2)
Trang 103H + Al(OH)3 Al + 3H2O (3)
- Để kết tủa lớn nhất thì phản ứng 3 không xảy ra và:
4
[ ( ) ]
n n n = 0,5
Vdd HCl = 02,5 = 0,25 (lít)
Đáp án B
2.5 Dạng 5: Áp dụng định luật bảo toàn điện tích đối với dung dịch thu được
sau khi điện phân.
Chú ý:
- Phải xác định đúng các ion nào bị điện phân ở cả hai điện cực
- Phải xác định đúng khi H2O ở hai điện cực đều bị điện phân thì những ion nào đã bị điện phân hết, những ion nào còn lại trong dung dịch sau điện phân
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho các ion còn lại trong dung dịch thu được sau khi điện phân
Ví dụ 10: Dung dịch X chứa KCl a mol/lít và CuSO4 0,25 mol/lít Điện phân
200ml dung dịch X đến khi H2O ở 2 điện cực đều bị điện phân thì dừng lại, thu được dung dịch Y Dung dịch Y hòa tan được 0,54 gam
Al Giá trị của a là
A 0,10 và 0,40 B 0,20 và 0,60
C 0,20 và 0,50 D 0,20 và 0,25
Hướng dẫn:
Khi H2O ở hai điện cực đều bị điện phân thì 2 ion Cl và Cu 2 đã bị điện phân hết, dung dịch sau điện phân (dung dịch Y) còn lại ion K và 2
4
SO không
bị điện phân
Ngoài ra dung dịch sau điện phân (dung dịch Y) hòa tan được 0,54 gam Al
Trong dung dịch Y có chứa ion H hoặc ion OH
TH 1 : Dung dịch Y có chứa ion H +
2
0,54
27
Al
Trang 11Ñieän phaân
2-4
K ( 0,2a mol )
K ( 0,2a mol ); Cu ( 0,05 mol )
SO ( 0,05 mol )
Cl ( 0,2a mol ); SO ( 0,05 mol )
H ( 0,06 mol ) dung dòch X
dung dòch Y
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích đối với dung dịch Y
0,2a.1 + 0,06.1 = 0,05.2 a = 0,2 (1)
TH 2 : Dung dịch Y có chứa ion OH -
3
Al + 3H O + OH [Al(OH) ] + H
2
0, 02 0,02
Ñieän phaân
K ( 0,2a mol ); Cu ( 0,05 mol ) K ( 0,2a mol )
Cl ( 0,2a mol ); SO ( 0,05 mol ) SO ( 0,05 mol ); OH ( 0,02 mol )
dung dòch X
dung dòch Y
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích đối với dung dịch Y
0,2a.1 = 0,05.2 + 0,02.1 a = 0,6 (2)
Từ (1) và (2) Chọn đáp án B
Ví dụ 11: Dung dịch X chứa 0,005 mol KCl và 0,0035 mol CuSO4 Điện phân
dung dịch X đến khi H2O ở 2 điện cực đều bị điện phân thì dừng lại, thu được 200ml dung dịch Y pH của dung dịch Y là
Hướng dẫn:
+
Ñieän phaân
2-4
K ( 0,005 mol )
K ( 0,005 mol ); Cu ( 0,0035 mol )
SO ( 0,0035 mol )
Cl ( 0,005 mol ); SO ( 0,0035 mol )
H ( 0,002 mol ) dung dòch X
dung dòch Y
Khi H2O ở hai điện cực đều bị điện phân thì 2 ion Cl và Cu 2 đã bị điện phân hết, dung dịch sau điện phân (dung dịch Y) còn lại ion K (0,005 mol) và ion 2
4
SO (0,0035 mol) không bị điện phân Như vậy dung dịch Y còn dư 0,002 mol điện tích (-) cần được trung hòa Dung dịch Y có H (0,002 mol)
+ nH+ 0,002
[H ] = = = 0,01 (M)
Chọn đáp án A
Trang 122.6 Dạng 6: Bài toán tổng hợp.
Ví dụ 12: Hỗn hợp X gồm x mol Al và 0,3 mol Mg phản ứng hết với hỗn hợp Y
(vừa đủ) gồm y mol Cl2 và 0,4 mol O2 thu được 64,6 gam hỗn hợp chất rắn khan Giá trị của x là
Hướng dẫn:
- Khi tham gia phản ứng hóa học, Al và Mg lần lượt chuyển thành các ion
Al3+ và Mg2+; đồng thời Cl2 và O2 thì chuyển thành2Cl và 2O 2
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
3.x + 0,3.2 = 2y.1 + 2.0,4.2 3x – 2y = 1,0 (1)
- Khi cô cạn dung dịch:
mchất rắn khan = x.27 + 0,3.24 + 2y.35,5 + 2.0,4.16 = 64,6
27x + 71y = 44,6 (2)
Từ (1) và (2) x = 0,6 và y = 0,4
Đáp án A
Ví dụ 13: Hoà tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp X gồm Mg và Fe vào dung dịch
HCl 2M Kết thúc thí nghiệm thu được dung dịch Y và 5,6 lít H2
(đktc) Để kết tủa hoàn toàn các cation có trong Y cần vừa đủ 300ml dung dịch NaOH 2M Thể tích dung dịch HCl đã dùng là
A 0,2 lít B 0,25 lít C 0,3 lít D 0,6 lít
Hướng dẫn:
- n Na = n OH = n NaOH = 0,3.2 = 0,6 mol
- Dung dịch Y chứa các ion: Mg2+; Fe2+; có thể có H+ dư và Cl
- Khi cho dung dịch NaOH vào dung dịch Y, phản ứng trung hòa (giữa H+ và
OH ) được ưu tiên xảy ra trước còn các cation kim loại tác dụng với OH
tạo kết tủa sẽ xảy ra sau Dung dịch sau phản ứng chỉ có Na+ và Cl
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
2
6 , 0 V
6 , 0 n 0,6 n
nNa Cl H ddHCl
Đáp án C
Ví dụ 14: Để hoà tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3
cần vừa đủ 700ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch Y và 3,36 lít
H2 (đktc) Cho NaOH dư vào dung dịch Y rồi lấy toàn bộ kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì lượng chất rắn thu được là