Hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp bỏ ẩn để giải các bài toán hóa học

I MỞ ĐẦU: I.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với phát triển kinh tế -xã hội, Việt Nam ngày hội nhập sâu rộng vào vấn đề quốc tế, có lĩnh hội tinh hoa giáo dục nước tiên tiến giới công cải cách giáo dục đặc biệt quan trọng Đảng Nhà nước xác định giáo dục mục tiêu hàng đầu, đầu tư cho giáo dục đầu tư cho phát triển lâu dài bền vững Khi hội nhập quốc tế đòi hỏi nguồn nhân lực đất nước ta phải đảm bảo trình độ, lực làm việc có tảng kiến thức khoa học Xuất phát từ đòi hỏi công cải cách giáo dục nước nhà diễn năm gần đây, để đáp ứng yêu cầu với phát triển xã hội Từ việc cải cách nội dung dẫn đến cải cách phương thức đánh giá Chính phải đổi cách học trò cách dạy thầy Trong thực tế thi trung học phổ thông quốc gia năm gần Không học sinh làm mà phải chạy đua với thời gian Chính phải tìm phương pháp giải tốn thời gian cho toán học sinh hoàn thành tốt thi Trong trình dạy học ôn thi nhận thấy có học sinh giải xác toán khó thi điểm không cao Lí đơn giản không đủ thời gian để hoàn thành tất nội dụng thi Từ thực tiễn vậy, nhằm giúp học sinh tiết kiệm thời gian giải toán kỳ thi trung học phổ thông quốc gia lựa chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp bỏ ẩn để giải toán hóa học ” để nghiên cứu I.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trong trình dạy học lớp ôn thi trung hoc phổ thông quốc gia cho học sinh, nhận thấy nhiều em học sinh lúng túng gặp toán hỗn hợp nhiều chất số kiện để đặt phương trình lại số ẩn cần đặt Học sinh thường không giải có giải nhiều thời gian Trong thời gian làm thi ngắn không chạy đua với thời gian học sinh không hoàn thành nội dung yêu cầu Đề tài nhằm giúp học sinh có nhìn tổng quát phương pháp giải toán hay gặp trình học tập thi cử, từ giúp em nhận dạng toán lựa chọn phương pháp phù hợp đưa kết xác thời gian ngắn Đề tài nhằm phát huy tính tích cực sáng tạo giải toán hóa học học sinh, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy giáo viên I.3 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU Phương pháp bỏ ẩn áp dụng cho toán hỗn hợp vô hữu mà số phương trình lập số ẩn toán I.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực đề tài, sử dụng phương pháp chủ yếu tổng kết kinh nghiệm Xuất phát từ khó khăn vướng mắc học sinh trình lựa chọn phương pháp tối ưu cho toán hỗn hợp chất số phương trình lập số ẩn Tôi xác định cần phải nghiên cứu phương pháp bỏ ẩn áp dụng cho giải toán hỗn hợp nhiều chất mà số phương trình số ẩn làm sở nghiêm cứu từ mở rộng giải loại toán tương tự Trong trình nghiên cứu đề tài sử dụng nhiều phương pháp khác như: - Phương pháp trao đổi giáo viên có kinh nghiệm học sinh - Phương pháp kiểm tra đánh giá - Phương pháp đối chứng - Phương pháp nghiên cứu tài liệu… II NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP II.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP BỎ ẨN Phương pháp bỏ ẩn hệ phương pháp qui đổi Nhưng cách thức giải đơn giản nhiều, giúp học sinh giải nhanh đơn giản dạng toán số ẩn nhiều số phương trình lập II.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Khi giải toán hỗn hợp nhiều chất, học sinh phải vận dụng nhiều kỹ hóa học để giải toán, toán hỗn hợp thường toán tổng hợp, học sinh phải biết chuyển từ tên hợp chất thành công thức hóa học, phải biết dạng công thức tổng quát chất, biết bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, ghép ẩn Mục đích việc làm nhằm làm giảm ẩn toán để số ẩn với số phương trình lập Nhưng thực tế học sinh làm điều Học sinh có tâm lý sợ tập hỗn hợp, nhiều em không đọc đề nhìn thấy tập hỗn hợp bỏ Trước thực trạng giáo viên trực tiếp dạy học trò, muốn tìm phương pháp giải toán hỗn hợp có số ẫn nhiều số phương trình lập cách thuận lợi đơn giản Giúp học trò tự tin làm II.3 GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.3.1 Nội dung phương pháp Bỏ ẩn phương pháp đơn giản dễ làm hầu hết học sinh vận dụng giải toán phức tạp Bỏ ẩn nhằm đưa toán ban đầu hỗn hợp nhiều chất với số phương trình nhiều số ẩn toán có số ẩn số phương trình cách đếm số ẩn số kiện, số ẩn bỏ tổng số ẩn trừ số kiện đề Qua đưa toán từ số ẩn nhiều số phương trình thành toán có số ẩn số phương trình làm cho phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện II.3.2 Nguyên tắc phương pháp bỏ ẩn a Do việc bỏ ẩn nên số trường hợp số mol chất có giá trị âm để tổng số mol nguyên tố không đổi (bảo toàn) b Trong trình làm ta thường kết hợp sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố bảo toàn electron, kết hợp với việc sơ đồ hóa toán để tránh viết phương trình phản ứng, qua rút ngắn thời gian làm c Khi bỏ ẩn không làm thay đổi chất hóa học toán II.4 VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1:(Câu 12- đề thi thử lần trường THPT chuyên KHTN) Hỗn hợp X gồm: HCHO, CH3COOH, HCOOCH3 CH3CH(OH)COOH Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X cần V lít O2 (đktc) sau phản ứng thu CO2 H2O Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào nước vôi dư thu 50 gam kết tủa Vậy giá trị V tương ứng là? A 8,40 lít B 16,8 lít C 7,84 lít D 11,2 lít Hướng dẫn giải: Hỗn hợp X có chất đặt ẩn số ẩn ẩn Số kiện toán Số ẩn bỏ = tổng số ẩn – số kiện = 4-1=3 Đối với ví dụ bỏ chất muốn, toán đơn giản bỏ chất phức tạp CH3COOH, HCOOCH3 CH3CH(OH)COOH để lại chất HCHO Ta có: HCHO + O2 → CO2 + H2O 50 = 0,5(mol ) 100 ⇒ VO2 = 0,5.22, = 11, 2(l ) chọn D nCO2 = nH 2O = n↓ = nO2 = nCO2 Từ toán ẩn số có phương trình, cách bỏ ẩn giải toán cách đơn giản Đây điểm ưu việt phương pháp Ví dụ 2: (Câu 35- Mã đề 303- Đề thi thử lần THPT Quốc Gia Sở GD & ĐT tỉnh Vĩnh Phúc - 2017) Hỗn hợp X gồm metyl fomat, anđehit acrylic metyl acrylat Đốt cháy hoàn toàn m gam X hấp thụ hết sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH) dư, thu gam kết tủa khối lượng dung dịch giảm 3,78 gam Giá trị m A 1,95 B 1,54 C 1,22 D 2,02 Hướng dẫn giải: Ta nhận thấy đặt ẩn toán có ba ẩn tương ứng với số mol metyl fomat, anđehit acrylic metyl acrylat Số kiện toán hai gồm khối lượng kết tủa khối lượng dung dịch giảm Vậy số ẩn bỏ ẩn Trong bỏ ẩn metyl acrylat Ta có: Từ (1), (2) ta có: → m = 0,015*60+0,02*72 = 2,02(gam) chọn D Ví dụ 3: (Thư viện giáo án internet) Cho 2,81gam hỗn hợp gồm Fe2O3, ZnO , MgO tác dụng vừa đủ với 500ml dd H2SO4 0,1M Khối lượng muối sunfat tạo dd A 5,81gam B 5,18gam C 6,18gam D 6,81gam Hướng dẫn giải: Bài toán bỏ ẩn áp dụng cho tập hữu lẫn vô Tôi chọn ví dụ để tiến hành phương pháp bỏ ẩn với toán vô Với ví dụ ta có ba ẩn có hai kiện, với qui tắc bỏ ẩn ta phép bỏ ẩn Ví dụ ta tùy ý bỏ ẩn Trường hợp : Tôi bỏ ẩn Fe2O3 toán lại hai ẩn với hai kiện →81x+40y=6,81(1) Mặt khác cho hỗn hợp tác dụng với H2SO4 ta có Từ (1), (2) ta có Trường hợp : Tôi bỏ ẩn MgO toán lại hai ẩn với hai kiện →81x+160y =2,81(1) Mặt khác cho hỗn hợp tác dụng với H2SO4 ta có Từ (1), (2) ta có Tương tự ta bỏ ZnO mà không làm thay đổi kết toán Ví dụ 4: (Câu 23- Đề khối A năm 2014- Mã đề 259) Đốt cháy hoàn toàn 13,36 gam hỗn hợp X gồm axit metacrylic, axit ađipic, axit axetic glixerol (trong số mol axit metacrylic số mol axit axetic) O2 dư, thu hỗn hợp Y gồm khí Dẫn Y vào dung dịch chứa 0,38 mol Ba(OH)2, thu 49,25 gam kết tủa dung dịch Z, đun nóng Z lại xuất kết tủa Cho 13,36 gam hỗn hợp X tác dụng với 140 ml dung dịch KOH 1M, sau phản ứng xảy hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu chất rắn khan có khối lượng 14,44 gam 18,68 gam D 13,32 gam D 19,04 gam Hướng dẫn giải: Ta có: Từ giả thiết “Dẫn Y vào dung dịch chứa 0,38 mol Ba(OH)2, thu 49,25 gam kết tủa dung dịch Z Đun nóng Z lại thấy xuất kết tủa” ta có phản ứng sinh muối → nCO2 = 0.25 + (0.38 – 0.25)*2 = 0.51 (mol) Ta có công thức chất: + Acid axetic: CH3COOH (C2H4O2) + acid adpic: HOOC-[CH2]4-COOH (C6H10O4) + acid metacrylic : CH2=C(CH3)-COOH (C4H6O2) + glixerol: C3H5(OH)3 Ta tóm tắt toán theo sơ đồ: Bài toán có ba ẩn có hai kiện Vậy ta bỏ ẩn Tôi bỏ ẩn z từ kiện ta có hệ phương trình Chất rắn gồm: Chọn đáp án A Ví dụ 5: (Câu 49- Đề năm 2015 - Bộ Giáo Dục Đào Tạo) Hỗn hợp X gồm ancol CH3OH, C2H5OH có số mol axit C2H5COOH HOOC[CH2]4COOH Đốt cháy hoàn toàn 1,86 gam X cần dùng vừa đủ 10,08 lít không khí (đktc, 20% O2 80% N2 theo thể tích) thu hỗn hợp Y gồm khí Dẫn Y qua nước vôi dư, sau phản ứng xảy hoàn toàn thấy khối lượng dung dịch giảm m gam m gần với giá trị: A 2,75 B 4,25 C 2,25 D 3,75 Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ toán : Bài toán có ba ẩn hai kiện ta bỏ ẩn Tôi bỏ ẩn z để giải Từ toán ta có hệ: Ví dụ 6: (Câu 1- Đại học khối A năm 2011- Mã đề 482) Đốt cháy hoàn toàn 3.42 gam hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl axetat, metyl acrylat axit oleic, hấp thụ hết toàn sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 (dư) Sau phản ứng thu 18 gam kết tủa dung dịch X Khối lượng X so với khối lượng dung dịch Ca(OH)2 ban đầu thay đổi nào? A Giảm 7.74 gam B.Tăng 7.92 gam C.Tăng 2.7 gam D Giảm 7.38 gam Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ toán: Bài toán có bốn ẩn có hai kiện nên ta bỏ hai ẩn Tôi bỏ ẩn z ẩn t để giải toán Ta có hệ phương trình khối lượng bảo toàn C → Vậy khối lượng dung dịch giảm =18-10,62=7,38(g) chọn đáp án D Đối với phương pháp giải nghiệm âm cho kết xác Ví dụ 7: (Câu 15- Đại học khối B năm 2012- Mã đề 359) Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic, etylen glicol glixerol Đốt cháy hoàn toàn m gam X thu 6.72 lít khí CO2 (đktc) Cũng m gam X cho tác dụng với Na dư thu tối đa V lít khí H2 (đktc) Giá trị V A 3.36 lít B 11.20 lít C 5.6 lít D 6.72 lít Hướng dẫn giải: Sơ đồ toán: Ta thấy toán có ba ẩn có kiện nên ta bỏ hai ẩn để giải Ở bỏ ẩn x ẩn y Ta có phương trình theo kiện: x = 0,3 (mol) → → Chọn đáp án A Ví dụ 8: (Câu 14- Đại học khối A năm 2012- Mã đề 296) Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic axit axetic Cho m gam X phản ứng hết với dung dịch NaHCO3 thu 1,344 lít CO2 (đktc) Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 2,016 lít O2, thu 4,84 gam CO2 a gam H2O (đktc) Giá trị a A 1,44 B 1,62 C 3,60 D 1,80 Hướng dẫn giải: Ta có sơ đồ toán: Mặt khác Ta thấy toán có ẩn mà có ba dư kiện nên ta bỏ ẩn Tôi bỏ ẩn z để giải toán Ta có hệ phương trình: →a = 0,08*18 = 1,44 (gam) Chọn đáp án A II.5 MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Hỗn hợp X gồm metyl fomat, anđehit acrylic metyl acrylat Đốt cháy hoàn toàn m gam X hấp thụ hết sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thu gam kết tủa khối lượng dung dịch giảm 3,78 gam Giá trị m A 1,95 B 1,54 C 1,22 D 2,02 Câu 2: Cho 3,15 gam hỗn hợp X gồm axit axetic, axit acrylic, axit propionic vừa đủ để làm màu hoàn toàn dung dịch chứa 3,2 gam brom Để trung hòan toàn 3,15 gam hỗn hợp X cần V ml dd NaOH 0,5M Giá trị V A 89 B 90 C 91 D 92 Câu 3: Đốt cháy m gam hỗn hợp X gồm etyl axetat, axit acrylic andehit axetic cho toàn sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng nước vôi dư thu 45 gam kết tủa khối lượng bình nước vôi tăng 27 gam Số mol axit acrylic có m gam hỗn hợp X A 0,050 B 0,025 C 0,150 D 0,100 Câu Hỗn hợp khí X gồm C2H4, CH3CHO, CH3COOH Trộn X với V lít H2 (đktc) cho qua Ni, đốt nóng thu hỗn hợp Y (gồm khí hơi) Đốt cháy hoàn toàn Y thu 0,15 mol CO2 0,2 mol H2O Giá trị V A 1,12 B 2,24 C 4,48 D 0,672 Câu 5: Cho hỗn hợp X gồm C3H7COOH, C4H8(NH2)2, HO-CH2-CH=CH-CH2OH Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X dẫn sản phẩm cháy cho hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2 thấy tạo 20 gam kết tủa dung dịch Y Đun nóng dung dịch Y thấy xuất kết tủa Cô cạn dung dịch Y nung chất rắn đến khối lượng không đổi thu 5,6 gam chất rắn Giá trị m A 5,4 B 7,2 C 8,2 D 8,8 Câu Đốt cháy 0,15 mol hỗn hợp X gồm metyl acrylat, etylen glicol, axetanđehit ancol metylic cần dùng a mol O Sản phẩm cháy dẫn qua 200 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, lọc bỏ kết tủa, cho dung dịch Ca(OH)2 dư vào phần nước lọc thu thêm 53,46 gam kết tủa Giá trị a ? A 0,215 B 0,455 C 0,625 D 0,375 Câu Hỗn hợp khí X gồm etilen, metan, propin vinylaxetilen có tỉ khối so với H2 17 Đốt cháy hoàn toàn 3,4 gam hỗn hợp X hấp thụ toàn sản phẩm cháy vào bình dung dịch Ca(OH)2 (dư) Sau kết thúc thí nghiệm khối lượng dung dịch Ca(OH)2 thay đổi nào? A tăng 20 gam B giảm 10,4 gam C giảm 15 gam D tăng 14,6 gam Câu 8: Cho lượng dung dịch X chứa hỗn hợp HCHO HCOOH tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO 3/NH3 thu 32,4 gam Ag Cũng lượng dung dịch X tác dụng với lượng dư nước brom thấy có x mol Br phản ứng Giá trị x A 0,300 B 0,200 C 0,150 D 0,075 Câu 9: Chia m gam hỗn hợp X gồm CH3CH2COOH; CH2=CH-COOH vàCH ≡ C- COOH thành hai phần không nhau: + Đốt cháy hoàn toàn phần 39,6 gam CO2 12,15 gam H2O + Phần cho tác dụng với dung dịch NaHCO3 dư 2,24 lít CO2 (đkc) Giá trị m A 21,15 B 22,50 C 29,00 D 30,82 Câu 10 Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic axit axetic Để trung hòa m gam X cần dùng V ml dung dịch NaOH 2M Mặt khác, để đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 6,048 lít O (đktc), thu 14,52 gam CO 4,32 gam H2O Giá trị V A 180 ml B 120 ml C 60 ml D 90 ml Đáp án: Câu Câu Câu Câu Câu Câu Câu Câu Câu Câu 10 D A A A D B B C C D III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ III.1 KẾT LUẬN Đề tài góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh, giúp em tích cực tự tin hoạt động tìm kiếm hướng giải cho tập, từ chỗ lúng túng lựa chọn phương pháp tốn nhiều thời gian, sau bồi dưỡng chuyên đề phần lớn em vận dụng phương pháp cách thành thạo Khá nhiều em áp dụng thành thạo phương pháp giải toán vô mà em vận dụng phương pháp để giải thành công số toán hóa học hữu phức tạp Qua đề tài này, kiến thức kĩ giải toán học sinh củng cố cách có sở vững chắc; kết học tập học sinh nâng cao Tôi tiến hành khảo sát hai lớp 11A2 11A3 có chất lượng môn hóa trường THPT Lê Lợi hai năm học 2015-2016 20162017 Một lớp không dạy phương pháp bỏ ẩn lớp dạy phương pháp bỏ ẩn cho nội dung dạy Kết đánh bảng số liệu sau: Bảng số liệu kết thực đề tài: ST Năm học Lớp đối chứng 11A3 Lớp thực nghiệm 11A2 T Năm học 2015-2016 15/45 33/45 Năm học 2016-2017 17/45 40/45 III.2 KIẾN NGHỊ Tuy nhiên với thời gian nghiên cứu chưa nhiều phạm vi trình độ định thân chắn đề tài nhiều hạn chế Rất mong góp ý bạn bè đồng nghiệp để thân hoàn thiện nội dung có thêm nhiều kinh nghiệm trình giảng dạy Xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 13 tháng 06 năm 2017 Tôi xin cam đoan SKKN Không chép nội dung người Người viết SKKN Nguyễn Vũ Hùng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS Nguyễn Xuân Trường, “Dùng phương pháp quy đổi để tìm nhanh đáp số toán hóa học”, số 4(52)/2006, trang 2-3 [2] Th.s Lê Phạm Thành, “Phương pháp giải nhanh toán Hóa Học THPT” NXB Hà Nội, 3/2009 [3] Th.s Lê Phạm Thành, “ 16 phương pháp kỹ thuật giải nhanh toán Hóa Học” NXB ĐHSP Hà Nội, 4/2009 [4] Th.S Nguyễn Khoa Thị Phượng “ Phương pháp giải tập hóa học đại cương- vô cơ” NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 08/04/2008 [5] Đề thi thử, đề thi thức Bộ Giáo Dục Đào Tạo [6] Đề thi thử Sở Giáo Dục Đào Tạo tỉnh Vĩnh Phúc MỤC LỤC I MỞ ĐẦU: I.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI I.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU I.3 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU .2 I.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP II.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP BỎ ẨN II.3 GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.3.1 Nội dung phương pháp II.3.2 Nguyên tắc phương pháp bỏ ẩn II.4 VÍ DỤ MINH HỌA III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 11 ... 6,81gam Hướng dẫn giải: Bài toán bỏ ẩn áp dụng cho tập hữu lẫn vô Tôi chọn ví dụ để tiến hành phương pháp bỏ ẩn với toán vô Với ví dụ ta có ba ẩn có hai kiện, với qui tắc bỏ ẩn ta phép bỏ ẩn Ví... pháp Bỏ ẩn phương pháp đơn giản dễ làm hầu hết học sinh vận dụng giải toán phức tạp Bỏ ẩn nhằm đưa toán ban đầu hỗn hợp nhiều chất với số phương trình nhiều số ẩn toán có số ẩn số phương trình cách... giá - Phương pháp đối chứng - Phương pháp nghiên cứu tài liệu… II NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP II.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP BỎ ẨN Phương pháp bỏ ẩn hệ phương pháp qui đổi Nhưng cách thức giải đơn