Tư duy giải nhanh bài toán H3PO4, p2o5 tác dụng với dung dịch kiềm bằng phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn

Type equation here.SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CẨM THỦY I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI “TƯ DUY GIẢI NHANH BÀI TOÁN H3PO4, P2O5 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH

Type equation here.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CẨM THỦY I

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI

“TƯ DUY GIẢI NHANH BÀI TOÁN H3PO4, P2O5 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG

CHÉO VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”

Người thực hiện: NGUYỄN THƯƠNG HUYỀN

Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc môn: Hóa học

1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

Phần 1 Mở đầu

1 Lí do chọn đề tài

Xu thế đổi mới trong cách ra đề thi của bộ giáo dục và đào tạo hiện nay

là đặc biệt chú trọng phát triển năng lực của người học Vì vậy để có kết quảcao trong kỳ thi tốt nghiệp THPT quốc gia và xét tuyển Đại học đòi hỏi các

em học sinh phải có kỹ năng khai thác tối ưu các phương pháp mới hay cáchgiải nhanh ở từng dạng bài tập để tìm ra đáp số bài toán nhanh chóng vàchính xác nhất

Làm thế nào để các em không còn “sợ hãi” trước một bài toán trắc nghiệmkhi các chất tác dụng với nhau có nhiều trường hợp có thể xảy ra, trong khi thờigian giành cho câu trắc nghiệm giờ đây chỉ còn trung bình khoảng 1,25 phút?Câu hỏi đó luôn hiện hữu trong đầu tôi

Dạng bài H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm là một trong các dạng

bài tập cơ bản của hóa học vô cơ Với dạng bài tập này điều khó cho học sinh làphải biết xác định xem phản ứng tạo sản phẩm nào muối axit, muối trung hòahay hỗn hợp từ đó mới giải chính xác bài toán Trong khi đó H3PO4 là axit banấc có thể tạo ra hai loại muối axit và một loại muối trung hòa thì các trườnghợp có thể xảy ra nhiều hơn so với các axit khác Để nhớ được các trường hợptạo sản phẩm cũng như xét các khả năng xảy ra của bài toán cũng gây rất nhiềukhó khăn cho học sinh.Vì vậy giúp học sinh có cách nhớ đơn giản, cách giảinhanh bài toán này trong quá trình giảng dạy, tìm tòi nghiên cứu tôi mạnh dạn

chọn đề tài: “Tư duy giải nhanh bài toán H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với kiềm bằng phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn ” Với hy vọng đề

tài này sẽ là tài liệu tham khảo để các em học sinh tự tin “đối diện” với dạng bàitập trên và phục vụ tốt cho công tác giảng dạy của bản thân và các bạn các bạnđồng nghiệp

2 Mục đích nghiên cứu

- Việc nghiên cứu đề tài này trước hết giúp bản thân tôi hiểu rõ hơn về bản chất

phản ứng, phân dạng và tìm con đường tư duy để giải nhanh bài toán này

- Việc nghiên cứu đề tài thành công, đạt kết quả tốt sẽ giúp học sinh lĩnh hội vàvận dụng kiến thức tốt hơn, nâng cao kết quả trong các kỳ thi và làm tài liệutham khảo

3 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này, tôi sẽ nghiên cứu và tổng kết những vấn đề sau:

- Nội dung phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn điện tích, bảotoàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố

- Kiến thức cơ bản về H3PO4, P2O5 và phân dạng bài tập

- Cách áp dụng phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn trong mỗi

dạng thông qua các ví dụ cụ thể

4 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu mà tôi sử dụng trong đề tài:

- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết: Tôi đã nghiên cứu nhiềutài liệu như: “Hóa học –lớp 11 nâng cao – Bộ GD và ĐT ”; “Công phá đề thiTHPT quốc gia 2018 – Nguyễn Anh Phong- Lê Kiều Hưng ”; “16 phương pháp

và kĩ thuật giải nhanh bài trắc nghiệm môn Hóa Học – Phạm Ngọc Bằng”;” Độtphá đỉnh cao kỹ thuật mới giải nhanh bài tập Hóa Học – Cù Thanh Toàn,Nguyễn Ngọc Anh”; ”Tư duy đảo chiều giải bài tập theo chuyên đề hóa học vô

cơ – Nguyễn Anh Phong” và các trang web khác

- Phương pháp điều tra khảo sát thu thập thông tin: Trước khi tiến hành nghiêncứu đề tài tôi đã điều tra 72 học sinh lớp 12A1 và 12A2 trường THPT CẩmThủy I (chia đều những học sinh học ở 3 mức độ giỏi, khá, trung bình ) dướihình thức: Làm 5 bài tập về H3PO4 và P2O5 tác dụng với dung dịch kiềm để khảosát học sinh về phương pháp giải bài tập trên vì trong các đề thi dạng bài này

nằm trong nhóm câu vận dụng thấp Sau khi giảng dạy theo phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn tôi lại khảo sát học sinh theo hình thức

trên

- Phương pháp thống kê, xử lí số liệu: Tôi đã sử dụng các biểu đồ để so sánhcác số liệu và rút ra kết luận

Phần 2 Nội Dung

I Cơ sở lí luận.

Trong quá trình học sinh làm bài tập, không phải bài tập nào cũng viết cácphương trình hóa học và tính toán theo phương trình thì sẽ cho ta kết quả Đểphát triển năng lực của mình, trong quá trình làm bài tập học sinh còn phải suynghĩ, tư duy, tìm tòi cách giải hay, nhanh, không cần viết phương trình Muốnlàm được điều đó đòi hỏi học sinh phải nắm vững bản chất của các phản ứngxảy ra trong bài toán

Phương pháp đường chéo là phương pháp sử dụng mối liên hệ giữa các

giá trị trung bình của hỗn hợp với các giá trị tương ứng của các chất trong hỗn hợp để giải bài tập hóa học Phương pháp này thường được áp dụng cho các bàitoán hỗn hợp chứa 2 thành phần mà yêu cầu của bài toán là xác định tỉ lệ giữa 2thành phần

Để giải tốt các bài toán hóa học thì luôn xem chúng là hệ kín Khi đó cácchất phản ứng với nhau, các nguyên tố sẽ chạy từ chất này sang chất khác nhưngcác thông số về khối lượng, điện tích được bảo toàn nó chỉ chuyển hóa lẫn nhau

Định luật bảo toàn khối lượng là tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng.Và theo định luật bảo toàn nguyên

tố “trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo

toàn” Điều này có nghĩa là “tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kỳtrước và sau phản ứng là luôn bằng nhau” Điểm mấu chốt để áp dụng phương

pháp này trong bài toán H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm là xác định

đúng các hợp phần chứa P trước và sau phản ứng để rút ra mối liên hệ Mặt khác

bài toán xảy ra trong dung dịch nên phải tuân theo định luật bảo toàn điện tích

“tổng số điện tích dương bằng tổng số điện tích âm”

Với một bài toán hóa học nói chung và bài toán H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm nói riêng, để xử lý nhanh khi sử dụng các định luật bảo toàn ta

chỉ cần quân tâm đến các yêu tố cần thiết không quan tâm đến phương trình hóahọc Nhiệm vụ của người giáo viên không những phải phân tích cho học sinhthấy bản chất của phản ứng mà còn phải hướng dẫn học sinh con đường tư duyphân tích đề và định hướng cách giải

2 Thực trạng của vấn đề

Trong chương trình sách giáo khoa 11, nội dung về H3PO4 và P2O5 còn ít,các phương trình phản ứng với kiềm nhiều trường hợp xảy ra.Với bài toán cóđầy đủ số mol chất tham gia đa số học sinh làm theo cách lập tỉ lệ rồi viết

phương trình phản ứng và lập hệ mất thời gian còn những bài toán không biếthết số mol chất tham gia thì học sinh loay hoay để xét các trường hợp nhiều họcsinh thì lười tư duy, thấy bài toán dài dòng khó quá là bỏ luôn Đa số học sinh

chưa tìm được phương pháp chung, tối ưu để giải những bài toán H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm khó.

Trên thực tế đã có không ít các sáng kiến kinh nghiệm của các giáo viênHóa học đề cập đến phương pháp giải bài tập H3PO4, P2O5 tác dụng với dungdịch kiềm nhưng những sáng kiến kinh nghiệm đó mới chỉ dừng ở việc giải bàitoán khi biết đầy đủ số mol của các chất tham gia chưa thật sự chuyên sâu.Trong đề tài này tôi muốn đề cập đến những bài tập về H3PO4, P2O5 tác dụng vớidung dịch kiềm một cách tương đối đầy đủ các dạng bài trong đề thi THPTQuốc gia

Tôi chọn 72 học sinh của lớp 12A1và 12A2 trường THPT Cẩm Thủy I

chia đều cho 3 mức độ giỏi, khá, trung bình để tham gia vào đề tài nghiên cứunày Hình thức khảo sát trước khi thực nghiệm đề tài: Cho học sinh làm một bài

kiểm tra tự luận với 5 bài tập về H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm ở các

mức độ khác nhau trong thời gian 15 phút Nội dung bài tập như sau:

Câu 1: Cho 100 ml dung dịch KOH 1,5M vào 200ml dung dịch H3PO4 0,5M,thu được dung dịch X Cô cạn dung dịch X, thu được hỗn hợp gồm các chấtnào?

Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,2g P trong O2 dư, toàn bộ sản phẩm sinh ra chovào 500ml dung dịch hỗn hợp NaOH 0,4M và KOH 0,6M, kết thúc phản ứngthu được dung dịch X Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Tính tổng khốilượng muối có trong dung dịch X

Câu 3: Cho m gam H3PO4 vào 1 lít dung dịch NaOH 0,2M và KOH 0,3M đếnphản ứng hoàn toàn thu được dung dịch X Cô cạn cẩn thận X thu được 35,4g

* Kết quả bài kiểm tra:

Điểm

0 ≤ Điểm < 5 5 ≤ Điểm < 6,5 6,5 ≤ Điểm < 8 8 ≤ Điểm ≤ 10

Nhận xét: Qua kết quả trên cho thấy chưa có học sinh nào có thể đạt điểm

giỏi,từ câu thứ ba học sinh phải xét nhiều trường hợp xảy ra rất mất thời gian nên không học sinh nào làm hết 5 câu Chủ yếu học sinh khá giỏi của lớp cũng chỉ mới đạt mức trung bình khi làm bài tập phần này.

3 Giải pháp giải quyết vấn đề

Tôi đã sưu tầm các bài tập dạng này trong các tài liệu tham khảo, đề thi đại

học - cao đẳng của bộ và đề thi thử của các trường THPT rồi giải và rút raphương pháp giải nhanh Tôi cũng đã áp dụng vào thực hành giảng dạy cho cáchọc sinh khá, giỏi, nhận thấy các em tiếp thu tốt và giải nhanh được các bài tậptương tự Sau đây tôi xin trình bày các kiến thức quan trọng và cách giải cho các

dạng bài H 3 PO 4 , P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm thông qua các ví dụ cụ thể A.Lý thuyết :

I Với H 3 PO 4 : Là axit ba nấc, độ mạnh trung bình

Sau khi điện li trong dung dịch tồn tại đồng thời 3 gốc axit nên khi tác dụngvới dung dịch kiềm, tùy theo tỉ lệ mà có thể tạo ra muối đihiđrophotphat H2PO4-,muối hiđrophotphat HPO42-, muối photphat PO43-

II Với P 2 O 5 : là oxit tương ứng của H3PO4 do khi cho P2O5 tác dụng với

H2O đủ hoặc dư sẽ tạo axit H3PO4

Cho lượng của hai chất tham gia, xác định và tính lượng sản phẩm

Cho lượng một trong hai chất tham gia và sản phẩm,tính lượng chất tham gia còn lại

B Bài Tập :

Phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn trong bài toán H 3 PO 4 ,

P 2 O 5 tác dụng với dung dịch kiềm có thể vận dụng trong các dạng bài sau :

 Dạng 1 : Cho lượng hai chất tham gia, xác định và tính lượng sản phẩm

 Cách 1 : Cho những bài toán xác định cụ thể chất tạo thành sau phản ứng

Tính số mol của hai chất theo đề Giả sử n H PO3 4  a mol, n OH  b mol

Thay vì phải lập tỉ lệ để nhớ nhiều trường hợp xảy ra thì ta có thể hiểu mộtcách đơn giản là: khi cho OH- vào thì OH- đã “cướp” H+ của H3PO4 từng nấcmột cho đến khi hết H Vì vậy có thể dùng sơ đồ sau :

H3PO4 → H2PO4- → HPO42- → PO4

Số mol H+ bị “cướp” là: 0 a 2a 3a

Đưa số mol H+ vào để so sánh ta có các trường hợp sau :

Nếu b < a : Tạo muối H PO2 4 

và H PO3 4 dư Nếu b = a : Tạo muối H PO2 4 

Nếu a < b < 2a : Tạo hỗn hợp muối H PO2 4 

và HPO42 Nếu b = 2a : Tạo muối HPO42

Nếu 2a < b < 3a : Tạo hỗn hợp muối HPO42

và PO43 Nếu b = 3a : Tạo muối PO43

Nếu b > 3a : Tạo muối PO43

và OH- dư

Nhìn vào sơ đồ ta thấy có thể còn phức tạp hơn cách lập tỉ lệ nhưng thực

tế khi làm bài học sinh ko cần phải viết phương trình, cũng như không phải nhớcác trường hợp xảy ra, chỉ cần đưa số mol OH- vào khoảng giá trị của nó trong

sơ đồ gốc axit H3PO4 là đưa ra được kết luận sản phẩm Mặt khác khi xảy ratrường hợp tạo hai muối còn dùng phương pháp đường chéo nhanh gọn thay vì

đi lập hệ phương trình toán học và bấm giải hệ Sau đây, ta xét một số ví dụ đểhiểu rõ cách giải

Ví dụ 1 (Bài toán cơ bản) Cho dung dịch chứa 11,76g H3PO4 vào dung dịchchứa 16,8g KOH Khối lượng muối thu được là :

+ Những vướng mắc của học sinh khi giải bài tập này:

- Học sinh không nhớ rõ nên lập tỉ lệ số mol chất nào trên chất nào và sản phẩm

là gì ?

- Học sinh phải viết phương trình để đặt ẩn lập hệ mất nhiều thời gian

+ Kết luận: Để giải được bài tập trên chỉ cần hiểu rõ bản chất của các phản

ứng Việc sử dụng sơ đồ và phương pháp đường chéo giúp rút ngắn tối đa chobài toán

+ Dạy học sinh tiếp thu được cách giải bài toán theo phương pháp đường chéo và các định luật bảo toàn được thực hiện như sau :

- Bước 1: Giáo viên yêu cầu học sinh viết phương trình điện li của H3PO4 Việclàm này giúp chỉ ra cách tách H từng nấc ra khỏi axit và các gốc axit tồn tạitrong dung dịch và các chú ý liên quan đến sự thủy phân của gốc axit và sảnphẩm sau phản ứng

- Bước 2: Giáo viên hướng dẫn học sinh cách viết sơ đồ và đặt số mol tượng ứng

với các gốc axit

- Bước 3: Giáo viên hướng dẫn cách cho học sinh so sánh mol để rút kết luận mà

không cần lập tỉ lệ và nhớ sản phẩm

- Bước 4: Hướng dẫn học sinh dùng phương pháp đường chéo để nhẩm số mol

mà không cần sử dụng máy tính.Với những bài không đủ số mol để so sánh thì

sẽ dùng định luật BTĐT và BTNT ra sao

- Bước 5: Ra thêm bài tập tương tự từ dễ đến khó để học sinh tự luyện (chẳng

hạn các ví dụ dưới đây)

Ví dụ 2: Cho 500ml dung dịch chứa 15,6 g NaOH tác dụng với 14,2g

P2O5.Giả sử thể tích của dung dịch thay đổi không đáng kể Tính nồng độ molcủa các muối

- Bài toán này vận dụng kiến thức từ bài toán cơ bản trên nhưng cần xác định

mol H 3 PO 4 thông qua bảo toàn nguyên tố P.

- Việc hiểu và sử dụng các định bảo toàn giúp cho bài toán dễ dàng hơn rất nhiều so với viết phương trình phản ứng.

Ví dụ 3: Hòa tan hết 0,15mol P2O5 vào 200g dung dịch H3PO4 9,8 %, thuđược dung dịch X Cho X tác dụng hết với 750ml dung dịch NaOH 1M, thuđược dung dịch Y Khối lượng muối trong Y là :

A 14,2 gam Na2HPO4 và 41 gam Na3 PO4

B 30 gam NaH2PO4 và 35,5 gam Na2HPO4

C 45 gam NaH2PO4 và 17,5 gam Na2HPO4

Với bài toán này học sinh sẽ thấy khác so với bài toán cơ bản vì có sự xuất

hiện đồng thời của P 2 O 5 và H 3 PO 4 GV cần phân tích cho HS thấy đó là bản chất của phản ứng từ đó dùng định luật bảo toàn nguyên tố P để tính tổng số mol H 3 PO 4 đưa bài toán về bài toán cơ bản Như vậy với bài toán có nhiều trường hợp xảy ra như trên ta có thể dùng sơ đồ, phương pháp đường chéo và định luật bảo toàn nguyên tố để giải bài toán nhanh hơn

 Cách 2: Với những bài toán dung dịch chứa một hay nhiều bazơ kiềm, đề

yêu cầu tính lượng chất mà không yêu cầu xác định cụ thể chất thì ngoài cách 1 trên ta có thể dùng cách 2.

Cách giải:

Coi các chất gồm cation kim loại, PO43- và so sánh tổng điện tích âm vàdương Nếu điện tích âm lớn hơn thì trong dung dịch còn thiếu ion H+ nghĩa làdung dịch chỉ có muối, ngược lại thì trong dung dịch còn OH- nghĩa là kiềm dư Dùng định luật bảo toàn điện tích đề tìm ion còn thiếu Sau đó dùng địnhluật bảo toàn nguyên tố để tính lượng chất đề yêu cầu

Ngoài ra khi số mol của kiềm và H3PO4 đều hết thì ta luôn có:

Từ số mol của các ion ta dễ dàng nhận ra tổng mol điện tích âm lớn hơn nên

ion còn thiếu phải là H + có nghĩa dung dịch X chỉ chứa muối.

Ở bài toán này đề bài yêu cầu xác định khối lượng muối trong dung dịch X

mà không nói rõ X chỉ gồm muối hay có cả kiềm thì việc dùng ĐLBTKL sau khi tìm được số mol H 2 O không phải là cách tôi lựa chọn mặc dù trong bài toán này cho kết quả là đúng Vì nó không đảm bảo sự chắc chắn đúng Việc dùng cách 2

ta có thể xác định nhanh ion còn thiếu dựa vào viêc tính nhẩm số mol điện tích

mà lại đưa ra kết quả chính xác nhất.

Chúng ta vẫn có thể dùng cách 1 để tìm ra công thức và số mol của mỗi gốc axít sau đó dùng định luật bảo toàn khối lượng để tính tổng các ion tìm khối lượng muối.Tuy nhiên việc xác định muối tạo thành là gì không cần thiết với