SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG VĨNH CỬU ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN HÓA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG Lĩnh vực nghiên cứu: Quản lý giáo dục..
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG VĨNH CỬU
ĐỀ TÀI:
PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN HÓA HỌC
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG
Lĩnh vực nghiên cứu:
Quản lý giáo dục
Phương pháp dạy học bộ môn
Phương pháp giáo dục
Lĩnh vực khác
Có đính kèm:
Mô hình Phần mềm Phim ảnh Hiện vật khác
Năm học: 2012-2013
X
Trang 2SƠ YẾU LÝ LỊCH KHOA HỌC
I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN:
- Họ và Tên: Võ Thị Hiệp
- Ngày, tháng, năm sinh: 28/9/1967
- Nam, Nữ: Nữ
- Địa chỉ thường trú: Số 145A, tổ 4, ấp 1, xã Bình Lợi, huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai
- Điện thoại: 0613.865022 (CQ) – 0613.971818 (NR) – 0919571975 (DĐ)
- Fax: Email: hiepvothi67@gmail.com
- Chức vụ: Tổ trưởng Tổ hóa học
- Đơn vị công tác: Trường Trung học phổ thông Vĩnh Cửu
II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO:
- Học vị (hoặc trình độ đào tạo cao nhất): Cử nhân
- Năm nhận bằng: 1990
- Chuyên ngành đào tạo: Hóa-Sinh
III KINH NGHIỆM KHOA HỌC:
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Hóa học
- Thời gian công tác: 22 năm
Trang 3SỞ GD VÀ ĐT ĐỒNG NAI
TRƯỜNG THPT VĨNH CỬU CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Đồng Nai, ngày tháng năm 2013
PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Năm học: 2012-2013 Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN HÓA HỌC
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG
Họ và Tên tác giả: Võ Thị Hiệp Đơn vị: Tổ Hóa học
Lĩnh vực:
Quản lý giáo dục Phương pháp dạy học bộ môn
Phương pháp giáo dục Lĩnh vực khác
1 Tính mới:
- Có giải pháp hoàn toàn mới
- Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có
2 Hiệu quả:
- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao
- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng trong
toàn ngành có hiệu quả cao
- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại các đơn vị có hiệu quả cao
- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng tại đơn vị
có hiệu quả
3 Khả năng áp dụng:
- Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính sách:
Tốt Khá Đạt
- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiển, dễ thực hiện và dễ đi
vào cuộc sống:
Tốt Khá Đạt
- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu quả trong
phạm vi rộng:
Tốt Khá Đạt
XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)
x
Trang 4NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:
PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN HÓA HỌC
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
- Giúp học sinh giải bài tập về tính khối lượng hoặc thể tích của các đơn chất, hợp chất có liên quan đến hiệu suất một cách nhanh chóng;
- Củng cố và nâng cao kiến thức, kỹ năng giải bài tập cho học sinh;
- Góp phần nâng cao chất lượng bộ môn
II THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI
1 Thuận lợi:
- Đa số học sinh hào hứng khi được hướng dẫn cặn kẽ các phương pháp giải bài tập;
- Học sinh được củng cố và nâng cao về kiến thức, nâng cao khả năng tư duy hóa học;
- Học sinh có hứng thú với các dạng bài tập hóa học khác nhau
2 Khó khăn:
- Mức độ tiếp thu của học sinh còn thấp, không đồng đều trong một lớp học;
- Học sinh còn e ngại với một số bài tập dài, chỉ thích dạng ngắn;
- Một số học sinh không thích lý luận nhiều, chỉ thích dạng trắc nghiệm
III NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
1 Cơ sở lý luận:
- Hóa học có những nét tư duy đặc thù của nó Phạm trù tư duy của hóa học mang tính chất thực nghiệm pha lẫn trừu tượng Luyện tập tư duy cho học sinh dần dần tạo cho các em phương pháp để giải các dạng toán nhất định, từ đơn giản đến phức tạp;
- Thực tế trong các bài toán hóa học khi học sinh làm bài thường không sử dụng hết các dữ kiện và chưa có tư duy thích hợp cho mỗi loại bài toán nên tìm ra kết quả rất lâu
2 Nội dung, giải pháp thực hiện các biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
A Nội dung:
- Các bài toán hóa học trong chương trình là những dạng cơ bản, đã được học sinh giải qua các chương trình đại cương, vô cơ, hữu cơ nhưng chưa áp dụng tư duy phù hợp;
- Giáo viên đề cập vấn đề này để học sinh giải nhanh và chính xác, tìm ra đáp số;
- Mỗi bài toán cần phân tích các dữ kiện của đề bài hoặc viết sơ đồ tóm tắt nội dung của đề bài, hoặc viết sơ đồ tóm tắt nội dung của đề bài Qua đó, học sinh sẽ tìm ra ẩn ý được mô tả trong đề bài, từ đó tìm được hướng giải khi phân tích đề Dựa vào dữ kiện đề bài các em phải tự đặt các câu hỏi: Muốn tìm…, ta phải…; Nếu dùng công thức…thì lại phải tìm…cuối cùng tìm được đáp số;
- Viết phương trình phản ứng là một khâu quan trọng trong việc giải bài toán hóa học Muốn viết được phương trình phản ứng thì học sinh phải học kỹ tính chất hóa học của các chất, viết đúng ký hiệu từng nguyên tố;
- Thực hiện phép tính: thông qua các phương trình phản ứng thiết lập được mối tương quan toán học giữa các dữ kiện (gọi là phương trình hoặc hệ phương trình) Sử dụng các thủ thuật toán học để giải phương trình hoặc hệ phương trình đó Sau cùng đưa kết quả toán học đó về kết quả hóa học với: khối lượng, thể tích là số dương; nguyên tử khối phù hợp với hóa trị của kim loại hoặc phi kim Hiệu suất phải ≤ 100%
Trang 5* Kết luận: trong việc giải một bài toán hóa học, thông thường ta cần phải tuân theo một trình tự sau:
- Phân tích đề bài;
- Viết phương trình phản ứng hóa học;
- Xây dựng các phương trình toán học dựa vào phương trình hóa học;
- Giải các phương trình toán học để tìm được kết quả bài toán hóa học
B Biện pháp thực hiện:
1 Một số công thức áp dụng khi giải bài toán về hiệu suất phản ứng
Tính hiệu suất theo chất phản ứng (ctg) (theo chất sẽ hết khi phản ứng xảy ra hoàn toàn)
Tính hiệu suất theo sản phẩm tạo thành:
Ghi chú: - Lượng lý thuyết (LT) tính theo phương trình phản ứng
- Lượng thực tế (TT) là lượng đề bài cho
Tính hiệu suất của cả quá trình gồm nhiều phản ứng: nếu xét cho cả quá trình gồm nhiều phản ứng liên tiếp
A H1%
B H 2%
C H 3%
D Không cần tính đuổi theo từng phản ứng mà dùng công thức:
H% = H1% x H2% x H3% x …
- Một số phản ứng sau đây trong đa số trường hợp được xem có hiệu suất 100%:
+ Phản ứng giữa chất lỏng với chất lỏng;
+ Phản ứng giữa chất khí và chất lỏng;
+ Phản ứng giữa chất rắn với chất lỏng;
+ Phản ứng giữa chất khí với chất khí và tạo thành chất rắn hoặc chất lỏng
- Một số phản ứng sau đây thường phải xét để biết hiệu suất phản ứng bằng bao nhiêu, nếu
đề bài không cho thì phải xét tổng quát với hiệu suất nhỏ hơn 100%:
+ Phản ứng giữa chất rắn với chất rắn;
+ Phản ứng giữa chất rắn với chất khí
2 Một số vấn đề chung có liên quan đến bài toán về hiệu suất phản ứng
a) Mol (n)
Mol là lượng chất chứa 6,02.1023 hạt vi mô
Biểu thức tính: m n M
n
m M M
m
n ;
Nếu áp dụng các công thức trên cho hỗn hợp có số mol là n h2, khối lượng là m h2; thì khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp (kí hiệu M ), với
2 2
h
h
n
m
Khi dùng % mol của mỗi chất trong hỗn hợp thì công thức lại có dạng:
n
n M x M
x M
x
M 1 1 2 2 ; trong đó: x1,x2, ,x n là % mol của mỗi chất tương ứng trong hỗn hợp gồm n chất có khối lượng mol lần lượt là M1,M2, ,M n và đương nhiên:
1
2
1 x x n
x
Lượng chất đầu cần lấy (theo phương trình phản ứng)
Lượng chất đầu thực tế đã lấy
Lượng sản phẩm thực tế thu được Lượng sản phẩm LT(theo p.trình phản ứng) thu được
mctg(LT)
mctg(TT)
msp(TT)
msp(LT)
Phản ứng xảy ra trong dung dịch
Trang 6Thể tích mol phân tử là thể tích chiếm bởi một mol phân tử khí, hay chiếm bởi 6,02.1023 phân tử khí
b) Định luật Avogadro:
Ở những điều kiện nhiệt độ, áp suất như nhau của mọi chất khí đều chứa cùng một số phân tử khí
Vận dụng khái niệm mol và kết quả thực nghiệm ta có các hệ quả quan trọng áp dụng cho chất khí để vận dụng:
- Ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) (00C, 1atm), V = n.22,4 (lít) hay
4 , 22
V
n
- Ở cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất: tỉ lệ thể tích cũng là tỉ lệ về số mol, và ngược lại
V = k.VB nA = k.nB
- Ở điều kiện bất kỳ: sử dụng phương trình Menđeleep: pV = nRT
p: áp suất khí, đo bằng at (hoặc mmHg)
V: thể tích khí, đo bằng lít
T: nhiệt độ Kenvin, T = (t0
C + 273)0K R: hằng số:
273
4 , 22
R (khi áp suất đo bằng at)
273
10 760 4 ,
R (khi p đo bằng mmHg, V đo bằng ml)
c) Tỉ khối chất khí:
Tỉ khối của chất khí A so với khí B là tỉ số khối lượng của một thể tích khí A chia cho khối lượng của cùng một thể tích khí B ở cùng nhiệt độ, áp suất
- Biểu thức:
B
A B A
m
m
Ý nghĩa: Tỉ khối cho biết khí A nặng hay nhẹ hơn khí B bao nhiêu lần
- Hệ quả:
B
A B A
M
M
- Biểu thức mở rộng cho hỗn hợp
B
A hhB hhA
M
M
d /
d) Nồng độ dung dịch
- Các loại nồng độ:
+ Nồng độ phần trăm(%): Số gam chất tan trong 100g dung dịch
% 100
dd
ct
m
m
+ Nồng độ mol C M: Số mol chất tan trong 1 lít dung dịch
) (
) ( ] [
lít V
mol n A C
dd
A
M
- Biểu thức liên hệ:
A M
M
D C C
A] 10. %.
[ M A: phân tử khối của chất A
Trang 7e) pH của dung dịch:
- Tích số ion của nước
H2O H+ + OH−
Tích số ion của H2O = [H+][OH−] = 10−14
- Độ pH:
Độ pH là đại lượng cho biết nồng độ ion H+ trong dung dịch được biểu diễn bằng biểu thức toán học sau:
pH = - lg[H+] [H+] = 10−pH
+ Nếu pH = 7: dung dịch có môi trường trung tính
+ Nếu pH < 7: dung dịch có môi trường axit
+ Nếu pH > 7: dung dịch có môi trường bazơ
- Độ pOH
Độ pOH là đại lượng cho biết nồng độ ion OH− trong dung dịch được biểu diễn bằng công thức sau:
pOH = -lg[OH−]
Từ tích số ion của H2O: [H+].[OH−] = 10−14
-lg[H+] - lg[OH−] = lg10−14 hay pH + pOH = 14
g) Công thức Faraday:
Khối lượng các chất sinh ra ở các điện cực tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện I, thời gian
t điện phân và đương lượng gam
n
M
của chất đó:
Fn
ItM
m m: Khối lượng sản phẩm (g) I: Cường độ dòng điện
n: Số electron nhường hay nhận M: nguyên tử gam của chất ở điện cực F: Hằng số Faraday
3 Áp dụng:
* Dạng 1: Tính hiệu suất phản ứng
phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, thu được 11g este Hiệu suất phản ứng este hóa là:
A 55% B 50% C 62,5% D 75%
Hướng dẫn
- Viết phương trình phản ứng
- Xác định hiệu suất phản ứng:
+ Tính theo công thức axit
Giải
CH3COOH + C2H5OH 0
4
2SO d ,t H
CH3COOC2H5 + H2O
88
11
←
88
11
mol
maxit theo phương trình = 60 7 , 5g
88
11
maxit ban đầu = 12g
H% = 100 62 , 5 %
12
5 , 7
maxit thực tế phản ứng theo pt
maxit ban đầu
Trang 8+ Hoặc theo công thức este:
meste lý thuyết = 88 17 , 6g
60
meste thực tế = 11g H% = 100 62 , 5 %
6 , 17
Đến khi phản ứng dừng lại, thu được 11,00g este Hiệu suất của phản ứng este hóa là bao nhiêu?
A 75% B 62,5% C 60% D 41,67%
Hướng dẫn
- Viết phương trình phản ứng
- Hiệu suất tính theo chất nào?
+ Xác định lượng thực tế của
chất đó
+ Xác định lượng lý thuyết của
chất đó
Giải
CH3COOH + C2H5OH 0
4
2SO d ,t H
CH3COOC2H5 + H2O
1 0 , 3
46
8 ,
13 → 0,3mol Tính theo este:
meste lý thuyết = 0,3.88 = 26,4g
meste thực tế = 11g H% = 100 41 , 67 %
4 , 26
11
phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, thu được 11g este Hiệu suất của phản ứng là:
A 55% B 50% C 62,5% D 75%
Hướng dẫn
Cho lượng của 2 chất tham
gia nên xét: nếu phản ứng xảy
ra hoàn toàn thì lượng nào sẽ
hết? (căn cứ vào số mol và hệ
số của chất tham gia trong phản
ứng)
Hiệu suất tính theo lượng
axit (hết)
Giải
CH3COOH + C2H5OH 0
4
2SO d ,t H
CH3COOC2H5 + H2O mol 0 , 2
60
46
8 ,
Pư: 0,2 → 0,2 → 0,2 Còn lại 0,1
mesteTT = 11g
meste LT = 0,2.188 = 17,6g 100 62 , 5 %
17,6
11
H
Bài 4: Cho hỗn hợp gồm không khí (dư) và hơi của 24g metanolđi qua chất xúc tác Cu
nung nóng, người ta thu được 40ml fomalin 36% (D = 1,1g/ml) Hiệu suất của quá trình trên là:
A 50,4% B 70,4% C 65,5% D 76,6%
Giải Phương trình phản ứng:
CH3OH +
2
1
O2 Cu ,t0
HCHO + H2O
0 , 75
32
24 mol → 0,75mol
mHCHO LT = 0,75.30 = 22,5g
mHCHO TT = 15 , 84g
100
36 1 , 1
H% = 100 70,4%
5 , 22
84 , 15 100
HCHOLT
HCHOTT
m m
meste thực tế
meste lý thuyết
Trang 9Bài 5: Dẫn hỗn hợp gồm H2 và 3,92 lít (đktc) hơi andehit axetic qua ống sứ nung nóng (chứa Ni) Hỗn hợp các chất được làm lạnh và cho tác dụng hoàn toàn với Na thấy thoát ra 1,84 lít khí (270C và 1atm) Hiệu suất của phản ứng khử andehit là bao nhiêu?
A 60,33% B 82,44% C 84,22% D 75,04%
Bài 6: Dẫn hơi 3g etanol đi vào trong ống sứ nung nóng chứa bột CuO (lấy dư) Làm lạnh
để ngưng tụ sản phẩm hơi ra khỏi ống sứ, được chất lỏng X Khi X phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thấy có 8,1g bạc kết tủa Hiệu suất của quá trình oxi hóa etanol bằng bao nhiêu?
A 55,7% B 60% C 57,5% D 75%
qua các bình chứa riêng rẽ các chất: CuSO4 khan; dung dịch NaOH; dung dịch dư brom trong CCl4 Sau khi thí nghiệm, khối lượng bình cuối cùng tăng thêm 2,1g Hiệu suất chung của quá trình đehidrat hóa là bao nhiêu?
A 59% B 55% C 60% D 70%
* Dạng 2: Áp dụng hiệu suất để tính lượng chất tham gia hoặc lượng sản phẩm
phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng thì 66% lượng axit đã chuyển thành este Khối lượng este sinh ra là bao nhiêu gam?
A 174,2g B 87,12g C 147,2g D 78,1g
Hướng dẫn
Đề cho: maxit = naxit = 1 , 5
60
mancol = nancol = 1 , 5
46
69
66% axit chuyển thành este chính là
hiệu suất của phản ứng (H = 66%)
Giải
maxitpưTT= 90 59 , 4g
100
Phương trình phản ứng:
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O
0 , 99 60
4 ,
59 mol → 0,99mol
0 , 99 88 87 , 12
5 2
3COOC H
CH
Bài 2: Khối lượng axit axetic chứa trong giấm ăn thu được khi cho lên men 100 lít rượu
80 thành giấm ăn là bao nhiêu gam? Biết khối lượng riêng của rượu etylic là 0,8g/ml và giả
sử phản ứng lên men đạt hiệu suất 80%
Hướng dẫn
Đề cho: Vdd rượu = 100ml
Drượu = 0,8g/ml
ĐR = 80
Phải tìm mrượu ng.chất
- Viết phương trình phản ứng
Lý thuyết:
- Công thức tính:
%
3 n M H
m CH COOH
Giải
VNC = 8
100
8 100 100
ĐR
V dd
lít
mRNC = D.VNC = 8.103.0,8 = 640g
46
640
5
2H OH
C
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O
46
640
mol
46
640
mol
60 80 667 , 83
46
640
3COOH
CH
Trang 10Bài 3: Đun nóng axit axetic với ancol isoamylic (CH3)2CH−CH2−CH2−OH có H2SO4 đặc xúc tác thu được isoamyl axetat (dầu chuối) Tính lượng dầu chuối thu được từ 132,35g axit axetic đun nóng với 200g ancol isoamylic, hiệu suất phản ứng đạt 68%
Hướng dẫn
Đề cho: 2 , 21
60
35 , 132
3COOH
CH
2 , 27
88
200
1 1
5H OH
C
Lý luận: naxit < nancol → axit hết
Giải Phương trình phản ứng:
CH3COOH + C5H11OH → CH3COOC2H5
60
35 , 132
mol →
60
35 , 132
mol
mLT = 130
60
35 , 132
mTT = 195
100
68 130 60
35 ,
Bài 4: Tính khối lượng metyl metacrylat thu được khi đun nóng 215g axit metacrylic với
100g ancol metylic Giả thiết phản ứng este hóa đạt hiệu suất 60%
A 125g B 175g C 150g D 200g
Hướng dẫn
Đề cho: 2 , 5
86
215
5
3H COOH
C
3 , 125
32
100
3OH
CH
Phương trình phản ứng:
Giải Phương trình phản ứng:
C3H5COOH + CH3OH → C3H5COOCH3 + H2O 2,5mol 3,125mol
2,5mol → 2,5mol
meste TT = 150
100
60 100 5 ,
Bài 5: Đun 9,2g glixerol với 9g axit axetic có xúc tác được m gam sản phẩm hữu cơ E chỉ
chứa một loại nhóm chức Biết hiệu suất phản ứng bằng 60% M có giá trị là bao nhiêu?
A 8,76g B 9,64g C 7,54g D 6,54g
Hướng dẫn
Đề cho: 0 , 15
60
9
3COOH
CH
0 , 1
92
2 , 9
3 5
3H (OH)
C
Phương trình phản ứng (axit
hết):
Giải Phương trình phản ứng:
3CH3COOH + C3H5(OH)3 → (CH3COO)3C3H5 + 3H2O 0,15mol 0,1mol
0,15mol → 0,05mol (LT)
ME TT = 6 , 54
100
60 218 05 ,
Bài 6: Glixerol được điều chế bằng cách đun nóng dầu thực vật hoặc mỡ động vật với
dung dịch NaOH Sau phản ứng thu được 2,3g glixerol Hãy cho biết lượng NaOH cần dùng khi hiệu suất là 50%
A 3g B 6g C 12g D 4,6g
Hướng dẫn
Đề cho: 2 , 3
3 5
3H (OH)
C
→ 0 , 025
92
3 , 2
3 5
3H (OH)
C
H = 50%
Từ phương trình phản ứng:
Giải
Phương trình phản ứng:
(RCOO)3C3H5 + 3NaOH → 3RCOONa + C3H5(OH)3 0,075mol ← 0,025mol (LT)