Tài liệu đề tài nghiên cứu khoa học phân loại và giải đề thi học sinh giỏi

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC PHÂN LOẠI VÀ GIẢI ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI PHẦN I. MỞ ĐẦU  LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. Hóa học là bộ môn rất quan trọng trong nhà trường phổ thông nói chung và trường THCS nói riêng. Môn hóa học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức phổ thông, cơ bản và thiết thực đầu tiên về hóa học. Từ đó cần hình thành ở các em học sinh một kĩ năng cơ bản, phổ thông, thói quen học tập và làm việc khoa học để làm nền tảng cho việc giáodục,phát triển năng lực nhận thức, năng lực hành động. Có những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì,trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu chân lý khoa học, có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình và xã hội, có thể hòa hợp với môi trường thiên nhiên, chuẩn bị cho học sinh học lên cao và đi vào cuộc sống lao động. Bài tập hóa học là một trong những phương tiện cơ bản nhất để dạy học sinh tập vận dụng kiến thức vào cuộc sống sản xuất và nghiên cứu khoa học. Hiện nay việc giải bài tập hóa học đối với học sinh còn gặp nhiều khó khăn, học sinh thường thu được kết quả thấp trong học tập bởi bài tập hóa trong mỗi nội dung kiểm tra đề có tỉ lệ về điểm số tương đối nhiều. Bên cạnh đó một số học sinh chỉ biết làm bài tập một cách máy móc không hiểu bản chất của bài tập, chính vì lí do nêu trên nên tôi đã chọn đề tài “Phân loại và giải đề thi học sinh giỏi” góp một phần nhỏ vào khắc phục tình trạng trên của học sinh.  NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI. Nghiên cứu để xây dựng thành hệ thống bài tập hóa học trong chương trình Hóa học THCS theo hướng phát huy tính tích cực, sang tạo và rèn luyện những khả năng tiếp cận với các dạng bài tập khác nhau. Từ đó hình thành kỹ năng tính toán khi giải các bài tập không chỉ ở lớp 9 mà còn phục vụ cho quá trình học sau này với cấp độ cao hơn.  MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI.  Nghiên cứu bài tập trong bộ đề thi học sinh giỏi môn hóa học.  Tìm và xây dựng hệ thống bài tập, phương pháp giải các bài tập hóa học dạng trên.  Tháo gỡ một số khó khăn cho học sinh khi làm bài tập trong bộ đề thi HSG Trên cơ sở đó góp phần hình thành kĩ năng, kĩ xảo cần thiết khi giải bài tập hóa học. Thông qua các bài tập hóa học dạng này cũng góp phần vào phát triển trí thông minh cho học sinh, xây dựng nhân cách người học chủ động,tích cực tham gia vào quá trình học tập, lĩnh hội tri thức khoa học của bộ môn hóa học nói riêng và các bộ môn khoa học khác.  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.  Nghiên cứu lý thuyết.  Sưu tầm và phân loại các đề thi học sinh giỏi qua các năm.  Phương pháp thống kê.  ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU.  Phân loại và giải đề thi học sinh giỏi.  Khách thể nghiên cứu: nội dung phân loại bài tập hóa học và vấn đề đưa các dạng bài tập này vào trong quá trình ôn thi đội tuyển học sinh giỏi.  GIẢ THUYẾT KHOA HỌC. Đề tài này giúp học sinh nắm vững được các dạng bài tập có thường có trong bộ đề thi cũng như phương pháp giải cho từng dạng. Từ đó giúp học sinh củng cố và nắm rõ lý thuyết, có thể vận dụng linh hoạt, không lúng túng hoặc nhầm lẫn khi gặp các bài tập dạng này. PHẦN II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI. TÍNH CHẤT HÓA HỌC. KIM LOẠI. Dãy hoạt động hóa học của 1 số kim loại thường gặp: K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Pb (H) Cu Ag Au Phản ứng của kim loại với phi kim. Tác dụng với oxi. Hầu hết các kim loại ( trừ Ag, Au,..) phản ứng với oxi ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao tạo thành oxit kim loại ( thường là oxit bazo). 2Cu + O2 2CuO 4Al + 3O2 2Al2O3 4Na + O2 2Na2O Tác dụng với phi kim khác. Ở nhiệt độ cao, kim loại phản ứng với nhiều phi kim tạo thành muối. 2Na + Cl2 2 NaCl 2Fe + 3Cl2 2 FeCl3  Phản ứng của kim loại với nước.  Ở nhiệt độ thường: Một số kim loại ( Na, Ba, Ca, K,..) tác dụng với nước tạo thành dung dịch kiềm và giải phóng khí H2 2Na + H2O 2NaOH + H2 Ca + H2O Ca(OH)2 + H2  Ở nhiệt độ cao: Các kim loại sau Mg ( trong dãy hoạt động hóa học) tác dụng với nước tạo thành oxit kim loại và giải phóng khí H2 ( do tạo hidroxit không bền bị nhiệt độ cao phân hủy). Mg + H2O Mg(OH)2 + H2 Fe + H2O FeO + H2 3Fe + H2O Fe3O4 + H2  Một số kim loại không tác dụng với H2O ( Cu, Ag, Au,…) dù ở nhiệt độ cao.  Phản ứng của kim loại với dung dịch axit.  Đối với axit không có tính oxi hóa ( HCl, H2SO4 loãng…) Các kim loại đứng trước H2 trong dãy hoạt động hóa học , tác dụng với HCl, H2SO4 loãng,… tạo thành muối và giải phóng khí H2. Đối với kim loại có nhiều hóa trị chỉ tạo muối có hóa trị thấp: Fe + 2HCl FeCl2 + H2 2Al + 3H2SO4 loãng Al2(SO4)3 + 3H2 Những kim loại mạnh như K, Ca, Na,…sẽ gây nổ khi tiếp xúc với dung dịch axit.  Đối với axit có tính oxi hóa ( HNO3, H2SO4 đặc ). Hầu hết các kim loại ( trừ Au, Pt) tác dụng với axit HNO3, H2SO4 đặc không làm giải phóng H2 mà tạo ra sản phẩm : Muối của kim loại ( trong đó kim loại hóa trị cao nhất, nếu kim loại có nhiều hóa trị), H2O. Một trong số chất sau:  S, SO2, H2S nếu phản ứng với axit H2SO4 đặc.  N2O, N2, NO, NO2, NH4NO3 nếu phản ứng với HNO3. 4Fe + 10HNO3 loãng 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O  Chú ý: H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc nguội không phản ứng với Al, Fe, Cr.  Phản ứng của kim loại với muối. Kim loại mạnh đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối ( trừ các kim loại phản ứng với nước Na, K, Ca..). Từ Mg trong dãy hoạt động hóa học. Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu  Phản ứng của kim loại với dung dịch kiềm( chỉ xét phản ứng với Al, Zn,..). Điều đó lien quan đến tính chất lưỡng tính của các hidroxit của chúng. Al + NaOH + H2O NaAlO2 + H2 Zn + 2 NaOH Na2ZnO2 + H2  PHI KIM.  Phản ứng của phi kim với kim loại. Phi kim tác dụng với kim loại tạo thành muối hoặc oxit.  Nhiều phi kim tác dụng với kim loại tạo thành muối. 2Na(r) + Cl2 2NaCl ( r) Fe + S FeS  Oxi tác dụng với kim loại tạo thành oxit 2Cu + O2 2CuO  Phản ứng của phi kim tác dụng với 1 số phi kim.  Tác dụng với hidro.  Oxi tác dụng với hidro tạo thành hơi nước. O2 (k) + 2H2(k) 2H2O(h)  Clo tác dụng với khí hidro. H2(k) + Cl2 2HCl(k)  Ngoài ra, nhiều phi kim khác như C, S, Br2,… tác dụng với hidro cũng tạo thành hợp chất khí.  Tác dụng với oxi. Nhiều phi kim tác dụng với oxi tạo thành oxit axit S + O2 SO2 5P + 5O2 2P2O5  Phản ứng của phi kim với nước. Hầu hết các phi kim không phản ứng với nước, trừ các nguyên tố halogen Cl2 + H2O HCl + HClO  Phản ứng của phi kim với axit. Chỉ xét S, C, I2 tác dụng với H2SO4 tạo khí và nước. C + 2H2SO4 CO2 + 2SO2 + 2H2O  Phản ứng của phi kim với bazo Chỉ xét phản ứng với halogen tạo nước Gia – ven Cl2 + NaOH NaCl + NaClO + H2O  Phản ứng của phi kim với muối Phi kim mạnh đẩy phi kim yếu ra khỏi dung dịch muối Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2  OXIT Oxit axit Tác dụng với Một số oxit axit khi tác Oxit bazo Một số oxit bazo khi tác H2O dụng với nước tạo thành dụng với nước tạo thành dung dung dịch axit. Dung dịch dịch bazo thu được làm đổi màu quỳ ( kiềm). tím thành đỏ. Dung dịch thu được làm đổi Ví dụ: màu quỳ tím thành xanh. CO2 + H2O H2CO3 Ví dụ: Oxit axit tác dụng với CaO + H2O Ca(OH)2 nước: SO2, SO3, P2O5… -oxit bazo tác dụng với nước: Na2O, BaO, K2O… -Oxit bazo không tác dụng với nước: CaO,MgO,Al2O3, Tác dụng với Không phản ứng FeO,CuO,… Axit + oxitbazo muối + nước axit Ví dụ: Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 2H2O Fe3O4 + 8HCl FeCl2 + FeCl3 Tác dụng với Bazo(dd) + oxit axit muối bazo kiềm + 4H2O Không phản ứng axit hoặc muối trung hòa + H2O Ví dụ: CO2 + NaOH NaHCO3 CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O Tác dụng với Không phản ứng Oxit axit + oxit bazo muối oxit axit Ví dụ: Tác dụng với Oxit bazo + oxit axit muối oxit bazo CaO + CO2 CaCO3 Không phản ứng Ví dụ: MgO + SO3 MgSO4  AXIT, BAZO Tác dụng với Axit Giấy quỳ tím chuyển từ Bazo Giấy quỳ tím chuyển từ màu giấy quỳ tím màu tím sang màu đỏ tím sang màu xanh khi cho khi cho vào dung dịch vào dung dịch kiềm Tác dụng với axit Không làm đổi màu Dung dịch kiềm làm đổi màu dung dịch dung dịch dung dịch phenolphtalein từ phenolphthalein phenolphtalein không màu chuyển thành ( không màu) Tác dụng với màu hồng Một số nguyên tố như kim loại Zn, Al, Cr …phản ứng -Axit (HCl và với dung dịch kiềm. H2SO4loãng) tác Ví dụ: dụng với những 2Al + 2NaOH + 2H2O kim loại đứng NaAlO2 + 3H2 trước H trong Zn + 2NaOH Na2ZnO2 dãy hoạt động hóa học của kim loại tạo thành muối và giải phóng khí hidro. Ví dụ: 2HCl + Fe FeCl2 + H2 2H2SO4 loãng + 2Al Al2(SO4)3 + 3H2 H2SO4 đặc và HNO3 tác dụng với hầu hết các kim loại không giải phóng khí H2 mà giải phóng SO2, NO2, NO,.. Ví dụ: Cu + 2H2SO4 đặc + H2 CuSO4 + SO2 + 2H2O Tác dụng với Bazo + axit muối + Một số hidroxit lưỡng bazo nước tính( Al(OH)3, Zn(OH)2) tác Ví dụ: NaOH + HCl dụng với dung dịch kiềm NaCl + H2O Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + Fe(OH)2 + 2HCl FeCl2 2H2O + 2H2O Zn(OH)2 + NaOH Na2ZnO2 Không phản ứng + 2H2O Bazo(dd) + oxit axit muối axit Tác dụng với axit hoặc muối trung hòa + H2O Ví dụ: SO2 + NaOH NaHSO3 Tác dụng với Axit + oxit bazo muối SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O Một số oxit lưỡng tính ZnO, oxit bazo + nước Al2O3, Cr2O3…tác dụng với Ví dụ: CaO + H2SO4 dung dịch kiềm( xem phần Tác dụng với CaSO4 + H2O Axit + muối(dd) muối(mới) oxit lưỡng tính) Bazo(dd) + muối(dd) muối( mới) + muối + axit(mới) bazo( mới) Ví dụ: Ví dụ: HCl + AgNO3 AgCl + KOH + CuSO4 Cu(OH)2 + Phản ứng nhiệt phân HNO3 K2SO4 H2SO4 + BaCl2 BaSO4 2NaOH + FeCl2 2NaCl + + 2HCl Không bị nhiệt phân Fe(OH)2 Bazo không tan oxit bazo + nước Ví dụ: Cu(OH)2 CuO + H2O Fe(OH)2 FeO + H2O Không có không khí 2Al(OH)3 Al2O3 + H2O  MUỐI Tính chất Muối hóa học Tác dụng với Kim loại + muối muối mới + kim loại mới kim loại Ví dụ: Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu Lưu ý: + kim loại đứng trước( trừ Na, Ca, Ba, K,..) đẩy kim loại đứng sau ( trong dãy hoạt động hóa học của kim loại) ra khỏi dung dịch muối của chúng. + Kim loại Na, K, Ca,… khi tác dụng với dung dịch muối thì không cho kim loại mới vì: 2Na + H2O 2NaOH + H2 CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4 Tác dụng với Muối + axit muối mới + kim loại mới axit Ví dụ: AgNO3 + HCl AgCl + HNO3 Điều kiện để phản ứng xảy ra: muối tạo thành không tác dụng với axit mới sinh ra hoặc axit mới sinh ra là chất dễ bay hơi hoặc yếu hơn axit tham gia phản ứng. Tác dụng với Muối + bazo(dd) muối mới + bazo mới bazo Ví dụ: FeCl3 + 3NaOH 3NaCl + Fe(OH)3 Điều kiện để phản ứng xảy ra: muối mới hoặc bazo mới sinh ra là chất không tan( kết tủa). Tác dụng với Muối (dd) + muối ( dd) muối mới + muối mới muối Ví dụ: BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl Điều kiện để xảy ra phản ứng : một hay cả 2 muối tạo thành phải là không tan. Nhiệt phân Một số muối bị nhiệt phân hủy ở nhiệt độ cao muối Ví dụ: CaCO3 CaO + CO2 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2  ĐIỀU CHẾ CÁC LOẠI HỢP CHẤT VÔ CƠ  Điều chế oxit AXIT MẤT NƯỚC PHI KIM NHIỆT PHÂN MUỐI OXIT KIM LOẠI + OXI NHIỆT PHÂN BAZO KHÔNG TAN OXI + HỢP CHẤT KIM LOẠI MẠNH + OXIT Ví dụ: 2N2 + 5O2 2N2O5 ; 3Fe + 2O2 Fe3O4 2CuS +3O2 2CuO +2SO2 ; 4FeS2 + O2 2PH3 + 4O2 P2O5 + 3H2 H2CO3 CO2 + H2O CaCO3 CaO + CO2 ; ;  Điều chế axit. OXIT AXIT + H2O AXIT PHI KIM + HIDRO MUỐI + AXIT MẠNH 2Fe2O3 + 8SO2 Cu(OH)2 CuO + H2O Ví dụ: P2O5 + 3H2O 2H3PO4 ; N2O5 + H2O 2HNO3 H2 + Cl2 2HCl 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl  Điều chế bazo KIỀM + MUỐI ( tan) KIM LOẠI * +H2O BAZO OXIT BAZO + H2O ĐIỆN PHÂN MUỐI *Một số kin loại : K, Na, Ca… tác dụng với H2O. Ví dụ: 2K + 2H2O 2KOH + H2 Na2O + H2O 2NaOH 6NaOH + Fe2(SO4)3 3Na2SO4 + 2Fe(OH)3 Ca(OH)2 + K2CO3 K2CO3 + 2KOH 2KCl + 2H2O 2KOH + H2 + Cl2  Điều chế hidroxit lưỡng tính. Muối của nguyên tố Zn, Al + dung dịch NH3( hoặc kiềm vừa đủ) hidroxit lưỡng tính + muối mới Ví dụ: AlCl3 + NH4OH 2NH4Cl + Al(OH)3 ZnSO4 + 2NaOH vừa đủ Zn(OH)2 + Na2SO4  Điều chế muối. a, Từ đơn chất chất AXIT + BAZO AXIT + OXIT BAZO KIM LOẠI + AXIT OXIT AXIT + OXIT b, Từ hợp KIM LOẠI + PHI KIM MUỐI MUỐI AXIT + OXIT KIM LOẠI + MUỐI MUỐI AXIT + BAZO AXIT + MUỐI (tan) KIỀM + MUỐI (tan) MUỐI (tan) + MUỐI (tan)  NHẬN BIẾT. Chất cần Thuốc thử Hiện tượng nhận biết Axit Dung dịch kiềm -Cl -Br -I Quì tím Quì tím Dung dịch phenolphthalein không màu Dung dịch AgNO3 // // Hồ tinh bột AgNO3 =PO4 =S Pb(NO3)2 + hoặc Cu(NO3)2 BaCl2 Axit mạnh // =SO4 =SO3 -HSO3 Quì tím hóa đỏ Quì tím hóa xanh Phnolphtalein đỏ hồng AgCl trắng, hóa đen ngoài không khí. AgBr vàng nhạt AgI vàng sậm Xanh tím Ag3PO4 kết tủa vàng ( tan trong HNO3) PbS kết tủa hoặc CuS kết tủa đen BaSO4 kết tủa trắng Khí SO2 mùi hắc // =CO3 -HCO3 =SiO3 -NO3 -ClO3 -NH4 Al3+ Fe2+ Fe3+ Cu(OH)2 kếết tủa xanh lamMg2+ Cr3+ // // CO2 làm đục nước vôi trong // // // H2SiO3 kết tủa keo trắng H2SO4 đặc,nóng + Cu Dung dịch màu xanh lam, khí NO2 nâu đỏ Nung có xúc tác O2 thoát ra, làm cháy tàn MnO2 đóm đỏ NaOH Khí NH3, có mùi khai // Al(OH)3 kết tủa keo trắng,tan trong kiềm dư // Fe(OH)2 kết tủa trắng xanh, hóa nâu ngoài không khí // Fe(OH)3 kết tủa đỏ nâu // Mg(OH)2 kếết tủa keo trắếng // Cu2+ Co2+ Ni2+ // // Cr(OH)3 kết tủa xanh da trời, tan trong kiềm dư. Co(OH)2 kết tủa hồng Ni(OH)2 kết tủa màu lục 2+ Pb Na K Ca H2 Na2S hoặc K2S Đốt // // // Cl2 Nước brom( màu nâu) Quì tím ẩm Pb(NO3)2 hoặc Cu(NO3)2 Brom , thuốc tím Nước vôi trong CuO ( đen) , t° Quì tím ẩm NH3 H2S SO2 CO2 CO NO2 =Cr2O7 =MnO4 Cr2O4 sang ( xanh lục). PbS kết tủa đen Ngọn lửa màu vàng Ngọn lửa tím hồng Ngọn lửa đỏ da cam Ngọn lửa xanh nhạt, nổ nhỏ, tạo H2O. Nước brom nất màu Quỳ tím hóa xanh H2S có mùi trứng thối, PbS kết tủa hoặc CuS kết tủa đen Nhạt màu Vẩn đục, tạo CaCO3 kết tủa Cu ( đỏ) Quì tím hóa đỏ Màu da cam Màu hồng tím Vàng tươi  MỐI QUAN HỆ CỦA CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ. OXIT AXIT + oxit bazo + bazo + oxit axit + axit OXIT BAZO