(Sáng kiến kinh nghiệm) một số câu hỏi và bài tập phần dung dịch sự điện li dùng bồi dưỡng học sinh giỏi ở bậc THPT

I MỞ ĐẦU I.1 Lí DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong nghiệp đổi toàn diện đất nước, đổi giáo dục trọng tâm phát triển Mục tiêu giáo dục nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Cơng đổi địi hỏi nhà trường phải tạo người tự chủ, động sáng tạo Người giáo viên nhà trường giữ vị trí vai trị quan trọng, họ khơng truyền thụ kiến thức chương trình quy định mà cịn phải hình thành học sinh phương pháp học tập độc lập sáng tạo Vì vậy, trình giảng dạy trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư cho học sinh nhiệm vụ quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng mơn, Hóa học môn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề khoa học, gúp phần rèn luyện tư cho học sinh góc độ đặc biệt qua phần tập hóa học Bài tập hóa học khơng có tác dụng rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu mở rộng kiến thức học cách sinh động, phong phú mà cịn thơng qua để ơn tập, rèn luyện số kỹ cần thiết hóa học, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thơng minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú học tập Qua tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức kỹ hóa học học sinh Do đó, việc sử dụng hệ thống câu hỏi tập nói chung, hệ thống câu hỏi tập phần “Dung dịch- điện li” nói riêng có tác dụng giúp học sinh hiểu sâu kiến thức bản, tảng xun suốt chương trình hóa học THPT, cịn bước đệm cho phần hóa học sau trường Đại học Trung học chuyên nghiệp Hệ thống câu hỏi tập phần “Dung dịch- điện li” phương tiện để giáo viên dạy tốt học sinh học tốt, để giáo viên bồi dưỡng học sinh khá, giỏi dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh cấp Quốc gia Từ lý trên, chọn vấn đề nghiên cứu: Một số câu hỏi tập phần “Dung dịch-sự điện li ” dùng bồi dưỡng học sinh giỏi bậc THPT I.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng dạng tập bản, nâng cao phần “Dung dịch- điện li” để bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học bậc THPT I.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sở lý luận, thực tiễn đề tài Xác định nội dung chương điện li – dung dịch sách giáo khóa lớp 11 nâng cao tài liệu chuyên hóa Sưu tầm biên soạn câu hỏi tập phần “Dung dịch- điện li ” dùng bồi dưỡng học sinh giỏi bậc THPT Thực nghiệm sư phạm: Nhằm kiểm tra đánh giá hiệu hệ thống câu hỏi tập xây dựng I.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lí luận tập hóa học làm sở cho việc xây dựng hệ thống tập Nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy bồi dưỡng học sinh khá, giỏi trường nhằm phát vấn đề nghiên cứu - Tìm hiểu thực tiễn hệ thống câu hỏi tập “ Dung dịch – điện li” dùng bồi dưỡng học sinh giỏi THPT Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đánh giá chất lượng câu hỏi tập sưu tầm biên soạn áp dụng vào thực tế giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi để dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh cấp Quốc gia II NỘI DUNG II CƠ SỞ LÍ LUẬN II.1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học bậc trung học phổ thơng Bồi dưỡng học sinh giỏi phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nước [1] Trong công cải cách giáo dục nay, việc phát đào tạo học sinh giỏi để tạo đà phát triển nhân tài cho đất nước nhiệm vụ quan trọng bậc THPT Vì người giáo viên mơn cần có nhiệm vụ phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi môn II.1.2 Một số biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học [2] - Hình thành cho học sinh kiến thức bản, vững vàng, sâu sắc Đó lý thuyết chủ đạo, định luật bản, quy luật môn Hệ thống kiến thức phải phù hợp với logic khoa học, logic nhận thức đáp ứng đòi hỏi phát triển nhận thức cách hợp lý - Rèn luyện cho học sinh vận dụng lý thuyết chủ đạo, định luật, quy luật môn học cách linh hoạt, sáng tạo sở chất hóa học vật, tượng - Rèn luyện cho học sinh dựa chất hóa học, kết hợp với kiến thức môn học khác chọn hướng giải vấn đề cách logic gọn gàng - Rèn luyện cho học sinh biết phán đoán (Quy nạp, diễn dịch…) cách độc đáo, sáng tạo giúp cho học sinh hoàn thành làm nhanh hơn, ngắn gọn - Huấn luyện cho học sinh biết tự đọc có kỹ đọc sách, tài liệu - Người giáo viên mơn phải thường xun sưu tầm tích luỹ tài liệu mơn, cập nhật hóa tài liệu hướng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu xem biện pháp thiếu việc bồi dưỡng học sinh giỏi II.1.3 Tầm quan trọng phần “Dung dịch – điện li’’ việc bồi dưỡng HSG Hố học THPT - Trong chương trình hố học phổ thơng, phần lớn nội dung kiến thức hố học lý thuyết hay thực nghiệm nhiều có liên quan đến phản ứng dung dịch điện li - Trong đề thi HSG từ cấp tỉnh đến cấp quốc gia, quốc tế, dù tập dạng lý thuyết hay tính tốn dạng tập “ Dung dịch – điện li’’ chiếm tỉ lệ cao khó Như vậy, tập phần “ Dung dịch – điện li’’ giữ vai trò quan trọng việc học tập hố học bậc phổ thơng nói chung đặc biệt công tác bồi dưỡng HSG mơn Hố học trường THPT II.2 Hệ thống câu hỏi tập phần “Dung dịch – điện li’’ việc bồi dưỡng HSG Hoá học THPT II.2.1 Cơ sở lí thyết [4, tr 225] * Về mặt kiến thức: Giúp học sinh nắm vững kiến thức sau - Dung dịch: + Các loại nồng độ dung dịch (dung dịch) + Tích số tan T, độ tan chất tan, điều kiện tạo kết tủa + Nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc dung dịch Định luật Raun Áp suất thẩm thấu Định luật Van Hôp - Sự điện li: + Định nghĩa chất điện li (mạnh, yếu, không điện li) + Sự điện li, độ điện li , số điện li K + Liên hệ K , hệ số Van Hơp i, tích số ion H2O + Định nghĩa axit – bazơ, số axit Ka, số bazơ Kb + Sự thủy phân muối, phản ứng trao đổi ion dung dịch + Phức chất (định nghĩa, số bền phức chất) * Về mặt kỹ năng: Giúp cho học sinh có kỹ sau: - Các cách biểu thị loại nồng độ dung dịch - Từ tích số tan T tính độ tan S chất ngược lại - Nắm điều kiện ion tạo kết tủa, tính lượng kết tủa - Tính tốn tập liên quan đến độ điện li , số điện li K quan hệ chúng Tính số axit Ka, bazơ Kb - Cách viết phương trình phản ứng dạng phân tử ion II.2.2 Một số dạng tập vận dụng Trong khuôn khổ cho phép đề tài, tơi phân tích Ví dụ điển hình II.2.2.1 Dạng độ điện li  yếu tố ảnh hưởng đến độ điện li Ví dụ 1: [6, Olympic 30 môn Hóa học 11 lần thø IX, (X), 2003 (2004)] Viết biểu thức độ điện li  CH3COOH dung dịch: a) CH3COOH C1M b) CH3COOH C1M CH3COONa C2M (C2 CH3COONa (do có ion chung CH3COO-) Ví dụ 2: [7, HSG Hà nội 2011-2015] Dung dịch NH3 có độ điện li 0,4% a) Tính pH dung dịch b) pH dung dịch thay đổi nếu: - Thêm lượng muối NH4Cl vào dung dịch - Thêm lượng HCl vào dung dịch - Thêm lượng NaOH vào dung dịch c) Độ điện li dung dịch NH3 thay đổi khi : - Pha loãng dung dịch - Thêm lượng NH4NO3 vào dung dịch - Thêm lượng KOH vào dung dịch - Thêm lượng HNO3 vào dung dịch * Mục đích bài: Giúp học sinh có kĩ tổng hợp: tính pH, xét yếu tố ảnh hưởng đến pH độ điện li  dung dịch, tính thể tích dung dịch * Hướng dẫn giải:  = 0,4% a) Cân chủ yếu: NH3 + H2O NH4+ + OH- (1) [OH-] = C = 0,004  pOH = 2,38 hay pH = 11,6 b) Sự thay đổi pH - Thêm NH4Cl: Cân (1) chuyển dịch theo chiều nghịch, [OH -] giảm nên pH giảm - Thêm HCl: pH giảm - Thêm NaOH: pH tăng c) Dựa vào cân (1): - Khi pha loãng dung dịch độ điện li  tăng - Thêm lượng nhỏ NH4NO3 độ điện li  giảm - Thêm lượng KOH độ điện li  giảm - Thêm lượng HNO3 độ điện li  tăng Ví dụ 3: [5, đề 98 – 99] Dung dịch CH3COOH 0,1 mol/l có độ điện li  = 1,32% Pha lỗng dung dịch lần độ điện li dung dịch bao nhiêu? Từ kết cho nhận xét chuyển dịch cân pha loãng dung dịch chất điện li yếu * Mục đích đề: Vận dụng kiến thức để tính số cân độ điện li , pha lỗng dung dịch lần nồng độ giảm nhiêu lần (hay độ điện li  tăng) * Hướng dẫn giải: Ta có: CH3COOH C - C Cân bằng: K H+ + CH3COOC K C  2C  1,76.10 5 1 * Khi pha loãng dung dịch lần nồng độ dung dịch giảm lần CH3COOH H+ + CH3COOC = 0,025 mol/l Mà K   C hay   K 1,76.10 5   2,7% C 0,025 Nhận xét: Khi pha loãng, nồng độ cấu tử giảm, cân chuyển dịch phía tạo thành nhiều cấu tử hơn, tức độ điện li tăng lên II.2.2.2 Dạng từ tích số tan T tính độ tan S chất ngược lại Ví dụ 1: Lớp 11 chuyên [5, đề 2002 – 2003] Tính % lượng AgCl bị rửa 0,451 gam hợp chất bằng: 200 ml nước cất 150 ml dung dịch NH4Cl 1M 50 ml nước cất Cho TAgCl=10-9,75 * Mục đích đề: Giúp học sinhcủng cố phần: tích số tan, độ tan liên quan chất nước dung dịch (có chất tan khác) Kỹ tính khối lượng chất theo độ tan, % khối lượng chất tan bị * Hướng dẫn giải: AgCl Ag+ + ClS S S Mà T = S2  S  T  1,33.10 5 mol/l  m AgCl  S VH 2O M 1000 1,33.10 5.200.143,5   38,1.10 5 g 1000 Vậy % AgCl hao hụt: 38,1.10 5 100  0,085% 0,451 NH4Cl = NH4+ + Cl0,1 0,1 0,1 AgCl = Ag+ + ClS’ S’ S’ + 0,1 Mà T = S’(S’ + 0,1)  0,1S’ (coi S’ > [Ag+] Do đó: S = [Cl-]  [Ag(NH3)2+] a) Tính K theo biểu thức:  Ag  NH  2  K   Ag  . NH  Trong đó:  Ag   TCl   T  Ag  NH    AgCl  AgCl   NH   20S   Ag  NH  2   18 Ag  NH  2  Vậy  Ag  NH   K 1,56.10 18  Ag  NH    10   2.10 b) Trong dung dịch NH3 2M độ tan AgCl 0,1M   Ag  NH     0,1M hay 14,35 g.l-1 18 Ví d 3: [8, Olympic 30-4 môn Hóa học 11 lần thø XVII, (XVIII),2011 (2012)] Tích số tan BaSO4 10-10 a) Tính độ tan BaSO4 nước nguyên chất dung dịch H2SO4 0,1M b) Kết luận ảnh hưởng ion chung tới độ tan * Mục đích bài: Yêu cầu học sinh tính độ tan chất trường hợp cụ thể từ kết luận ảnh hưởng ion chung tới độ tan * Hướng dẫn giải: a) Gọi S1 độ tan BaSO4 nước nguyên chất Ta có:  Ba    SO   S 2 2 Mà T = S12  S1  10 10  10 5 M + Gọi S2 độ tan BaSO4 dung dịch H2SO4 0,1M Ta có: [Ba2+] = S2,  SO42   S  0,1 Mà T = S2(S2 + 0,1) = 10-10 giả thiết S2 TCuS = 8.10-37 Vậy MnS tồn dung dịch, CuS tách (dạng kết tủa) Hầu hết ion Cu2+ kết tủa b) + Thêm 4.10-4 mol H+ vào dung dịch B [H+] dung dịch sau là: 4.10-4 + 0,003 = 0,0034 M 2 Từ (*) tính  S   1,2.10 20.0,1 TCuS 8.10 37 16 2  10 Cu    8.10 21 S 2 10 16  0,0034     + Vậy dung dịch 8.10-21 mol ion Cu2+ chiếm tỉ lệ: 8.10 21 100  4.10 5 % 4 2.10 II.2.2.4 Dạng số mối quan hệ số Ví dụ 1: [4, tr 280] Theo Bronstet, NH4+ xem axit với số axit Ka, NH3 bazơ với số bazơ Kb Hãy lập biểu thức liên hệ K a Kb (Dựa vào tích số ion nước) * Mục đích đề:Yêu cầu học sinh vận dụng lý thuyết axit – bazơ, tính số axit – bazơ: Ka, Kb; viết phương trình cho nhận H+ * Hướng dẫn giải: + Ta có: NH4+ axit: NH4+ + H2O NH3 + H3O+  H O  NH  với Ka =  NH   3  NH3 bazơ: NH4+ + OH- NH3 + H2O  NH OH  =  với Kb   NH  + Tích Ka Kb; Ka.Kb = [H3O+][OH-] = K H O Ví dụ 2: [4, tr 288] Tính cân dd HCN 0,0010M cho cân bằng : HCN     H     CN K a  109,35   * Mục đích bài: Yêu cầu học sinh dựa số axit Ka tính giá trị nồng độ thời điểm cân 12 * Hướng dẫn giải Bởi Ka=10-9,35 bé nên phân li HCN xảy khơng đáng kể ta có: HCN     H     CN K a  109,35   C       0,010    C x                   x         x        0,010  x         x         x    x2  109,35 Với x 0, 010  x x  109,35 10 2  105,675  0,010 Vậy, ta chấp nhận x = [H+] = [CN-] = 10-5,675 =2,11.10-6M [HCN] = 0,010-x=0,010M Ví dụ 3: [3, tr 133] Tính số cân phản ứng hoà tan Mg(OH)2 NH4Cl Cho TMg  OH   1.10 11 ; K NH   10 9, 25 Hãy rút kết luận từ số tính * Mục đích đề:Yêu cầu học sinh viết phương trình phản ứng dạng phân tử: tổ hợp cân để từ tính HSCB phản ứng xét, kết luận ảnh hưởng nồng độ đến hoà tan kết tủa tạo kết tủa * Hướng dẫn giải: + Phương trình phản ứng: Mg(OH)2 + 2NH4Cl MgCl2 + 2NH3 + 2H2O (I) (I) tổ hợp cân sau: Mg(OH)2 Mg2+ + 2OH- T 2x NH4+ 2x H+ + OH- H+ + NH3 H2O K NH   K a K H12O (I) có K = T K a2  K H1 O   10 1, 2 + Giá trị K không lớn, không nhỏ ta làm chuyển dịch cân phía cách tăng nồng độ NH làm kết tủa Mg(OH)2, tăng nồng độ NH4+ để hoà tan Mg(OH)2 13 II.2.3 Một số tập vận dụng Bài Lớp 11 chuyên [5, đề 2002 – 2003] Độ điện li CH3COO- dung dịch CH3COONa C1 M thay đổi dd có mặt a) CH3COOH CM b) HCl CM c) Ca(OH)2 CM d) NH4Cl CM e) NaNO2 CM ( Với C