Tài liệu Sáng kiến kinh nghiệm phương pháp cân bằng phản ứng hoá học

MỞ ĐÀU: I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Tôi là một giáo viên mới vào nghề . Cách đây 2 năm tôi dạy ở trường THPT Tam Đảo- Xã Tam Quan- Tỉnh Vĩnh Phúc. Sau 3 năm dạy học sinh THPT tôi cứ băn khoăn mãi một điều: “ Tại sao học sinh lại học hoá kém như vậy”. Một phương trình hoá học bình thường mà các em rất hay viết mà học sinh cũng không cân bằng được vậy làm sao các em có thể học được hoá. Thế rồi tôi chuyển công tác về trường THCS Trung Mỹ. Sau 2 năm dạy học sinh lớp 8 là những học sinh lần đầu tiên tiếp xúc với bộ môn hoá học tôi đã hiểu tại sao học sinh lại học kém và “sợ” môn hoá đến thế. Trong hoá học học sinh được làm quen với các kiến thức về cấu tạo, phân loại, tính chất và ứng dụng. trong phần tính chất cơ bản của các chất ( một trong những nội dung quan trọng nhất khi học hoá) có sự xuất hiện của các phản ứng hoá học kèm theo đó là các phương trình hoá học. Nhưng việc cân bằng các phương trình đó lại gây khó khăn cho học sinh đặc biệt là những học sinh học kém toán hay những học sinh chậm tư duy. Từ việc không cân bằng được các phương trình hoá học nên học sinh không thể làm được các bài tập hoá học liên quan đến phương trình mà hầu hết bài toán hoá học đều có. Cừ thế học sinh sẽ ngày càng xa rời môn hoá và sợ môn hoá. Vì vậy yêu cầu đặt ra cho giáo viên hoá học là làm sao truyền đạt cho học sinh cách cân bằng phương trình hoá học ở mức độ nào đó để học sinh có thể tiếp thu được và vận dụng vào các phương trình cụ thể. Và yêu cầu đối với học sinh học hoá học là phải thực sự quạn tâm đến môn học, đầu tư thời gian, chịu khó tìm tòi, suy nghĩ, tự phát huy tính sáng tạo, chủ động của mình trong việc học. Từ những vấn đề trên, với mông muốn góp phần nhỏ bé của mình vào việc tìm tòi phương phấp dạy học thicchs hợp với điều kiện của học sinh, tạo tiền đề cho sự phát triển tư duy của các em góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục đào tạo của địa phương nên tôi đã chọn đề tài: “ Phương pháp cân bằng phản ứng hoá học”. II: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Phân dạng được các dạng phương trình và các phương pháp cân bằng cho từng dạng sao cho phù hợp với từng đối tượng học sinh ở cấp THCS nhằm nâng cao chất lượng môn hoá cho học sinh. III. BẢN CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Học sinh khối 8 và khối 9 trường THCS Trung Mỹ năm học 2011- 2012 V: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Trong đề tài này tôin đã vận dựng các phương pháp nghiên cứu khoa học như : Phân tích lí thuyết, điều tra cơ bản, tổng kết kinh nghiệm sư phạm, 1 tham khoả các tài liệu có liên quan, thạm khảo ý kiến của đồng nghiệp, phân tích hệ thống các dạng cân bằng phương trình theo nội dung đã đề ra. - Trong quá trình vận dụng đề tài tôi đã tìm tòi học hỏi nhiều biện pháp khác như trao đổi với giáo viên trong tổ, trao đổi với học sinh, kiểm tra, đánh giá học sinh. VI. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Học sinh khối 8 và khối 9 trường THCS Trung Mỹ - Xã Trung Mỹ- Huyện Bình Xuyên- Tỉnh Vĩnh Phúc. VII. PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU Thời gian nghiên cứu: 9 tháng từ tháng 9 năm 2011 đến tháng 4 năm 2012 B: NỘI DUNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN Trong hoá học có nhiều phản ứng hoá học sảy ra, việc nhận biết các chất, hay giải các bài tập đều cần phaỉ viết đúng phương trình mới giải được, nhưng việc cân bằng phưưong trình hoá học thì không hề đơn giản. Về nguyên tắc việc cân bằng phương trình hoá học là ta thêm hệ số thế nào đó để số nguyên tử các nguyên ttó 2 vế phải bằng nhau. Trong chương trình hoá học phổ thông đã giới thiệu một số loại phương trình hoá học như: - Phản ứng phân huỷ - Phản ứng hoá hợp - Phản ứng thế - Phản ứng trung hoà - Phản ứng oxihoa- khử Đối với phản ứng đơn giản như: có 1 hoặc 2 chất tham gia và sản phẩm tạo thành là 1 hoặc 2 sản phẩm và những phản ửng thuộc loại trao đổi thì việc cân bằng là đơn giản ta có thể lam ngay bằng cách “nhẩm “ . Nhưng có những phản ứng phức tạp như các phản ứng tạo nhiều sản phẩm hay các phản ứng oxihoa- khử thì việc nhẩm là khó khăn và đôi khi học sinh có thể nhẩm được nhưng lại mất nhiều thời gian. Do đó trong phạm vi đề tài ngoài các phương pháp cân bằng thông thường mà sách giáo khoa đã trình bày tôi xin trình bày thêm một số phương pháp cân bằng khác. Nội dung tôi xin chia lam 3 loại, trong các dạng lớn tôi lại chia làm các loại phản ứng nhỏ hơn nhưng có cùng phương pháp làm, mỗi dạng tôi đều có các phương phấp và pham vi áp dụng cụ thể. Các dạng bài tập này tôi đã áp dụng cho học sinh lớp 8, lớp 9 và đã từng dạy học sinh lớp 10. II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2 LOẠI I: CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG THEO PHƯƠNG PHÁP “ NHẨM” - Phạm vi áp dụng: Đây là phương pháp cân bằng đơn giản nhất mà trong sách giáo khoa cúng đã giới thiệu. Phương phấp này áp dụng nhiều trong các phản ứng thuộc loại trao đổi, hoá hợp. - Các bước tiến hành: + Đưa hệ số là số nguyên hay phân số váo trước công thức có nguyên tố có nhiều nguyên tử nhất. + Cân bằng các nguyên tố con lại tương tự như trên sao cho số nguyên tử các nguyên tố ở 2 vế bằng nhau. + Giữ nguyên các phân số hoặc khử mấu để được phương trình hoàn chỉnh. - Các ví dụ: Dạng 1: Nhẩm các phương trình vô cơ VD1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: Al+ O2 - Al2O3 Cách làm: Tổng O ở 2 vế là 5 vì vậy ta thêm 2 vào Al2O3 Al + O2  2 Al2O3 Ta thấy số nguyên tử Al sau phản ứng là 4, số nguyên tử Al trước phản ứng là 1. Vậy ta thêm 4 vào Al 4Al + O2  2Al2O3 ta thấy sau phản ứng có 6O, trước phản ứng có 2O. Vậy ta thêm 3 vào O 2. ta được phương trình hoàn chỉnh. 4Al + 3O2  2Al2O3 * Nhận xét phương trình: Phương trình này thuộc loại phương trình đơn giản ta đã gặp trong sách giáo khoa 8 VD2:Hoàn thành sơ đồ phản ứng NaOH + AlCl3 -- Al(OH)3 + NaCl Cách làm: Số nguyên tử Cl bên phải là 3, bên trái là 1.Vậy ta thêm 3 vào NaCl. NaOH + AlCl3 -- Al(OH)3 + 3NaCl Lúc này: Bên phải có 3Na ,bên trái có 1Na. Vậy ta thêm 3 vào NaOH.ta được phương trình hoàn chỉnh. 3NaOH + AlCl3 -- Al(OH)3 + 3NaCl Các ví dụ tương tự yêu cầu học sinh tự làm: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: 1.K + O2 ---- > K2O 2.N2O5 + H2O -- HNO3 3 3.Ca(OH)2 + H3PO4 - Ca3(PO4)2 + H2O Dạng 2: Nhẩm các phản ứng cháy của các hợp chất hữu cơ Đối với dạng bài này ta chú ý thường trong các phản ứng hữu cơ ta coi hệ số của hợp chất hữư cơ là 1 từ đó ta thêm các hệ số còn lại: VD1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: C4H8 + O2 ---- > CO2 + H2O Cách làm: Coi hệ số của C4H8 là 1.ta thấy bên phải có 1C, bên trái có 4C. Vậy ta thêm 4 vào CO2. C4H8 + O2 ---- > 4CO2 + H2O ta thấy bên phải có 2H, bên trái có 8H. Vậy ta thêm 4 vào H2O. C4H8 + O2 ---- > 4CO2 + 4H2O Để cân bằng O2 ta thấy tổng O bên phái là 12.ta thêm 6 vào O2 C4H8 + 6O2 ---- > 4CO2 + 4H2O VD2: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: C3H8O + O2 ---- > CO2 + H2O Coi hệ số của C3H8O là 1.ta thấy bên phải có 1C, bên trái có 3C. Vậy ta thêm 3 vào CO2. C3H8O + O2 ---- > 3CO2 + H2O ta thấy bên phải có 2H, bên trái có 8H. Vậy ta thêm 4 vào H2O C3H8O + O2 ---- > 3CO2 + 4 H2O Để cân bằng O2 ta thấy tổng O bên phải là 10.ta thêm 5 vào O2 VD3: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: C3H7O2N + O2 ---- > CO2 + H2O + N2 Coi hệ số của C3H7O2N là 1.ta thấy bên phải có 1C, bên trái có 3C. Vậy ta thêm 3 vào CO2. C3H7O2N + O2 ---- > 3CO2 + H2O + N2 ta thấy bên phải có 2H, bên trái có 7H. Vậy ta thêm 7/2 vào H2O C3H7O2N + O2 ---- > 3CO2 + 7/2 H2O + 1/2 N2 ta thấy bên phải có 2N, bên trái có 1N. Vậy ta thêm 1/2 vào H2 Để cân bằng O2 ta thấy tổng O bên phải là 19/2.O Trong C 3H7O2N là 2. vậy ta thêm 15/4 vào O2 Các ví dụ tượng tự yêu cầu học sinh tự làm: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: 1. C4H10 + O2 ---- > CO2 + H2O 2.C4H10O + O2 ---- > CO2 + H2O 3.C2H5O2N + O2 ---- > CO2 + H2O + N2 4 -- Câu hỏi cho học sinh khá, giỏi: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: CxHyOzNt + O2 ---- > CO2 + H2O + N2 LOẠI II: CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẠI SỐ: - Phạm vi áp dụng: Trong chương trình THCS có nhiều phương trình phức tạp như có nhiều chất tham gia hoặc tạo thành. Việc cân bằng các phương trình trở nên phức tạp và học sinh không biết phải bắt đầu cân bằng như thế nào. Để hướng dẫn học sinh đặc biệt là học sinh giỏi khối lớp 8 cân bằng các phương trình phức tạp ta sử dụng phương pháp đại số. - cách tiến hành: + Bước 1: Đưa các hệ số hợp thức a, b, c, d, e.... lần lượt vào các công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng ( có n ẩn) + Bước 2: Lập các phương trình theo định luật bảo toàn nguyên tố cho từng nguyên tố ta được 1 hệ phương trình. + Bước 3: Chọn hệ số cho 1 ẩn bất kì, giải các phương trình còn lại theo ẩn đã chọn, ta được hệ phương trình gồm (n – 1) ẩn + Bước 4: Giải hệ phương trình vừa lập để tìm các hệ số( hướng dẫn học sinh ấn máy tính) + Bước 5: Đưa các hệ số vừa tìm vào phương trình. làm nguyên các hệ số bằng cách khử mầu. Các ví dụ: 1: Hoàn thành sơ đồ phản ứng: Fe + HNO3 ----- > Fe(NO3)3 + NO + H2O Cách làm: + Bước 1: Đặt các hệ số hợp thức a,b, c, d, e lần lượt vàocác công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng. aFe + bHNO3 ----- > cFe(NO3)3 + dNO + eH2O + Bước 2: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố: Fe: a = c H: b = 2e N: b = 3c + d O: 3b = 9c + d + e + Bước 3: Chọn a = 1 c= 1 5 Hệ: b – 2e = 0 b–d=3 3b – d – e = 9 + Bước 4: Giải hệ phương trình bằng cách ấn máy tính b=4 d= 1 e=2 + Bước 5: Đưa các hệ số vào phương trình Fe + 4 HNO3 ----- > Fe(NO3)3 + NO + 2H2O VD2:Hoàn thành sơ đồ phản ứng: Al + HNO3 ----- > Al(NO3)3 + NO2 + H2O + Bước 1: Đặt các hệ số hợp thức a,b, c, d, e lần lượt vàocác công thức ở 2 vế của phương trình phản ứng. a Al + bHNO3 ----- > cAl(NO3)3 + dNO2 + eH2O + Bước 2: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố: Al: a = c H: b = 2e N: b = 3c + d O: 3b = 9c + 2d + e + Bước 3: Chọn a = 1 c= 1 Hệ: b – 2e = 0 b–d=3 3b – 2d – e = 9 + Bước 4: Giải hệ phương trình bằng cách ấn máy tính b=6 d= 3 e=3 Bước 5: Đưa các hệ số vào phương trình Al + 6 HNO3 ----- > Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O  Nhận xét các phương trình: ta thấy phương pháp đại số thướng áp dụng cho những phương trình của phản ứng giữa axit HNO3 và H2SO4 đặc. LOẠI III: CÂN BẰNG PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG THEO PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ELECTRON: -Phạm vi áp dụng: phương pháp cân bằng đại số có thể cân bằng được nhiều phương trình, tuy nhiên việc giải toán là phức tạp đối với học sinh và không thể hiện rõ bản chất của phản ứng hoá học. Trong các kì thi học sinh giỏi, đặc 6 biệt là học sinh giỏi lớp 9 thì việc cân bằng phản ứng và nắm rõ bản chất phản ứng hoá học là rất quan trọng.Để đáp ứng điều đó tôi hay dạy học sinh lớp 9 phương pháp bảo toàn electron. Vì chương trình THCS chưa nói rõ về phản ứng oxihoa- khử nên trước khi vào phương pháp này giáo viên cần trang bị cho học sinh các kiến thức cơ bàn về: Phản ứng oxihoa- khử, bản chất của phản ứng oxihoa- khử, cách xác định số oxihoa, cách xác định chất khử,chất oxihoa. + Phản ứng oxihoa- khử: là phản ứng hoá học trong đó có sự thay đổi số oxihoa của các nguyên tố trứơc và sau phản ứng. + Bản chất của phản ứng oxihoa- khử là sự nhường và nhận electrron của chất khử và chất oxihoa + Chất khử là chất có sô oxihoa tăng, chất oxihoa là chất có số oxihoa giảm sau phản ứng. + Cách xác định số oxihoa: a, Số oxihoa của đơn chất bằng 0 b, Trong đa số hợp chất số oxihoa của Hlà +1, của O là -2 c, Trong phân tử tổng số oxihoa của các nguyên tử bằng 0 d, Trong hợp chất số oxihoa của kim loại có giá trị bằng hoá trị. 7