- Trong nội dung chương trình và sách giáo khoa hóa học phổ thông không đề cập sâucách phân loại, phương pháp giải và phương pháp ứng dụng các định luật bảo toàn vàogiải
Trang 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT THIỆU HÓA
-*** -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ
Trang 2SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT THIỆU HÓA
-*** -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CỦA
THANH HOÁ NĂM 2017
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT THIỆU HÓA
-*** -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ
Trang 31.3 Đối tượng nghiên cứu. 04
1.4 Phương pháp nghiên cứu. 04
1.5 Những điểm mới của SKKN 05
1 Cơ sở của phương pháp. 06
1.1 Định luật bảo toàn nguyên tố. 06
1.2 Định luật bảo toàn khối lượng 06
1.3 Định luật bảo toàn electron 06
1.4 Định luật bảo toàn điện tích. 07
Dạng1: FexOy tác dụng với axit thông thường( HCl, H2SO4 loãng ) 07
Dạng2: FexOy tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh(HNO3, H2SO4
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm. 20
III: Kiến nghị và đề xuất. 20
Trang 4
I MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài.
- Hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu về chất và sự biến đổi giữa các chất cũngnhư nghiên cứu các ứng dụng của các chất trong đời sống và trong các vấn đề kinh tế, xãhội và môi trường Phản ứng hóa học và các hiện tượng của phản ứng là đối tượng chínhcủa hóa học Trong phản ứng hóa học các nguyên tố được bảo toàn về số mol, khối lượng để giải nhanh một số bài tập thì học sinh không phải chỉ biết các định luật mà phải biếtnhìn ra các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập đó
- Trong nội dung chương trình và sách giáo khoa hóa học phổ thông không đề cập sâucách phân loại, phương pháp giải và phương pháp ứng dụng các định luật bảo toàn vàogiải toán hóa học, trong khi để giải các đề thi thì học sinh phải nắm vững các dạng bài tậpvà phương pháp giải nhanh các dạng bài tập đó
- Trong quá trình học và giải bài tập hầu hết học sinh đều rất lúng túng để nhận ra cácdạng bài tập và tìm cách giải thật nhanh
- Việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn học sinh vận dụng các định luật bảo toànvào giải bài tập về lập công thức phân tử của một ôxit sắt là việc làm rất cần thiết Việclàm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn để nắm được các dạng bài tập, nắmđược phương pháp giải
- Xuất phát từ thực trạng trên, cùng một số kinh nghiệm sau những năm trực tiếp giảngdạy, ôn thi đại học và luyện thi học sinh giỏi cấp tỉnh, tôi mạnh dạn nêu ra sáng kiến
“ Hướng dẫn học sinh lập công thức phân tử của ôxit sắt”
1.2 Mục đích nghiên cứu.
- Giúp học sinh nghiên cứu cơ sở lý thuyết cơ bản về: 3 oxit của sắt đó là FeO, Fe2O3
và Fe3O4 Đồng thời tìm hiểu vai trò, cách vận dụng và kết hợp bốn định luật hóa học: Bảotoàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, bảo toàn điện tích và bảo toàn electron để giải quyếtcác dạng bài tập về oxit của sắt và lập công thức phân tử của oxit sắt Từ đó phát triển tưduy, sáng tạo, tránh được những lúng túng, sai lầm, tiết kiệm thời gian làm bài và nâng caokết quả trong học tập, trong các kỳ thi
- Việc học sinh nắm rõ và vận dụng tốt kiến thức lập công thức phân tử của oxit sắt là mộttiền đề quan trọng để các em làm tốt các bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ
- Đề tài này trình bày một số dạng bài tập và phương pháp giải Chuyên đề này cũng trìnhbày về các định luật, phân loại và chỉ rõ việc áp dụng các định luật phù hợp vào giải toánhóa học
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
+ Bài tập về oxit sắt tác dụng với axit thông thường như HCl, H2SO4 loãng , tác dụng vớichất oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc, hoặc bài toán nhiệt nhôm của oxit sắt
+ Các dạng bài tập trong chương trình THPT và trong các đề thi HSG, ĐH - CĐ
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu cơ sở lý luận của giảng dạy bài toán hóa học trong nhà trường
- Nghiên cứu tài liệu, Internet, sách giáo khoa, tham khảo, các đề thi: HSG, ĐH,
- Thực nghiệm: Thống kê toán học và xử lý kết quả thực nghiệm
Trang 51.5 Những điểm mới của SKKN
Trong bài viết này lần đầu tiên tôi nêu đầy đủ các phương pháp, các cách cụ thể để lập công thức phân tử của oxit sắt Khác với các tài liệu tham khảo chỉ đưa ra một phương pháp duy
nhất,hoặc chỉ đưa ra đáp số yêu cầu người học, người đọc tự tìm phương pháp giải hoặc phải theo phương pháp mà tác giả đưa ra
II NỘI DUNG.
2.1 Cơ sở lí luận.
Để hình thành được kỹ năng giải nhanh bài tập hóa học phục vụ cho việc học tập và thi
cử môn Hóa Học,đặc biệt trong thời điểm hiện tại hình thức thi trắc nghiệm khách quan,
rút ngắn thời gian làm bài thì ngoài việc giúp học sinh nắm được bản chất của quá trình
phản ứng thì giáo viên phải hình thành cho học sinh một phương pháp giải nhanh bên cạnh
đó rèn luyện cho học sinh tư duy định hướng khi đứng trước một bài toán và khả năngphân tích đề bài
Với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay thì việc giải nhanh các bài toán hóa học làyêu cầu hàng đầu của người học, yêu cầu tìm ra được phương pháp giải toán một cáchnhanh nhất, không những giúp người học tiết kiệm được thời gian làm bài mà còn rènluyện được tư duy và năng lực phát hiện vấn đề của người học
2.2 Thực trạng vấn đề.
* Khó khăn:
Trong Hóa học, bài tập rất đa dạng và phong phú; để giải bài tập hóa học yêu cầuphải biết được phương trình, sự chuyển hóa của các chất, các dạng bài tập và phương phápgiải các dạng bài tập Theo phân phối chương trình hóa học phổ thông không đề cập sâuđến các định luật bảo toàn, các dạng bài tập Học sinh thường rất lúng túng khi nhận dạngcác dạng bài tập và cách giải các bài toán
Một số tác giả khác cũng đã đề cập đến cách làm này trong một số tài liệu thamkhảo Tuy nhiên, ở đó mới chỉ dừng lại giải một số bài tập đơn lẻ chưa có hệ thống, chưa
có tính khái quát Do đó nội dung kiến thức và kĩ năng giải về chủ đề này cung cấp cho họcsinh chưa được nhiều Nên khi gặp các bài toán dạng này các em thường lúng túng trongviệc tìm ra cách giải phù hợp, hoặc không làm được hoặc làm được nhưng mất rất nhiềuthời gian
Trên thực tế, với hình thức thi trắc nghiệm như hiện nay đã có rất nhiều Thầy cô có uytín xây dựng nên hệ thống “Công thức kinh nghiệm” giúp tìm ra kết quả nhanh nhất.Nhưng, trong quá trình học tập và làm bài vẫn còn chưa tự tin do không được giao tiếp vàgiải đáp trực tiếp
* Thuận lợi: Hiện tại cũng có nhiều sách tham khảo, mạng internet có trình bày các bài
tập về sắt và các ôxit của sắt với nhiều cách giải khác nhau, phương pháp sử dụng các địnhluật bảo toàn ở các góc độ khác nhau
Do đó, tôi đã chọn phương pháp “Hướng dẫn học sinh lập công thức phân tử của oxit
sắt” với mục đích giúp học sinh nhận dạng bài toán, giải bài toán một cách nhanh nhất
nhưng cũng được lập luận chặt chẽ để mang lại đáp án chính xác nhất và nhanh nhất
2.3 Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề.
2.3.1 Phạm vi áp dụng.
- Đề tài này trình bày một số dạng bài tập và phương pháp giải, đồng thời trình bày vềcác định luật, phân loại và chỉ rõ việc áp dụng các định luật vào giải toán hóa học
Trang 6- Đề tài áp dụng cho chương trình Hóa học lớp 10,11, 12
- Đề tài áp dụng tốt cho cả luyện thi tốt nghiệp và luyện thi đại học, cao đẳng và các kìthi khác của môn Hóa Học
2.3.2 Giới hạn nội dung
Đề tài đặt ra yêu cầu phân loại các dạng bài tập, đưa ra các định luật, ứng dụng của mỗi định luật để giải cho từng dạng bài tập và đưa ra những nhận xét và những chú ý giúpphát triển hướng tìm tòi khác
Trong chương trình hóa học THPT có rất nhiều dạng bài tập hóa học về hợp chất củasắt và ôxit của sắt việc phân loại rất khó khăn và phức tạp Trong đề tài này, tôi chỉ đưa ramột số dạng bài tập cơ bản sau:
Dạng 1: FexOy tác dụng với axit thông thường( HCl, H2SO4 loãng )
Dạng 2: FexOy tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh( HNO3, H2SO4 đặc )
Dạng 3: FexOy tác dụng với CO, Al
2.3.3: Biện pháp thực hiện.
1 Cơ sở của phương pháp:
Để xác định công thức của oxit sắt (FexOy) ta có thể làm như sau:
Phương pháp 1: Lập tỉ lệ
3
; ) O Fe ( 3
2
; ) FeO ( 1
1 n
n hoÆc y
x
4 3 3
2 O
Phương pháp 2: Xác định khối lượng mol phân tử Fe x O y
Oxit Fe x O ytác dụng với H2SO4 hoặc HNO3 cho sản phẩm khử ⇒ Oxit là FeO hoặc Fe3O4
1.1 Định luật bảo toàn nguyên tố :
Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố: Trong các phản ứng, quá trình hóa học các nguyên
tố luôn được bảo toàn Nghĩa là:
- Tổng số mol nguyên tử của nguyên tố X bất kì trước và sau phản ứng không đổi
- Khối lượng nguyên tử của nguyên tố X bất kì trước và sau phản ứng không đổi
1.2 Định luật bảo toàn khối lượng:
- Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sauphản ứng Nghĩa là: Tổng khối lượng các chất trước phản ứng( mT).Tổng khối lượng cácchất sau phản ứng( mS ) ¶ mT = mS
- Khối lượng hợp chất bằng tổng khối lượng nguyên tử của nguyên tố tạo thành hợp chất
đó
1.3 Định luật bảo toàn electron:
Nguyên tắc cân bằng phản ứng oxi hóa - khử theo phương pháp thăng bằng electron:Tổng số electron nhường bằng tổng số electron nhận
Trang 7Từ đó suy ra hệ quả: Tổng số mol electron do chất khử nhường bằng tổng số molelectron do chất oxi hóa nhận trong một phản ứng hoặc hệ phản ứng.
∑n e(nhường) = ∑a n. M = ∑n e(nhận) = ∑b n. X Với a là số electron M nhường; blà số electron X nhận; nM, nX lần lượt là số mol của M, X
1.4 Định luật bảo toàn điện tích:
Cơ sở lý thuyết:
Trong một dung dịch X có a (mol)A2+, b(mol) B3- , c(mol) C+ , d(mol) D2- ta có
∑ số mol của các ion dương với tích giá trị điện tích tương ứng của ion đó = ∑ tổng
số mol của các ion âm với tích giá trị điện tích tương ứng của ion đó
Hay đối với dung dịch X trên ta có :
2
Các dạng bài tập:
Dạng 1: Fe x O y tác dụng với axit thông thường( HCl, H 2 SO 4 loãng )
Ví dụ 1 Để hoà tan 4gam oxit FexOycần 52,14ml dung dịch HCl 10% (d = 1,05 g/ml).
Vậy công thức oxit là:
A FeO B Fe3O4 C Fe2O3 D Fe2O3 hoặc FeO
10 05 , 1 14 , 52 ay 2
05 , 0 y
x ay
2 x
Cách 2: Xét 3 oxit sắt là FeO, Fe3O4, Fe2O3
- Trường hợp 1: oxit là FeO
Từ phản ứng:
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
2.a + c.1 = 3.b + 2.d
Trang 8Vậy oxit sắt là Fe2O3 (Đáp án C)
Cách 3: Bảo toàn số mol nguyên tử
Cách 3.1:
56
075 , 0 16 4 n 075 , 0 2
n n
O H ) Oxit (
) O Fe ( 3
2 075
,
0
05 ,
0
n
n
3 2 O
y
075 , 0 n
075 , 0 2
n n
n 2 HCl FexOy FexOy
O H ) Oxit (
25 , 16
+ (2)
Trang 9Từ (1) và (2) ta được: y x
Cách 2: Xét 3 oxit sắt là FeO, Fe3O4, Fe2O3
- Trường hợp 1: oxit là FeO
Vậy oxit sắt là Fe2O3 (Đáp án C)
Cách 3: Bảo toàn số mol nguyên tử
Cách 3.1:
56
075 , 0 16 4 n 075 , 0 2
n n
O H ) Oxit (
) O Fe ( 3
2 075
,
0
05 ,
0
n
n
3 2 O
y
075 , 0 n
075 , 0 2
n n
n 2 HCl FexOy FexOy
O H ) Oxit (
⇒ y = 3 ; x = 2 (Fe2O3) (Đáp án C)
Nhận xét: Như trình bày ở trên có rất nhiều cách để tìm công thức của Fe x O y tuy nhiên cách bảo toàn nguyên tố tìm đến đáp số nhanh nhất và đơn giản nhất do vậy khi hướng dẫn học sinh các cách giải như trên tôi thường khuyên và nhấn mạnh cho học sinh nên
sử dụng cách bảo toàn nguyên tố để tiết kiệm thời gian trong quá trình làm bài thi trắc nghiệm.
Dạng 2: FexOy tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh(HNO3, H2SO4 đặc )
Một số lưu ý:
+ Khi cho oxit của sắt tác dụng với HNO 3 , H 2 SO 4 đặc có khí thoát ra do đó không phải là
Fe2O3.
+ Muối thu được thông thường là muối của Fe3+, nếu cho hỗn hợp FexOy và kim loại Fe hay
Cu tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc sau phản ứng kim loại còn dư muối thu được sẽ chứa muối Fe2+
+ Trong quá trình giải toán có thể áp dụng bảo toàn nguyên tố,định luật bảo toàn khối
lượng,định luật bảo toàn điện tích, định luật bảo toàn electron
Trang 10Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 10,44 gam một oxit sắt bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch X và 1,624 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Cô cạn dung dịch
X, thu được m gam muối sunfat khan Giá trị của m và công thức của oxit sắt là:
A 29; FeO B 52,2; Fe2O3. C 58,0; Fe3O4. D 58,0 FeO
Hướng dẫn giải
Phân tích bài toán:
mFe + mO = 10,44(g)
Fex O y tác dụng với dung dịch H 2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch X và 1,624 lít khí SO2
do đó không phải là Fe2O3.
Bài giải
Cách 1:
Số mol của SO2 = 0,0725 mol
Quy đổi oxit thành Fe và O và sử dụng ĐLBTe
Gọi số mol Fe ( a mol ) và O ( b mol ) Ta có : 56a + 16b = 10,44 (1)
⇒ oxit là FeO Khối lượng muối m =29 gam
Cách 2: Xét 2 oxit sắt là FeO, Fe3O4,
- Trường hợp 1: oxit là FeO ta có nFeO = 0,145 mol
Từ phản ứng:
2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4 H2O
mol: 0,145 0,0725
Số mol của FeO và SO2 thỏa mãn phương trình
- Trường hợp 2: oxit là Fe3O4 ta có số mol của Fe3O4 = 0,045 mol
Từ phản ứng:
2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O
0,145 0,0725
Như vậy 0,145 ≠0,045 (loại).
Cách 3: Gọi số mol của FexOy là a:
Ta có: a=5610x 16+,44 y (2)
Trang 11Số mol của SO2
2
) 2 3 ( x− y a
= 0,0725 (3)
Từ (2) và (3) ta được: y x =
1
1 ⇒ oxit là FeO
Nhận xét: Tương tự dạng 1 ở dạng bài tập này tôi vẫn luôn khuyên và nhấn mạnh cho học sinh nên sử dụng cách bảo toàn nguyên tố để tiết kiệm thời gian trong quá trình làm bài thi trắc nghiệm.
Ví dụ 2 Nung nóng 18,56 gam hỗn hợp A gồm FeCO3 và một oxit sắt Fe x O ytrong không
khí tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí CO2 và 16 gam một oxit sắt duy nhất.Cho khí CO2 hấp thụ hết vào dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 15,76 gam kết tủa Vậy côngthức oxit FexOy là:
A FeO B Fe3O4 C Fe2O3 D Fe2O3 hoặc FeO
Hướng dẫn giải
Phân tích bài toán:
Các oxit sắt, nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi luôn tạo thành Fe2O3 ⇒ 16gam oxit sắt duy nhất là Fe2O3
- số mol kết tủa = số mol CO2 = số mol FeCO3
12 , 0 y
x
4 3
=
=
Cách 2: Phương pháp bảo toàn
Đặt số mol các chất trong 18,56 gam A {FeCO3: n ; Fe x O y: m}
⇒ 116n + (56x + 16y)m = 18,56
Bảo toàn số mol nguyên tử C và Fe: nFeCO3= nBaCO3 ⇒ n=0,08
2 , 0 mx n
1 , 0 ) mx n
12 , 0 y
x
4 3
Trang 12gam 28 , 9 08 , 0 116 56
, 18 m
08 , 0 n
nFeCO3= BaCO3 = ⇒ FexOy = − =
12 , 0 n
06 , 0 n
04 , 0 2
3 16 , 0
12 , 0 n
n 16 , 0 16
12 , 0 56 28 , 9
O
Fe )
, 18 m
08 , 0 n
O xFe
04 , 0
O Fe
x
12 , 0
O Fe 2
08 , 0
FeCO 2
3 2
3 2
y x 3
3
232 x
12 , 0
28 , 9
x 28 , 9 x
12 , 0 ).
y 16 x 56
+ Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại = Al dư; oxit kim loại hết
+ Hỗn hợp Y tác dung với dung dịch bazơ kiềm (NaOH, KOH, )giải phóng H2 =>
+ Định luật bảo toàn khối lượng : mhh X = mhh Y
+ Định luật bảo toàn nguyên tố(mol nguyên tử ):nAl (X) = nAl (Y); nFe (X) = n Fe (Y) nO (X) = nO (Y)
b) Khử bởi cacbonoxit: CO
3CO + Fe2O3 →t0 3CO2 + 2Fe
4CO + Fe3O4 →t0 4CO2 + 3Fe