Sử dụng kiến thức liên môn hóa toán để giải bài tập về CO2, SO2, muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm

Sử dụng kiến thức liên môn Hóa- Toán để giải bài tập hóa học là một phươngpháp tất yếu được sử dụng từ xưa.. Các bài tập hóa sử dụng kiến thức liên môn đơngiản như lập hệ phương trình to

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

SỬ DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN HÓA- TOÁN

TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM

Người thực hiện: Đỗ Thị Thu Hoàn Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh mực môn: Hóa

THANH HOÁ NĂM 2020

Dạng 1:CO2 phản ứng với dung dịch Ca(OH)2; Ba(OH)2.

Dạng 2: CO2 phản ứng với dung dịch gồm NaOH hoặc KOH,

và Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2

Dạng 3: dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối nhôm

111416

181819

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài.

Sử dụng kiến thức liên môn Hóa- Toán để giải bài tập hóa học là một phươngpháp tất yếu được sử dụng từ xưa Các bài tập hóa sử dụng kiến thức liên môn đơngiản như lập hệ phương trình toán học, tính pH các chất, khó hơn nữa đó là đồ thị

Từ năm 2014 đến nay, trong đề thi Đại học và đề thi THPT Quốc Gia thườngxuất hiện dạng bài tập hóa học mà sự biến thiên lượng chất được biểu diễn bằng đồthị Điều này đã làm cho một lượng lớn thí sinh lúng túng, còn một số khác thìkhông tìm được hướng giải Các dạng bài tập sử dụng được phương pháp đồ thị

tương đối phong phú, ở cả khối 10, 11 và 12 Trong đề thi Đại học trước đây và

đề thi THPTQG gần đây luôn có câu bài tập liên quan đến đồ thị Khi học sinhkhông biết cách làm những dạng bài tập này sẽ thấy vướng mắc khiến các em rấtkhó hiểu, đặc biệt với dạng đề trắc nghiệm khách quan buộc học sinh phải làmbài trong thời gian ngắn Là giáo viên gần như năm nào cũng dạy các khối lớptheo học TN và ôn thi THPTQG tôi nhận thấy cần định hướng cho học sinh cáchgiải nhanh nhất đối với các bài toán có thể sử dụng đến đồ thị

Có rất nhiều phần trong hóa học giáo viên có thể sử dụng đồ thị để đưa ra bàitập cho học sinh hoặc dùng đồ thị để giải quyết các bài tập Điều này giúp các

em có cái nhìn cụ thể, rõ ràng và khái quát nhất về bản chất của bài toán đặc biệt

là các phản ứng xảy ra Ví dụ như bài toán về sục khí SO2, CO2 vào dung dịchBa(OH)2 và Ca(OH)2; hoặc sục khí SO2, CO2 vào dung dịch chứa hỗn hợp cácchất KOH, NaOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2; hay là bài toán đổ từ từ đến dư dung dịchkiềm vào dung dịch muối nhôm; điện phân Tất cả những bài toán này chúng ta

có thể hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp đồ thị để giải một cách nhanhnhất, khắc phục được một số nhược điểm của những phương pháp thông thườngtrước đây

Bằng thực tế giảng dạy của mình đối với các lớp học sinh và rút kinh

nghiệm, tôi đã nghiên cứu đề tài “Sử dụng kiến thức liên môn Hóa- Toán để giải bài tập về CO 2 , SO 2 , muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm ” giúp các

em học sinh tháo gỡ vướng mắc của mình khi làm bài tập, đặc biệt có nhữngcách làm nhanh nhất phù hợp với dạng bài tập trắc nghiệm khách quan hiện nay.Đối với mỗi đối tượng học sinh tôi xây dựng và giới thiệu ở mỗi dạng khácnhau Tuy phương pháp này có thể áp dụng ở cả ba khối lớp THPT nhưng trongnghiên cứu đề tài của mình tôi giới thiệu đến hai khối lớp 11 và 12 Học sinhkhối lớp 11 tôi giới thiệu hai dạng toán có thể sử dụng phương pháp đồ thị đểcác em giải các bài tập trong phần kiến thức CO2 đồng thời cũng là hành trang

để làm các bài tập có liên quan đến kiến thức lớp 12 như hợp chất của kim loạikiềm, kim loại kiềm thổ Học sinh khối 12 tôi cũng xây dựng và giới thiệu chocác em hai dạng bài tập về hợp chất của nhôm Do đặc thù học sinh các lớp tôidạy đa số có học lực khá nên khi đưa ra những dạng bài tập cho học sinh tôi chỉđưa những dạng đơn giản phù hợp với lực học của các em Đặc biệt trong mỗidạng bài tập mà tôi giới thiệu luôn có cách xây dựng đồ thị bài toán theo từngbước và công thức tính nhanh mà khi nhìn vào đồ thị học sinh nào cũng có thể

áp dụng để làm bài tập ngay

1.2 Mục đích nghiên cứu

Có rất nhiều dạng bài tập liên quan đến kiến thức liên môn Hóa- Toán Đề tàinày giúp các em làm quen, hiểu và vận dụng thành thạo kiến thức liên môn Hóa –Toán để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất

3

Hóa học nói riêng và các môn học tự nhiên nói chung việc giải bài tập là vôcùng quan trọng Thông qua việc giải bài tập học sinh có thể củng cố kiến thức líthuyết đã học, tư duy nhạy bén hơn và tạo niềm đam mê, cảm hứng hơn trong họctập Việc tìm cho mình một phương pháp giải hợp lí lại càng quan trọng hơn nữa.Sách giáo khoa là tài liệu nghiên cứu chính của học sinh nhưng lại không đưa raphương pháp giải bài tập Do đó thầy cô sẽ là người hướng dẫn các em phươngpháp làm bài sao cho vừa dễ hiểu lại vừa hiệu quả để bắt kịp với xu hướng củaviệc thi bằng phương pháp trắc nghiệm khách quan như hiện nay Khi nghiên cứu

về đề tài, với đối tượng là những học sinh có học lực khá nên tôi luôn hướng dẫncác em một cách tỉ mỉ nhất, đi từ những bài toán rất cơ bản đến những bài toán khó.Hơn nữa trong quá trình hướng dẫn tôi sẽ để các em có thể tự tìm ra những côngthức có thể áp dụng làm bài, vừa giúp các em nhớ lâu vừa giúp các em có niềm tinvào khoa học

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Với đề tài “Sử dụng kiến thức liên môn Hóa- Toán để giải bài tập về

CO 2 , SO 2 , muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm ” tôi sẽ tập trung nghiên cứu

những kiến thức liên quan trong sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo, từ đó vậndụng vào giảng dạy ở các lớp 11C4, 12A4 trường THPT Triệu sơn 5 Học sinh ở hailớp tôi dạy về lực học các môn theo khối đa số là khá Do đó khi áp dụng sáng kiếncủa mình tôi sẽ đưa ra các bài toán phù hợp với lực học của các em, các bài tập vàcác dạng bài tập sẽ từ đễ đến khó,

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

- Sưu tầm và nghiên cứu tài liệu

- Phân tích và tổng hợp lí thuyết

- Thực nghiệm giảng dạy

2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận.

Với các bài toán về CO2 tác dụng với dung dịch kiềm nếu theo cách giảithông thường sẽ chiếm một khoảng thời gian rất dài của học sinh, không những thếcác bài tập này còn khiến các em rất dễ xét thiếu trường hợp Để hướng dẫn họcsinh biết cách giải những dạng bài tập này bằng phương pháp đồ thị tôi hướng dẫncác em dựa trên những kiến thức cơ bản về các phản ứng xảy ra giữa các chất Giảithích để học sinh biết được thứ tự các phản ứng xảy ra, dựa vào các phản ứng biết tỉ

lệ số mol giữa các chất …Từ những kiến thức đó tự các em sẽ vẽ được đồ thị của

bài toán, tìm ra những công thức áp dụng vào bài Khi đối chiếu lại với cách làmthông thường các em sẽ thấy bài toán đơn giản hơn, giải nhanh hơn nhiều so vớiphương pháp cũ

Dưới đây tôi đưa ra một số bài tập minh họa và giải theo cách thông thường

để thấy được những vướng mắc, khó khăn khi làm bài trong thời gian ngắn

Bài tập 1 (SGK hóa học lớp 12- cơ bản).: Sục 6,72 lít khí CO2 (đktc) vàodung dịch chứa 0,25 mol Ca(OH) thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

A 10 B 15 C 20 D 25.

Hướng dẫn

Theo bài ra ta có : n= 0,3 mol ; n = 0,25 mol

Xét tỉ lệ số mol hai chất: 1< < 2

Vậy xảy ra hai phản ứng

CO + Ca(OH) → CaCO + HO (1)

2CO + Ca(OH) → Ca(HCO) (2)

Đặt x và y lần lượt là số mol Ca(OH) ở (1) và (2) ta được hệ

Giải ra ta được : x= 0,2 và y = 0,05

Vậy khối lượng kết tủa thu được là

m = 0,2 100 = 20 gam

Chọn đáp án C.

Bài tập 2 (Giải nhanh bài toán hay và khó hóa học lớp 11): Hấp thụ hoàn

toàn V lít CO2 (đktc) vào 4 lít dung dịch Ca(OH)2 0,05 M thu được 15 gam kết tủa.Giá trị của V là

A 3,36 lít hoặc 5,6 lít B 3,36 lít

C 4,48 lít D 4,48 lít hoặc 5,6 lít.

Hướng dẫn:

Theo bài ra ta có n= 0,2 mol > n = 0,15 mol

Bài toán xảy ra hai trường hợp:

+ TH1: Chỉ xảy ra phản ứng: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO → CaCO 3 ↓ + H + H 2 O (1)

Sau phản ứng trên 

OH dư → n = n = 0,15 mol

V = 3,36 lít

+ TH2: Xảy ra 2 phản ứng: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO → CaCO 3 ↓ + H + H 2 O (1)

Ca(OH) 2 + 2CO 2 Ca(HCO → CaCO 3 ) 2 (2)

n ở (1) = n = 0,15 mol

5

đồ thị có thể khắc phục được.

2.3 Giải pháp thực hiện

Khi sử dụng kiến thức liên môn Hóa- Toán, sử dụng đồ thị để giải các bàitoán với đối tượng học sinh lớp tôi dạy có lực học khá nên tôi hướng dẫn các emnhững dạng toán đơn giản phù hợp với lực học của các em Những bài tập tôi đưa

ra cho các em có thể giải nhanh bằng phương pháp đồ thị hoặc nhìn vào đồ thị đểgiải bài toán Hệ thống các dạng bài tập tôi đưa ra gồm:

- Dạng 1: CO2 phản ứng với dung dịch Ca(OH) hoặc Ba(OH)

- Dạng 2: CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp NaOH (hoặc KOH) vàCa(OH) hoặc Ba(OH)

- Dạng 3: Dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối nhôm tạo một kết tủa

2.3.1 Dạng 1: CO 2 PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH Ca(OH) 2 HOẶC Ba(OH) 2

a Thiết lập đồ thị của bài toán.

+ Khi sục CO2 vào dung dịch chứa a mol Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 thì đầu tiên xảy

- Lượng kết tủa sẽ tăng dần đạt cực đại khi bằng số mol Ca2+ = a mol

- Số mol kết tủa luôn bằng số mol CO2

- Đồ thị của phản ứng là đường thẳng đi qua hai điểm tọa độ (0, 0) và (a, a).+ Sau phản ứng (1), khi lượng CO2 bắt đầu dư thì kết tủa tan ra theo phản ứng

- Lượng kết tủa giảm dần đến 0 (mol) Khi đó : n ở (1) + (2) = 2n

- Đồ thị đi xuống một cách đối xứng

Ta có đồ thị của bài toán

b Giải bài toán dựa vào đồ thị.

0 a 2a n))

Số mol kết tủa a

Hình 1.1

Trên đồ thị hình 1.1, tại điểm b < a bất kì trên trục số mol kết tủa kẻ đườngthẳng song song với trục n thì đường thẳng này luôn cắt đồ thị tại 2 điểm, nghĩa là

có 2 giá trị n ( x và y) thỏa mãn bài toán Ta có đồ thị lúc này là

Dựa vào đồ thị ta có công thức (I) tính giá trị của x và y

x= b và y= 2a- b

c Bài tập minh họa

Bài tập 1 (Bài tập 1 mục 2.2): Sục 6,72 lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch chứa 0,25mol Ca(OH) thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

A 10 B 15 C 20 D 25

.Hướng dẫn

+ Theo bài ra ta có: n = 0,25 mol Þ n cực đại = 0,25 mol

Vậy khi kết tủa bé nhất bằng 0 thì số mol CO2 bằng 0,5 mol

Bài tập 2 (Bài tập 3 phần 2.2- Giải nhanh bài toán hay và khó hóa học lớp 11):

Hấp thụ hết V lít CO2 (đktc) vào 4 lít dung dịch Ca(OH)2 0,05 M thu được 15 gamkết tủa Giá trị của V là

A 3,36 lít hoặc 5,6 lít B 3,36 lít

C 4,48 lít D 4,48 lít hoặc 5,6 lít

Hướng dẫn giải

+ Theo bài ra ta có: n = 0,2 mol Þ n cực đại = 0,2 mol

Vậy khi kết tủa bé nhất bằng 0 thì số mol CO2 bằng 0,4 mol

Hình 1.2

0 0,25 0,3 0,5

n ))

0,25

b

n))

Bài tập 3 (Đề minh họa kì thi THPTQG của bộ GD và ĐT- 2019): Dẫn từ từ đến

dư khí CO vào dung dịch Ba(OH) Sự phu thuộc của khối lượng kết tủa (y gam)vào thể tích khí CO tham gia phản ứng ( x lít) được biểu diễn bằng hình vẽ Giá trịcủa m là

Ta có đồ thị của bài toán theo số mol các chất là

Dựa vào đồ thị và áp dụng công thức (1) ta có hệ

Giải ra ta được m = 9,85 Chọn đáp án C

Bài tập 4 (Bộ đề luyện thi thử theo chyên đề hóa đại cương và vô cơ): Trong một

bình kín chứa 0,2 mol Ba(OH)2 Sục vào bình một lượng CO2 có giá trị biến thiêntrong khoảng từ 0,05 mol đến 0,24 mol thu được m gam kết tủa Giá trị của m biếnthiên trong khoảng

3m 2m

y x

n ) )

GỒM NaOH (hoặc KOH) và Ca(OH) 2 HOẶC Ba(OH) 2

a Thiết lập đồ thị của bài toán.

+ Khi sục từ từ CO2 vào dung dịch chứa x mol NaOH và y mol Ca(OH)2 lần lượtxảy ra phản ứng:

+ Mặt khác: n = y mol Þ n(max) = y mol

Ta có đồ thị của bài toán

0 y y+x 2y+x

y

Hình 2.2

Trên đồ thị của bài toán, tại điểm b < y bất kì trên trục số mol kết tủa kẻ đườngthẳng song song với trục n thì đường thẳng này luôn cắt đồ thị tại 2 điểm, nghĩa là

có 2 giá trị n (a và c) thỏa mãn bài toán Ta có đồ thị lúc này là

Dựa vào đồ thị ta có công thức (II) tính giá trị của a và c

a = b và c = (x +2y) - b

c Bài tập minh họa.

Bài tập 1 (Đề thi THPTQG - 2016): Sục CO vào V ml dung dịch chứa hỗn hợp

NaOH 0,2 M và Ba(OH)2 0,1M Đồ thị biểu diễn khối lượng kết tủa theo số mol

Giá trị của t và z lần lượt là

n ) )

Số mol kết tủa

0 a y y+x c 2y+x

y

+ Từ đồ thị và số mol của các ion ta suy ra:

x = y = n(max) = 0,1 mol; t = n = 0,25 + 0,1 2 = 0,45 mol

z = x + y = 0,35 mol Chọn đáp án D.

Bài tập 3 (Giải nhanh bài toán hay và khó hóa học lớp 11): Sục V lít CO2 (đktc)vào 100 ml dung dịch hỗn hợp KOH 1 M và Ba(OH)2 0,75M thu được 11,82 gamkết tủa Giá trị của V là

A 1,344l lít B 1,344l lít hoặc 4,256 lít

C 4,256 lít D 8,512 lít hoặc 4,256 lít.

Hướng dẫn giải

+ Theo bài ra có : n = 0,075 mol ; n = 0,25 mol ;

n = 0,06 mol ; n max = 0,075 mol

DUNG DỊCH MUỐI NHÔM TẠO MỘT KẾT TỦA.

a Thiết lập đồ thị của bài toán.

Khi cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối nhôm, ban đầu xảy raphản ứng: Al + 3 

OH → Al(OH) (5) Lượng kết tủa thu được sau phản ứng trên là lớn nhất Khi đó n = 3n

Sau phản ứng dung dịch kiềm còn dư sẽ hòa tan lượng kết tủa theo phương trình:

Al OH 3  OH  AlO 2  2H O 2 (6)

Lượng kết tủa hết tức là lượng kết tủa là bé nhất Khi đó n (5)+(6)= 4n

Từ lí thuyết trên ta có đồ thị

b Giải bài toán dựa vào đồ thị

Trên đồ thị của bài toán, tại điểm b < a bất kì trên trục số mol kết tủa kẻ đườngthẳng song song với trục n thì đường thẳng này luôn cắt đồ thị tại 2 điểm, nghĩa là

có 2 giá trị n ( x và y) thỏa mãn bài toán Ta có đồ thị lúc này là

Dựa vào đồ thị ta có công thức (III) tính giá trị của x và y

x = 3b và y = 4a - b

c Bài tập minh họa.

Bài tập 1 (Bài tập 2 phần 2.2): Cho 200ml dung dịch Al2(SO4)3 tác dụng với dungdịch NaOH nồng độ 1M người ta nhận thấy khi dùng 180ml dung dịch NaOH haydùng 340ml dung dịch NaOH trên thì vẫn thu được khối lượng kết tủa bằng nhau.Nồng độ mol/l của dung dịch Al2(SO4)3 ban đầu là

0 x 3a y 4a n ) )

Số mol kết tủa

a b

Hình 3.2

Khi VNaOH = 340 ml Þ nNaOH = 0,34 mol.

Do khối lượng kết tủa bằng nhau khi nNaOH = 0,18 mol hoặc nNaOH = 0,34 mol

Nên ta có đồ thị của bài toán

Bài tập 2 (Bộ đề TN luyện thi THPTQG- 2019): Cho từ từ 1,1 lít dung dịch NaOH

1M vào 200 ml dung dịch AlCl3 1,5 M phản ứng thu được x gam kết tủa Giá trịcủa x là

A 7,8 gam B 11,7 gam C 15,6 gam D 23,4 gam.

Bài tập 3 (Bộ đề luyện thi thử theo chuyên đề Hóa đại cương và vô cơ): Cho 300

ml dung dịch AlCl3 1M tác dụng với V lít dung dịch KOH 2M thu được 15,6 gamkết tủa Giá trị của V là

A 0,4 lít và 0,6 lít B 0,3 lít và 0,5 lít.

C 0,5 lít và 0,8 lít D 0,3 lít và 0,6 lít

Hướng dẫn giải

+ Theo bài ra ta có: n = 0,3 mol Þ kết tủa max = 0,3 mol

Ta có đồ thị của bài toán

13

n))))

a b

0 0,18 3a 0,34 4a n ) )

n))))

0,3 a

0 0,9 1,1 1,2 n ) )

+ Từ đồ thị và áp dụng công thức (III) ta có:

a = 0,2 3 = 0,6 mol Þ V = 0,3 lít

và b = 1,2 - 0,2 = 1,0 mol Þ V = 0,5 lít Chọn đáp án B.

Bài tập 4 (Bộ đề luyện thi thử theo chuyên đề Hóa đại cương và vô cơ): Hòa tan

hết m gam Al2(SO4)3 vào nước được dung dịch A Cho 300 ml dung dịch NaOH1M vào A thu được a gam kết tủa Mặt khác nế cho 400 ml dung dịch NaOH 1Mvào A cũng thu được a gam kết tủa Giá trị của m là

A 42,75 B 17,1 C 21,375 D 22,8.

Hướng dẫn giải

Khi VNaOH = 300 ml Þ nNaOH = 0,3 mol

Khi VNaOH = 400 ml Þ nNaOH = 0,4 mol

Do khối lượng kết tủa bằng nhau khi nNaOH = 0,3 mol hoặc nNaOH = 0,4 mol

Ta có đồ thị của bài toán

gồm Ca(OH)2 và KOH ta quan sát hiện

tượng theo đồ thị hình bên (số liệu tính

theo đơn vị mol) Giá trị của x là

C 0,13 mol D 0,12 mol.

n))))

a b

0 0,3 3a 0,4 4a n ) )

n))))

0,3 0,2

0 a 0,9 b 1,2 n ) )

nCaCO3x

0 0,15 0,45 0,5 n))