Tài liệu Skkn một số phương pháp tìm công thức hóa học của chất

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÌM CÔNG THỨC HÓA HỌC CỦA CHẤT" A. Đặt vấn đề: I. lý do chọn đề tài Trong công tác giảng dạy Hoá học theo phương pháp đổi mới hiện nay, nhiệm vụ chính của giáo viên là dẫn dắt học sinh tiếp thu các kiến thức cơ bản, rèn luyện các kỹ năng, thao tác thực hành thí nghiệm, giúp học sinh nắm vững được kiến thức sách giáo khoa. Song bên cạnh đó, một nhiệm vụ không kém phần quan trọng là đào tạo và bồi dưỡng nhân tài cho đất nước. Nhiệm vụ đó được cụ thể hoá bằng các kỳ thi ĐH-CĐ , học sinh giỏi các cấp hàng năm. Cấu trúc đề thi học sinh giỏi chủ yếu là câu hỏi và bài tập nâng cao, nhằm chọn đúng đối tượng học sinh khá giỏi, các bài tập nâng cao có thể phát triển ở nhiều dạng. Trong số đó, một dạng bài tập mà ta thường xuyên gặp trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi là: “Xác định công thức hoá học của chất”. Trong các đề thi HSG những năm gần đây thường có dạng bài tập này. Với những lý do trên, tôi thực hiện đề tài: Một số phương pháp giải bài tập lập công thức phân tử của chất dựa vào thành phần định lượng . Mục tiêu của đề tài: - Qua quá trình nghiên cứu đã giúp tôi hoàn thiện hơn về công tác giảng dạy, đặc biệt là bồi dưỡng học sinh giỏi. -Đối với học sinh: Giúp các em biết cách phân chia đề ra từng dạng nhỏ và định hướng được phương pháp giải loại bài tập “ Xác định Công thức hoá học của chất” II. CƠ SỞ Lí LUẬN Trước tình hình chung hiện nay. Việc áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất và đời sống ngày nay càng phát triển mạnh và mở rộng. Do đó việc cải thiện các trang thiết bị, dụng cụ máy móc. Việc đưa công nghệ tiên tiến vào mọi lĩnh vực nhằm phát triển kinh tế, bảo vệ an ninh quốc phòng là rất cần thiết. Để đạt được mục tiêu đó thì mỗi quốc gia phải định hướng đào tạo nhân tài từ trong trường học theo các chuyên ngành khác nhau. Chuyên ngành hoá học là một trong những chuyên ngành có nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống. Nó phục vụ cho nhiều chuyên ngành khác phát triển. Vì vậy một việc rất cần thiết là ngay trong hệ thống trường học phổ thông nên hình thành và đào tạo khối mũi nhọn bộ môn hoá học. Xuất phát từ thực tế đó , kết hợp với yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học nâng cao kiến thức trọng tâm của các môn ở trường trung học phổ thông Số 2 thành phố Lào Cai. Đòi hỏi người giáo viên phải không ngừng cải tiến nội dung ,pháương pháp giảng dạy cho phù hợp với đối tượng ,với yêu cầu của nghành , của phụ huynh , và học sinh cho nên ,tôi đã cố gắng tập hợp những nội dung lý thuyết và bài tập tiêu biểu cho từng chương ,từng bài ,từng chuyên đề , mở rộng và khắc sâu những kiến thức cơ bản . Để giúp các em học sinh nói chung , học sinh các lớp chọn nói riêng có thể nắm được phương pháp học và giải bài tập hóa học . II. CƠ SỞ THỰC TIỄN Là giáo viên công tác và giảng dạy ở một trường trong thành phố của tỉnh tôi xác định rõ mình phải đáp ứng được nhiệm vụ trọng tâm của trường là giúp học sinh có đủ kiến thức tối thiểu và cần thiết để có thể tham dự các kỳ thi đại học, cao đẳng ,thi học sinh giỏi với hiệu quả cao. Mà một trong các khó khăn đó là các em học sinh chưa biết cách giải bài tập theo phương pháp chỉ quen làm thế nào để tìm ra đáp số , điều đó rất phiến diện ,thiếu hiệu quả , không đảm bảo chất lượng ,không phải là cách làm việc khoa học . Do đó , với kinh nghiệm một số năm giảng dạy ở trường tôi đã có định hướng tìm rút kinh nghiệm khi chọn lọc các phần lý thuyết và bài tập liên quan giúp học sinh giải quyết một trong các bế tắc trên ,đó là luyện cho học sinh biết cách viết phương trình phản ứng và biết cỏch khai thỏc đề bài , suy luận và logic cỏc vấn đề . Đây là dạng bài tập khó luôn làm vướng mắc học sinh, bởi vậy để các em tháo gỡ được vướng mắc này, trong quá trình dạy bồi dưỡng tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu đưa ra phương pháp giải, cách thức khai thác suy luận lô gíc để loại trừ các trường hợp và xác định được tên chất. Theo tôi, có thể phân chia dạng này thành hai dạng bài tập nhỏ như sau: 1- Xác định chất dựa vào thành phần định tính. 2- Xác định chất dựa vào thành phần định lượng. ë đây tôi chỉ xin trình bày cụ thể dạng bài tập xác định chất dựa vào sự phân tích định lượng IV. Phạm vi thực hiện: Dùng cho học sinh lớp 10, 11, 12 tuỳ thuộc vào mức độ khó dễ của từng bài . Ôn luyện cho học sinh giỏi lớp 10,11,12. V. Thời gian thực hiện đề tài : Lồng ghép trong các giờ bài tập, giờ ôn tập chương trong phạm vi cho phép thuộc chương trình hoá lớp 10( lớp 10 chọn). Ôn luyện thi học sinh giỏi lớp 10 phổ thông. Tôi đã thực hiện đề tài trong năm học: 2010-2011 B . Nội dung sáng kiến kinh nghiệm I. Tình hình thực hiện. Khi làm các bài tập, khi giải đề thi học sinh giỏi các em vẫn còn nhiều vướng mắc. Đặc biệt là khi gặp bài tập dạng xác định chất dựa vào sự phân tích thành phần định lượng. Cụ thể khảo sát về chất lượng làm bài dạng này khi chưa áp dụng đề tài này vào giảng dạy như sau: 1. Mức độ bài cơ bản Cách giải khoa họcgiải không khoa họcKhông giải được và đúng kết quả nhưng đúng kết quả và giải sai Số lượng 7 15 28 Tỷlệ % 14% 30% 56% 2.Mức độ bài nâng cao Cách giải khoa họcgiải không khoa họcKhông giải được và đúng kết quả nhưng đúng kết quả và giải sai Số lượng 1 8 41 Tỷlệ % 2% 16% 82% ii. Nguyên nhân : Một số nguyên nhân cơ bản là: - Đây là dạng bài tập khó không có cách giải mẫu mực. Khả năng tư duy suy luận lô gíc của học sinh còn chưa cao, có thói quen suy nghĩ theo lối mòn hay cứ chờ đợi vào sự gợi ý của giáo viên. - Việc nắm kiến thức cơ bản của học sinh còn chưa chắc chắn. - Kỹ năng giải bài tập dạng này chưa cao. Đây là dạng bài tập ít thấy trong quá trình học ở SGK nên đều mới với giáo viên và HS. III. Giải pháp khắc phục: Kỹ năng được hình thành là do rèn luyện, vậy rèn luyện học sinh ở dạng bài tập này là như thế nào? Theo tôi nên phân chia nhỏ dạng để học sinh dễ tiếp cận nắm được cách giải cụ thể. Dạng này tôi chia làm hai dạng nhỏ như sau: - Dựa vào thành phần định lượng để xác định các chất trên chuỗi phản ứng chữ cái. - Phân tích định lượng, dựa vào phản ứng hóa học để xác định một (hoặc và chất trong hỗn hợp). ë mỗi dạng đều giới thiệu những bước cơ bản để học sinh định hướng giải. * Yêu cầu: + Nắm vững tính chất lý hoá của các chất đã học + Nắm chắc cách giải bài tập cơ bản + Chịu khó tư duy lôgíc - sáng tạo khi giải. Vận dụng linh hoạt nhiều phương pháp. IV. Một số dạng bài tập 1Dạng 1:Dạng bài tập dựa vào thành phần định lượng để xác định các chất trên chuỗi phản ứng biểu diễn bằng các chữ cái. Cách giải: - Dựa vào dữ kiện đề cho, ( đặc biệt l−u ý đến tỉ lệ về l−ợng) để lập ra sơ đồ mối quan hệ giữa các chất, tính toán định l−ợng liên quan. - Phân chia tr−ờng hợp ( kết hợp với phân tích định tính) để loại trừ các hợp chất có liên quan, tìm ra tên các chất. - Viết ph−ơng trình biểu diễn mối quan hệ các chất. Bài tập 1: Khi nung nóng một lượng chất rắn A tạo ra 0,6 g chất rắn B và khí C. Sản phẩm B của sự phân huỷ được mang hoà tan hoàn toàn vào nước tạo ra dung dịch chứa 0,96g chất G . Sản phẩm khí C cho đi qua dung dịch chất D dư tạo ra 2,76g chất E. Khi cho tương tác dung dịch nước của chất này với chất G tạo ra chất A và D . Hãy cho biết các chất A, B, C, D, G, E là những chất nào.Viết phương trình phản ứng tương ứng. Hướng dẫn: (ở đây tôi không giải cụ thể mà chỉ hướng dẫn học sinh tìm tòi lời giải) - Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phân tích đề, ví dụ: Nhiệt phân chất A đ B ( rắn) + C ( khí), thì A thuộc loại hợp chất nào? (A phải là muối bị phân huỷ) Hơn nữa B + H2O đ d2 G, suy ra (B là oxit bazơ và C là một oxit axit) B là oxit của nhóm kim loại nào ? ( B phải là oxit của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ, vì các bazơ khác không tan), d2 G thuộc loại hợp chất nào? (kiềm) - Lập sơ đồ định lượng: A to 0,6 g oxit bazơ + oxit axit C +H2O +d2 D (dư) 0,96g d2 chất G 2,76 g d2 chất E (kiềm) A - +D Vì B có 2 khả năng nên phân chia trường hợp. * Trường hợp 1: + Ký hiệu B là: B là oxit của kim loại kiềm M2O + Viết phương trình: ( M2O + H2O = 2MOB ) (*) + Suy nghĩ gì về lượng của B và G? (tìm được lượng nước) + lập tỷ lệ số mol theo lượng nước ? (theo phản ứng (*)) 1 mol M2O đ 1 mol H2O 0,96 - 0,6 + Từ số mol, khối lượng B, tìm ra M? đ nM = n H 2 O O = 2 = 0,02mol 18 0,6 MM O= * Trường hợp 2: 1đ 2 = 0,0 đ 2 B là oxit của kiềm thổ Ký hiệu: 30 M = 7 ị Liti MO Thực hiện tương tự trường hợp M = 14 (loại) Vậy A là muối của Li, nhưng A thoã mãn những muối nào? ( A có thể là Li2CO3 hoặc Li2SO3 , vì các muối còn lại của Li không phân huỷ) Suy ra các chất B, C, G ? + Dung dịch D tác dụng được vơí (B là Li2O có n = 0,02mol , C là CO2 hoặc SO2 có n = 0,02 mol CO2 hoặc (SO2) thì D là những chất nào? đ n = 0,02 A mol 2+ Xét các trường hợp của D và của C Gồm các trường hợp sau: 2- D là kiềm hoặc muối ( CO3 ; SO3 Gọi M là nguyên tố kim loại trong dung dịch D, có hoá trị n tan) 1) M(OH)n + CO2 đ 2) M(OH)n +SO2 đ 3) M2(CO3)n + CO2 + H2O đ 4) M2(SO3)n + SO2 + H2O đ khi xét các trường hợp trên, dựa vào lượng của C và D Suy ra khối lượng mol của kim loại M. + Ví dụ xét trường hợp 1. 2 M(OH)n + nCO2 đ M2(CO3)n + nH2O Số mol CO2 là 0,02 mol Suy ra = n M (CO3 )n 0,02 (mol) 2 Ta có: n n M = m : đ 2M + 60n = 2,76 = ị M = 69 - 30n 138 n=1 0,02 M = 39 đ Kali * n = 2,3 đều loại + Các trường hợp còn lại xét tương tự, kết quả đều không phù hợp suy ra D là KOH , E là K2CO3. + Các phản ứng xảy ra là: Li CO 2 to 3 2 Li2 O + CO (1) Li2O + H2O đ LiOH (2) CO2 2KOH + (3) đ K2CO3 + H2O K2 Vì Li2CO3 ít tan hơn K2CO3 nên phản ứng (4) xảy ra CO 3 + 2 LiO Bài tập 2: Ba nguyên tố A, B, X thuộc cùng 1 nhóm các nguyên tố của H đ hệ thống tuần hoàn, tổng số thứ tự của 2 nguyên tố đầu và cuối trong Li2 bảng hệ thống tuần hoàn là 76. Muối của axit Nitric được tạo thành từ các nguyên tố đó, thường sử dụng để nhuộm màu lửa của pháo bông, pháo hoa CO thành màu đỏ và dung dịch của nó có môi trường trung tính. Xác định các 3 nguyên tố A,B, X và vị trí của nó trong bảng hệ thống tuần hoàn. + 2K Hướng dẫn: OH - Khi giải học sinh cần phải chú ý đến các đặc tính như: màu lửa, môi (4) trường trung tính, tổng số thứ tự trong bảng hệ thống tuần hoàn + Muối ( - NO3) của A, B, X có môi trường trung tính thì A,B,X phải thuộc loại nào? - Số thứ tự (STT) STT ( A) + STT(X) = 76 Suy ra điều gì? + Vì gốc - NO3 là gốc axit mạnh nên A, B, X phải là những kim loại mạnh suy ra A, B, X chỉ có thể là kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ - vì các nhóm còn lại không có đủ 3 kim loại đều mạnh. + STT (A) + STT(X) = 76 suy ra STT của các kim loại < 76 - Màu ngọn lửa đỏ, đó là hợp chất + Màu lửa đỏ để nhuộm pháo bông là của nguyên tố nào? Stronti(Sr) = 38 + trong nhóm II A chỉ có ( Ca) và (Ba) thoả mãn vì có STT ( 20 + 56 = 76) Vậy A là Ca, B là Sr, X là Ba - Từ đó sẽ xảy ra các cặp nào? ( Lưu ý: STT A + STT X = 76) 2Dạng 2: Dạng bài tập xác định công thức phân tử của một chất dựa vào sự phân tích định lượng. - Cách giải: B1: Lập công thức tổng quát dạng AxB yCz...... - B2: Dựa vào các dữ kiện ( chủ yếu đến các thành phần định tính của đề, biện luận để xác định dạng của hợp chất cần tìm.) - B3: Dựa vào thành phần định l−ợng, biện luận, chia tr−ờng hợp để loại trừ các hợp chất có liên quan. - B4: Dựa vào tỷ lệ về l−ợng để lập ra công thức cần tìm. * Chú ý: Trên đây chỉ là 4 b−ớc cơ bản đ−ợc đúc rút từ kinh nghiệm thực tế khi giải đề thi , trong khi làm cần phải linh hoạt để khai thác các dữ kiện và kết hợp nhiều ph−ơng pháp mang tính sáng tạo để giải. B Bài tập 3 Hợp chất được tạo thành bởi 3 nguyên tố có khối lượng 10,8g, người ta xử lý cẩn thận bằng Cl2. Khi đó thu được hỗn hợp 2 Clorua và hydroclorua mà từ đó có thể điều chế được 400 g dung dịch HCl 7,3%. Khối lượng tổng của clorua tạo thành là 38,4g. Xác định công thức của hợp chất đầu. Nếu biết một trong các nguyên tố có phần khối lượng trong hợp chất là 42,6%, còn trong clorua của nguyên tố đó 39,3%. Giải: - Khi xử lý hợp chất bằng Cl2 tạo ra HCl - hợp chất có nguyên tố H - Giả sử hợp chất có dạng AxBByHz - Ta có mHCl = 400 x 7,3% = 29,2(g) ị nHCL 29,2 = 0,8(mol) = 36,5 ị nH = 0,8(mol) đ mH = 0,8 (g) Khối lượng của nguyên tố A và B là 10,8 - 0,8 = 10(g) Giả sử trong hợp chất đâù nguyên tố A chiếm 42,6 % ta có: mA 10,8 = 42,6 đ = 4,6(g) m 100 A Mặt khác, gọi công thức muối clorua của A là ACln đ M A + 35,5n MA = M 39,3 đ 100 A = 22,98n + n=1 + n=2 + n=3 +................. đ M A đ 23 = đ A là Na đ (loại) đ MA 46 =đ (loại) MA = 69 + Các giá trị khác đều không thoã mãn. Vậy trong hợp chất đầu phải có Na. 4,6 đ = nA = nNa = 0,2 (mol) 23 đ mNaCl = 0,2 x 58,5 = 11,7 (g) Suy ra = 10,8 - m - m = 5,4 (g) Na H m BB Giả sử muối clorua của B có dạng BClm ta có: khối lượng là:38,4 - 11,7 = 26,7(g) Trong đó 26,7 g muối có 5,4 g nguyên tố B đ 5,4 = 26,7 + m=1 M B 35,5m đ =9 M B đ M = 9m + B MBB đ B là Beri ( Be) NaxBeyHz đ hợp chất này không tồn taị. + m=2 đ M BB = 18 (loại) khi đó hợp chất có dạng: + m=3 đ M BB = 27 đ B là Al khi đó hợp chất có dạng: NaxAlyHz. 5,4 Số mol Al là: nAl = = 0,2 (mol) 27 Ta có: x : y : z = 0,2 : 0,2 : 0,8 = 1 : 1 : 4 Vậy Công thức hợp chất là: mãn. NaAlH4 Các giá trị khác của m không thoã Bài tập 4 : Dùng 1,568 l H2 phản ứng đủ với 4 g hỗn hợp hai oxit thu được m gam hai kim loại A hoá trị II và B. Cho m gam A và B ở trên vào dung dịch HCl dư tạo ra 0,896l H2 và còn 0,64g kim loại A . Cho A phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu được 0,224 lít SO2 .Các thể tích khí đo ở đktc . a) Tìm m = ? b) Tìm công thức của hai oxit trên. Giải: a) A có hoá trị đ II B có hoá trị n đ oxit là AO oxit là B2On nH 2 1,508 = 0,07(mol) = 22,4 Phản ứng: H2 + AO đ nH2 + B2On đ A + H2O 2B + nH2O (2) (1) Theo (1) và (2) : nH = nH 2 O 2 đ = 0,07 . 18 = 1,26 (g) 2 mH O đ b) m(A, B) = 4 + 0,14 - 1,26 = 2,88 (g) A phản ứng với H2SO4 A + 2H2SO4 đ Theo (3) ta có: = nA n = 0,01 (mol) S O2 0,64 ASO4 + 2H2O + SO2 = 64 Suy ra MA = đ A là Cu và oxit của A là CuO Khối lượng B là: 0,01 2,28 - 0,64 = 2,24 (g) sinh ra là: 0,896 nH 2 - = 0,04(mol) 22,4 Phản ứng B với HCl là: (3) B nHCl + đ n (4) BCln + 0,08 H 2 Theo (4) : = + n = 1: + n = 2: + n = 3: nBB (mol) n 2 22,4.n Suy ra: MBB 0,08 = 28n = đ M B = 28 (loại) B đ MBB = 56 ( vậy B là Fe) đ MBB = 84 ( loại) Vậy B là Fe. Trong muối clorua Fe có hóa trị II, nhưng oxit có thể ở hoá trị khác.Do đó công thức oxit là : FexOy Khối lượng (g) FexOy là 4 đ mCuO = 3,2(g) = 4 - 0,01 . 80 to Phản ứng: Số mol H2 FexOy + yH2 ở phản ứng (5) là: 0,07 xFe + yH2O (5) - 0,01 = 0,06 (mol) 0,06 Theo (5): = n FexOy mol y 3,2 y ị = 56x + 16 y 0,06 ị 3,36 x = 2,24y ị x : y = 2 : 3 Công thức oxit sắt là: Fe2O3