SKKN sử dụng giá trị trung bình để giải bài tập hóa học

1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: Tham gia dạy bồi dưỡng HSG nhiều năm, để đạt kết cao thân tơi phải tích cực nghiên cứu, tìm tòi tự tích lũy cho kiến thức môn phục vụ cho việc giảng dạy Trong q trình tìm tòi ấy, tơi phát có dạng BT hay với cách giải độc đáo, thú vị mà thấp thống đề thi HSG, sách tham khảo, nâng cao hóa học THCS ta thường bắt gặp Đó dạng BT giải phương pháp sử dụng giá trị trung bình Đây dạng BT hay, phát huy nhanh nhạy HS, khơng dừng lại chương trình THCS mà phương pháp giải tập nhanh chương trình THPT Tuy nhiên tìm hiểu thực tế việc giải BT dạng em HS đa số em tỏ lúng túng, giải nào, dạng BT không khó so với số dạng BTHH khác mà em học Với lí trên, với ham học hỏi, muốn có hội tích lũy thêm kiến thức, kinh nghiệm cho thân thức chọn đề tài với nội dung “Sử dụng giá trị trung bình để giải tập hóa học ” làm sáng kiến kinh nghiệm mình, với mong muốn góp phần thiết thực vào việc nâng cao chất lượng bồi dưỡng HSG mơn hóa học lớp 9, qua nâng cao chất lượng cơng tác bồi dưỡng HSG huyện nhà nói chung 1.2 Điểm đề tài: Qua tìm hiểu nhiều sách tham khảo mơn hố học, tơi thấy có nhiều sách tham khảo số tác giả đề cập đến dạng BT giải phương pháp sử dụng giá trị trung bình Tuy nhiên đa số sách tham khảo đề cập đến dạng BT sơ sài, có sách đưa vài BT khối lượng mol trung bình, có sách đưa vài BT sử dụng số nguyên tử Cacbon trung bình, nội dung BT đơn lẻ, khơng tổng hợp cho người đọc cách tổng quát phương pháp giải BTHH cách sử dụng giá trị trung bình Như chưa có sách tham khảo thị trường hướng dẫn cho GV, HS THCS phương pháp giải BT sử dụng giá trị trung bình theo chương trình THCS cách chi tiết, đầy đủ, rõ ràng Vì HS gặp BT giải cách sử -1- dụng giá trị trung bình em HS dù HS khá, giỏi khó mà tiếp nhận phương pháp giải BTHH cách đầy đủ, chắn Đó vấn đề mà thân tôi, người GV trực tiếp giảng dạy bồi dưỡng HSG mơn hố học THCS phải trăn trở, suy nghĩ Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích tiếp xúc với em HS đội tuyển HSG mơn hóa học , nhận thấy đa số em tỏ lúng túng, không xác định cách giải, không tự tin giải BT có sử dụng giá trị trung bình Vậy làm để giúp em có kỹ giải tốt dạng tập trên, tạo cho em hứng thú niềm yêu thích mãnh liệt vào môn học? Trả lời cho băn khoăn, trăn trở ấy, nghiên cứu mạnh dạn đưa phương pháp sử dụng giá trị trung bình khối lượng mol trung bình, số nguyên tử Cacbon trung bình, số nguyên tử Hiđro trung bình áp dụng giải số BTHH thuộc chương trình THCS với mong muốn đưa dạng BT phổ biến dạy học mơn hóa học, góp phần nâng cao chất lượng cơng tác bồi dưỡng HSG mơn Hóa học cấp THCS -  - PHẦN NỘI DUNG 2.1 Thực trạng trước thực giải pháp đề tài 2.1.1 Số liệu thống kê Thực trạng trước thực đề tài, qua trực tiếp giảng dạy bồi dưỡng HSG tham khảo ý kiến đồng nghiệp nhận thấy đa số HS cách giải tập có sử dụng giá trị trung bình Qua khảo sát chất lượng học sinh lớp bồi dưỡng HSG hoá học với BT giải cách sử dụng giá trị trung bình, kết sau: Điểm Tổng số HS 25 – 10 SL % 0 Điểm Điểm Điểm 7- SL % 5-6 0-4 TB trở lên SL % SL % SL % 20 19 76 24 2.1.2 Tình hình trước thực giải pháp đề tài -2- Qua thực tế giảng dạy lớp bồi dưỡng HSG hố 9, tơi thấy việc giải BT cách sử dụng giá trị trung bình em HS hạn chế: - Rất HS vận dụng giải tốt BTHH giải cách sử dụng giá trị trung bình, dù với BT đơn giản theo chương trình hóa học THCS - Đa số HS không nắm kiến thức giá trị trung bình: khối lượng mol trung bình, số nguyên tử cacbon trung bình, cơng thức tính nên em khơng vận dụng vào giải BT, kết không giải BT, dẫn đến làm giảm sút niềm yêu thích, hứng thú HS học tập mơn hóa học 2.1.3 Nguyên nhân dẫn đến tình hình trên: Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu cho thấy việc sử dụng giá trị trung bình vào giải BTHH có nhiều bất cập nguyên nhân sau: * Về giáo viên: - Trong trình dạy học, GV dừng lại kiến thức sách giáo khoa (SGK), chưa trọng mở rộng, nâng cao kiến thức cho em - GV chưa truyền thụ truyền thụ chưa kỹ phương pháp giải BTHH giá trị trung bình GV chưa đào sâu mở rộng kiến thức cho HS, để em HS nắm chắn, từ vận dụng linh hoạt vào việc giải BT tương tự - Nhiều GV khơng tiếp xúc với dạng BT Vì q trình giảng dạy, GV khơng đề cập đến lý thuyết tập dạng cho HS Đó ngun nhân dẫn đến việc đa số HS cách sử dụng giá trị trung bình vào việc giải số BT hóa học Mặc dù phương pháp giải BT hay đặc trưng mang màu sắc riêng mơn hóa học * Về học sinh: - Đa số HS học tập mơn hố học theo phương pháp áp đặt mơn học thuộc lòng khác, em khơng có sáng tạo, khơng hiểu rõ chất vấn đề nên dễ quên, lúng túng vận dụng kiến thức vào việc giải BTHH - Đa số em dừng lại việc học tập theo hướng dẫn giáo viên giảng dạy, chưa chịu khó tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu dạng tập -3- - Các sách tham khảo đề cập đến dạng tập giải cách sử dụng giá trị trung bình sơ sài, chưa đủ để em nắm phương pháp giải BT dạng cách trọn vẹn, chắn 2.2 Các giải pháp Từ tình hình thực tế thực trạng giảng dạy mơn hố học trường THCS, tơi có số giải pháp sau để giúp HS nắm kiến thức vận dụng linh hoạt, sáng tạo phương pháp sử dụng giá trị trung bình để giải nhanh, xác số BTHH cấp THCS 2.2.1 Các giải pháp 1.1 Giải pháp 1: GV trang bị cho HS kiến thức lý thuyết cho HS áp dụng để giải tập sử dụng giá trị trung bình 1.1.1 Phương pháp khối lượng mol trung bình Nội dung phương pháp: a Hỗn hợp A gồm chất M1, M2: Khối lượng mol trung bình: Với: M tb = mhh a1M  a2 M = nhh a1  a2 (1) a1, a2 số mol chất M1, M2 M1, M2 khối lượng mol chất M1, M2 Nếu: M1 < M2  M1 < M tb < M2 b Hỗn hợp B gồm có n chất M1, M2 Mn: Khối lượng mol trung bình: Với: M tb = a1M  a2 M  a3 M   M n a1  a2  a3   a n (2) a1, a2, a3 số mol chất có hỗn hợp M1, M2, M3, khối lượng mol chất có hỗn hợp c Với hỗn hợp chất khí: Vì điều kiện, nhiệt độ , áp suất, tỉ lệ số mol (n) tỉ lệ thể tích (V) Nên khối lượng mol trung bình xác định theo thể tích (V) Khi tính M tb áp dụng CT (1), (2) thay giá trị số mol (n) giá trị thể tích (V) ) M tb = mhh V1M  V2 M = V V Vhh (3) ( với hh gồm chất M1, M2) -4- M tb = V1M  V2 M  V3 M  V1  V2  V3  (4) ( với hh gồm n chất M1, M2, M3 ) 1.1.2 Phương pháp số nguyên tử Cacbon trung bình Nội dung phương pháp: a Hỗn hợp A gồm chất hữu X, Y: Số nguyên tử cacbon trung bình: ntb = Với: nC a1n1  a2 n2 = a1  a2 nhchc n1, n2 số nguyên tử Cacbon phân tử X, Y a1, a2 số mol X, Y Nếu: n1 < n2  n1 < ntb < n2 b Hỗn hợp B gồm có n hợp chất hữu cơ(HCHC) : Số nguyên tử cacbon trung bình: Với: ntb = a1n1  a2 n2   an nn a1  a2   an n1, n2, n3 nn số nguyên tử Cacbon phân tử HCHC a1, a2, a3 an số mol HCHC c Với phản ứng đốt cháy hợp chất hữu ( không tạo thành muối cacbonat): Số nguyên tử cacbon trung bình: ntb = nCO2 nhchc ( theo PT cháy nCO  nC ) d Theo giá trị khối lượng mol trung bình: M tb = mhh  ntb nhh Ngồi ra, tính ntb từ PT tốn học hệ PT toán học thiết lập 1.2 Giải pháp 2: GV tiến hành phân loại BT áp dụng giải số BT mẫu 1.2.1 Bài tập áp dụng phương pháp khối lượng mol trung bình - Phương pháp thường sử dụng để giải tập có sử dụng M tb hóa vơ hóa hữu - Thay số chất chất trung bình tính tốn giúp ta rút gọn PT phản ứng tính tốn dễ dàng, chứa ẩn số -5- - Mặt khác, tốn cho kiện, khơng đủ để thiết lập phương trình tốn học để tìm u cầu ta sử dụng phương pháp để biện luận kết cần tìm Lưu ý: Khi thay chất chất trung bình thì: + Số mol chất trung bình tổng số mol chất mà thay + Khối lượng chất trung bình tổng khối lượng chất mà thay a Hóa vô Áp dụng cho trường hợp hỗn hợp gồm hay nhiều kim loại liên tiếp nhóm, hay nhiều kim loại có hóa trị hợp chất có chứa hay nhiều nguyên tố nhóm hay có hóa trị Khi ta thay kim loại chất kim loại trung bình chất trung bình, dựa vào giá trị trung bình bất đẳng thức: Mmin < Mtb < Mmax Trong Mmin khối lượng mol chất có M nhỏ nhất, M max khối lượng mol chất có M lớn Từ đó, ta tìm kim loại hay nguyên tố nhóm thõa mãn điều kiện tốn Ngồi ra, phương pháp sử dụng cho hỗn hợp khí kết hợp thêm số phương pháp khác để giải tốn sử dụng giai đoạn nhỏ trình giải toán Bài tập 1: hh X gồm kim loại kiềm A, B nằm Lấy g X hòa tan hồn tồn vào nước thu 2,24 lít H2 (đktc).Biết MA1), số mol x - Viết PTHH, dựa vào giá trị , nCO , mX giải hệ PT tìm ẩn x, nx MX - Từ x, xn  n  CTPT, CTCT A, B Giải: 8, 6, 72 5,  0,3(mol ) a Ta có: nO  22,  0,375(mol ) , nCO  22,  0,3(mol ) , nH O  18 2 Công thức chung axit cacboxylic no, đơn chức A, B CnH2nO2(n >1) với số mol x PTHH: CnH2nO2 + 3n  to O2 �� � n CO2 + n H2O Mol: 3n  x Ta có: x nCO2  nx  0,3( mol ) nx nx (I) Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX  mO2  mCO2  mH 2O  mX = 0,3.44+ 5,4 - 0,375.32 = 6,6 (g) (14n +32)x = 6,6 g 14nx +32x = 6,6 (II) Giải hệ PH I, II ta có: nx = 0,3, x = 0,075n = Vậy khối lượng mol trung bình hỗn hợp X là: 6, MX = 0, 075  88( g ) b Theo ra: MB = MA + 28  B A nhóm CH2, ta có số nguyên tử C A, B thõa mãn: nC(A) < < nC(B)= nC(A) +2  nC(A) = 3, nC(B)= Vậy CTPT A, B là: C3H6O2, C5H10O2 -9- Các đồng phân A, B: A: Có đồng phân CH3-CH2- COOH (1) CH3 - CH(COOH)- CH3 (2) CH3 - (CH2)3- COOH (1) CH3 - CH2 - CH(COOH) - CH3 (2) CH3 - CH (CH3)- COOH (3) CH3 - C(CH3)(COOH)- CH3 (4) B: Có đồng phân * Một số BT giải tương tự: Bài 1: Hòa tan 4,59 g Al lượng vừa đủ dd HNO 1,5M thu dd X chứa Al(NO3)3 3,36 (l) hh khí NO, N2O có tỉ khối so với hiđro 16,75 a Tính khối lượng chất có dd X b Tính thể tích dd HNO3 1,5M dùng? Đáp án: a mAl ( NO ) = 36,21 g 3 b VddHNO = 398,3 l Bài 2: Hòa tan hồn tồn 12 gam hỗn hợp Fe kim loại M (hóa trị II) vào dung dịch HCl dư thu 6,72 lít khí (đktc) Mặt khác, cho 3,6 g M tác dụng với 400 ml H 2SO4 1M thấy axit dư Xác định tên kim loại M? Đáp án: Kim loại M Magie ( < MMg= 24 < 40) Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 3,1 gam hỗn hợp kim loại kiềm vào nước, để trung hoà dd thu phải dùng 50 ml dd HCl 2M, sau phản ứng thu dd A a Cô cạn dd A thu gam muối khan? b Xác định tên kim loại kiềm biết số mol kim loại hỗn hợp nhau? Đáp án: a m muối khan = 6,65 g b kim loại kiềm Natri, Kali ( MNa < Mtb< MK , 23 < 31 < 39) Bài 4: Hòa tan 174 g hh gồm muối cacbonat sunfat kim kiềm vào dd HCl dư Toàn khí hấp thụ tối thiểu 500 ml dd KOH 3M Xác định kim loại kiềm Đáp án: - 10 - Kim loại kiềm Natri ( 18 < MNa= 23 < 28) 1.2.2 Bài tập áp dụng phương pháp số nguyên tử cacbon trung bình Phương pháp thường sử dụng để giải tập xác định công thức phân tử chất hữu hỗn hợp chúng với chất hữu khác Lưu ý: Khi thay chất chất có số nguyên tử Cacbon trung bình thì: + Số mol chất trung bình tổng số mol chất mà thay + Khối lượng chất trung bình tổng khối lượng chất mà thay a Hỗn hợp gồm chất dãy đồng đẳng - Dùng hợp chất có số ngun tử cacbon trung bình thay cho hỗn hợp chất dãy đồng đẳng Công thức trung bình thay cho chất cơng thức tổng qt dãy đồng đẳng mà thay Ankan: CnH2n+2( n ≥ 1) Anken: CnH2n (n ≥ 2) Ankin: CnH2n-2 (n ≥ 2) Aren: CnH2n-6 (n ≥ 6) Rượu no đơn chức: CnH2n+2O (n ≥ 1) Axit no, đơn chức: CnH2nO2 (n ≥ 1) - Nếu hỗn hợp gồm chất A, B thì: + Xét trường hợp A, B đồng đẳng liên tiếp: Cn, Cn+1 với n < n tb < n+1 + Xét trường hợp A, B đồng đẳng không liên tiếp: Cn, Cm với n < n tb < m thường tìm n trước, tìm m sau Ta ln có nmin < ntb < n max, kết hợp với kiện khác toán chất liên tiếp dãy đồng đẳng, hay chất cách k nguyên tử C, ta xác định n min, n max Bài tập 5: Dẫn 4,48 lít hh X ( đktc ) gồm anken A B liên tiếp dãy đồng đẳng vào nước brom dư thấy khối lượng bình đựng nước brom tăng 10,5 g a Xác định CTPT A, B b Tính tỉ khối hh so với Hiđro - 11 - Hướng dẫn giải: - Công thức chung anken : CnH2n ( n ≥ 2), với số mol a - từ nhhX, khối lượng bình đựng dd Br2 tăngnhhX - Từ nhhX, mhhXMhhX Giải: 4, 48  0, n  CT anken 22, 4, 48 a nhhX = 22,  0, (mol) Gọi cơng thức chung anken cần tìm CnH2(n ≥ 2, n số nguyên tử C trung bình ) Vì khối lượng bình đựng nước brom tăng 10,5 gmhhX = 10,5 g MhhX = 10,5  52,5 (g)= 14n n = 3,75 0, Vì anken liên tiếp dãy đồng đẳngCTPT anken: C3H6, C4H8 b Tỉ khối hh X so với H2: d hhX H  52,5  26, 25 b Hỗn hợp gồm chất không dãy đồng đẳng - Dùng hợp chất có số nguyên tử Cacbon trung bình thay chất khác có số nguyên tử Cacbon khác không thuộc dãy đồng đẳng - Ngồi ra, ta sử dụng thêm đại lượng số nguyên tử Hiđro trung bình với cơng thức tính đặt hồn tồn tương tự số nguyên tử Cacbon trung bình Số nguyên tử Hiđro trung bình: ntb = Với: a1n1  a2 n2 a1  a2 n1, n2 số nguyên tử Hiđro phân tử X, Y a1, a2 số mol X, Y Nếu hỗn hợp chất có số nguyên tử Cacbon khác số ngun tử Hiđro gọi cơng thức chứa đại lượng số nguyên tử Hiđro trung bình Bài tập 6: Đốt cháy hồn tồn 4,48 lít hh khí Y gồm C3H8 HC A mạch hở ( có chứa liên kết bền) thu 22 g CO2 10,8 g H2O a Tính thể tích khơng khí cần dùng để đốt cháy hết hh Y ( biết khí đo đktc, oxi chiếm 20% thể tích khơng khí ) b Xác định cơng thức phân tử, công thức cấu tạo A - 12 - Hướng dẫn giải: - Công thức chung HC A : CxHy ( x ≥ 2), a, b số mol C3H8, CxHy - Viết PTHH, theo nhhY , nCO , nH O  nO  Vkk 2 - Xác định số nguyên tử Cacbon trung bình hh Y theo CT: ntb  nCO2 nhhY x < ntb< 3xCT HC A Giải: a PTHH: C3H8 + O2 � y� CxHy + �x  �O2 4� � CO2 + H2O t �� � t �� � xCO2 + y H2O (1) (2) Gọi a, b số mol C3H8, CxHy Ta có: nhhY = a + b = 0,2 (I) 22 Theo PT 1,2 : nCO = 3a + xb = = 0,5 (II) 44 nH 2O = 4a + y/2 b = 10,8/ 18 = 0,6 8a + yb = 1,2 (III) nO2 = 5a + (x+y/4 )b = 5a + xb + yb/4 = 5a + 0,5 -3a + ( 1,2 - 8a)/ = 0,8 mol Vậy thể tích khơng khí cần dùng: Vkk = VO = 0,8 22,4 = 89,6 (l) b Số nguyên tử Cacbon trung bình hh Y: ntb  nCO2 nhhY  3a  xb 0,5   2,5 a b 0, Ta có: ≤ x< 2,5<  x = CT A: C2H4 CTCT A: CH2 = CH2 * Một số BT giải tương tự: Bài 1: Một hh X gồm anken A, B 28 đvC, có d X H = 16,625 a Xác định CTPT A, B thành phần % thể tích hh X b Cho hh Y gồm 26,6 g X g H vào bình có dung tích V Tính V, biết khí đo đktc - 13 - Đáp án: a C2H4, C4H8 82,5% C2H4, 17,5% C4H8 b 40,32 (l) Bài 2: Đốt cháy V lít hh khí X đktc gồm HC tạo thành 4,4 g CO2 1,8 g H2O a Cho biết HC thuộc dãy đồng đẳng dãy: ankan, anken, ankin b Nếu HC thuộc dãy đồng đẳng dãy đồng đẳng lấy V lít hh X thực pư hiđro hố hồn tồn đốt cháy sp thu 2,34 g H2O Xác định CTPT HC Đáp án: a nCO  nH O , nên HC: + Là anken dãy đồng đẳng 2 + Gồm an kan, ankin khác dãy đồng đẳng b.Vì HC thuộc dãy đồng đẳng  HC anken CT CnH2n  n = 3,3CT anken: C2H4, C3H6 C2H4, C4H8 Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn lượng hỗn hợp rượu no đơn chức dãy đồng đẳng thu 4,48 lít khí CO2 đktc 4,95 g nước a Tìm CTPT, viết CTCT rượu b Xác định % m rượu hh ban đầu Đáp án: a CTPT: C2H6O, C3H8O; CTCT: C2H5OH C3H7OH b 33,33% C2H5OH 66,67% C3H7OH Bài 4: Hai hợp chất hữu A B mạch hở (chỉ chứa nguyên tố C,H,O,M A