Với những lý do trên tôi đã tìm tòi nghiên cứu, tham khảo tư liệu và áp dụng chuyên đề: “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI ” nhằm giúp các em học sinh có phương phá[r]
(1)PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI A- ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong Hố học có nhiều dạng tập Hoá học, học sinh thường yếu phương pháp giải tập hố học nói chung Một dạng phổ biến chương trình hố học mang nặn phần tính tốn liên quan đến kiến thức tốn học Từ khó khăn vướng mắc tơi tìm tịi nghiên cứu tìm nguyên nhân (nắm kỹ chưa chắc, thiếu khả tư hóa học,…) tìm biện pháp để giúp học sinh giải tốt toán biện luận
Với lý tơi tìm tịi nghiên cứu, tham khảo tư liệu áp dụng chuyên đề: “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI ” nhằm giúp em học sinh có phương pháp cụ thể việc giải tốn biện luận nói chung biện luận tìm cơng thức hố học nói riêng Qua nhiều năm vận dụng đề tài hệ học sinh tự tin giải có hiệu gặp tập loại
Điểm mẻ việc áp dụng chuyên đề trình giải tập mẫu dạng đưa gợi ý, tình xảy ra, hướng dẫn học sinh phân tích tìm cách giải chung để từ học sinh có thói quen nghiên cứu, phân tích xác định dạng, phương pháp giải trước tốn biện luận
B - GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
II- THỰC TIỄN VỀ TRÌNH ĐỘ VÀ ĐIỀU KIỆN HỌC TẬP CỦA HỌC SINH.
1- Thực trạng chung:
Khi chuẩn bị thực đề tài, lực giải tốn biện luận nói chung biện luận xác đinh cơng thức hố học học sinh yếu Đa số học sinh cho loại khó, em tỏ mệt mỏi phải làm tập loại Vì em thụ động buổi học bồi dưỡng khơng có hứng thú học tập Rất học sinh có sách tham khảo loại tập Nếu có sách “học tốt” sách “nâng cao” mà nội dung viết vấn đề ỏi Lý chủ yếu điều kiện kinh tế gia đình cịn khó khăn khơng biết tìm mua sách hay
2- Chuẩn bị thực đề tài:
a) Điều tra trình độ học sinh, tình cảm thái độ học sinh nội dung đề tài, điều kiện học tập học sinh Đặt yêu cầu môn, hướng dẫn cách sử dụng sách tham khảo giới thiệu số sách hay tác giả để học sinh có điều kiện tìm mua, học sinh khó khăn mượn sách bạn để học tập
b) Xác định mục tiêu, chọn lọc nhóm tốn theo dạng, xây dựng nguyên tắc áp dụng cho dạng, biên soạn tập mẫu tập vận dụng nâng cao Ngồi phải dự đốn tình xảy bồi dưỡng chủ đề
c) Chuẩn bị đề cương bồi dưỡng, lên kế hoạch thời lượng cho dạng toán.
d) Sưu tầm tài liệu, trao đổi kinh nghiệm đồng nghiệp
DẠNG 1: BIỆN LUẬN THEO ẨN SỐ TRONG GIẢI PHƯƠNG TRÌNH
1) Nguyên tắc áp dụng:
(2)- Khi giải tốn tìm CTHH phương pháp đại số, số ẩn chưa biết nhiều số phương trình tốn học thiết lập phải biện luận Dạng thường gặp trường hợp nguyên tử khối hóa trị ngun tố, tìm số nguyên tử bon phân tử hợp chất hữu …
- Phương pháp biện luận:
+) Thường vào đầu để lập phương trình tốn ẩn: y = f(x), chọn ẩn làm biến số ( thường chọn ẩn có giới hạn hẹp VD : hóa trị, số … ); ẩn xem hàm số Sau lập bảng biến thiên để chọn cặp giá trị hợp lí
+) Nắm điều kiện số hoá trị : hoá trị kim loại bazơ, oxit bazơ; muối thường ; cịn hố trị phi kim oxit 7; số
của H hợp chất khí với phi kim 4; CxHy : x y 2x
+ ; …
Cần lưu ý : Khi biện luận theo hóa trị kim loại oxit cần phải quan tâm đến mức hóa trị
8 3. 2) Các ví dụ :
Ví dụ 1: Hịa tan kim loại chưa biết hóa trị 500ml dd HCl thấy 11,2 dm3 H2 ( ĐKTC) Phải trung hòa axit dư 100ml dd Ca(OH)2 1M Sau cạn dung dịch thu thấy cịn lại 55,6 gam muối khan Tìm nồng độ M dung dịch axit dùng; xác định tên kim loại đã dùng
* Gợi ý HS :
Cặp ẩn cần biện luận nguyên tử khối R hóa trị x 55,6 gam khối lượng hỗn hợp muối RClx CaCl2 * Giải :
Giả sử kim loại R có hóa trị x 1 x, nguyên
số mol Ca(OH)2 = 0,1 = 0,1 mol
số mol H2 = 11,2 : 22,4 = 0,5 mol Các PTPƯ:
2R + 2xHCl 2RClx + xH2 (1)
1/x (mol) 1/x 0,5
Ca(OH)2 + 2HCl CaCl2 + 2H2O (2)
0,1 0,2 0,1
từ phương trình phản ứng (1) (2) suy ra: nHCl = + 0,2 = 1,2 mol
nồng độ M dung dịch HCl : CM = 1,2 : 0,5 = 2,4 M theo PTPƯ ta có : mRClx 55, (0,1 111) 44,5 gam
ta có :
x( R + 35,5x ) = 44,5 R = 9x
x
R 18 27
Vậy kim loại thỗ mãn đầu nhơm Al ( 27, hóa trị III )
(3)Tìm cơng thức phân tử Hiđrat nói Biết độ tan R2SO4 800C và 100C 28,3 gam gam.
* Gợi ý HS:
2
0 0
(80 ) ?; (10 ) ?; (10 ) ? ( ) ?
ct ddbh ct
R SO
m C m C m C
m KT
lập biểu thức toán : số mol hiđrat = số mol muối khan.
Lưu ý HS : phần rắn kết tinh có ngậm nước nên lượng nước thay đổi. * Giải:
S( 800C) = 28,3 gam 128,3 gam ddbh có 28,3g R2SO4 100g H2O Vậy : 1026,4gam ddbh 226,4 g R2SO4 800 gam H2O
Khối lượng dung dịch bão hoà thời điểm 100C: 1026,4 395,4 = 631 gam
ở 100C, S(R2SO4 ) = gam, nên suy ra: 109 gam ddbh có chứa gam R2SO4
vậy 631 gam ddbh có khối lượng R2SO4 :
631 52,1 109 gam
khối lượng R2SO4 khan có phần hiđrat bị tách : 226,4 – 52,1 = 174,3 gam
Vì số mol hiđrat = số mol muối khan nên :
395, 174,3 2R96 18 n 2R96 442,2R-3137,4x +21206,4 = R = 7,1n 48
Đề cho R kim loại kiềm , < n < 12 , n nguyên ta có b ng bi n lu n:ả ệ ậ
n 10 11
R 8,8 18,6 23 30,1
Kết phù hợp n = 10 , kim loại Na công thức hiđrat Na2SO4.10H2O DẠNG : BIỆN LUẬN THEO TRƯỜNG HỢP
1) Nguyên tắc áp dụng:
- Đây dạng tập thường gặp chất ban đầu chất sản phẩm chưa xác định cụ thể tính chất hóa học ( chưa biết thuộc nhóm chức nào, Kim loại hoạt động hay hoạt động, muối trung hòa hay muối axit … ) chưa biết phản ứng hồn tồn chưa Vì cần phải xét khả xảy chất tham gia trường hợp xảy sản phẩm
- Phương pháp biện luận:
+) Chia làm loại nhỏ : biện luận khả xảy chất tham gia biện luận khả chất sản phẩm
+) Phải nắm trường hợp xảy q trình phản ứng Giải toán theo nhiều trường hợp chọn kết phù hợp
2) Các ví dụ: Ví dụ 1:
Hỗn hợp A gồm CuO oxit kim loại hóa trị II( khơng đổi ) có tỉ lệ mol 1: Cho khí H2 dư qua 2,4 gam hỗn hợp A nung nóng thu hỗn hợp rắn B Để hòa tan hết rắn B cần dùng 80 ml dung dịch HNO3 1,25M thu khí NO
Xác định cơng thức hóa học oxit kim loại Biết phản ứng xảy hoàn toàn
(4)HS: Đọc đề nghiên cứu đề bài.
GV: gợi ý để HS thấy RO bị khử không bị khử H2 tuỳ vào độ hoạt động kim loại R.
HS: phát R đứng trước Al RO khơng bị khử rắn B gồm: Cu, RO
Nếu R đứng sau Al dãy hoạt động kim loại RO bị khử hỗn
hợp rắn B gồm : Cu kim loại R.
* Giải:
Đặt CTTQ oxit kim loại RO
Gọi a, 2a số mol CuO RO có 2,4 gam hỗn hợp A
Vì H2 khử oxit kim loại đứng sau Al dãy hoạt động hoá học kim loại nên có khả xảy ra:
- R kim loại đứng sau Al : Các PTPƯ xảy ra:
CuO + H2 Cu + H2O
a a
RO + H2 R + H2O
2a 2a
3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
a
8
a
3R + 8HNO3 3R(NO3)2 + 2NO + 4H2O
2a
16 a
Theo đề bài:
8 16
0,0125 0,08 1, 25 0,1
3
40( ) 80 ( 16)2 2,
a a
a
R Ca a R a
Không nhận Ca kết trái với giả thiết R đứng sau Al - Vậy R phải kim loại đứng trước Al
CuO + H2 Cu + H2O
a a
3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
a
8
a
RO + 2HNO3 R(NO3)2 + 2H2O
2a 4a
Theo đề :
0,015 0,1
3
24( ) 80 ( 16).2 2,
a
a a
R Mg
a R a
Trường hợp thoả mãn với giả thiết nên oxit là: MgO Ví dụ 2:
(5)45ml dd NaOH 0,2M thấy tạo thành 0,608 gam muối Hãy xác định kim loại dùng
* Gợi ý HS:
GV: Cho HS biết H2SO4 chưa rõ nồng độ nhiệt độ nên khí A khơng rõ khí nào.Kim loại khơng rõ hóa trị; muối tạo thành sau phản ứng với NaOH chưa rõ là muối Vì cần phải biện luận theo trường hợp khí A muối Natri.
HS: Nêu trường hợp xảy cho khí A : SO2 ; H2S ( khơng thể H2 khí A tác dụng với NaOH ) viết PTPƯ dạng tổng quát, chọn phản ứng đúng để số mol axit số mol kim loại.
GV: Lưu ý với HS biện luận xác định muối tạo thành muối trung hòa hay muối axit mà tỉ số mol cặp chất tham gia ta giả sử phản ứng tạo ra 2 muối Nếu muối không tạo thành có ẩn số giá trị vơ lý.
* Giải:
Gọi n hóa trị kim loại R
Vì chưa rõ nồng độ H2SO4 nên xảy phản ứng:
2R + nH2SO4 R2 (SO4 )n + nH2 (1)
2R + 2nH2SO4 R2 (SO4 )n + nSO2 + 2nH2O (2)
2R + 5nH2SO4 4R2 (SO4 )n + nH2S + 4nH2O (3)
khí A tác dụng với NaOH nên H2 PƯ (1) không phù hợp
Vì số mol R = số mol H2SO4 = a , nên :
Nếu xảy ( 2) : 2n = n =1 ( hợp lý )
Nếu xảy ( 3) : 5n = n =
5 ( vơ lý ) Vậy kim loại R hóa trị I khí A SO2
2R + 2H2SO4 R2 SO4 + SO2 + 2H2O
a(mol)a
a
2 a
Giả sử SO2 tác dụng với NaOH tạo muối NaHSO3 , Na2SO3
SO2 + NaOH NaHSO3
Đặt : x (mol) x x
SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O
y (mol) 2y y
theo đề ta có :
2 0, 0,045 0,009 104 126 0,608
x y x y
giải hệ phương trình được
0,001 0, 004 x
y
Vậy giả thiết phản ứng tạo muối
Ta có: số mol R2SO4 = số mol SO2 = x + y = 0,005 (mol) Khối lượng R2SO4 : (2R+ 96)0,005 = 1,56
R = 108 Vậy kim loại dùng Ag
DẠNG 3: BIỆN LUẬN SO SÁNH
1) Nguyên tắc áp dụng:
- Phương pháp áp dụng toán xác định tên nguyên tố mà kiện đề cho thiếu số liệu lượng chất đề cho vượt quá, chưa đạt đến số
(6) Lập bất đẳng thức kép có chứa ẩn số ( thường nguyên tử khối ) Từ bất
đẳng thức tìm giá trị chặn chặn ẩn để xác định giá trị hợp lý
Cần lưu ý số điểm hỗ trợ việc tìm giới hạn thường gặp:
+) Hỗn hợp chất A, B có số mol a( mol) : < nA, nB < a +) Trong oxit : R2Om : m, nguyên
+) Trong hợp chất khí phi kim với Hiđro RHn : n, nguyên
2) Các ví dụ : Ví dụ1:
Có hỗn hợp gồm kim loại A B có tỉ lệ khối lượng nguyên tử 8:9 Biết khối lượng nguyên tử A, B không 30 đvC Tìm kim loại
* Gợi ý HS:
Thơng thường HS hay làm “ mị mẫn” tìm Mg Al phương pháp trình bày khó mà chặc chẽ, giáo viên cần hướng dẫn em cách chuyển một tỉ số thành phương trình tốn : Nếu A : B = :
8 A n B n
*Giải:
Theo đề : tỉ số nguyên tử khối kim loại A
B nên A n B n
( n z+ )
Vì A, B có KLNT khơng q 30 đvC nên : 9n 30 n
Ta có b ng bi n lu n sau :ả ệ ậ
n
A 16 24
B 18 27
Suy hai kim loại Mg Al Ví dụ 2:
Hòa tan 8,7 gam hỗn hợp gồm K kim loại M thuộc phân nhóm nhóm II dung dịch HCl dư thấy có 5,6 dm3 H2 ( ĐKTC) Hòa tan riêng gam kim loại M dung dịch HCl dư thể tích khí H2 sinh chưa đến 11 lít ( ĐKTC) Hãy xác định kim loại M
* Gợi ý HS:
GV yêu cầu HS lập phương trình tổng khối lượng hỗn hợp phương trình tổng số mol H2 Từ biến đổi thành biểu thức chứa ẩn số mol (b) nguyên tử khối M Biện luận tìm giá trị chặn M.
Từ PƯ riêng M với HCl bất đẳng thức VH2 giá trị chặn M
Chọn M cho phù hợp với chặn chặn dưới
* Giải:
Đặt a, b số mol kim loại K, M hỗn hợp Thí nghiệm 1:
2K + 2HCl 2KCl + H2
a a/2
M + 2HCl MCl2 + H2
b b
số mol H2 =
5,
0, 25 0,5 22,
a
b a b
(7)M + 2HCl MCl2 + H2
9/M(mol) 9/M
Theo đề bài:
9 11 22,
M M > 18,3 (1)
Mặt khác:
39 8, 39(0,5 ) 8,
2 0,5 0,5
a b M b bM
a b a b
b =
10,8 78 M Vì < b < 0,25 nên suy ta có :
10,8
78 M < 0,25 M < 34,8 (2) Từ (1) ( 2) ta suy kim loại phù hợp Mg
DẠNG 4: BIỆN LUẬN THEO TRỊ SỐ TRUNG BÌNH ( Phương pháp khối lượng mol trung bình)
1) Nguyên tắc áp dụng:
- Khi hỗn hợp gồm hai chất có cấu tạo tính chất tương tự (2 kim loại phân nhóm chính, hợp chất vơ có kiểu cơng thức tổng qt, hợp chất hữu đồng đẳng … ) đặt công thức đại diện cho hỗn hợp Các giá trị tìm chất đại diện giá trị hỗn hợp (mhh ; nhh ; M hh )
- Trường hợp chất có cấu tạo tính chất khơng giống ( ví dụ kim loại khác hóa trị; muối gốc kim loại khác hóa trị … ) khơng đặt cơng thức đại diện tìm khối lượng mol trung bình:
1 2
hh
hh
m n M n M M
n n n
M hh phải nằm khoảng từ M1 đến M2 - Phương pháp biện luận :
Từ giá trị M hh tìm được, ta lập bất đẳng thức kép M1 < M hh < M2 để tìm giới hạn ẩn ( giả sử M1< M2)
2) Các ví dụ:
Ví dụ 1: Cho gam hỗn hợp gồm hyđroxit kim loại kiềm liên tiếp vào H2O 100 ml dung dịch X
Trung hòa 10 ml dung dịch X CH3COOH cô cạn dung dịch thu 1,47 gam muối khan
90ml dung dịch lại cho tác dụng với dung dịch FeClx dư thấy tạo thành 6,48 gam kết tủa
Xác định kim loại kiềm công thức muối sắt clorua
* Gợi ý HS:
Tìm khối lượng hỗn hợp kiềm 10 ml dung dịch X 90 ml dung dịch X. Hai kim loại kiềm có cơng thức tính chất tương tự nên để đơn giản ta đặt công thức ROH đại diện cho hỗn hợp kiềm Tìm trị số trung bình R
* Giải:
Đặt cơng thức tổng quát hỗn hợp hiđroxit ROH, số mol a (mol) Thí nghiệm 1:
mhh = 10
100
= 0,8 gam
ROH + CH3COOH CH3COOR + H2O (1)
(8)suy :
0,8 1, 47 17 59
R R R 33
vậy có 1kim loại A > 33 kim loại B < 33 Vì kim loại kiềm liên tiếp nên kim loại Na, K
Có thể xác định độ tăng khối lượng (1) : m = 1,47 – 0,8=0,67 gam nROH = 0,67: ( 59 –17 ) =
0, 67 42 M ROH =
0,8
42 50
0,67 R = 50 –17 = 33 Thí nghiệm 2:
mhh = - 0,8 = 7,2 gam
xROH + FeClx Fe(OH)x + xRCl (2)
(g): (R+17)x (56+ 17x)
7,2 (g) 6,48 (g)
suy ta có:
( 17) 56 17 7, 6, 48
33
R x x
R
giải x = 2
Vậy cơng thức hóa học muối sắt clorua FeCl2
Ví dụ 2: X hỗn hợp 3,82 gam gồm A2SO4 BSO4 biết khối lượng nguyên tử B khối lượng nguyên tử A là1 đvC Cho hỗn hợp vào dung dịch BaCl2 vừa đủ,thu 6,99 gam kết tủa dung dịch Y
a) Cơ cạn dung dịch Y thu gam muối khan b) Xác định kim loại A B
* Gợi ý HS :
-Do hỗn hợp muối gồm chất khác nên dùng công thức để đại diện.
-Nếu biết khối lượng mol trung bình hỗn hợp ta tìm giới hạn nguyên tử khối kim loại.
* Giải:
a) A2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2ACl
BSO4 + BaCl2 BaSO4 + BCl2
Theo PTPƯ :
Số mol X = số mol BaCl2 = số mol BaSO4 = 6,99
0, 03 233 mol Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:
2 (ACl BCl )
m 3,82 + (0,03 208) – 6.99 = 3,07 gam
b)
3,82 127 0, 03 X
M
(9)Vậy :
2 96 127 97 127 A
A
(*)
Từ hệ bất đẳng thức (*) ta tìm : 15,5 < A < 30 Kim loại hóa trị I thoả mãn điều kiện Na (23)
Suy kim loại hóa trị II Mg ( 24)
Tóm lại : Trên số kinh nghiệm phân dạng phương pháp giải toán biện luận tìm cơng thức hóa học Đây phần nhỏ hệ thống tập hóa học nâng cao Để trở thành học sinh giỏi hóa học sinh cịn phải rèn luyện nhiều phương pháp khác Tuy nhiên, muốn giải tập nào, học sinh phải nắm thật vững kiến thức giáo khoa hóa học Khơng giải tốn khơng biết phản ứng hóa học xảy ra, xảy tạo sản phẩm gì, điều kiện phản ứng Như vậy, nhiệm vụ giáo viên tạo hội cho học sinh rèn kỹ giải tập hóa học, mà cịn xây dựng kiến thức vững chắc, hướng dẫn em biết kết hợp nhuần nhuyễn kiến thức kỹ hóa học với lực tư toán học
C - BÀI HỌC KINH NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
I- BÀI HỌC KINH NGHIỆM:
1 Đối với giáo viên.
- Phải có trình độ chun mơn vững vàng, có lịng say mê, nhiệt tình cơng việc
- Phải chuẩn bị thật kỹ nội dung cho dạng tập cần bồi dưỡng cho học sinh Xây dựng nguyên tắc phương pháp giải dạng tốn
- Tiến trình bồi dưỡng kỹ thực theo hướng đảm bảo tính kế thừa phát triển vững Tôi thường tập mẫu, hướng dẫn phân tích đầu cặn kẽ để học sinh xác định hướng giải tự giải, từ em rút phương pháp chung để giải toán loại Sau tơi tổ chức cho học sinh giải tập tương tự mẫu, phát triển vượt mẫu cuối nêu tập tổng hợp
- Mỗi dạng tốn tơi đưa nguyên tắc nhằm giúp em dễ nhận dạng loại tập dễ vận dụng kiến thức, kỹ cách xác, hạn chế nhầm lẫn xảy cách nghĩ cách làm HS
- Sau dạng trọng đến việc kiểm tra, đánh giá kết quả, sửa chữa rút kinh nghiệm nhấn mạnh sai sót mà học sinh thường mắc
2 Đối với học sinh
- Có ý thức động học tập tích cực
- Rèn luyện tính tư sáng tạo, ý thức tự giác, hứng thú với mơn học, đồng thời cần phải rèn luyện tính tập thể ý thức tham gia hoạt động, nắm bắt kiến thức lớp áp dụng vào thực tiễn
II- KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC:
(10)tập học sinh nâng cao Từ chỗ lúng túng gặp tốn biện luận, phần lớn em tự tin hơn, biết vận dụng kỹ bồi dưỡng để giải thành thạo tập biện luận mang tính phức tạp Đặc biệt có số em biết giải tốn biện luận cách sáng tạo, có nhiều giải hay nhanh
D- KẾT LUẬN CHUNG
Việc phân dạng tốn tìm cơng thức hố học phương pháp biện luận nêu đề tài nhằm mục đích bồi dưỡng phát triển kiến thức kỹ cho học sinh vừa bền vững, vừa sâu sắc; phát huy tối đa tham gia tích cực người học Học sinh có khả tự tìm kiến thức, tự tham gia hoạt động để củng cố vững kiến thức, rèn luyện kỹ Đề tài tác động lớn đến việc phát triển tiềm lực trí tuệ, nâng cao lực tư độc lập khả tìm tịi sáng tạo cho học sinh Tuy nhiên cần biết vận dụng kỹ cách hợp lý biết kết hợp kiến thức hoá học, toán học cho tập cụ thể đạt kết cao
Trong viết áp dụng đề tài chắn chưa thấy hết ưu điển tồn tiến trình áp dụng, tơi mong muốn góp ý phê bình đồng nghiệp để đề tài ngày hoàn thiện