Tài liệu Hình thành phương pháp “sum” trong giải bài tập hóa học

Céng hßa x· héi chñ nghÜa ViÖt Nam §éc lËp – Tù do – H¹nh phóc -----------o0o----------- ®Ò tµi H×nh thµnh ph−¬ng ph¸p “SUM” trong gi¶i bµi tËp hãa häc Hä vµ tªn: Hoµng Xu©n HiÕn Tr−êng: THCS Phï Cõ PGD & §T: HuyÖn Phï Cõ SKKN 2010 1 Céng hßa x· héi chñ nghÜa ViÖt Nam §éc lËp – Tù do – H¹nh phóc -----------o0o----------- ®Ò tµi H×nh thµnh ph−¬ng ph¸p “SUM” trong gi¶i bµi tËp hãa häc Hä vµ tªn: Hoµng Xu©n HiÕn Tr−êng: THCS Phï Cõ PGD & §T: HuyÖn Phï Cõ XÕp lo¹i: A. CÊp tr−êng: B. CÊp huyÖn: C. CÊp tØnh: SKKN 2010 2 Môc Lôc Néi dung LÝ do chän ®Ò tµi Môc ®Ých ®Ò tµi §èi t−îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu LËp hÖ sè tæng qu¸t cho c¸c PTHH nhiÒu tØ lÖ hÖ sè ¸p dông PTHH nhiÒu tØ lÖ hÖ sè vµo viÖc h×nh thµnh ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc (Ph−¬ng ph¸p SUM) KÕt qu¶ H¹n chÕ Bµi häc kinh nghiÖm §Ò xuÊt KÕt luËn Phô lôc SKKN 2010 Trang 4–5 6 7 8 9 – 13 14 - 19 20 – 21 22 23 23 24 26 3 H×nh thµnh ph−¬ng ph¸p “SUM” trong gi¶i bµi tËp hãa häc I. §Æt vÊn ®Ò A. LÝ do chän ®Ò tµi HiÖn nay ®· cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp kh¸c nhau (kho¶ng 16 ph−¬ng ph¸p). Tuy nhiªn, mçi ph−¬ng ph¸p trªn l¹i phï hîp cho tõng d¹ng bµi tËp kh¸c nhau, gióp häc sinh ph¶n øng mét c¸ch mau lÑ tr−íc yªu cÇu cña ®Ò bµi; trong tõng bµi tËp cô thÓ l¹i cÇn kh¶ n¨ng ph¸n ®o¸n vµ t− duy nhanh cña häc sinh. Ngµy nay m«n häc cã nhiÒu biÕn chuyÓn vÒ kiÕn thøc vµ c¶ ph−¬ng ph¸p, ®Æc biÖt lµ c¸c vÊn ®Ò liªn quan tíi c¸c líp chÊt l−îng cao vµ båi d−ìng häc sinh giái. V× vËy néi dung ®Ò tµi m¹nh d¹n ®Ò cËp tíi mét khÝa c¹nh hay vµ míi, ®−îc ph¸t sinh trong thùc tÕ gi¶ng d¹y: “Ph−¬ng tr×nh hãa häc cã nhiÒu tØ lÖ hÖ sè” vµ viÖc vËn dông ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè vµo viÖc gi¶i bµi tËp hãa häc ®· h×nh thµnh nªn mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi: Ph−¬ng ph¸p SUM! §Ò tµi lµ sù ph¸t triÓn, tiÕp nèi liÒn m¹ch cña ®Ò tµi “Cã hay kh«ng cã ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè?”, ®· ®−îc chóng t«i nghiªn cøu trong nh÷ng n¨m tr−íc ®©y (2001 – 2004). Trong thêi gian nµy (n¨m häc 2002 – 2003) ®Ò tµi ®· ®−îc gi¶i A cÊp huyÖn vµ gi¶i B cÊp tØnh. Tõ viÖc gi¶i quyÕt nh÷ng khóc m¾c vÒ ph−¬ng t×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè, th«ng qua qu¸ tr×nh trùc tiÕp gi¶ng d¹y vµ båi d−ìng häc sinh giái, ®iÒu chØnh, ®óc kÕt vµ h×nh thµnh lªn mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi (Ph−¬ng ph¸p SUM) ®¶m b¶o yªu cÇu nhanh, gän, chÝnh x¸c phï hîp víi d¹ng bµi tËp hãa häc ®Æc tr−ng. Xin ®−a l¹i mét sè t×nh huèng ®Ó b¹n ®äc h×nh dung mét c¸ch kh¸i qu¸t vÒ sù tån t¹i vµ phæ biÕn cña d¹ng ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè th«ng qua mét sè vÝ dô. SKKN 2010 4 Th«ng th−êng, mçi ph−¬ng tr×nh hãa häc chØ t−¬ng øng víi mét tØ lÖ hÖ sè: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 TØ lÖ hÖ sè: 1 2 1 1 Nh−ng trªn thùc tÕ l¹i cã nhiÒu tr−êng hîp ®Æc biÖt. VD 1: Ph¶n øng H2O2 + O3 ----> H2O + O2 cã rÊt nhiÒu tØ lÖ hÖ sè phï hîp: H2O2 + O3 → H2O + 2O2 HoÆc 6H2O2 + 4O3 → 6H2O + 9O2 HoÆc 5H2O2 + O3 → 5H2O + 4O2 HoÆc 10H2O2 + 4O3 → 10H2O +11O2 vµ nhiÒu n÷a. VD 2: Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc 1/1999, Bµi tËp 14 trang 190, Hãa häc n©ng cao líp 10, Ng« Ngäc An. C©n b»ng ph−¬ng tr×nh: CuFeS2 + Fe2(SO4)3 + O2 + H2O ----> CuSO4 + FeSO4 + H2SO4 Chóng t«i xin ®−a ra mét sè tØ lÖ hÖ sè phï hîp cho ph−¬ng tr×nh trªn: 2CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 + 7O2 + 2H2O → 2CuSO4 + 6FeSO4 + 2H2SO4 5CuFeS2 + 8Fe2(SO4)3 + 16O2 + 8H2O → 5CuSO4 + 21FeSO4 + 8H2SO4 3CuFeS2 + 8Fe2(SO4)3 + 8O2 + 8H2O → 3CuSO4 + 19FeSO4 + 8H2SO4 9CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 + 35O2 + 2H2O → 9CuSO4 + 13FeSO4 + 2H2SO4 Mét ®iÒu kh¼ng ®Þnh lµ nh÷ng ph−¬ng tr×nh hãa häc ®Æc biÖt nh− 2 vÝ dô trªn lµ t−¬ng ®èi phæ biÕn. ViÖc nghiªn cøu vµ ¸p dông chóng ®· h×nh thµnh nªn ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi (Ph−¬ng ph¸p SUM), hç trî ®¾c lùc cho viÖc rÌn luyÖn trÝ th«ng minh vµ kh¶ n¨ng t− duy nh¹y bÐn cña häc sinh. SKKN 2010 5 B. Môc ®Ých ®Ò tµi Víi ý t−ëng x©y dùng mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi cho mét d¹ng bµi tËp kh¸ phæ biÕn: KiÒm t¸c dông víi oxit axit, chÊt l−ìng tÝnh, muèi axit,…nh÷ng d¹ng bµi tËp cã tõ 2 ph−¬ng tr×nh hãa häc trë lªn vµ cã thÓ viÕt d−íi d¹ng ph−¬ng tr×nh hãa häc tæng. Céng 2 hay nhiÒu ph−¬ng tr×nh hãa häc sÏ cho ph−¬ng tr×nh hãa häc tæng cã rÊt nhiÒu tØ lÖ hÖ sè phï hîp (nh− 2 vÝ dô ë phÇn trªn). Víi mét thêi gian h¹n hÑp, v× vËy néi dung ®Ò tµi ®i vµo nh÷ng tiÖn Ých cô thÓ cña viÖc x©y dùng, vËn dông ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè phôc vô cho c«ng t¸c häc tËp, gi¶ng d¹y vµ båi d−ìng häc sinh giái m«n Ho¸ häc. Nh÷ng néi dung c¬ b¶n: 1. LËp hÖ sè tæng qu¸t cho c¸c ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè 2. ¸p dông h×nh thµnh ph−¬ng ph¸p SUM. §Ò tµi ®−îc tr×nh bµy d−íi d¹ng: 1. B¶n in vi tÝnh. SKKN 2010 6 C. §èi t−îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu §èi t−îng trùc tiÕp trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu lµ c¸c em häc sinh kh¸, giái ë c¸c khèi líp 9 tr−êng THCS Phï Cõ vµ ®éi tuyÓn häc sinh giái dù thi cÊp huyÖn, cÊp tØnh m«n Hãa trong nhiÒu n¨m. Néi dung chÝnh cña ®Ò tµi còng ®−îc göi tíi rÊt nhiÒu ®ång nghiÖp cïng chuyªn m«n ë nhiÒu tr−êng t¹i 10 huyÖn, thµnh phè trong tØnh. Th«ng qua c¸c ®ång nghiÖp mµ néi dung ®Ò tµi ®· ®−îc triÓn khai tíi c¸c ®èi t−îng häc sinh kh¸, giái vµ ®Æc biÖt lµ ®éi tuyÓn hãa dù thi c¸c cÊp t¹i nhiÒu tr−êng trong tØnh. Tõ ®ã thu nhËn ®−îc nhiÒu nh÷ng ph¶n ¸nh, gãp ý cã gi¸ trÞ thùc tiÔn vµ mang ®Ëm tÝnh kh¸ch quan. Th«ng qua c¸c diÔn ®µn hãa häc trªn m¹ng Internet, néi dung ®Ò tµi còng nhËn ®−îc sù qua t©m download cña nhiÒu ®ång nghiÖp vµ c¸c em häc sinh (trªn th− viÖn t− liÖu cña trang web http://violet.vn/main, tÝnh ®Õn cuèi th¸ng 4/2010 sau h¬n 2 th¸ng upload ®· cã 101 thµnh viªn download tham kh¶o). Hy väng trong thêi gian tíi cã thÓ ®−a toppic ch−ng cÇu sù gãp ý cña ®ång nghiÖp cïng chuyªn m«n trªn c¸c diÔn ®µn hãa häc. MÆt kh¸c néi dung nghiªn cøu cña ®Ò tµi cßn cã ý nghÜa n©ng cao kiÕn thøc, kü n¨ng gi¶i bµi tËp hãa häc vµ ph−¬ng ph¸p båi d−ìng häc sinh giái cho c¸c gi¸o viªn d¹y hãa trong tØnh th«ng qua c¸c ®ît b¸o c¸o c¸c chuyªn ®Ò ®æi míi ph−¬ng ph¸p d¹y häc hãa häc trong c¸c n¨m võa qua. SKKN 2010 7 D. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ViÖc nghiªn cøu, tËp hîp c¸c d¹ng bµi tËp hãa häc liªn quan tõ ®ã vËn dông h×nh thµnh vµ vËn dông ph−¬ng ph¸p “SUM” ¸p dông cho “ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè” ®ßi hái nhiÒu thêi gian, nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau v× vËy viÖc nghiªn cøu ph¶i ®−îc tiÕn hµnh ®ång thêi theo nhiÒu h−íng: 1. Trùc tiÕp §ã lµ qu¸ tr×nh tÝch luü kiÕn thøc, kinh nghiÖm, kü n¨ng gi¶i bµi tËp hãa häc th«ng qua nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau, tõ ®ã t×m ra nh÷ng −u vµ nh−îc ®iÓm cña tõng ph−¬ng ph¸p (tÊt nhiªn mçi ph−¬ng ph¸p th−êng chØ ¸p dông tèt nhÊt cho mét d¹ng bµi tËp nhÊt ®Þnh). TÊt c¶ nh÷ng c«ng viÖc nµy gióp cho qu¸ tr×nh x©y dùng, h×nh thµnh lªn mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi mét c¸ch thuËn lîi. Sö dông c¸c h×nh thøc giao bµi tËp, th¶o luËn, vÊn ®¸p, pháng vÊn ®èi víi c¸c ®èi t−îng nghiªn cøu trùc tiÕp lµ c¸c em häc sinh kh¸, giái, häc sinh trong ®éi tuyÓn Hãa tr−êng THCS Phï Cõ. Tõ ®ã cã nh÷ng ®iÒu chØnh, ph¸t triÓn sù vËn dông ph−¬ng ph¸p “SUM” trong c¸c bµi tËp hãa häc n©ng cao. KÕt hîp sö dông ph−¬ng ph¸p so s¸nh gi÷a c¸c nhãm, c¸c líp tr−íc vµ sau khi triÓn khai ph−¬ng ph¸p míi, tõ ®ã tæng hîp c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc. 2. Gi¸n tiÕp §ã lµ qu¸ tr×nh trao ®æi víi b¹n bÌ ®ång nghiÖp cïng chuyªn m«n trong huyÖn vµ trong tØnh, tõ ®ã nhê c¸c ®ång nghiÖp cã ®é tin cËy cao ¸p dông t¹i c¸c tr−êng b¹n. Th«ng qua ®ã thu thËp ý kiÕn gãp ý x©y dùng cña c¸c ®ång nghiÖp vµ cña c¸c em häc sinh trong mét ph¹m vi t−¬ng ®èi réng. SKKN 2010 8 II. néI DUNG PhÇn 1 LËP HÖ Sè TæNG QU¸T CHO C¸C PTHH NHIÒU TØ LÖ HÖ Sè §Ó hoµn thµnh môc ®Ých thø nhÊt cña ®Ò tµi th«ng qua lÇn l−ît c¸c vÝ dô sau dùa trªn ph−¬ng ph¸p c©n b»ng ®¹i sè. VÝ dô 1: X¸c lËp hÖ sè tæng qu¸t cho PTHH H2O2 + O3 ----> H2O + O2 B−íc 1: §Æt hÖ sè: aH2O2 + bO3 ----> cH2O + dO2 B−íc 2: LËp hÖ pt dùa trªn sù b¶o toµn sè nguyªn tö cña mçi nguyªn tè. H: ⎧a = c (1) ⎨ O: ⎩2a + 3b = c + 2d (2) Thay (1) vµo (2) ta ®−îc 2a + 3b = a + 2d Ö d= a + 3b 2 HÖ sè tæng qu¸t lµ: aH2O2 + bO3 ----> aH2O + a + 3b O2 2 víi ®iÒu kiÖn (a, b > 0) VÝ dô 2: X¸c lËp hÖ sè tæng qu¸t cho PTHH CuFeS2 + Fe2(SO4)3 + O2 + H2O ----> CuSO4 + FeSO4 + H2SO4 B−íc 1: §Æt hÖ sè: aCuFeS2 + bFe2(SO4)3 + cO2 + dH2O ----> gCuSO4 + kFeSO4 + yH2SO4 B−íc 2: LËp hÖ pt: Cu: ⎧a = g(1) Fe: ⎪a + 2b = k(2) ⎪⎪ S: ⎨2a +3b = g + k + y(3) O: ⎪12b+ 2c +d = 4g +4k + 4y(4) ⎪ H: ⎪d = y(5) ⎩ ThÕ (1) vµ (2) vµo (3) ta ®−îc: 2a + 3b = a+ a + 2b + y Ö y=b=d ThÕ g = a; k = a + 2b; d = y = b vµo (4) ta ®−îc: 12b + 2c + b = 4a + 4a + 8b + 4b Ö c= 8a − b 2 HÖ sè tæng qu¸t cña PTHH trªn lµ: SKKN 2010 9 b aCuFeS2 + bFe2(SO4)3 + (4a − ) O2 + bH2O ----> aCuSO4 + (a + 2b)FeSO4 + bH2SO4 2 a , b > 0 ⎧ ⎧ a, b > 0 §iÒu kiÖn: ⎨ => ⎨ ⎩4a − b / 2 > 0 ⎩b < 8a Nh÷ng d¹ng bµi tËp liªn quan tíi PTHH nhiÒu tØ lÖ hÖ sè: 1. Oxit axit t¸c dông víi kiÒm VÝ dô 3: H·y biÖn luËn s¶n phÈm t¹o thµnh khi cho CO2 sôc vµo dung dÞch NaOH. §èi t−îng häc sinh kh¸, giái ®Òu dÔ dµng biÖn luËn ®−îc: ⎛ n 1⎞ TH 1: NÕu NaOH d− ⎜ CO ≤ ⎟ th× s¶n phÈm chØ cã Na2CO3 ⎝ nNaOH 2 ⎠ PTHH: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O ⎛ n 2 ⎞ TH 2: NÕu CO2 d− ⎜ CO ≥ 1⎟ th× s¶n phÈm chØ cã NaHCO3 ⎝ nNaOH ⎠ PTHH: CO2 + NaOH → NaHCO3 ⎛1 n 2 ⎞ TH 3: NÕu ⎜ < CO < 1⎟ th× s¶n phÈm cã c¶ 2 muèi: ⎝ 2 nNaOH ⎠ PTHH: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O CO2 + NaOH → NaHCO3 Trong qu¸ tr×nh häc, häc sinh ph¶i n¾m v÷ng lÝ luËn cña 3 tr−êng hîp trªn. Tuy nhiªn sÏ cã c©u hái ®−îc ®Æt ra, trong tr−êng hîp 3, khi biÕt tû lÖ 2 ⎛ 1 nCO2 ⎞ < 1⎟ th× s¶n phÈm thu ®−îc sÏ gåm c¶ hai muèi. VËy trong tr−êng ⎜ < ⎝ 2 nNaOH ⎠ hîp nµy cã thÓ viÕt d−íi d¹ng ph¶n øng tæng kh«ng? aCO2 + bNaOH → cNa2CO3 + dNaHCO3 + gH2O Trong qu¸ tr×nh gi¶i bµi tËp, hoµn toµn cã thÓ ¸p dông ph¶n øng d¹ng tæng hoÆc d¹ng s¬ ®å ®Ó tÝnh sù biÕn ®æi sè mol. Tuy nhiªn ph−¬ng tr×nh ph¶n øng trªn l¹i cã rÊt nhiÒu tØ lÖ hÖ sè phï hîp, phô thuéc vµo tØ lÖ sè mol CO2 vµ NaOH. §iÒu ®ã nhiÒu khi dÉn ®Õn sai lÇm cña häc sinh trong qu¸ tr×nh gi¶i bµi tËp. Xin ®−a mét sè tØ lÖ hÖ sè phï hîp: 2CO2 + 3NaOH → Na2CO3 + NaHCO3 + H2O (1) HoÆc: 4CO2 + 7NaOH → 3Na2CO3 + NaHCO3 + 3H2O (2) HoÆc: 5CO2 + 6NaOH → Na2CO3 + 4NaHCO3 + H2O (3) …………….. VËy hÖ sè tæng qu¸t cho ph¶n øng trªn? Häc sinh dÔ dµng thµnh lËp ®−îc hÖ sè tæng qu¸t theo ph−¬ng ph¸p C©n b»ng ®¹i sè. aCO2 + bNaOH → (b – a)Na2CO3 + (2a – b)NaHCO3 + (b – a)H2O SKKN 2010 10 ⎧ a, b > o ⎧ a, b > 0 ⎪ Víi: ⎨b − a ≥ 0 ⇔ ⎨ ⎪ 2 a − b ≥ 0 ⎩ a ≤ b ≤ 2a ⎩ n 2 Nh− vËy nÕu CO2 = ta sÏ ®−îc PTHH (1). nNaOH 3 n 4 NÕu CO2 = ta ®−îc PTHH (2). nNaOH 7 n 5 NÕu CO2 = ta ®−îc PTHH (3). nNaOH 6 §iÒu nµy cã ý nghÜa lín trong viÖc h×nh thµnh ph−¬ng ph¸p míi trong viÖc gi¶i bµi tËp hãa häc liªn quan mµ néi dung sÏ ®Ò cËp ë phÇn sau. T−¬ng tù nh− vÝ dô 3, ta cã thÓ x¸c lËp PTHH nhiÒu hÖ sè víi c¸c tr−êng hîp cña SO2, SO3, CO2, P2O5,… t¸c dông víi c¸c dung dÞch kiÒm (NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2). VÝ dô 4: Tr−êng hîp sôc CO2 vµo dung dÞch Ca(OH)2 sÏ x¶y ra s¶n phÈm cã c¶ hai muèi. Häc sinh dÔ dµng thiÕt lËp ®−îc PTHH d¹ng tæng qu¸t sau: aCO2 + bCa(OH)2 → (2a – b)CaCO3↓ + (a – b)Ca(HCO3)2 + (2b – a) H2O ⎧ a, b > 0 ⎩b ≤ a ≤ 2b Víi ⎨ Nh− vËy ta thÊy: NÕu nCO2 nCa (OH )2 = 3 ta ®−îc PTHH: 2 3CO2 + 2Ca(OH)2 → CaCO3↓ + Ca(HCO3)2 + H2O NÕu nCO2 nCa (OH )2 = 4 ta ®−îc PTHH: 3 4CO2 + 3Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + Ca(HCO3)2 + 2H2O Nh− vËy, øng víi mçi tû lÖ sè mol CO2 vµ Ca(OH)2, tháa m·n ®iÒu kiÖn ®Òu cho mét tØ lÖ hÖ sè c©n b»ng. 2. KiÒm t¸c dông víi dung dÞch Al3+, Zn2+, Be2+,... VÝ dô 5: H·y biÖn luËn s¶n phÈm khi cho dung dÞch NaOH t¸c dông víi dung dÞch AlCl3. ë bµi nµy cã 3 tr−êng hîp: TH 1: NÕu AlCl3 d− th× s¶n phÈm thu ®−îc ngoµi NaCl cßn cã Al(OH)3. PTHH: 3NaOH + AlCl3 → 3NaCl + Al(OH)3↓ TH 2: NÕu NaOH d− th× s¶n phÈm sÏ gåm NaCl vµ NaAlO2. PTHH: 3NaOH + AlCl3 → 3NaCl + Al(OH)3↓ (1) SKKN 2010 11 Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (2) TH 3: S¶n phÈm sÏ gåm NaCl, Al(OH)3, NaAlO2, khi l−îng NaOH kh«ng ®ñ hßa tan hÕt Al(OH)3 theo ph¶n øng (2). VËy TH 3 còng cã thÓ viÕt d−íi d¹ng tæng vµ còng cã rÊt nhiÒu tØ lÖ hÖ sè: 7NaOH + 2AlCl3 → Al(OH)3↓ + NaAlO2 + 6NaCl + 2H2O 10NaOH + 3AlCl3 → 2Al(OH)3↓ + NaAlO2 + 9NaCl + 2H2O …………. B»ng ph−¬ng ph¸p c©n b»ng §¹i sè còng thiÕt lËp ®−îc hÖ sè tæng qu¸t cho PTHH trªn. aNaOH + bAlCl3 → (4b – a)Al(OH)3↓+ (a – 3b)NaAlO2 + 3bNaCl + (2a – 6b)H2O ⎧a, b > 0 ⎩3b ≤ a ≤ 4b Víi ⎨ T−¬ng tù víi tr−êng hîp kh¸c khi cho muèi Zn2+ , Be2+, Al3+ t¸c dông víi c¸c dung dÞch kiÒm (KOH, NaOH, Ca(OH)2,…). VÝ dô 6: Khi cho muèi ZnCl2 t¸c dông víi dung dÞch KOH mµ s¶n phÈm cã c¶ Zn(OH)2 vµ K2ZnO2, häc sinh còng thiÕt lËp ®−îc ph−¬ng tr×nh tæng sau: aKOH + bZnCl2 → 4b − a a − 2b Zn(OH)2↓ + K2ZnO2 + 2bKCl + (a – 2b)H2O 2 2 ⎧ a, b > 0 ⎩ 2b ≤ a ≤ 4b Víi ⎨ ë vÝ dô 5 ta thÊy: NÕu tØ lÖ nKOH 3 = th× ta ®−îc PTHH: nZnCl2 1 3KOH + ZnCl2 → NÕu tØ lÖ 1 1 Zn(OH)2↓ + K2ZnO2 + 2KCl + H2O 2 2 nKOH 5 = th× ta ®−îc PTHH: nZnCl2 2 5KOH + 2ZnCl2 → 3 1 Zn(OH)2↓ + K2ZnO2 + 4KCl + H2O 2 2 ViÖc ®−a ra mét sè tØ lÖ hÖ sè nh− vËy, v× dùa vµo ®ã cã thÓ h×nh thµnh nªn ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc liªn quan. 2. Muèi axit t¸c dông víi dung dÞch kiÒm. VÝ dô 7: LËp PTHH khi cho NaHCO3 t¸c dông víi dung dÞch Ba(OH)2. Häc sinh cã thÓ viÕt mét trong c¸c c¸ch sau: TH 1: 2NaHCO3 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O (1) TH 2: NaHCO3 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + NaOH + H2O (2) SKKN 2010 12 TH 3: ViÕt d−íi d¹ng s¬ ®å (ch−a c©n b»ng). NaHCO3 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + Na2CO3 NaOH+ H2O (3) T¹i sao l¹i viÕt nh− tr−êng hîp 3? C©u tr¶ lêi sÏ lµ: + NÕu NaHCO3 d− th× ta cã ph¶n øng (1). + NÕu Ba(OH)2 d− th× ta cã ph¶n øng (2). + Ngoµi ra: Sau ph¶n øng (1), nÕu cßn Ba(OH)2 th× sÏ cã tiÕp ph¶n øng: Na2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + 2NaOH VËy TH 3 sÏ x¶y ra khi Ba(OH)2 kh«ng ®ñ ®Ó ph¶n øng hÕt víi Na2CO3 sinh ra ë ph¶n øng (1). Khi ®ã s¶n phÈm cña ph¶n øng gi÷a NaHCO3 vµ Ba(OH)2 sÏ gåm: Na2CO3, BaCO3, NaOH, H2O. NÕu viÕt tÊt c¶ c¸c s¶n phÈm ®ã trªn cïng mét PTHH th× ta sÏ ®−îc PTHH cã nhiÒu tØ lÖ hÖ sè: aNaHCO3 + bBa(OH)2 ----> bBaCO3↓ + (a – b)Na2CO3 + (2b – a)NaOH + aH2O ⎧ a, b > 0 ⎩b ≤ a ≤ 2b Víi ⎨ Qua nh÷ng néi dung ®· ®−îc tr×nh bµy ë trªn (c¸c d¹ng, c¸c vÝ dô cô thÓ) cã thÓ ®i tíi mét sè kÕt luËn sau: - Cã c¸c PTHH nhiÒu tØ lÖ hÖ sè vµ mçi hÖ sè phô thuéc vµo tØ lÖ sè mol c¸c chÊt tham gia ph¶n øng. - Dùa vµo ph−¬ng ph¸p C©n b»ng ®¹i sè, ta cã thÓ lËp ®−îc PTHH víi hÖ sè tæng qu¸t. §i t×m hiÓu vµ nghiªn cøu s©u néi dung trªn, gióp gi¸o viªn, häc sinh cã thªm c¸i nh×n míi vÒ PTHH, ®ång thêi sÏ bæ sung thªm mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi liªn quan tíi c¸c PTHH trªn, gãp phÇn lµm t¨ng t− duy vµ ph¶n øng nhanh nh¹y cña häc sinh trong qu¸ tr×nh lµm bµi tËp hãa häc. Trªn c¬ së nghiªn cøu, thµnh lËp hÖ sè tæng qu¸t cho c¸c PTHH nhiÒu hÖ sè, tõ ®ã më ra mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi (Ph−¬ng ph¸p SUM), gãp phÇn bæ sung vµo hÖ thèng c¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc, mang l¹i nh÷ng ®iÒu bÊt ngê vµ thó vÞ. SKKN 2010 13 PhÇn 2: BµI TËP ¸P DôNG PTHH NHIÒU TØ LÖ HÖ Sè VµO VIÖC h×nh THµNH PH¦¥NG PH¸P GI¶I BµI TËP HãA HäC (PH¦¥NG PH¸P SUM) Bµi tËp 1: H·y cho biÕt muèi nµo ®−îc t¹o thµnh vµ khèi l−îng lµ bao nhiªu khi cho 0,2 mol CO2 hÊp thô hoµn toµn vµo dung dÞch cã 0,3 mol NaOH. Bµi lµm Häc sinh ®· biÕt khi cho CO2 t¸c dông víi NaOH, cã thÓ cho 3 tr−êng hîp sau: ⎛ n 1⎞ TH 1: NaOH d− ⎜ CO ≤ ⎟ th× s¶n phÈm chØ cã Na2CO3 ⎝ nNaOH 2 ⎠ PTHH: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O ⎛ n 2 ⎞ TH 2: CO2 d− ⎜ CO ≥ 1⎟ th× s¶n phÈm chØ cã NaHCO3 ⎝ nNaOH ⎠ PTHH: CO2 + NaOH → NaHCO3 ⎛1 n 2 ⎞ TH 3: ⎜ < CO < 1⎟ th× s¶n phÈm cã c¶ 2 muèi (NaHCO3 vµ Na2CO3). ⎝ 2 nNaOH ⎠ PTHH: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O CO2 + NaOH → NaHCO3 Nh− vËy ë bµi nµy ta sÏ lµm theo 2 ph−¬ng ph¸p: - Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng (®a sè häc sinh vÉn lµm tõ tr−íc). - Ph−¬ng ph¸p SUM (®−îc ®−a ra tõ néi dung ®Ò tµi nµy). 2 Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng NhËn xÐt: nCO2 nNaOH = ⎛ 1 nCO2 ⎞ 0, 2 2 < 1⎟ . VËy s¶n phÈm cã c¶ 2 muèi. = => ⎜ < 0,3 3 ⎝ 2 nNaOH ⎠ PTHH: (1) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O 0,15 0,3 0,15 Sau p/− (1) sÏ cßn d− 0,2 – 0,15 = 0,05 mol CO2 => SÏ cã p/−: CO2 + H2O + Na2CO3 Æ 2NaHCO3 (2) 0,05 0,05 0,1 VËy s¶n phÈm sÏ gåm: 0,1 mol NaHCO3 vµ 0,2 - 0,1 = 0,1 mol Na2CO3 Khèi l−îng NaHCO3 = 7,2 g Khèi l−îng Na2CO3 = 10,2 g SKKN 2010 14 Ph−¬ng ph¸p SUM Theo tØ lÖ: nCO2 ⎛ 1 nCO2 ⎞ 0, 2 2 < 1⎟ . VËy s¶n phÈm cã c¶ 2 muèi. = => ⎜ < 0,3 3 ⎝ 2 nNaOH ⎠ = nNaOH Ta cã PTHH: 2CO2 + 3NaOH → Na2CO3 + NaHCO3 + H2O 0,2 0,3 0,1 0,1 Khèi l−îng NaHCO3 = 7,2 g Khèi l−îng Na2CO3 = 10,2 g §Ó thÊy râ h¬n sù linh ho¹t cña ph−¬ng ph¸p SUM, ta sÏ tham kh¶o thªm mét sè bµi tËp sau: Bµi tËp 2: TÝnh nång ®é mol cña dung dÞch t¹o thµnh khi cho 0,7 mol CO2 hÊp thô vµo 2000 ml dung dÞch Ba(OH)2 0,3M (coi thÓ tÝch thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ). Bµi lµm Ta cã sè mol Ba(OH)2 = 2.0,3 = 0,6 mol. => nCO2 nBa ( OH )2 = ⎛ ⎞ nCO2 0, 7 7 = => ⎜1 < < 2⎟ ⎜ ⎟ 0, 6 6 nBa (OH )2 ⎝ ⎠ VËy s¶n phÈm cã c¶ 2 muèi (BaCO3 vµ Ba(HCO3)2). Bµi nµy ta còng lµm theo 2 ph−¬ng ph¸p: Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng Ta cã: CO2 + Ba(OH)2 Æ BaCO3↓ + H2O(1) 0,6 0,6 0,6 Sau p/− (1) sÏ cßn d−: 0,7 – 0,6 = 0,1 mol CO2 => cã p/−: CO2 + H2O + BaCO3 → Ba(HCO3)2 0,1 0,1 0,1 VËy dung dÞch sau p/− chØ cã Ba(HCO3)2. Sè mol Ba(HCO3)2 = 0,1 mol CM = Ph−¬ng ph¸p SUM Ta cã p/− theo tØ lÖ nCO2 nBa ( OH )2 = 7 6 7CO2+6Ba(OH)2→5BaCO3↓+Ba(HCO3)2+5H2O 0,7 0,6 0,5 0,1 VËy dung dÞch sau p/− chØ Ba(HCO3)2. Sè mol Ba(HCO3)2 = 0,1 mol CM = cã 0,1 = 0, 05M 2 0,1 = 0, 05M 2 Bµi tËp 3: Nung hoµn toµn 40 g CaCO3, khÝ thu ®−îc cho hÊp thô vµo 200 g dung dÞch KOH 19,6 %. TÝnh nång ®é % c¸c chÊt trong dung dÞch sau ph¶n øng. Bµi lµm t → CaO + CO2↑ PTHH CaCO3 ⎯⎯ o SKKN 2010 15 nCO2 = nCaCO3 = 40 = 0, 4mol 100 19, 6.2 = 0, 7mol 56 0, 4 4 ⎛1 n ⎞ = = => ⎜ < CO2 < 1⎟ . VËy s¶n phÈm cã c¶ 2 muèi. 0, 7 7 ⎝ 2 nKOH ⎠ nKOH = nCO2 nKOH Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng PTHH: CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O (1) 0,35 0,7 0,35 Sau p/− (1), cßn d− 0,4 – 0,35 = 0,05 mol CO2 => Cã p/−: CO2 + H2O + K2CO3 → 2KHCO3 0,05 0,05 0,1 Sau p/−: nKHCO = 0,1mol 3 nK2CO3 = 0,35 − 0, 05 = 0,3mol Khèi l−îng KHCO3 = 10 g KL K2CO3 = 41,4 g KL dung dÞch = 200 + 0,4.44 = 217,6 g Ph−¬ng ph¸p SUM Ta cã p/− theo tØ lÖ nCO2 nKOH = 4 7 4CO2+7KOH→3K2CO3+KHCO3+3H2O 0,4 0,7 0,3 0,1 Khèi l−îng KHCO3 = 10 g KL K2CO3 = 41,4 g KL dung dÞch = 200 + 0,4.44 = 217,6 g 41, 4 .100% = 19, 02% 217, 6 10 .100% = 4, 6% C%KHCO3 = 217, 6 C%K2CO3 = 41, 4 .100% = 19, 02% 217, 6 10 .100% = 4, 6% C%KHCO3 = 217, 6 C%K2CO3 = Bµi tËp 4: H·y tÝnh thÓ tÝch khÝ CO2 (®ktc) ®Ó t¹o thµnh 20g CaCO3 khi cho CO2 t¸c dông víi dung dÞch cã 0,3 mol Ca(OH)2. Bµi lµm Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng Sè mol CaCO3 = 0,2 mol. Ta xÐt 2 tr−êng hîp: TH 1: L−îng CO2 p/− thiÕu víi Ca(OH)2 , v× 0,3 mol Ca(OH)2 cã thÓ t¹o thµnh tèi ®a 0,3 mol CaCO3. PTHH: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓+ H2O 0,2 0,2 0,2 ThÓ tÝch CO2 cÇn dïng lµ: 0,2.22,4 = 4,48 lÝt. TH 2: S¶n phÈm cã c¶ CaCO3 vµ Ca(HCO3)2. PTHH: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓+ H2O (1) 0,3 0,3 0,3 SKKN 2010 16 Thùc tÕ chØ thu ®−îc 0,2 mol CaCO3 v× vËy cã 0,1 mol CaCO3 tan ®i: (2) CO2 + H2O + CaCO3 → Ca(HCO3)2 0,1 0,1 0,1 Tæng sè mol CO2 cÇn dïng ë p/− (1) vµ (2) lµ 0,3 + 0,1 = 0,4 mol. ThÓ tÝch CO2 cÇn dïng lµ: 0,4.22,4 = 8,96 lÝt. §/S: 4,48 lÝt 8,96 lÝt Ph−¬ng ph¸p SUM ViÕt PTHH tæng qu¸t: aCO2 + bCa(OH)2 → (2a – b)CaCO3↓ + (a – b)Ca(HCO3)2 + (2b – a) H2O GT: 0,3mol 0,2mol TH 1: 0,2mol Å 0,2mol Å 0,2 mol TH 2: 0,4 mol 0,3 mol 0,2 mol 0,1 mol ThÓ tÝch CO2 cÇn dïng lµ: TH 1: (d− Ca(OH)2): 0,2.22,4 = 4,48 lÝt TH 2: (s¶n phÈm cã 2 muèi): 0,4.22,4 = 8,96 lÝt. §/S: 4,48 lÝt &8,96 lÝt Bµi tËp 5: Hßa tan hoµn toµn hçn hîp A (CaO, CaCO3) b»ng dung dÞch HCl thu ®−îc dung dÞch B vµ khÝ C, c« c¹n dung dÞch B thu ®−îc 2,22 g muèi khan. NÕu cho khÝ C hÊp thô hoµn toµn vµo 100 ml dung dÞch NaOH 0,15M thu ®−îc dung dÞch D. Do dung dÞch D t¸c dông víi dung dÞch BaCl2 d− thu ®−îc 1,04 g kÕt tña. TÝnh khèi l−îng hçn hîp A. Bµi lµm §Æt sè mol CaO vµ CaCO3 lÇn l−ît lµ x, y mol. Ta cã: CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O x x CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑ y y y Sè mol CaCl2 = 2, 22 = 0, 01mol => x + y = 0,02 (1) 111 Khi cho y mol CO2 t¸c dông víi 0,015 mol NaOH thu ®−îc dung dÞch D. Cho D t¸c dông víi BaCl2 thu ®−îc 1,04 g kÕt tña (BaCO3) => dung dÞch D cã Na2CO3. Sè mol BaCO3 = 1, 04 = 0.005mol 208 PTHH: Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3↓ + 2NaCl 0,005 0,005 SKKN 2010 17 §Ó t¹o thµnh 0.005 mol Na2CO3 khi cho y mol CO2 t¸c dông víi 0,015 mol NaOH ta sÏ cã 2 tr−êng hîp. Lµm theo ph−¬ng ph¸p SUM: aCO2 + bNaOH → (b – a)Na2CO3 + (2a – b)NaHCO3 + (b – a)H2O GT: 0,015 mol 0,005 mol TH 1: 0,005 mol Å0,01 mol Å 0,005 mol TH 2: 0,01 mol Å 0,015 mol Å 0,005 mol Æ 0,005 mol VËy TH 1: y = 0,005 mol => x = 0,015 mol Khèi l−îng hçn hîp A lµ: 0,005.100 + 0,015.56 = 1,34 g TH 2: y = 0,01 mol => x = 0,01 mol Khèi l−îng hçn hîp A lµ: 0,01.100 + 0,01.56 = 1,56 g §/S: 1,34 g vµ 1,56 g Bµi tËp 6: HÊp thô x mol CO2 vµo 200 g dung dÞch cã y mol NaOH. TÝnh nång ®é % cña dung dÞch sau ph¶n øng. Bµi lµm (1) PTHH: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (2) CO2 + NaOH → NaHCO3 Häc sinh nÕu lµm theo ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng th−êng xÐt nhiÒu tr−êng hîp (5 tr−êng hîp) vµ bµi to¸n nµy th−êng g©y khã kh¨n cho häc sinh. Tuy nhiªn, nÕu lµm theo ph−¬ng ph¸p SUM th× bµi to¸n trë lªn kh¸ dÔ dµng. aCO2 + bNaOH → (b – a)Na2CO3 + (2a – b)NaHCO3 + (b – a)H2O GT: x mol y mol TH 1: y > 2x => NaOH d− => dung dÞch míi gåm: 106 x ⎧ ⎪⎪C % Na2CO3 = 44 x + 200 .100% ⎨ 40( y − 2 x) ⎪C % .100% NaOH = 44 x + 200 ⎩⎪ TH 2: x ≤ y ≤ 2x => s¶n phÈm cã thÓ gåm 2 muèi: 106( y − x) ⎧ ⎪⎪C % Na2CO3 = 44 x + 200 .100% ⎨ 84(2 x − y ) ⎪C % .100% NaHCO3 = 44 x + 200 ⎩⎪ TH 3: y < x => dung dÞch chØ cã NaHCO3. C % NaHCO3 = SKKN 2010 84 y .100% 44 y + 200 18 Bµi tËp 7: TÝnh khèi l−îng kÕt tña Al(OH)3 t¹o thµnh khi cho dung dÞch cã 0,7 mol NaOH t¸c dông víi dung dÞch cã 0,2 mol AlCl3. Bµi lµm Ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng PTHH (1) 3NaOH + AlCl3 → Al(OH)3↓+ 3NaCl 0,6 0,2 0,2 Sau p/− (1) cßn d−: 0,7 – 0,6 = 0,1 mol NaOH => cã p/−: (2) NaOH + Al(OH)3 → NaAlO2 + 2H2O 0,1 0,1 0,1 Sau p/− (2) sè mol Al(OH)3 cßn l¹i lµ: 0,2 – 0,1 = 0,1 mol Khèi l−îng Al(OH)3 thu ®−îc lµ 0,1.78 = 7,8 g. Ph−¬ng ph¸p SUM Ta cã nNaOH 0, 7 7 = = => Ta cã PTHH: nAlCl3 0, 2 2 7NaOH + 2AlCl3 → Al(OH)3↓ + NaAlO2 + 6NaCl + 2H2O 0,7 0,2 0,1 0,1 Qua trªn ta thÊy sè mol Al(OH)3 lµ: 0,1 mol Khèi l−îng Al(OH)3 thu ®−îc lµ 0,1.78 = 7,8 g. SKKN 2010 19 III. KÕt qu¶ 1. §èi víi gi¸o viªn ViÖc t×m ra quy luËt h×nh thµnh vµ vËn dông “ph−¬ng tr×nh hãa häc nhiÒu tØ lÖ hÖ sè” vµo viÖc gi¶i quyÕt c¸c d¹ng bµi tËp hãa häc ®Æc tr−ng, tõ ®ã x©y dùng, h×nh thµnh ph−¬ng ph¸p “SUM” trong gi¶i bµi tËp hãa häc ®· gióp mçi gi¸o viªn h×nh thµnh thªm nh÷ng kiÕn thøc, kÜ n¨ng gi¶i bµi tËp hãa häc. Tõ nh÷ng trau dåi vÒ mÆt kiÕn thøc ®· gióp t¹o ra nh÷ng kinh nghiÖm vµ ph−¬ng ph¸p d¹y häc vµ ph−¬ng ph¸p båi d−ìng häc sinh giái hãa häc,… 2. §èi víi häc sinh C¸c em cã thªm mét ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp hãa häc míi, cã thÓ ¸p dông mét c¸ch thuÇn thôc vµ nhanh chãng cho ra kÕt qu¶ (®iÒu nµy rÊt phï hîp víi häc sinh giái vµ h×nh thøc thi tr¾c nghiÖm). Ngoµi ra viÖc ®Þnh h−íng, khÐo lÐo ®−a c¸c em tham gia vµo c¸c t×nh huèng nghiªn cøu h×nh thµnh ph−¬ng ph¸p, sÏ gióp c¸c em rÌn luyÖn trÝ th«ng minh, sù tù tin, lßng h¨ng say häc tËp vµ nghiªn cøu m«n häc. 3. KÕt qu¶ nghiªn cøu §−îc thÓ hiÖn th«ng qua 2 néi dung: * KiÓm tra kh¶o s¸t trùc tiÕp: - §èi t−îng nghiªn cøu: 2 nhãm häc sinh, mçi nhãm 15 em ®−îc chän ngÉu nhiªn (nhãm nghiªn cøu ®· ®−îc h−íng dÉn ph−¬ng ph¸p “SUM”). - CÊu tróc ®Ò kh¶o s¸t: C¸c bµi tËp thuéc ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi. - Møc ®é yªu cÇu cña ®Ò: Dµnh cho ®èi t−îng kh¸, giái. - C¬ së ®¸nh gi¸: Dùa trªn 2 tiªu chÝ: Bµi ®¹t yªu cÇu (trªn ®iÓm 5) Bµi kh«ng ®¹t (®iÓm d−íi 5). - KÕt qu¶ cô thÓ ®−îc tæng hîp trong b¶ng sau: STT 1 2 Tªn nhãm Sè häc sinh Nhãm nghiªn cøu 15 Nhãm ®èi chøng 15 * KÕt qu¶ chung: SKKN 2010 §¹t yªu cÇu (sè l−îng - %) 13 (86,7%) 7 (46,7%) Kh«ng ®¹t (sè l−îng - %) 2 (13,3%) 8 (53,3%) 20