Tài liệu Skkn phương pháp giải bài toán co2

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO HUYỆN ðAK PƠ ------------------------- Họ và tên : Nguyễn ðình Hành Ngày sinh: 02 - 11- 1969 Giới tính: Nam ; Dân tộc: Kinh Chức vụ: Giáo viên ðơn vị công tác: Trường THCS Chu Văn An MỤC LỤC: Nội dung ñề tài Trang A- Phần mở ñầu I- Lý do chọn ñề tài ………………………………………………………. II- Mục ñích nghiên cứu …………………………………………………. III- ðối tượng nghiên cứu ………………………………………………... IV- Phương pháp nghiên cứu …………………………………………..... V- Giới hạn của ñề tài ……………………………………………………. VI- Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu…………………………………….. 1 2 2 2 3 3 B- Nội dung ñề tài I- Cơ sở lý luận…………………………………………………………… II- Thực trạng của vấn ñề nghiên cứu……………………………………. III- Kinh nghiệm vận dụng ñề tài vào thực tiễn…………………………... Dạng 1: Xác ñịnh ñược số mol của CO2 ( hoặc SO2) và R(OH)2 Dạng 2: Chỉ biết số mol của một chất CO2 (SO2) hoặc kiềm. Dạng 3: Biết khối lượng của một muối hoặc khối lượng chung. Dạng 4: CO2 ( SO2) tác dụng với hỗn hợp kiềm X(OH)2 và YOH IV- Kết quả ñạt ñược và bài học kinh nghiệm……………………………. 1- Kết quả ñạt ñược………………………………………………………. 2- Bài học kinh nghiệm…………………………………………………… 4 6 8 9 12 13 17 19 19 20 C- Kết luận ……………………………………………………………… 21 Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 2 A- PHẦN MỞ ðẦU. I- LÝ DO CHỌN ðỀ TÀI: 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. Theo Luật Giáo dục Việt Nam: " 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". Muốn ñổi mới giáo dục thì phải tích cực ñổi mới cách dạy và cách học, thay ñổi nhận thức về chất lượng dạy và học. Như vậy, ñổi mới phương pháp dạy học phải chống thói quen áp ñặt, “rót kiến thức” và 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. Ngày nay, việc ñổi mới trong các bài giảng lý thuyết ñã ñược áp dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả. Tuy nhiên, ñổi mới trong phương pháp bồi dưỡng kỹ năng giải bài tập cho học sinh vẫn còn nhiều hạn chế ( nhất là trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi); giáo viên vẫn còn sử dụng theo lối mòn (giáo viên giải mẫu, học sinh làm theo), chưa phát huy hết tiềm lực về tư duy, tính sáng tạo và trí thông minh của học sinh. Trong nhiều năm làm nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi cho trường và phòng Giáo dục ðakPơ, tôi nhận thấy học sinh giỏi vẫn còn nhiều lúng túng khi giải các bài toán phức tạp. Sự lúng túng này càng thể hiện rõ khi các em tham gia giải các bài toán có liên quan ñến phản ứng giữa CO2 hoặc SO2 tác dụng với kiềm dạng R(OH)2. Trong khi loại bài tập này hầu như không thể thiếu trong các kỳ thi học sinh giỏi. Từ những sai lầm và rất lúng túng của học sinh, tôi ñã kiểm tra, phân tích thực trạng và tìm nguyên nhân chính là do các em chưa hiểu bản chất của phản ứng giữa oxit axit với kiềm ( trong ñó có phản ứng của CO2 ( hoặc SO2 ) tác dụng với R(OH)2 ). Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 3 Với những lý do trên tôi ñã tìm tòi nghiên cứu, tham khảo tư liệu và áp dụng ñề tài: “ Phương pháp giải bài toán về CO2 hoặc SO2 tác dụng với kiềm dạng R(OH)2” nhằm giúp cho các em HS giỏi khắc phục những sai lầm; biết giải các bài tập loại này một cách tự tin và hiệu quả. II- MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU: ðề tài nhằm mục ñích làm rõ bản chất của phản ứng CO2 hoặc SO2 tác dụng với kiềm của kim loại hóa trị II, qua ñó giúp học sinh hình thành kỹ năng giải các bài toán có liên quan ñến phản ứng hóa học này. ðề tài còn nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo trong giải toán hóa học của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng ñội tuyển học sinh giỏi. III- ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: ðề tài này nghiên cứu bản chất của phản ứng phản ứng CO2 ( hoặc SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 và các phương pháp giải các bài toán hóa học có liên quan ñến phản ứng này. 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 về phản ứng giữa CO2 ( hoặc SO2) với kiềm. • 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 so sánh kết quả. 2-Các phương pháp hỗ trợ Ngoài ra, tôi còn dùng một số phương pháp hỗ trợ khác như phương pháp nghiên cứu tài liệu, ñiều tra nghiên cứu… Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 4 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 một số phương pháp giải toán có liên quan ñến phản ứng CO2 ( hoặc SO2 ) tác dụng với kiềm của kim loại hóa trị II. VI- PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU: - Kế hoạch thực hiện ñề tài : ðề tài bắt ñầu nghiên cứu từ tháng 9 năm 2007, ñược thử nghiệm trong năm học 2007-2008 và học kỳ I năm học 20082009. ðề tài ñã ñược tổng kết, rút kinh nghiệm vào tháng 12 năm 2008. - ðề tài ñược áp dụng tại trường THCS Chu Văn An, sau ñó áp dụng bồi dưỡng ñội tuyển học sinh giỏi môn Hóa học lớp 9 của huyện ðakPơ. Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 5 B- NỘI DUNG ðỀ TÀI I- CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VỀ PHẢN ỨNG CO2 ( SO2) TÁC DỤNG VỚI KIỀM DẠNG R(OH)2 Giải toán hóa học là sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa hiện tượng và bản chất hóa học với các kỹ năng về toán học. Tuy nhiên, muốn giải chính xác một bài toán hóa học ( loại tính theo phương trình hóa học) thì trước tiên phải viết ñầy ñủ và chính xác các phương trình hóa học xảy ra, ñây là “chìa khóa” ñể mở ñáp án của một bài toán hóa học. Chỉ cần một nhầm lẫn nhỏ trong việc viết phương trình hóa học thì mọi nổ lực trong giải toán ñều trở nên vô nghĩa. Trong hệ thống các bài tập hóa học nâng cao có rất nhiều loại bài tập mà bản chất của phản ứng rất phức tạp, học sinh thường viết thiếu phương trình phản ứng hoặc xác ñịnh sai về chất sản phẩm, do ñó không thể nào có ñược lời giải và ñáp số chính xác. Một trong các loại bài tập phức tạp ñó là dạng toán về CO2 tác dụng với kiềm hóa trị II dạng R(OH)2. ðể giải tốt loại bài toán này thì học sinh phải hiểu ñược bản chất của phản ứng. Vậy bản chất của phản ứng này như thế nào ? 1- Bản chất phản ứng giữa CO2 ( SO2 ) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2. Giả sử dẫn b (mol) CO2 ( hoặc SO2) vào dung dịch chứa a (mol) kiềm Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 thì phản ứng xảy ra theo trình tự như sau: ðầu tiên, phản ứng tạo muối trung hòa, ñến khi n RCO3 = n R(OH)2 = a thì kết tủa ñạt cự ñại ( với R là kim loại kiềm hóa trị II): CO2 + R(OH)2 → RCO3 ↓ + H2O a ← a→ a (1) (mol) Nếu tiếp tục bơm CO2 thì kết tủa RCO3 bị tan dần và chuyển thành muối R(HCO3)2 . Khi n CO2 = 2a thì kết tủa tan hoàn toàn. CO2 + H2O + RCO3 → R(HCO3)2 a ←a (1’) (mol) Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 6 Tổng hợp (1) và (1’) ta có PTHH chung: 2CO2 + R(OH)2 → R(HCO3)2 2a a (2) a (mol) Như vậy, tùy thuộc vào tỷ lệ số mol của oxit axit và kiềm mà muối tạo thành có thể là muối trung hòa hoặc muối axit hoặc cả hai muối. ðể ñơn giản trong việc giải các bài toán có liên quan, giáo viên có thể rút ra nhận xét tương ñối về mặt ñịnh tính nhưng giúp học sinh giải toán vừa nhanh, vừa chính xác:
Nếu chỉ tạo muối trung hòa thì coi như chỉ xảy ra phản ứng (1)
Nếu chỉ tạo muối axit thì coi như chỉ xảy ra phản ứng (2)
Nếu tạo ñồng thời hai muối thì coi như chỉ xảy ra cả (1) và (2) 2) Phương pháp xác ñịnh nhanh loại muối tạo thành : Căn cứ vào bản chất của phản ứng, chúng ta có thể kết luận nhanh loại n CO2 ( hoaëc SO2 ) muối tạo thành dựa theo tỷ số mol Nếu ñặt T = n CO2 ( hoaëc SO2 ) n R(OH)2 n R(OH)2 = b thì có 5 trường hợp tạo muối như sau: a Giá trị T Quan hệ mol Muối tạo thành Chất dư T >2 b > 2a R(HCO3)2 CO2 T=2 b = 2a R(HCO3)2 vừa ñủ 1< T < 2 a < b < 2a Cả 2 muối vừa ñủ T=1 b= a RCO3 vừa ñủ T<1 b n CaCO3 nên có 2 trường hợp: Trường hợp 1: CO2 còn dư. Vô lý vì phản ứng tạo muối trung hòa. Trường hợp 2: một phần CO2 ñã phản ứng tạo muối Ca(HCO3)2 CO2 0,25 + Ca(OH)2  → CaCO3 ↓ + H2O 0,25 ← 0,25 (mol) Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 17 Sáng kiến kinh nghiệm Năm học 2008-2009 Ca(OH)2  → Ca(HCO3)2 2CO2 + (0,3 – 0,25)→ 0,05 CM [dd Ca(OH)2 ]= (mol) 0,25+0,05 = 0,075M 4 Nhận xét : Nếu n CO2 (SO2 ) > n keát tuûa thì luôn tại hỗn hợp 2 muối Ví dụ 3: Hấp thụ V (lít) SO2 ( ñktc) vào 150 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M. Sau phản ứng, cô cạn hỗn hợp sản phẩm thu ñược 8,15 gam muối. Tìm V. *Phát hiện vấn ñề: Vì ñề cho có 8,15 gam muối chung nên chưa biết muối nào. Nên giả sử phản ứng tạo 2 muối, nếu muối nào có số mol bằng 0 thì coi như không ñược sinh ra. *Bài giải: * Cách 1: Phương pháp biện luận theo 3 trường hợp. Trường hợp 1: phản ứng chỉ tạo ra muối trung hòa BaSO3 n Ba(OH)2 = 0,15 ⋅ 0,2 = 0,03 (mol) SO2 Ba(OH)2  → BaSO3 ↓ + H2O + 0,03 0,03 (mol) m BaSO3 (max) = 0,03 ⋅ 217 = 6,51 (gam) < 8,15 (vô lý) Trường hợp 2: : phản ứng chỉ tạo muối axit Ba(HSO3)2 2SO2 + Ba(OH)2  → Ba(HSO3)2 0,03 0,03 (mol) m Ba(HSO3 )2 = 0,03 ⋅ 299 = 8,97 (gam) > 8,15 (vô lý) Trường hợp 3: phản ứng tạo hai muối. SO2 x + Ba(OH)2  → BaSO3 ↓ + H2O x x (mol) 2SO2 + Ba(OH)2  → Ba(HSO3)2 y 0,5y 0,5y (mol) Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 18 Sáng kiến kinh nghiệm Năm học 2008-2009  x + 0,5y = 0,03  x = 0,01 Ta có hệ phương trình:  giải ra ñược  217x + 149,5y = 8,15  y = 0,04 VSO2 = (0,01 + 0,04) ⋅ 22,4 = 1,12 lít * Cách 2: Ta giả sử phản ứng tạo ra 2 muối và giải ra ñáp số như lời giải trường hợp 3 ( Nếu bài toán tạo ra một muối thì có một ẩn bằng 0 ) 4) Dạng 4: CO2 ( hoặc SO2) tác dụng với hỗn hợp kiềm X(OH)2 và YOH a) Phương pháp giải: Khi sục khí CO2 ( SO2 ) vào dung dịch chứa hỗn hợp kiềm X(OH)2 và YOH thì muối trung hòa tạo ra trước. Trình tự các phản ứng như sau: CO2 + Y(OH)2 → YCO3 ↓ + H2O (1) → X2CO3 + H2O (2) CO2 + 2XOH CO2 + H2O + X2CO3 → 2XHCO3 (3) CO2 + H2O + YCO3 → Y(HCO3)2 (4) Nhận xét: Nếu lượng kết tủa cực ñại ( n YCO 3 = n Y(OH)2 ) thì chắc chắn không có phản ứng (4). Bài toán có 3 trường hợp: chỉ xảy ra (1) ; xảy ra (1) và (2) ; xảy ra (1),(2),(3) Nếu kết tủa không cực ñại ( n YCO 3 < n Y(OH)2 ) thì có 2 trường hợp: +) TH1: Chỉ xảy ra (1) và Y(OH)2 chưa hết. +) TH2: ðã xảy ra (4) và kết tủa bị hòa tan một phần. b) Các ví dụ: Ví dụ 1: Sục V lít CO2 ( ñktc) tác dụng với 4 lít dung dịch A chứa NaOH 0,05M và Ba(OH)2 0,02M thu ñược 5,91 gam kết tủa. Tìm V. *Phát hiện vấn ñề: n BaCO3 < n Ba(OH ) nên kết tủa chưa cực ñại, bài 2 toán có 2 trường hợp: hoặc chỉ xảy ra (1) hoặc ñã xảy ra (4) Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 19 Sáng kiến kinh nghiệm Năm học 2008-2009 *Bài giải: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓ + H2O (1) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (2) Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 (3) BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (4) n NaOH = 0,05 ⋅ 4 = 0,2 mol ; n Ba(OH)2 = 4 ⋅ 0,02 = 0,08 (mol) n BaCO3 = 5,91 = 0,03 mol < 0,08 ⇒ bài toán có 2 trường hợp: 197 Trường hợp 1: Chỉ xảy ra (1) và Ba(OH)2 dư n CO2 = n CaCO3 = 0,03 (mol) ⇒ VCO2 = 0,03 × 22,4 = 0,672 lít Trường hợp 2: ðã xảy ra (1),(2),(3),(4) n CO2 = n Ba(OH)2 + n NaOH + n BaCO3 ( hoøa tan) = 0,08 + 0,2+ (0,08-0,03) = 0,33 (mol) VCO = 0,33 ⋅ 22,4 = 7,392 lít 2 VCO2 = ( 0,1 + 0,2 + 0,03 ) × 22,4 = 7,392 lít Ví dụ 2: Sục V lít CO2 (ñktc) vào 5 lít dung dịch Ca(OH)2 0,01M và KOH 0,04M thu ñược 5 gam kết tủa và dung dịch B. Tìm V. *Phát hiện vấn ñề: Vì n Ca(OH)2 = n CaCO3 nên kết tủa ñã cực ñại ⇒ không xảy ra phản ứng (4). *Bài giải: n Ca(OH)2 = 0,05 (mol) ; n CaCO3 = 0,05 (mol) ; n KOH = 0,2 (mol) CO2 + Ca(OH)2  → CaCO3 ↓ + H2O CO2 + 2KOH K2CO3 + CO2 +  → K2CO3 (1) + H2 O (2) H2O  → 2KHCO3 (3) Vì n CaCO3 = n Ca(OH)2 nên kết tủa cực ñại ⇒ có 3 trường hợp: Phương pháp giải bài toán về CO2 ( SO2) tác dụng với kiềm dạng R(OH)2 20