Chuyên đề Phương pháp giải nhanh một số bài tập Hóa học lớp 11 bằng phương trình ion thu gọn và phương trình bảo toàn electron

SỞ GD – ĐT TP.HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM GDTX GÒ VẤP ***™&˜*** BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Tên chuyên đề: “Phương pháp giải nhanh một số bài tập Hóa học lớp 11 bằng phương trình ion thu gọn và phương trình bảo toàn electron” Giáo viên: Hồ Quang Diệu Tổ: Lý - Hóa – Sinh Bộ môn: Hóa học Gò Vấp , tháng 11 năm 2011 PHỤ LỤC Trang 1. Tên chuyên đề 2 2. Tóm tắt 2 3. Giới thiệu 3.1. Hiện trạng 2 3.2. Giải pháp thay thế 3 3.2.1. Phương pháp sử dụng PT ion thu gọn 2 3.2.2. Phương pháp bảo toàn số mol electron 5 3.2.3. Một số bài tập vận dụng 8 4. Kết luận 9 1-Tên chuyên đề “Phương pháp giải nhanh một số bài tập Hóa học lớp 11 bằng phương trình ion thu gọn và phương trình bảo toàn số mol electron” 2-Tóm tắt chuyên đề: Chuyên đề này giới thiệu với học sinh 2 phương pháp: phương pháp sử dụng phương trình ion thu gọn và phương pháp bảo toàn electron. Các phương pháp nêu trên sẽ giúp cho học sinh giải các bài tập về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch và bài tập về phản ứng oxi hóa – khử một cách dễ dàng hơn. Nghiên cứu được tiến hành trên hai lớp 11B2 và 11B3, khi hướng dẫn các em học sinh giải theo phương pháp truyền thống và phương pháp mới như trên thì các em tiếp thu rất tốt. Đa số học sinh thích giải theo phương pháp mới này hơn vì tiết kiệm được thời gian, lời giải ngắn gọn và giúp các em hứng thú và yêu thích môn Hóa học. 3-Giới thiệu: 3.1. Hiện trạng: Xu thế chung hiện nay và trong tương lai là việc kiểm tra đánh giá học sinh bằng hình thức trắc nghiệm. Hình thức trắc nghiệm dần dần thay cho hình thức tự luận. Hiện tại, đối với môn hóa học, các kỳ kiểm tra lớp 12, TN THPT, tuyển sinh ĐH-CĐ 100% là trắc nghiệm. Điều này đồi hỏi học sinh phải tìm ra những cách giải nhanh nhất có thể. Giải theo phương pháp tự luận truyền thống, viết phương trình phản ứng , lập tỉ lệ mol, lập hệ phương trình sẽ mất nhiều thời gian. Đặt biệt các bài toán phản ứng xảy ra phức tạp, nhiều phản ứng song song thì phương pháp truyền thống sẽ rất lâu ra kết quả và có thể bế tắc không giải ra được. Nếu lên tới năm 12 mới hướng dẫn các em các phương pháp giải nhanh thì e rằng sẽ quá trễ các em sẽ không đủ thời gian để thuần thục. Do vậy ngay từ những năm lớp 10 và 11 chúng ta phải trang bị cho các em những phương pháp giải nhanh trong phạm vi chương trình, giúp các em làm quen và lên năm 12 sẽ không phải bỡ ngỡ và cảm thấy tự tin khi đứng trước các bài tập trắc nghiệm. 3.2. Giải pháp thay thế: Trong phạm vi chương trình Hóa học 11, học kì I, chúng ta có thể hướng dẫn các em giải nhanh bằng phương pháp bảo toàn điện tích, bảo toàn nguyên tố, sử dụng phương trình ion thu gọn, sử dụng phương trình bảo toàn số mol electron…..và có thể kết hợp với nhiều phương pháp khác. 3.2.1 Phương pháp sử dụng phương trình ion thu gọn : 3.2.1.1. Nội dung : Bản chất các phản ứng trong dung dịch điện li là sự kết hợp giữa các ion tạo thành chất kết tủa, chất bay hơi, chất điện li yếu. Do vậy đối với các bài toán trộn lẫn nhiều chất phản ứng trong dung dịch điện li thay vì viết nhiều phương trình phân tử, ta chỉ viết phương trình ion thu gọn để đơn giản hóa vấn đề, giúp lời giải ngắn gọn, sức tích. Các bước giải chính : Bước 1: Tính số mol các ion liên quan trực tiếp đến yêu cầu đề bài, thường là số mol của các ion trong phương trình ion thu gọn. + Nhắc lại công thức tính số mol của 1 nguyên tố trong hợp chất : cho hợp chất thì số mol : và + Với các ion ta cũng tính tương tự Vd : dd Ba(OH)2 thì ta có : và dd H2SO4 thì ta có và Bước 2 : Viết phương trình ion thu gọn Vd : Trộn các hỗn hợp axit với hỗn hợp các dd bazo thì sẽ luôn có PT : Bước 3 : Xác định số mol ion nào phản ứng hết thay vào phương trình, tính toán theo yêu cầu của đề bài. 3.2.1.2 Các bài tập áp dụng : Ví dụ 1 : Trộn 800 ml dung dịch axit HCl 0,01M với 200 ml dung dịch Ca(OH)2 0,0175M được 1000 ml dd X. Tính pH của dd X Hướng dẫn giải: Phương pháp truyền thống : - và - PTPƯ : So sánh thấy nên suy ra Ca(OH)2 phản ứng hết , HCl dư. Thay số mol Ca(OH)2 vào phản ứng : 0,007 0,0035 (Mol) Suy ra PT phân li : 0,001 0,001 (Mol) à pH = - log (0,001) = 3. Vậy dd X có pH bằng 3. Phương pháp sử dụng PT ion thu gọn : - Tính nhanh số mol ion H+ và OH- : và Do nên H+ dư phản ứng hết ( so sánh dễ dàng vì tỉ lệ phản ứng là 1:1) Khi trộn : 0,007 0,007 (Mol) à pH = - log (0,001) = 3. Vậy dd X có pH bằng 3. Nhận xét : Học sinh có thể chọn 1 trong 2 phương pháp để giải, nhưng pp phương trình ion thu gọn ra kết quả nhanh hơn, HS nhận biết được chất dư và chất phản ứng hết một cách dễ dàng.. Câu hỏi đặt ra : Nếu trộn hỗn hợp các dd axit vào hỗn hợp các dd bazo thì phương pháp truyền thống sẽ giải như thế nào ? Ví dụ 2 Trộn hỗn hợp 200 ml dd HCl 0,015 M và 400 ml dd H2SO4 0,01M vào 400ml dd KOH 0,025M được 1000ml dd X. Tính pH dd X. Hướng dẫn giải: PP truyền thống : nHCl = 0,2. 0,015=0,003 mol. và Viết PTPƯ : HCl + KOH à KCl + H2O H2SO4 + 2 KOH à K2SO4 + 2 H2O Tới đây việc xác định chất nào phản ứng hết, chất nào dư thực sự khó khắn à bế tắc PP sử dụng phương trình ion thu gọn : Tính tổng sổ mol H+ : Do nên H+ dư , phản ứng hết ( so sánh dễ dàng vì tỉ lệ phản ứng là 1:1) Khi trộn : 0,01 0,01 (Mol) à pH = - log (0,001) = 3. Vậy dd X có pH bằng 3 Nhận xét : Uu điểm của PP sử dụng PT ion thu gọn thể hiện rất rõ, dù có trộn nhiều hỗn hợp axit với nhiều dd bazo khác nhau thì lời giải vẫn ngắn gọn, súc tích, ra kết quả nhanh, rút ngắn thời gian. PP truyền thống bị bế tắc. 3.2.1.2 So sánh ưu - nhược điểm của 2 PP Phương pháp truyền thống Ưu điểm: đây là cách giải quen thuộc mà các em đã học từ cấp 2 lên cấp 3. Nhược điểm: Viết PTPƯ dạng phân tử, mất nhiều thời gian HS xác định chất dư, chất phản ứng hết khó khăn hơn. Trộn nhiều dd phản ứng với nhau, viết nhiều phản ứng, bài toán trở nên phức tạp và giải rất dài, nhiều trường hợp bế tắc không tìm được đáp án. Không giúp HS hiểu được bản chất của phản ứng trao đổi ion Phương pháp sử dụng PT ion thu gọn Ưu điểm Viết PT ion thu gọn, liên quan trực tiếp tới yêu cầu tính toán của đề, tốn ít thời gian. PT ion thu gọn giúp nhận biết chất dư và chất phản ứng hết dễ dàng. Trộn nhiều dd phản ứng với nhau nhưng bản chất PT ion thu gọn chỉ có một nên lời giải vẫn ngắn gọn, súc tích, tiết kiệm được thời gian. Giúp học sinh hiểu được bản chất của phản ứng trao đổi ion Nhược điểm: Ban đầu các em hơi bỡ ngỡ nhưng giải qua vài lần các em sẽ thuần thục 3.2.2. Phương pháp bảo toàn số mol electron: 3.2.2.1. Nội dung: “Trong phản ứng oxi hóa - khử thì tổng số mol electron do các chất khử cho bằng tổng số mol electron do các chất oxi hóa nhận” Các bước giải: Bước 1: Xác định chất cho e (chất khử) và chất nhận e (chất oxi hóa), chỉ cần quan tâm đến trạng thái số oxi hóa đầu và số oxi hóa cuối. Bước 2: Viết các quá trình cho và nhận electron. (kèm theo số mol tương ứng của các chất trong mỗi quá trình). Bước 3: Từ định luật bảo toàn số mol electron suy ra phương trình liên hệ giữa số mol electron cho và số mol electron nhận. Tính toán theo yêu cầu đề *Lưu ý: - Khi cần tìm số mol hoặc khối lượng của một chất nào đó, có thể áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố để hỗ trợ. *Một số trường hợp cần nhớ : - Bài toán hòa tan kim loại M vào axit HNO3 , M thể hiện hóa trị cao nhất n. Quá trình cho e: a mol ( Mol) Vậy tổng quát ta có : uá trình nhận e như sau : (5-x).b b (Mol) Vậy tổng quát ta có : Các sản phẩm khử khi cho Kim loại tác dụng HNO3 là : NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3. Một số ví dụ: - Sản phẩm khử là NO2 , số mol e nhận: và - Sản phẩm khử là NO, số mol e nhận: và - Sản phẩm khử là N2O, số mol e nhận : và - Sản phẩm khử N2, số mol e nhận: và - Sản phẩm khử là NH4NO3, số mol e nhận: và Với mỗi trường hợp ta có công thức tính nhanh số mol e nhận như sau : Sản phẩm khử Số mol e nhận NO2 NO N2O N2 NH4NO3 Lưu ý : các con số 1, 3, 8, 10 là hiệu số oxi hóa. 3.2.2.2. các ví dụ minh họa. Ví dụ 1: Cho 15g hh Cu và Al tác dụng với dd HNO3 loãng (dư) thu được 6,72 lít NO (đktc, là sản phẩm khử duy nhất). Xác định khối lượng của Cu và Al trong hỗn hợp đầu. Hướng dẫn giải: *Cách 1: Gọi x là số mol của Cu, y là số mol của Al Số mol của NO = *Quá trình cho e: ; x mol 2x mol y mol 3y mol *Quá trình nhận e: 0,9 0,3 (Mol) Ta có (1) Theo đề bài ra ta có: 64x + 27y = 15 (2) Từ (1) và (2) ta tìm được x = 0,15 mol ; y = 0,2 mol Khối lượng của mỗi kim loại: mCu = 64 . 0,15 = 9,6g ; mAl = 27. 0,2 = 5,4g *Cách 2: HS viết 2 phương trình phản ứng, dựa vào số liệu đề bài lập hệ hai phương trình giải tìm được số mol của 2 kim loại. Từ đó suy ra khối lượng của 2 kim loại. *Nhận xét: Với bài tập này HS có thể tìm theo hai cách tương đối dễ dàng, cách 2 học sinh không nắm vững pp cân bằng phản ứng oxi hóa khử sẽ gặp khó khăn. Ví dụ 1 : Hòa tan m (g) Zn trong HNO3 rất loãng, dư thấy có 2,24 l khí N2 thoát ra (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Hỏi giá trị m (g) là : A. 28,5 g B. 32,5 g C. 36,5 g D. 38,5 g Hướng dẫn giải : Cách 1: Học sinh có thể vận dụng công thức tính nhanh số mol e cho và số mol e nhận, không cần viết quá trình cho- nhận e : Cách 2: Tính số mol N2 PTPƯ : 0,5 mol 0,1 mol *Nhận xét: Với bài tập này HS có thể tìm theo hai cách tương đối dễ dàng, cách 2 học sinh không nắm vững pp cân bằng phản ứng oxi hóa khử sẽ gặp khó khăn, và mất thời gian cân bằng phản ứng nên kết thời gian ra đáp số lâu hơn. Ví dụ 3 : Hòa tan 2,7 gam Al trong HNO3 thấy thoát ra 2,24 lít khí X ( đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Hỏi khí X đó là : A. NO B NO2 C. N2O D. N2 Hướng dẫn giải : Cách 1 : Gọi số oxi hóa của N trong sản phẩm là +x Vậy số oxi hóa của N trong sản phẩm khử là +2 . Vậy khí X là NO. Cách 2 Thử đáp án : Học sinh có thể cho khí X là NO, viết PTPƯ , tính thể tích khí xem có ra đúng là 2,24 lít hay không. Nếu đúng thì dừng, chọn đáp án đó . Nếu sai lại thử qua phương án B,C,D làm tương tự. Cách 3 : Học sinh gọi khí X là NxOy. Viết phương trình phản ứng, lập tỉ lệ x : y để giải . *Nhận xét: Cách 1 : học sinh giải ra dễ dàng, không cần viết PTPƯ Cách 2 : Học sinh phải viết PTPƯ, nếu đáp án đúng nằm ở câu C hay D thì thời gian giải ra lâu, phải tính toán nhiều. Cách 3 : Đặt khí X như vậy sẽ rất khó cân bằng PTPƯ, tính toán phức tạp, thường dẫn đến bế tắc, cách giải không phù hợp cho trắc nghiệm. 3.2.2.3 So sánh ưu - nhược điểm của 2 PP Phương pháp truyền thống Ưu điểm: đây là cách giải quen thuộc mà các em đã học từ cấp 2 lên cấp 3. Nhược điểm: Viết PTPƯ dạng phân tử, mất thời gian cân bằng phương trình Bài toán trong đó phản ứng oxi hóa khử xảy ra nhiều, qua các giai đoạn khác nhau thì pp giải truyền thống sẽ phải viết rất nhiều phương trình, đặt nhiều ẩn số và có thể bế tắc không tìm được đáp án đúng. Không giúp cho HS hiểu được bản chất của phản ứng oxi hóa – khử Phương pháp sử dụng PT bảo toàn e Ưu điểm Viết quá trình cho e, nhận e , không mất thời gian cân bằng phương trình Bài toán có nhiều phản ứng oxi hóa khử xảy ra, qua nhiều giai đoạn, ta chỉ cần xác định đúng chất cho e và chất nhận e, trạng thái số oxi hóa đầu và cuối là có thể giải ra được một cách nhanh chóng và dễ dàng Giúp học sinh hiểu được bản chất của phản ứng oxi hóa – khử Nhược điểm: Ban đầu các em hơi bỡ ngỡ nhưng giải qua vài lần các em sẽ thuần thục 3.2.3 Một số bài tập vận dụng : 1) Cho 5,6 gam Fe tan hết trong dung dịch HNO3 thu được 21,1 gam muối và V lít NO2 (đktc). Tính V. A. 3,36 lít B. 4,48 lít C. 5,6 lít D. 6,72 lít 2) Cho 0,04 mol Mg tan hết trong dung dịch HNO3 thấy thoát ra 0,01 mol khí X là sản phẩm khử duy nhất (đktc). X là : A. NH3 B. N2 C. NO D. N2O 3) Hoà tan hoàn toàn m gam Al vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO (phản ứng không tạo muối amoni). Tính m. A. 13,5 g B. 0,81 g C. 8,1 g D. 1,35 g 4) Hoà tan 0,03 mol FexOy trong dung dịch HNO3 dư thấy sinh ra 0,672 lít khí X duy nhất (đktc). Xác định X. A. NO2 B. NO C. N2O D. Không xác định được. 5) Cho 0,05 mol Mg phản ứng vừa đủ với 0,12 mol HNO3 giải phóng ra khí X là sản phẩm khử duy nhất. Xác định X. A. N2O B. NH3 C. N2 D. NO 6) Cho 0,96 gam Cu tác dụng hết với HNO3 dư thu được 0,224 lít khí X duy nhất (đktc). X là A. NO B. N2O C. NO2 D. N2 7) Cho 10,8 gam một kim loại tác dụng hoàn toàn với khí Clo thu được 53,4 gam muối Clorua. Xác định kim loại. A. Cu B. Al C. Fe D. Mg 8) Oxi hoá 16,8 gam Fe thu được 21,6 gam hỗn hợp các oxit sắt. Cho hỗn hợp oxit này tác dụng hết với HNO3 loãng sinh ra V lít NO duy nhất (đktc). Tính V. A. 1,68 lít B. 2,24 lít C. 1,12 lít D. 3,36 lít 4-Kết luận : Qua thử nghiệm các phương pháp giải mới, phù hợp hơn với xu thế ra đề kiểm tra hiện nay đã thu được những kết quả tích cực. Học sinh có hứng thú với môn học, phát huy khả năng tư duy, sáng tạo của các em. Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Quốc Thanh, tổ trưởng tổ Lý-Hóa-Sinh đã có những góp ý chân thành để em hoàn thành chuyên đề. Chuyên đề không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô để chuyên đề được hoàn thiện hơn. --------------------------------- THƠ VUI HÓA HỌC Hóa học là gì? Là hoá học nghĩa là chai với lọLà bình to bình nhỏ... đủ thứ bình Là ống dài , ống ngắn xếp linh tinh Là ống nghiệm, bình cầu xếp bên nhau như hình với bóngLà Hoá học nghĩa là làm phản ứng Cho bay hơi , ngưng tụ , thăng hoaNào là đun , gạn, lọc , trung hoà Ôxi hóa , chuẩn độ , kết tủaNhà Hoá học là chấp nhận "đau khổ" Đứng run chân , tay mỏi lắc , mắt mờNhưng tìm ra được triệu chất bất ngờ Khiến cuộc đời nghiêng mình bên Hoá học.