Một số câu hỏi và bài tập phần dung dịch sự điện li dùng bồi dưỡng học sinh giỏi ở bậc THPT

Vì vậy, trong quá trình giảng dạy ở trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư duy cho học sinh là nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộ ở các môn, trong đó Hóa học là môn khoa

I MỞ ĐẦU I.1 Lí DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong sự nghiệp đổi mới toàn diện của đất nước, đổi mới nền giáo dục là một trong những trọng tâm của sự phát triển Mục tiêu của giáo dục nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Công cuộc đổi mới này đòi hỏi nhà trường phải tạo ra những con người tự chủ, năng động và sáng tạo Người giáo viên trong nhà trường giữ một vị trí và vai trò rất quan trọng, họ không những truyền thụ kiến thức của chương trình quy định mà còn phải hình thành ở học sinh của mình một phương pháp học tập độc lập và sáng tạo Vì vậy, trong quá trình giảng dạy ở trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư duy cho học sinh

là nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộ ở các môn, trong đó Hóa học là môn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề của khoa học, sẽ gúp phần rèn luyện tư duy cho học sinh ở mọi góc độ đặc biệt là qua phần bài tập hóa học Bài tập hóa học không những có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đó học một cách sinh động, phong phú mà còn thông qua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về hóa học, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập Qua bài tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học sinh Do đó, việc sử dụng hệ thống các câu hỏi và bài tập nói chung, hệ thống các câu hỏi và bài tập phần “Dung dịch- sự điện li” nói riêng có tác dụng giúp học sinh hiểu sâu hơn kiến thức cơ bản, là nền tảng xuyên suốt chương trình hóa học THPT, nó còn là bước đệm cho phần hóa học sau này ở các trường Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần “Dung dịch- sự điện li” là một trong những phương tiện cơ bản nhất để giáo viên dạy tốt và học sinh học tốt, để giáo viên bồi dưỡng học sinh khá, giỏi dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh và cấp Quốc gia

Từ những lý do trên, tôi chọn vấn đề nghiên cứu: Một số câu hỏi và bài tập phần “Dung dịch-sự điện li ” dùng bồi dưỡng học sinh giỏi ở bậc THPT I.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng các dạng bài tập cơ bản, nâng cao phần “Dung dịch- sự điện li”

để bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học ở bậc THPT

I.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu cơ sở lý luận, thực tiễn của đề tài

2 Xác định nội dung cơ bản của chương điện li – dung dịch trong sách giáo khóa lớp 11 nâng cao và tài liệu chuyên hóa

3 Sưu tầm và biên soạn các câu hỏi và bài tập phần “Dung dịch- sự điện

li ” dùng bồi dưỡng học sinh giỏi ở bậc THPT

4 Thực nghiệm sư phạm: Nhằm kiểm tra và đánh giá hiệu quả hệ thống câu hỏi và bài tập đã xây dựng

I.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu lí luận về bài tập hóa học làm cơ sở cho việc xây dựng hệ thống bài tập

2 Nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy và bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở trường nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu

- Tìm hiểu thực tiễn về hệ thống câu hỏi và bài tập “ Dung dịch – sự điện li” đã dùng bồi dưỡng học sinh giỏi THPT

3 Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đánh giá chất lượng câu hỏi và bài tập do tôi sưu tầm và biên soạn khi áp dụng vào thực tế giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi để dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh và cấp Quốc gia

II NỘI DUNG

II 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN

II.1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở bậc trung học phổ thông

Bồi dưỡng học sinh giỏi là phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nước [1] Trong công cuộc cải cách giáo dục hiện nay, việc phát hiện và đào tạo những học sinh giỏi để tạo đà phát triển nhân tài cho đất nước là một trong những nhiệm vụ quan trọng ở bậc THPT Vì thế người giáo viên bộ môn cần có nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn

II.1.2 Một số biện pháp cơ bản trong bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học [2]

- Hình thành cho học sinh một kiến thức cơ bản, vững vàng, sâu sắc Đó

là lý thuyết chủ đạo, là các định luật cơ bản, là các quy luật cơ bản của bộ môn

Hệ thống kiến thức phải phù hợp với logic khoa học, logic nhận thức đáp ứng sự đòi hỏi phát triển nhận thức một cách hợp lý

- Rèn luyện cho học sinh vận dụng các lý thuyết chủ đạo, các định luật, quy luật cơ bản của môn học một cách linh hoạt, sáng tạo trên cơ sở bản chất hóa học của sự vật, hiện tượng

- Rèn luyện cho học sinh dựa trên bản chất hóa học, kết hợp với kiến thức các môn học khác chọn hướng giải quyết vấn đề một cách logic và gọn gàng

- Rèn luyện cho học sinh biết phán đoán (Quy nạp, diễn dịch…) một cách độc đáo, sáng tạo giúp cho học sinh hoàn thành bài làm nhanh hơn, ngắn gọn hơn

- Huấn luyện cho học sinh biết tự đọc và có kỹ năng đọc sách, tài liệu

- Người giáo viên bộ môn phải thường xuyên sưu tầm tích luỹ tài liệu bộ môn, cập nhật hóa tài liệu hướng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu và xem đó

là biện pháp không thể thiếu được trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi

II.1.3 Tầm quan trọng của phần “Dung dịch – sự điện li’’ trong việc bồi dưỡng HSG Hoá học THPT.

- Trong chương trình hoá học phổ thông, phần lớn các nội dung kiến thức hoá học lý thuyết hay thực nghiệm đều ít nhiều có liên quan đến các phản ứng dung dịch điện li

- Trong các đề thi HSG từ cấp tỉnh đến cấp quốc gia, quốc tế, dù là bài tập

ở dạng lý thuyết hay tính toán thì các dạng bài tập về “ Dung dịch – sự điện li’’ luôn chiếm một tỉ lệ cao và khó

Như vậy, bài tập phần “ Dung dịch – sự điện li’’ giữ một vai trò rất quan trọng đối với việc học tập hoá học ở bậc phổ thông nói chung và đặc biệt là đối với công tác bồi dưỡng HSG môn Hoá học ở các trường THPT.

II.2 Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần “Dung dịch – sự điện li’’ trong việc bồi dưỡng HSG Hoá học THPT.

II.2.1 Cơ sở lí thyết [4, tr 225]

* Về mặt kiến thức: Giúp học sinh nắm vững các kiến thức sau

- Dung dịch:

+ Các loại nồng độ dung dịch (dung dịch)

+ Tích số tan T, độ tan của chất ít tan, điều kiện tạo kết tủa

+ Nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch Định luật Raun Áp suất thẩm thấu Định luật Van Hôp

- Sự điện li:

+ Định nghĩa chất điện li (mạnh, yếu, không điện li)

+ Sự điện li, độ điện li α, hằng số điện li K

+ Liên hệ giữa K và α, hệ số Van Hôp i, tích số ion của H2O

+ Định nghĩa axit – bazơ, hằng số axit Ka, hằng số bazơ Kb

+ Sự thủy phân của muối, phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

+ Phức chất (định nghĩa, hằng số bền của phức chất)

* Về mặt kỹ năng: Giúp cho học sinh có được kỹ năng sau:

- Các cách biểu thị các loại nồng độ dung dịch

- Từ tích số tan T tính độ tan S của chất và ngược lại

- Nắm được điều kiện các ion tạo kết tủa, tính lượng kết tủa

- Tính toán các bài tập liên quan đến độ điện li α, hằng số điện li K và quan hệ giữa chúng Tính hằng số axit Ka, bazơ Kb

- Cách viết phương trình phản ứng dạng phân tử và ion

II.2.2 Một số dạng bài tập vận dụng

Trong khuôn khổ cho phép của đề tài, dưới đây tôi chỉ phân tích các Ví dụ điển hình

II.2.2.1 Dạng độ điện li  và các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện li

Ví dụ 1: [6, Olympic 30 – 4 m«n Hãa häc 11 lÇn thø IX, (X), 2003

(2004)]

Viết biểu thức độ điện li α của CH3COOH trong các dung dịch:

a) CH3COOH C1M

b) CH3COOH C1M và CH3COONa C2M (C2<C1)

c) CH3COOH C1M và NaOH C M (C1<<C)

(Coi sự phân li của H2O là không đáng kể)

* Mục đích của bài: Học sinh dựa vào phương trình điện li thiết lập được biểu

thức tính độ điện li α của dung dịch

* Hướng dẫn giải:

a) Chỉ đơn thuần là sự điện li của chất điện li yếu trong dung dịch nước:

CH COOH 3 ƒ   CH COO 3 − + H + KCa

Bởi vì sự phân li của nước là không đáng kể, nên [CH3COO-]=[H+]]

C 2

α α

α

−

b) Trong dung dịch, ion CH3COO- do một chất điện li mạnh (CH3COONa)

và một chất điện li yếu tạo ra:

C         C

C x         C x      x

CH COONa CH COO Na

CH COOH CH COO H

+

ˆ ˆ†

‡ ˆˆ

Vậy:

1 1

] [

C

H C

x = +

=

α (Coi sự phân li của nước là không dáng kể)

Hoặc

1

2

[

C

C COO

α c) Tương tự câu b) trong dung dịch, ion CH3COO- do phản ứng của CH3COOH phản ứng với OH- và một chất điện li yếu CH3COOH tạo ra:

1 1

1 1

  C       C

C C          C

CH COOH OH CH COO H O

CH COOH CH COO H

−

+

−

ˆ ˆ†

‡ ˆˆ

=> 3

[CH COO ] C x C [H ]

* Như vậy: Độ điện li của CH 3 COOH trong dung dịch NaOH > trong nước > trong CH 3 COONa (do có ion chung CH 3 COO - ).

Ví dụ 2: [7, HSG Hà nội 2011-2015] Dung dịch NH3 có độ điện li bằng 0,4%.

a) Tính pH của dung dịch trên

b) pH của dung dịch thay đổi như thế nào nếu:

- Thêm một lượng muối NH4Cl vào dung dịch

- Thêm một lượng HCl vào dung dịch

- Thêm một lượng NaOH vào dung dịch

c) Độ điện li của dung dịch NH3 thay đổi như thế nào khi :

- Pha loãng dung dịch

- Thêm một lượng NH4NO3 vào dung dịch

- Thêm một lượng KOH vào dung dịch

- Thêm một lượng HNO3 vào dung dịch

* Mục đích của bài: Giúp học sinh có kĩ năng tổng hợp: tính pH, xét các yếu

tố ảnh hưởng đến pH và độ điện li α của dung dịch, tính thể tích dung dịch

* Hướng dẫn giải:

1 α = 0,4%

a) Cân bằng chủ yếu: NH3 + H2O NH4+ + OH- (1)

[OH-] = Cα = 0,004 → pOH = 2,38 hay pH = 11,6

b) Sự thay đổi pH

- Thêm NH4Cl: Cân bằng (1) chuyển dịch theo chiều nghịch, [OH-] giảm nên pH giảm

- Thêm HCl: pH giảm

- Thêm NaOH: pH tăng

c) Dựa vào cân bằng (1):

- Khi pha loãng dung dịch thì độ điện li α tăng

- Thêm một lượng nhỏ NH4NO3 thì độ điện li α giảm

- Thêm một lượng KOH thì độ điện li α giảm

- Thêm một lượng HNO3 thì độ điện li α tăng

Ví dụ 3: [5, đề 98 – 99]

Dung dịch CH3COOH 0,1 mol/l có độ điện li α = 1,32% Pha loãng dung dịch 4 lần thì độ điện li của dung dịch mới là bao nhiêu? Từ kết quả đó cho nhận xét về sự chuyển dịch cân bằng khi pha loãng dung dịch chất điện li yếu

* Mục đích của đề: Vận dụng kiến thức để tính hằng số cân bằng và độ

điện li α, khi pha loãng dung dịch bao nhiêu lần thì nồng độ giảm bấy nhiêu lần (hay độ điện li α tăng)

* Hướng dẫn giải:

1 Ta có: CH3COOH H+ + CH3COO- K

Cân bằng: C - αC αC αC

5

2

10 76 , 1 1

−

=

−

= α

α C K

* Khi pha loãng dung dịch 4 lần thì nồng độ của dung dịch giảm 4 lần

CH3COOH H+ + CH3COO

-C = 0,025 mol/l

025 , 0

10 76 ,

=

=

C

K

α Nhận xét: Khi pha loãng, nồng độ các cấu tử đều giảm, cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành nhiều cấu tử hơn, tức là độ điện li tăng lên

II.2.2.2 Dạng từ tích số tan T tính độ tan S của chất và ngược lại

Ví dụ 1: Lớp 11 chuyên [5, đề 2002 – 2003]

Tính % lượng AgCl bị mất đi khi rửa 0,451 gam hợp chất này bằng:

1 200 ml nước cất

2 150 ml dung dịch NH4Cl 1M rồi bằng 50 ml nước cất Cho TAgCl=10-9,75

* Mục đích của đề: Giúp học sinhcủng cố phần: tích số tan, độ tan liên

quan của một chất trong nước và trong dung dịch (có chất tan khác) Kỹ năng tính khối lượng chất theo độ tan, % khối lượng chất tan bị mất đi

* Hướng dẫn giải:

1 AgCl Ag+ + Cl

S S S

Mà T = S2 ⇒S= T = 1 , 33 10−5 mol/l

5

5

10 1 , 38 1000

5 , 143 200 10 33 , 1 1000

.

=

=

=

⇒m AgCl S V H O M g

Vậy % AgCl hao hụt: 100 0 , 085 %

451 , 0

10 1 ,

38 5

=

−

2 NH4Cl = NH4+ + Cl

0,1 0,1 0,1 AgCl = Ag+ + Cl S’ S’ S’ + 0,1

Mà T = S’(S’ + 0,1) ≈ 0,1S’ (coi S’ << 0,1) ⇒ S’ = 1,78.10-9 mol/l

Do đó, khối lượng AgCl tan trong 150 ml dung dịch NH4Cl 0,1M:

g

8

9 143 , 5 3 , 8 10 1000

150 10 78 ,

Khối lượng AgCl tan trong 50 ml nước cất:

g

5

5 143 , 5 9 , 5 10 1000

50 10 33 ,

Tổng khối lượng AgCl hao hụt: 9,5.10-5 + 3,8.10-8≈ 9,5.10-5 g

Vậy % AgCl hao hụt: 100 0 , 021 %

451 , 0

10 5 ,

=

−

Ví dụ 2: [6, Olympic 30 – 4 m«n Hãa häc 11 lÇn thø IX, (X), 2003

(2004)]

1 Tích số tan của AgCl ở 250C là 1,56.10-10 Tính độ tan của AgCl ra g.l-1

ở 250C trong nước nguyên chất

2 Thêm 50 ml dung dịch HCl 1M vào 950 ml dung dịch AgCl bão hoà thu được dung dịch A Tính:

a) pH của dung dịch A

b) Độ tan của AgCl trong dung dịch A Từ đó hãy so sánh độ tan của AgCl trong 2 trường hợp

3 Khi thêm NH3 vào dung dịch AgCl, độ tan của AgCl tăng một cách đáng kể do có sự tạo phức Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ (1)

Biết rằng độ tan của AgCl tỉ lệ với nồng độ amoniac thêm vào như sau:

S (mol/l) : C NH3(mol/l) = 1 : 20

a) Tính HSCB của phản ứng (1)

b) Tính độ tan của AgCl trong dung dịch amoniac 2M

Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh tính độ tan của chất trong nước và

trong dung dịch có chất tan khác, tính HSCB của phản ứng tạo phức

Hướng dẫn giải:

1 Xét cân bằng tan: AgCl Ag+ + Cl

-T = [Ag+].[Cl-] = S2 = 1,56.10-10

⇔ S = 1,25.10-5M hay 0,00179 g.l-1 2.a) Trong 1000 ml hỗn hợp nồng độ của HCl giảm đi 20 lần hay [H+] =

20

1

M ⇒ pH = lg 20 = 1,3

b) Độ tan của AgCl trong dung dịch A

+ Nồng độ ion Cl- trong hỗn hợp bằng

20

1

M

Vậy [Ag+] = S = 3,12.10 9

20 1

−

=

T

M hay 4,47.10-7 g.l-1

+ So sánh: Độ tan của AgCl trong HCl nhỏ hơn độ tan của AgCl trong nước nguyên chất do có mặt ion chung Cl-

3 Xét cân bằng (1)

+ Độ tan toàn phần của AgCl là: S = [Cl-] = [Ag+] + [Ag(NH3)2+]

Giả thiết S : 1 : 20

3 =

NH

1

3

= + Ag NH +

NH

S

Giải thiết phức [Ag(NH3)2+] rất bền tức là [Ag(NH3)2+] >> [Ag+]

Do đó: S = [Cl-] ≈ [Ag(NH3)2+]

a) Tính K theo biểu thức:

3

2 3

NH Ag

NH Ag

+

=

Trong đó: [ ] [ ]+ = − =[ ( )+]

2 3

NH Ag

T Cl

T

Ag AgCl AgCl

[NH3]= 20S − 2[Ag(NH3)+ 2]≈ 18[Ag(NH3)+ 2]

( )

2 3 2

10

2 2

18 10 56 ,

=

+

−

+

NH Ag

NH Ag K

b) Trong dung dịch NH3 2M độ tan của AgCl sẽ là 0,1M

do [Ag(NH ) ] 0 , 1M

18

2

2

3 + = ≈

hay 14,35 g.l-1

Ví dụ 3: [8, Olympic 30-4 m«n Hãa häc 11 lÇn thø XVII,

(XVIII),2011 (2012)] Tích số tan của BaSO4 bằng 10-10

a) Tính độ tan của BaSO4 trong nước nguyên chất và trong dung dịch H2SO4 0,1M

b) Kết luận gì về ảnh hưởng của ion chung tới độ tan

* Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh tính độ tan của chất trong trường

hợp cụ thể từ đó kết luận về ảnh hưởng của ion chung tới độ tan

* Hướng dẫn giải:

a) Gọi S1 là độ tan của BaSO4 trong nước nguyên chất

Ta có: [ ] [ ]Ba2+ = SO42− =S1

1

2

1 ⇒S = 10− = 10−

+ Gọi S2 là độ tan của BaSO4 trong dung dịch H2SO4 0,1M

Ta có: [Ba2+] = S2, [ ]2 2 0 , 1

4 − =S +

SO

Mà T = S2(S2 + 0,1) = 10-10 giả thiết S2 << 0,1 ⇒ S2 = [Ba2+] = 10-9 M

b) Nhận thấy S2 < S1 do dung dịch có chứa ion chung với ion của muối khó tan là ion 2 −

4

SO

II.2.2.3 Dạng điều kiện các ion tạo kết tủa, tính lượng kết tủa

Ví dụ 1: [4, tr 278] Thế nào là kết tủa phân đoạn Cho dung dịch chứa Cl- 0,1M

và CrO2 −

4 10-4M Thêm từ từ dung dịch AgNO3 vào dung dịch trên Hỏi kết tủa AgCl hay Ag2CrO4 xuất hiện trước và khi kết tủa thứ hai bắt đầu thì tỉ lệ nồng độ các ion Cl- và CrO42- bằng bao nhiêu? Cho biết TAgCl =1.10-10; T Ag2CrO4=1.10-12

* Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh nắm vững điều kiện các ion tạo kết tủa,

tính toán nồng độ ion khi kết tủa xuất hiện

* Hướng dẫn giải:

+ Kết tủa phân đoạn: Khi trong dung dịch có 2 hoặc nhiều ion A, B, C … cùng tạo kết tủa với ion trái dấu M thì ion nào đòi hỏi nồng độ ion M nhỏ nhất

để đạt tới giá trị tích số tan của nó thì ion đó kết tủa đầu tiên [40, tr 238]

+ Với bài này học sinh cần tính

[Ag+] để tạo AgCl là : 10-9 mol/l

để tạo Ag2CrO4 là: 10-4 mol/l

Do đó AgCl tạo thành trước

+ Khi Ag2CrO4 bắt đầu kết tủa thì [Cl-] = [ ] M

Ag

T AgCl 6

10−

+ =

Tỉ lệ nồng độ: [ ]

10

10 6

4 2

4 = −− =

−

−

Cl CrO

Ví dụ 2: [4, tr 279] Trộn 200 ml dung dịch CaCl2 0,1M với 300 ml dung dịch

Na2SO4 0,05M Tính khối lượng kết tủa tạo thành sau khi hệ đạt tới trạng thái cân bằng Biết T CaSO4 = 6.10-5

* Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh tính nồng độ ion sau khi trộn 2 dung

dịch, dựa vào T để tính lượng kết tủa

* Hướng dẫn giải:

+ Ta có phương trình phản ứng: Ca2+ + SO42- = CaSO4↓

+ Gọi số mol CaSO4 tạo thành là x, tính được nồng độ ion còn lại:

[Ca2+] còn lại = 0,2.00,,51−x [SO42-] còn lại = 0,3.00,,055 −x + Mà T = [Ca2+] [SO42-] = 6.10-5

5 , 0

05 , 0 3 , 0 5 , 0

1 , 0 2 ,

Lấy nghiệm: x = 1,29.10-2 mol

+ Vậy khối lượng thực tế của CaSO4 bằng: x.136 = 1,75g

Ví dụ 3: [8, Olympic 30-4 m«n Hãa häc 11 lÇn thø XVII, (XVIII),

2011(2012)]

Dung dịch A chứa HClO4 0,003M, Mn2+ 2.10-4M và Cu2+ 2.10-4M đã được bão hoà bởi khí H2S thu được dung dịch B

a) Xét xem có muối sunfua nào được tách ra?

b) Nếu thêm 4.10-4 mol H+ vào dung dịch B thì nồng độ ion Cu2+ trong dung dịch còn lại bao nhiêu %?

Biết độ tan của H2S là 0,1M; TMnS = 3.10-14; TCuS = 8.10-37

K1 và K2 của H2S lần lượt là 10-7 và 1,2.10-13

* Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh tính nồng độ ion trong dung dịch ở

điều kiện cụ thể, xét điều kiện các ion tạo kết tủa

* Hướng dẫn giải:

a) Theo đề bài: [H2S] = 0,1M

+ So với HClO4 thì có thể xem H2S cung cấp H+ không đáng kể nên:

[H+] = [HClO4] = 0,003M H2S H+ + HS- K1