IỊ2.1.2. Rèn luyện năng lực suy luận và khái quát hóa

IỊ2. Sử dụng bài tập HH vô cơ trong bồi dưỡng HSG ở trường THPT

IỊ2.1.2. Rèn luyện năng lực suy luận và khái quát hóa

2. (a) Na dư + Al(NO3)3 (đ) + H2O  ... ; (b) Ba dư + ZnSO4(đ)+ H2O  ... 3. (a) Ba(dư) + (NH4)2SO4 (đ) ... ; (b) Na(dư) + NH4Cl (đ) ...

Hướng dẫn

Các PƯ trên, xuất hiện tình huống có vấn đề. Để xác định chính xác sản phẩm của PƯ HS phải quan sát, phân tích phát hiện vấn đề có chứa đựng mâu thuẫn, rồi tìm cách giải quyết vấn đề mâu thuẫn đó.

Ví dụ: PƯ (a) thuộc 1.

 Phát hiện vấn đề: Quan sát sơ đồ thấy Cl2 không PƯ với Na2CO3 mà BT yêu cầu điền sản phẩm tạo thành.

Như vậy, có mâu thuẫn: Cl2 không PƯ với Na2CO3 mà BT yêu cầu điền sản phẩm tạo thành.

 Giải quyết vấn đề: Phân tích giải quyết mâu thuẫn.

- Trong đ Na2CO3, có H2O; khí Cl2 cho đến bão hoà vào đ (dư ). -Trước hết, Cl2 PƯ với H2O trong đ để tạo đ hh (HCl, HClO). (b’) Cl2 + H2O  HCl + HClO

(b’’) HClO  HCl +

2 1

* Đến đây, xuất hiện mâu thuẫn thứ 2 giữa đ tạo thành (hh gồm HCl, HClO, có tính axit) với đ PƯ (Na2CO3, có tính bazơ).

* Giải quyết mâu thuẫn: - Na2CO3 PƯ với axit (HCl).

(b’’’) 2HCl + Na2CO3  2NaCl + CO2 - Tổ hợp (b), (b’’), (b’’’) được:

 (b) Cl2(k, cho đến bão hoà) + Na2CO3 (đ) 2NaCl + CO2 +

2 1

O2 Tương tự như trên có:

1. (b’) 2NH3 + 3Cl2  N2 + 6HCl (b’’) NH3 + HCl  NH4Cl

 (b) 3Cl2(k) + 8NH3(đ đặc, dư)  N2 + 6NH4Cl 2. (a’) 2Na + 2H2O 2NaOH + H2

(a’’) Al(NO3)3 +3NaOH  Al(OH)3 + 3NaNO3 (a’’’) Al(OH)3 + NaOH  Na[Al(OH)4]

(a) 4Nadư+ Al(NO3)3 (đ)+ 4H2O Na[Al(OH)4]+ 3NaNO3+ 2H2 (b) tương tự (a).

3. Tương tự (2).

Ví dụ 3. Dung dịch A là đ HCl và đ B là đ NaOH.

1. Lấy 10 ml đ A pha loãng bằng nước thành 1000 ml thì thu được đ HCl có pH = 2. Tính nồng độ CM của đ Ạ

Để trung hoà 100 gam đ B cần 150 ml đ Ạ Tính C% của đ B.

2. Hoà tan hết 9,96 gam hỗn hợp Al, Fe bằng đ 1,175 lít đ A, thu được đ A1. Thêm 800 ml đ B vào đ A1, lọc được kết tủa X, rửa sạch và nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 13,65 gam chất rắn.

Tính khối lượng của Al, Fe trong hỗn hợp đầụ

Hướng dẫn

1. Xác định được: CM(A) = 1 M; C%(B) = 6%.

2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 (1) 3NaOH + AlCl3  Al(OH)3 + 3NaOH (5) Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 (2) NaOHdư + Al(OH)3  NaAO2 + 2H2O (6) NaOH + HCldư  NaCl + H2O (3) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 (7) 2NaOH+FeCl2Fe(OH)2+2NaOH (4) 2Fe(OH)3 t0 Fe2O3 + 3H2O (8) 2Al(OH)3 t0 Al2O3 + 3H2O (9)  Phát hiện vấn đề: Quan sát thấy, cho đ B (NaOH) vào đ A1(HCldư, FeCl2, AlCl3), tạo ra kết tủa X (Fe(OH)2, Al(OH)3 .

Như vậy, có mâu thuẫn: Kết tủa X tạo thành (có Al(OH)3 mang tính chất lưỡng tính) với đ B cho vào đ A1 (có tính bazơ mạnh)

 Giải quyết vấn đề: Phải phân tích tìm cách xác định NaOH có dư không? Tính NaOH dư bằng cách nào ?

(mấu chốt của bài toán là NaOH có dư không ? Dư bao nhiêu). - Theo (1), (2),(3),(4),(5) xác định được: nNaOH (dư) = 0,025 mol.

* Phát hiện vấn đề thứ 2: nAl(OH)3 chưa biết nên không thể biết được Al(OH)3 có bị hoà tan hết hay chưạ Do vậy, không xác định được chất rắn sau khi nung gồm chất nào ?

Như vậy, có mâu thuẫn: Dữ kiện bài toán cho (không đủ để xác định 3

) (OH Al

n ) và dữ kiện cần xác định (nAl(OH)3). * Giải quyết vấn đề: Biện luận.

Trường hợp 1: nAl < 0,025 molchất rắn chỉ có Fe2O3

 xác định được: mFe = 9,555 g ; mAl = 0,405 g.

Trường hợp 2: nAl < 0,025 mol chất rắn sau khi nung gồm Fe2O3, Al2O3.

 xác định được: mFe = 8,447 g ; mAl = 1,513 g.

Ví dụ 4. Có 1 lít đ X gồm Na2CO3 0,1M và (NH4)2CO3 0,25M. Cho 43 gam hh BaCl2 và CaCl2 vào đ X. Sau khi PƯ kết thúc, thu được 39,7 gam kết tủa A và đ B.

1. Tính % khối lượng các chất trong Ạ 2. Chia đ B thành 2 phần bằng nhau:

ạ Cho đ HCl dư vào phần 1, sau đó cô cạn đ và nung chất rắn còn lại tới khối lượng không đổi, được chất rắn X. Tính % khối lượng các chất trong Ỵ

b. Đun nóng phần thứ 2, rồi thêm vào đó từ từ 270 ml đ BăOH)2 0,2M. Hỏi tổng khối lượng của 2 đ giảm tối đa bao nhiêu gam ? Giả sử nước bay hơi không đáng kể.

Hướng dẫn

1. PTPƯ: M2+ CO32-

 MCO3

Với bài toán, để xác định được % khối lượng các chất trong hh A, ta cần xác định được số mol (hoặc tỷ lệ số mol) của BaCO3 và CaCO3 (mA đã biết).

 Phát hiện vấn đề: Quan sát thấy 2

3

CO

n đã biết, 2

M

n chưa biết nên chưa xác định được

3

CO M

n (không biết tính theo chất nào) và chưa xác định được % khối lượng các chất trong hh Ạ

Như vậy, có mâu thuẫn: Dữ kiện bài toán cho với dữ kiện cần xác định ( 3

CO M

n ).  Giải quyết vấn đề: Phân tích số liệu bài toán cho sẽ nhận thấy quá trình PƯ là sự chuyển từ M Cl2 thành M CO3 và có sự giảm khối lượng.

áp dụng PP tăng - giảm khối lượng sẽ dễ ràng xác định được 3

CO M

1 mol MCl2  1 mol M CO3 thì khối lượng giảm 11 gam.

M Cl2 chuyển thành M CO3, khối lượng giảm (43-39,7)=3,3 gam  3 CO M n = 2 Cl M n = 2 M n = 11 3 , 3 = 0,3 mol < 2 3 CO n = 0,35 mol (tức 2 M PƯ hết, CO32- dư). + Gọi x, y là số mol BaCO3 và CaCO3 trong A, lập các phương trình và xác định được: x = 0,1 ; y = 0,2

 %BaCO3 = 49,62% ; %CaCO3 = 50,38 %.

2.ạ Cho đ HCl vào đ B ( Na+, Cl-, NH4+, CO32-).

CO32- + 2H+  H2O + CO2 (3) ; NH4Cl t0 NH3 + HCl (4) Xác định được chất rắn Y chứa 100% NaCl.

2.b.Xác định được: Trong 1/2 đ B có: 2 3 CO n = 0,025 mol; 4 NH n = 0,25 mol.  2 Ba n = 0,054 mol ; nOH= 0,108 mol. ở đây, quan sát sẽ phát hiện vấn đề thứ 2.  Phát hiện vấn đề:

Thấy có mâu thuẫn: Thêm đ BăOH)2 vào đ B, tạo thành đ (Y) mà khối lượng đ (Y) giảm.

 Giải quyết vấn đề: Phân tích thấy, khi thêm đ BăOH)2 vào 1/2 đ B (Na+, Cl-, NH4+, CO32-) nên xảy ra PƯ:

Ba2+ + CO32-

 BaCO3 (5) ; NH4+ + OH-

 NH3 + H2O (6)

Khối lượng đ giảm là do tạo kết tủa BaCO3 và khí NH3 tách ra khỏi đ (khối lượng BaCO3 và NH3 tách ra khỏi đ chính là khối lượng của đ giảm đi).

- 2 Ba n > 3 2 CO n  3 BaCO n = 2 3 CO n = 0,025 mol  3 BaCO m = 4,925 gam. -  4 NH n >  OH n  3 NH n = 0,108 mol  3 NH m = 1,836 gam

 Khối lượng 2 đ giảm đi là m = 6,761 gam.

Ví dụ 5. 1. Cho m gam hh X gồm Ca, MgO tác dụng hết với đ HNO3 dư, thu được đ Y chứa a gam muối nitrat. Cho đ Na2CO3 đến dư vào đ Y, thu được (a-32) gam kết tủa Z. Giá trị của m là:

Ạ 40 gam; B. 20 gam C. 80 gam; D. 120 gam 2. Cho m gam hh X gồm Cu, Zn, Mg tác dụng hoàn toàn với đ HNO3 dư, thu được (m + 12,4) gam hh muối Ỵ

Mặt khác, nung m gam hh X với O2 dư, sau khi PƯ xảy ra hoàn toàn, thu được hh chất rắn Z có khối lượng là:

Ạ (m + 1,6) gam; B. (m + 3,2) gam; C. (m + 8) gam; D. ( m + 16) gam.

Hướng dẫn

1. Học sinh quan sát sẽ phát hiện các PƯ diễn ra là sự chuyển hoá các chất theo sơ đồ sau:

(1) [Ca, MgO]HNO3du [CăNO3)2, Mg(NO3)2] Na2CO3du [CaCO3, MgCO3]

(2) M HNO3du M (NO3)2 Na2CO3du

M CO3 Và MCa = MMgO = M= 40.

 Phát hiện vấn đề: Quan sát thấy M đã biết (40). Muốn xác định được m thì cần phải xác định được nX. Với các dữ kiện bài toán cho thì chưa xác định được m (số ẩn nhiều hơn số PT).

Như vậy, có mâu thuẫn: Dữ kiện bài toán cho với dữ kiện cần xác định.  Giải quyết vấn đề: Phân tích số liệu bài toán sẽ thấy sự tăng khối lượng khi chuyển hoá từ muối nitrat sang muối cacbonat, áp dụng PP tăng- giảm khối lượng:

+ Khi chuyển 1 mol M (NO3)2 1 mol M CO3 thì khối lượng giảm 64 g.  Khối lượng giảm 32 gam thì số mol M (NO3)2 là 0,5 mol.

+ Theo sơ đồ có: nX = 2 3) (NO M n = 0,5 mol  m = mX = 0,5. 40 = 20 g. 2. Các PƯ diễn ra là sự chuyển hoá từ kim loại đến muối nitrat, rồi đến oxit kim loại theo sơ đồ sau:

(1) M  HNO3

M (NO3)2 ; (2) M +

2 1

O2 t0 M O

 Phát hiện vấn đề: Quan sát, phân tích thấy số liệu bài toán cho dạng tham số và chưa xác định được m (số ẩn nhiều hơn số PT).

Như vậy, có mâu thuẫn: Dữ kiện bài toán cho với dữ kiện cần xác định. (Để xác định được khối lượng chất rắn Z thì cần xác định được số mol (hoặc khối lượng) của các kim loại).

 Giải quyết vấn đề: Phân tích số liệu bài toán cho sẽ thấy có sự tăng khối lượng khi chuyển hoá từ kim loại sang muối nitrat , áp dụng PP tăng- giảm khối lượng:

+ Khi chuyển từ 1 mol X  1 mol Y thì khối lượng tăng 124 gam.  khối lượng tăng 62 gam thì số mol X là 0,5 mol.

+ Theo (5) và (6) có:

nX = nY = nZ = nO (trong Z)= 0,5 mol  mZ = m + 0,5.16 = (m + 8) gam.

Ví dụ 6. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hh A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm, thu được chất rắn B gồm 4 chất, nặng 4,784 gam. Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào đ BăOH)2 dư, thu được 9,062 gam kết tủạ Mặt khác hoà tan chất rắn B bằng đ HCl dư, thấy thoát ra 0,6272 lít H2 (đktc).

1.Tính % khối lượng các oxit trong Ạ

2.Tính % khối lượng các chất trong B. Biết rằng trong B số mol sắt từ oxit bằng 1/3 tổng số mol sắt (II) và sắt (III) oxit.

Hướng dẫn

1. PTPƯ:

3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 (1) Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 (4) Fe3O4 + CO  3FeO + CO2 (2) CO2 + BăOH)2  BaCO3 + H2O (5) FeO + CO  Fe + CO2 (3)

 Phát hiện vấn đề: ý.1 của BT có điểm vướng mắc là không biết CO có dư hay không ? Các oxit bị khử đến mức độ nào ? nên chưa xác định được % khối lượng các oxit trong Ạ

Như vậy, có mâu thuẫn: Dữ kiện bài toán cho với dữ kiện cần phải xác định.  Giải quyết vấn đề: Phân tích tìm ra cách giải quyết vướng mắc của BT là áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mA + mCO = mB + mCO2

 mA = 4,784 + 0,046 . 44 – 0,046 . 28 = 5,52

Xác định được mA thì việc xác định % khối lượng của các oxit thật đơn giản: %FeO = 13,04% ; %Fe2O3 = 86,96%.

2. Xác định được: %Fe = 32,78% ; %Fe2O3 = 20,06% ; %FeO = 18,06%.

Ví dụ 7. Hỗn hợp A gồm KClO3, CăClO3)2, CăClO)2, CaCl2 và KCl có khối lượng 83,68 gam. Nhiệt phân hoàn toàn A, thu được chất rắn B gồm CaCl2, KCl và một thể tích O2 vừa đủ oxi hoá SO2 thành SO3 để điều chế 191,1 gam đ H2SO4 80%. Cho chất rắn B taacs dụng với 360 ml đ K2CO3 0,5M (vừa đủ), thu được kết tủa C và đ D. Lượng KCl trong đ D nhiều gấp

3 22

lần lượng KCl có trong Ạ 1.Tính khối lượng kết tủa C.

2.Tính % khối lượng KClO3 trong Ạ

Hướng dẫn

1.+ Các PTPƯ:

2KClO3  2KCl + 3O2 (1) 2SO2 + O2  2SO3 (4) CăClO)2  CaCl2 + O2 (2) SO3 + O2 H2SO4 (5) CăClO3)2  CaCl2 + 3O2 (3) CaCl2 + K2CO3  CaCO3 + 2KCl (6)

+ Xác định được: nCaCO3= 0,18 mol 

3

CaCO

m = 18 g. 2. Tính % khối lượng KClO3 trong Ạ

 Phát hiện vấn đề: ý b. của BT có phần lắt léo , chưa xác định được % khối lượng của KClO3 trong A vì khi lập các PT để giải thì số ẩn lại nhiều hơn số PT.

 Giải quyết vấn đề: Phân tích dữ kiện BT đã cho, các PTPƯ xảy ra để giải quyết vướng mắc trên, áp dụng định luật bảo toàn khối lượng sẽ xác định được số mol của KClO3 và từ đó xác định được % khối lượng của KClO3.

+ Gọi số mol KClO3 và KCl trong A là x, y có: x + y = 0,52 (*) ; x + y + 2. 0,18 =

3 22

y (**)

+ Từ (*), (**) xác định được: x = 0,4 mol  %KClO3 = 58,55%.

Ví dụ 8. Hãy tính hằng số cân bằng của PƯ sau: 3HIO  HIO3 + 2HI Cho: E0HIO /I2 = +1,54 V; 

I I

E0 2/2 = + 0,54 V; E0IO3/I2 = + 1,195 V.

Hướng dẫn

Cân bằng: 3HIO  HIO3 + 2HI

 Phát hiện vấn đề: Quan sát sẽ thấy, trong cân bằng cho ở trên chỉ có HIO, HIO3, HI, nhưng BT lại cho E0HIO /I2 , 

I I

E0 2/2 ,E0IO3/I2 .

Như vậy, có mâu thuẫn: Dữ kiện BT E0 và chất cho biết trong cân bằng.  Giải quyết vấn đề: Phân tích các dữ kiện đã cho với các chất trong cân bằng thấy có sự chuyển hoá các chất theo các sơ đồ sau:

(1) HIO E0HIO/I2 I2 E0I2/I I- 0 HIO / I E = 2 2 0 0 HIO / I I / I 2E 2E 4   = 0,995 V 0 HIO / I E  (2) IO3-      E0IO3/HIO HIOE0HIO / I2 I2 - 0 IO / HIO E = 3 2 2 0 0 HIO / I IO / I 5E E 4   =1,131 V 3 2 0 IO / I E  Từ (1) và (2) có: 2HIO + 2H+ + 4e  2I- +H2O K1 = 4 0 / /0,059 10 E HIOI HIO + 2H2O  IO3- + 5H+ + 4e K2 = 4 0 3 / /0,059 10 E IO HIO

 3HIO  HIO3 + 2HI K = K1.K2-1 = 10-9,22

IỊ2.1.2. Rèn luyện năng lực suy luận và khái quát hoá.

Một yêu cầu quan trọng đối với HSG HH là phải có khả năng suy luận tốt và khái quát hoá. Trong bồi dưỡng HSG, GV cần chú trọng đến rèn luyện năng lực suy luận và khái quát hoá cho HS . Công việc này phải diễn ra thường xuyên, bằng nhiều biện pháp khác nhaụ Trong đó, sử dụng BT HH là một biện pháp rất quan trọng.

Ví dụ 1. 1.1. Cho các chất: H2O, O2, H2, HCl, KCl, FeCl2, Br2, HBrO4, SO2, SO3 Na2SO4, NaF, NaI, NaNO3.

Hãy chọn chất thích hợp nêu trên điền vào chỗ có dấu và hoàn thành các PTPƯ sau: (a) Cl2 +  NaCl +

(b) Cl2 + +  H2SO4 + (c) Cl2 + +  + HBrO3

Hướng dẫn

Căn cứ vào các chất đã cho để suy luận tìm ra chất PƯ và chất tạo thành: + (a): Cl2 có số oxi hoá từ 0 xuống -1chất PƯ cần điền là NaI (NaNO3, Na2SO4, NaF không PƯ).

 (a) Cl2 + 2NaI  2NaCl + I2

+ PƯ (b): Cl2 phải PƯ với chất có chứa S có số oxi hoá khác +6  chất PƯ cần điền là SO2 (Na2SO4 không PƯ, SO3 có số oxi hoá +6).

 (b) Cl2 +2H2O + SO2  2HCl + H2SO4

+ (c): Cl2 phải PƯ với chất chứa Br  chất PƯ cần điền duy nhất là Br2 .  (c) Cl2 + 6H2O + Br2  2HBrO3 + 10HCl

1.2. Cho các chất sau: Fe , FeCl2, FeCl3 , HCl, NaCl, Cl2, Nạ

Mỗi hoá chất trên được sử dụng nhiều nhất một lần và điền vào chỗ có dấu để hoàn thành các PTPƯ sau:

(a) + Cl2  FeCl3 + (b) + Cl2 

(c) Fe +  H2 +

Hướng dẫn

Có thể suy luận như sau:

+ (c): Chất PƯ với Fe để giải phóng H2 là HCl  chất tạo thành cần điền là FeCl2. + (a): Chất cần điền phải duy nhất là Fẹ

+ (b): Chất PƯ cần điền duy nhất là Na  chất tạo thành là NaCl.

1. 3. Hãy viết các PTPƯ xảy ra (ghi rõ điều kiện, nếu có) theo sơ đồ biến hoá sau: BaCl2  A1  A2  A3  A4  A5  AgCl (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Biết rằng: A1, A2 A5 là đơn chất hoặc hợp chất của clọ

Hướng dẫn

Căn cứ vào hai chất đã biết là BaCl2 hoặc AgClđể suy luận: A1 có thể là Cl2 , HCl, muối clorua (khác BaCl2, AgCl).

 Trường hợp 1:

- Giả sử A1 là Cl2  A2 có thể là HCl, HClO, muối clorua (khác BaCl2, AgCl), muối hipoclorat, muối clorat.

- Giả sử A2 là KClO3  A3 là KCl, KClO4.

- Giả sử A3 là KCl  A4 có thể là HCl, muối clorua (khác BaCl2, AgCl, KCl). - Giả sử A4 là HCl  A5 là muối clorua (khác BaCl2, AgCl, KCl). - Giả sử A5 là CaCl2  AgCl (phù hợp).

(1) (2) (3) (4) (5) (6)  Trường hợp 2:

- Giả sử A1 là NaCl  A2 có thể là HCl, Cl2, muối clorua (khác NaCl, BaCl2, AgCl).

- Giả sử A2 là HCl  A3 là Cl2, muối clorua (khác NaCl, BaCl2, AgCl) . - Giả sử A3 là Cl2  A4 có thể là muối clorua (khác NaCl, BaCl2, AgCl),