Sáng kiến kinh nghiệm: Vận dụng nội dung thuyết cân bằng hóa học trong dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học

- Khó khăn: Một số giáo viên chưa tham gia dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh nên cũng gặp nhiều khó khăn trong việc định hướng ôn tập cho học sinh thi học sinh giỏi cấp tỉnh, thi THP

Kết quả thực hiện sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp,

ứng dụng tiến bộ kỹ thuật hoặc nghiên cứu khoa học sƣ phạm ứng dụng

I- Sơ lƣợc lý lịch tác giả:

- Họ và tên: Lê Huy Vũ Giới tính: Nam

- Ngày tháng năm sinh: 1975

- Nơi thường trú: Ấp thượng 3 thị trấn Phú Mỹ huyện Phú Tân tỉnh An Giang

- Đơn vị công tác: Trường THPT Chu Văn An

- Chức vụ hiện nay: Tổ trưởng chuyên môn

- Trình độ chuyên môn: Tốt nghiệp Đại học Sư phạm môn Hóa học

- Lĩnh vực công tác: Giáo viên dạy môn Hóa học

II.- Sơ lƣợc đặc điểm tình hình đơn vị: Nêu tóm tắt tình hình đơn vị, những thuận

lợi, khó khăn của đơn vị trong việc thực hiện nhiệm vụ

- Thuận lợi: Giáo viên có trình độ chuyên môn vững vàng Tham gia giảng dạy

bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tính, ôn thi THPT quốc gia nhiều năm tại đơn vị

- Khó khăn: Một số giáo viên chưa tham gia dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp

tỉnh nên cũng gặp nhiều khó khăn trong việc định hướng ôn tập cho học sinh thi học sinh giỏi cấp tỉnh, thi THPT quốc gia có liên quan đến nội dung cân bằng hóc học

- Tên sáng kiến:

Vận dụng nội dung thuyết cân bằng hóa học trong dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học

- Lĩnh vực: Hóa học

2

III Mục đích yêu cầu của đề tài, sáng kiến:

1 Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến

Trước khi hiện sáng kiến giáo viên hướng dẫn học sinh giải bài tập liên quan đến mạch kiến thức cân bằng hóa học chủ yếu dựa vào những nội dung cơ bản của sách giáo khoa lớp 10 nên gặp nhiều khó khăn trong quá trình giải các bài tập liên quan đến nội dung cân bằng hóa học do đó hiệu quả mang lại chưa cao như mong đợi mà giáo viên đặt ra cho cả giáo viên và học sinh cùng phấn đấu

2 Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến

Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh những năm gần đây bao quát kiến thức của chương trình toàn cấp trung học phổ thông trong đó có phần kiến thức của lớp 10 liên quan đến nội dung cân bằng hóa học Mặt khác phần kiến thức trong đề thi học sinh giỏi cần vận dụng những nội dung kiến thức được học trong chương trình trung học phổ thông nhưng ở mức độ nâng cao Để giải quyết được những yêu cầu trong đề thi đặt ra có liên quan đến những kiến thức mà các em đã tiếp thu trong quá trình học tập, các em cũng cần có thêm những kỹ năng phân tích, phán đoán, khả năng tư duy, sáng tạo, phương pháp thích hợp để giải từng dạng bài tập cụ thể thì mới đáp ứng được nội dung của câu hỏi đặt ra trong đề thi

Nhằm tạo điều kiện cho học sinh tiếp nhận đầy đủ lượng kiến thức để dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh hàng năm, mặt khác đáp ứng được nhu cầu giảng dạy cho giáo viên bậc trung học phổ thông trong quá trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nên tôi mạnh dạn đăng ký viết đề tài : Vận dụng nội dung thuyết cân bằng hóa học trong dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học cấp trung học phổ thông Qua đó góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy của từng cá nhân trong đơn vị Đặc điểm nổi bật nhất của đề tài này là kết quả thi học sinh giỏi cấp tỉnh ngày càng được nâng cao rõ rệt Chính những nguyên nhân này đã góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy về mũi nhọn của đơn vị

+ Kiểm tra, nhận xét kết quả để chứng minh tính hiệu quả của đề tài

- Thời gian thực hiện:

+ Sáng kiến được hình thành và phát triển qua nhiều năm tham gia

giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi để dự thi cấp tỉnh

+ Đặc biệt được thực hiện và hoàn thành trong năm học 2018 – 2019

- Một số dạng bài tập cụ thể có liên quan đến nội dung của thuyết cân bằng hóa học thường xuyên xuất hiện trong đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh

Trong sáng kiến này tôi sẽ phân tích một số dạng bài tập về cân bằng hóa học có liên quan đến các chất ở thể khí, lỏng

Cân bằng hóa học là một cân bằng động vì khi đạt tới cân bằng 2 phản ứng thuận và nghịch vẫn tiếp tục xảy ra với vận tốc bằng nhau

t C

Trong đó [A]; [B]; [C]; [D] là nồng độ của các chất A, B, C, D ở trang thái cân bằng;

KC là hằng số cân bằng; Kt và Kn là các hằng số chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng và nhiệt

độ, không phụ thuộc nồng độ nên KC cũng chỉ phụ thuộc bản chất phản ứng và nhiệt độ

III- CÂN BẰNG BỘI

Xét trường hợp phức tạp hơn trong đó sản phẩm của phản ứng thuận nghịch thứ nhất lại tham gia vào phản ứng thuận nghịch thứ hai:

[

]].[

[

'

B A

D C

K C 

5

Đối với phản ứng thuận nghịch (2):

]].[

[

]].[

[

''

D C

F E

Kết luận: Nếu một phản ứng có thể biểu diễn dưới dạng tổng số của nhiều phản ứng

thì hằng số cân bằng phản ứng tổng cộng là tích số của các hằng số cân bằng của mỗi phản ứng tạo thành

Lưu ý: Các hệ số phương trình của mỗi chất trong phương trình phản ứng chính là số

mũ của nồng độ chất đó trong biểu thức tính KC hay số mũ của áp suất riêng phần của chính chất đó trong biểu thức tính KP

IV- CÁC DẠNG BIỂU THỨC CỦA HẰNG SỐ CÂN BẰNG

Xét phản ứng thuận nghịch:

aA + bB xC + yD

1- Hằng số cân bằng theo nồng độ: KC

b a

y x C

B A

D C K

].[

][

].[

][



2- Hằng số cân bằng theo áp suất: KP

Gọi PA, PB, PC, PD là áp suất riêng phần của các chất khí trong phản ứng lúc cân bằng

Lưu ý: KX phụ thuộc vào áp suất chung của hỗn hợp khí lúc cân bằng

4- Hằng số cân bằng theo số mol: Kn

nA, nB; nC; nD là số mol mỗi chất có trong phương trình phản ứng lúc cân bằng

Kn phụ thuộc vào áp suất lẫn tổng hợp số mol khí trong bình lúc cân bằng

Thí dụ 1: Quá trình biến đổi tương hỗ giữa N2O4 (k) và NO2 (k) có thể biểu diễn bằng 4 phương trình hóa học sau:

C C C C

K

K K K K

K'  ; ''  1 ; ''  1

b- Từ kết quả trên, hãy rút ra kết luận

Mỗi biểu thức của hằng số cân bằng liên quan với hệ số mol của các chất trong phương trình hóa học (còn gọi là phương trình tỷ lượng của phản ứng hoặc phương trình hợp thức của phản ứng)

Thí dụ 2: Ở 500c dưới áp suất là 0,344 atm, độ điện ly  của N2O4(k) thành NO2(k) bằng 63% Xác định KP, KC, KX

P

P P

P

O N

NO

906,0)63,01

63,01.(

344,0

)63,01

63,0.2.(

344,0

)1

1(

)1

2

2 2

4 2

Thí dụ 3: Ở 10000K, có phản ứng: 2SO2 + O2 2SO3 KP = 3,5 atm-1

Tính áp suất riêng phần lúc cân bằng của SO3 nếu áp suất chung của hệ bằng 1 atm và

áp suất cân bằng của O2 bằng 0,1atm

Giải: Gọi x là áp suất riêng phần của SO2 thì áp suất riêng của SO3 = 1 -

8

Thí dụ 4: Cho phản ứng ở thể khí:

CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) Tại nhiệt độ T nồng độ lúc cân bằng của cả 4 chất trên đều bằng 0,02M

a- Hãy tính các hằng số cân bằng KC, KP, Kn; KX của phản ứng

b- Nếu tại nhiệt độ T ta cho vào bình 2 mol CO và 4 mol hơi nước thì khi cân bằng số mol mỗi chất bằng bao nhiêu?

02,0.02,0]].[

[

]].[

H CO

Lưu ý: n 0 K không có đơn vị n 0K có đơn vị

b- Nếu tại nhiệt độ T ta cho vào bình 2 mol CO và 4 mol hơi nước thì khi cân bằng số mol mỗi chất bằng bao nhiêu?

Giả sử khi đạt tới trạng thái cân bằng trong bình đã có x mol CO phản ứng với x mol

H2O tạo thành x mol CO2 và x mol H2 Phương trình hằng số cân bằng Kn sẽ là:

9

Thí dụ 5: Cho 0,003 mol N2O4 (k) vào bình chân không dung tích 0,5 lít ở 450C xảy ra phương trình hóa học: N2O4 (k) 2NO2 (k)

Khi cân bằng được thiết lập có 63% N2O4 bị phân hủy thành NO2

a- Tính số mol các chất ở thời điểm cân bằng

b- Tính áp suất riêng phần của các chất ở trạng thái cân bằng

atm P

atm P

NO

O N

197 , 0 5

, 0

318 082 , 0 00378 ,

0

10 79 , 5 5

, 0

318 082 , 0 00111 ,

0

2

4 2

NO P

N O

P

P K

P K K

11

B- Bài tập vận dụng:

Câu 1: Trộn x mol CH3COOH với y mol C2H5OH sau một thời gian thấy sinh ra z mol

CH3COOC2H5, tới lúc este không thay đổi

a- Thiết lập biểu thức tính hằng số cân bằng K Tính K với x = y = 1; z = 2/3

b- Tính khối lượng este tạo thành khi cho 60 gam CH3COOH tác dụng với 184 gam

C2H5OH Nếu cho 57 ml CH3COOH tác dụng với 244 ml C2H5OH 95,50 thì lượng este thu được tăng hay giảm so với trên? Tại sao? Biết DCH3COOH=1,053 g/ml và DC H OH

5

2 = 0,79 g/ml

Giải

a- Thiết lập biểu thức tính hằng số cân bằng K

Khi lượng este không thay đổi tức là phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng

2.3

2



b- Tính khối lượng este tạo thành khi cho 60 gam CH3COOH tác dụng với 184 gam

C2H5OH Nếu cho 57 ml CH3COOH tác dụng với 244 ml C2H5OH 95,50 thì lượng este thu được tăng hay giảm so với trên? Tại sao? Biết DCH3COOH=1,053 g/ml và DC H OH

4[CH COOH].[C H OH] (1 t).(4 t) t 0,93(nhËn)

b- Độ phân li sẽ thay đổi như thế nào khi áp suất giảm từ 1 atm xuống 0,8 atm

c- Để đo được độ phân li giảm xuống tới 8% thì phải nén hỗn hợp khí tới áp suất nào? Kết quả nhận được có phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng Le Chatelier không? Vì sao?

x

P NO NO chung

1

2

x

P N O N O chung

1

1

4 2 4

11(1

)100

11.(

41.1

4

1

4

11

).1

2(

2

4 2

P P

P K

O N NO





 = 0,049  0,123 hay 12,3%

Vậy khi áp suất giảm từ 1 atm xuống 0,8 atm, độ điện li tăng từ 11% lên 12,3%

c- Để đo được độ phân li giảm xuống tới 8% thì phải nén hỗn hợp khí tới áp suất nào? Kết quả nhận được có phù hợp với nguyên lý chuyển dời cân bằng Le Chatelier không? Vì sao?

Câu 3: Cho cân bằng: N2O4 (k) 2NO2 (k)

Cho 18,4 gam N2O4 vào bình chân không dung tích 5,9 lít ở 270C Khi đạt trạng thái cân bằng, áp suất đạt 1 atm Cũng với khối lượng đó của N2O4 nhưng nhiệt độ 1100C thì ở trạng thái cân bằng nếu áp suất vẫn 1 atm thì thể tích hỗn hợp khí đạt 12,14 lít

14

*Xét ở 270C

)27327.(

273

4,22

9,5.1

273

4,22

14,12.1

4)

2,0(

)

2(][

]

2

4 2

2 2

x V

x

V x V x

O N

9 , 5

03969 , 0

1[CO].[H O] (x 2).(x 1) x 2 (lo¹i)

Vậy: [CO]ban đầu = x = 3 mol/l ; [H2O]ban đầu = 6 mol/l

Câu 5: Trong một bình kín dung tích không đổi 1 lít ở nhiệt độ không đổi t0C, nồng độ cân bằng (mol/l) của các chất như sau:

CO + Cl2 COCl2 0,02 0,01 0,02

Bơm thêm vào bình 1,42 gam clo Tính nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng mới

]][

[

][

2

2

Cl CO

COCl

=

01,0.02,0

02,0

[

][

2

2

Cl CO

COCl

=

)03,0).(

02,0(

02,0

x x

16

Câu 6: Khi tiến hành este hóa 1 mol CH3COOH với 1 mol C2H5OH thì hiệu suất phản ứng cực đại là 66,67% Muốn đạt hiệu suất cực đại 90% cần tiến hành este hóa 1 mol CH3COOH với bao nhiêu mol C2H5OH?

3/2.3/2]].[

[

]].[

[

5 2 3

2 5 2

OH H C COOH CH

O H H COOC CH

Để hiệu suất đạt 90% nên cần tiến hành este hóa 1 mol axit với x mol ancol etylic

] ].[

[

5 2 3

2 5 2 3

OH H C COOH CH

O H H COOC CH

Nếu phản ứng xảy ra trong dung môi là nước thì khi đó [H2O] tạo ra trong phản ứng

là quá bé so với nồng độ của dung môi nên trong biểu thức KC có thể bỏ qua [H2O]

b- Thực nghiệm cho biết ở 250C: trộn 1 mol CH3COOH với 1 mol C2H5OH, khi cân bằng được thiết lập, xác định lượng CH3COOH còn lại là 1/3 mol Tính KX

1.313

2.32

5 2 3

2 5 2



OH H C COOH CH

O H H COOC CH X

X X

X X

18

Câu 8:

a- Tính độ điện ly của dung dịch NH3 0,1M

b- Độ điện ly thay đổi ra sao khi:

- Pha loãng dung dịch ra 10 lần Nhận xét

- Khi có mặt KOH 0,01M Nhận xét

- Khi có mặt HCOONa 1M Nhận xét

5 )

Phân ly: x x x (mol/lít)

M x

x

x x NH

OH NH

3

3 5

3

4 )

(

10

35 ,

1

10

33 ,

1 10

8 , 1 1

, 0

]

[

] ].[

[

1,0

10

33,

1

%100

1,0

b- Độ điện ly thay đổi ra sao khi:

- Khi pha loãng dung dịch ra 10 lần thì C NH 0 , 01M

10

1 , 0

3  

3

4 5

19

- Khi có mặt KOH 0,01M

KOH K+ + OH-

NH3 + H2O NH4 + OH- Ban đầu: 0,1 0,01 (mol/lít)

Phân ly: x x x (mol/lít)

4 b(NH )

10

77,

1

%100

1,0

HCOO- + H2O HCOOH + OH- Có hằng số cần bằng K

11 4

14

10

56,

510

8,1

K K

K Điều đó chứng tỏ sự thủy phân của HCOO- không đáng kể, nghĩa là sự có mặt của HCOONa không ảnh hưởng gì đến sự điện ly

Vậy độ điện li: 1,33%

x 6,18.10 M (nhËn)

x 1,618.10 M lo¹i Vậy pH = - log 6,18.10-8 = 7,21

b- dung dịch X gồm có NH4Cl 0,01M và NH3 0,1M Biết K

3

NH =1,8.10-5

NH4Cl  NH4 + Cl 0,01 0,01 (M)

NH3 + H2O NH4 + OH- Ban đầu: 0,1 0,01 0 (M)

08 , 0



15 25

04 , 0

2 3

10

705,

0

05,

0]

[][

]].[

[2

K a

pH = -log[H+] = - log7.10-7 = 6,15

23

Câu 12 : Phản ứng điều chế NH3 là phản ứng thuận nghịch và diễn ra theo phương trình hóa học:

N2 + 3H2 2NH3 Khi đạt đến trạng thái cân bằng, nồng độ của các chất trong đó bằng [N2] = 0,01M ; [H2] = 2M và [NH3] = 0,4M

Hãy tính hằng số cân bằng và nồng độ ban đầu của hiđro và nitơ

Giải :

N2 + 3H2 2NH3 Ban đầu : x y 0 (M)

NH

N H  

[N2](ban đầu) = x = 0,2 + 0,01 = 0,21M

[H2](ban đầu) = y = 0,6 + 2 = 2,6M

Câu 13: Tỉ khối hơi của sắt (III) clorua khan ở 4470C so với không khí là 10,49 và ở 5170C

là 9,57 và tồn tại cân bằng sau: 2FeCl3 (k) Fe2Cl6 (k)

a- Tính phần trăm số mol Fe2Cl6 có mặt trong cân bằng ở nhiệt dộ trên

b- Phản ứng thuận viết ở trên là thu nhiệt hay tỏa nhiệt Giải thích tại sao?

Giải:

a- Tính phần trăm số mol Fe2Cl6 có mặt trong cân bằng ở nhiệt dộ trên

* Xét ở 4470C:

Khối lượng mol của FeCl3 khan ở 4470C: M = 10,49 29 = 304,21

Gọi x là số mol của Fe2Cl6 có trong một mol hỗn hợp

24

* Xét ở 5170C:

Khối lượng mol của FeCl3 khan ở 5170C: M = 9,57 29 = 277,53

Gọi x là số mol của Fe2Cl6 có trong một mol hỗn hợp

b- Phản ứng thuận viết ở trên là thu nhiệt hay tỏa nhiệt Giải thích tại sao?

Vậy phản ứng thuận viết ở trên là phản ứng tỏa nhiệt vì khi nhiệt độ tăng từ 4470C lên

5170C, cân bằng chuyển dịch sang trái (lượng sản phẩm Fe2Cl6 giảm) theo chiều thu nhiệt (phản ứng nghịch)

Câu 14: Cho phản ứng: H2 (k) + I2 (k)  2HI (k) Ở nhiệt độ 4300

C, hằng số cân bằng KC của phản ứng trên bằng 53,96 Đun nóng một bình kín dung tích không đổi 10 lít chứa 4,0 gam H2 và 406,4 gam I2 Tính nồng độ của HI khi hệ phản ứng đạt trạng thái cân bằng ở 4300C

2[ ] 0, 2

10

406, 4

1, 6 254

x 0,2513 0,16 (lo¹i)(2x)

Vậy [HI] = 2.0,1375 = 0,275M

0, 3[ O] 0, 03

Câu 16 : Thực hiện phương trình hóa học : 2SO2 (k) + O2 (k) 2SO3 (k)

Tại 7000K và 1 atm, thành phần của hệ khi cân bằng là: 0,21 mol SO2; 10,30 mol SO3; 5,37 mol O2 và 84,12 mol N2 Hãy xác định :

a- Hắng số cân bằng KP

b- Thành phần của hỗn hợp ban đầu

c- Độ chuyển hóa của SO2

27

C- Bài tập tham khảo

Câu 1: Cation Fe3+ là axit, phản ứng với theo phương trình:

Fe3+ + 2H2O Fe(OH)2+ + H3O+

3 ( )

a-Tính pH và độ điên ly của dung dịch NaCN 0,1M KHCN = 10-9,35

b- Độ điện ly thay đổi như thế nào khi:

n Sn (k)

28

IV Hiệu quả đạt đƣợc:

Lợi ích đạt được khi áp dụng nội dung thuyết cân bằng hóa học trong dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Hóa học Học sinh có cách lý luận trong quá trình giải bài tập ngày càng chặt chẽ hơn, kết quả lại chính xác hơn từ đó các em có lòng say mê giải bài tập môn hóa học nhiều hơn nhờ vậy mà chất lượng bài thi được nâng lên qua từng năm Mặt khác số giải đạt được trong kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh của đơn vị càng nhiều hơn

ra phương pháp giải thích hợp cho từng đối tượng cụ thể để nhằm đạt được kết quả tốt nhất Nội dung đề tài này tôi chỉ nêu và đưa ra phần kiến thức liên quan đến thuyết cân bằng hóa học mà thôi chứ trong đề thi còn nhiều mạch kiến thức khác nữa

Qua việc áp dụng đề tài này tính hiệu quả trong giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi được nâng cao lên qua mỗi kỳ thi

Tôi cam đoan những nội dung báo cáo là đúng sự thật

Xác nhận của đơn vị áp dụng sáng kiến Người viết sáng kiến

Lê Huy Vũ