Một số phương pháp chứng minh hỗn hợp hết (hoặc dư) dành cho học sinh giỏi lớp 9

MỤC LỤC Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2 Nội dung 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Thuận lợi .4 2.2.2 Khó khan 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề .5 2.3.1 Phương pháp giả thiết (bỏ bớt chất) 2.3.2 Phương pháp biến đổi đại số 2.3.3 Phương pháp bảo toàn mol nguyên tố .10 2.3.4 Phương pháp so sánh số mol hóa trị 13 2.3.5 Phương pháp so sánh, phân tích .14 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 18 Kết luận kiến nghị 19 3.1 Kết luận 19 3.2 Kiến nghị: 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 1 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Trong thời đại khoa học thông tin ngày địi hỏi người phải có trình độ khoa học định Vì mục tiêu giáo dục đào tạo bồi dưỡng người trở thành lao động có tư sáng tạo xử lí thơng tin cách nhanh chóng, xác khoa học Để đạt điều hết cần phải ý nâng cao chất lượng học tập học sinh trường phổ thông, đặc biệt với chất lượng giáo dục mũi nhọn nhà trường Vậy làm để nâng cao kết học tập chất lượng mũi nhọn, đặc biệt học sinh giỏi cấp, thật vấn đề thiết yếu quan tâm hàng đầu Xuất phát từ nhiệm vụ năm học 2020 – 2021 Nhà trường Phòng giáo dục & Đào tạo giao cho bồi dưỡng nâng cao chất lượng học sinh giỏi dự thi cấp thành phố, cấp tỉnh mơn Hóa lớp với tiêu cao là: phải đạt giải cấp Tỉnh, có giải Nhì, giải Ba, giải khuyến khích; cấp thành phố phải đạt giải 100%, có 70% giải thức Xuất phát từ thực tiễn, thân giảng dạy đội tuyển HSG mơn Hóa học cấp thành phố, cấp tỉnh nhiều năm, nhận thấy: để đạt giải cao kỳ thi HSG, học sinh phải chắn lý thuyết, tập định lượng phải nhận dạng biết phương pháp giải dạng cụ thể Trong đề thi có nhiều dạng tập khó dài, địi hỏi học sinh phải tổng hợp từ nhiều kiến thức khác giải Trong thường gặp dạng tập hỗn hợp phản ứng, đề cho rõ phản ứng xảy vừa đủ chất dư học sinh giải nhanh Nhưng kiện đề cho không rõ ràng, học sinh thường lúng túng cách xác định hỗn hợp phản ứng hết hay dư, nên dẫn đến kết tốn sai khơng giải Trên thực tế, có nhiều đồng nghiệp nghiên cứu vấn đề thấy phương pháp chứng minh chưa đa dạng, dừng lại phương pháp giả thiết (bỏ bớt chất) Vì vậy, từ lý mạnh dạn nghiên cứu đề tài: “Một số phương pháp chứng minh hỗn hợp phản ứng hết (hoặc dư) dành cho học sinh giỏi lớp 9” nhằm giúp học sinh đặc điểm cụ thể chọn phương pháp đơn giản hợp lý để chứng minh hỗn hợp phản ứng hết dư 1.2 Mục đích nghiên cứu Hình thành cho học sinh kỹ giải vấn đề cách triệt để Trang bị cho học sinh số phương pháp giải tập chứng minh hỗn hợp phản ứng hết hay dư Vận dụng phương pháp giải tập cụ thể 1.3 Đối tượng nghiên cứu Một số phương pháp chứng minh hỗn hợp phản ứng hết (hoặc dư) tập hỗn hợp phản ứng Áp dụng cho học sinh lớp tham gia đội dự tuyển HSG cấp Thành phố, cấp Tỉnh, học sinh thi vào trường Chuyên 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tham khảo tài liệu: nghiên cứu số tài liệu phương pháp giải tốn có liên quan đến chứng minh hỗn hợp hết (hoặc dư) Phương pháp trao đổi, tổng kết kinh nghiệm: tiến hành trao đổi kinh nghiệm, học hỏi từ đồng nghiệp, kiến thức liên quan đến việc nghiên cứu, tích lũy qua tiết dự đồng nghiệp kinh nghiệm thân Phương pháp phân loại hệ thống hóa lý thuyết: sở số tài liệu nghiên cứu việc trao đổi với đồng nghiệp, qua kinh nghiệm bồi dưỡng HSG nhiều năm xây dựng phương pháp hay gặp tập chứng minh hỗn hợp hết dư Với phương pháp chứng minh, đưa phương pháp giải, áp dụng cho tập nào, có ví dụ minh họa có số tập vận dụng Xây dựng phương pháp nghiên cứu giải tập hóa học dựa sở đổi phương pháp dạy học, phát huy tính tích cực học sinh “theo lực học sinh” 3 Nội dung 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Để giải tốt dạng tập này, đòi hỏi học sinh phải nắm vững điểm lý thuyết quan trọng hóa học cấp THCS, đặc biệt dạng hỗn hợp phản ứng, đồng thời phải ứng dụng linh hoạt lý thuyết vào phương pháp cụ thể Phải nắm vững số kiến thức: + Phương pháp giải tập dạng hỗn hợp phản ứng + Cơng thức tính khối lượng mol trung bình hỗn hợp xác định khoảng số mol chất: mhh M n1  M n2  M i ni MTB = = n1  n  ni nhh Trong đó: mhh tổng số gam hỗn hợp nhh tổng sô mol hỗn hợp M1, M2,…, Mi khối lượng mol chất hỗn hợp n1, n2,…., ni số mol chất hỗn hợp * Tính chất 1: MTB hỗn hợp có giá trị phụ thuộc vào thành phần lượng chất có hỗn hợp * Tính chất 2: MTB hỗn hợp nằm khoảng khối lượng mol phân tử chất thành phần nhỏ lớn Mmin < MTB < MMax * Tính chất 3: Giả sử hỗn hợp có chất A, B có M A < MB có thành phần phần tram theo số mol a% b%, khoảng xác định số mol hỗn hợp là: mhh m  nhh  hh MB MA - Nếu giả thiết hỗn hợp có chất Mmin (số mol lớn nhất) mà phản ứng hết hỗn hợp hết (vì thực tế số mol hỗn hợp nhỏ hơn) - Nếu giả thiết hỗn hợp có chất M max (số mol nhỏ nhất) mà phản ứng khơng hết hỗn hợp khơng hết (vì thực tế số mol hỗn hợp lớn hơn) + Hệ quy tắc hóa trị: Từ quy tắc hóa trị học chương trình hóa học ta phát triển thành hệ quả: “Nếu nguyên tố liên kết thay cho thí tích số mol hóa trị chúng ln nhau” Nếu A liên kết (hoặc thế, trao đổi) với B ln có: nA htA = nB htB (viết tắt : “hóa trị” = “ht”) Ta có cơng thức tính : Số mol hóa trị = số mol nguyên tố (hoặc nhóm nguyên tố) �hóa trị + Định luật bảo toàn nguyên tố (áp dụng cho số mol nguyên tố): “Trong phản ứng hóa học tổng số mol nguyên tố trước phản ứng tổng số mol nguyên tố sau phản ứng” Giả sử ta có hợp chất AxBy có số mol a mol n A  ax � => Số mol nguyên tố A B � nB  ay � Phương trình bảo tồn ngun tố dạng tổng quát: � Chỉ số NT hợp chất nh/c= � Chỉ số NT hợp chất nh/c Trước phản ứng Sau phản ứng (trong đó: nh/c : số mol hợp chất; NT: nguyên tố) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Thuận lợi Đa số học sinh đội tuyển học sinh ngoan có tư chất, phụ huynh quan tâm đến việc học hành Nhà trường quan tâm đặc biệt Ủy ban nhân dân Thành phố, Phòng giáo dục 2.2.2 Khó khăn * Về phía học sinh: Cịn số học sinh đội tuyển chưa chủ động, tự giác học tập, nghiên cứu chuẩn bị nội dung bài, làm tập nhà, hay nản gặp tập khó, chưa tìm phương pháp giải Chất lượng học sinh đội tuyển chưa đồng * Về phía giáo viên: Do nhà xa trường học (cách khoảng gần 20 km), khó khăn việc bố trí thời gian bồi dưỡng thêm cho học sinh ngồi lịch nhà trường * Tình hình thực tiễn: Khi chưa áp dụng đề tài này, dạy chuyên đề hợp chất vô kim loại, gặp dạng tổng quát: “Cho m gam hỗn hợp C gồm chất tác dụng với x mol X tạo sản phẩm Chứng minh hỗn hợp C phản ứng hết (hoặc dư)”, học sinh phương pháp giải nên lúng túng, có tâm lý e ngại, khơng biết phải đâu, giải nào, nhiều em lúng túng thường giải sai Đây chỗ hỏng vô quan trọng không khắc phục kịp thời ảnh hưởng lớn đến việc học mơn Hóa học sau đặc biệt dạng toán hỗn hợp Tôi tiến hành khảo sát học sinh đội tuyển (với 14 học sinh), với đề gồm câu (thời gian làm 120 phút), có câu thuộc dạng chứng minh hỗn hợp phản ứng hết hay dư (Phụ lục 1) Kết sau: Số điểm n1(a) + n2(b) > nX (đề) => Vô lý, hỗn hợp (A, B) dư * Lưu ý: Có thể làm ngược lại (tức ban đầu ta giả thiết chất X hết) * Áp dụng: nguyên tố kim loại hỗn hợp C khơng hóa trị dung phương pháp giả thiết khơng cịn thuyết phục, ta nên sử dụng phương pháp đại số 2.3.2.2 Ví dụ minh họa Ví dụ Cho 3,84 gam hỗn hợp Mg Al tác dụng với 200 ml dung dịch HCl 1,45M a Chứng minh hỗn hợp kim loại dư b Nếu sau phản ứng thu 13,325 gam muối khan khối lượng kim loại hỗn hợp ban đầu bao nhiêu? * Phân tích đề: Kim loại Al Mg có hóa trị khác nên câu a dung phương pháp đại số thuyết phục phương pháp giả thiết Vì chất liên kết phụ thuộc vào tỉ lệ hóa trị 9 * Bài giải: Số mol HCl = 0,2 �1,45 = 0,29 mol + Cách 1: Tính theo HCl Gọi x, y số mol Mg Al phản ứng (Ta cần chứng minh 24x + 27y < 3,84) Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 x 2x x mol 2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 y 3y 1,5y mol Giả sử HCl phản ứng hết Theo PTHH ta có: 2x + 3y = 0,29 � 24x + 36y = 3,48 Vì x, y> nên 24x + 36y> 24x + 27y � mKL phản ứng = 24x + 27y < 3,48 < 3,84 Vì lượng kim loại phản ứng nhỏ lượng kim loại ban đầu, chứng tỏ kim loại dư + Cách 2: Tính theo kim loại Gọi x, y số mol Mg, Al ban đầu Giả sử hỗn hợp kim loại phản ứng hết Ta có PTHH: Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 x 2x x mol 2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 y 3y 1,5y mol Ta có: mKL = 24x + 27y = 3,84 < 24x + 36y � 2x + 3y > 0,32 (mol) Theo đề bài: số mol HCl ban đầu = 0,29 < 0,32 (vô lý) � Điều giả sử sai � Axit HCl thiếu Vây hỗn hợp kim loại dư b Gọi a, b số mol MgCl2, AlCl3 Bảo toàn nguyên tố Cl � nCl (muối ) = 2a + 3b = nHCl 2a + 3b = 0,29 (1) Mặt khác: mmuối = 95a + 133,5b = 13,325 (2) Giải hệ phương trình (1), (2) ta được: a = 0,07; b = 0,05 > Vì Al phản ứng nên Mg hết � mMg (ban đầu) = 0,07 �24 = 1,68 gam mAl (ban đầu) = 3,84 – 1,68 = 2,16 gam Ví dụ 2: Hòa tan 7,5 gam hỗn hợp X gồm kim loại Al Mg 425 ml dung dịch HCl 2M, sau phản ứng hoàn toàn thu dung dịch Y khí Z a Chứng minh dung dịch Y cịn dư axit b Dẫn khí sinh qua ống đựng m gam CuO nóng dư thấy khối lượng chất rắn thu (m – 5,6) gam Tính khối lượng kim loại hỗn hợp ban đầu * Phân tích đề: Hóa trị Al Mg khác nhau, nên dùng phương pháp giả thiết khơng thuyết phục Bởi số mol nhiều mà phản ứng hết số mol chưa 10 hết Nên tốn có hóa trị khác nên dùng phương pháp khác (phương pháp đại số, phương pháp hóa trị) * Bài giải: a Số mol HCl = 0,425 �2 = 0,85 mol + Cách 1: Tính theo HCl Gọi x, y số mol Mg Al hỗn hợp Giả sử hỗn hợp kim loai phản ứng hết Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 x 2x x mol 2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 y 3y 1,5y mol � Theo PTHH ta có: 24x + 27y = 7,5 18x + 27y 0) � (2x+3y) < 7,5 => nHCl phản ứng = 2x + 3y < 0,833 < 0,85 mol Vì số mol HCl phản ứng bé số mol ban đầu, nên HCl dư b Chuyển m gam CuO thành (m – 0,56) gam rắn => giảm 0,56 gam Vậy nCuO (pư) = nO (bị khử) = t H2 + CuO �� � H2O + Cu 0,35 0,35 5,  0,35 mol 16 o mol 24 x  27 y  7,5 � �x  0, => � �x  1,5 y  0,35 �y  0,1 Ta có hệ phương trình: � mAl = 0,1 27 = 2,7 gam; mMg = 7,5 – 2,7 = 4,8 gam * Lưu ý: Có thể chứng minh ngược lại: Giả sử HCl hết Ta có: 2x + 3y = 0,85  18x + 27y = 7,65  24x + 27y > 18x + 27y = 7,65 => mKL > 7,65 gam Mà theo đề bài: mKL = 7,5 (vô lý) => Điều giả sử sai Vậy sau phản ứng HCl dư 2.3.2.3 Bài tập vận dụng Bài Cho 22 gam hỗn hợp X gồm Al Fe phản ứng với dung dịch chứa 0,6 mol HCl Chứng minh hỗn hợp X tan hết Bài Cho 3,87 gam hỗn hợp gồm Mg Al tác dụng với 500 ml dung dịch HCl 1M a Chứng minh sau phản ứng với Mg Al , axit dư ? b Nếu phản ứng làm 4,368 lít khí H (đktc) Hãy tính số gam Mg Al dùng ban đầu ? c Tính thể tích dung dịch đồng thời NaOH 2M Ba(OH)2 0,1M cần dùng để trung hòa hết lượng axit dư ? Bài Cho 8,4 gam hỗn hợp Zn Mg tác dụng với 500 ml dung dịch HCl 2M a Chứng minh sau phản ứng axit cịn dư ? b Nếu 4,48 lít khí đktc Hãy tính số gam Mg Zn dùng ban đầu c Tính thể tích đồng thời dung dịch KOH 0,5 M Ba(OH) 1M cần dùng để trung hòa hết lượng axit dư ? 11 2.3.3 Phương pháp 3: Phương pháp bảo toàn mol nguyên tố 2.3.3.1 Phương pháp giải Áp dụng: Nếu chất ban đầu chất sản phẩm chứa chung nguyên tố (Y), mà chất biết số mol so sánh số mol nguyên tố (Y) để kết luận: + Nếu số mol (Y) trước phản ứng = số mol (Y) sau phản ứng => chất chứa Y phản ứng hết + Nếu số mol (Y) trước phản ứng > số mol (Y) sau phản ứng => chất chứa Y dư 2.3.3.2.Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hịa tan 6,3 gam hỗn hợp hai kim loại Mg Al 400 ml dung dịch chứa hai axit HCl 1M H2SO4 0,5M Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu dung dịch A 6,72 lít khí H (đktc) Tính khối lượng muối khan thu * Phân tích đề: Đề cho rõ số mol HCl H 2SO4 tác dụng với hỗn hợp kim loại, cho biết lượng H2 sinh Đề yêu cầu tính lượng muối khan thu được, HS phải chứng minh axit dư hay hết tính m muối Nếu dùng bảo toàn nguyên tố H ta dễ dàng biết axit hết hay dư * Bài giải 6, 72 nHCl = 0,4 mol; nH SO  0, mol ; nH  22,  0,3 mol Ta có: nH (axit) = 0,4 + 0,2 = 0,8 mol nH (H2) = 0,3 = 0,6 mol < 0,8 mol Vậy axit dư, hỗn hợp kim loại tan hết Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 Mg + H2SO4  MgSO4 + H2 2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 2Al + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 - Nếu H2SO4 => nH SO phản ứng = nH  nHCl = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol 2 Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có 6,3 + 98 0,1 + 36,5 0,4 = m muối + 0,3 => mmuối = 30,1 gam - Nếu HCl dư => nHCl phản ứng = 2nH  2nH SO4 = 0,3 – 0,2 = 0,2 mol Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có: 6,3 + 98 0,2 + 36,5 0,2 = m muối + 0,3  mmuối = 32,6 gam Vậy 30,1 gam < mmuối < 32,6 gam Ví dụ Cho 3,87 gam hỗn hợp A gồm Mg Al vào 250 ml dung dịch X chứa HCl 1M H2SO4 0,5M, sau phản ứng thu dung dịch B 4,368 lít khí H2 (đktc) Các phản ứng xảy hoàn toàn 12 a Chứng minh dung dịch B cịn dư axit b Tính % khối lượng kim loại hỗn hợp A (Trích đề thi HSG lớp Thị xã ng Bí (Quảng Ninh), năm học 2010 – 2011) * Phân tích đề: Đây tập biết số mol nguyên tố H chất tham gia (axit) sản phẩm (H2) Chỉ cần so sánh số mol H trước sau phản ứng dễ dàng biết axit dư * Bài giải: 4,368 nHCl = 0,25 mol; nH SO  0, 25.0,5  0,125 mol ; nH  22,  0,195 mol Ta có: nH (axit) = 0,25+ 0,125 = 0,5 mol nH (H2) = 0,195 = 0,39 mol < 0,5 mol Vậy axit dư, hỗn hợp kim loại tan hết b Đặt công thức tương đương axit HX Gọi a, b số mol Mg, Al hỗn hợp Mg + 2HX  MgX2 + H2 a a mol 2Al + 6HX  2AlX3 + 3H2 b 1,5b mol 24a  27b  3,87 � a  0, 06 � �� a  1,5b  0,195 b  0, 09 � � Ta có: � Phần trăm khối lượng kim loại hỗn hợp A: %mMg  0, 06 �24 �100%  37, 21% 3,87 %mAl = 100% - %mMg = 100% - 37,21% = 62,79% 2.3.3.3 Bài tập vận dụng Bài Hòa tan 2,661 gam hỗn hợp A gồm Al, Zn, Mg 200 ml dung dịch chứa HCl 0,3M H2SO4 0,3M, sau phản ứng kết thúc thu dung dịch B 1,8816 lít khí H2 (đktc) a Sau phản ứng, hỗn hợp A có tan hết khơng? Vì sao? b Biết hỗn hợp A có khối lượng Al khối lượng Mg Tính % khối lượng Zn hỗn hợp A Đáp số: a Hỗn hợp kim loại tan hết b mZn = 1,365 gam Bài Cho 7,74 gam hỗn hợp A gồm Al Mg trong 550 ml dung dịch X chứa HCl 1M H2SO4 0,5M, dung dịch B 8,736 lít khí H2 (đktc) a Chứng minh dung dịch B axit dư b Tính khối lượng kim loại hỗn hợp A c Tính khối lượng dung dịch gồm NaOH 16% Ba(OH) 34,2% cần đủ để trung hòa axit dư Đáp số: b mAl = 4,86 gam; mMg = 2,88 gam c m = 40 gam 13 Bài Hoà tan hỗn hợp gồm Mg Fe dung dịch đựng 7,3 gam HCl ta thu 0,18 gam H2 Chứng minh sau phản ứng dư axit Bài Cho 7,8 gam hỗn hợp Mg Al tác dụng với 500 ml dung dịch H2SO4 1M a Chứng minh sau phản ứng với Mg Al, axit dư ? b Nếu phản ứng làm 4,368 lít khí H (đktc) Hãy tính % khối lượng Mg Al dùng ban đầu ? 2.3.4 Phương pháp 4: Phương pháp so sánh số mol hóa trị 2.3.4.1 Phương pháp giải Tính khoảng số mol hóa trị hỗn hợp so sánh với số mol hóa trị tác chất (chất tác dụng lên hỗn hợp) để rút kết luận: + Nếu số mol chất X < số mol hóa trị � Hỗn hợp dư + Nếu số mol chất X > số mol hóa trị max � Hỗn hợp hết Ta có cơng thức tính : Số mol hóa trị = số mol ngun tố (hoặc nhóm nguyên tố) �hóa trị 2.3.4.2 Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hịa tan hỗn hợp A gồm 0,03 mol Na 2O; 0,02 mol BaO; 0,05 mol K vào dung dịch 58,4 gam dung dịch HCl 10% Biết phản ứng xảy hoàn toàn a Dung dịch sau phản ứng có làm đổi màu quỳ tím khơng? b Viết phương trình hóa học xảy tính khối lượng muối tạo thành * Phân tích đề: Các chất ban đầu xác định số mol, ta phải xem chất dư Bản chất phản ứng liên kết nguyên tử kim loại Na, Ba, K với gốc axit: -Cl Nếu phản ứng vừa đủ theo quy tắc hóa trị ta có: “Tổng tích số mol hóa trị kim loại tích số mol hóa trị gốc axit” * Bài giải: 58, �10  0,16 mol a Số mol HCl ban đầu: nHCl = 100 �36,5 Tổng số mol hóa trị kim loại là: nNa + nBa + nK = 0,03 2.1 + 0,02 + 0,05 = 0,15 mol Số mol hóa trị HCl = 0,16 = 0,16 mol > 0,15 => HCl dư b Các phương trình hóa học: Na2O + 2HCl  2NaCl + H2O 0,03 0,06 mol BaO + 2HCl  BaCl2 + H2O 0,02 0,02 mol 2K + 2HCl  2KCl + H2 0,05 0,05 mol Khối lượng muối tạo thành: 14 mmuối = 0,06 58,5 + 0,02 208 + 0,05 74,5 = 11,395 gam Ví dụ 2: Cho 3,84 gam hỗn hợp Mg Al tác dụng với 200 ml dung dịch HCl 1,45M a Chứng minh hỗn hợp kim loại dư b Nếu sau phản ứng thu 13,325 gam muối khan khối lượng kim loại hỗn hợp ban đầu bao nhiêu? * Phân tích đề: Bài tập ví dụ – Mục 2.3.2.2, chứng minh theo phương pháp đại số Bản chất phản ứng liên kết kim loại (Mg, Al) gốc -Cl, nên ta sử dụng phương pháp số mol hóa trị để chứng minh hỗn hợp kim loại hết hay dư * Bài giải: a nCl (HCl) = 0,29 mol 3,84 �3  0, 427 mol (giá trị Max) 27 3,84 �2  0,32 mol (giá trị Min) - Nếu lượng Al � n hóa trị KL = 24 - Nếu lượng Mg � n hóa trị KL = Vì số mol Cl = 0,29 mol < số mol hóa trị Min nên chứng tỏ HCl thiếu Vậy sau phản ứng kim loại cịn dư b (đã trình bày ví dụ – mục 2.2.2.2) 2.3.4.3 Bài tập vận dụng Bài Cho 18,4 gam hỗn hợp A gồm Na2O NaOH vào 200 gam dung dịch chứa H2SO4 9,8% HCl 5,475% Sau phản ứng xảy hoàn toàn thu dung dịch X Chứng minh sau phản ứng cịn dự axit? Viết phương trình hóa học xảy Bài Cho 12 g hỗn hợp Fe, Zn tác dụng với dung dịch chứa 14,6 gam HCl 78,4 gam H2SO4 thu khí B dung dịch D a Chứng minh dung dịch cịn dư axit b Dẫn tồn khí B qua 32 gam CuO nung nóng thu chất rắn K có khối lượng 27,2 gam Tính % chất K 2.3.5 Phương pháp 5: Phương pháp so sánh, phân tích 2.3.5.1 Phương pháp giải * Áp dụng: Khi chất (hoặc hỗn hợp) A tác dụng với chất B với lượng khác thí nghiệm khác * Phương pháp giải: So sánh, phân tích kiện đề cho thí nghiệm để từ suy thí nghiệm axit hết thí nghiệm axit dư 2.3.5.2 Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm kim loại Mg Zn, dung dịch B dung dịch H2SO4 nồng độ x(M) Người ta thực thí nghiệm sau Thí nghiệm 1: Cho 24,3g hỗn hợp A vào lít dung dịch B 8,96 lít H (đktc) Thí nghiệm 2: Cho 24,3g hỗn hợp A vào lít dung dịch B 11,2 lít H (đktc) 15 a Hãy chứng minh TN1 hỗn hợp A chưa tan hết, TN2 hỗn hợp A tan hết b Tìm x tính % khối lượng kim loại hỗn hợp A (Trích đề thi HSG lớp tỉnh Tiền Giang, năm học 2008 – 2009) * Phân tích đề: So sánh TN1 TN2 thấy lượng kim loại tăng lượng axit lượng H2 tăng theo Chứng tỏ thí nghiệm kim loại tan chưa hết Nếu lượng HCl thí nghiệm hết tỉ lên thể tích B tỉ lệ thể tích khí H2 sinh * Bài giải: a nH (TN1) = 8,96 11,  0, mol; nH (TN2) =  0,5 mol 22, 22, Vì lượng kim loại không đổi mà VH (TN )  VH (TN1 ) nên chứng tỏ thí nghiệm 1: kim loại cịn dư; H2SO4 phản ứng hết Bảo tồn mol H => nH SO4 (2 lít B) = nH (TN ) = 0,4 mol nH SO (pư TN2) = nH (TN2 ) = 0,5 mol 2 2 0, = 0,6 mol > 0,5 => TN2: H2SO4 dư Vậy TN2 kim loại phản ứng hết b Xét thí nghiệm 2: Gọi x, y số mol Mg, Zn 24,3 gam hỗn hợp A Mg + H2SO4  MgSO4 + H2 x x x mol Zn + H2SO4  ZnSO4 + H2 y y y mol Mặt khác: nH SO4 (3 lít B) = �x  y  0,5 => x = 0,2; y = 0,3 24 x  65 y  24,3 � Ta có: � 0, 2.24 100%  19, 75% , %mZn = 100% - 19,75% = 80,25% 24,3 Nồng độ mol dung dịch B: CM (ddB) = 0,4:2 = 0,2M Ví dụ 2: Tiến hành thí nghiệm sau đây: - Thí nghiệm 1: Cho m gam hỗn hợp gồm kim loại Zn Fe vào dung dịch loãng chứa a mol H2SO4, thu 4,48 lít khí, cạn hỗn hợp sau phản ứng 39,6 gam chất rắn - Thí nghiệm 2: Cũng lượng kim loại đó, cho vào dung dịch lỗng chứa 2a mol H2SO4 thu 6,72 lít khí Biết thể tích khí đo đktc, phản ứng xảy hoàn toàn a Chứng minh thí nghiệm hỗn hợp kim loại tan hết b Xác định m? * Phân tích đề: %mMg  16 Khác với ví dụ 1, đề không cho khối lượng hỗn hợp nên phương pháp chứng minh phải ý đến kiện sản phẩm Mấu chốt toán chỗ lượng axit tăng lên gấp đôi mà lượng H2 tăng 1,5 lần * Bài giải: Theo đề ta thấy: Ở TN1: dung a mol H2SO4 sinh 4,48 lít khí H2 Ở TN2: dùng 2a mol H2SO4 sinh 6,72 lít H2 Vì lượng kim loại tăng lượng axit mà lượng H tăng lên, nên TN1 kim loại dư, axit hết Mặt khác: nH SO4 (TN2 )  nH SO4 (TN 1) VH (TN ) 6, 72 2a 2 2   1,5 a VH2 (TN 1) 4, 48 => Tỷ lệ axit tăng lớn tỷ lên tăng lượng H2 => Chứng tỏ TN2 kim lọai hết, H2SO4 dư - Xét TN1: Các PTHH Zn + H2SO4  ZnSO4 + H2 Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 4, 48  0, mol Theo PTHH ta có: nSO4  nH  22, Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m rắn = m Kim loại + mSO � 39,6 = m + 0,2 96 => m = 20,4 gam Ví dụ 3: Người ta tiến hành thí nghiệm sau: - Thí nghiệm 1: Cho m1 gam Fe hòa tan dung dịch HCl, sau phản ứng đem cạn hỗn hợp thu 6,2 gam chất rắn - Thí nghiệm 2: Cho hỗn hơp gồm m1 gam Fe m gam Mg vào dung dịch HCl lượng trên, sau cô cạn thu 6,68 gam chất rắn Biết thí nghiệm 896 ml khí (đktc) giả thiết Mg phản ứng với HCl xong đến Fe phản ứng với HCl Chứng minh TN2 kim loại Mg tan hết Tính giá trị m1, m2 * Phân tích đề: Đề cho số mol H2 thí nghiệm (0,04 mol) số mol HCl phản ứng thí nghiệm Cần lưu ý chất rắn sau cô cạn chưa muối khơng biết kim loại có hết không? * Bài giải: 0,896  0, 04 mol Số mol H2 thí nghiệm nH  22, Thí nghiệm 1: Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 0,04 0,08 0,04 0,04 mol Ta thấy: mFeCl  0, 04.127  5, 08  6, gam => chất rắn chứa FeCl2 Fe dư mFe dư = 6,2 – 5,08 = 1,12 gam ← m1 = 0,04 56 + 1,12 = 3,36 gam Thí nghiệm 2: Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 17 Vì lượng Cl chất rắn TN TN2 nhau, mà kim loại Mg lại phản ứng trước nên ta có: m2 = mrắn(TN2) – mrắn (TN1) = 6,68 – 6,2 = 0,48 gam => Số mol Mg = 0,48: 24 = 0,2 mol < nH = 0,4 mol => Fe phản ứng Vậy Mg tan hết 2.3.5.3 Bài tập vận dụng Bài Một hỗn hợp X gồm Na Al Tiến hành thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Cho m gam X tác dụng với nước dư, thu 8,96 lít khí H2 Thí nghiệm 2: Cho 2m gam X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu 24,64 lít khí H2 Biết phản ứng xảy hồn tồn, thể tích khí đo đktc a Chứng minh lượng Al thí nghiệm cịn dư b Tìm giá trị m (Trích đề thi HSG lớp tỉnh Nam Định, năm học 2014 – 2015) Đáp số: b, m = 12,7 gam Bài Chia 21 gam hỗn hợp X gồm Al Mg làm phần nhau: Phần 1: Cho tác dụng với 200 ml dung dịch HCl x(M), sau phản ứng kết thúc xử lý dung dịch thu 36,2 gam muối khan Phần 2: Cho tác dụng với 500 ml dung dịch HCl x(M) làm tương tự thu 49,55 gam muối khan a Chứng minh thí nghiệm phần kim loại cịn dư, cịn thí nghiệm phần kim loại hết b Tính khối lượng kim loại 21 gam hỗn hợp X Tính x Đáp số: mAl = 16,2 gam, m; = 4,8 gam, x = 4M Bài Chia 15 gam hỗn hợp Mg Al thành hai phần nhau: - Phần 1: cho vào 600 ml dung dịch HCl nồng độ x(M) thu khí A dung dịch B, cạn dung dịch B thu 27,9 gam muối khan - Phần 2: cho vào 800 ml dung dịch HCl có nồng độ x (M) làm tương tự thu 32,35 gam muối khan Tính VH (đktc) thí nghiệm 2, trị số x, phần trăm khối lượng kim loại hỗn hợp ban đầu Cho biết hiệu suất phản ứng 100% (Trích đề thi HSG lớp tỉnh Gia Lai năm học 2003 – 2004) Đáp số: VH = 7,84 lít, x = 1M, %mAl = 36%, %mMg = 64% Bài Nguời ta tiến hành thí nghiệm sau: - TN1: Cho 2,02 gam hỗn hợp Mg, Zn vào cốc đựng 200ml dung dịch HCl Sau phản ứng đun nóng cho nước bay hết thu 4,86 gam chất rắn - TN2: Cho 2,02 gam hỗn hợp vào cốc đựng 400ml dung dịch HCl Sau cô cạn thu 5,57 gam chất rắn a Chứng minh TN1 axit hết, TN2 axit dư b Tính thể tích khí bay TN1 c Tính số mol HCl tham gia phản ứng d Tính số gam kim loại 2 18 * Nhận xét chung : Như vậy, ta thấy có nhiều cách chứng minh hỗn hợp phản ứng hết không hết Trong phạm vi đề tài này, đưa phương pháp chứng minh hay dùng Ngoài ra, thực tế giải tập hóa học cịn nhiều cách khác Một tập có nhiều cách giải, tùy vào đặc điểm tập mà ta chọn phương pháp phù hợp tiện lợi 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Sau áp dụng biện pháp nêu vào thực tế giảng dạy, nhận thấy học sinh biết vận dụng phương pháp chứng minh hỗn hợp phản ứng hết (hoặc dư) vào cụ thể, giải cách thành thạo Học sinh có nề nếp, tích cực hơn, say mê hoạt động học tập, số học sinh lúc đầu lơ là, thụ động việc tìm kiến thức thường ỷ lại học sinh tốt đội tuyển, sau em tự tin khơng mặc cảm yếu bạn, mạnh dạn phát biểu xây dựng Đa số học sinh có tiến rõ rệt việc nhận dạng tập đưa cách giải xác lúc đầu nhiều Tôi tiến hành khảo sát lần với cấu trúc tương tự lần (phụ lục 2), kết cụ thể sau: Số điểm