Phương pháp bảo tồn

2.2.1.1. Phương pháp bảo tồn khối lượng

Đặc trưng của phương pháp này là khơng cần quan tâm đến quá trình phản ứng cĩ đạt hiệu suất 100% hay khơng, cũng khơng cần quan tâm đến chất hết và dư, cĩ bao nhiêu chất tham gia, bao nhiêu sản phẩm. Chính vì vậy mà giúp ta bỏ qua nhiều yếu tố nhỏ nhặt, khơng liên quan đến bài tốn để tập trung giải quyết nhiệm vụ chính.

Cơng thức biểu diễn định luật bảo tồn khối lượng là =

m m

 lúc đầu  lúc sau

Phương pháp bảo tồn khối lượng tỏ ra rất hiệu quả khi sử dụng vào các bài tốn pha trộn dung dịch, các quá trình hố học diễn ra khơng hồn tồn, các quá trình hố học phức tạp cĩ đề cập đến khối lượng các chất,…

2.2.1.2. Phương pháp bảo tồn nguyên tố

Đây là hệ quả của định luật bảo tồn khối lượng áp dụng cho một hoặc một vài nguyên tố mà khơng cần xét cả một hợp chất nên làm cho bài tốn trở nên đơn giản hơn.

Cĩ thể phát biểu định luật bảo tồn nguyên tố như sau: “Khối lượng của một nguyên tố trước và sau phản ứng được bảo tồn”

Phương pháp này áp dụng hiệu quả trong các bài tốn phức tạp và yêu cầu tính tốn chỉ liên quan đến một hoặc một vài nguyên tố nhất định. Đây là phương pháp khĩ áp dụng thành thạo đối với học sinh mặc dù cơ sở của nĩ khơng cĩ gì phức tạp.

2.2.1.3. Phương pháp bảo tồn electron

Trong phản ứng oxi hố-khử, tổng số (hoặc số mol) electron do chất khử nhường bằng tổng số (hoặc số mol) electron mà chất oxi hố nhận.

Phương pháp này tỏ ra hiệu quả, nhanh chĩng khi giải quyết các bài tập về phản ứng oxi hố khử như: kim loại tác dụng với axit, kim loại tác dụng với dung dịch muối, kim loại tác dụng với oxi, điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện.

2.2.2. Phương pháp tăng giảm khối lượng

Phương pháp này chỉ quan tâm đến một chất trước phản ứng và một chất sau phản ứng để thấy rõ sự biến thiên khối lượng mol của hai chất này. Sau đĩ đi tìm nguyên nhân dẫn đến biến thiên khối lượng (cĩ thể do phản ứng sinh ra chất dễ bay hơi, kết tủa hoặc do biến đổi thành phần hố học…). Từ biến thiên khối lượng và biến thiên khối lượng mol, ta tính được số mol của chất liên quan bằng cơng thức: n = Δm

ΔM

2.2.3. Phương pháp tính theo phương trình ion

Phương pháp này dựa vào đặc điểm: “Phương trình ion (rút gọn) mơ tả bản chất phản ứng hố học”. Với nhiều bài tốn, số phương trình hố học dạng phân tử quá nhiều, rất khĩ khăn khi tính tốn. Nếu các phản ứng đĩ cĩ cùng bản chất thì viết phương trình ion sẽ gọn hơn rất nhiều.

Phương pháp này thường áp dụng cho các phản ứng hố học xảy ra trong dung dịch cĩ cùng phương trình ion như: hỗn hợp axit tác dụng với hỗn

hợp bazơ, hỗn hợp axit tác dụng với hỗn hợp muối, Cu tác dụng với dung dịch hỗn hợp gồm axit và muối nitrat.

2.2.4. Phương pháp đường chéo

Đây là phương pháp được xây dựng dựa trên tính chất của tỷ lệ thức nhưng được mơ tả bằng sơđồ nên dễ nhìn, dễ hiểu.

Phương pháp này áp dụng hiệu quả, nhanh chĩng khi giải quyết các vần đề liên quan đến tỷ khối hơi của chất khí, phần trăm các chất trong một hỗn hợp, pha trộn dung dịch.

2.2.5. Phương pháp trung bình

Phương pháp trung bình được xây dựng dựa trên sự tương đồng về số lượng nguyên tử, cơng thức phân tử, đặc điểm cấu tạo, khối lượng phân tử, cách thức phản ứng,… Nhờ sự tương đồng đĩ mà cĩ thể sử dụng các đại lượng trung bình (số nguyên tử trung bình, gốc hiđrocacbon trung bình, khối lượng mol trung bình, phân tử khối trung bình,…) để giải quyết vần đề một cách nhanh chĩng, gọn gàng và chính xác. Phương pháp trung bình đặc biệt hiệu quả với các bài tốn hữu cơ và bài tốn vơ cơ cĩ các chất thuộc cùng nhĩm, cĩ cùng hố trị.

2.2.6. Phương pháp quy đổi

Cũng được xây dựng dựa trên sự tương đồng về sản phẩm phản ứng, phân tử khối,… để đưa hỗn hợp phức tạp gồm nhiều chất thành một hay hai chất và từ đĩ việc giải quyết bài tốn trở nên nhẹ nhàng, ít sai sĩt và tất nhiên sẽ nhanh hơn cách giải thơng thường.

Phương pháp qui đổi đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho các bài tốn về sắt, hợp chất của sắt, các nguyên tố cĩ cùng nguyên tử khối hoặc nguyên tử khối của nguyên tố này là bội số của nguyên tử khối nguyên tố kia.

Cĩ một số bài ta quy đổi tương đồng đảm bảo về mặt tốn học nhưng cũng cĩ một số bài sự quy đổi là khơng tương đồng mà chỉ mang tính đại diện thì cĩ thể gặp số âm nhưng kết quả cuối cùng vẫn đúng.

2.3. Hệ thống bài tập và biện pháp phát triển tư duy, rèn trí thơng minh

2.3.1. Rèn năng lực quan sát

2.3.1.1. Mối quan hệ biện chứng giữa ĩc quan sát và tư duy

Năng lực quan sát ởđây chính là ĩc quan sát – năng lực xem xét vấn đề để cĩ tầm nhìn, là cơ sởđể cĩ tư duy. Thực chất, một người quan sát một cách đầy đủ, tồn diện các đặc điểm của sự vật, hiện tượng xung quanh thì dễ rút ra kết luận chính xác, nhạy bén về bản chất của sự vật, hiện tượng-tức là cĩ năng lực tư duy cao.

Mơn hố học cĩ ưu thế là gắn liền với thực tiễn, cho nên thơng qua mơn hố để rèn năng lực quan sát cho học sinh, từ đĩ học sinh rút ra quy luật hố học là điều hết sức phù hợp. Tuy nhiên, hiện nay điều kiện để học sinh học kiến thức từ thí nghiệm hố học ít cĩ điều kiện triển khai rộng và mạnh mẽ. Trong tương lai, thí nghiệm hố học cần được sử dụng nhiều hơn nhằm rèn năng lực quan sát cho học sinh, quan sát thực tiễn sự vận động, tương tác giữa các chất mà nắm được quy luật hố học, giải thích nhiều hiện tượng hố học “bất thường”, biết phê phán và loại trừ các suy luận phi thực tế. Nhờ đĩ mà tư duy của học sinh phát triển. Như thế, ĩc quan sát và tư duy cĩ mối quan hệ biện chứng. Tư duy phải dựa trên cơ sở quan sát và quan sát là điểm xuất phát của tư duy.

2.3.1.2. Biện pháp rèn năng lực quan sát

Trong quá trình dạy học, để nâng cao khả năng quan sát của học sinh, giáo viên phải là người yêu cầu, hướng dẫn và nhấn mạnh được vai trị của năng lực quan sát trong việc học với học sinh. Nếu giáo viên khơng nhấn mạnh thì học sinh sẽ lười quan sát hoặc quan sát nhưng khơng sâu sắc vì cho

rằng việc quan sát khơng cĩ gì quan trọng, khơng ảnh hưởng nhiều đến kết quả học tập. Như vậy, để rèn năng lực quan sát cho học sinh giáo viên cần phải:

a. Tăng cường dạy học bằng thí nghiệm. Giáo viên cĩ thể trình diễn, yêu cầu học sinh quan sát, cũng cĩ thể cho học sinh tự làm thí nghiệm đơn giản và quan sát.

b. Dùng tranh ảnh, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng trong dạy học. Ngay khi gặp phải những kiến thức khĩ, khơng thể đi sâu phân tích được thì cũng khơng nên buộc học sinh chấp nhận mà phải dùng các phương tiện dạy học để học sinh tự rút ra kết luận. Hiện nay, người ta đã coi trọng việc sử dụng các mơ hình phân tử, hoạt hình mơ tả dây chuyền sản xuất hố học, đồ thị mơ tả tiến trình phản ứng vào việc dạy học hố học.

c. Thay đổi cách viết, thứ tự các nguyên tử trong phân tử để tạo ra sự khác biệt, nhất là trong hố học hữu cơ. Giáo viên khơng nên để học sinh hiểu một cách máy mĩc về cấu tạo phân tử các chất và thứ tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử (Ví dụ: viết RCOOR’ hay R’OCOR là như nhau nhưng viết R’COOR thì lại là cơng thức của một chất khác).

d. Cho học sinh quan sát, so sánh cấu tạo, phân tử khối của các chất với nhau để sử dụng kết quả đĩ vào việc giải bài tập định lượng. Rèn cho học sinh thĩi quen quan sát nhanh dữ kiện, các chất được đề cập trong bài tập trước khi bắt đầu giải.

e. Thay đổi cách thức kiểm tra-đánh giá. Đưa thêm các bài tập địi hỏi sự quan sát của học sinh như: quan sát đồ thị để rút ra điều kiện nhiệt độ, áp suất, nồng độ hợp lý khi sản xuất NH3, quan sát sơ đồ để cho biết việc áp dụng nguyên tắc chu trình kín, nguyên tắc ngược chiều trong sản xuất như thế nào; quan sát hình vẽđể kiểm tra kiến thức thực nghiệm.

2.3.1.3. Bài tập rèn năng lực quan sát

 Quan sát thí nghiệm

Quan sát thí nghiệm cĩ thể là để rút ra tính chất vật lý của một chất cụ thể, sinh động, cũng cĩ thể là để rút ra tính chất hố học hay một quy luật hố học nào đĩ. Giáo viên hướng dẫn cho học sinh cách quan sát để từ quan sát tỉ mỉ, chi tiết, đầy đủ, học sinh sẽ suy nghĩ, nhận xét, đánh giá, kết luận vấn đề.

Bài tập 1: Quan sát một mẩu iot. Mơ tả tính chất vật lý của nĩ. Cho iot vào cốc thuỷ tinh, đậy kín, đun nĩng nhẹ đáy cốc, cho biết hiện tượng. Giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng đĩ.

Học sinh sẽ quan sát và mơ tả trạng thái, màu sắc: chất rắn màu tím đen. Học sinh làm thí nghiệm, thấy iot rắn biến thành hơi iot màu tím mà khơng qua trạng thái lỏng. Học sinh rút ra kết luận: iot cĩ tính thăng hoa do iot cĩ cấu tạo mạng tinh thể phân tử, loại mạng tinh thể kém chặt chẽ.

Hình 2.1. Thí nghiệm chứng minh tính thăng hoa của tinh thể iot

Bài tập 2: Thả một ít bột Cu vào cốc (1) chứa dung dịch H2SO4 lỗng, đun nhẹ. Thả một ít bột Cu vào cốc (2) chứa dung dịch NaNO3, đun nhẹ. Cho biết hiện tượng. Đem cốc (1) đổ vào cốc (2), rồi đun nhẹ thì cĩ hiện tượng gì ?

Cu + dd H2SO4 lỗng Cu + dd NaNO3 Cu + dd (NaNO3, H2SO4) Hình 2.2. Thí nghiệm chứng minh tính oxi hố của ion nitrat trong mơi trường axit

Học sinh làm thí nghiệm và giải thích: Cu cĩ tính khử yếu nên khơng khử được H+ trong H2SO4 lỗng. Cu cũng khơng thể khử Na+ trong NaNO3, nên cốc (1) và cốc (2) khơng cĩ hiện tượng gì.

Trộn hai cốc với nhau thì ion nitrat trong mơi trường axit cĩ tính oxi hố mạnh sẽ oxi hố Cu thành Cu2+

3Cu + 8H+ + 2NO3  3Cu2+ + 2NO + 4H2O

Cu tan thành Cu2+ cĩ màu xanh, NO là khí khơng màu bị hố nâu ngồi khơng khí.

Giáo viên cho học sinh làm thí nghiệm tương tự, thay dung dịch H2SO4 lỗng bằng H2O, dung dịch NaOH rồi khái quát thành sơđồ

Môi trường trung tính Môi trường axit

Môi trường bazơ

Không có tính oxi hoá Có tính oxi mạnh

Bị Al, Zn khử đến NH3

3

NO

Bài tập 3: Trong phịng thí nghiệm, người ta điều chế khí oxi từ KMnO4 rắn. Sơđồ lắp đặt thiết bị thí nghiệm nào dưới đây là đúng ? Giải thích.

a) b)

Hình (a) đúng. Phải lắp ống nghiệm hơi chúc đầu xuống vì oxi nặng hơn khơng khí. Mặt khác, để hơi nước khỏi chảy xuống đáy ống nghiệm gây nứt và vỡ ống nghiệm nguy hiểm.

Bài tập 4: Cho biết những chất khí nào cĩ thể thu được như sơ đồ hình vẽ ? Cho biết tên phương pháp thu khí.

Hình 2.4. Thí nghiệm thu khí bằng phương pháp dời chỗ nước

Các khí thu được theo phương pháp trên (phương pháp dời chỗ nước hay phương pháp đẩy nước) phải là các khí khơng tan (hoặc ít tan) trong nước, khơng tác dụng với nước ở điều kiện thường như: CO2, CO, H2, O2, N2, N2O, NO, CH4, C2H2,…

Bài tập 5: Quan sát hình vẽ thiết bị điều chế nhanh khí X trong phịng thí nghiệm. Chất X cĩ thể là chất nào ?

Hình 2.5. Thí nghiệm điều chế khí X

Khí X được điều chế từ một dung dịch (hoặc chất lỏng) và một chất rắn. Chất X cĩ thể là: CO2, NO2, Cl2, H2S, SO2, HCl, HF, H2, C2H2, CH4.

Bài tập 6: Nhúng một lá Zn vào dung dịch HCl. Quan sát hiện tượng. Nhúng tiếp một lá Cu vào và chạm đến lá Zn. Quan sát và giải thích hiện tượng.

Hình 2.6. Thí nghiệm chứng minh hiện tượng ăn mịn điện hố học

Ban đầu lá Zn tác dụng với H+ tạo khí H2 bám trên bề mặt Zn. Khi bọt khí bám nhiều thì cản trở ion H+đến bề mặt thanh Zn nhận electron nên phản ứng chậm lại. Khi cho lá Cu tiếp xúc với lá Zn thì hình thành pin điện hố. Khi đĩ Zn là cực âm, Cu là cực dương, electron chuyển từ Zn sang Cu. Như vậy thanh Zn sẽ bị ăn mịn nhanh. Ion H+ cĩ thể nhận electron dễ dàng tại bề mặt Zn lẫn bề mặt Cu nên H2 sinh ra nhanh hơn.

Ban đầu: Zn + 2H+  Zn2+ + H2↑ Sau khi tiếp xúc với Cu

Cực âm: Zn  Zn2+ + 2e Cực dương: 2H+ + 2e  H2↑

 Quan sát hình vẽ, mơ hình, sơ đồ

Bài tập 1: Hình vẽ sau mơ tả một phản ứng hố học

Hình 2.7. Sơđồ minh hoạ phản ứng hố hợp của oxi và hiđro Phản ứng hố học đĩ cĩ thể là

Phản ứng hố học đĩ là

A. H2 + I2  2HI. B. 2H2 + O2  2H2O. C. H2 + Cl2  2HCl. D. H2 + S  H2S.

Quan sát số nguyên tử và tỷ lệ số nguyên tử trong các chất, cĩ thể nhận ra đây là sơ đồ mơ tả phản ứng giữa oxi và hiđro, tạo ra nước. Đáp án đúng là B.

Bài tập 2: Quan sát hình vẽ sau. Cho biết hình vẽ này mơ tả thí nghiệm nào ?

Hình 2.8. Thí nghiệm ảo chứng minh ảnh hưởng của nhiệt độđến tốc độ phản ứng Hình vẽ này mơ tả thí nghiệm chứng minh ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hố học.

Bài tập 3: Cho các cơng thức cấu tạo sau:

(I) (II) (III) (IV) H C O O CH2CH2CH3 CH3CH2CH2 C O O H O C H O CH2CH2CH3 CH3CH2CH2 O CHO Dãy liệt kê đầy đủ nhất các cơng thức cấu tạo của propyl fomat là

A. (I), (II) và (III). B. (I), (III) và (IV). C. (I) và (III). D. (II) và (III).

Nếu quan sát tốt học sinh sẽ nhận ra đáp án đúng là B. Nếu khơng quan sát kỹ sẽ chọn đáp án C.

Bài tập 4: Mơ hình đặc dưới đây mơ tả cấu trúc của chất nào ? A. CH3COOCH3. B. HCOOCH3.

C. CH3COOH. D. CH3OCH2OH.

Hình 2.9. Mơ hình đặc của phân tử axit axetic

Bài tập 5: Quan sát cấu tạo phân tử và mơ hình obitan lai hố của nguyên tử C. Từ đĩ rút ra quy luật đơn giản để dự đốn kiểu lai hố của một nguyên tử.

Hình 2.10. Cấu tạo phân tử CH4 và Hình 2.11. Cấu tạo phân tử C2H4

C lai hố sp3 C lai hố sp2

Hình 2.12. Cấu tạo phân tử C2H2 và C lai hố sp

Nhận xét: Bốn obitan lai hố sp3 định hướng trong khơng gian hình tứ diện đều, tạo thành gĩc hố trị khoảng 109o28’; Ba obitan lai hố sp2 định hướng trong khơng gian hình tam giác đều, gĩc hố trị 120o; Hai obitan lai hố sp định hướng trong khơng gian theo đường thẳng, gĩc hố trị 180o. Vậy một cách đơn giản cĩ thể dựđốn kiểu lai hố nhờ vào gĩc liên kết.

Bài tập 6: Sơ đồ mơ tả quá trình điều chế vinyl clorua (VC) trong cơng nghiệp hiện nay là

A. CH4  C2H2  C2H3Cl. B. CaC2  C2H2  C2H3Cl.

C. C  CH4  C2H2  C2H4  C2H3Cl. D. C2H4  C2H4Cl2  C2H3Cl.

Nhận xét: Hiện nay trong cơng nghiệp, C2H4 là nguyên liệu tinh tế nhất nên người ta đã khơng cịn sử dụng cách hiđroclo hố C2H2, thay vào đĩ là C2H4

(đáp án D).

Bài tập 7: Cho sơđồ sản xuất đồng thời hai chất (X) và (Y) trong cơng nghiệp C6H6 + C H3 6 C9H12  (X) + (Y)

Chất (X) tác dụng với nước Br2 khi cĩ xúc tác axit, chất (Y) tác dụng dễ dàng với nước Br2 khơng cần xúc tác. Vậy (X), (Y) lần lượt là