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

Với những lí do trên, cùng với sự ham học hỏi, muốn có cơ hội tích lũy thêm kiến thức, kinh nghiệm cho bản thân đã thôi thức tôi chọn đề tài với nội dung “Sử dụng giá trị trung bình để g

1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài:

Tham gia dạy bồi dưỡng HSG nhiều năm, để đạt được kết quả cao bản thân tôi đã phải tích cực nghiên cứu, tìm tòi tự tích lũy cho mình các kiến thức bộ môn phục vụ cho việc giảng dạy Trong quá trình tìm tòi ấy, tôi phát hiện ra có một dạng BT rất hay với cách giải rất độc đáo, thú vị mà thấp thoáng đâu đó trong các đề thi HSG, sách tham khảo, nâng cao hóa học THCS ta thường bắt gặp Đó là dạng BT giải bằng phương pháp

sử dụng giá trị trung bình Đây là một dạng BT hay, phát huy được sự nhanh nhạy của

HS, nó không chỉ dừng lại ở chương trình THCS mà còn là một trong những phương pháp giải bài tập nhanh trong chương trình THPT Tuy nhiên khi tìm hiểu thực tế về việc giải các BT dạng này của các em HS thì đa số các em tỏ ra rất lúng túng, không biết giải như thế nào, mặc dù dạng BT này không quá khó so với một số các dạng BTHH khác

mà các em đã được học

Với những lí do trên, cùng với sự ham học hỏi, muốn có cơ hội tích lũy thêm

kiến thức, kinh nghiệm cho bản thân đã thôi thức tôi chọn đề tài với nội dung “Sử dụng giá trị trung bình để giải bài tập hóa học ” làm sáng kiến kinh nghiệm của mình,

với mong muốn góp phần thiết thực vào việc nâng cao chất lượng bồi dưỡng HSG môn hóa học lớp 9, qua đó nâng cao chất lượng công tác bồi dưỡng HSG của huyện nhà nói chung

1.2 Điểm mới của đề tài:

Qua tìm hiểu nhiều sách tham khảo môn hoá học, tôi thấy rằng có khá nhiều sách tham khảo của một số tác giả đề cập đến dạng BT giải bằng phương pháp sử dụng giá trị trung bình Tuy nhiên đa số sách tham khảo ấy đều đề cập đến dạng BT trên còn quá sơ sài, có sách thì đưa ra một vài BT về khối lượng mol trung bình, có sách chỉ đưa ra một vài BT về sử dụng số nguyên tử Cacbon trung bình, nội dung các BT đơn lẻ, không tổng hợp cho người đọc một cách tổng quát về phương pháp giải BTHH bằng cách sử dụng giá trị trung bình

Như vậy chưa có một quyển sách tham khảo nào trên thị trường hướng dẫn cho

GV, HS THCS phương pháp giải các BT sử dụng giá trị trung bình theo chương trình THCS một cách chi tiết, đầy đủ, rõ ràng Vì thế khi HS gặp các BT giải bằng cách sử

dụng giá trị trung bình thì các em HS dù là HS khá, giỏi cũng khó mà tiếp nhận phương pháp giải BTHH trên một cách được đầy đủ, chắc chắn

Đó là một vấn đề mà bản thân tôi, người GV đang trực tiếp giảng dạy bồi dưỡng HSG môn hoá học THCS phải trăn trở, suy nghĩ Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích khi tiếp xúc với các em HS trong đội tuyển HSG môn hóa học 9 , tôi nhận thấy

đa số các em tỏ ra rất lúng túng, không xác định được cách giải, không tự tin khi giải các

BT có sử dụng giá trị trung bình

Vậy làm thế nào để giúp các em có kỹ năng giải quyết tốt dạng bài tập trên, tạo cho các em hứng thú và niềm yêu thích mãnh liệt vào môn học? Trả lời cho băn khoăn, trăn trở ấy, tôi đã nghiên cứu và mạnh dạn đưa ra phương pháp sử dụng các giá trị trung bình như khối lượng mol trung bình, số nguyên tử Cacbon trung bình, số nguyên tử Hiđro trung bình áp dụng giải một số BTHH thuộc chương trình THCS với mong muốn đưa dạng BT trên phổ biến trong dạy và học môn hóa học, góp phần nâng cao chất lượng công tác bồi dưỡng HSG môn Hóa học cấp THCS



-2 PHẦN NỘI DUNG 2.1 Thực trạng trước khi thực hiện các giải pháp của đề tài

2.1.1 Số liệu thống kê

Thực trạng trước khi thực hiện đề tài, qua trực tiếp giảng dạy bồi dưỡng HSG và tham khảo ý kiến của các đồng nghiệp tôi nhận thấy đa số HS không biết cách giải các bài tập có sử dụng giá trị trung bình

Qua khảo sát chất lượng học sinh lớp bồi dưỡng HSG hoá học 9 với các BT giải bằng cách sử dụng giá trị trung bình, kết quả như sau:

Tổng

số HS

Điểm

9 – 10

Điểm

7 - 8

Điểm

5 - 6

Điểm

0 - 4

TB trở lên

2.1.2 Tình hình trước khi thực hiện các giải pháp của đề tài.

Qua thực tế giảng dạy lớp bồi dưỡng HSG hoá 9, tôi thấy việc giải BT bằng cách sử dụng giá trị trung bình của các em HS còn rất hạn chế:

- Rất ít HS vận dụng và giải quyết tốt các BTHH giải bằng cách sử dụng giá trị trung bình, dù với các BT đơn giản theo chương trình hóa học THCS

- Đa số HS không nắm được các kiến thức cơ bản về các giá trị trung bình: khối lượng mol trung bình, số nguyên tử cacbon trung bình, các công thức tính nên các em không vận dụng được vào giải BT, kết quả là không giải được BT, dẫn đến làm giảm sút niềm yêu thích, sự hứng thú của HS khi học tập bộ môn hóa học

2.1.3 Nguyên nhân dẫn đến tình hình trên:

Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu cho thấy việc sử dụng giá trị trung bình vào giải các BTHH còn có nhiều bất cập do các nguyên nhân sau:

* Về giáo viên:

- Trong quá trình dạy học, GV chỉ mới dừng lại ở kiến thức cơ bản sách giáo khoa (SGK), chưa chú trọng mở rộng, nâng cao kiến thức cho các em

- GV chưa truyền thụ hoặc truyền thụ chưa kỹ phương pháp giải BTHH bằng các giá trị trung bình GV chưa đào sâu mở rộng kiến thức cho HS, để các em HS nắm chắc chắn,

từ đó vận dụng linh hoạt vào việc giải quyết các BT tương tự

- Nhiều GV hầu như không hề tiếp xúc với dạng BT này Vì thế trong quá trình giảng dạy, GV không hề đề cập đến lý thuyết cũng như bài tập về dạng này cho HS Đó cũng

là nguyên nhân chính dẫn đến việc đa số HS không biết cách sử dụng giá trị trung bình vào việc giải một số BT hóa học Mặc dù đây là một phương pháp giải BT rất hay và rất đặc trưng mang màu sắc riêng của môn hóa học

* Về học sinh:

- Đa số HS học tập môn hoá học theo phương pháp áp đặt như các bộ môn học thuộc lòng khác, do đó các em không có sự sáng tạo, không hiểu rõ bản chất của vấn đề nên dễ quên, lúng túng khi vận dụng kiến thức vào việc giải BTHH

- Đa số các em chỉ mới dừng lại ở việc học tập theo sự hướng dẫn của giáo viên giảng dạy, chưa chịu khó tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu các dạng bài tập mới

- Các sách tham khảo đề cập đến dạng bài tập giải bằng cách sử dụng giá trị trung bình còn sơ sài, chưa đủ để các em nắm được phương pháp giải các BT dạng này một cách trọn vẹn, chắc chắn

2.2 Các giải pháp

Từ tình hình thực tế trên và thực trạng giảng dạy môn hoá học ở các trường THCS, tôi có một số giải pháp sau để giúp HS nắm chắc kiến thức và vận dụng linh hoạt, sáng tạo phương pháp sử dụng giá trị trung bình để giải nhanh, chính xác một số BTHH cấp THCS

2.2.1 Các giải pháp

1.1 Giải pháp 1: GV trang bị cho HS những kiến thức cơ bản về lý thuyết cho

HS áp dụng để giải các bài 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 2 chất M1, M2:

Khối lượng mol trung bình: M tb = hh

hh

m



Với: a1, a2 lần lượt là số mol của các chất M1, M2

M1, M2 lần lượt là khối lượng mol của các chất M1, M2

Nếu: M 1 < M 2  M 1 < M tb < M 2

b Hỗn hợp B gồm có n chất M1, M2 Mn:

Khối lượng mol trung bình: M tb = 1 1 2 2 3 3

M a

n n

Với: a1, a2, a3 lần lượt là số mol của các chất có trong hỗn hợp

M1, M2, M3, lần lượt là khối lượng mol của các chất có trong hỗn hợp

c Với hỗn hợp các chất khí:

Vì trong cùng điều kiện, nhiệt độ , áp suất, tỉ lệ số mol (n) bằng tỉ lệ thể tích (V) Nên khối lượng mol trung bình có thể được xác định theo thể tích (V)

Khi tính M tbáp dụng CT (1), (2) và thay giá trị số mol (n) bằng giá trị thể tích (V) )

tb

hh

m

V V



 (3) ( với hh gồm 2 chất M1, M2)

   (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 2 chất hữu cơ X, Y:

Số nguyên tử cacbon trung bình:

tb

a n a n



 = hchc C

n n

Với: n1, n2 lần lượt là số nguyên tử Cacbon trong phân tử X, Y

a1, a2 lần lượt là số mol của X, Y

Nếu: n 1 < n 2  n 1 < n tb < n 2

b Hỗn hợp B gồm có n hợp chất hữu cơ(HCHC) :

Số nguyên tử cacbon trung bình: n tb = 1 1 2 2

n n n

   Với: n1, n2, n3 nn lần lượt là số nguyên tử Cacbon trong phân tử các HCHC

a1, a2, a3 an lần lượt là số mol của các HCHC

c Với các phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ ( không tạo thành muối cacbonat):

Số nguyên tử cacbon trung bình: n tb = CO2

hchc

n

n ( vì theo PT cháy n CO2  n C)

d Theo giá trị khối lượng mol trung bình:

tb

hh

m

n n tb

Ngoài ra, có thể tính n tbtừ các PT toán học hoặc hệ PT toán học thiết lập được

1.2 Giải pháp 2: GV tiến hành phân loại BT và áp dụng giải một số BT mẫu 1.2.1 Bài tập áp dụng phương pháp khối lượng mol trung bình

- Phương pháp thường sử dụng để giải các bài tập có sử dụng Mtb trong hóa vô cơ và hóa hữu cơ

- Thay thế một số chất bằng chất trung bình trong tính toán giúp ta rút gọn còn ít PT phản ứng và tính toán dễ dàng, chứa ít ẩn số

- Mặt khác, nếu bài toán cho ít dữ kiện, không đủ để thiết lập các phương trình toán học

để tìm yêu cầu bài ra thì ta có thể sử dụng phương pháp này để biện luận ra được kết quả cần tìm

Lưu ý: Khi thay thế các chất nào đó bằng một chất trung bình thì:

+ Số mol của chất trung bình bằng tổng số mol các chất mà nó thay thế

+ Khối lượng chất trung bình chính bằng tổng khối lượng các chất mà nó thay thế

a Hóa vô cơ

Áp dụng cho trường hợp hỗn hợp gồm 2 hay nhiều kim loại liên tiếp trong cùng 1 nhóm, 2 hay nhiều kim loại có cùng hóa trị hoặc hợp chất có chứa 2 hay nhiều nguyên tố trong cùng nhóm hay có cùng hóa trị

Khi đó ta thay thế các kim loại hoặc các chất đó bằng một kim loại trung bình hoặc một chất trung bình, dựa vào giá trị trung bình và bất đẳng thức:

Mmin < Mtb < Mmax

Trong đó Mmin chính là khối lượng mol của chất có M nhỏ nhất, Mmax là khối lượng mol của chất có M lớn nhất Từ đó, ta tìm được các kim loại hay nguyên tố trong cùng nhóm thõa mãn điều kiện bài toán

Ngoài ra, phương pháp này còn sử dụng cho hỗn hợp khí hoặc kết hợp thêm một số phương pháp khác nữa để giải toán hoặc nó được sử dụng ở một giai đoạn nhỏ trong quá trình giải toán

Bài tập 1: hh X gồm 2 kim loại kiềm A, B nằm kế tiếp nhau Lấy 3 g X hòa tan

hoàn toàn vào nước thu được 2,24 lít H2 (đktc).Biết MA<MB, xác định các kim loại A,B Hướng dẫn giải:

- Thay 2 kim loại kiềm trên bằng 1 kim loại trung bình R, tìm MR

- Viết PTHH, từ n H2 nR

- Từ nRMR, vì MA < MR < MB MA, MB

Giải: Thay 2 kim loại kiềm A, B bằng 1 kim loại trung bình R

PTHH: 2 R + 2 H2O 2 ROH + H2

2

2, 24

0,1( )

22, 4

H

Mol: 0,2 0,1

MR = 3 15

0, 2  (g) Vậy 2 kim loại kiềm liên tiếp có khối lượng mol thỏa mãn

MA < 15 < MB là Liti (MLi=7 g) và Natri (MNa = 23 g)

Bài tập 2: Hòa tan hoàn toàn 2,84 g hh 2 muối cacbonat của 2 kim loại kiềm

thổ và thuộc 2 chu kỳ liên tiếp trong bảng tuần hoàn bằng dd HCl ta thu được dd X và

672 ml CO2 (ở đktc).

a Xác định tên các kim loại.

b Cô cạn dd X thì thu được bao nhiêu g muối khan.

Hướng dẫn giải:

- Thay 2 kim loại kiềm thổ trên bằng 1 kim loại trung bình M, tìm MM

- Viết PTHH, từ n CO2 n MCO3

- Từ n MCO3MM, vì M1 < MM < M2 M1, M2

Giải:

a Gọi công thức chung của 2 muối cacbonat cần tìm là MCO3

PTHH: MCO3 + 2HCl MCl2 + CO2 +H2O n CO2= 0, 672 0,03(mol)

22, 4  Mol: 0,03 0,03 0,03

 M MCO3= 2,84 94,67 (g)

0,03  MM = 94,67 - 60 = 34,67

Ta có: M1 < 34,67 < M2 ( với M1, M2 là 2 kim loại kiềm thổ)

Vì M1, M2 thuộc 2 chu kỳ liên tiếp nên 2 kim loại kiềm thổ cần tìm là Magie (MMg=24 g) và Canxi (MCa = 40 g)

b Khối lượng muối khan thu được là:

2 0,3.105,67 3,17 (g)

MCl

b Hóa hữu cơ

Áp dụng phương pháp này để biện luận xác định hợp chất có M nhỏ nhất trong dãy đồng đẳng hay trong hỗn hợp

Thay thế 1 hỗn hợp các chất trong dãy đồng đẳng bằng một chất trung bình Như vậy, có rất nhiều bài tập hóa học, nếu giải theo PT thông thường thì số ẩn nhiều hơn số PT toán học thiết lập được, chính vì vậy ta không thể tìm được nghiệm

pư (ban đầu)

hoặc nếu biện luận theo các ẩn thì mất rất nhiều thời gian và phức tạp Tuy nhiên nếu ta

áp dụng phương pháp Mtb thì việc giải quyết bài tập sẽ rất đơn giản và ngắn gọn hơn nhiều

Bài tập 3: hh khí X gồm H 2 và một anken có khả năng cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất, tỉ khối của X so với H2 bằng 9,1 Đun nóng X có xúc tác Ni, sau khi pư xãy ra hoàn toàn, thu được hh khí Y không làm mất màu dd Br2, tỉ khối của Y so với H2 bằng 13 Xác định CTPT, CTCT của an ken.

Hướng dẫn giải:

- Công thức chung của anken: CnH2n

- Dựa vào các giá trị

2

X

2

Y

- Viết PTHH, theo định luật bảo toàn khối lượng  mX= mY  nY

- Theo PTHH, từ nX, nYn C H n 2n M C H n 2nn CT anken

Giải:

Ta có: d X H2= 9,1  MX = 9,1.2 = 18,2 (g)

2

Y

d H = 13  MY = 13.2 = 26 (g)

Gọi công thức của anken cần tìm là CnH2n ( n ≥ 2)

PTHH: CnH2n+ H2 ,

o

Ni t

��� � CnH2n+2

Xét 1 mol X, mX = 18,2 g

Theo định luật bảo toàn khối lượng: mY=mX= 18,2 nY = 18, 2 0, 7 (mol)

26 

Ta thấy: M H2 2 M Y 26 M C H n 2n M C H n 2n2



     (M C H n 2n � 14n 14.2 28  (g))

 Trong Y có chứa H2, vì phản ứng xảy ra hoàn toàn, nên trong phản ứng trên CnH2n hết,

H2 dư

Theo PT trên: 2 2 0,7 ( )

n n

n H2 = 1- 0,3 = 0,7 (mol)

Ta có: 0,7.2 0,3.14 18, 2 16,8

X

n

4 CTPT của anken là C4H8

Vì anken C4H8 có khả năng cộng HBr cho sản phẩm hữu cơ duy nhất, nên CTCT của anken là: CH3 - CH = CH - CH3

PTHH: CH3 - CH = CH - CH3 + HBr CH3 - CH2 - CHBr - CH3

Bài tập 4: Để đốt cháy hoàn toàn m g hh X gồm A và B là các axit cacboxylic

no, đơn chức cần 8,4 lít O2 đktc thu được 6,72 lít CO2 đktc và 5,4 g H2O.

a Tính khối lượng mol trung bình của hh X.

b Cho biết khối lượng mol phân tử của B lớn hơn khối lượng mol phân tử của A là 28

g Hãy xác định CTPT của A và B, viết các đồng phân của chúng.

Hướng dẫn giải:

- Công thức chung của 2 axit cacboxylic no, đơn chức : CnH2nO2 ( n >1), số mol x

- Viết PTHH, dựa vào các giá trị ,n CO2, m Xgiải hệ PT tìm ẩn x, nx MX

- Từ x, xn  n CTPT, CTCT A, B

Giải:

a Ta có: 2

8, 4 0,375( )

22, 4

O

n   mol , 2 6, 72 0,3( )

22, 4

CO

2

5, 4 0,3( ) 18

H O

Công thức chung 2 axit cacboxylic no, đơn chức A, B là CnH2nO2(n >1) với số mol là x PTHH: CnH2nO2 + 3 2

2

n

O2

o

t

�� � n CO2 + n H2O

Mol: x 3 2

2

n x nx nx

Ta có: n CO2 nx 0,3(mol) (I)

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

m m m m  m X = 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 = 4

Vậy khối lượng mol trung bình của hỗn hợp X là: MX = 6, 6 88( )

0,075  g

b Theo bài ra: MB = MA + 28  B hơn A 2 nhóm CH2, ta có số nguyên tử C trong A, B thõa mãn: nC(A) < 4 < nC(B)= nC(A) +2  nC(A) = 3, nC(B)= 5

Vậy CTPT A, B lần lượt là: C3H6O2, C5H10O2

Các đồng phân của A, B:

A: Có 2 đồng phân

B: Có 4 đồng phân

CH3 - (CH2)3- COOH (1) CH3 - CH2 - CH(COOH) - CH3 (2)

CH3 - CH (CH3)- COOH (3) CH3 - C(CH3)(COOH)- CH3 (4)

* Một số BT giải tương tự:

Bài 1: Hòa tan 4,59 g Al bằng lượng vừa đủ dd HNO3 1,5M thì thu được dd X chứa Al(NO3)3 và 3,36 (l) hh khí NO, N2O có tỉ khối hơi so với hiđro là 16,75

a Tính khối lượng các chất có trong dd X

b Tính thể tích dd HNO3 1,5M đã dùng?

Đáp án:

a m Al NO( 3 3 ) = 36,21 g

b.V ddHNO3= 398,3 l

Bài 2: Hòa tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và kim loại M (hóa trị II) vào dung dịch

HCl dư thu được 6,72 lít khí (đktc) Mặt khác, cho 3,6 g M tác dụng với 400 ml H2SO4

1M thấy axit còn dư Xác định tên kim loại M?

Đáp án:

Kim loại M là Magie ( 9 < MMg= 24 < 40)

Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 3,1 gam hỗn hợp 2 kim loại kiềm vào nước, để trung hoà dd

thu được phải dùng 50 ml dd HCl 2M, sau phản ứng thu được dd A

a Cô cạn dd A sẽ thu được bao nhiêu gam muối khan?

b Xác định tên kim loại kiềm biết số mol của 2 kim loại trong hỗn hợp là như nhau?

Đáp án:

a m muối khan = 6,65 g

b 2 kim loại kiềm là Natri, Kali ( MNa < Mtb< MK , 23 < 31 < 39)

Bài 4: Hòa tan 174 g hh gồm 2 muối cacbonat và sunfat của cùng một kim kiềm vào dd

HCl dư Toàn bộ khí thoát ra được hấp thụ tối thiểu bởi 500 ml dd KOH 3M Xác định kim loại kiềm

Đáp án: