Chương 2. SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GRAP VÀ ALGORIT TRONG GIẢI BÀI
2.2. Grap và algorit gi ải một số dạng bài tập phần hóa phi kim 10
Trên cơ sở nghiên cứu các nguyên tắc xây dựng grap và algorit, đồng thời chú ý đến đặc trưng riêng của quá trình giải một BTHH. Chúng tôi xây dựng qui trình giải một BTHH gồm các bước sau:
Bước 1: Đọc đề bài, lập grap đầu bài để hình dung ra vấn đề.
Bước 2: Phân tích đề, nhắc lại các kiến thức có liên quan, lập mối quan hệ giữa kiến thức đã biết với dữ kiện và yêu cầu của đề, tìm hướng giải quyết vấn đề.
Bước 3: Lập grap giải (nếu có) và algorit giải.
Bước 4: Thực hiện việc giải.
Bước 5: Vận dụng vào giải các bài tập tương tự.
Trong qui trình này, ngoài việc chủ yếu sử dụng phương pháp grap và algorit, chúng tôi còn kết hợp với một số phương pháp khác như PPDH nêu vấn đề, PPDH đàm thoại để hạn chế được ưu điểm của mỗi phương pháp. Đặc biệt trong qui trình này, chúng tôi chú trọng đến việc lập grap giải và algorit giải ở bước 3 và áp dụng vào việc giải ở bước 4. Đồng thời chúng tôi cũng xây dựng hệ thống bài tập tương tự để HS vận dụng, rèn luyện kĩ năng sử dụng grap và algorit.
Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn m gam bột sắt bằng một lương dung dịch HCl (dư), thu được 11,2 lít khí (điều kiện chuẩn). Tìm m.
Bước 1: Đọc đề, hình dung ra vấn đề.
Bài toán yêu cầu tìm cái gì?
Bước 2: Phân tích đề, ôn lại kiến thức có liên quan, mối liên hệ giữa các kiến thức đó với dữ kiện và yêu cầu của bài tập để tìm hướng giải quyết vấn đề.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Để tìm được khối lượng sắt ta cần phải tìm được đại lượng nào? Dựa vào đâu để tìm?
- Sắt phản ứng với dung dịch HCl thì tạo ra sản phẩm là gì?
- Cần phải tìm số mol của sắt. Phải dựa vào phương trình phản ứng.
- Sản phẩm tạo thành là sắt (II) clorua và khí H2.
- HS viết ptpư rồi thế số liệu vào để tính.
Bước 3: Lập grap giải và algorit giải
Từ phân tích ở bước 2, GV hướng dẫn HS lập grap giải bài toán.
Lập grap giải:
mFe = ? V = 11,2 lít
n Fe n H2 Algorit giải:
1. Viết phương trình phản ứng xảy ra và cân bằng.
2. Tìm số mol H2.
3. Dựa vào phương trình phản ứng để tìm số mol Fe.
4. Tìm khối lương Fe.
Bước 4: Thực hiện việc giải.
GV yêu cầu HS giải từng bước theo algorit.
- Viết ptpư xảy ra
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 0,5 mol 0,5 mol - Số mol H2 𝑛𝐻2 =R22,4𝑉 = 11,222,4 = 0,5 𝑚𝑜𝑙
- Khối lượng của Fe: mFe = n.M = 0,5 . 56 = 28 (g) Bước 5: Áp dụng vào giải bài tập tương tự.
Riêng đối với bài tập lí thuyết định tính:
+ Vấn đề nêu ra ở đề bài đã rõ ràng nên có thể bỏ qua bước 1: không lập grap đầu bài mà chỉ yêu cầu HS đọc đề bài và hình dung ra vấn đề;
+ Bài tập dạng này thường đòi hỏi HS nắm vững lí thuyết. Cho nên cần chú trọng hơn ở bước 2: Phân tích đề, nhắc lại các kiến thức có liên quan, lập mối quan hệ giữa kiến thức đã biết với dữ kiện và yêu cầu của đề, tìm hướng giải quyết vấn đề.
Fe H2
Có thể vừa phân tích, vừa giải từng bước, sau đó rút ra algorit giải, không cần lập grap giải.
2.3. Sử dụng grap và algorit trong một số dạng bài tập chương Halogen 2.3.1. Dạng 1: Chuỗi phản ứng
Viết chuỗi phản ứng và hoàn thành phương trình phản ứng.
Ví dụ:
MnO2 Cl2 HCl FeCl2 FeCl3 Bước 1: Đọc đề, hình dung ra vấn đề.
Bổ sung chất phản ứng, sản phẩm, điều kiện phản ứng để hoàn thành ptpư Bước 2: Phân tích đề, ôn lại kiến thức có liên quan, mối liên hệ giữa các kiến thức đó với dữ kiện và yêu cầu của bài tập để tìm hướng giải quyết vấn đề.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Các em hãy cho biết, nguyên tắc điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm?
- Đây thuộc loại phản ứng gì?
- Ngoài khí clo còn có sản phẩm nào nữa không?
- Yêu cầu HS viết ptpư
- Cho dung dịch HCl đặc tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như: MnO2, KMnO4…
Trong trường hợp này, dùng chất oxi hóa là MnO2.
- Thuộc loại phản ứng oxi hóa khử.
- Còn có các chất: MnCl2, H2O.
- HS làm tương tự các phản ứng còn lại trong chuỗi.
Bước 3: Lập grap giải và algorit giải Lập algorit giải.
1. Xác định tác nhân và bổ sung sản phẩm (nếu có).
2. Hoàn chỉnh ptpư, cân bằng.
Bước 4: Thực hiện việc giải
- Viết CTPT các chất trong sơ đồ phản ứng (nếu đề bài cho tên gọi).
- Xác định tác nhân và bổ sung sản phẩm (nếu có).
(1) (2) (3) (4)
(1) Tác nhân: dung dịch HCl đậm đặc.
Sản phẩm: còn có thêm MnCl2, H2O.
MnO2 +4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O (2) Tác nhân: khí H2.
Sản phẩm: chỉ có một sản phẩm là HCl.
Cl2 + H2 2HCl (3) Tác nhân: kim loại Fe.
Sản phẩm: còn có thêm H2. Fe +2HCl FeCl2 + H2
HS thắc mắc: có thể dùng tác nhân là FeO hoặc Fe(OH)2 được không?
GV trả lời: được. Các em có thể chọn 1 trong ba tác nhân này.
(4) Tác nhân: khí clo.
Sản phẩm: chỉ có một sản phẩm là FeCl3. 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3
Bước 5: Áp dụng vào giải bài tập tương tự.
Yêu cầu HS về nhà làm bài tập tương tự.
1. MnO2→ Cl2→ HCl → Cl2→ CaCl2→ Ca(OH)2→clorua vôi.
2. KMnO4→ Cl2→ KCl → Cl2→ axit hipoclorơ→ NaClO → NaCl → Cl2→ FeCl3.
3. KMnO4→ Cl2→ CuCl2→ FeCl2→ HCl ↓
HCl → CaCl2→ Ca(OH)2.
4. KMnO4 → Cl2 → KClO3 → KCl → HCl → CuCl2 → AgCl → Cl2 → nước Giaven.
5. Natriclorua → hidroclorua →magieclorua → kaliclorua → khí clo → kaliclorat
→ kalipeclorat.
2.3.2. Dạng 2: Điều chế Ví dụ:
Từ các hóa chất: KMnO4, dung dịch HCl, dung dịch NaOH, hãy viết các phương trình phản ứng điều chế nước Giaven.
Bước 1: Đọc đề, hình dung ra vấn đề.
Để điều chế được nước nước Giaven thì cần những chất nào?
Bước 2: Phân tích đề, ôn lại kiến thức có liên quan, mối liên hệ giữa các kiến thức đó với dữ kiện và yêu cầu của bài tập để tìm hướng giải quyết vấn đề.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Thành phần của nước Giaven gồm những chất nào?
- Để điều chế được nước nước Giaven thì cần những chất nào?
- Dựa vào những chất mà đề cho thì cần thêm chất nào nữa? và dựa vào phản ứng nào?
- Yêu cầu HS viết ptpư.
- Bao gồm dung dịch hỗn hợp NaCl và NaClO.
- Để điều chế được nước nước Giaven thì cần khí clo và dung dịch NaOH.
- Cần điều chế khí clo, dựa vào phản ứng của KMnO4 với dung dịch HCl.
Bước 3: Lập grap giải (nếu có) và algorit giải Lập algorit giải.
1. Xác định chất cần thiết để điều chế sản phẩm.
2. Viết các ptpư điều chế các chất cần thiết đó.
3. Viết ptpư điều chế sản phẩm.
Bước 4: Thực hiện việc giải.
- Điều chế khí clo.
2KMnO4 + 16HCl (đặc) 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O - Điều chế nước Giaven.
Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O Bước 5: Áp dụng vào giải bài tập tương tự.
1. Từ NaCl, H2O, Fe và các thiết bị cần thiết, hãy viết phương trình đều chế FeCl3 , FeCl2 , Fe(OH)2 , Fe(OH)3.
2. Từ NaCl, H2O và các thiết bị, xúc tác có sẵn. Víêt phương trình điều chế khí Cl2, khí hidroclorua, kaliclorat?
3. Từ các chất sau: NaCl, MnO2, H2O, H2SO4 đặc. Víêt phương trình điều chế khí Cl2 bằng 2 cách khác nhau ( ghi rõ điều kiện phản ứng).
4. Từ MnO2, NaCl, H2SO4 đặc, Fe, Cu và nước. Đề nghị cách điều chế: FeCl2, FeCl3, CuSO4.
2.3.3. Dạng 3: Dung dịch HCl tác dụng từ từ với hỗn hợp muối CO32-
và HCO3-
Ví dụ:
Cho từ từ từng giọt đến hết 30 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na2CO3 0,2 M và NaHCO3 0,2 M. Sau phản ứng thu được số mol CO2 là bao nhiêu?
Bước 1: Đọc đề, hình dung ra vấn đề.
Thứ tự phản ứng xảy ra như thế nào?
Bước 2: Phân tích đề, ôn lại kiến thức có liên quan, mối liên hệ giữa các kiến thức đó với dữ kiện và yêu cầu của bài tập để tìm hướng giải quyết vấn đề.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Cung cấp cho HS phần kiến thức có liên quan. Thứ tự phản ứng như sau:
H+ + CO32-
HCO3-
(1)
H+ + HCO3- CO2 + H2O (2)
- Bằng cách nào tìm được số mol các ion: H+ , HCO3- , CO32-?
- Dựa vào số mol của 2 muối:
𝑛𝑁𝑎2𝑆𝑂3 = V . CM = 0,1 . 0,2 = 0,02 mol 𝑛𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂3 = V . CM = 0,1 . 0,2 = 0,02 mol
- Làm sao biết phản ứng dừng ở giai đoạn nào?
- Yêu cầu HS viết lại phản ứng (1) và tìm số mol H+dư, số mol HCO3-
tạo thành.
- Yêu cầu HS viết phản ứng (2) và chú ý cho HS:
𝑛𝐻+ (2) = 𝑛𝐻+ dư
𝑛𝐻𝐶𝑂3− (2) = 𝑛𝐻𝐶𝑂3− (1) + 𝑛𝐻𝐶𝑂3− ban đầu
- GV đặt vấn đề: Trong phản ứng (2), chất nào dư, chất nào thiếu và tính theo chất nào?
nCO2 , 𝑉𝐶𝑂2
- Dựa vào phương trình ion thu gọn:
Na2CO3 2Na+ + CO32-
NaHCO3 Na+ + HCO3- - Vì đề cho có khí CO2 bay ra nên có
phản ứng (2) xảy ra.
H+ + CO32- HCO3- (1) 𝑛𝐻+ dư = 𝑛𝐻+ (ban đầu)- 𝑛𝐻+ (1)
H+ + HCO3- CO2 + H2O (2)
HCO3- dư, H+ thiếu nên tính theo H+
Bước 3: Lập grap giải và algorit giải Algorit giải:
1. Viết 2 ptpư.
2. Tính số mol Na2CO3 và số mol NaHCO3 suy ra số mol các ion H+ , HCO3- , CO32-.
3. Tính dư thiếu ở phản ứng (1) rồi suy ra số mol H+còn dư, số mol HCO3- mới tạo thành.
4. Tiếp tục tính dư thiếu ở phản ứng (2) rồi tìm được số mol CO2, suy ra 𝑉𝐶𝑂2R. Thực hiện việc giải:
- Xét 2 phản ứng:
H+ + CO32- HCO3- (1) 0,02 mol 0,02 mol 0,02 mol
H+ + HCO3- CO2+ H2O (2) 0,01 mol 0,01 mol 0,01 mol
- Số mol của 2 muối:
𝑛𝑁𝑎2𝑆𝑂3 = V . CM = 0,1 . 0,2 = 0,02 mol 𝑛𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂3 = V . CM = 0,1 . 0,2 = 0,02 mol - Dựa vào phương trình ion thu gọn:
Na2CO3 2Na++ CO32- ; NaHCO3 Na+ + HCO3- 0,02 mol 0,02 mol 0,02 mol 0,02 mol
- Từ phản ứng (1) suy ra
nHCl dư = nHCl ban đầu - nHCl phản ứng
= 0,03 . 1 - 0,02 = 0,01 mol 𝑛𝐻𝐶𝑂3− mới tạo thành = 0,02 mol
Vậy sau khi khi thực hiện phản ứng (2) thì nHCl = 0,01 mol
𝑛𝐻𝐶𝑂3− (2) = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol
- Từ phản ứng (2) suy ra H+ thiếu, HCO3-dư nên tính theo số mol H+ - Vậy 𝑛𝐶𝑂2= 0,01mol
- Suy ra 𝑉𝐶𝑂2 = 0,01 . 22,4 = 0,224 (lít) Bước 5: Áp dụng vào giải bài tập tương tự.
1. Cho từ từ dung dịch HCl 0,2M vào 500ml hỗn hợp dung dịch Na2CO3 aM và KHCO3 bM. Với V1 HCl = 0,5 lít thì thấy có những bọt khí đầu tiến thoát ra. Với V2 HCl = 1,2 lít thì vừa hết bọt khí thoát ra. Tính a, b.
2. Dung dịch X gồm hỗn hợp Na2CO3 1,5M và KHCO3 1M. Nhỏ từ từ từng giọt cho đến hết 200ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch X, sinh ra V lít khí (đktc).
Tìm V.
3. Nhỏ từ từ từng giọt cho đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch hỗn hợp Na2CO3 0,2M và NaHCO3 0,2M. Tìm thể tích khí thu được (đktc).
4. Nhỏ từ từ từng giọt cho đến hết 200ml dung dịch HCl aM vào 100ml dung dịch hỗn hợp Na2CO3, K2CO3 và KHCO3 1M , thu được 1,12 lít khí (đktc) và dung dịch Y. Cho nước vôi trong dư vào dung dịch Y thu được 20 gam kết tủa. Tìm a.
5. Hòa tan hoàn toàn a gam hỗn hợp Na2CO3 và KHCO3 vào nước thu được dung dịch A. Cho từ từ 100ml dung dịch HCl 1,5M vào dung dịch A thu được dung dịch B và 1,008 lít khí (đktc). Cho B tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 29,55 gam kết tủa. Tìm a.
2.3.4. Dạng 4: Nhận biết Ví dụ:
Bằng phương pháp hóa học, hãy nhận biết các khí riêng lẽ sau: Cl2, N2, HCl, SO2 Bước 1: Đọc đề, hình dung ra vấn đề.
Nguyên tắc để nhận biết các chất khí là gì?
Bước 2: Phân tích đề, ôn lại kiến thức có liên quan, mối liên hệ giữa các kiến thức đó với dữ kiện và yêu cầu của bài tập để tìm hướng giải quyết vấn đề.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Nguyên tắc để nhận biết các chất khí là gì?
- Vậy để nhận biết các chất, trước hết ta phải làm gì?
- Dựa vào màu sắc hoặc các phản ứng hóa học đặc trưng.
- Phân loại các chất cần nhận biết.
Khí clo : có tính oxi hóa mạnh.
Khí nitơ : là khí trơ ở điều kiện thường Khí HCl : tan vào nước tạo thành dung dịch axit mạnh.
- Bước tiếp theo ta phải làm gì?
- Xác định màu sắc, phản ứng hóa học đặc trưng của từng chất.
- Trình bày lại lời giải, viết các ptpứ xảy ra.
Khí SO2: là một oxit axit.
- Xác định màu sắc, phản ứng hóa học.
đặc trưng của từng chất.
Khí clo : màu vàng lục.
Khí nitơ : không màu.
Khí HCl : làm quỳ tím ẩm hóa đỏ.
Khí SO2: làm quỳ tím ẩm hóa đỏ, làm mất màu dung dịch brom.
Bước 3: Bước 3: Lập grap giải và algorit giải Lập grap giải:
Lập algorit giải:
1. Phân loại.
Nhận biết được khí SO2
N2 , SO2 HCl, Cl2
Màu vàng lục
Nhận biết được khí clo
N2 , SO2 HCl
làm mất màu dd brom N2 , HCl
Làm quỳ tím ẩm hóa đỏ
N2 (Còn lại) Nhận biết
được khí HCl
2. Xác định những tính chất đặc trưng (về màu sắc, về phản ứng đặc trưng).
3. Trình bày lời giải.
4. Viết ptpư xảy ra.
Bước 4: Thực hiện việc giải:
- Phân loại các chất.
Khí có tính oxi hóa mạnh, màu vàng lục : Cl2
Khí không màu, trơ ở điều kiện : N2
Khí làm mất màu dung dịch brom: SO2
Khí làm quỳ tím ẩm hóa đỏ: HCl, SO2
- Tính chất đặc trưng:
Màu vàng lục: Cl2
Làm mất màu dung dịch brom: SO2
Làm quỳ tím ẩm hóa đỏ: HCl Còn lạo là N2
Chú ý: Cả hai khí SO2 và HCl đều làm quỳ tím ẩm hóa đỏ, để thuận tiện, ta nên dùng dung dịch brom để nhận biết khí SO2 trước.
- Trình bày lời giải:
Lấy mỗi chất một ít để làm mẫu thử.
Quan sát các mẩu thử, mẩu thử nào có màu vàng lục thì đó là khí clo.
Sục ba khí còn lại vào ba ống nghiệm đựng sẵn dung dịch brom, khí nào làm mất màu dung dịch brom thì đó là khí SO2.
Cho quỳ tím ẩm vào hai khí còn lại, chất nào làm quỳ tím hóa đỏ là khí HCl.
Còn lại là khí N2. - Viết các ptpư:
SO2 + Br2+ H2O H2SO4 + 2HBr Bước 5: Áp dụng vào giải bài tập tương tự.
1. Không giới hạn thuốc thử:
a) HCl, NaCl, NaOH, CuSO4. b) NaCl, HCl, KI, HI, HgCl2.
c) MgCl2, BaI2, HCl, HI. d) NaOH, HCl, ZnBr2, Na2CO3, I2. e) NaCl, MgCl2, AlCl3, NaNO3. f) Thể rắn: NaNO3, KI, ZnCl2, CuCl2, AgCl.
2. Chỉ dùng thêm một thuốc thử:
a) HCl, KBr, ZnI2, Mg(NO3)2.
b) HI, KOH, ZnCl2, NaCl, MgCl2, AgNO3, HCl, Na2CO3
2.3.5. Dạng 5: Tách – Tinh chế
Ví dụ: Làm thế nào để thu được NaCl tinh khiết từ hỗn hợp rắn NaCl, NaBr, NaOH?
Bước 1: Đọc đề, lập grap đầu bài để hình dung ra vấn đề.
Hình dung ra vấn đề: Làm sao để thu được NaCl tinh khiết?
Bước 2: Phân tích đề, ôn lại kiến thức có liên quan, mối liên hệ giữa các kiến thức đó với dữ kiện và yêu cầu của bài tập để tìm hướng giải quyết vấn đề.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Đề yêu cầu gì?
- GV cung cấp nguyên tác tinh chế các chất rắn:
1. Dùng hóa chất phản ứng với các tạp chất, các chất sau phản ứng dễ tách rời nhau.
2. Hòa tan chất rắn, chuyển tạp chất về dạng kết tủa để lọc bỏ.
Đối với bài toán này, ta nên dùng nguyên tác nào quy tắc nào?
- Dựa vào hỗn hợp đề cho thì nên loại bỏ chất nào trước và cần dùng hóa chất nào cho phù hợp?
- Tiếp theo cần loại bỏ chất nào?
Chú ý: cần nhớ lý thuyết, phi kim mạnh đẩy phi kim yếu ra khỏi dung dịch muối.
- Làm sao để thu được NaCl tinh khiết?
Tinh chế NaCl
Đối với bài toán này, nên dùng nguyên tắc 1.
- Cần dùng dung dịch HCl để chuyển hết NaOH thành muối NaCl
- Cần dùng khí Cl2 để chuyển NaBr, NaI thành NaCl.
- Cô cạn dung dịch thì thu được muối NaCl tinh khiết.
NaCl, NaBr, NaI NaOH
NaCl (tinh khiết)
Bước 3: Lập grap giải và algorit giải.
Từ phân tích ở bước 2, GV hướng dẫn HS lập grap giải bài toán.
Lập grap giải:
Lập algorit giải:
- Dùng dung dịch HCl dư để loại bỏ NaOH.
- Tiếp tục sục khí Cl2 dư để loại bỏ NaBr.
- Cô cạn dung dịch sẽ thu được NaCl tinh khiết.
Bước 4: Thực hiện việc giải:
- Cho một lượng dư dung dịch HCl vào cốc chứa sẵn hỗn hợp NaCl, NaBr, NaI, NaOH thu được hỗn hợp gồm HCl dư, NaCl, NaBr.
- Sục khí Cl2 vào hỗn hợp vừa thu được, sau phản ứng thu được hỗn hợp gồm NaCl, Br2, HCl dư.
- Cô cạn dung dịch đó thì sẽ thu được NaCl tinh khiết.
Bước 5: Áp dụng vào giải bài tập tương tự.
1. Dung dịch brom có lẫn một ít clo, làm thế nào để thu được brom tinh khiết. Viết ptpư minh họa.
2. Muối ăn NaCl có lẫn tạp chất là NaI, làm thế nào để thu được NaCl tinh khiết?
3. Tinh chế N2 trong hỗn hợp khí CO2, H2S.
4. Tinh chế NaCl có lẫn tạp chất là NaI, NaBr.
5. Tinh chế NaCl có lẫn tạp chất là NaI, NaBr và Na2CO3.
2.3.6. Dạng 6: Tính thành phần phần trăm của các chất trong hỗn hợp (toán hỗn hợp)
Ví dụ: hoàn tan hỗn hợp X chứa 5,06 gam chất tan NaBr và NaI vào nước, sục khí clo dư vào. Sau khi phản ứng hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được 2,34 gam muối khan. Tính thành phần phần trăm của mỗi chất trong X.
Bước 1: Đọc đề, lập grap đầu bài để hình dung ra vấn đề.
NaCl, NaBr, NaOH
dd HCl (dư)
NaCl, NaBr,
HCl dư khí Cl2
(dư)
NaCl, Br2, HCl dư cô cạn NaCl tinh khiết