Thiết kế hệ thống bài toán hóa học nhiều cách giải

MỤC LỤC Trang phụ bìa Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng, hình vẽ MỞ ĐẦU Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu .3 1.2 Bài tập hóa học 1.2.1 Khái niệm tập hóa học 1.2.2 Tác dụng tập hóa học .6 1.2.3 Phân loại tập hóa học 1.2.4 Bài toán hóa hoc 1.3 Tư 16 1.3.1 Khái niệm tư 16 1.3.2 Các thao tác tư 17 1.4 Sự phát triển tư qua tốn hóa học nhiều cách giải 18 1.5 BTHH nhiều cách giải việc nâng cao hiệu dạy học THPT 21 1.6 Thực trạng sử dụng tốn hóa học nhiều cách giải trường THPT .23 1.6.1 Mục đích điều tra 23 1.6.2 Phương pháp đối tượng điều tra 23 1.6.3 Tiến hành điều tra .23 1.6.4 Kết điều tra 23 1.6.5 Phân tích kết điều tra 25 Tóm tắt chương 26 Chương 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BTHH NHIỀU CÁCH GIẢI 27 2.1 Những u cầu tốn hóa học nhiều cách giải .27 2.1.1 Nội dung tốn đáp ứng mục đích, u cầu mơn học 27 2.1.2 Bài tốn đảm bảo tính xác khoa học .27 2.1.3 Bài tốn phù hợp với trình độ học sinh 27 2.1.4 Bài toán cần đầy đủ kiện .27 2.1.5 Số liệu toán phù hợp thực tế 27 2.1.6 Ngôn ngữ toán ngắn gọn, mạch lạc, dễ hiểu, chuẩn mực 28 2.1.7 Bài tốn giải cách khác 28 2.2 Phương pháp thiết kế tốn hóa học nhiều cách giải 28 2.2.1 Thiết kế tốn dựa vào tốn hóa học có 29 2.2.2 Thiết kế tốn hóa học nhiều cách giải hồn tồn 36 2.3 Hệ thống tốn hóa học nhiều cách giải 40 2.3.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống toán .40 2.3.2 Bài toán nhiều cách giải phần hóa học đại cương 41 2.3.3 Bài toán nhiều cách giải phần hóa học vơ 66 2.3.4 Bài tốn nhiều cách giải phần hóa học hữu 88 2.4 Một số biện pháp sử dụng BTHH nhiều cách giải để phát triển tư cho HS .110 2.4.1.Giáo viên hướng dẫn học sinh giải tốn hóa học theo nhiều cách 110 2.4.2 Học sinh chọn lựa, đề xuất nhiều cách giải cho toán 110 2.4.3 Học sinh làm việc theo nhóm để tìm cách giải khác 110 2.4.4 Học sinh làm báo cáo chuyên đề theo nhóm 111 2.4.5 Học sinh tự chọn lựa cách giải nhanh toán thời gian cho phép .111 2.4.6 Học sinh sưu tầm tốn hóa học nhiều cách giải 111 Tóm tắt chương .111 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 113 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm .113 3.2 Đối tượng địa bàn thực nghiệm sư phạm 113 3.3 Tiến trình thực nghiệm 114 3.3.1 Thiết kế chương trình thực nghiệm 114 3.3.2 Tiến hành thực nghiệm 115 3.3.3 Đánh giá kết .115 3.4 Kết thực nghiệm .116 3.5 Phân tích kết 127 3.5.1 Phân tích định lượng 127 3.5.2 Phân tích định tính 129 3.6 Các học kinh nghiệm 133 Tóm tắt chương 134 KẾT LUẬN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 139 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bộ GD- ĐT Bộ Giáo dục – Đào tạo BTHH Bài tốn hóa học dd dung dịch ĐC đối chứng HS học sinh GV giáo viên p/ư phản ứng SL số lượng t/d tác dụng THPT trung học phổ thông TN thực nghiệm TT thứ tự DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Danh sách trường TN GV tham gia thực nghiệm .113 Bảng 3.2 Tổng hợp kết thực nghiệm sư phạm 116 Bảng 3.3 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 10) .117 Bảng 3.4 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 11) 118 Bảng 3.5 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 12) 119 Bảng 3.6 Các tham số đặc trưng lớp thực nghiệm đối chứng 120 Bảng 3.7 Tổng hợp kết TNSP khối 10, 11, 12 121 Bảng 3.8 Phân loại kết học tập khối 10, 11, 12 122 Bảng 3.9 Tổng hợp tham số đặc trưng khối 10, 11, 12 .122 Bảng 3.10 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 11 – năm 2009) 122 Bảng 3.11 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 11 – năm 2010) 123 Bảng 3.12 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 12 – năm 2009) .124 Bảng 3.13 Phân phối tần số, tần suất tần suất lũy tích (khối 12 – năm 2010) .125 Bảng 3.14 Tổng hợp kết TNSP năm 2009 126 Bảng 3.15 Tổng hợp kết TNSP năm 2010 .126 Bảng 3.16 Tổng hợp tham số đặc trưng năm 2009 126 Bảng 3.17 Tổng hợp tham số đặc trưng năm 2010 .127 Bảng 3.18 Kết điều tra GV 130 Bảng 3.19 Ý kiến hs tác dụng tốn có nhiều cách giải 131 135 Bảng 20 Ý kiến hs mức độ phát triển tư BTHH nhiều cách giải 132 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1 Đồ thị đường lũy tích khối 10 .118 Hình 3.2 Đồ thị đường lũy tích khối 11 .119 Hình 3.3 Đồ thị đường lũy tích khối 12 .120 Hình 3.4 Đồ thị đường lũy tích khối 11 – năm 2009 123 Hình 3.5 Đồ thị đường lũy tích khối 11 – năm 2010 124 Hình 3.6 Đồ thị đường lũy tích khối 12 – năm 2009 125 Hình 3.7 Đồ thị đường lũy tích khối 12 – năm 2010 126 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Xu hướng dạy học chuyển trọng tâm người dạy sang người học Người học tự làm chủ kiến thức mình, tự tìm tòi khám phá kiến thức, giành lấy kiến thức cho thân Vì vậy, dạy học việc cung cấp kiến thức cho học sinh việc nâng cao khả tư cho học sinh vấn đề quan trọng Tư phát triển người học có khả tự học, tự chiếm lĩnh kiến thức cho riêng Bài tập hóa học xem phương tiện tốt để rèn tư cho học sinh Tuy nhiên sử dụng tập để rèn tư cách hiệu vấn đề Qua trình giảng dạy trường phổ thông nhận thấy việc dạy học sinh giải tập nhiều cách có tác dụng phát triển tư tốt việc dạy học sinh giải nhiều tập cách việc sử dụng tập nhiều cách giải nâng cao hiệu dạy học hóa học Tuy nhiên, vấn đề sử dụng tập nhiều cách giải chưa thật nhiều giáo viên quan tâm trình tìm kiếm phương pháp để nâng cao hiệu dạy học hóa học Xuất phát từ thực tế đó, chúng tơi chọn nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống tốn hóa học nhiều cách giải nhằm phát triển tư nâng cao hiệu dạy học trường trung học phổ thông” Khách thể đối tượng nghiên cứu 2.1 Khách thể nghiên cứu: Q trình dạy học hóa học trường trung học phổ thông (THPT) 2.2 Đối tượng nghiên cứu: Việc thiết kế sử dụng tốn hóa học (BTHH) nhiều cách giải để phát triển tư nâng cao hiệu dạy học Mục đích nghiên cứu Thiết kế hệ thống BTHH nhiều cách giải nhằm phát triển tư nâng cao hiệu dạy học trường THPT Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu lí luận tốn hóa học nhiều cách giải phát triển tư học sinh q trình dạy học hóa học - Xây dựng hệ thống tốn hóa học nhiều cách giải - Đề xuất số biện pháp sử dụng tốn hóa học nhiều cách giải - Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra kết đề tài nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu 5.1 Nội dung nghiên cứu: Chương trình hóa học trường THPT 5.2 Địa bàn nghiên cứu: trường THPT Tây Ninh, Thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế hệ thống tốn hóa học nhiều cách giải phương pháp sử dụng tốn hợp lí phát triển tư cho học sinh nâng cao hiệu dạy học hóa học Phương pháp nghiên cứu  Các phương pháp nghiên cứu lí luận: - Nghiên cứu sở lý luận tư (trong tài liệu Tâm lý học, Giáo dục học, Lý luận dạy học ), vấn đề toán hoá học, tập hoá học đại cương, vô cơ, hữu - Nghiên cứu nội dung chương trình, chuẩn kiến thức kỹ mơn hố học THPT - Nghiên cứu phân tích tập hố học sách mạng internet - Phân tích tổng hợp  Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn: - Phương pháp điều tra thu thập thông tin - Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra đắn giả thuyết đặt  Các phương pháp toán học: sử dụng phương pháp thống kê tốn học xử lí kết thực nghiệm Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Vấn đề phát triển tư cho học sinh qua hệ thống tập nhiều nhà giáo đầu ngành quan tâm, nghiên cứu Cụ thể có số dạng sau:  Một số sách tham khảo luận văn: - Nguyễn Ngọc Quang nghiên cứu lý luận tốn hố học Sách Lí luận dạy học hóa học Tập 1, Nxb Giáo dục(1994), Hà Nội Cơng trình nghiên cứu có ý nghĩa to lớn đặt tảng để nhà giáo sau tiếp tục nghiên cứu, phát triển - Nguyễn Xuân Trường nghiên cứu phương pháp giải nhanh toán hoá học, tập phát triển tư duy, cách biên soạn tập hố học Sách xuất bản: Bài tập hóa học trường phổ thông (2005), Nxb Giáo dục, Hà Nội; Ôn tập kiến thức luyện giải nhanh tập hố học vơ trường trung học phổ thơng - Tập 2, Ôn tập kiến thức luyện giải nhanh tập hoá học hữu trường THPT Tập (2008), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội - Lê Văn Dũng (2001), Phát triển lực nhận thức tư cho học sinh trung học phổ thơng thơng qua tập hóa học, Luận án tiến sĩ Giáo dục học chuyên ngành phương pháp giảng dạy hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội - Nguyễn Thị Thanh Thủy (2006), Phát triển lực nhận thức tư cho học sinh trung học phổ thông thông qua tập hóa học vơ cơ, Luận văn thạc sĩ Giáo dục chuyên ngành Lý luận phương pháp dạy học hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội - Nguyễn Chí Linh (2009), Sử dụng tập để phát triển tư duy, rèn luyện trí thơng minh cho học sinh dạy học hóa học trường THPT, Luận văn thạc sĩ Giáo dục học chuyên ngành Lý luận phương pháp dạy học Hóa học, Trường ĐHSP Tp HCM, - Trần Thị Trà Hương (2009), Xây dựng hệ thống tập hóa vơ lớp 10 trung học phổ thơng nhằm cố kiến thức phát triển tư sáng tạo cho học sinh, Luận văn thạc sĩ Giáo dục học chuyên ngành Lí luận phương pháp dạy học mơn hóa học, Trường ĐHSP Tp.HCM - Nguyễn Cao Biên (2008), Rèn luyện lực độc lập sáng tạo cho học sinh lớp 10 trung học phổ thơng thơng qua hệ thống tập hóa học, Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học chuyên ngành Lý luận phương pháp dạy học mơn Hóa học, Trường ĐHSP Tp HCM - Vương Cẩm Hương (2006), Rèn luyện lực chủ động sáng tạo cho học sinh dạy hóa học trường trung học sở, Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lý luận phương pháp dạy học hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội Trong cơng trình nghiên cứu nêu luận án TS Lê Văn Dũng gần với đề tài nghiên cứu Trong luận án, tác giả xây dựng hệ thống phương pháp luận vững chắc, hệ thống tập phong phú toán nhiều cách giải phần toán nhằm phát triển tư ông Các tập mà tác giả chọn hay sâu sắc phần nhỏ luận văn nên toán nhiều cách giải đa phần quen thuộc So với thời điểm đề thi trắc nghiệm tốn cũ q dài mang tính chất tốn học nhiều PGS.TS Nguyễn Xuân Trường có đề cập đến tốn nhiều cách giải “bài tập hóa học trường phổ thông” với nhận định:“ra tập yêu cầu học sinh giải nhiều cách, tìm cách giải ngắn nhất, hay cách rèn luyện trí thơng minh cho em” Bài tốn hóa học nhiều cách giải dạng tập mà qua học sinh rèn kĩ phát triển tư tốt Tuy nhiên dạng tập chưa quan tâm cách mực Trước năm 2006, thi cử hình thức tự luận nên giáo viên không quan tâm nhiều đến vấn đề có cách giải được, cách giải nhanh tối ưu nhất, cần kết xác mà thơi Từ sau năm 2006 đến hình thức thi trắc nghiệm sử dụng kì thi học kì, tuyển sinh…, nhiều dạng tập khai thác với phương pháp giải ý tối đa, mục đích chủ yếu giải tập trắc nghiệm nhanh, xác Vì dạng tập nhiều cách giải giáo viên quan tâm nhiều Chúng xin đơn cử số báo, trang Web, chuyên đề liên quan đến vấn đề này:  Một số trang Web Một số trang Web hóa học hóa học có nói đến tốn hóa học nhiều cách giải: - http://edu.goonline.vn/e-tap-chi/tin/9/52/1191/bai-toan-kinh-dien-cua-hoa- hoc - http://my.opera.com/hoangtucoi87/blog/bai-toan-hoa-hoc-sieu-kinh-dien - http://diendan.hocmai.vn/archive/index.php/t-18246.html  Một số báo - Năm 2006, cách giải cho toán vơ cơ, tạp chí Hóa học Ứng dụng, PGS TS Nguyễn Xuân Trường - Tháng 2/2009, 18 cách giải cho tốn hóa học, tạp chí Hóa học Ứng dụng, tác giả Vũ Khắc Ngọc, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội - Tháng 3/2009, Bài tốn vơ nhiều cách giải dùng giảng dạy phương pháp giải tốn hóa học phát triển tư logic cho học sinh, tạp chí Hóa học Ứng dụng, tác giả Hồng Minh Thắng, sinh viên khóa K40A, trường ĐHSP Thái Nguyên - Tháng 6/2009, toán hữu nhiều cách giải, tạp chí Hóa học Ứng dụng, tác giả Vũ Khắc Ngọc, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội  Một số chuyên đề, tiểu luận - Lê Phạm Thành (2006), Xây dựng tốn hóa học giải nhiều cách nhằm phát triển tư cho học sinh, Chuyên đề Hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội - Lê Phạm Thành (2006), Các phương pháp giải cho tốn hóa học, Chun đề Hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội - Lê Văn Dũng (1994), Bài tập hóa học rèn luyện trí thơng minh cho học sinh phổ thơng trung học, Tiểu luận Hóa học, Trường ĐHSP Hà Nội Qua báo, trang Web chun đề dạng tốn hóa học nhiều cách giải khơng vấn đề lạ lẫm nữa, vấn đề quan tâm nhiều, vấn đề nóng hổi Tuy nhiên số lượng tập nhiều cách giải chưa khai thác nhiều mà xoáy sâu vào vài kinh điển Nhiều trang web hóa học lập lập lại dạng tập kinh điển này! Ví dụ toán xuất nhiều: “Một sắt có khối lượng m gam để lâu ngồi khơng khí bị oxi hóa thành hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 có khối lượng 12 gam Cho A tan hồn tồn HNO3 sinh 2,24 lít khí NO (ở điều kiện tiêu chuẩn) Tính m?” = 0,2 x (24 + 35,5 x 2) + 0,1 x (27 + 35,5 x 3) = 32,35 gam Cách 2: Cu không tác dụng với HCl 1,54 gam chất rắn B khối lượng Cu => mMg,Al = 9,04 – 1,54 = 7,5 gam Theo phương trình phản ứng => nHCl = Theo ĐLBTKL: mkl + mHCl = m muối + n H2 = 0,35 x = 0,7 mol m H2 => m muối = mkl + mHCl - m H2 m muối = 7,5 + 0,7 x 36,5 – 0,35 x = 32,35 g Cách 3: Cu không tác dụng với HCl 1,54 gam chất rắn B khối lượng Cu => mMg,Al = 9,04 – 1,54 = 7,5 gam Theo phương trình phản ứng => nHCl = 2n H2 = 0,35 x = 0,7 mol  nCl- = nHCl = 0,7 mol m muối = mkl + m anion gốc axit = mkl + mCl- = 7,5 + 0,7 x 35,5 = 32,35 g Nhận xét: Đây tập đơn giản, khơng có lắt léo, đa số HS làm theo cách Với HS có lực quan sát tốt, tư tốt giải theo cách 2, Hai cách giải kết nhanh Bài 2: Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu Al dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu hỗn hợp Y gồm oxit có khối lượng 3,33 gam Tính thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y Các cách giải: Cách 1: Mg + 1/2O2 → MgO x x Cu + 1/2O2 →CuO y y 2Al + 3/2O2 → Al2O3 z z/2 MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O x 2x x CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O y 2y y Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O z /2 3z 2z Gọi x, y, z số mol Mg, Cu, Al Theo phương trình ta có hệ: �24x + 64y + 27z = 2,13 � �40x + 80y + 51z = 3,33 �n = 2x + 2y + 3z � HCl (1) (2) (3) Giải hệ ta : (2)=> 40x + 80y + 51z = 3,33  24x + 16x + 64y + 16y + 27z + 24z = 3,33  (24x + 64y + 27z) + (16x +16y + 24z) = 3,33  (24x + 64y + 27z) + 8(2x +2y +3z)=3,33  2,13 + 8.nHCl = 3,33  nHCl = 0,15 mol Vậy VHCl = 0,15 /2= 0,75 lít Cách 2: Gọi kim loại tương đương M hóa trị n Hóa trị tương ứng n ta có: 4M + nO2  2M2On (1) M2On + 2nHCl  2MCln + nH2O (2) a a/2 a/2 a.n m =a.M =2,13g � �Ma =2,13 (g) �M =>� � a mM O = (2M +16n) =3,33 g �na =0,15 (mol) � Theo ta có: � n => nHCl = 0,15 mol VHCl = 0,15 : = 0,075 lít = 75 ml Cách 3: Dựa theo phản ứng oxit HCl là: O2- + 2H+  H2O (mol) 1 nH = nHCl nO (trong oxit) = + 3,33 - 2,13 16 nO (trong oxit) = = 0,075 mol => nHCl = 0,075.2 = 0,15 mol => VHCl = 0,15 : = 0,075 lít = 75 ml Nhận xét: Phần lớn học sinh sẽ làm giống cách hầu hết khó giải đáp số khơng biết viết hệ thức tính số mol HCl tìm mối liên hệ kiện tốn ẩn mà có phương trình Những học sinh có tư tốn học tốt sẽ mau chóng giải kết Tuy nhiên với cách giải áp dụng phương pháp trung bình kết nhanh Cách đòi hỏi học sinh phải thông minh thấy mối liên hệ số mol oxi oxit số mol HCl Bài 3: Chia hỗn hợp kim loại A, B có hóa trị khơng đổi thành phần nhau: - Phần tan hết dung dịch HCl, tạo 1,792 lít H2(đktc) - Phần nung oxi thu 2,84g hỗn hợp oxit Tính khối lượng hỗn hợp kim loại A B Các cách giải: Cách 1: PTPƯ: 2A + 2aHCl  2ACla + aH2 2B + 2bHCl  2BClb + bH2 4A + aO2  2A2Oa 4B + bO2  2B2Ob nA = x; nB = y 1,792  0,08 (1) 22,4  = 0,5x(2A + 16a) + 0,5y (2B + 16b) = 2,84 Giải (1) (2): ax + by = 0,16 Ax + 8ax + By + 8by = 2,84 Mà m2Kl = Ax + By  Ax + By = 2,84 - 8(ax + by) = 2,84 - x 0,16 = 1,56g (2)  m2Kl hỗn hợp = 1,56 x = 3,12 (g) Cách 2: Áp dụng phương pháp bảo toàn electron A,B chất khử, H+, O2 chất oxi hóa Số mol e- H+ nhận tạo H2 số mol O2 nhận H+ + 0,16 O 1e- = H2 0,16 + 0,08 2e 0,18  O2- 0,16 0,08  mkl hỗn hợp dầu = (moxit - mO) x = (2,84 - 0,08 x 16) x = 3,12 g Cách 3: Gọi tên kim loại M 2M + 2nHCl � 2MCln  nH n x x 4M + nO � 2M On x (1) (2) n x n H2 = 1,792 = 0,08 mol 22,4 Dựa vào phương trình phản ứng ta thấy: n O2 = n H2 = 0,04 mol m O2 = 0,04 x 32 =1,28 gam Theo phương trình phản ứng (2): áp dụng ĐLBTKL ta có: mkim loại (2)+ moxi = moxit  mkim loại (2) = moxit - moxi  mkim loại (2) = 2,84 – 1,28 = 1,56 gam Ta có: Khối lượng kim loại phần 1,56 gam  Khối lượng kim loại hỗn hợp là: 1,56 x = 3,12 gam Nhận xét: Ở toán cách cho kết nhanh đòi hỏi học sinh có tư tốt biết áp dụng phương pháp bảo toàn electron Cách sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng cách giải hay Bài 4: Nhiệt phân hoàn toàn hỗn hợp X gồm Mg(OH) 2, Fe(OH)3, Al(OH)3, Cu(OH)2 thu hỗn hợp Y 8,46g H 2O Tính thể tích dung dịch HCl 1M tối thiểu để hòa tan hết hỗn hợp chất rắn Y Các cách giải: Cách 1: Phương trình phản ứng: Mg(OH)2  MgO + H2O x x 2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O y/3 2Al(OH)3 (1) (2) y  Al2O3 + 3H2O z/3 z Cu(OH)2  CuO + H2O t (3) (4) t Gọi x, y, z, t số mol H2O phương trình 1,2,3,4 Y phản ứng với HCl, ta có phương trình phản ứng: MgO + 2HCl  MgCl2 + H2O x 2x Fe2O3 + 6HCl  2FeCl3 + 3H2O y/3 2y Al2O3 + 6HCl  2AlCl3 + 3H2O z/3 2z CuO + 2HCl  CuCl2 + H2O t 2t Theo phương trình ta có: n H2O = x + y + z + t n HCl = 2x + 2y + 2z + 2t => n HCl = 2n H2O = x VHCl = n 0,94 = = 0,94 lit CM 8,46 = x 0,47 = 0,94 mol 18 Cách 2: Gọi hidroxit M(OH)n (a mol ) Theo đề ta có phương trình: 2M(OH)n  M2On + nH2O a mol a/2 na/2 M2On + 2nHCl  2MCln + nH2O a/2 an n HCl = 2n H2O = x Theo phương trình tổng quát VHCl = 8,46 = x 0,47 = 0,94 mol 18 n 0,94 = = 0,94 lit CM Nhận xét: Đây toán phản ứng nhiệt phân hiđroxit Với cách giải trên, thông thường học sinh thường làm cách giải 1, cách dài dòng Nếu học sinh tinh ý biết tổng qt cách cách ngắn gọn nhanh Bài 5: Hòa tan hồn tồn 15,4 gam hỗn hợp gồm Mg Zn vào dung dịch HCl dư thấy có 6,72 lít khí (đktc) dung dịch A Cô cạn dung dịch A thu m gam muối Tính m Các cách giải: Cách 1: Mg + HCl → x MgCl2 + H2 x Zn + 2HCl → y ZnCl2 x + H2 y Gọi x, y số mol Mg, Zn n H2 = 6,72 =0,3 mol 22,4 Theo đề phương trình phản ứng ta có hệ: 24x + 65y = 15,4 x + y = 0,3 Giải hệ ta được: x =0,1 mol, y= 0,2 mol m = m MgCl2 + m ZnCl2 y = 0,1 x (24 + 35,5 x 2) + 0,2 x (65 + 35,5 x 2) = 36,7 gam Cách 2: Theo phương trình phản ứng => n HCl = 2n H = 0,3 x = 0,6 mol m H2 Theo ĐLBTKL: mkl + mHCl = m muối + => mmuối = mkl + mHCl - m H2 mmuối = 15,4 + 0,6 x 36,5 – 0,3 x = 36,7 g Cách 3: n H2 Theo phương trình phản ứng => nHCl = = 0,3 x = 0,6 mol nCl- = nHCl = 0,6 mol  m muối = mkl + m anion gốc axit = mkl + mCl- = 15,4+ 0,6 x 35,5 = 36,7 g Cách 4: Vì kim loại có hóa trị nên ta gọi kim loại M Ta có phương trình phản ứng: M + HCl → MCl2 M= => + H2 m kl 15,4 = =51,3333g n 0,3 m MCl2 = n.M=0,3 x (51,33333 + 71) = 36,7g Bài 6: Hòa tan 3,75 gam hỗn hợp Mg, Al lượng vừa đủ dung dịch HCl thu V lít khí A (đktc) dung dịch B Cô cạn dung dịch B thu 16,175 gam muối Tính V Các cách giải: Cách 1: Mg + HCl → x MgCl2 + x 2Al + 6HCl → x 2AlCl3 y + y Gọi x, y số mol Mg, Al 24x +27y = 3,75 95x + 133,5 = 16,175 H2 3H2 3/2y Giải hệ ta được: x =0,1 mol, y= 0,05 mol n H2  = x + 3/2y = 0,1 + 1,5 x 0,05 = 0,175 mol V H2  = n x 22,4 = 0,175 x 22,4 = 3,92 lit Cách 2: Phương pháp tăng giảm khối lượng mol muối clorua (Cl- ) sinh sau phản ứng khối lượng tăng 35,5 g Theo đề: khối lượng tăng 16,175 – 3,75 = 12,425 g  số mol muối clorua sinh là: 12,425 / 35,5 = 0,35 mol  nCl- = nHCl =0, 35 mol  n H2 = ½ nHCl = 0,35/2 = 0,175 mol  V H2 = n x 22,4 = 0,175 x 22,4 = 3,92 lit Bài 7: Hòa tan 4,7 gam hỗn hợp Ag, Mg, Zn lượng vừa đủ dung dịch HCl thu V lít khí A (đktc) dung dịch B 1g chất rắn C Cô cạn dung dịch B thu 12,22 gam muối Tính V Các cách giải: Cách 1: Ag khơng tác dụng với HCl 1gam chất rắn C khối lượng Ag  mMg,Zn = 4,7 – 1= 3,7 gam Mg + HCl → x MgCl2 + x Zn + 2HCl → y ZnCl2 x + y Gọi x, y số mol Mg, Al 24x +65y = 4,7 95x + 136y = 12,22 Giải hệ ta được: x =0,1 mol, y= 0,02 mol => V H2 n H2 = x + y = 0,1 + 0,02 = 0,12 mol = n x 22,4 = 0,12 x 22,4 = 2,688 lit H2 H2 y Cách 2: Ag không tác dụng với HCl 1gam chất rắn C khối lượng Ag  mMg,Zn = 4,7 – 1= 3,7 gam Ta có : mol muối clorua (Cl- ) sinh sau phản ứng khối lượng tăng 35,5 g Theo đề: khối lượng tăng 12,22 – 3,7 = 8,52 g  số mol muối clorua sinh là: 8,52/ 35,5 = 0,24 mol  nCl- = nHCl =0, 24 mol  V H2 n H2 = ½ nHCl = 0,24/2 = 0,12 mol = n x 22,4 = 0,12 x 22,4 = 2,688 lít 2.3.3.8 Chủ đề 8: Nitơ hợp chất nitơ Bài 1: Cho 2,52g hỗn hợp gồm Al, Cu, Mg tác dụng hết với dung dịch axit nitric thu hỗn hợp hai khí NO, NO2 có số mol 0,01 mol Tính khối lượng muối tạo dung dịch Các cách giải: Cách 1: phương pháp bảo toàn electron Gọi x,y,z số mol Al, Cu, Mg Quá trình nhường electron: Al → Al+3 +3e x 3x Cu → Cu+2 + 2e y 2y Mg → Mg+2 + 2e z 2z Quá trình nhận electron: N+5 + 3e → N+2 0,03 0,01 N+5 + 1e → N+4 0,04 0,01 Theo định bảo toàn e ta được: 3x + 2y + 2z = 0,04 Theo ta có hệ phương trình: (1) �3x + 2y + 2z = 0,04 � �27x + 64y + 24z = 2,52 (2) � m = 213x + 188y + 148z (3) � Từ (3) => mmuối = 213x +188y+148z = (27x + 64y + 24z) +62(3x + 2y + 2z) mmuối = 2,52 + 62 x 0,04 = gam Cách 2: Phương pháp quy đổi Quy hỗn hợp X với số mol: a Ta c ó: X – xe → X+x ( X(NO3)x ) a mol 2N+5 + a.x mol 4e → N+2 + N+4 4.0,01 0,01 0,01 Theo định luật bảo toàn e, ta được: a.x = 0,01.4 = 0,04 Mặt khác: nNO3- = a.x = 0,04 (mol) Khối lượng muối tạo dung dịch: mmuối = mX + m NO3- = 2,52 + 0,04.62 = (g) Nhận xét: Cách dùng phương pháp bảo tồn electron tốn giải đáp số nhanh nhiên áp dụng thêm phương pháp quy đổi tốn trở nên đơn giản Tuy nhiên để làm học sinh cần có trí thơng minh tốt Bài 2: Hòa tan hồn tồn mg Al dung dich HNO3 thu 11,2 (l) hỗn hợp khí(đktc), gồm NO, N2O, N2 với tỉ lệ : : Tính m Các cách giải: Cách 1: 3Al +12 HNO3 → 3Al(NO3)3 + 3NO + 6H2O (1) 16Al +60 HNO3 → 16Al(NO3)3 +6 N2O +30 H2O (2) 20Al + 60HNO3 → 20 Al(NO3)3 + N2 +36 H2O (2) Nhân (1) cho nhân (2)(3) cho Cộng phương trình lại: 39Al +132 HNO3 → 13x 39Al(NO3)3 + 3NO + N2O+ N2 + 72H2O x 2x 2x Gọi x số mol NO Theo ta có: x + 2x + 2x = 5x = 0,5 mol  x = 0,1 mol  nAl = 13x = 1,3 mol  mAl = 1,3x 27 = 35,1 gam Cách 2: Al +4 HNO3 → Al(NO3)3 +NO+2H2O x x 8Al +30 HNO3→ Al(NO3)3 +3 N2O +15 H2O 16x/3 2x 10 Al + 30 HNO3 → 10 Al(NO3)3 + N2 +18 H2O 20x/3 2x nAl(phản ứng) = x + 16x/3 + 20x/3 =13x ∑nkhí = 5x = 0,5 mAl = 13 x 0,1 x 27 = 35,1(g) Cách 3: Theo định luật bảo tồn electron Ta cần viết q trình cho nhận e dùng định luật bảo toàn e để tính: Al → Al+3 + 3e a 3a N+5 +3e→ N+2 3x x N+5 + 8e→ N+1 16x 2x N+5 +10e → N2 20x 2x Theo định luật bảo toàn e: 3a = 3x +16x +20x=39x a= 13x mà 5x=0,5 => x=0,1  a=1,3  mAl=1,3 x 27 =35,1(g) Nhận xét: Với toán việc giải theo cách thật khó khăn với học sinh Ở cách học sinh nhân phương trình cộng phương trình lại cho có tỉ lệ số mol khí 1:2:2, ngồi việc viết cân phương trình phản ứng oxi hố khử gây khó khăn Ở cách mấu chốt vấn đề học sinh khéo léo đặt số mol khí phương trình cho tỉ lệ 1:2:2 Ở cách 3, giải theo phương pháp bảo toàn e toán trở nên ngắn gọn nhanh Tuy nhiên giáo viên nên hướng dẫn cho học sinh viết q trình cho nhận e Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 4,16 gam hỗn hợp Mg Cu dung dịch HNO thu 0,06 mol NO2 0,04 mol NO Khối lượng kim loại có hỗn hợp bao nhiêu? Các cách giải: Cách 1: phương pháp đại số + ghép ẩn số Các phương trình phản ứng xảy ra: Mg + 4HNO3  Mg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (1) 3Mg + 8HNO3  Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2) Cu + HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (3) 3Cu + HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (4) Gọi a, b số mol Mg tham gia phản ứng (1) (2) Gọi c, d số mol Cu tham gia phản ứng (3) (4) Theo phương trình phản ứng đề ta có hệ: � � 24 (a+b) + 64 (c+d) = 4,16 � 2a + 2c = 0,06 � � 2b 2d � + = 0,04 3 � 24 (a+b) + 64 (c+d) = 4,16 � � �� 2a + 2c = 0,06 � 2b + 2d = 0,12 � Nhận xét: Hệ ẩn có phương trình, nên nhiều học sinh lúng túng không giải Muốn giải phải biết dùng phương pháp đặt ẩn số phụ a+b=x � � Đặt: �c + d = y 24x + 64y = 4,16 � � Ta có hệ mới: �2x + 2y = 0,18 Giải hệ ta được: x =0,04; y =0,05 - Khối lượng Mg là: 24 x 0,04 = 0,96 gam - Khối lượng Cu 64 x 0,05 = 3,2 gam Cách 2: phương pháp trung bình Gọi kim loại M Ta có phương trình phản ứng: M+ 4HNO3  M(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (1) 3M + 8HNO3  M(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2) n NO2 Vì: n NO  0, 06  0, 04 Ta nhân phương trình cho 3, phương trình cho 2, sau cộng lại ta được: 9M+ 28HNO3  9M(NO3)2 + 6NO2 + 4NO + 14H2O 9 n M = n NO2  x 0,06 = 0,09 mol 6 Ta có: (3) Gọi x, y số mol Mg Cu Từ (3) ta có: x + y = 0,09 mol Theo ta có: 24x + 64y =4,16 Ta có hệ: 24x + 64y = 4,16 � � �2x + 2y = 0,18 Giải hệ ta được: x = 0,04; y = 0,05 - Khối lượng Mg là: 24 x 0,04 = 0,96 gam - Khối lượng Cu 64 x 0,05 = 3,2 gam Cách 3: Phương pháp bảo toàn electron Quá trình nhường electron: Mg → Mg2+ + 2e x 2x Quá trình nhận electron N+5 + 1e → 0,06← N+4 0,06 Cu → Cu2+ + 2e y N+5 + 3e → 2y N+2 0,12 ← 0,04 Gọi x, y số mol Mg Cu Theo ta có: 24x + 64y =4,16 (1) Theo định luật bảo toàn electron: 2x + 2y = 0,06 + 0,12 = 0,18 (2) Giải hệ (1)(2) ta được: x = 0,04; y = 0,05 - Khối lượng Mg là: 24 x 0,04 = 0,96 gam - Khối lượng Cu 64 x 0,05 = 3,2 gam Nhận xét: Bài toán cách giải tỏ dài dòng, cách phải kết hợp ghép ẩn số tính kết quả, cách học sinh không để ý đến tỉ lệ NO2 NO việc cân phương trình tính tốn trở nên khó khăn Với tốn cách sử dụng phương pháp bảo tồn electron cách giải tối ưu học sinh không cần viết cân phản ứng oxi hóa khử, khơng giải phương trình phức tạp nên tiết kiệm thời gian đồng thời cho kết xác Bài 4: Nhiệt phân hoàn toàn hỗn hợp X gồm x mol AgNO y mol Cu(NO3)2 thu hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với khí hiđro 21,25 Tính % khối lượng AgNO3 hỗn hợp X Các cách giải: Cách 1: Phương pháp đại số Từ phản ứng: AgNO3  Ag x + NO2 + 1/2O2 x 0,5x Cu(NO3)2  CuO + 2NO2 + 1/2O2 y 2y 0,5y Hỗn hợp khí Y gồm {NO: (x + 2y) ; O2: 0,5(x + y)} Theo ta có: MY  46(x  2y)  32.0,5(x  y)  21,25.2  x  y 1,5x  2,5y %AgNO3  170 100%  47,49% 170 188 Cách 2: Phương pháp trung bình + Sơ đồ đường chéo Cách 2.1: Coi khí NO2: x O2: 0,5x khí A có MA  46  32.0,5 124   0,5 Coi khí NO2: 2y O2: 0,5y khí B có MB  2.46  32.0,5  43,2  0,5 nA 43,2  42,5 1,5x 2,1 x      nB 42,5  124/ 2,5y 3,5 y Ta có: %AgNO3  170 100%  47,49% 170 188 Cách 2.2: sơ đồ đường chéo nO2 Ta có: %AgNO3  nNO2  46  42,5 0,5(x  y) 3,5 x     42,5  32 (x  2y) 10,5 y 170 100%  47,49% 170 188 ...2.2.1 Thiết kế tốn dựa vào tốn hóa học có 29 2.2.2 Thiết kế tốn hóa học nhiều cách giải hồn toàn 36 2.3 Hệ thống tốn hóa học nhiều cách giải 40 2.3.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống toán. .. toán .40 2.3.2 Bài tốn nhiều cách giải phần hóa học đại cương 41 2.3.3 Bài toán nhiều cách giải phần hóa học vơ 66 2.3.4 Bài toán nhiều cách giải phần hóa học hữu 88 2.4... có nhiều cách giải Bài tốn hố học mà giải nhiều cách với phương pháp giải khác tốn gọi tốn hố học có nhiều cách giải Bài tốn giải với cách giải khác có kết tốn hố học nhiều cách giải mang đến