Rèn luyện một số kỹ năng giải bài toán độ tan và tinh thể hi đrat hóa để nâng cao chất lượng đội tuyển HS giỏi ở trường THCS thị trấn

Là một giáo viên được thường xuyên tham gia bồi dưỡng đội tuyển HS giỏi, tôi đã có dịp tiếp xúc với một số đồng nghiệp trong tổ, khảo sát từ thực tế và đã thấy được nhiều vấn đề mà trong

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Dạy và học Hóa học ở các trường THCS hiện nay đã và đang được đổi mới tích cực nhằm góp phần thực hiện thắng lợi các mục tiêu giáo dục cấp THCS Ngoài nhiệm vụ nâng cao chất lượng hiểu biết kiến thức và vận dụng kỹ năng, các nhà trường còn phải chú trọng đến công tác bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp; coi trọng việc hình thành và phát triển tiềm lực trí tuệ cho học sinh Đây

là một nhiệm vụ không phải trường nào cũng có thể làm tốt vì nhiều lý do Có thể nêu ra một số lý do như: do môn học mới đối với bậc trung học cơ sở nên kiến thức kỹ năng của học sinh còn nhiều chỗ khuyết; một bộ phận giáo viên chưa có đủ các tư liệu cũng như kinh nghiệm để đảm nhiệm công việc dạy học sinh giỏi …

Trong những năm gần đây, vấn đề bồi dưỡng học sinh dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh được phòng giáo dục đặc biệt quan tâm, được các nhà trường và các bậc cha mẹ học sinh nhiệt tình ủng hộ Giáo viên được phân công dạy bồi dưỡng đã

có nhiều cố gắng trong việc nghiên cứu để hoàn thành nhiệm vụ được giao Nhờ vậy số lượng và chất lượng đội tuyển học sinh giỏi của huyện đạt cấp tỉnh khá cao Tuy nhiên trong thực tế dạy bồi dưỡng học sinh giỏi còn nhiều khó khăn cho cả thầy và trò, nhất là một số năm gần đây

Là một giáo viên được thường xuyên tham gia bồi dưỡng đội tuyển HS giỏi, tôi đã có dịp tiếp xúc với một số đồng nghiệp trong tổ, khảo sát từ thực tế

và đã thấy được nhiều vấn đề mà trong đội tuyển nhiều học sinh còn lúng túng, nhất là khi giải quyết các bài toán về độ tan, tinh thể Hiđrat hóa, đây là loại bài tập có liên quan đến nhiều kiến thức, giúp học sinh phát triển tư duy logic, trí thông minh, óc tổng hợp là loại bài tập cơ bản, phổ biến trong chương trình và hầu như được đưa vào các nội dung thi tuyển sinh, thi học sinh giỏi các cấp Từ những khó khăn vướng mắc tôi đã tìm tòi nghiên cứu tìm ra nguyên nhân việc chưa vững kỹ năng; thiếu khả năng tư duy hóa học,… của học sinh và tìm ra được cách để giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán về vấn đề này

Qua thực tiễn tìm hiểu, tham khảo các tư liệu trong giảng dạy hoá học, tôi đã

xây dựng và áp dụng chuyên đề: “Bài toán độ tan và tinh thể hidrat hóa” nhằm

giúp các em học sinh có kinh nghiệm trong giải toán hoá học, tạo cho các em có cách giải mới, nhanh gọn, dễ hiểu Từ đó các em có hứng thú, say mê học tập môn hoá học

Với những lý do trên tôi đã tìm tòi nghiên cứu, tham khảo tư liệu và áp

dụng đề tài: “Rèn luyện một số kỹ năng giải bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa để nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi ở trường THCS thị trấn Hà Trung” nhằm giúp các em HS giỏi có kỹ năng trong việc giải toán

dung dịch nói chung và bài toán độ tan, tinh thể hiđrat hóa nói riêng

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu các kinh nghiệm về bồi dưỡng kỹ năng hóa học cho học sinh giỏi lớp 8 cấp huyện và học sinh giỏi lớp 9 dự thi tỉnh

2 Nêu ra phương pháp giải các bài toán độ tan và tinh thể hi đrat hóa theo dạng nhằm giúp học sinh giỏi dễ nhận dạng và giải nhanh các bài tập hoá học liên quan đến các đại lượng tổng quát

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đề tài này nghiên cứu các phương pháp bồi dưỡng kỹ năng giải các bài toán độ tan và tinh thể hi đrat hóa từ dạng cơ bản đến nâng cao

Nhiệm vụ nghiên cứu: đề tài này nhằm giải quyết một số vấn đề cơ bản sau đây:

- Những vấn đề lý luận về phương pháp giải các bài toán độ tan và tinh thể

hi đrat hóa; cách phân dạng và nguyên tắc áp dụng cho mỗi dạng

- Thực trạng về trình độ và điều kiện học tập của học sinh

- Từ việc nghiên cứu vận dụng đề tài, rút ra bài học kinh nghiệm góp phần nâng cao chất lượng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi tại huyện Hà Trung

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Phương pháp chủ yếu

Căn cứ vào mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu, tôi đã sử dụng một số phương pháp sau:

1.1 Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm

Từ thực tiễn ôn đội tuyển HSG nhiều nhăm, tôi đã ghi chép lại những ưu điểm, nhược điểm của cách thức bồi dưỡng cho học sinh về phương pháp giải các bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa để đúc rút thành cẩm nang cho riêng mình trong quá trình ôn tập

1.2 Phương pháp thực nghiệm khoa học

Để đưa kinh nghiệm của bản thân về phương pháp giải các bài toán độ tan

và tinh thể hiđrat hóa áp dụng cho đối tượng học sinh giỏi để đánh giá, rút kinh nghiệm trong thời gian tiếp theo

1.3 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

Nghiên cứu nhiều tài liệu tham khảo có liên quan đến phương pháp giải các bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa và toán về dung dịch, bằng lý luận và phân tích giúp tôi tìm hiểu sâu sắc về vấn đề này Qua đó tổng hợp để tạo ra phương pháp giải quyết các dạng bài toán này một cách khoa học, hiệu quả nhất cho học sinh

1.4 Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết

Sau khi phân tích và tổng hợp lý thuyết tôi đã dùng phương pháp phân loại, hệ thống nhằm khái quát lên thành các loại, dạng bài tập theo mỗi chuyên

đề về phương pháp giải các bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa để hướng dẫn học sinh học

2 Các phương pháp hỗ trợ

2.1 Phương pháp điều tra

Bản thân đã tiến hành khảo sát việc thực hiện giải các bài toán độ tan và tinh thể hi đrat hóa trên các thế hệ học sinh để tìm hiểu thông tin.chủ yếu tập trung các nội dung xoay quanh việc dạy và học phương pháp giải bài toán độ tan

và tinh thể hiđrat hóa; điều tra tình cảm thái độ của HS đối với việc tiếp xúc với các bài tập độ tan và tinh thể hi đrat hóa

2.2 Phương pháp chuyên gia

Để kiểm tra lại hướng giải quyết vấn đề về phương pháp giải bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa, tôi đã trao đổi với tổ chuyên môn nhà trường và đồng nghiệp bộ môn ở các trường trên địa bàn huyện để nghe ý kiến góp ý và tìm ra một giải pháp tối ưu

B NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÝ LUẬN

Dạy và học hoá học ở các trường hiện nay đã và đang được đổi mới tích cực nhằm góp phần thực hiện thắng lợi các mục tiêu của trường THCS Ngoài nhiệm vụ nâng cao chất lượng hiểu biết kiến thức và vận dụng kĩ năng, các nhà trường còn phải chú trọng đến công tác phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp Đây là nhiệm vụ rất quan trọng trong việc phát triển giáo dục ở các địa phương, đặc biệt ở các trường THCS của huyện Hà Trung

Trong hệ thống các bài tập hoá học, loại bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa là rất phong phú và đa dạng Có thể chia bài tập độ tan và tinh thể hiđrat hóa thành hai loại cơ bản:

- Loại 1: Bài toán về độ tan (Loại này thường đơn giản hơn)

- Loại 2: Bài toán về tinh thể hiđrat hóa

Tôi nghĩ, giáo viên làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi sẽ không thể đạt được mục đích nếu như không chọn lọc, nhóm các bài tập độ tan và tinh thể hiđrát hóa theo từng dạng, nêu đặc điểm của dạng và xây dựng hướng giải cho mỗi dạng Đây là khâu có ý nghĩa quyết định trong công tác bồi dưỡng vì nó là cẩm nang giúp HS tìm ra được hướng giải một cách dễ dàng, hạn chế tối đa những sai lầm trong quá trình giải bài tập, đồng thời phát triển được tiềm lực trí tuệ cho học sinh ( thông qua các BT tương tự mẫu và các BT vượt mẫu )

Trong phạm vi của đề tài này, tôi xin được mạn phép trình bày kinh nghiệm bồi dưỡng một số dạng bài tập độ tan và tinh thể hiđrát hóa Nội dung đề tài được sắp xếp theo 2 dạng cơ bản Từ hai dạng này tùy theo dữ liệu đề bài ta lại chia thành các dạng cụ thể, mỗi dạng có nêu nguyên tắc áp dụng và các ví dụ minh hoạ

II THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN.

1 Thực trạng chung

Khi chuẩn bị thực hiện đề tài, năng lực giải các bài toán độ tan và tinh thể hiđrat hóa của học sinh là rất yếu

Thứ nhất: Bài tập dạng này rơi vào cuối năm học lớp 8 nên phần lớn các

em lơ là

Thứ hai: Dạng bài tập này hầu hết giáo viên không tập trung ôn tập nhiều cho HS, nên học sinh cảm thấy lạ lẫm

Thứ ba: Đa số học sinh cho rằng loại này quá khó, các em tỏ ra rất mệt mỏi khi phải làm bài tập loại này, đa số học sinh cho rằng loại này quá khó, các

em tỏ ra rất mệt mỏi khi phải làm bài tập loại này

Vì thế họ rất thụ động trong các buổi học bồi dưỡng và không có hứng thú học tập Rất ít học sinh có sách tham khảo về loại bài tập này Nếu có cũng chỉ là một quyển sách “học tốt” hoặc một quyển sách “nâng cao “mà nội dung

viết về vấn đề này quá ít ỏi Lý do chủ yếu là do điều kiện kinh tế gia đình còn khó khăn hoặc không biết tìm mua một sách hay

2 Chuẩn bị thực hiện đề tài:

Để áp dụng đề tài vào trong công tác bồi dưỡng HS giỏi tôi đã thực hiện một số khâu quan trọng như sau:

a) Điều tra trình độ HS, tình cảm thái độ của HS về nội dung của đề tài;

điều kiện học tập của HS Đặt ra yêu cầu về bộ môn, hướng dẫn cách sử dụng sách tham khảo và giới thiệu một số sách hay của các tác giả để những HS có điều kiện tìm mua; các HS khó khăn sẽ mượn sách bạn để học tập

b) Xác định mục tiêu, chọn lọc và nhóm các bài toán theo dạng, xây dựng nguyên tắc áp dụng cho mỗi dạng, biên soạn bài tập mẫu và các bài tập vận dụng

và nâng cao Ngoài ra phải dự đoán những tình huống có thể xảy ra khi bồi dưỡng mỗi chủ đề

c) Chuẩn bị đề cương bồi dưỡng, lên kế hoạch về thời lượng cho mỗi dạng toán

d) Sưu tầm tài liệu, trao đổi kinh nghiệm cùng các đồng nghiệp; nghiên

cứu các đề thi HS giỏi của tỉnh ta và một số tỉnh, thành phố khác

III CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

Khi thực hiện đề tài vào giảng dạy, trước hết tôi giới thiệu nội dung lí thuyết cơ bản và những công thức tính toán cần vận dụng khi giải quyết loại bài tập này

Loại 1 BÀI TOÁN VỀ ĐỘ TAN

1 Định nghĩa độ tan

Độ tan của một chất là số gam chất đó tan được trong 100 gam nước để tạo thành dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ

2 Công thức tính

Trong đó: S: Độ tan (g)

mct: khối lượng chất tan (g)

mH2O: khối lượng nước (g)

3 Mối quan hệ giữa độ tan và nồng độ phần trăm

ct

H O2

m

m

* Các công thức

a.Theo định nghĩa : ct

H O2

m

m

  (gam/100g H2O) – dung môi xét là

H2O

b Mối quan hệ S và C%: S C% 100

100 C%

 (C% là nồng độ % của dung dịch bão hòa) hay C% S 100%

100 S

 (C% là nồng độ % của dung dịch bão hòa) Tiếp theo, tôi tiến hành bồi dưỡng kỹ năng theo dạng Mức độ rèn luyện từ minh họa đến khó, nhằm bồi dưỡng học sinh phát triển kỹ năng từ biết làm đến đạt mềm dẻo, linh hoạt và sáng tạo Để bồi dưỡng mỗi dạng tôi thường thực hiện theo các bước sau:

B1: Giới thiệu bài tập mẫu và hướng dẫn giải

B2: Rút ra nguyên tắc và phương pháp áp dụng

B3: HS tự luyện và nâng cao

Tuỳ độ khó mỗi dạng tôi có thể hoán đổi thứ tự của bước 1 và 2

Sau đây là một số dạng bài tập độ tan, dạng bài toán này các em cần nắm vững kiến thức cơ bản và các công thức tính toán, xác định từng đại lượng và áp dụng công thức

Dạng 1: Bài toán có liên quan đến độ tan (Dạng bài tập đơn giản)

Ví dụ 1:

Ở 20oC, hòa tan 80 gam KNO3 vào 190 g nước thi được dung dịch bão hòa Vậy độ tan của KNO3 ở 20oC là bao nhiêu?

Giải

Độ tan của KNO3 là:

ct

H O2

m

m

  = 80 42,1( )

190  g

Ví dụ 2:

Độ tan của muối CuSO4 ở 25oC là 40 gam Tính số gam CuSO4 có trong 280 gam dung dịch CuSO4 bão hòa ở nhiệt độ trên?

Giải

Cách 1:

Ở 25oC : 100g H2O hòa tan 40 gam CuSO4 để tạo thành 140 gam dung dịch CuSO4 bão hòa

Vậy x = ? (g) CuSO4 để tạo thành 280g dung dịch CuSO4 bão hòa

 x =40 280 80( )





Cách 2:

Nồng độ dung dịch muối CuSO4 là:

C% = 100 28 , 57 %

100 40

40







Khối lượng CuSO4 có trong 280 gam dung dịch CuSO4 là:

mct = mdd

100

%

C

= 280

100

57 , 28

= 80 (g)

Dạng 2: Bài toán liên quan giữa độ tan của một chất và nồng độ phần trăm dung dịch bão hoà của chất đó.

Ví dụ 1:

Độ tan của muối KCl ở 100 oC là 40 gam Nồng độ % của dung dịch KCl bão hòa ở nhiệt độ này là bao nhiêu?

Giải

Nồng độ % của dung dịch KCl ở nhiệt độ 100oC là:

C% = 100 28 , 57 %

100 40

40







Dạng 3: Bài toán tính lượng tinh thể ngậm nước cần cho thêm vào dung dịch cho sẵn.

* Đặc điểm

- Tinh thể cần lấy và dung dịch cho sẵn có chứa cùng loại chất tan.

Chú ý: Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng:

mdd tạo thành = mtinh thể + mdd ban đầu

m chất tan trong dd tạo thành = mchất tan trong tinh thể + mchất tan trong dd ban đầu

Ví dụ 1:

Để điều chế 560g dung dịch CuSO4 16% cần phải lấy bao nhiêu gam dung dịch CuSO4 8% trộn với bao nhiêu gam tinh thể CuSO4.5H2O

Giải

Khối lượng CuSO4 có trong dung dịch CuSO4 16% là:

mCuSO4 = mct =

100

16 560

= 89,6(g)

Đặt mCuSO4.5H2O = x(g)

1mol (hay 250g) CuSO4.5H2O chứa 160g CuSO4

Vậy x(g) CuSO4.5H2O chứa

250

160x

=

25

16x

(g)

mdd CuSO4 8% có trong dung dịch CuSO4 16% là: (560 - x) g

mct CuSO4 (có trong dd CuSO4 8%) là:

100

8 ).

560 (  x

=

25

2 ).

560 (  x

(g)

Ta có phương trình:

25

2 ).

560 (  x

+

25

16x

= 89,6 Giải phương trình được: x = 80

Vậy cần lấy 80g tinh thể CuSO4.5H2O và 480g dd CuSO4 8% để pha chế thành 560g dd CuSO4 16%

Cách khác

Lưu ý: Lượng CuSO4 có thể coi như dd CuSO4 64% (vì cứ 250g CuSO4.5H2O thì có chứa 160g CuSO4)

Vậy C%(CuSO4) = 160

250.100% = 64%

Áp dụng sơ đồ đường chéo:

64% 8

16% =>

% 8

5

4

2 4

ddCuSO

O H CuSO

m

m

48

8 6 1

Đặt x là số gam CuSO4.5H2O và y là số gam CuSO4 8%

Ta có hệ:

61

y

x

x = 80

x + y = 560 y = 480

Vậy cần lấy 80g tinh thể CuSO4.5H2O và 480g dd CuSO4 8% để pha chế thành 560g dd CuSO4 16%

Ví dụ 2:

Tính lượng tinh thể CuSO4.5H2O cần dùng để điều chế 500 ml dung dịch CuSO4 8% (d = 1,1g/ml)

Khối lượng dung dịch CuSO4 8% là:

mdd = 1,1 x 500 = 550 (g) Khối lượng CuSO4 nguyên chất có trong dd 8% là:

mct = 8 550 44( )





Đặt m CuSO 5H O 2 2 = x(g)

1mol (hay 250g) CuSO4.5H2O chứa 160g CuSO4 Vậy x(g) …… chứa 44g CuSO4

=> x = 68 75gam

160

44 250





Khối lượng tinh thể CuSO4.5H2O cần lấy là: 68,75g

Loại 2 BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH LƯỢNG KẾT TINH

Cái khó của bài tập loại 2 là các dữ kiện thường thiếu hoặc không cơ bản

và thường đòi hỏi người giải phải sử dụng những thuật toán phức tạp, yêu cầu về kiến thức và tư duy hóa học cao; học sinh khó thấy hết các trường hợp xảy ra

1 Đặc điểm

Khi làm lạnh một dung dịch bão hòa với chất tan rắn thì độ tan thường giảm xuống vì vậy có một phần chất rắn không tan bị tách ra gọi là phần kết tinh

+ Nếu chất kết tinh không ngậm nước thì lương nước trong hai dung dịch bão hòa bằng nhau

+ Nếu chất rắn kết tinh có ngậm nước thì lượng nước trong dung dịch sau ít hơn trong dung dịch ban đầu:

m H O2 ( sau) m H O2 ( H O

2

dd  dd bñ) - m (KT)

2 Cách giải toán

TH 1 : Chất kết tinh không ngậm

nước

TH 2 : Chất kết tinh ngậm nước

B 1 : Xác định khối lượng chất tan (m ct)

và khối lượng nước (m H O2 ) có trong

dung dịch bão hòa ở nhiệt độ cao

B 1 : Xác định khối lượng chất tan (m ct ) và khối lượng (m H O2 ) có trong dung dịch bão hòa ở nhiệt độ cao

B 2 : Xác định khối lượng chất tan (m ct

) cĩ trong dung dịch bão hịa ở nhiệt

độ thấp (lượng nước khơng đổi)

ct H O2

S

100

B 3 : Xác định lượng chất kết tinh:

KT

m  m (nh iệt độ cao ) m (  nhiệt độ thấp )

B 2 : Đặt số mol của hiđrat bị kết tinh

là a (mol)

 m (KT) ct H O

2

và m (KT)

B 3 : Lập phương trình biểu diễn độ tan

của dung dịch sau (theo ẩn a)

0

0

2 2

ct (KT)

ct (t cao)

H O(KT)

H O(t cao)

ct 2

H O2

m





B 4 : Giải phương trình và kết luận.

3 Vận dụng

Dạng 1: Bài tốn tính lượng tinh thể tách ra hay thêm vào khơng ngậm nước khi thay đổi nhiệt độ một dung dịch bão hồ cho sẵn

Cách giải:

Bước 1: Xác định khối lượng chất tan (mct), khối lượng nước (m H O2 ) cĩ trong dung dịch bão ở t0 cao (ở t0 thấp nếu bài tốn đưa từ dung dịch cĩ t0 thấp lên t0 cao)

Bước 2: Xác định khối lượng chất tan (mct) cĩ trong dd bảo hịa của t0 thấp (dạng tốn này ct H O2

S

100

  khối lượng nước khơng đổi)

O H

ct S m



Bước 3: Xác định lượng kết tinh

m (kt) = m ct (ở nhiệt độ cao) - m ct (ở nhiệt độ thấp)

(Nếu là tốn đưa ddbh từ t 0 cao → thấp)

hoặc : m (kt thêm) = m ct (ở nhiệt độ cao) - m ct (ở nhiệt độ thấp)

Ví dụ 1:

Khi làm lạnh 900g dung dịch NaCl bão hồ ở 90oC về 0oC thì cĩ bao nhiêu gam tinh thể NaCl khan tách ra, biết SNaCl (90oC) = 50g và SNaCl (0oC) = 35g

(Trích đề thi HSG lớp 9 tỉnh Thanh Hĩa năm học 2013-2014)

Giải

Ở 900C SNaCl = 50 gam

Nghĩa là:

50g NaCl hịa tan trong 100g H2O tạo thành 150g dung dịch NaCl bão hịa

x(g) NaCl hịa tan trong y(g) H2O tạo thành 900 (g) dung dịch NaCl bão hịa