SKKN vận dụng nội dung thuyết cân bằng hóa học trong dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học

Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 BÁO CÁO Kết thực sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp, ứng dụng tiến kỹ thuật nghiên cứu khoa học sƣ phạm ứng dụng I- Sơ lƣợc lý lịch tác giả: - Họ tên: Lê Huy Vũ Giới tính: Nam - Ngày tháng năm sinh: 1975 - Nơi thường trú: Ấp thượng thị trấn Phú Mỹ huyện Phú Tân tỉnh An Giang - Đơn vị công tác: Trường THPT Chu Văn An - Chức vụ nay: Tổ trưởng chun mơn - Trình độ chun mơn: Tốt nghiệp Đại học Sư phạm mơn Hóa học - Lĩnh vực cơng tác: Giáo viên dạy mơn Hóa học II.- Sơ lƣợc đặc điểm tình hình đơn vị: Nêu tóm tắt tình hình đơn vị, thuận lợi, khó khăn đơn vị việc thực nhiệm vụ - Thuận lợi: Giáo viên có trình độ chun môn vững vàng Tham gia giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tính, ơn thi THPT quốc gia nhiều năm đơn vị - Khó khăn: Một số giáo viên chưa tham gia dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh nên gặp nhiều khó khăn 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 hóc học - Tên sáng kiến: Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học - Lĩnh vực: Hóa học Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 III Mục đích yêu cầu đề tài, sáng kiến: Thực trạng ban đầu trƣớc áp dụng sáng kiến Trước sáng kiến giáo viên hướng dẫn học sinh giải tập liên quan đến mạch kiến thức cân hóa học chủ yếu dựa vào nội dung sách giáo khoa lớp 10 nên gặp nhiều khó khăn q trình giải tập liên quan đến nội dung cân hóa học hiệu mang lại chưa cao mong đợi mà giáo viên đặt cho giáo viên học sinh phấn đấu Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh năm gần bao quát kiến thức chương trình tồn cấp trung học phổ thơng có phần kiến thức lớp 10 liên quan đến nội dung cân hóa học Mặt khác phần kiến thức đề thi học sinh giỏi cần vận dụng nội dung kiến thức học chương trình trung học phổ thơng mức độ nâng cao Để giải yêu cầu đề thi đặt có liên quan đến kiến thức mà em tiếp thu trình học tập, em cần có thêm kỹ phân tích, phán đốn, khả tư duy, sáng tạo, phương pháp thích hợp để giải dạng tập cụ thể đáp ứng nội dung câu hỏi đặt 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 nhu cầu giảng dạy cho giáo viên bậc trung học phổ thông trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nên mạnh dạn đăng ký viết đề tài : Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học cấp trung học phổ thơng Qua góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy cá nhân đơn vị Đặc điểm bật đề tài kết thi học sinh giỏi cấp tỉnh ngày nâng cao rõ rệt Chính nguyên nhân góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy mũi nhọn đơn vị Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Nội dung sáng kiến - Tiến trình thực hiện: + Dựa vào nội dung thuyết cân hóa học học chương trình lớp 10 cấp THPT + Phân tích đề phương pháp giải cách cụ thể cho dạng tập có liên quan đến nội dung thuyết cân hóa học + Kiểm tra, nhận xét kết để chứng minh tính hiệu đề tài - Thời gian thực hiện: + Sáng kiến hình thành phát triển qua nhiều năm tham gia giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi để dự thi cấp tỉnh + Đặc biệt thực hoàn thành năm học 2018 – 2019 - Một số dạng tập cụ thể có liên quan đến nội dung thuyết cân hóa học thƣờng xuyên xuất đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh Trong sáng kiến tơi phân tích số dạng tập cân hóa học có liên quan đến chất thể khí, lỏng Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 NỘI DUNG CƠ BẢN CỦA THUYẾT CÂN BẰNG HÓA HỌC A- Cơ sở lý thuyết: I- CÂN BẰNG HĨA HỌC Trạng thái cân hóa học trạng thái hệ phản ứng thuận nghịch tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch nồng độ chất (kể chất đầu sản phẩm) không thay đổi Cân hóa học cân động đạt tới cân phản ứng thuận nghịch tiếp tục xảy với vận tốc II- HẰNG SỐ CÂN BẰNG Xét phản ứng đồng thể thuận nghịch, chất phản ứng thuộc pha (pha khí dung dịch lỏng) A+B C+D Khi cân bằng: Vt = Vn ⇔ Kt.[A].[B] = Kn.[C].[D] ⇒K C = K t Kn = [C ].[ D] [ A].[ B] Trong [A]; [B]; [C]; [D] nồng độ chất A, B, C, D trang thái cân bằng; KC số cân bằng; Kt Kn số phụ thuộc chất phản ứng nhiệt độ, không phụ thuộc nồng độ nên KC phụ thuộc chất phản ứng nhiệt độ III- CÂN BẰNG BỘI Xét trường hợp phức tạp sản phẩm phản ứng thuận nghịch thứ lại tham gia vào phản ứng thuận nghịch thứ hai: A+ B C+D Đối với phản ứng thuận nghịch (1): KC' = [C].[D] [A].[B] Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Phương trình tổng cộng: A+ B C+D A+B [E].[F] = K C Ta thu đư [A].[B] Do đó: KC = K C' K "C Kết luận: Nếu phản ứng biểu diễn dạng tổng số nhiều phản ứng số cân phản ứng tổng cộng tích số số cân phản ứng tạo thành Lƣu ý: Các hệ số phương trình chất phương trình phản ứng số mũ nồng độ chất biểu thức tính KC hay số mũ áp suất riêng phần chất biểu thức tính KP IV- CÁC DẠNG BIỂU THỨC CỦA HẰNG SỐ CÂN BẰNG Xét phản ứng thuận nghịch: 1- Hằng số cân theo nồng độ K 2- Hằng số cân theo áp suất: KP Gọi PA, PB, PC, PD áp suất riêng phần chất khí phản ứng lúc cân n với Pi = V i R.T = [Ci ].RT = X i Pchung KP = (P )x (P ) y C D (PA )a (PB )b -1 -1 (với R = 0,082 atm.l.mol K ) Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Quan hệ KP KC là: KP = KC.(RT) ∆n (với ∆n độ tăng số mol khí phương trình hóa học: ∆n = (x + y) – (a + b)) KP phụ thuộc vào chất phản ứng nhiệt độ không phụ thuộc vào áp suất Nếu ∆n = ⇒ KP = KC Hằng số KP áp dụng cho hệ khí 3- Hằng số cân theo nồng độ phần mol: KX ( X )x ( X KX = ( X A )a ( X B )b C Giữa Pi Xi có quan hệ: Pi = Pxi Với P = ∑Pi (P tổng áp suất toàn phần hệ) Giữa KC, KP, KX có mối quan hệ: KP = KC.(RT) ∆n = KX.P ∆n Lƣu ý: KX phụ thuộc vào áp suất chung hỗn hợp khí lúc cân 4- Hằng số cân theo số mol: Kn (n )x (n ) y Kn = C D (n )a (n )b A B nA, nB; nC; nD số mol chất có phương trình phản ứng lúc cân Kn phụ thuộc vào áp suất lẫn tổng hợp số mol khí bình lúc cân Thí dụ 1: Q trình biến đổi tương hỗ N2O4 (k) NO2 (k) biểu diễn phương trình hóa học sau: N2O4 (k) 2NO2 (k) NO2 (k) a- Lập biểu thức quan hệ K ' b- Từ kết trên, rút kết luận N2 O4 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 a- Lập biểu thức quan hệ K ' K' C b- Từ kết trên, rút kết luận Mỗi biểu thức số cân liên quan với hệ số mol chất phương trình hóa học (cịn gọi phương trình tỷ lượng phản ứng phương trình hợp thức phản ứng) Thí dụ 2: Ở 50 c áp suất 0,344 atm, độ điện ly α N2O4(k) thành NO2(k) 63% Xác định KP, KC, KX Giải: Ban đầu: Phân ly: Cân bằng: - α Phần mol KP PNO22 = P NO = K (RT) ∆n K P KX = KP.P Thí dụ C - ∆n :Ở1 Tính áp suất riêng phần lúc cân SO3 áp suất chung áp suất cân O2 0,1atm Giải : Gọi x áp suất riêng phần SO2 áp suất riêng SO3  (0, − x)2 x 0,1 KP =  x = 1,766.10−4 (nhËn) x = −0,01(lo¹i) -4 pOH = - log1,766.10 = 3,75 ⇒ pH = 14 – 3,75 = 10,25 20 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Câu 10: Tính pH dung dịch thu trộn 25 ml H3PO4 0,08M với 15 ml AgNO3 0,04M Biết H3PO4 Dung dịch sau trộn có [H3PO4] = [AgNO3] = Trong dung dịch có cân sau: H3PO4 H2PO 4− HPO 42− H2 O Do K a >> K Ban đầu: Phân ly: Sau phân ly: 0,05 – x Ta +  [H ] = [H2PO −4 ] = 0,0145 M  [H3PO4] = 0,05 – 0,0145 = 0,0355M Tổ hợp cân (1), (2), (3) ta có: H3PO4 + 3H + PO 34−KC = K a [H + ]3.[PO43− ] = K [HPO] C + Xét : [Ag ] [PO Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Vậy không tạo kết tủa Ag3PO4 + Ag3PO43Ag + PO 34 3− + tự ⇒ [H ] không Vậy PO + pH = - log[H ] = - log0,0145 = 1,84 Câu 11: Cho biết axit photphorơ (H3PO3) axit hai lần axit với số cân -2 -7 K a1 =1,6.10 K a2 =7.10 Tính pH dung dịch thu hòa tan 0,1 mol PCl3 vào 450 ml dung dịch NaOH 1M Giải Khi hịa tan PCl3 vào dung dịch NaOH ta có phản ứng + - PCl3 + 3H2O →H3PO3 + 3H + 3Cl (1) 0,1 + NaOH →Na + OH 0,45.1 + - - H + OH →H2O (2) 0,3 - H3PO3 + OH →H2PO 3− 0,1 - H2PO 3− + OH →HPO 32− 0,05 Ta có: a + -7 pH = -log[H ] = - log7.10 = 6,15 22 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Câu 12 : Phản ứng điều chế NH3 phản ứng thuận nghịch diễn theo phương trình hóa học: N2 + 3H2 2NH3 Khi đạt đến trạng thái cân bằng, nồng độ chất [N 2] = 0,01M ; [H2] = 2M [NH3] = 0,4M Hãy tính số cân nồng độ ban đầu hiđro nitơ Ban đầu : Phản ứng : Sau phản ứng : Ta có : K = [N2](ban đầu) = x = 0,2 + 0,01 = 0,21M [H2](ban đầu) = y = 0,6 + = 2,6M 0 Câu 13: Tỉ khối sắt (III) clorua khan 447 C so với khơng khí 10,49 517 C 9,57 tồn cân sau: 2FeCl3 (k) Fe2Cl6 (k) a- Tính phần trăm số mol Fe2Cl6 có mặt cân nhiệt dộ b- Phản ứng thuận viết thu nhiệt hay tỏa nhiệt Giải thích sao? Giải: a- Tính phần trăm số mol Fe2Cl6 có mặt cân nhiệt dộ * Xét 447 C: Khối lượng mol FeCl3 khan 447 C: M = 10,49 29 = 304,21 Gọi x số mol Fe2Cl6 có mol hỗn hợp Ta có: 325x + 162,5 (1 – x) = 304,21 ⇒ x = 0,872 Vậy: % n 23 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 * Xét 517 C: Khối lượng mol FeCl3 khan 517 C: M = 9,57 29 = 277,53 Gọi x số mol Fe2Cl6 có mol hỗn hợp Ta có: 325x + 162,5 (1 – x) = 277,53 ⇒ x = 0,708 Vậy: % n b- Phản ứng thuận viết thu nhiệt hay tỏa nhiệt Giải thích sao? Vậy phản ứng thuận viết phản ứng tỏa nhiệt nhiệt độ tăng từ 447 C lên 517 C, cân 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 430 C, số cân KC phản ứng 53,96 Đun nóng bình kín dung tích khơng đổi 10 lít chứa 4,0 gam H2 406,4 gam I2 Tính nồng độ HI hệ phản ứng đạt trạng thái cân 430 C Giải = n H ⇒ [H n I2  [I2 ] = 1, 10 = 0,16M Ban đầu: H2 (k) + I2 (k) ← 0,2 Phản ứng: x  →  2H Cân bằng: 0,2 –x KC = (0, − x).(0,16 − Vậy [HI] = 2.0,1375 = 0,275M 24 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Câu 15: Cho 5,6 gam CO 5,4 gam H2O vào bình kín dung tích khơng đổi 10 lít Nung nóng bình thời gian 830 C để hệ đạt đến trạng thái cân bằng: CO (k) + H2O (k) ←  →  CO2 (k) + H2 (k) (hằng số cân Kc = 1) Tính nồng độ cân CO, H2O Giải n CO ⇒ [CO] = n H 2O  [H2O] = 0,3 10 = 0, 03M Ban đầu: CO( 0,0 Phản ứng: x Cân bằng: 0,02 x x KC = (0,02 Vậy [CO] = 0,02 – 0,012 = 0,008M [H2O] = 0,03 – 0,012 = 0,018M Câu 16 : Thực phương trình hóa học : 2SO2 (k) + O2 (k) Tại 700 K atm, thành phần hệ cân là: 0,21 mol SO2; 10,30 mol SO3; 5,37 mol O2 84,12 mol N2 Hãy xác định : a- Hắng số cân KP b- Thành phần hỗn hợp ban đầu c- Độ chuyển hóa SO2 − x ).(0,03 25 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Giải a- Hắng số cân KP Tổng số mol khí lúc cân : ∑n( ) = 0,21 + 10,30 + 5,37 + 84,12 = 100 mol Ta có : KP b- Thành phần hỗn hợp ban đầu Ban đầu : Phản ứng : Sau phản ứng : Vậy: n SO n O ( ban dau ) nN c- Độ chuyển hóa SO2 26 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 C- Bài tập tham khảo Câu 1: Cation Fe 3+ axit, phản ứng với theo phương trình: 3+ Fe + 2H2O Fe(OH) 2+ + + H3O Ka( Fe3+ ) =10−2,2 Hỏi nồng độ FeCl3 bắt đầu có kết tủa Fe(OH)3 Tính pH dung dịch biết K sp( Fe ( OH )3 ) =10−38 Câu 2: Hòa tan ZnS axit axetic theo cân bằng: ZnS + 2CH3COOH -24 Cho T(ZnS) = 1,6.10 ; K a (CH3COOH ) a- Tính số cân K phản ứng b- Dự đốn khả hịa tan ZnS CH3COOH a-Tính pH độ điên ly dung dịch NaCN 0,1M KHCN = 10 -9,35 b- Độ điện ly thay đổi khi: - Có mặt NaOH 0,005M - Có mặt HCl 0,002M - Có mặt NaHSO4 0,01M biết Ka2( Câu 4: Xét cân bằng: CaCO3 (r) H SO4 ) =10 −2 CaO(r) + CO2 (k) Ở 800 C, áp suất khí CO2 0,236 atm a- Tính số cân KC; KP phản ứng b- Cho 125 gam CaCO3 vào bình có dung tích khơng đổi 100 lít Hỏi trạng thái cân có phần trăm CaCO3 bị nhiệt phân Câu 5: Cho khí H2S vào bình chân khơng dung tích khơng đổi 711 K Ở nhiệt độ phân hủy H2S bỏ qua Áp suất bình 0,6 atm Nâng nhiệt độ bình lên1185 K áp suất bình 1,07 atm Hỏi 1185 K, khí H2S có bị phân phủy theo phương trình 27 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 IV Hiệu đạt đƣợc: Lợi ích đạt áp dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Học sinh có cách lý luận q trình giải tập ngày chặt chẽ hơn, kết lại xác từ em có lịng say mê giải tập mơn hóa học nhiều nhờ mà chất lượng thi nâng lên qua năm Mặt khác số giải đạt kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh đơn vị nhiều V Mức độ ảnh hƣởng: Tính khả thi đề tài: Áp dụng có hiệu đơn vị qua năm tham dự kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh áp dụng đơn vị khác tỉnh VI- Kết luận: Nội dung định hướng cách giải nhiều phương án giải khác tùy thuộc vào trình độ học sinh năm tham gia vào đội tuyển bồi dưỡng học sinh giỏi mà giáo viên lựa chọn để hướng dẫn cho học sinh đưa phương pháp giải thích hợp cho đối tượng cụ thể để nhằm đạt kết tốt Nội dung đề tài nêu đưa phần kiến thức liên quan đến thuyết cân hóa học mà thơi đề thi nhiều mạch kiến thức khác Qua việc áp dụng đề tài tính hiệu giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nâng cao lên qua kỳ thi Tôi cam đoan nội dung báo cáo thật Xác nhận đơn vị áp dụng sáng kiến Người viết sáng kiến Lê Huy Vũ 28 ... 27 Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 IV Hiệu đạt đƣợc: Lợi ích đạt áp dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi. .. dạy mũi nhọn đơn vị Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học 2018 - 2019 Nội dung sáng kiến - Tiến trình thực hiện: + Dựa vào nội dung thuyết cân hóa. .. sinh giỏi cấp tỉnh Trong sáng kiến tơi phân tích số dạng tập cân hóa học có liên quan đến chất thể khí, lỏng Vận dụng nội dung thuyết cân hóa học dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Hóa học Năm học