V. Bài tập hoá học:
2. Bài tập định lượng: a/ Bài toán hoá học:
a/ Bài toán hoá học:
* Một bài toán hoá học có hai tính chất:
- Tính chất toán học (phải dùng đến các phép tính và kĩ năng toán học để giải).
- Tính chất hoá học (phải dùng đến các kiến thức hoá học, ngôn ngữ hoá học mới giải được).
Hiện nay các bài toán hoá học của cấp II, III không hỏi nhiều đến trình độ cao của toán học, thường HS chỉ cần dùng chủ yếu qui tắc tam xuất, hoặc phương trình bậc nhất mà thôi. Do đó khi cho một đề toán hoá học cần chú ý nhiều đến tính chất hoá học, và tính chất toán học không nên quá rắc rối, hoặc quá cồng kềnh làm lấn át mất tính chất hoá học của bài tập.
Những lúng túng và sai lầm của HS khi làm các bài toán hoá học thường do 4 nguyên nhân chủ yếu sau:
1/ HS chưa hiểu được ngôn ngữ hoá học, chưa thấy rõ được các mặt định tính, định lượng của kí hiệu, công thức, phương trình. Các khái niệm chưa hiểu chính xác như nguyên tử gam, phân tử gam,…
2/ Chưa nắm được các định luật cơ bản.
3/ Các kĩ năng cơ bản về hoá học chưa thành thạo như lập công thức, cân bằng phương trình, tính toán theo công thức,…
4/ HS không hiểu, hoặc không nhớ những tính chất cơ bản nhất của các chất, các phản ứng quan trọng để điều chế chất đó, những mấu chốt cơ bản để giải bài toán.
Do đó muốn cho HS làm tốt các bài toán trước hết cần thiết làm cho HS: - Nắm vững các định luật cơ bản về hoá học.
- Nắm vững đầy đủ ý nghĩa định tính, định lương của kí hiệu, công thức và phương trình hoá học.
- Rèn luyện cho HS thành thạo các kĩ năng lập công thức, cân bằng phương trình. * Các loại:
Bài toán hoá học thường đưa ra dưới một số dạng chính sau:
1. Tính phân tử lượng, nguyên tử lượng, phân tử gam, nguyên tử gam.
Thí dụ: 4 phân tử gam khí hidro bằng bao nhiêu gam và 4 gam khí hidro là mấy phân tử gam.
2. Từ công thức tính thành phần của hợp chất đó.
Thí dụ: Từ công thức CuSO4 tính tỉ lệ thành phần của các nguyên tố hợp thành muối sunfat đồng.
3. Tính phân tử lượng theo tỉ khối hoặc ngược lại, tính thể tích của một khối lượng khí trong điều kiện tiêu chuẩn hay ngược lại tính khối lượng khi biết thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn.
Thí dụ: Tỷ khối của khí axêtylen đối với hyđro bằng 13. Xác định phân tử lượng của axêtylen.
- Tìm khối lượng của 33,6l khí sunfurơ ở điều kiện tiêu chuẩn. - Tính thể tích trong điều kiện tiêu chuẩn của 22g khí cacbonic. 4. Tính toán dựa vào phương trình hóa học:
Loại bài toán này chiếm đa số trong các bài toán hóa học. Điểm cơ bản nhất cần quán triệt là giữa các chất tác dụng với nhau hoặc giữa các chất tác dụng với các chất được tạo thành sau phản ứng luôn luôn có một tỉ lệ xác định. Tỉ lệ này do phương trình của phản ứng quy định.
Thí dụ: Tính lượng oxit sắt III, và lượng sắt được tạo thành nếu người ta dùng 6g khí hyđro để khử ôxit sắt đó.
5. Tính nồng độ dung dịch pha chế hoặc cách pha chế dung dịch.
Loại bài tập này chưa được chú ý đúng mức trong sách bài tập. Trong thực tế về nồng độ và pha chế dung dịch có ý nghĩa rất lớn, vì thế các sách bài tập của các nước đều chú ý nhiều đến bài tập về nồng độ.
Thí dụ 1: Tính nồng độ phần trăm, nồng độ phân tử gam của dung dịch muối khi ta cho 11,7g muối ăn vào 2l nước.
Thí dụ 2: Cần bao nhiêu gam dung dịch 40% pha với 50g dung dịch 10% để có được dung dịch 20%.
6. Lập công thức phân tử và công thức đơn giản của các chất.
Loại bài tập lập công thức phân tử ở các lớp dưới dựa vào hóa trị, còn ở các lớp trên gồm một vài dạng sau:
Lập công thức khi biết thành phần trăm:
Thí dụ:Lập công thức phân tử của hợp chất gồm có 20% lưu huỳnh, 40% oxi và 40% đồng.
Thí dụ: Khi đốt 1,3g một chất thu được 4,4g khí cacbonic, 0,9g nước, tỉ khối so với hyđro là 39, xác định công thức phân tử.
* Phương pháp giải một số loại bài tập định lượng:
Các loại bài toán hóa học trên nói chung sách bài tập hóa học đều có hướng đẫn cách giải.
Có 3 loại bài tập sau chưa được đề cập đúng mức trong các sách bài tập. 1. Cân bằng phương trình hóa học:
Có thể chọn 4 cách sau: (hai cách cân bằng phương trình hóa học nên dạy ở lớp 8)
Cách 1: Tìm bội số chung nhỏ nhất của các hoá trị tác dụng trong các chất tham gia và được tạo thành trong phản ứng, rồi chia cho hoá trị tác dụng trong từng chất, đó chính là hệ số của các chất. Hoá trị tác dụng được tính bằng phần hoá trị kim loại trong công thức của oxit, bazơ, muối và phần hidro trong công thức của các axit.
Thí dụ 1: Cân bằng phương trình hoá học sau đây: 2FeCl3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6HCl (III) (II) (VI) (I) BSCNN = 6
Thí dụ 2: Cân bằng phương trình hoá học sau: 6NaOH + Al2(SO4)3 = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 (I) (VI) (III) (II) BSCNN = 6
Chú ý: Cách này chỉ dùng để cân bằng các phương trình của các phản ứng trao đổi (HS dễ hiểu và cân bằng nhanh).
Thí dụ 3: Cân bằng phương trình hoá học sau: Ca(OH)2 + H3PO4 - Ca3(PO4)2 + H2O Hoá trị tác dụng: II III VI I Bội số chung: VI VI VI VI Từ đó ta có các hệ số: 3, 2, 1, 6.
3Ca(OH)2 + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6H2O
Ở đây H2 có hoá trị tác dụng bằng I vì phân tử nước được hình thành do sự kết hợp của nhóm OH của bazơ và H của axit, nên có hoá trị bằng I (HOH).
Thí dụ 4: Cân bằng phương trình hoá học sau: Na2O + HCl – NaCl + H2O
Ở đây phân tử H2O được hình thành do nguyên tử O của oxit và hidro của axit nên có hoá trị bằng II (H2O).
BSCNN của các hoá trị tác dụng = II Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O.
Chú ý:Khi tính hoá trị tác dụng của nước, cần cân nhắc sự hình thành của phân tử nước để xác định hoá trị.
Thí dụ 5: Cân bằng phương trình hoá học sau: NaCl + H2SO4 – NaHSO4 + HCl
Khi so sánh H2SO4 và NaHSO4, ta thấy phần gốc axit HSO4 không thay đổi vậy công thức của axit sunfuric có thể viết là H.HSO4 nên chỉ có hoá trị tác dụng bằng I. Do đó các hoá trị tác dụng đều bằng I nên phương trình được cân bằng dễ dàng.
NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl Thí dụ 6: Cân bằng phương trình hoá học sau:
Nếu nhìn qua ta có thể nhầm hoá trị tác dụng có thể bằng VI II II II Do đó có thể suy ra các hệ số theo thứ tự là 1, 3, 3, 3 và phương trình phản ứng được viết:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3Ca(H2SO4)2 + 3CaSO4
Như vậy là sai. Khi so sánh công thức của Ca3(PO4)2 vàCa(H2PO4)2 ta thấy có phần chung là Ca(PO4)2 có hoá trị tác dụng chỉ bằng IV vì có thể viết công thức của Ca3(PO4)2 là Ca2.Ca(PO4)2 và Ca(H2PO4)2 là H4.Ca(PO4)2.
Vậy ta có:
Ca2.Ca(PO4)2 + H2SO4 – H4.Ca(PO4)2 + CaSO4 Hoá trị tác dụng: IV II IV II
Suy ra hệ số: 1 2 1 2
Và ta có phương trình:
Ca2.Ca(PO4)2 + 2H2SO4 = H4.Ca(PO4)2 + 2CaSO4
Cách 2: Phương pháp chẵn lẽ:
Chọn các nguyên tố có mặt ở nhiều hợp chất nhất trong phương trình để bắt đầu cân bằng hệ số các phân tử.
Thí dụ 1: MnO2 + H2SO4 – MnSO4 + H2O + O2
Nguyên tố có mặt ở nhiều hợp chất nhất ở đây là O. Ở hai vế là số chẵn, chỉ riêng có phân tử nước thì tuỳ theo hệ số mà có số chẵn hay lẻ nguyên tử O. Nên để có số nguyên tử O ở hai vế bằng nhau, số phân tử nước phải là một số chẵn. Thí dụ là 2. Từ đó ta có:
2H2SO4(2) + 2MnO2(4) = 2MnSO4(3) + 2H2O(1) + O2(5)
Chú thích: (1) (2) (3) (4) (5) chỉ số thứ tự các hệ số được cân bằng. Thí dụ 2: Na + H2O – NaOH + H2
Nguyên tố H có mặt ở ba hợp chất nên được chọn làm nguyên tố xuất phát của sự cân bằng các hệ số.
Ở vế phải có phân tử NaOH có số lẻ nguyên tử H nên ta cần phải lấy 2 phân tử NaOH từ đó suy ra vế trái phải dùng 2 nguyên tử Na và 2 phân tử H2O (để có 2 nguyên tử O).
Vậy phương trình phản ứng cân bằng như sau: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
(3) (2) (1)
Chú ý: - Cách này dùng để cân bằng các phương trình của phản ứng oxi hoá - khử đơn giản của chương trình cấp II, III
- Có một số phương trình nên cân bằng phối hợp giữa nguyên tố có mặt nhiều nhất và một nguyên tố khác. Thí dụ:
Cu + HNO3 – Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
Nguyên tố oxi có mặt ở nhiều hợp chất nhất nên được chọn là nguyên tố xuất phát, nhưng khi cân bằng cần chú ý cả nguyên tố hidro.
Tại vế trái có phân tử nước, số nguyên tử hidro là số chẵn nên tại vế trái có số chẵn HNO3 (để có số chẵn hidro). Từ đó nhìn vào cả hai vế của phương trình số nguyên tử oxi trong các hợp chất đều là số chẵn. Vậy ở vế phải cần có số chẵn của H2O thí dụ bằng 2. Rồi suy ra 4HNO3 và tiếp tục suy ra,…
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O (5) (2) (4) (3) (1)
Nhìn chung HS lớp 8 có thể tiếp thu được hai cách trên, đảm bảo tốt việc cân bằng các phương trình hoá học dạy trong SGK và SBT.
* Dùng phương pháp đại số xác định hệ số phân tử các chất tham gia phản ứng hoá học. Đây là phương pháp có thể cân bằng tất cả các phương trình của các phản ứng hoá học trao đổi hay oxi hoá - khử.
Thí dụ 1: KMnO4 + HCl - KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O Ta gọi a, b, c, d, e, g là hệ số của các chất.
aKMnO4 + bHCl = cKCl + dMnCl2 + eCl2 + gH2O Ta phải tìm mối quan hệ giữa các hệ số đó.
Xét về số nguyên tử K, ta thấy a = c (1)
Xét về số nguyên tử Mn, ta thấy a = d (2) Xét về số nguyên tử O, ta thấy 4a = g (3)
Xét về số nguyên tử H, ta thấy b = 2g (4) Xét về số nguyên tử Cl, ta thấy b = c + 2d + 2e (5) Ta suy ra từ 4 phương trình trên.
a = c = d g = 4a b = 8a Thay giá trị b, c, d bằng a vào phương trình thứ 5:
8a = a + 2a + 2e 5a = 2e vậy e = 5
2a
vì a, b, c, d, e là số phân tử nên là một số nguyên, cần lấy a = 2 để e = 5