Tài liệu Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học

SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành A- PHẦN MỞ ðẦU. I- LÝ DO CHỌN ðỀ TÀI: Luật Giáo dục Việt Nam quy ñịnh: " Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ ñộng sáng tạo của học sinh phù hợp với ñặc ñiểm của từng lớp học, từng môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn tác ñộng ñến tình cảm, ñem lại niềm vui hứng thú học tập cho học sinh"; mục tiêu chính của ñổi mới phương pháp dạy học là nhằm góp phần thực hiện mục tiêu ñổi mới nền giáo dục nước nhà. Muốn góp phần ñổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục thì phải coi trọng việc tích cực ñổi mới cách dạy của thầy và cách học của trò, thay ñổi nhận thức về chất lượng dạy và học. Thói quen dạy học kiểu áp ñặt, theo mối quan hệ dạy và học như “ bình thông nhau” ngày nay không những lạc hậu mà còn ñang bị lên án mạnh mẽ. Quan ñiểm tiến bộ của dạy học là phải tạo ra cơ hội cho học sinh tiếp cận và phát hiện kiến thức, biết giải quyết các vấn ñề một cách linh hoạt và sáng tạo. Nhiều năm gần ñây, việc ñổi mới trong các tiết dạy chính khóa ñã ñược các cấp quản lý, các giáo viên, các em học sinh và toàn xã hội ñặc biệt quan tâm. Tuy nhiên, trong công tác bồi dưỡng học sinh về các kỹ năng giải bài tập thì nhiều giáo viên vẫn còn theo lối mòn, ñó là giáo viên chỉ biết dạy học sinh “ bắt chước” làm theo các bài tập do giáo viên giải mẫu, chưa phát huy hết tính sáng tạo và trí thông minh của các em; chưa thấy hết tiềm lực to lớn trong mỗi học sinh ( nhất là học sinh giỏi). ðó là một trong những nguyên nhân làm cho học sinh thụ ñộng trong học tập và rất lúng túng trong các thao tác giải các bài tập hóa học. Qua nhiều năm tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi dự thi các cấp, tôi thấy các em học sinh trong ñội tuyển thường xuyên mắc sai lầm và lúng túng khi tiếp xúc với các bài tập phức tạp. Các em thường dùng phương pháp ñại số với khá nhiều ẩn, thường giải bài tập rất dài dòng. Trong các khi bài toán này Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 1 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành hoàn toàn có thể giải gọn hơn và nhanh hơn rất nhiều nếu nắm chắc một số phương pháp giải nhanh, trong ñó có phương pháp phân tích hệ số. Từ những sai lầm và rất lúng túng của học sinh, tôi ñã phân tích thực trạng và tìm nguyên nhân chính là do các em chưa hiểu sâu bản chất của các phương pháp giải nhanh bài toán hóa học. Với những lý do trên tôi ñã mạnh dạn nghiên cứu, tổng hợp kinh nghiệm và thể nghiệm ñề tài “ Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải bài tập hóa học ” nhằm giúp cho các em HS giỏi tự tin hơn, giải ñược nhiều dạng bài tập khó một cách linh hoạt và chính xác. II- MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU: ðề tài nhằm mục ñích làm rõ một số dạng ứng dụng của phương pháp phân tích hệ số vào việc giải bài tập hóa học nâng cao, qua ñó giúp học sinh hình thành kỹ năng giải bài tập linh hoạt hơn, có thể biến các bài tập phức tạp thành ñơn giản. ðề tài còn nhằm phát huy tính tích cực, khơi dậy tiềm lực sáng tạo và niềm tin của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng ñội tuyển học sinh giỏi. III- ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp phân tích hệ số trong các phản ứng hóa học và ứng dụng của phân tích hệ số trong việc kết hợp giải một số dạng bài tập hóa học. IV- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 1- Phương pháp chủ yếu ðể thực hiện ñề tài, tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là tổng kết kinh nghiệm, ñược thực hiện theo các bước: • Xác ñịnh ñối tượng: xuất phát từ những khó khăn vướng mắc trong công tác bồi dưỡng HS giỏi, tôi xác ñịnh cần phải có một ñề tài nghiên cứu về các phương pháp giải bài toán bằng phân tích hệ số. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 2 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành • Thể nghiệm và ñúc kết kinh nghiệm : Trong quá trình vận dụng ñề tài, tôi ñã áp dụng nhiều biện pháp, như: trao ñổi cùng giáo viên có kinh nghiệm, trò chuyện cùng HS; kiểm tra, ñánh giá và ñối chiếu kết quả. 2-Các phương pháp hỗ trợ Ngoài ra, tôi còn dùng một số phương pháp hỗ trợ khác như phương pháp ñiều tra, nghiên cứu tài liệu, phương pháp thống kê, so sánh … V- GIỚI HẠN CỦA ðỀ TÀI: ðề tài này chỉ nghiên cứu và áp dụng cho ñối tượng học sinh giỏi trong ñội tuyển học sinh giỏi lớp 9 của huyện ðakPơ. Về mặt kiến thức kỹ năng, ñề tài chỉ nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích hệ số vào một số dạng bài tập khá phổ biến trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi. VI- PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU: - Kế hoạch thực hiện ñề tài : ðề tài bắt ñầu nghiên cứu từ tháng 8 năm 2008, ñược thử nghiệm trong năm học 2008-2009 và học kỳ I năm học 20092010. ðề tài ñã ñược tổng kết, rút kinh nghiệm vào tháng 01 năm 2010. - ðề tài ñược áp dụng tại trường THCS Chu Văn An, sau ñó mở rộng phạm vi áp dụng ñể bồi dưỡng ñội tuyển học sinh giỏi môn Hóa học lớp 9 của huyện ðakPơ. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 3 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành B- NỘI DUNG ðỀ TÀI I- CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỆ SỐ VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢI BÀI TOÁN HÓA HỌC. Nói ñến phương trình hóa học là phải nói ñến hệ số cân bằng. Khi ñã tham gia giảng dạy và học tập hóa học thì ai cũng biết ý nghĩa quan trọng của hệ số cân bằng là phản ánh tỷ lệ số mol giữa các chất tham gia và sản phẩm. Từ hệ số cân bằng trong phản ứng nếu biết ñược số mol của một chất sẽ tìm ñược số mol nhiều chất khác. Tuy nhiên, ý nghĩa của các hệ số không chỉ dừng lại ở ñó. Trong hệ thống bài tập hóa học có nhiều bài toán mà người giải không dễ gì tìm ñược số mol các chất, nhất là trong các bài toán có chứa hỗn hợp phức tạp hoặc những phản ứng dưới dạng tổng quát. Hệ số cân bằng có thể gợi cho ta những cách giải bài tập thông minh, mạnh mẽ, nhanh chóng và tiết kiệm thời gian. Những cách giải bài tập dựa vào việc khai thác sâu các hệ số ( hoặc chỉ số) ñược gọi chung là phương pháp phân tích hệ số. Nếu biết khai thác triệt ñể các hệ số cân bằng và kết hợp khéo léo với một vài phương pháp khác ( bảo toàn nguyên tố, quy ñổi tương ñương, bảo toàn khối lượng, phương pháp ñường chéo, phương pháp giá trị trung bình …) thì sẽ tạo nên nhiều ñiều thú vị, nhiều bài toán phức tạp ñược giải ra theo một trình tự ngắn gọn và ñơn giản. Cơ sở của phân tích hệ số là dựa vào việc khai thác, hiểu sâu sắc về tương quan giữa các hệ số và chỉ số, biến ý nghĩa của các hệ số thành công cụ mạnh mẽ ñể giải các bài toán hóa học nhanh chóng và chính xác. Trong giới hạn của ñề tài này, tôi xin mạn phép trình bày cơ sở của một vài dạng ứng dụng phân tích hệ số vào việc giải bài tập hóa học: 1) Phân tích hệ số trong các bài toán tăng giảm thể tích khí Trong Hóa học có rất nhiều phản ứng chuyển từ khí này sang khí khác làm thể tích khí tăng lên hoặc giảm xuống so với khí ban ñầu. Thực tế trong các phản ứng này thường có một chất có số mol ( thể tích) bằng số mol( hoặc Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 4 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành thể tích) tăng lên hoặc giảm xuống. Dựa vào mỗi phản ứng này chúng ta có thể rút ra những kết luận quan trọng. Ví dụ: Phản ứng khảo sát t0 C2H2 + 2H2  → C2H6 Ni 1V 2V N2 + 3H2 1V 1V t0 xt → 2NH3 3V 2V t0  → 2SO3 xt 2SO2 + O2 2V 1V 2V 0 t C3H8 + 5O2  → 3CO2 + 4H2O 1V 5V 3V 4V Kết luận quan trọng ∆V = 3V – 1V = 2V = VH ( pö) 2 Thế tích giảm xuống bằng thể tích H2 ñã phản ứng. ∆V = 4V – 2V = 2V = VNH 3 Thế tích giảm xuống bằng thể tích NH3 sinh ra. ∆V = 3V – 2V = 1V = VO 2 Thế tích giảm xuống bằng thể tích O2 sinh ra. ∆V = 7V – 6V = 1V = VC3H8 Thế tích tăng lên bằng thể tích C3H8 phản ứng Còn nhiều trường hợp khác như NO + ½ O2 → NO2 .v.v. Qua tham khảo tài liệu và nghiên cứu từ nhiều phản ứng tôi rút ra một kết luận quan trọng: “ Nếu hệ số của một chất bằng hiệu của các tổng hệ số ở mỗi vế phản ứng thì chất ñó có thể tích ( hoặc số mol) phản ứng bằng thể tích ( hoặc số mol) tăng thêm ( hoặc giảm xuống)”. Nếu biết phần tăng thêm ( hoặc giảm) thể tích thì hoàn toàn tìm ñược thể tích của một chất phản ứng. 2) Phân tích hệ số kết hợp với phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng. Việc kết hợp phân tích hệ số với ñịnh luật bảo toàn nguyên tố là sự kết hợp khéo léo giữa ý nghĩa của các hệ số và nội dung của ñịnh luật bảo toàn nguyên tố: “ trong phản ứng hóa học, tổng số mol nguyên tử của mỗi nguyên tố và khối lượng của chúng trước và sau phản ứng luôn bằng nhau”. Thường gặp nhất là các bài toán về sắt và oxit sắt. Chẳng hạn: Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 5 SKKN - Năm học 2009-2010 +O Nguyễn ðình Hành Fe + HNO3 → Fe(NO3 )3 + H 2 O + (NO, NO2 ↑ ...) Fe x O y 2→A Fe   Áp dụng ñịnh luật BTNT cho nguyên tố sắt: ⇒ n Fe(NO 3 )3 = n Fe ( bñ ) Áp dụng ñịnh luật BTNT cho nguyên tố lưu huỳnh: ⇒ n HNO = n N ( muối) + n N ( các sp khí ) = 3 ⋅ n Fe + n N ( sp khí ). 3 Nhận xét: Nếu biết khối lượng của các khí sản phẩm và hỗn hợp A ( hoặc muối Fe) thì có thể áp dụng ñịnh luật BTKL ⇒ số mol HNO3. 3) Phân tích hệ số xác ñịnh nhanh tỷ lệ mol giữa các nguyên tố trong hợp chất. Trong nhiều phản ứng hóa học dạng tổng quát, mặc dù chưa biết CTHH của các chất tham gia nhưng thông qua các chỉ số và hệ số bằng chữ, ta vẫn có thể phân tích và tìm ra mối liên hệ toán học giữa chúng. Phương pháp này cho phép chúng ta tìm nhanh tỷ lệ số mol nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một chất ( hoặc 2 chất khác nhau). Phương pháp này thường áp dụng tìm CTHH của một hợp chất ( oxit kim loại, hiñrocacbon ... ). Ví dụ: phản ứng giữa oxit kim loại với chất khử thường ( H2, CO) thì số mol (H2, CO) phản ứng bằng số mol oxi bị khử. Tổng quát: 0 t RxOy + yCO  → xR + yCO2 0 t RxOy + yH2  → xR + yH2O Ta thấy : n O (oxit) = n (H 2 + CO ) { thường ñề cho số mol chất khử } Nhận xét: Nếu biết khối lượng oxit thì sẽ tìm ñược khối lượng của nguyên tố R: { m R = m( oxit) - m O } ⇒ tỷ lệ số mol x nR = y nO 4) Phân tích hệ số trong các phản ứng ñốt cháy. Trong hệ thống bài tập hóa học hữu cơ, có thể nói phản ứng ñốt cháy là một trong những phản ứng xuất hiện nhiều nhất. Nếu biết khai thác các hệ số của phản ứng ñốt cháy sẽ rút ra nhiều kết luận rất quan trọng. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 6 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành Chẳng hạn: Xét phản ứng ñốt cháy hiñrocacbon (A) có tổng số vòng và số liên kết π bằng k, sản phẩm có a (mol) CO2 và b ( mol) H2O. 0 t CnH2n + 2 – 2k  → nCO2 + (n + 1 – k) H2O ? a (1) b (mol) Theo sơ ñồ phản ứng (1) ta có: a b = n n +1− k ⇒ a b−a = n 1− k = nC H n 2n +2−2k Nhận xét:
Số mol chất cháy n A ( pư) =
Nếu k = 0 thì n H 2O > n CO 2
Nếu k = 1 thì n H 2O = n CO 2
Nếu k > 1 thì n H 2O < n CO 2 nH 2O − n CO 2 1− k ( k ≠ 1) ⇒ chất A dạng CnH2n + 2 ( no) ⇒ chất A dạng CnH2n ⇒ chất A dạng CnH2n – 2a ( a ≥ 1 ) Chú ý : có thể áp dụng mở rộng cho một số dẫn xuất hiñrocacbon. Nhận xét này sẽ giúp giải nhanh chóng nhiều bài toán tìm CTPT bằng phản ứng ñốt cháy, hoặc tính lượng của một hỗn hợp nhiều chất mà không cần dùng phương pháp ñại số với quá nhiều ẩn số phức tạp. II- THỰC TRẠNG CỦA VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 1- Thực trạng về ñiều kiện học tập và trình ñộ của học sinh trước khi thực hiện ñề tài: Thói quen của học sinh khi gặp các bài toán phức tạp là thường ñặt ẩn. Thực tế dạy học cho biết, ña số học sinh khối THCS chưa có nhiều kỹ năng giải hệ phương trình toán chứa nhiều phương trình và nhiều ẩn. Trong các buổi bồi dưỡng học sinh giỏi tôi thường chuẩn bị một số bài tập tạo nên tình huống khó giải quyết nếu các em không biết sử dụng các phương pháp thông minh. Có lần tôi ra bài toán: “ Hoà tan 3,2 gam một oxit kim loại RxOy ( R chiếm 70% theo khối lượng) bằng một lượng vừa ñủ H2SO4 loãng nồng ñộ 24,5% ( Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 7 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành D=1,2g/ml). Tính thể tích dung dịch H2SO4 ñã dùng mà không cần xác ñịnh tên kim loại”. Kết quả cả nhóm học sinh giỏi ñều thực hiện phương pháp ñại số và chỉ vài em giải ra bằng phương pháp ghép ẩn số nhưng tốn rất nhiều thời gian. Sau khi tôi gợi ý cho các em phân tích quan hệ số giữa kim loại R với oxi và H2SO4, thì các em lại giải ra ngay. Cụ thể: * Trước khi có gợi ý của giáo viên, một học sinh ( giỏi nhất nhóm) ñã giải như sau : Theo ñề bài ta có : 2RxOy xR 7 = 16y 3 2yH2SO4 → x R 2 (SO 4 ) + (Rx + 16y ) 3,2 → (1) 2y x + 2yH2O 98y m=? (gam) 3,2 × 98y 3,2 × 98y 19, 6 16y = = = 5, 88(gam) m= Vậy Rx + 16y 7 Rx + 16y +1 16y 3 ⇒ Vdd = 20ml Các học sinh còn lại ñều bị nhầm lẫn trong bước biến ñổi cuối cùng. * Sau khi ñược gợi ý, học sinh ñã biết giải như sau: Vì % mR = 70% nên suy ra % mO = 30% ⇒ mO = Theo PTPƯ : n H ⇒ mH 2SO4 2SO4 = n O ( oxit) = 30 × 3, 2 = 0, 96gam 100 0,96 = 0, 06 mol 16 = 0, 06 ⋅ 98 = 5, 88 (gam) ⇒ Vdd = 20ml Ngoài ra, ñịa bàn vùng nông thôn nên còn nhiều khó khăn, vì vậy ñiều kiện học tập của các em còn nhiều hạn chế. Nhiều học sinh chưa có sách tham khảo, một số em có sách tham khảo thì lại chưa biết cách học tập với sách. ðể khắc phục những sai lầm và các khó khăn nêu trên, tôi nghĩ cần phải nghiên cứu, tổng hợp về phương pháp phân tích hệ số ñể giúp học sinh giải dễ dàng và nhanh chóng một số bài tập có tính chất phức tạp. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 8 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành 2- Chuẩn bị thực hiện ñề tài: ðể áp dụng ñề tài, tôi thực hiện một số khâu quan trọng như sau: a) ðiều tra trình ñộ HS, tình cảm thái ñộ của HS về nội dung của ñề tài; ñiều kiện học tập của HS. Hướng dẫn cách sử dụng sách tham khảo và giới thiệu một số sách của thư viện trường ñể học sinh mượn ñọc. b) Chọn lọc và nhóm các bài toán theo dạng, xây dựng phương pháp giải chung cho mỗi dạng, biên soạn bài tập mẫu; bài tập vận dụng và nâng cao. Ngoài ra phải dự ñoán trước những sai lầm mà học sinh có thể mắc phải. c) Lên kế hoạch về thời lượng cho mỗi dạng toán. Tham khảo tài liệu, trao ñổi với ñồng nghiệp; nghiên cứu các ñề thi HS giỏi của tỉnh ta và một số tỉnh, thành phố khác, viết thành tài liệu riêng ñể bồi dưỡng học sinh. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 9 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành III- KINH NGHIỆM VẬN DỤNG ðỀ TÀI VÀO THỰC TIỄN: Khi thực hiện ñề tài vào việc giảng dạy, trước hết tôi hướng dẫn các em phương pháp khai thác, phân tích mối liên hệ giữa các hệ số trong từng loại phản ứng hóa học ( như ñã nêu trong phần cơ sở lý luận). Sau ñó tổ chức giải khảo sát một số bài tập mẫu ñể rút ra nguyên tắc chung ñể giải bài toán theo phương pháp phân tích hệ số , gồm các bước cơ bản sau ñây:
Bước 1: Chuyển ñổi các dữ kiện thành số mol ( nếu ñược), xác ñịnh tỷ lệ số mol của cặp chất tham gia ( hoặc một cặp chất nào ñó)
Bước 2: Viết ñầy ñủ các PTHH xảy ra ( hoặc sơ ñồ phản ứng).
Bước 3: Phân tích hệ số và chỉ số trong PTHH của các chất ñã biết dữ kiện và chất chưa biết ( hoặc nguyên tố, nhóm nguyên tố trong chất cần tìm)
Bước 4: Kết hợp kết quả phân tích với một số phương pháp giải toán hóa học nhanh, như: bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, ñường chéo, trị số trung bình .v.v. ðặc biệt nếu có nhiều chất trong PTHH ñã biết tỷ lệ mol thì có thể dùng tỷ lệ mol ñó ñể thay thế cho các hệ số của các chất. Từ ñây sẽ tìm ñược các chỉ số chưa biết từ hệ số ñã biết bằng phương pháp bảo toàn nguyên tố. Có thể nói phân tích hệ số và bảo toàn nguyên tố là hai phương pháp không thể tách rời nhau. Tiếp theo, tôi tiến hành bồi dưỡng kỹ năng theo dạng. Mức ñộ rèn luyện từ dễ ñến khó, nhằm bồi dưỡng học sinh phát triển kỹ năng từ biết làm ñến thành thạo và sáng tạo. Khi tổ chức bồi dưỡng kỹ năng giải toán cho học sinh, tôi luôn tạo cơ hội cho học sinh phát hiện vấn ñề, hướng dẫn học sinh giải quyết vấn ñề, tổ chức vận dụng và nâng cao. Từ việc giải bài tập mẫu, học sinh rút ra ñược phương pháp giải và tránh ñược những sai lầm không ñáng có trong nhận thức hóa học. Sau ñây là một số ví dụ cụ thể về kinh nghiệm phân dạng và vận dụng giải toán bằng phân tích hệ số kết hợp với với một số phương pháp khác. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 10 SKKN - Năm học 2009-2010 1) Dạng 1: Nguyễn ðình Hành Phân tích hệ số trong các bài toán có sự tăng hoặc giảm thể tích chất khí. Ví dụ1: Một hỗn hợp khí A gồm C2H4, C2H2 ( tỷ lệ số mol 2: 3 ). Trộn hỗn hợp A với một lượng H2 thì thu ñược 15 lít hỗn hợp khí B. ðun nóng hỗn hợp B có xúc tác niken ñến khi phản ứng hoàn toàn thì thu ñược 9 lít hỗn hợp khí C. Hãy xác ñịnh thể tích của mỗi khí trong hỗn hợpA. Biết hỗn hợp C không làm mất màu dung dịch brôm. Nhận xét: Vì C không làm mất màu dung dịch brôm ⇒ A pư hết. Trong phản ứng cộng H2 vào các hợp chất khí có liên kết π thì thể tích khí giảm xuống bằng thể tích H2 phản ứng. Giải: C không làm mất màu dd brom ⇒ B phản ứng hết Các phản ứng: 0 C2H4 t + H2  → C2H6 Ni C2H2 t + 2H2  → C2H6 Ni 0 (1) (2) ×2 ×3 Từ (1) và (2) ⇒ phản ứng chung: 2C2H4 + 3C2H2 + 5V 0 t 8H2  → 5C2H6 Ni 8V (3) 5V Phân tích hệ số ta thấy thể tích khí giảm xuống chính bằng thể tích H2 phản ứng { Vì ∆V = 13V – 5v = 8V = VH ( phản ứng) } 2 ⇒ VH ( phản ứng) = 15 – 9 = 6 ( lít) 2 Theo (3) ta có: VC VC Ví dụ 2: 2H 4 2H 2 = 1 ⋅V 4 H2 = 1,5 ⋅ VC = 6 4 2H 4 = 1,5 (lit) = 1, 5 ⋅ 1,5 = 2,25 (lit) Trộn 15ml hỗn hợp khí A gồm NO và NO2 với 5 ml không khí ( oxi chiếm 20%) thì thu ñược 19 ml khí B. Thêm vào B 50 ml không khí thì thu ñược 64 ml hỗn hợp khí C. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 11 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành Hãy xác ñịnh % thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp A. Nhận xét: - Cho 19ml B + 50 ml kk → 64 ml C < 69 ml. Chứng tỏ trong B còn NO ⇒ ở TN1 khí O2 phản ứng hết. - Thể tích khí giảm xuống ñúng bằng thể tích O2 phản ứng mỗi TN. Giải: 2NO + O2  → 2NO2 Phương trình phản ứng: Phân tích hệ số thấy: thể tích khí giảm xuống chính bằng thể tích O2 pứ TN1: ⇒ VO (pö) = 15 + 5 – 19 = 1 ml 2 TN2: ⇒ VO = 19 + 50 – 64 = 5 ml 2 VO ( 50 ml kk) = 2 20 .50 = 10ml > 5 100 Vậy NO ở TN2 ñã phản ứng hết. Lượng NO ban ñầu bằng tổng NO ở 2 phản ứng. VNO = 2VO = 2 ⋅ (1 + 5) = 12ml 2 % VNO = 12 ⋅ 100% = 80% 15 Ví dụ 3: %VN = 100% − 80% = 20% ; 2 Crăckinh C4H10 thì thu ñược một hỗn hợp gồm nhiều hiñrocacbon có tỷ khối hơi so với H2 bằng 16,325. Tính hiệu suất của phản ứng crăckinh. Nhận xét: Khối lượng trước và sau phản ứng ñược bảo toàn, thể tích ( số mol) khí tăng thêm chính bằng thể tích ( số mol) của ankan phản ứng. Giải: Sơ ñồ phản ứng: crackinh C4H10  → CxH2x+2 MC 4H10 M sau = m : n1 m : n2 = n2 n1 ⇒ n2 n1 + CyH2y = 48 58 = 16,325 × 2 32,65 Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 12 SKKN - Năm học 2009-2010 n2 n1 = Nguyễn ðình Hành 48 58 = 16,325 × 2 32,65 Giả sử n khí sau = 58 mol ; n C ⇒ nC ( pö) = 58 - 32,75 =25,35 mol 4H10 Hiệu suất phản ứng: H% = 4H10 = 32,65 mol 25,35 ⋅100% = 77,64% 32,65 2) Dạng 2: Phân tích hệ số trong các bài toán có áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố. ( ñây là dạng ứng dụng mạnh và phổ biến nhất) Ví dụ1: ðốt cháy hoàn toàn 20 ml hợp chất khí A thì dùng ñúng 80 ml khí O2 , sau phản ứng chỉ tạo ra 60 ml CO2 và 40 ml hơi nước. Tìm CTPT của hợp chất A. Viết các CTCT của hợp chất A ( Cho biết các thể tích khí và hơi ño cùng nhiệt ñộ và áp suất) ðối với các chất khí thì tỷ lệ số mol = tỷ lệ thể tích = tỷ lệ hệ Nhận xét: số trong PTHH. Tổng số mol nguyên tử của mỗi nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau. Giải: ðặt CTTQ của A dạng: CxHyOz Ta có: VA : VO : VCO : VH 2 2 2O = 20 : 80 : 60 : 40 = 1: 4 : 3 : 2 ⇒ hệ số các chất trong phản ứng lần lượt là: 1,4,3,2 Ta có sơ ñồ phản ứng: 1CxHyOz 0 t + 4O2  → 3CO2 + 2H2O Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố ta có: x=3 ( bảo toàn nguyên tố C ) y=2×2=4 ( bảo toàn nguyên tố H ) z = (3 × 2) + 2 – (4× 2) = 0 ( bảo toàn nguyên tố O ) Vậy CTPT của A là C3H4 CTCT của A: có 3 dạng cấu tạo: CH3 – C ≡ CH ; CH2 = C = CH2 ; CH2 CH = CH Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 13 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành Ví dụ 2: ðể một phôi bào Fe nặng m (gam) ngoài không khí sau một thời gian thu ñược 30 gam rắn B gồm Fe và 3 oxit của Fe. Nếu hòa tan B vào HNO3 loãng dư thì thu ñược 5,6 dm3 duy nhất ( ñktc). Tính m. n Fe ( bñ) = n Fe (A) = n Fe (muoái nitrat) , vì vậy muốn tìm khối Nhận xét: lượng Fe ban ñầu thì phải tìm số mol Fe. n NO = Giải: 5,6 = 0, 25 mol 22, 4 Quy ñổi Fe3O4 ⇔ (FeO + Fe2O3 ) +O 2 → Fe, Fe O , FeO (B) Fe  2 3 Fe2O3 + 6HNO3  → 2Fe(NO3)3 + 3H2O (1) → 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO ↑ (2) 3FeO + 10HNO3  + 4HNO3  → Fe(NO3)3 + 2H2O + NO ↑ Fe ðặt n Fe(NO ) 33 (3) = n Fe = a Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố N ta có: n HNO = (3a + n NO ) = (3a + 0, 25) 3 ⇒ nH 2O = (3a + 0, 25) 2 Áp dụng ñịnh luật BTKL cho (1),(2),(3) ta có: max + m B = m Fe(NO ) 33 + n NO + n H 2 O ⇒ 30 + 63. (3a + 0,25) = 242a + 9. (3a + 0,25) + (0,25× 30) giải ra a = 0,045 (mol) ⇒ m = 0,045 × 56 = 25,2 ( gam) Ví dụ 3: Hòa tan một oxit sắt vào 15 gam dung dịch H2SO4 98% ( vừa ñủ) thì thấy sinh ra 336 ml khí SO2 ( ñktc) duy nhất. Tìm CTHH của oxit sắt Nhận xét: Từ số mol SO2 và số mol H2SO4 ⇒ số mol Fe2(SO4)3 bằng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố. Từ số mol Fe2(SO4)3 ⇒ số mol Fe. Áp dụng ðL BTNT tìm số mol oxi có trong oxit. Giải: n SO2 = 0,336 = 0,015(mol) 22,4 ; n H SO = 2 4 Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 15 ⋅ 98% = 0,15(mol) 98 14 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành 0,15 H2O + 0,015SO2 ↑ FexOy + 0,15 H2SO4  → Fe2(SO4)3 + Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố S : n Fe = 2 (SO4 )3 0,15 − 0,015 = 0,045 (mol) 3 ⇒ n Fe = 0,09 (mol) Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố oxi ta có: n O ( oxit) = 0,15 + ( 0,045 ⋅12 ) +( 0,015 ⋅ 2) - (0,15 ⋅ 4) = 0,12 Ta có : x 0,09 3 = = y 0,12 4 ⇒ công thức oxit sắt: Fe3O4 Ví dụ 4: ðể ñốt cháy hoàn toàn 6,72 lít hỗn hợp khí A gồm CO và một hiñrocacbon thì dùng ñúng 39,2 lít không khí ( chứa 20% O2). Sau phản ứng sinh ra 8,96 lít CO2 và 1,8 gam hơi nước. Tìm CTPT hiñrocacbon và tính % thể tích của các khí trong hỗn hợp A. Nhận xét: Bài này có thể dùng phương pháp thuần ñại số, lập hệ 4 phương trình 4 ẩn và giải tìm. Nhưng nếu kết hợp với bảo toàn nguyên tố oxi thì việc tìm số mol mỗi khí sẽ dễ dàng hơn. Giải: nA = 6,72 = 0,3 (mol) ; 22, 4 n CO = 2 8,96 = 0, 4 (mol) ; 22, 4 nO = 2 nH 2O 20 ⋅ 39, 2 = 0,35 (mol) 100 ⋅ 22, 4 = 1,8 = 0,1 (mol) 18 0 t 2CO + O2  → 2CO2 CxHy + (x + (1) y y t0 )O2  → xCO2 + H2O (2) 4 2 Áp dụng ðLBL nguyên tố oxi : n CO = 2n CO %VCO = 2 +n H 2O − 2n O2 = (2× 0,4) + 0,1 – (2× 0,35) = 0,2 ( mol) 0, 2 ⋅100% = 66,67% ; %VC H = 33,33% x y 0,3 n CO (2) = 0, 4 − 0, 2 = 0, 2 (mol) 2 Phản ứng (2) viết lại : 0 t → 0,2CO2 + 0,1H2O 0,1CxHy  Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 15 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành Áp dụng ñịnh luật BTNT cho H và O ta có: 0,1x = 0,2 và 0,1y = 0,1× 2 ⇒ x = 2 và y = 2 ( C2H2) 3) Dạng 3: Phân tích trong các bài toán tìm tỷ lệ mol nguyên tử giữa các nguyên tố trong hợp chất. Ví dụ 1: Khử hoàn toàn 3,84 một oxit của kim loại M thì cần ñúng 1,344 lít H2. Toàn bộ kim loại sinh ra cho tác dụng với dung dịch HCl dư thì thấy sinh ra 1,008 lít H2 ( ñktc). Các thể tích khí ño ở ñktc. Tìm CTHH của oxit sắt. Nhận xét: số mol H2 ở 2 phản ứng khác nhau nên chứng tỏ hóa trị của Fe trong 2 phản ứng cũng khác nhau. n H (1) = Giải: MxOy 2 + 1,344 1,008 = 0,06 (mol) ; n H (2) = = 0,045 (mol) 2 22, 4 22, 4 0 t yH2  → xM + yH2O  → 2MCln 2M + 2nHCl (1) + nH2 ( 2) Từ (1) ⇒ n O (oxit) = n H = 0,06 (mol) 2 ⇒ m M = 3, 48 − (0,06 ⋅16) = 2,52 (gam) 2 n Từ (2) ⇒ n M = ⋅ n H = 2 2 ⋅ 0,045 0,09 = n n Vì nguyên tố M bảo toàn nên ta có: 0,045 ⋅ M = 2,52 ⇒ M = 28n n Chỉ có n = 2 , M = 56 là thỏa mãn ( Fe) ⇒ n Fe = 0,009 = 0,045 (mol) 2 Xét phân tử FexOy ⇒ x 0,045 3 = = y 0,06 4 ( oxit là Fe3O4) Ví dụ 2: Một hỗn hợp X nặng 1,88 gam gồm Fe và một oxit sắt. Ngâm hỗn hợp X vào dung dịch HCl dư thì thấy có 112 ml khí bay ra ( ñktc). Mặt Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 16 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành khác, nếu oho dòng khí (H2, CO) vừa ñủ tác dụng với hỗn hợp X thì thu ñược 672ml lít ( ñktc) một hỗn hợp khí và hơi. Tìm CTHH của oxit. Nhận xét: Trong phản ứng khử oxit hoàn toàn ñến kim loại thì số mol H2, CO bằng số mol oxi bị khử. Biết số mol Fe và O thì tìm ñược CTHH của oxit. Giải: nH = TN1: Fe 2 + 0,112 = 0,005 (mol) 22, 4 → 2HCl FeCl2 0,005 m oxit H2 ↑ + ← =m hh (3) 0,005 - m Fe (2) = 1,88 – ( 0,005 × 56) = 1,6 (gam) TN2: 0 t FexOy + yCO  → xFe + yCO2 0 t FexOy + yH2  → xFe + y H2O Phân tích hệ số ⇒ n O (oxit) = n CO + n H O = 2 2 n Fe (oxit)= (1) (2) 0,672 = 0,03 (mol) 22, 4 1,6 - (0,03 ⋅ 16) = 0,02 (mol) 56 Xét phân tử FexOy ⇒ x 0,02 2 = = y 0,03 3 ( oxit là Fe2O3) 4) Dạng 4: Phân tích hệ số trong các phản ứng ñốt cháy ðốt cháy hoàn toàn V (lít) hỗn hợp C2H6, CH4, C3H8 trong Ví dụ 1: không khí thì thấy sinh ra 3,96 lít CO2 ( ñktc) và 2,34 gam hơi nước. Tìm V. Nhận xét: Trong các phản ứng cháy của hiñrocacbon có chứa tổng số vòng và liên kết π bằng k thì số mol chất cháy bằng nH 2O − n CO 2 1− k ( k ≠ 1). Hỗn hợp ñề cho là ankan ⇒ k = 0. Giải: ðặt công thức chung cho hỗn hợp ankan C n H 2n +2 Phản ứng cháy: C n H 2n +2 + ( 3n + 1 ) O2 2 t0 → n CO2 Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH + ( n + 1)H2O 17 SKKN - Năm học 2009-2010 + C n H 2n +2 ( Nguyễn ðình Hành 3n + 1 ) O2 2 t0 → n CO2 1 a + ( n + 1)H2O ( n + 1) 0,13 n 0,09 ( n + 1) n ⇒ n = 2,25 = 0,13 0,09 0,09 0,09 = 0,04 ⋅ 22, 4 = 0,896lít nC H = = = 0,04 mol ⇒ VC H n 2n + 2 n 2n + 2 n 2, 25 Ta có : Chú ý: nH Nếu dùng công thức tính nhanh thì 2O − n CO 2 1− k = 0,13 − 0,09 = 0,04 sẽ 1 nhanh hơn rất nhiều so với cách giải trên ( ñặc biệt là trong các bài tập trắc nghiệm) Ví dụ 2: ðốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 hiñrocacbon (phân tử hơn kém nhau 2 nhóm –CH2 –). Sản phẩm cháy ñược chia ñôi : một nửa dẫn qua P2O5 thì lượng P2O5 tăng 14,4 gam, nửa còn lại dẫn qua CaO dư thì lượng CaO tăng 36,4 gam. Tìm CTPT của 2 hiñrocacbon và khối lượng mỗi chất. Nhận xét: Thành phần hơn kém nhau 2 nhóm (– CH2 –) nên hai hiñrocacbon ñồng ñẳng. Số mol CO2 < số mol H2O ⇒ dạng chung CnH2n +2 Giải: Bình P2O5 tăng 14,4 gam ⇒ m H 2O Bình CaO tăng 36,4 gam ⇒ m H = 14, 4 (g) ⇒ n H 2O 2O = 14, 4 = 0,8(mol) 18 + mCO = 36, 4 (g) 2 ⇒ mCO = 36, 4 - 14, 4 = 22(g) ; n CO = 0,5(mol) 2 2 Vì n CO < n H 2 2O nên 2 hiñrocacbon mạch hở và không có liên kết π ðặt CTTQ của hỗn hợp là C n H 2n + 2 C n H 2n + 2 Theo ptpư : + ( 3n + 1 ) 2 0 t O2  → n CO2 + ( n +1)H2O n + 1 0, 8 = ⇒ n = 1,67 n 0, 5 Vậy phải có một hiñrocacbon C< 1,67 ( là CH4) ; hiñrocacbon còn lại C3H8 ( hơn nhau 2 nhóm – CH2 – ) Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 18 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành IV - KẾT QUẢ ðẠT ðƯỢC VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM 1- Kết quả ñạt ñược: Việc áp dụng ñề tài này ñã góp phần ñáng kể vào việc nâng cao chất lượng học sinh giỏi bộ môn Hóa học tại trường THCS Chu Văn An và ñội tuyển học sinh giỏi huyện ðakPơ dự thi tỉnh trong năm học 2008-2009 và 2009-2010. ðề tài ñã mở ra cho các em một con ñường ngắn nhất ñể giải nhanh các bài toán phức tạp, giúp các em tự tin hơn và tích cực, sáng tạo hơn trong hoạt ñộng tìm kiếm hướng giải cho các bài tập. Từ chỗ rất lúng túng khi gặp các bài toán nhiều phản ứng, hoặc bài toán có chứa nhiều chỉ số và hệ số dạng chữ, thì nay phần lớn các em ñã biết vận dụng khá thành thạo kỹ năng phân tích hệ số và kết hợp giải toán một cách khéo léo. ðặc biệt, qua gần hai năm học thể nghiệm ñề tài tôi phát hiện nhiều em ñã thực sự nhạy bén, sáng tạo và rất linh hoạt trong lựa chọn phương pháp giải toán hóa học vừa nhanh, vừa chính xác và thông minh. Kết quả học tập của học sinh giỏi luôn ñược nâng cao. * Số liệu về kết quả thực hiện ñề tài: Học sinh giỏi cấp huyện Học sinh giỏi cấp tỉnh 2007-2008 10/10 em dự thi 06 em 2008-2009 10/10 em dự thi 08 em 2009-2010 10/10 em dự thi 09 em Năm học 2- Bài học kinh nghiệm: Trong quá trình vận dụng ñề tài, tôi rút ra một số kinh nghiệm như sau: * Giáo viên phải chuẩn bị thật kỹ nội dung cho mỗi dạng bài tập cần bồi dưỡng, xây dựng ñược phương pháp giải phù hợp cho từng dạng * Các kỹ năng giải bài tập phải ñược hình thành theo nguyên tắc kế thừa và phát triển ( từ dễ ñến khó, từ ñơn giản ñến phức tạp). Tôi thường bắt ñầu từ một bài tập mẫu, hướng dẫn học sinh phân tích kỹ ñề bài ñể xác ñịnh hướng giải và tự giải. Từ các bài giải cụ thể các em có thể rút ra phương pháp chung Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 19 SKKN - Năm học 2009-2010 Nguyễn ðình Hành ñể giải các bài toán cùng loại. Sau ñó tôi tổ chức cho HS giải bài tập tương tự mẫu; vượt mẫu và sau vài chủ ñề tôi tạo ñiều kiện cho các em tiếp các bài tập tổng hợp. Cách làm này giúp cho giáo viên dễ dàng phát hiện sai lầm trong nhận thức của học sinh, giúp học sinh ñược hiểu sâu về cơ sở lý thuyết và nắm chắc các kỹ năng. * Trong từng dạng bài tập tôi luôn quan tâm phân tích rõ ñặc ñiểm chung nhất nhằm giúp các em dễ nhận dạng và vận dụng các kiến thức, kỹ năng một cách chính xác. Ngoài ra, tôi luôn nhấn mạnh những ñiểm mà ña số học sinh dễ mắc sai lầm, hạn chế ñược những nhầm lẫn có thể xảy ra trong cách tư duy của học sinh. Sau mỗi dạng tôi luôn chú trọng ñến việc kiểm tra, ñánh giá kết quả, từ ñó rút kinh nghiệm cho cho cả việc dạy của thầy và học của trò. Bồi dưỡng kỹ năng phân tích hệ số trong giải BTHH 20