Xây dựng hệ thống bài tập các dạng toán về kim loại phát triển tư duy cho học sinh

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA - - LÊ THỊ PHƯƠNG DƯƠNG Xây dựng hệ thống tập dạng toán kim loại phát triển tư cho học sinh KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SƯ PHẠM HÓA ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA HOÁ - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: LÊ THỊ PHƯƠNG DƯƠNG Lớp : 09SHH Tên đề tài: Xây dựng hệ thống tập dạng toán kim loại phát triển tư cho học sinh Nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu sở lý luận tư tập hóa học + Phân tích phương pháp giải tập hóa học phần kim loại + Hệ thống dạng toán kim loại phát triển tư cho học sinh Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thị Lan Anh Ngày giao đề tài: …… /…… /2013 Ngày hoàn thành: …… /…… /2013 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ, tên) (Ký ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng…năm 2013 Kết điểm đánh giá: Ngày… tháng… năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Lần làm quen với công việc nghiên cứu, gặp khơng khó khăn Nhưng sử ủng hộ quan tâm sâu sắc thầy cô giáo khoa Hóa trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng bạn sinh viên lớp 09SHH đóng góp ý kiến, tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu Đặc biệt qua em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Nguyễn Thị Lan Anh, người giúp đỡ tận tình hướng dẫn em cặn kẽ suốt q trình hồn thành đề tài nghiên cứu MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TƯ DUY 1.1.1 Khái niệm tư 1.1.2 Các thao tác tư .4 1.1.3 Vai trò tư 1.1.4 Tư hóa học 1.1.5 Phát triển lực tư 1.2 BÀI TẬP HÓA HỌC 1.2.1 Khái niệm tập hóa học 1.2.2 Phân loại tập hóa học .7 1.2.3 Tác dụng tập hóa học 1.2.4 Xu hướng phát triển tập hóa học 1.3 QUAN HỆ GIỮA BÀI TẬP HÓA HỌC VÀ RÈN NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HĨA HỌC PHẦN KIM LOẠI .11 2.1 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG VÀ BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ 11 2.2 PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM KHỐI LƯỢNG 14 2.3 PHƯƠNG PHÁP DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON 17 2.4 PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN ĐIỆN TÍCH .20 2.5 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CÁC ĐẠI LƯỢNG TRUNG BÌNH .21 2.6 PHƯƠNG PHÁP TỰ CHỌN LƯỢNG CHẤT 24 2.7 PHƯƠNG PHÁP BIỆN LUẬN 25 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÁC DẠNG TOÁN VỀ KIM LOẠI PHÁT TRIỂN TƯ DUY CHO HỌC SINH .28 3.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI 28 3.2 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC VÀ DUNG DỊCH KIỀM 33 3.3 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI 38 3.4 BÀI TẬP KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT 49 3.5 BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG NHIỆT LUYỆN .63 3.6 BÀI TẬP VỀ TÍNH LƯỠNG TÍNH CỦA NHÔM HIĐROXIT 68 3.7 BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI KIỀM – KIỀM THỔ 76 3.8 BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN – XÁC ĐỊNH THẾ ĐIỆN CỰC 84 KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nền giáo dục nước ta có xu hướng đổi từ mơ hình dạy học truyền thống chiều khơng cịn phù hợp sang mơ hình dạy học hợp tác hai chiều Thay trước “giáo viên trung tâm” học sinh người tự tìm kiến thức, vận dụng kiến thức cách linh hoạt, sáng tạo hướng dẫn giáo viên Giáo viên người tổ chức, đạo, động viên dạy cho học sinh cách học không thụ động tiếp thu tri thức giáo viên đặt sẵn Muốn địi hỏi phải có phương pháp học tập tích cực nhằm phát huy khả tư duy, chủ động, sáng tạo học sinh Một phương pháp dạy học đạt hiệu cao trường phổ thông thông qua tập Đây dạng phương pháp có tác dụng giúp học sinh nhớ lâu hồn thiện kiến thức, đồng thời đào sâu mở rộng kiến thức học cách sinh động, phong phú, hấp dẫn Việc vận dụng kiến thức vào việc giải tập tạo điều kiện phát triển tư duy, vai trị tích cực, tự lực, chủ động, sáng tạo góp phần hình thành nhân cách cho người học Hóa học khoa học thực nghiệm lý thuyết nên có nhiều khả việc phát triển lực nhận thức cho học sinh Trong phần kim loại chun đề khơng thể thiếu hóa học Việc dạy học phần kim loại chương trình lớp 12 cung cấp cho học sinh kiến thức chuyên ngành, liên hệ ứng dụng kiến thức học vào thực tiễn, ngành cơng nghiệp khác mà cịn góp phần giáo dục cho học sinh bảo vệ mơi trường Chính tập hóa học phần tập kim loại đóng vai trị quan trọng Phần tập giúp người học có hệ thống tập hóa học phần kim loại theo hướng củng cố, phân loại phương pháp giải toán, nâng cao khả suy luận, vận dụng kiến thức theo nhiều hướng khác để giải toán ứng dụng thực tế Từ yêu cầu trên, chọn đề tài: “ Xây dựng hệ thống tập dạng toán kim loại phát triển tư cho học sinh” để nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Tôi chọn đề tài với mong muốn giúp xây dựng hệ thống tập hóa học phần kim loại theo hướng củng cố, phát triển tư nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo học sinh, gây cho học sinh hứng thú với mơn, có ý nghĩ sáng tạo việc áp dụng kiến thức hóa học vào thực tiễn, từ nâng cao hiệu việc dạy học mơn hóa học Tuy nhiên lần làm quen với công việc nghiên cứu, điều kiện lực có hạn mà nội dung lại phong phú nên dù có nhiều cố gắng luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Kính mong đóng góp tận tình q thầy bạn để khóa luận hồn thiện MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Xây dựng hệ thống tập dạng toán kim loại chương trình THPT, phương pháp sử dụng chúng giảng dạy cách hợp lý nhằm phát triển học sinh lực tư độc lập - Ơn tập, hệ thống hóa kiến thức cách tích cực phần kim loại cho học sinh qua tập hóa học Đồng thời giúp em nắm phương pháp học hóa học, từ đào sâu mở rộng kiến thức học - Rèn luyện cho học sinh đức tính xác, tự giác lịng say mê khoa học hóa học NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn để xây dựng hệ thống tập kim loại nhằm nâng cao chất lượng dạy học giáo viên học sinh + Cơ sở lý luận tư * Các thao tác tư * Vai trò tư * Tư hóa học * Phát triên lực tư học sinh + Bài tập hóa học * Phân loại tập hóa học * Tác dụng tập hóa học * Xu hướng phát triển tập hóa học + Quan hệ tập hóa học phát triển tư học sinh - Lựa chọn, xây hệ thống dạng tốn kim loại chương trình phổ thông - Những biện pháp phát triển lực nhận thức, bồi dưỡng tư cho học sinh giảng dạy phần kim loại lớp 12 trường phổ thông PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu sở lý luận: + Nghiên cứu tài liệu liên quan lý luận dạy học, giáo dục học tài liệu khoa học có liên quan + Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa lí thuyết phân loại xây dựng hệ thống tập - Nghiên cứu thực tiễn: + Nghiên cứu tìm hiểu việc dạy học mơn hóa học trường THPT qua phần tập, trình độ mức độ nắm bắt kiến thức học sinh để thiết kế xây dựng hệ thống tập phương pháp dạy học phù hợp ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu đề xuất biện pháp sử dụng hệ thống tập hóa học phần kim loại lớp 12 THPT nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức khoa học, tiến đến phát huy lực vận dụng kiến thức, khả nhận thức, tư hóa học - Kết hợp dạng tập có hình vẽ, thực nghiệm, môi trường nhằm làm phong phú, sinh động thêm hệ thống tập, tăng khả hứng thú học tập cho học sinh Đồng thời giáo dục cho học sinh lòng yêu thiên nhiên, ý thức bảo vệ giữ gìn mơi trường sống lành đẹp CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TƯ DUY [10], [12] 1.1.1 Khái niệm tư Một nhiệm vụ quan trọng mà ngành giáo dục đại hướng đến phát triển lực trí tuệ lực tư học sinh Vậy tư gì? Theo tâm lý học: “Tư trình tâm lý phản ánh thuộc tính chất, mối liên hệ quan hệ bên có tính quy luật vật, tượng thực khách quan mà trước ta chưa biết” Theo M.N Sacđacôp: “Tư nhận thức khái quát gián tiếp vật, tượng thực dấu hiệu, thuộc tính chung chất chúng Tư nhận thức sáng tạo vật tượng mới, riêng rẽ thực sở kiến thức khái quát hóa thu nhận được” 1.1.2 Các thao tác tư - Phân tích – Tổng hợp Phân tích q trình dùng trí óc để phân tích đối tượng nhận thức thành “bộ phận”, thuộc tính, mối liên hệ quan hệ chúng để nhận thức đối tượng sâu sắc Tổng hợp q trình dùng trí óc để hợp “bộ phận”, thuộc tính, thành phần phân tách nhờ phân tích thành chỉnh thể - So sánh (tuần tự đối chiếu) So sánh q trình dùng trí óc để xác định giống hay khác nhau, đồng hay không đồng nhất, hay không đối tượng nhận thức (sự vật, tượng) - Trừu tượng hóa khái quát hóa Trừu tượng hóa q trình dùng trí óc để gạt bỏ mặt, thuộc tính, mối liên hệ, quan hệ thứ yếu, không cần thiết phương diện giữ lại yếu tố cần thiết để tư Khái quát hóa trình dùng tri óc để bao qt nhiều đối tượng khác thành nhóm, loại theo thuộc tính, mối liên hệ, quan hệ chung 83 Giải n CO2 = 1,12 = 0,05 mol 22,4 Cách 1: Phương pháp thông thường: Gọi hai muối cacbonat cho ACO3 B2(CO3)3 có số mol x, y mol (A + 60)x + (2B + 180)y = 15  Ax + 2By = 15 – 60(x + 3y) (a) ACO3 + 2HCl → ACl2 + CO2 ↑ + H2 O → x mol x mol x mol B2(CO3 )3 + 6HCl → 2BCl + 3CO2↑ + 3H2O → y mol (1) 2y mol (2) 3y mol n CO2 = x + 3y = 0,05 mol (b) m muối = m ACl + mBCl = (A + 71)x + (B + 106,5)2y  m muối = (Ax + 2By) + 71(x + 3y) (c) Thay (a) (b) vào (c) ta có:  m muối = 15 – 60(x + 3y) + 71.(x + 3y) = 15 + 11(x + 3y)  m muối = 15 + 11.0,05 = 15,55 gam Cách 2: Phương pháp bảo tồn khối lượng Từ phương trình (1) (2) ta thấy: nHCl = n CO = 2.0,05 = 0,1 mol n H2O = n CO2 = 0,05 mol Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: 15 + 36,5.0,1 = m muối + 0,05.44 + 0,05.18  m muối = 15,55 gam Cách 3: Phương pháp tăng giảm khối lượng Sử dụng cơng thức tính nhanh m muối clorua = m muối cacbonat + 11 n CO2  m muối clorua = 15 + 11.0,05 = 15,55 gam Bài tốn có nhiều ưu điểm nhằm giúp học sinh phát triển lực tư Bài tốn giải theo nhiều cách khác nhau, học sinh tự lựa chọn cách giải cho 84 Tuy nhiên, giải theo cách 2, cách nhanh tối ưu so với cách giải theo phương pháp thông thường 3.7.3 Một số tập tự giải phát triển tư cho học sinh Bài 1: Hấp thụ hết V lít (đktc) khí CO2 vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2 1M thu 29,55 gam kết tủa.Lọc bỏ kết tủa đem đun nóng nước lọc lại thu kết tủa Tính V? Đáp số: V = 5,6 lít Bài 2: Đốt cháy hết 6,72 lít khí H2S (đktc), sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch nước vơi dư Khối lượng dung dịch thu tăng hay giảm gam so với ban đầu? Đáp số: Giảm 11,4 gam Bài 3: Hòa tan 13,8 gam K2CO3 vào nước dung dịch A Vừa khuấy vừa thêm giọt dung dịch HCl 1M đủ 180 ml dung dịch axit, thu V lít (đktc) khí CO2 Tính V? Đáp số: V = 1,792 lít Bài 4: Nung 19,0 gam hỗn hợp X gồm NaHCO3 Na2CO3 tới khối lượng không đổi thu 15,9 gam chất rắn Tính số mol muối hỗn hợp X? Đáp số: n NaHCO = 0,1 mol, n Na CO = 0,1 mol 3 Bài 5: Hấp thụ hết V lít (đktc) khí CO2 vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2 1M thu 29,55 gam kết tủa Lọc bỏ kết tủa đem đun nóng nước lọc lại thu kết tủa Tính V? Đáp số: VCO = 5,6 lít Bài 6: Dung dịch X chứa hỗn hợp gồm Na2CO3 1,5M KHCO3 1M Nhỏ từ từ giọt hết 200 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch X, sinh V lít khí (ở đktc) Tính V? Đáp số: VCO2 = 1,12 lít Bài 7: Hịa tan m gam hỗn hợp Na2CO3 K2 CO3 vào 55,44 gam H2 O thu 55,4 ml dung dịch (d= 1,0822) bỏ qua biến đổi thể tích Cho từ từ dung dịch HCl 0,1M vào dung dịch thoát 1,1 gam khí dừng lại Dung dịch thu cho tác dụng với nước vôi tạo 1,5 gam kết tủa khơ Tính khối lượng m? Đáp số: m = 4,56 gam 85 Bài 8: Hòa tan a gam hỗn hợp Na2CO3 KHCO3 vào nước để 400 ml dung dịch A Cho từ từ 100 ml dung dịch HCl 1,5M vào dung dịch A, thu dung dịch B 1,008 lít khí (đktc) Cho B tác dụng với Ba(OH) dư thu 29,55 gam kết tủa Tính khối lượng a? Đáp số: a = 20,13 gam Bài 9: Nung 100 gam hỗn hợp gồm Na2CO3 NaHCO3 khối lượng hỗn hợp khơng đổi 69 gam chất rắn Tính thành phần phần trăm khối lượng chất hỗn hợp? Đáp số: % Na2CO3 = 84% % NaHCO3 = 16% 3.8 BÀI TẬP VỀ ĐIỆN PHÂN – XÁC ĐỊNH THẾ ĐIỆN CỰC [2], [4], [5] 3.8.1 Điện phân 3.8.1.1 Bài tập điện phân nóng chảy - Điện phân nóng chảy oxit: dùng để điều chế Al NaAlF  4Al + 3O 2Al2O3   - Điện phân nóng chảy hiđroxit muối clorua số kim loại có tính khử mạnh gồm số kim loại kiềm, kiềm thổ Li, Na, K, Mg,…   2M + 2MOH đpnc O2 + H2O   2M + xCl2 MClx đpnc Khi gặp tốn điện phân nóng chảy chất điện phân thì: + Viết phương trình điện phân tổng quát + Sử dụng phương trình điện phân tổng quát phương trình hóa học thơng thường để tính số mol chất khác từ chất biết + Áp dụng cơng thức Faraday để tính lượng đơn chất giải phóng điện cực, thời gian điện phân cường độ dòng điện + Chú ý tương tác sản phẩm điện phân thu với điện cực (nếu có) Ví dụ: Điện phân nóng chảy Al2O3 với điện cực làm C anot O2 sinh đốt cháy C tạo CO2, CO nên anot bị ăn mòn dần Ví dụ 1: Điện phân lượng dư Al2O3 nóng chảy thời gian 40 phút 50 giây, cường độ dịng điện 5A thu 3,6 gam nhơm kim loại catot Tính hiệu suất q trình điện phân? 86 Giải Áp dụng công thức định luật Faraday ta có: mAl = 27.5.(2.60.60  40.60  50) ATt = = 4,5 gam 3.96500 nF Thực tế thu 3,6 gam Al nên hiệu suất phản ứng là: H% = 3,6 × 100% = 80% 4,5 3.8.1.2 Bài tập điện phân dung dịch - Vai trị nước: trước hết dung mơi hịa tan chất điện phân, sau tham gia trực tiếp vào trình điện phân: Tại catot ( - ) H2 O bị khử: 2H2O + 2e → H2 + 2OHTại anot ( + ) H2 O bị oxi hóa: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e - Cực âm ( - ) catot: Ion có tính oxi hóa mạnh oxi hóa trước: Thứ tự ưu tiên điện phân Li+ K+ Ba2+ Na+ Mg2+ Al3+ H2O Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ OHFe2+ Không bị điện phân - Cực ( + ) anot: Ion có tính khử mạnh khử trước: Thứ tự ưu tiên điện phân NO3- SO4 2- H2O RCOO- Cl- Br- I- S2- kim loại ( trừ bạch kim) H+ Không điện phân - Định luật Faraday: m= ATt nF Trong đó: m : Khối lượng chất thu điện cực, tính gam A : Khối lượng mol nguyên tử chất thu điện cực n : Số electron mà nguyên tử ion cho nhận I : Cường độ dịng điện, tính ampe (A) t : Thời gian điện phân, tính giây (s) F : Hằng số Faraday (F= 96500) Từ công thức suy công thức sau: Trong đó: n : Số mol chất sinh m It =n= A nF 87 Chú ý: Trong khoảng thời gian t, catot bình điện phân nhường electron anot bình điện phân thu nhiêu electron (thực chất ngun lí bảo tồn electron điện phân q trình oxi hóa khử xảy hai điện cực, tác dụng dịng điện chiều) Cơng thức: ne = It F ( ne : số mol electron trao đổi cực âm dương) - Có thể có phản ứng phụ xảy trình điện phân: + Điện phân dung dịch NaCl khơng màng ngăn tạo nước Javen có khí H thoát catot + Điện phân dung dịch KCl khơng có màng ngăn 80o C tạo KClO3 - Một số đặc điểm cần ý: Khi làm tập, đề khơng u cầu khơng cần thiết viết chế trình điện phân + Khi điện cực catot ( - ) bắt đầu có bọt khí xuất khối lượng catot khơng đổi có nghĩa ion kim loại có khả điện phân bị điện phân hết catot bắt đầu có điện phân H2O + Khi tính nồng độ % dung dịch sau điện phân cần ý tính khối lượng dung dịch sau điện phân: mdung dịch sau = mdung dịch đầu – m↓ – m↑ Độ giảm khối lượng dung dịch: Δm = m↓ + m↑ + Khi điện phân dung dịch mà có nước tham gia điện phân tốn điện phân xét tốn cạn dung dịch - Từ công thức Faraday → số mol chất thu điện cực n = m It = nF A - Nếu đề yêu cầu tính điện lượng cần cho q trình điện phân áp dụng công thức: Q = I.t = ne.F Dạng 1: Bài tập điện phân dung dịch có cation kim loại bị khử: - Viết phương trình điện phân tổng quát xảy - Sử dụng phương trình điện phân tổng quát phương trình hóa học thơng thường để tính số mol chất khác từ chất biết 88 - Áp dụng cơng thức Faraday để tính lượng đơn chất giải phóng điện cực, thời gian điện phân cường độ dịng điện Ví dụ 1: Đem điện phân 100 ml dung dịch AgNO3 có nồng độ C (mol/l) điện cực trơ Sau thời gian điện phân, thấy có kim loại bám vào catot, catot khơng thấy xuất bọt khí, anot thấy xuất bọt khí thu 100 ml dung dịch có pH = Đem cô cạn dung dịch này, sau đem nung nóng chất rắn thu khối lượng khơng đổi thu 2,16 gam kim loại Coi điện phân trình khác xảy với hiệu suất 100% Tính nồng độ C? Giải Do catot chưa xuất bọt khí → dung dịch dư AgNO3 pH =1 → [H+] = 0,1 M → nH+ = 0,1.0,1 = 0,01 mol  4Ag↓ + 4HNO3 + O2 ↑ 4AgNO3 + 2H2O đpdd 0,01 mol ← 0,01 mol Mặt khác sau cô cạn dung dịch thu lượng muối AgNO3 cịn dư, đem nung nóng muối bị phân hủy ta thu 2,16 gam kim loại Ag  n AgNO dư  n AgNO ban đầu 3 = nAg =  CM (AgNO ) = 2,16 = 0,02 mol 108 = n AgNO dư + n AgNO phản ứng = 0,02 + 0,01 = 0,03 mol 0,03 = 0,3 M 0,1 Dạng 2: Bài tập điện phân chứa nhiều chất điện phân - Viết phương trình điện li tất chất điện phân Xác định ion điện cực - Viết phương trình hóa học bán phản ứng ( viết phương trình cho, nhận e ion điện cực) Tính số e trao đổi điện cực.( Nếu giả thiết cho cường độ dòng điện thời gian điện phân) ne (cho anot) = ne (nhận catot) - Biểu diễn đại lượng theo bán phản ứng (thu nhường electron) xảy điện cực theo thứ tự, không cần viết phương trình điện phân tổng qt - Tính toán theo yêu cầu đề Chú ý: 89 - Nếu đề cho I t trước hết tính số mol electron trao đổi điện cực (n e) theo công thức: ne = It Sau dựa vào thứ tự điện phân, so sánh tổng số mol nF electron nhường nhận với ne để biết mức độ điện phân xảy Ví dụ để dự đốn xem cation kim loại có bị khử hết khơng hay nước có bị điện phân khơng H 2O có bị điện phân điện cực nào… - Có thể tính thời gian t’ cần điện phân hết lượng ion mà đề cho so sánh với thời gian t đề Nếu t’ < t lượng ion bị điện phân hết cịn t’ > t lượng ion chưa bị điện phân hết - Tổng thời gian điện phân tổng thời gian điện phân ion - Nếu đề cho lượng khí điện cực thay đổi khối lượng dung dịch, khối lượng điện cực, pH,…thì dựa vào bán phản ứng để tính số mol electron thu nhường điện cực thay vào công thức ne = It để tính I t nF - Trong nhiều trường hợp dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron thu catot = số mol electron nhường anot) để giải cho nhanh Ví dụ 1: Điện phân 200 ml dung dịch hỗn hợp AgNO3 0,1 M Cu(NO3)2 0,2 M với điện cực trơ cường độ dòng điện 5A Sau 19 phút 18 giây dừng điện phân, lấy catot sấy khơ thấy tăng m gam Tính m? Giải nAg+ = 0,2.0,1 = 0,02 mol Ta có: ne = , nCu2+ = 0,2.0,2 = 0,04 mol 5.(19.60 18) It = = 0,06 mol nF 96500 - Thứ tự ion bị khử catot: + Ag+ 1e → Ag (1) 0,02 mol → 0,02 mol 0,02 mol → sau (1) 0,06 – 0,02 = 0,04 mol electron Cu2+ + 2e → Cu (2) 0,02 ← 0,04 mol → 0,02 mol → sau (2) dư 0,02 mol Cu2+ mcatot tăng = mkim loại bám vào = 0,02.108 + 0,02 64 = 3,44 gam Dạng 3: Điện phân dung dịch bình điện phân mắc nối tiếp: 90 - Khi điện phân dung dịch bình điện phân mắc nối tiếp cường độ dịng điện thời gian điện phân bình I1 = I2 = … = I Q = It = const → điện lượng qua bình t1 = t2 = … = t It Mà ne = → Sự thu nhường electron điện cực tên phải F chất sinh điện cực tên phải tỉ lệ mol với - Giả sử có bình điện phân mắc nối tiếp, chất bình có chung cơng thức tính theo định luật Faraday: m1 = A It A1 It , m2 = , … n2 F n1 F Ta lập tỉ lệ: m1 : m2 = A1 A : n2 n1 Khi đề cho biết giá trị m ta tính giá trị cịn lại Ví dụ 1: Cho hai bình điện phân giống có điện cực trơ mắc nối tiếp Bình đựng dung dịch AgNO3 , bình đựng dung dịch muối sunfat kim loại A (hóa trị II) đứng sau Al dãy hoạt động kim loại Tiến hành điện phân bình với thời gian t Khi catot bình có 0,648 gam kim loại catot bình người ta thu 0,192 gam kết tủa Xác định kim loại A? Giải Do hai bình điện phân mắc nối tiếp nên ta có: mAg : mA =  M Ag : MA 108 M A  0,648 : 0,192 = : 2 MA 0,192.108 = = 32 0,648  MA = 64 → A kim loại Cu Dạng 4: Điện phân dung dịch với cực dương tan: - Khi điện phân dung dịch với anot kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) anot xảy q trình oxi hóa điện cực Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực anot làm Cu Quá trình điện phân xảy điện cực sau: 91 Catot ( - ) CuSO4 Anot ( + ) Cu2+ + 2e → Cu Cu → Cu 2+ + 2e H2 O H2O SO4 2- Quá trình điện phân xảy có số đặc điểm sau: + Kim loại Cu cực ( - ) tăng thêm, kim loại Cu cực ( + ) + Nồng độ Cu2+ dung dịch không đổi + pH dung dịch không đổi + Sự chênh lệch khối lượng hai điện cực lần khối lượng kim loại sinh cực âm Ví dụ 1: Điện phân 100 ml dung dịch chứa CuSO4 0,5M dùng điện cực anot kim loại đồng, cường độ dòng điện 2A Sau thời gian điện phân 16 phút giây, tính: a Độ tăng khối lượng catot? b Số mol CuSO4 có dung dịch sau điện phân? Giải nCu2+ ban đầu = 0,1.0,5 = 0,05 mol ne = 2.(16.60  5) It = = 0,02 mol 96500 F Catot ( - ) CuSO4 Cu2+ + 2e → Cu 0,02 mol → 0,01 mol H2 O Anot ( + ) Cu → Cu 2+ + 2e H 2O SO42- Đây trình điện phân dung dịch CuSO4 với cực dương tan kim loại đồng nên độ tăng khối lượng catot độ giảm khối lượng anot  ∆m tăng catot = ∆m giảm anot = 0,01.64 = 0,64 gam Và nồng độ Cu2+ dung dịch không đổi nên số mol CuSO4 có dung dịch sau điện phân: n CuSO4 = 0,05 mol 3.8.2 Tìm suất điện động pin điện hóa – Xác định điện cực kim loại - Dãy điện hóa: 92 Tính oxi hóa tăng Li+ K+ Ba2+ Na+ Mg2+ Al3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ 2H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Na Mg Al Fe Ni Pb H2 Cu Fe 2+ Ag Hg Pt Au Sn Tính khử giảm Dạng 1: Tìm suất điện động pin điện hóa: Ở 25 oC nồng độ chất 1M: E opin = E o(  ) – E o(  ) (1) + Trong kim loại mạnh đóng vai trị cực âm, kim loại yếu đóng vai trị cực dương + Suất điện động pin điện hóa ln dương ( E opin > 0) Dạng 2: Xác định điện cực chuẩn kim loại: Khi cho biết suất điện động chuẩn cặp pin điện cực chuẩn kim loại cặp ta xác định điện cực chuẩn kim loại cịn lại dựa vào cơng thức (1) E opin (X – Y) = E o m Y – Eo Xn /X /Y Kim loại X đóng vai trị cực âm, kim loại Y đóng vai trị cực dương Ví dụ 1: Cho phản ứng hóa học xảy pin điện hóa: Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+ Biết Eo Zn2 /Zn = - 0,76 V , Eo Cu2 /Cu = 0,34 V Tính suất điện động chuẩn pin điện hóa trên? Giải Zn đóng vai trị cực âm, Cu cực dương Ta có: E opin (Zn – Cu) = Eo – Eo Cu2 /Cu Zn2 /Zn = 0,34 – (- 0,76) = 1,1 V Ví dụ2: Cho E opin (Cr –Ni) = 0,48 V E o Ni  /Ni = - 0,26 V Tính điện cực chuẩn Eo cặp oxi hóa khử Cr3+/Cr ? Giải Ta có: E opin (Cr – Ni) = E o Ni  /Ni  Eo Cr3  /Cr = Eo Ni  /Ni – Eo Cr3  /Cr – E opin = - 0,26 – 0,48 = -0,74 V Ví dụ 3: Cho suất điện động chuẩn pin sau: 93 E opin (Cu – X) = 0,46 V , E opin (Zn – Cu) = 1,1 V , E opin (Y – Zn) = 0,32 V Tính suất điện động pin Y – X ? Giải Ta có: E opin (Cu – X) = Eo Xn /X E opin (Zn – Cu) = Eo – Eo Cu2 /Cu Cu2 /Cu E opin (Y – Zn) = Eo Zn2 /Zn  E opin (Y – X) = Eo Xn /X = 0,46 V – Eo Zn2 /Zn – Eo Ym  /Y – Eo Ym  /Y = 1,1 V = 0,32 V = 0,46 + 1,1 + 0,32 = 1,88 V 3.8.3 Một số tập tự giải phát triển tư cho học sinh Bài 1: Cho suất điện động chuẩn pin điện hóa: E opin (Zn – Cu) = + 1,1 V , E opin (Cu – Ag) = + 0,46 V Và điện cực chuẩn E o Ag  /Ag Eo Cu2 /Cu = + 0,8 V Tính điện cực chuẩn Eo Zn2 /Zn ? Đáp số: Eo Zn2 /Zn = - 0,76 V , Eo Cu2 /Cu = + 0,34 V Bài 2: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất điện phân 100%) với cường độ dòng điện 5A 3860s Dung dịch thu sau điện phân có khả hịa tan m gam Al Tìm giá trị lớn m? Đáp số: mAl = 2,7 gam Bài 3: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch X chứa 0,2 mol CuSO 0,12 mol NaCl dịng điện có cường độ 2A Tính thể tích (đktc) anot sau 9650 giây điện phân? Đáp số: Vkhí = 1,792 lít Bài 4: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 dùng hai điện cực trơ dòng điện chiều cường độ I = 1A đến catot bắt đầu có bọt khí dừng lại Dung dịch sau điện phân có pH =1 Biết hiệu suất phản ứng điện phân 100% Tính thời gian điện phân nồng độ mol dung dịch CuSO4 ? Đáp số: t = 965 s CM (CuSO4 ) = 0,05M 94 Bài 5: Điện phân 200 ml dung dịch Cu(NO3)2 a M đến bắt đầu có khí catot dừng lại Để n dung dịch sau điện phân đến khối lượng catot khơng đổi thấy có 3,2 gam kim loại bám vào catot Tính a? Đáp số: a = 1M Bài 6: Tiến hành điện phân (với điện cực Pt) 200 gam dung dịch NaOH 10 % đến dung dịch NaOH bình có nồng độ 25 % ngừng điện phân Tính thể tích khí (ở đktc) anot catot? Đáp số: Vkhí (anot) = 74,7 lít Vkhí (catot) = 149,3 lít Bài 7: Hòa tan 50 gam tinh thể CuSO4.5H2O vào 200 ml dung dịch HCl 0,6 M thu dung dịch X Đem điện phân dung dịch X (các điện cực trơ) với cường độ dịng điện 1,34A Tính khối lượng kim loại thoát catot thể tích khí anot (ở đktc)? Biết hiệu suất điện phân 100 % Đáp số: m = 6,4 gam V = 1,792 lít Bài 8: Có 200 ml dung dịch hỗn hợp Cu(NO3)2 AgNO3, để điện phân hết ion kim loại dung dịch cần dùng cường độ dòng điện 0,402 A Sau điện phân xong thấy có 3,44 gam kim loại bám catot Tính nồng độ mol Cu(NO3)2 AgNO3 hỗn hợp ban đầu? Đáp số: CM (Cu(NO ) ) = 0,1 M CM (AgNO ) = 0,1 M 3 Bài 9: Mắc nối tiếp hai bình điện phân: bình (1) chứa dung dịch MCl bình (2) chứa dung dịch AgNO3 Sau phút 13 giây catot bình (1) thu 1,6 gam kim loại cịn catot bình (2) thu 5,4 gam kim loại Cả hai bình khơng thấy khí catot Xác định tên kim loại M? Đáp số: Kim loại M Cu 95 KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu đề tài giải số vấn đề lý luận thực tiễn sau: Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn đề tài bao gồm: lý luận tư duy, tư hóa học, phát triển lực tư cho học sinh thơng qua việc dạy học mơn hóa học; lý luận tập hóa học tác dụng nó; rõ mối quan hệ tập hóa học vấn đề phát triển lực tư học sinh Phân tích phương pháp giải tập hóa học phần kim loại gồm: phương pháp dựa vào định luật bảo toàn khối lượng bảo toàn nguyên tố, phương pháp tăng giảm khối lượng, phương pháp dựa vào định luật bảo toàn electron, phương pháp bảo tồn điện tích, phương pháp sử dụng đại lượng trung bình, phương pháp tự chọn lượng chất phương pháp biện luận Nêu lên nguyên tắc, cách nhận dạng đánh giá phương pháp Nghiên cứu xây dựng hệ thống dạng toán kim loại phát triển tư cho học sinh gồm dạng toán xác định tên kim loại, kim loại tác dụng với dung dịch muối, kim loại tác dụng với axit, tập phản ứng nhiệt luyện, tập tính lưỡng tính nhơm hiđroxit, số dạng tập kim loại kiềm – kiềm thổ tập điện phân – Xác định điện cực Với dạng toán đưa phương pháp giải riêng có dẫn chứng vài ví dụ Mỗi ví dụ tốn đưa “tình có vấn đề”, sai lầm học sinh hay mắc phải toán có nhiều cách giải nhằm từ giúp học sinh nhìn nhận vấn đề theo nhiều góc độ khía cạnh khác sở nắm vững kiến thức bản, biết nhận sai tốn góp phần rèn luyện tư duy, óc tìm tòi sáng tạo cho học sinh Tuy nhiên, muốn phát huy hết tác dụng hệ thống tập trình trình dạy học giáo viên cần phải thay đổi cách giảng theo hướng dạy học tích cực, hỗ trợ học sinh tự học, tự nghiên cứu, chủ động học tập ý rèn luyện khả suy luận logic, rèn luyện tư hóa học cho học sinh từ câu hỏi tập bản, đến tập khó hơn, khuyến khích học sinh động não, vận dụng kiến thức để có cách giải sáng tạo, ngắn gọn, 96 thông minh Từ nâng cao hứng thú học tập mơn Hóa em, mà học sinh có hứng thú học tập tư độc lập nâng cao rõ rệt Do hạn chế thời gian, lực thân nên phạm vi nghiên cứu đề tài chưa nghiên cứu diện rộng Vì nên có thêm cơng trình nghiên cứu vấn đề để có kết khả quan hơn, góp phần nâng cao hiệu dạy học mơn hóa học trường THPT 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Ngọc An, Bài tập nâng cao hóa vơ chun đề kim loại, NXB Giáo dục, 2001 Ngơ Ngọc An, Các tốn hóa học chọn lọc THPT phản ứng oxi hóa khử điện phân, NXB Giáo dục, 2004 Th.S Phan Văn An, Bài giảng tập hóa học trường phổ thơng, Đà Nẵng, 2012 Phạm Đức Bình, Phương pháp giải tập hóa kim loại, NXB Giáo dục, 2007 Th.S Ngơ Minh Đức, Giáo trình hóa học phân tích trường phổ thơng, Đà Nẵng, 2011 Cao Cự Giác, Cẩm nang giải toán trắc nghiệm hóa học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2009 Phan Trọng Quý, Th.S Nguyễn Hoàng Hạt, Lê Kiều Anh, Hóa học vơ trường trung học phổ thơng, NXB tổng hợp TP Hồ Chí Minh, 2006 Nguyễn Phước Hịa Tân, Phương pháp giải tốn hóa học – luyện giải nhanh câu hỏi lý thuyết tập trắc nghiệm hóa học, NXB trẻ, Bến Tre, 1997 Quan Hán Thành, Phân loại hướng dẫn giải tập hóa học lớp 12 phần kim loại, NXB Giáo dục, 2006 10 Nguyễn Xuân Trường, Cao Cự Giác, Các phương pháp đổi xu hướng dạy học hóa học trường phổ thơng nay, Tạp chí giáo dục (128), 2005 11 Nguyễn Trường Xuân, Rèn kĩ giải tập hóa học trung học phổ thơng, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2009 12 Nguyễn Quang Uẩn (chủ biên), Trần Hữu Luyến, Trần Quốc Thành, Giáo trình Tâm lý học đại cương, Huế, 1998 13 Các trang web tập trắc nghiệm ... CHƯƠNG HỆ THỐNG CÁC DẠNG TOÁN VỀ KIM LOẠI PHÁT TRIỂN TƯ DUY CHO HỌC SINH 3.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH TÊN KIM LOẠI [1], [4] 3.1.1 Phương pháp giải dạng tập Bài tập xác định tên kim loại thường quy dạng. .. tập hóa học * Phân loại tập hóa học * Tác dụng tập hóa học * Xu hướng phát triển tập hóa học + Quan hệ tập hóa học phát triển tư học sinh - Lựa chọn, xây hệ thống dạng toán kim loại chương trình... tài: Xây dựng hệ thống tập dạng toán kim loại phát triển tư cho học sinh Nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu sở lý luận tư tập hóa học + Phân tích phương pháp giải tập hóa học phần kim loại + Hệ thống