XÂY DỰNG hệ THỐNG bài tập PHẦN cân BẰNG AXIT BAZƠ DÙNG bồi DƯỠNG học SINH GIỎI môn HOÁ học ở TRƯỜNG TRUNG học PHỔ THÔNG

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN CÂN BẰNG AXIT-BAZƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MƠN HỐ HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Người thực hiện: Nguyễn Văn Sơn Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Triệu Sơn SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Hóa Học THANH HỐ NĂM 2019 M ỤC L ỤC Trang Mở đầu -1- 1.1 Lí chọn đề tài -1- 1.2 Mục đích nghiên cứu -1- 1.3 Đối tượng nghiên cứu -1- 1.4 Phương pháp nghiên cứu -1- Nội dung -2- 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm -2- 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm -2- 2.3 Xây dựng hệ thống tập cân axit – bazơ -2- Dạng 1:Tính pH dung dịch đơn axit đơn bazơ -3- Dạng 2:Tính pH dung dịch đa axit đa bazơ: -9- Dạng 3:Tính pH dung dịch chất điện li lưỡng tính -11- Dạng 4:Tính pH dung dịch đệm -13- 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường -15- 2.4.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm -15- 2.4.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm -15- 2.4.3 Đối tượng phương pháp thực nghiệm sư phạm -16- 2.4.4 Kết thực nghiệm sư phạm -17- Kết luận kiến nghị -17- 3.1 Kết luận -17- 3.2 Kiến nghị -18- Tài liệu tham khảo -19- Phụ lục NHỮNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM dd ĐKP GD-ĐT GV HS HSG MK NXB THPT 10 TPBĐ 11 TPGH : : : : : : : : : : : dung dịch điều kiện proton Giáo dục đào tạo giáo viên học sinh học sinh giỏi mức không nhà xuất trung học phổ thông thành phần ban đầu thành phần giới hạn MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài: Bộ GD ĐT thành lập “chương trình quốc gia bồi dưỡng nhân tài giai đoạn 2008  2020” động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc bồi dưỡng, đào tạo nhân tài cho đất nước[1] Việc tổng kết, đúc rút kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi cần thiết mang tính thiết thực, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục Dung dịch điện li nội dung quan trọng chương trình hố học trung học phổ thơng, tốn "cân axit bazo" tạo sức hấp dẫn học sinh giỏi Đã có số tác giả quan tâm nghiên cứu sử dụng tập hoá học để bồi dưỡng học sinh giỏi, song hệ thống lý thuyết tập phần cần tổng kết dạng chuyên đề nâng cao để đáp ứng nhu cầu tham khảo giáo viên học sinh Xuất phát từ tình hình thực tế tơi xây dựng hệ thống tập phần “ Cân axit - bazo” hi vọng tài liệu tham khảo hữu ích cho việc bồi dưỡng HSG hóa học nhà trường THPT 1.2 Mục đích nghiên cứu Xây dựng dạng tập bản, nâng cao phần “ Cân axit-bazo’’ để bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học bậc THPT 1.3 Đối tượng nghiên cứu Các dạng tập phần “ Cân axit-bazo’’ để bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: + Nghiên cứu sở lý luận có liên quan đến đề tài + Nghiên cứu cấu trúc, nội dung chương trình thi chọn HSG cấp tỉnh Sở GD - ĐT Thanh Hóa - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn + Tìm hiểu thực trạng trình dạy chuyên đề cân axit-bazo bồi dưỡng HSG hoá học trường THPT Triệu Sơn 1, từ đề xuất vấn đề cần nghiên cứu + Trao đổi, tổng kết kinh nghiệm vấn đề cân axit-bazo bồi dưỡng HSG với giáo viên có kinh nghiệm - Thực nghiệm sư phạm - Mục đích: Nhằm xác định tính đắn giả thuyết khoa học, tính hiệu nội dung đề xuất - Phương pháp xử lý thông tin: Dùng phương pháp thống kê toán học khoa học giáo dục NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm: - Chuyên đề cân axit-bazo nội dung quan trọng chương trình hóa học lớp 11-THPT Đơn vị kiến thức có liên hệ chặt chẽ với đơn vị kiến thức khác chương trình hóa học THPT [2] - Chuyên đề cân axit-bazo nội dung quan trọng chương trình thi HSG khối THPT sở GD-ĐT Thanh Hóa [3] 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm: Tôi tiến hành khảo sát chất lượng đội tuyển HSG lớp 11 năm học 2018-2019 Trường THPT Triệu Sơn trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm sau: - Tiến hành trao đổi việc bồi dưỡng HSG với giáo viên có nhiều kinh nghiệm, giáo viên trực tiếp phụ trách đội tuyển đồng thời trao đổi trực tiếp với HS đội tuyển, từ nắm bắt tình hình học tập thực tế HS - Tổ chức kiểm tra trước thực nghiệm (bài tự luận 45 phút) để kiểm tra khả học tập học sinh đơn vị kiến thức nghiên cứu - Tiến hành chấm thu kết sau: Số HS Số học sinh đạt điểm Xi (sau làm tròn) 10 0 0 2 Bảng 1: Kết kiểm tra trước thực nghiệm Điể m TB 6,0 * Nhận xét kết kiểm tra trước thực nghiệm: + Đơn vị kiết thức cân axit-bazo em học + Tình hình nắm vững kiến thức bản: Mức + Tình hình nắm vững kiến thức nâng cao kỹ vận dụng: Mức trung bình 2.3 Xây dựng hệ thống tập cân axit – bazơ Cầu trúc hệ thống tập chuyên đề tác giả xây dựng theo tư logic sau: -Thứ nhất: Bài tập tác giả lựa chọn phân loại kĩ lưỡng -Thứ hai: Trong dạng tập nhắc lại kiến thức cần nắm vững -Thứ ba: Trong tập làm ví dụ phân tích sai lầm mà HS thường mắc phải để dẫn tư đến hướng giải đắn Dạng 1: Tính pH dung dịch đơn axit đơn bazơ A Axit mạnh bazơ mạnh I Kiến thức nâng cao.[9] - Axit mạnh (kí hiệu HY) chất dung dịch có khả nhường hồn tồn proton cho nước: HY H+ + Y- ; HnX nH+ + Xn- ; pH =-lg[H+] (1.1) - Bazơ mạnh (kí hiệu XOH) chất dung dịch có khả thu proton nước: XOH X+ + OH- ; M(OH)n nOH- + Mn+; pH =14 + lg[OH-] (1.2) - Nếu [H+] axit phân li [OH-] phân li gần H2O phân li ta khơng thể bỏ qua cân H2O tính theo cân nước với [H+] [OH-] nồng độ ban đầu II Phân tích tập Ví dụ 1: Trộn lẫn dung dịch H2SO4 0,1M, HNO3 0,2M HCl 0,3M với thể tích thu dung dịch A Lấy 300 ml dung dịch A cho phản ứng với V lít dung dịch B gồm NaOH 0,2M KOH 0,29M thu dung dịch C có pH = Tìm V.[5] * Phân tích: - HS thường mắc sai lầm: Khi tình [H+] dung dịch A: [H+]=0,1.2 + 0,2 + 0,3=0,7M - Thực tế: 0, Nồng độ H ban đầu (0,1.2.0,1 + 0,2.0,1 + 0,3.0,1) : 0,3 = M   Nồng độ OH ban đầu (0,2 + 0,29) = 0,49M  Dung dịch sau phản ứng có pH = 2, suy H dư  Nồng độ H dư : 10-2 = 0,01M Áp dụng sơ đồ đường chéo cho trường hợp H+ dư ta có : 0, 49  0, 01 0,3 OH bđ � +� H d��  � V  0,134 VA � � � � � 0,  V  0, 01 VB � H bđ � H  d�� � � � � � = Ví dụ 2: Thêm giọt NaOH (V=0,03ml) 0,001M vào 100 ml nước Tính pH dung dịch thu được? [5] * Phân tích: - HS thường mắc sai lầm: Chỉ tính theo cân chất điện li mạnh NaOH - Thực tế: Vì NaOH phân li gần H 2O phân li nên bỏ qua cân CNaOH = Cân bằng: NaOH → Na+ + OH3.10-7 H2O H+ + OH- KW = 10-14 3.10-7 h h(3.10-7 + h) = 10-14 (3.10-7 + h) → h = 3,03.10-8 → pH = 7,52 Ví dụ 3: Thêm ml dung dịch HCl C(M) vào 999 ml NaNO3 thu dung dịch có pH = 6,7 Tính C.[5] * Phân tích: - HS thường mắc sai lầm: Chỉ tính theo cân chất điện li mạnh HCl - Thực tế: Vì HCl phân li gần H2O phân li nên khơng thể bỏ qua cân cả.Tính theo cân bằng: H2O H+ C + OH- 10-14 10-3.C [] (10-3.C + x) x (10-3.C + x) x = 10-14 Mặt khác 10-3C +x = 10-6,7 → C = 1,49.10-4M B Đơn axit yếu đơn bazơ yếu I Kiến thức nâng cao.[9] a) Đơn axit yếu (kí hiệu HA): Trong dung dich axit HA xảy trình sau: HA ⇌ H+ + AKa (1.3) H2O ⇌ H+ + OH- Kw (1.4) Nếu Ka.CHA >> KW tính thành phần hệ theo cân (1.3) Nếu Ka.CHA K w phải kể đến phân li nước b) Đơn bazơ yếu (kí kiệu A -): Trong dung dich bazơ A- xảy trình sau: A- + H2O ⇌ HA + OHKb=Kw/Ka (1.5) H2O ⇌ H+ + OH- Kw (1.6) - Tương tự, Kb.CA- >> K w tính thành phần hệ theo cân (1.5) , Ka.CA- K w phải kể đến phân li nước II Phân tích tập Ví dụ 1: Một dung dịch monoaxit HA nồng độ 0,373% có khối lượng riêng 1,000 g/ml pH = 1,70 Khi pha lỗng gấp đơi pH = 1,89 Xác định số ion hóa Ka axit (coi nhiệt độ khơng đổi).[6] * Phân tích: Khi pha lỗng dd nồng độ giảm nửa, số cân khơng đổi Vì pH =1,70 1,89 nên bỏ qua phân li H2O HA → H+ + A- , [H + ][A - ] Ka = [HA] (1) Bỏ qua phân li nước, ta có: [H+]  [A-] ; C = [A-] + [HA] Thay [H+] = [A-] [HA] = C - [H+] vào (1), ta Ka = [H + ]2 c - [H + ] (2) Khi pH = 1,70 [H+]  10 -1,70  0,0200; pH = 1,89 [H+]  10 -1,89  0,0129 Thay kết vào (2) ta hệ phương trình: 0,01292 Ka = 0,02 c - 0,0129 c - 0,02 (3) (4) Ka = Giải hệ phương trình ta C = 0,0545 mol/l Ka = 0,0116 Ví dụ 2: Hãy tính độ điện li α dung dịch axit HA 0,01M Biết pK a axit HA 3,75 Đánh giá ảnh hưởng HCl 0,001M đến độ điện li HA.[4] * Phân tích: Khi thêm axit mạnh vào dd axit yếu làm tăng nồng độ ion H +, nên làm giảm độ điện li axit yếu Vì Ka.CHA >> KW → Bỏ qua phân li nước Xét cân bằng: HA ⇌ H+ + AC 0,01 [] 0,01 – x x x →→x = 1,248.10-3 = [A-] → = = 0,1248 =12,48% Ảnh hưởng HCl đến cân HA C ⇌ 0,01 [ pli] x [cb ] 0,01 – x H+ + A- Ka 0,001 x 0,001+x x x → x = 8,69.10-4M Vậy α 8, 69.104 = 0, 01 100% = 8,69% Vậy độ điện li dung dịch giảm dung dịch có mặt axit mạnh C Hỗn hợp đơn axit đơn bazơ: I.Kiến thức nâng cao: [9] a) Hỗn hợp gồm axit mạnh HY C1M axit yếu HA C2M - Trong dung dịch có q trình: HY H+ + Y- (1.7) HA ⇌ H+ + A- Ka (1.8) H2O ⇌ Kw (1.9) H+ + OH- - Xét cb: HA ⇌ H+ + A- C C2 C1 [] C2-x C1+x Ka x => ta có : (1.10) b) Hỗn hợp bazơ mạnh mol/l bazơ yếu nồng độ mol/l Tương tự ta có: = (1.11) c) Hỗn hợp đơn axit ( mol/l, ) ( mol/l, ) Các cân xảy ra: ⇌ (1.12) ⇌ (1.13) ⇌ (1.14) - Nếu >> >> =>Tính theo cân (1.12) - Trong trường hợp cân xảy tương đương (tức => Tính theo cân (1.12) (1.13) c) Hỗn hợp đơn bazơ ( mol/l, ) ( mol/l, ) Các trình: ⇌ (1.15) ⇌ + (1.16) ⇌ + (1.17) Nếu >> >> => Tính theo cân (1.15) II Phân tích tập: Ví dụ 1: Tính pH dung dịch hỗn hợp CH3COOH 0,5M C2H5COOH -5 -5 0,6M Biết số phân li axit K CH COOH = 1, 75.10 K C H C OOH = 1,33.10 [7] * Phân tích: + Đã tiến hành TNSP đội tuyển HSG lớp 11 năm học 2018-2019 trường THPT Triệu Sơn Kết TNSP khẳng định tính hiệu hệ thống dạng tập xây dựng, có nghĩa khẳng định tính đắn giả thuyết khoa học 3.2 Một số kiến nghị Trên sở kết thu trong trình nghiên cứu ứng dụng đề tài chúng tơi có ý kiến đề xuất sau: + Cần phải khuyến khích tăng cường việc xây dựng nội dung kiến thức dùng bồi dưỡng HSG để có thêm tài liệu hổ trợ giáo viên HS cơng tác bồi dưỡng HSG mơn hố học THPT + Sở GD-ĐT Thanh Hoá tăng cường tổ chức hội thảo công tác “Bồi dưỡng HSG” để GV có hội học hỏi, trao đổi kinh nghiệm với đồng nghiệp XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng 05 năm 2019 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Sơn 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Việt báo [2] Chương trình giáo dục nhà trường THPT [3] Sở GD-ĐT Thanh Hóa Cấu trúc đề thi HSG mơn Hóa học khối THPT từ năm học 2017-2018 [4] Nguyễn Văn Sơn Luận văn thạc sỹ giáo dục học ĐHV năm 2012 (Cùng tác giả) [5] Nguyễn Tinh Dung Hố học phân tích 1, 2, Nxb Giáo dục 2000 [6] Bộ Giáo dục Đào tạo Các đề thi học sinh giỏi quốc gia mơn hố học [7] Sở GD-ĐT Thanh Hóa Đề thi HSG Tỉnh Thanh Hóa năm học 2017-2018 mơn Hóa học [8] Ban tổ chức kỳ thi Tuyển tập đề thi olympic 30-4 từ năm 2000-2010 mơn Hóa học Nxb ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2011 [9] Nguyễn Tinh Dung, Đào Thị Phương Diệp Hố học phân tích (Câu hỏi tập cân ion dung dịch) Nxb Đại học Sư phạm, 2005 18 DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đà ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Văn Sơn Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên- Trường THPT Triệu Sơn Cấp đánh giá xếp loại TT Tên đề tài SKKN (Ngành GD cấp huyện/tỉnh; Tỉnh ) Kết đánh giá xếp loại (A, B, C) Năm học đánh giá xếp loại Giải tốn oxi hóa – khử phương pháp bảo toàn electron Cấp tỉnh B 2005-2006 Xây dựng hệ thống tập phần cân dung dịch chứa hợp chất tan dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa THPT Cấp tỉnh C 2011-2012 Xây dựng sử dụng Cấp tỉnh 19 C 2014-2015 tập hóa học có nội dung liên quan đến thực tiễn sản xuất bảo vệ môi trường dạy học hóa học trường THPT PHỤ LỤC CÁC ĐỀ KIỂM TRA VÀ HƯỚNG DẪN CHẤM Đề kiểm tra trước thực nghiệm hướng dẫn chấm A Đề bài: Câu 1: (2,0 điểm) Tính pH dung dịch CH3COOH 0,1M Phải thêm vào lít dung dịch gam NaOH để dung dịch có pH =3 Câu 2:(3,0 điểm) Đánh giá thành phần cân dung dịch H 3PO4 0,01M Cho Ka1=10-2,23, Ka2=10-7,21, Ka3=10-12,32, Kw=10-14 Câu 3:(2,5 điểm) a)Trộn 10ml dung dịch đơn axit yếu HA nồng độ mol Co ( số axit KA) Có pH= 3,0 với 5ml dung dịch NaOH có pH=13 thu dung dịch có pH= 5,661 Hãy xác định KA Co HA ( bỏ qua điện li nước ) b)Hằng số phân li axit benzoic C6H5COOH 6,3.10-5 axit axetic CH3COOH 1,79.10 –5 Hãy xác định tỉ số nồng độ ion H + dung dịch đồng phân tử axit benzoic axit axetic Câu 4: (2,5 điểm) a) Xác định nồng độ ion hydro gía trị pH dung dịch tạo thành cho 0,82g CH3COONa vào 1L dung dịch CH3COOH 0,1M b) Phải thêm vào gam NaOH rắn vào dung dịch để làm pH tăng đơn vị 20 c) So với nồng độ phân tử CH3COOH dung dịch CH3COOH 0,1M nồng độ phân tử CH3COOH dung dịch thứ thứ hai thay đổi theo tỉ số nào? (Có thể tính gần đúng) Biết Ka(CH3COOH) = 1,8.10-5 ………………… B Hướng dẫn chấm: Câu Nội dung 21 Điểm Câu 1: (2,0) a) CH3COOH CH3COO- + H+ C (M) 0,1 [ ] (M) 0,1 – x x x -4,76  = 10 Giả sử, x pH = 2,88 CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O C C CH3COONa CH3COO + Na+ (M) C C CH3COOH CH3COO- + H+ Ka = 10-4,76 C0 (M) 0,1- C C -3 [ ] (M) 0,1- C – 10 C + 10-3 10-3 pH = => [H+] = 10-3 (M) 0,25 0,25 0,25 b) (M) => C = 7,08 10-4 (M) => nNaOH = 7,08 10-4 (mol) => mNaOH = 40x 7,08 10-4 = 0,028 (g) Câu 2: (3,0) a)Bởi Ka1 >> Ka2 >> Ka3 >> Kw nên cân chủ yếu là: 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Ka1=10-2,23 C0 0,01 ∆C -x C 0,01-x x x x 0,25 x Tính ra: x=2,15 10-2 0,25 b)Bởi mà cấu tử nên coi cấu tử coi phản ứng thứ 2: + Ka2=10-7,21 C0 2,15 10-2 ∆C -y y y -2 -2 C 2,15 10 -y 2,15 10 +y y -2 -7,21 0,25 0,25 -2 Với y K3, Kw K4 >> Kw nên ta bỏ qua cân (2), (3) (5) Từ (1) suy ra: = = = 10-0,68 = 0,21 (6) Từ (4) suy ra: = = = 10-3,29 [CH3COO-] Độ tan CO2 0,03 M Như vậy, có khí CO2 Số mol CO2 hoà tan là: 0,2.0.03 = 0,006 (mol) Số mol CO2 bay là: 0,0208 – 0,006 = 0,0148 (mol) Thể tích CO2 là: 22,4.0,0148  0,33 (L) 0,25 0,25 0,25 Câu 2: (2,0) - a)Bazơ liên hợp ion đihidrophotphat (H 2PO4 ) ion hidrophotphat (HPO42-) Ta có: 0,25 pK2a + pK2b = pKw =14  pK2b = 14 – 7,21 = 6,79 0,25 0,25 0,25 28 b)Nồng độ ban đầu H3PO4 = 0,25đ Bỏ qua nấc phân li thứ hai thứ ba axit photphoric, dung dịch cân sau: H3PO4 + H2O ⇌ H2PO4 + H3O+ K1a = 10-2,12 [ ] 0,0051-x x x Ta có:  x = [H3O+] = 3,49.10-3  pH = 2,46 0,25đ 0,25 0,25 0,25 0,25 Câu 3: (3,0) a)Tính pH dung dịch A dung dịch B * pH dung dịch A: Phương trình CH3COOH CH3COO- + H+ Gọi x nồng độ H+: Ka = = 2.10-5 Vì axit yếu x