Tài liệu Skkn phương pháp luận sáng tạo áp dụng vào dạy và học hoá vô cơ.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT THỐNG NHẤT Mã số: ................................ (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO ÁP DỤNG VÀO DẠY VÀ HỌC HOÁ VÔ CƠ Người thực hiện: LÊ VĂN AN Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học bộ môn: Hoá học x (Ghi rõ tên bộ môn) - Lĩnh vực khác: .......................................................  (Ghi rõ tên lĩnh vực) Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN  Mô hình  Đĩa CD (DVD)  Phim ảnh  Hiện vật khác (các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm) Năm học: 2014 - 2015 1 BM02-LLKHSKKN SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC –––––––––––––––––– I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN 1. Họ và tên: LÊ VĂN AN 2. Ngày tháng năm sinh: 07-03-1970 3. Nam, nữ: Nam 4. Địa chỉ: Quang Trung – Thống Nhất – Đồng Nai 5. Điện thoại: (061)3764694 (CQ)/ (061)3764695 (NR); ĐTDĐ: 0918490359 6. Fax: Không E-mail:[email protected] 7. Chức vụ: Phó Hiệu trưởng 8. Nhiệm vụ được giao: Quản lý chuyên môn, khảo thí; giảng dạy Hoá 9. Đơn vị công tác: Trường THPT Thống Nhất II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị cao nhất: Thạc sỹ Hoá - Năm nhận bằng: 2003 - Chuyên ngành đào tạo: Hoá phân tích III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Dạy và Nghiên cứu Hoá học - Số năm có kinh nghiệm: 22 năm - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây: 1. MỘT SỐ ĐÓNG GÓP HIỆU QUẢ CỦA CÔNG TÁC KHẢO THÍ TRONG QUẢN LÝ CHUYÊN MÔN Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THỒNG NHẤT 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI PHẦN II: TỔNG QUAN II.1. Phương pháp luận sáng tạo khoa học II.1.1. Khái niệm về phương pháp luận sáng tạo II.1.2. Hệ thống các nguyên tắc sáng tạo cơ bản II.1.3. Phân loại các mức sáng tạo và các mức khó của bài toán II.1.4. Hệ thống các nguyên tắc sáng tạo cơ bản II.1.5. Các bước cơ bản của phương pháp luận sáng tạo II.2. Phản ứng oxy hoá – khử II.2.1. Một số khái niệm II.2.2. Quy tắc xác định số oxy hoá II.2.3. Phương pháp cân bằng phản ứng oxy hoá – khử PHẦN III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU III.1. Luận sáng tạo trong cân bằng một phản ứng oxy hoá – khử III.1.1. Cân bằng bằng phương pháp tính nhẩm III.1.2. Dự đoán sản phẩm phản ứng III.2. Luận sáng tạo trong xây dựng phương pháp giải một bài toán PHẦN IV: ÁP DỤNG VÀO DẠY VÀ HỌC HOÁ VÔ CƠ IV.1. Áp dụng vào giảng dạy hoá vô cơ IV.2. Áp dụng vào học hoá vô cơ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 4 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 10 10 10 13 14 17 17 19 22 23 3 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Nghị quyết 29 của Đảng về đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục nêu rõ: Giáo dục và đào tạo là quốc sách hàng đầu, là sự nghiệp của Đảng, Nhà nước và của toàn dân. Đầu tư cho giáo dục là đầu tư phát triển, nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài. Đối với giáo dục phổ thông, tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Hiện nay, trên thế giới có nhiều trường đại học dạy và học tư duy sáng tạo với mục đích dạy những người biết sáng tạo một cách hiệu quả. Ở nước ta, các sáng kiến, cải tiến, sáng chế còn mang tính tự phát, bị động và còn thiếu cơ sở về mặt phương pháp luận. Một trong những nguyên nhân của tình hình này là do phương pháp luận sáng tạo chưa được chú ý đúng mức trong suốt quá trình giáo dục và đào tạo. Từ những yêu cầu khách quan đặt ra và với thực trạng dạy và học Hoá học ở bậc phổ thông hiện nay, tuy có những đổi mới song vẫn còn nặng về truyền thụ kiến thức; nhất là áp lực kỳ thi trung học phổ thông Quốc gia sắp tới, đòi hỏi học sinh không những nắm vững phương pháp giải mà còn phải có kỹ thuật và kỹ năng giải nhanh một bài tập trong khoảng thời gian từ 1-2 phút. Vì vậy, với tâm huyết và kinh nghiệm hơn 20 năm đứng trên bục giảng, tôi chọn chuyên đề: “Phương pháp luận sáng tạo áp dụng vào việc dạy và học Hoá vô cơ”. Nội dung của chuyên đề: Trình bày tóm tắt khái niệm, một số nguyên tắc và các bước cơ bản của phương pháp luận sáng tạo; vận dụng vào việc cân bằng phương trình phản ứng oxy hoá – khử và xây dựng phương pháp tổng quát để giải một bài toán hoá học. Từ đó giúp học sinh tích cực, chủ động và sáng tạo trong việc học Hoá học ở bậc trung học phổ thông. Trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai sót; rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của quý Thầy – Cô và đồng nghiệp. Xin trân trọng cám ơn! Tác giả 4 PHẦN II: TỔNG QUAN II.1. Phương pháp luận sáng tạo Vào thế kỷ thứ 3, ở thành phố Alexandria thuộc Hy lạp cổ, nhà toán học Pappos đã đặt nền móng khởi đầu cho khoa học nghiên cứu tư duy sáng tạo để xây dựng các phương pháp, quy tắc làm sáng chế và phát minh trong mọi lĩnh vực. Ông đặt tên cho khoa học này là Heuristics (lấy gốc là từ Eureka – Tìm ra rồi). Sau Papos, mặc dù có nhiều nhà khoa học, đặc biệt phải kể đến Descartes, Leibnitz,…đã cố gắng xây dựng và phát triển tiếp Heuristics, nhưng thực tế ít người biết đến nó và dần đi vào quên lãng. Cùng với cuộc cách mạng khoa học – kỹ thuật sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, ở nhiều nước công nghiệp đã bắt đầu xuất hiện nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ phát triển, tính cạnh tranh, tính đa dạng,… Đặc biệt là sự phát triển như vũ bão của khoa học - công nghệ như hiện nay; nhờ đó khoa học sáng tạo dần được phục hồi và phát triển. Hiện nay, trên thế giới người ta ước tính có hơn 10.000 ấn phẩm: sách, tạp chí, các Websites, các bài báo nghiên cứu về sáng tạo. Để có được phương phương pháp luận sáng tạo áp dụng rộng cho mọi lĩnh vực, phương pháp luận đó phải được xây dựng trên các quy luật chung nhất. Triết học về những quy luật phổ biến của sự vận động và phát triển trong tự nhiên, xã hội và tư duy chính là phép biện chứng, có 3 quy luật: (1) Quy luật phủ định của phủ định; (2) Quy luật lượng – chất; và (3) Quy luật thống nhất và đấu tranh giữa các mặt đối lập. Do vậy, ông Altshuller, cha đẻ của phương pháp luận sáng tạo (Tiếng Anh gọi là TRIZ) chọn phép biện chứng là cơ sở triết học của phương pháp luận sáng tạo. II.1.1. Một số khái niệm cơ bản Phương pháp luận (Mehthodology): thường được hiểu theo hai nghĩa: (1) Khoa học hoặc lý thuyết về phương pháp; (2) hệ thống các phương pháp. Sáng tạo (Creativity) là hoạt động tạo ra bất kỳ cái gì có đồng thời “tính mới” và “tính lợi ích”. Vấn đề - bài toán (Problem) là tình huống, ở đó người giải biết mục đích cần đạt nhưng: (1) không biết cách đạt đến mục đích; hoặc (2) không biết cách tối ưu để đạt đến mục đích trong một số cách đã biết. Tư duy sáng tạo (Creative Thinking) là quá trình suy nghĩ đưa người giải: (1) từ không biết cách đạt đến mục đích đến biết cách đạt đến mục đích, hoặc (2) từ không biết cách tối ưu đạt đến mục đích đến biết cách tối ưu đạt đến mục đích trong một số cách đã biết. Phương pháp luận sáng tạo (Creativity Methodologies) là bộ môn khoa học có mục đích xây dựng và trang bị cho mọi người hệ thống các phương pháp, các kỹ năng thực hành tiên tiến về suy nghĩ để giải quyết vấn đề và đưa ra quyết định một cách sáng tạo, về lâu dài, tiến tới điều khiển được tư duy. II.1.2. Đối tượng, mục đích và ý nghĩa của phương pháp luận sáng tạo Đối tượng: là môn học nghiên cứu và hoàn thiện tư duy sáng tạo – quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và đưa ra quyết định của mỗi người. 5 Mục đích: trang bị cho người học hệ thống các phương pháp và kỹ năng cụ thể, giúp họ nâng cao năng suất, hiệu quả, về lâu dài tiến tới điều khiển tư duy sáng tạo của họ. Ý nghĩa: hệ thống giáo dục đào tạo hiện nay chủ yếu đào tạo về chuyên môn. Trong khi đó số lượng các vấn đề chuyên môn chiếm một phần nhỏ trong số các vấn đề mà giáo viên và học sinh có thể gặp trong cuộc sống. Phương pháp luận sáng tạo giúp họ tìm ra cách tối ưu nhất để giải quyết vấn đề. II.1.3. Phân loại các mức sáng tạo và các mức khó của bài toán Trong TRIZ, các mức sáng tạo (mức khó) của bài toán nhìn theo “tính mới” được cụ thể hoá thành 5 mức từ dễ đến khó như sau: Mức 1: Sử dụng ngay ý tường có sẵn Mức 2: Lựa chọn ý tưởng tối ưu trong vài ý tưởng có sẵn Mức 3: Cải tiến ý tưởng có sẵn Mức 4: Đưa ra ý tưởng mới Mức 5: Đưa ra nguyên lý hoạt động mới nhờ vậy có được loại hệ thống mới Tuy nhiên, để dưa ra ý tưởng mới cần phải dựa trên những nguyên tắc, hệ thống nguyên tắc cơ bản. II.1.4. Hệ thống các nguyên tắc sáng tạo cơ bản Người ta đã đưa ra 40 hệ thống các nguyên tắc được áp dụng trong phương pháp luận sáng tạo, sau đây là một số nguyên tắc được dùng để áp dụng trong chuyên đề này: Nguyên tắc phân nhỏ: Chia đối tượng thành các phần độc lập; làm cho đối tượng trở nên tháo lắp được; tăng mức độ phân nhỏ đối tượng. Nguyên tắc đảo ngược: Thay vì hành động như yêu cầu của bài toán, thì hành động ngược lại, thí dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng; hay như phép chứng minh phản chứng trong toán học; đảo ngược các bước cân bằng một phản ứng oxy hoá – khử. Nguyên tắc linh động: Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc; phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau. Nguyên tắc sử dụng trung gian: Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp, thí dụ: sử dụng phương pháp đặt ẩn phụ, bài toán M trung bình trong hoá học. II.1.5. Các bước cơ bản của phương pháp luận sáng tạo Mức sáng tạo cũng tương ứng với mức khó của bài toán; vì vậy, cần xác định các bước để giải bài toán: - Xác định bài toán cần giải - Xác định cách tiếp cận giải bài toán - Tìm thông tin giải bài toán - Tìm ý tưởng giải bài toán - Phát triển ý tưởng thành thành phẩm - Áp dụng thành phẩm vào thực tế 6 Tuy nhiên, chúng ta có thể tóm tắt thành 4 bước cơ bản để áp dụng trong dạy và học Hoá vô cơ ở bậc trung học phổ thông như sau: Bước 1: Đặt vấn đề, tức là xác định bài toán cần giải Bước 2: Phân tích đề, tức là chia một vấn đề lớn thành những vấn đề nhỏ hơn để tìm thông tin và tiếp cận bài giải Bước 3: Phát ý tưởng, tức là tìm ra cách giải bài toán dựa trên phân tích ở bước 1 và bước 2 Bước 4: Giải bài toán và đưa ra kết quả. Trong chuyên đề này chỉ xây dựng phương pháp luận sáng tạo cho việc cân bằng phương trình phản ứng oxy hoá - khử dạng Kim loại tác dụng với axit nitric hoặc axit sulfuric đặc nóng và xây dựng phương pháp tổng quát để giải một bài toán. Vì vậy, chúng tôi chỉ đưa vào phần tổng quan những kiến thức hoá học có liên quan đến chuyên đề này. II.2. Phản ứng oxy hoá – khử II.2.1. Một số khái niệm - Chất khử: là những chất cho (nhường) electron - Chất oxy hoá: là những chất nhận (thu) electron - Sự khử: là sự thu electron - Sự oxy hoá: là sự mất electron Thí dụ: Na  Na+ + 1e (Sự oxy hoá Natri) (Chất khử) Cl + 1e  Cl- (Sự khử Clo) (Chất oxy hoá) Vì vậy, trong một phản ứng oxy hoá – khử, sự oxy hoá và sự khử bao giờ cũng diễn ra đồng thời. Để nhận biết một phản ứng có phải là phản ứng oxy hoá – khử hay không; và để thuận tiện cho việc cân bằng phản ứng oxy hoá – khử, người ta đưa ra khái niệm số oxy hoá. - Số oxy hoá: Số oxy hoá là điện tích của nguyên tử trong phân tử, nếu giả định rằng cặp electron chung giữa hai nguyên tử chuyển hẳn về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn (giả định phân tử có liên kết ion) Từ khái niệm trên giáo viên có thể nhắc cho học sinh dễ hiểu: một nguyên tử có “điện tích” bằng bao nhiêu thì có số oxy hoá bằng bấy nhiêu (kể cả điện tích thực và điện tích giả định). II.2.2. Quy tắc xác định số oxy hoá Từ khái niệm số oxy hoá ở trên, giáo viên đặt hệ thống câu hỏi để học sinh xây dựng các quy tắc xác định số oxy hoá như sau: a. Số oxy hoá của đơn chất bằng không Thí dụ: Na0, H20, S0, O30… b. Đối với các ion đơn nguyên tử, số oxy hoá bằng điện tích ion đó. Thí dụ: Số oxy hoá của các ion Na+, Mg2+, S-2 lần lượt là +1, +2 và -2 7 c. Trong các hợp chất: thường số oxy hoá của H bằng +1, của O bằng -2 d. Trong một phân tử, tổng số oxy hoá của các nguyên tử bằng không Thí dụ: Xác định số oxy hoá của N trong các hợp chất NH3, HNO2, HNO3 Gọi x, y, z là số oxy hoá cần tìm của N trong các chất trên: NH3: x + 3(+1) = 0  x = -3 HNO2: (+1) + y + 2(-2) = 0  y = +3 HNO3: (+1) + z + 3(-2) = 0  z = +5 Nhận xét: Một số trường hợp số oxy hoá không đổi, giáo viên hướng dẫn học sinh suy luận nhằm xác định nhanh số oxy hoá của các nguyên tử khác. Thí dụ: Trong HNO3, Cu(NO3)2, M(NO3)n  số oxy hoá của của N = +5 II.2.3. Phương pháp cân bằng phản ứng oxy hoá – khử Về cơ bản học sinh cân bằng theo 4 bước: Bước 1: xác định số oxy hoá của các nguyên tử của nguyên tố trong phản ứng để tìm chất khử (có số oxy hoá tăng) và chất oxy hoá (có số oxy hoá giảm). Bước 2: Viết các quá trình oxy hoá, quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình Bước 3: Tìm hệ số đồng thời cho chất khử, chất oxy hoá theo nguyên tắc: số electron do chất khử nhường ra bằng số electron do chất oxy hoá thu vào. Bước 4: Đặt các hệ số của chất khử, chất oxy hoá vào phương trình phản ứng và cân bằng các nguyên tố còn lại, thường theo thứ tự: kim loại, gốc axit, H và O (chỉ dùng để kiểm tra). Tuy nhiên việc áp dụng cho học sinh còn tuỳ thuộc vào “độ khó” của phản ứng oxy hoá khử hoặc ở dạng phương trình phân tử hay ở dạng phương trình ion. Sau đây chúng ta xét một số dạng tiêu biểu. a. Cân bằng phương trình phản ứng oxy hoá khử bằng phương pháp thăng bằng electron Thí dụ 1: SO2 + Br2 + H2O  H2SO4 + HBr Bước 1: Xác định số oxy hoá của các nguyên tố có số oxy hoá thay đổi: S+4O2 + Br20 + H2O  H2S+6O4 + HBr-1 (Chất khử) (Chất oxy hoá) Bước 2: Viết các quá trình oxy hoá và quá trình khử: S+4 = S+6 + 2e Br0 + 1e = Br-1 Bước 3: Tìm hệ số đồng thời cho chất khử và chất oxy hoá 1 x S+4 = S+6 + 2e 2 x Br0 + 1e = Br-1 S+4 + 2Br0 = S+6 + 2Br-1 Bước 4: Đặt hệ số vào phương trình và cân bằng các nguyên tố còn lại là H và O (lúc này trong phương trình không ghi số oxy hoá); đến đây giáo viên hướng dẫn học sinh cân bằng H trước và O (dùng để kiểm tra). 8 SO2 + Br2 + 2H2O  H2SO4 + 2HBr Nhận xét: Đối với học sinh khá giỏi, có thể tiến hành theo 5 bước, tức là giáo viên đặt câu hỏi để học sinh từ số oxy hoá có thể dự đoán sản phẩm phản ứng, sau đó cân bằng 4 bước như trên. Thí dụ 2: Cu0 + HN+5O3  Cu(N+5O3)2 + N+4O2 + H2O Giáo viên cho học sinh tiến hành cân bằng theo 4 bước như thí dụ 1: 1 x Cu0 = Cu+2 + 2e 2 x N+5 + 1e = N+4 Cu0 + 2 N+5 = Cu+2 + 2 N+4  Cu + 2 HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O Nhận xét: Rõ ràng số nguyên tử N ở hai vế khác nhau, vì sao? Ở đây 2 phân tử HNO3 ở trên là phần oxy hoá, chưa kể đến phần HNO 3 tạo muối (đóng vai trò môi trường). Đến đây giáo viên hướng dẫn học sinh cân bằng phần môi trường như sau: Đếm số gốc axit ở vế phải, được bao nhiêu thì cộng thêm bấy nhiêu phân tử axit ở vế trái và cân bằng các nguyên tố còn lại. Như vậy, ở vế phải có 2 gốc (NO 3)  cộng thêm 2 phân tử HNO 3 ở vế trái  Tổng số phân tử HNO3: 2 + 2 = 4 Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O Đến đây học sinh cân bằng H, và kiểm tra O Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Đối với học sinh lớp 11 và 12, đến đây giáo viên yêu cầu học sinh viết phương trình ion thu gọn thí dụ 2: Cu + 4 HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Cu + 4 H+ + 2NO3-  Cu2+ + 2NO2 + 2H2O Như vậy, nếu xuất phát từ phản ứng oxy hoá khử ban đầu ở dạng ion thì cần xác định số oxy hoá không, và phương pháp cân bằng như thế nào? b. Cân bằng phương trình phản ứng theo phương pháp ion – electron Thí dụ 1: Fe + H+ + NO3-  Fe3+ + NO + H2O Giáo viên hướng dẫn học sinh cân bằng tương tự như trên nhưng không cần xác định số oxy hoá nữa (vì số oxy hoá của ion bằng điện tích ion). 1 x Fe  Fe3+ + 3e 1 x NO3- + 4 H+ + 3e  NO + 2H2O (*) Fe + NO3- + 4 H+  Fe3+ + NO + 2H2O Bằng cách nào học sinh viết được bán phản ứng (*) được? Giáo viên hướng dẫn học sinh từng bước sau: Cách 1: Cân bằng nguyên tử trước, điện tích sau: Từ NO3-  NO giảm đi 2 nguyên tử oxy nên tạo ra 2H2O 9 NO3-  NO + 2H2O Trong 2 phân tử H2O có chứa 4 nguyên tử H nên vế trái thêm 4 H+ ở vế trái NO3- + 4 H+  NO + 2H2O Đến đây giáo viên hướng dẫn học sinh cân bằng điện tích: Ở vế phải điện tích bằng 0, còn vế trái điện tích = (1-) + 4(1+) = 3+. Vì vậy phải thêm 3- vào (tức +3e) để điện tích hai vế bằng nhau, kết quả: NO3- + 4 H+ + 3e = NO + 2H2O Cách 2: Cân bằng điện tích trước và cân bằng nguyên tử sau. Cách này tương tự như cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron ở trên Tóm lại: Để cân bằng một phương trình phản ứng oxy hoá – khử, học sinh phải tuân thủ 4 bước cơ bản, trong đó khâu quan trọng nhất là xác định số oxy hoá. PHẦN III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, chúng tôi dựa trên nguyên tắc và phương pháp luận sáng tạo để tập trung giải quyết hai vấn đề: (1) Luận sáng tạo trong việc cân bằng phản ứng oxy hoá khử dạng kim loại tác dụng với axit nitric hoặc axit sulfuric đặc, nóng; dự đoán phản ứng oxy hoá khử có xảy ra hay không và dự đoán sản phẩm phản ứng. (2) Xây dựng phương pháp tổng quát để giải bài toán hoá học nói chung và dạng kim loại tác dụng với axit nitric hoặc axit sulfuric đặc, nóng nói riêng. III.1. Phương pháp luận sáng tạo trong cân bằng một phản ứng oxy hoá – khử III.1.1. Cân bằng bằng phương pháp tính nhẩm Xin nói rõ rằng phương pháp tính nhẩm không thể áp dụng cho mọi phản ứng oxy hoá – khử, phương pháp này chỉ áp dụng tối ưu cho phản ứng: KL + Axit  Muối + Nước + Sản phẩm khử. Đây là loại phản ứng học sinh thường gặp trong chương trình học lớp 10, 11 và 12. Ưu điểm của phương pháp tính nhẩm này là cực nhanh, chỉ cần 5-10 giây mà không cần xác định số oxy hoá, nên rất hữu dụng trong việc giải bài tập và trả lời câu hỏi trắc nghiệm. Thực chất của phương pháp này là phân tích ngược các bước cân bằng trên. Sau đây chúng ta xét một số thí dụ minh hoạ: Thí dụ 1: Cu + HNO3 (đặc)  Cu(NO3)2 + NO2 + H2O Phương pháp luận sáng tạo chính là cân bằng ngược từ O  H  N  Cu. Chúng ta phân tích kỹ thí dụ này: Từ NO3  NO2 giảm đi 1O, nên tạo ra 1H2O Trong 1H2O có chứa 2H nên ta cân bằng 2HNO3 ở vế trái  Cu + 2HNO3  Cu(NO3)2 + NO2 + 1H2O Số nguyên tử N ở vế trái bằng 2, trong khi số nguyên tử N ở vế phải trong NO 2 (cố định) là 1, nên trong Cu(NO3)2 phải là 1; vì vậy phải nhân hệ số: 1/2  Cu + 2HNO3  1/2Cu(NO3)2 + NO2 + 1H2O Đến đây cân bằng hệ sô cho Cu ở vế trái là 1/2 10  1/2Cu + 2HNO3  1/2Cu(NO3)2 + NO2 + 1H2O Đưa hệ số cân bằng về số nguyên bằng cách nhân 2 cho hai vế ta được: Cu + 4HNO3 (đặc)  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Nhận xét: Thực chất đây là phương pháp cân bằng nghịch đảo các nguyên tố từ: O  H  N  Cu mà không cần xác định số oxy hoá. Thí dụ 2: Cu + HNO3 (loãng)  Cu(NO3)2 + NO + H2O Phân tích tương tự thí dụ 1: Từ NO3  NO giảm đi 2O, nên sản phẩm tạo ra 2H2O  Cu + HNO3  Cu(NO3)2 + NO + 2H2O Trong 2H2O chứa 4H nên ta cân bằng ở vế trái 4 HNO3  Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + NO + 2H2O Số nguyên tử N ở vế trái bằng 4, trong khi đó số nguyên tử N ở vế phải trong NO (cố định) là 1, nên trong Cu(NO3)2 phải là 3; vì vậy phải nhân hệ số là 3/2  Cu + 4HNO3  3/2 Cu(NO3)2 + NO + 2H2O Đến đây chỉ cân bằng hệ số cho Cu ở vế trái là 3/2  3/2 Cu + 4HNO3  3/2 Cu(NO3)2 + NO + 2H2O Hay: 3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Thật vậy, sau khi học sinh đã cân bằng quen, thì việc thực hiện loại phản ứng này chỉ trong vài giây. Đến đây, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh phương pháp cân bằng những phản ứng phức tạp hơn: Thí dụ 3: Mg + HNO3 (loãng)  Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O Từ NO3  NH4 giảm đi 3O, nên sản phẩm tạo ra 3H2O  Mg + HNO3  Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Trong (3H2O + 1NH4NO3) chứa 10H nên cân bằng 10 HNO3 ở vế trái  Mg + 10HNO3  Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O 10 phân tử HNO3 chứa 10N, vì trong 1NH4NO3 chứa 2N nên phải cân bằng 4 Mg(NO3)2 để tổng số nguyên tử N ở hai vế bằng nhau  Mg + 10HNO3  4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Để cân bằng Mg chỉ cần nhân hệ số với 4, ta được: 4Mg + 10HNO3  4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Thí dụ 4: Zn + H2SO4 (đặc, nóng)  ZnSO4 + S + H2O Từ SO4  S mất đi 4O, nên tạo ra 4H2O  Zn + H2SO4  ZnSO4 + S + 4H2O Trong 4H2O có chứa 8H, nên cân bằng 4H2SO4 ở vế trái  Zn + 4H2SO4  ZnSO4 + S + 4H2O 4 phân tử H2SO4 chứa 4S; vì có 1S (cố định) nên phải cân bằng 3 ZnSO 4 ở vế phải để tổng số nguyên tử S ở hai vế bằng nhau 11  Zn + 4H2SO4  3ZnSO4 + S + 4H2O Đến đây học sinh cân bằng 3Zn ở vế trái 3Zn + 4H2SO4  3ZnSO4 + S + 4H2O Học sinh có thể cân bằng phản ứng tương tự khi kim loại tác dụng với H 2SO4 đặc nóng tạo ra các sản phẩm khử khác. Thí dụ 5: M + H2SO4 (đặc, nóng)  M2(SO4)n + SO2 + H2O (Trong đó M là kim loại và n là hoá trị của M) Từ SO4  SO2 mất đi 2O, nên tạo ra 2H2O  M + H2SO4  M2(SO4)n + SO2 + 2H2O Trong 2H2O có chứa 4H, nên cân bằng 2H2SO4 ở vế trái  M + 2H2SO4  M2(SO4)n + SO2 + 2H2O 2 phân tử H2SO4 chứa 2S; vì trong 1SO2 (cố định) có chứa 1S nên phải cân bằng 1/n M2(SO4)n ở vế phải để tổng số nguyên tử S ở hai vế bằng nhau  M + 2H2SO4  1/n M2(SO4)n + SO2 + 2H2O Để cân bằng kim loại M chì cần nhân hệ số 2/n ở vế phải 2/n M + 2H2SO4  1/n M2(SO4)n + SO2 + 2H2O Hay: 2M + 2nH2SO4  M2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O Khi học sinh đã thuần thục việc cân bằng những thí dụ như trên, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh cân bằng những trường hợp phức tạp hơn. Thí dụ 6: Al + HNO3 (loãng)  Al(NO3)3 + NO + N2O + H2O (Trong đó tỷ lệ thể tích NO : N2O = 3 : 1 – Đề thi học sinh giỏi tỉnh) Nhận xét: Do VNO : V N2O = 3 : 1, nên hệ số cân bằng cho NO gấp 3 lần hệ số N 2O; vì vậy cần nhân trước tỷ lệ: (3 NO + 1N2O) Từ 5 NO3  (3NO + 1N2O) mất đi 11O, nên sản phẩm tạo ra 11 H2O  Al + HNO3  Al(NO3)3 + 3NO + 1N2O + 11H2O Trong 11H2O chứa 22H, nên cân bằng 22 HNO3 ở vế trái  Al + 22HNO3  Al(NO3)3 + 3NO + 1N2O + 11H2O 22 phân tử HNO3 chứa 22N; và vì (3NO + 1N 2O) chứa 5N nên phải cân bằng 17/3 Al(NO3)3 ở vế phải để tổng số nguyên tử N ở hai vế bằng nhau  Al + 22HNO3  17/3Al(NO3)3 + 3NO + 1N2O + 11H2O Để cân bằng Al, ta cân bằng 17/3 Al ở vế trái  17/3Al + 22HNO3  17/3Al(NO3)3 + 3NO + 1N2O + 11H2O Hay: 17Al + 66HNO3  17Al(NO3)3 + 9NO + 3N2O + 33H2O Nhận xét: Học sinh có thể sáng tạo cân bằng khi tỷ lệ giữa hai khí khác 3:1, hoặc sản phẩm tạo ra hỗn hợp hai khí khác thí dụ trên với tỷ lệ mol là a: b Thí dụ 7: M + HNO3  M(NO3)n + NxOy + H2O Nhận xét: đây là thí dụ khó, tuy nhiên học sinh có thể vận dụng sáng tạo việc cân bằng 12 Từ xNO3  NxOy thì số nguyên tử oxy bị mất đi là (3x –y) O, nên sản phẩm tạo ra (3x –y)H2O  M + HNO3  M(NO3)n + NxOy + (3x –y)H2O Trong (3x –y)H2O chứa 2(3x –y)H, nên cân bằng 2(3x –y)HNO3 ở vế trái  M + 2(3x –y)HNO3  M(NO3)n + NxOy + (3x –y)H2O Với 2(3x –y) phân tử HNO3 ở vế trái chứa (6x – 2y)N; và vì N xOy chứa xN (cố định) nên phải cân bằng (5x-2y)/n M(NO3)n ở vế phải để tổng số nguyên tử N ở hai vế bằng nhau  M + 2(3x –y)HNO3  (5x-2y)/n M(NO3)n + NxOy + (3x –y)H2O Để cân bằng kim loại M, ta cân bằng (5x-2y)/n M ở vế trái  (5x-2y)/n M + 2(3x –y)HNO3  (5x-2y)/n M(NO3)n + NxOy + (3x –y)H2O Hay: (5x-2y) M + 2n(3x –y)HNO3  (5x-2y)M(NO3)n + nNxOy + n(3x –y)H2O Tóm lại: Việc sáng tạo ra phương pháp tính nhẩm này là dựa trên cơ sở phân tích ngược lại các bước cân bằng theo phương pháp cơ bản và cân bằng theo phương pháp ion – electron. Tuy nhiên đối với học sinh, trước hết hãy tính nhẩm cho những phản ứng đơn giản có hệ số nhỏ, sau đó tăng dần độ khó và có thể cân bằng phản ứng có hệ số bằng chữ. III.1.2. Dự đoán sản phẩm phản ứng Thay vì cho học sinh biết sản phẩm phản ứng để học sinh thự hiện 4 bước cân bằng, giáo viên yêu cầu học sinh dự đoán sản phẩm phản ứng dưới dạng câu hỏi: Thí dụ 1: Bổ túc và cân bằng phương trình phản ứng oxy hoá – khử sau SO2 + Br2 + H2O  H2SO4 + A Giáo viên đặt câu hỏi gợi ý: A là đơn chất hay hợp chất? Số oxy hoá S, Br thay đổi như thế nào? Học sinh trả lời: S+4O2 + Br20 + H2O  H2S+6O4 + A (Chất khử) (Chất oxy hoá) Do SO2 là chất khử (vì S có số oxy hoá tăng từ +4 lên +6); suy ra Br 2 là chất oxy hoá, nên có số số oxy hoá giảm từ 0 xuống -1 (do Br ở nhóm VIIA nên chỉ nhận 1e để đạt trạng thái bền giống khí hiếm). Vì vậy, A là hợp chất HBr. Từ đây việc cân bằng phản ứng được thực hiện theo 4 bước cơ bản như trên. Giáo viên có thể hướng dẫn cho học sinh sáng tạo ra các câu hỏi tương tự, thí dụ: SO2 + Br2 + H2O  B + HBr Học sinh dễ dàng suy luận được chất B là H2SO4 và cân bằng phản ứng. Thí dụ 2: Khi cho lá Cu vào dung dịch hỗn hợp chứa H2SO4 và NaNO3 loãng thì có phản ứng xảy ra không? Vì sao? Trong trường hợp học sinh trả lời: phản ứng không xảy ra, vì Cu không tác dụng với H2SO4 và NaNO3; giáo viên gợi ý cho học sinh viết phương trình ion thu gọn của phương trình phản ứng sau: 13 3Cu + 8HNO3 (loãng)  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3Cu + 8 H+ + 2NO3-  3Cu2+ + 2NO + 4H2O (*) Từ đây, học sinh khẳng định phản ứng có xảy ra, vì trong dung dịch có sự điện ly: H2SO4  2 H+ + SO42NaNO3  Na+ + NO3Nên trong dung dịch có chứa các ion H+ và NO3- ; vì vậy, khi cho lá Cu vào thì xảy ra phản ứng (*). Đến đây giáo viên có thể đặt câu hỏi về hiện tượng xảy ra phản ứng và khái quát hoá bằng việc thay thế Cu bằng các kim loại khác. III.2. Luận sáng tạo trong xây dựng phương pháp giải một bài toán Từ 4 bước cơ bản của phương pháp luận sáng tạo đã nêu ở trên, giáo viên hướng dẫn cho học sinh xây dựng 4 bước cơ bản để xây dựng phương pháp giải một bài toán thông qua các thí dụ cụ thể như sau: Thí dụ 1: Cho 2,19 gam hỗn hợp Cu, Al tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO 3 dư , thu được dung dịch Y và 0,672 lít khí NO (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất). Khối lượng muối trong Y là A. 6,39 gam B. 8,27 gam C. 4,05 gam D. 7,77 gam (Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2014 – Khối A, B) Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện theo 4 bước sau: Bước 1: Giáo viên yêu cầu học sinh lập dàn ý (dạng sơ đồ hoá) bài toán Cu (a mol) Cu(NO3)2 (a mol) hh + dd HNO3  dd Y + NO (2,19g) Al (b mol) mY=? Al(NO3)3 (b mol) 0,672 lit Bước 2: GV hướng dẫn học sinh tìm số ẩn của bài toán và số dữ kiện bài toán cho Số ẩn: 2, đó là a (số mol Cu) và b (số mol Al) Số dữ kiện (số phương trình): 2, đó là 2,19 và 0,672 Bước 3: Hoc sinh phát ý tưởng để giải bài toán này là giải hệ phương trình 2 ẩn (vì số ẩn và số phương trình bằng nhau) Bước 4: Giáo viên gọi học sinh lên bảng giải bài toán 3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (1) a a 2a/3 Al + 4HNO3  Al(NO3)3 + NO + 2H2O (2) b b b Đặt a, b lần lượt là số mol của Cu và Al có trong 2,19 gam hỗn hợp n NO = 2a/3 + b = 0,672/22,4 = 0,03  2a + 3b = 0,09 Từ (1),(2) ta có m = mCu + mAl = 64a + 27b = 2,19 Giải hệ tìm được a = 0,03 và b = 0,01 hh Khối lượng muối mY = mCu(NO3)2 + mAl(NO3)3 = 188a + 213b = 14 = 188* 0,03 + 213*0,01 = 7,77 (Đáp án D) Nhận xét: Đây là bài toán cơ bản, học sinh khi biết cân bằng theo phương pháp tính nhẩm và có rèn luyện kỹ năng thì có thể giải bài toán này trong thời gian 1-2 phút. Ở mức sáng tạo mức 1, học sinh có thể sáng tạo ra những bài toán tương tự khi thay đổi dữ kiện, thí dụ như tìm V NO khi biết khối lượng muối; hay tìm số mol HNO 3 phản ứng. Ở mức sáng tạo cao hơn, học sinh có thể đặt câu hỏi: Còn cách nào để giải bài toán nhanh hơn không? Nếu hỗn hợp gồm ≥ 3 kim loại thì có giải được không? Nếu được thì giải như thế nào? Để có câu trả lời, chúng ta sẽ bàn ở phần sau. Thí dụ 2: Cho 3,024 gam một kim loại M tan hết trong dung dịch HNO 3 loãng, thu được 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) có tỉ khối đối với H 2 bằng 22. Khí NxOy và kim loại M là A. NO và Mg. B. NO2 và Al. C. N2O và Al. D. N2O và Fe Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện theo 4 bước sau: Bước 1: Lập dàn ý M + HNO3 loãng  M(NO3)n + NxOy 3,024g 940,8 ml (dNxOy /H2 = 22) Bước 2: Học sinh tìm tương quan giữa (số ẩn) và (số phương trình) Số ẩn: 4 ẩn (M, n, x, và y) Số dữ kiện (phương trình): 3 (3,024; 940,8 và 22) Bước 3: GV đặt câu hỏi với học sinh rằng có thể giải hệ phương trình như bài toán trên được không? Sau đó hướng dẫn học sinh phát ý tưởng: Đưa bài toán về 1 phương trình 2 ẩn và biện luận. Bước 4: Giải và xác định kết quả dNxOy/H2 = 22  MNxOy = 22*2 = 44  14x + 16y = 44 Vì x, y nguyên dương nên nghiệm duy nhất x = 2 và y = 1  Oxit là N2O Đến đây học sinh dung phương pháp cân bằng nhẩm để cân bằng phương trình 8M + 10nHNO3  8M(NO3)n + nN2O + 5nH2O 8M(g) 22400n (ml) 3,024(g) 940,8 (ml) Học sinh tìm được: M = 9n và biện luận Với n = 1  M = 9 (loại) Với n = 2  M = 18 (loại) Với n = 3  M = 27  Kim loại là Al  Đáp án C Thí dụ 3: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe 2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là A. 38,72. B. 35,50. C. 49,09. D. 34,36 Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện theo 4 bước sau: Bước 1: Lập dàn ý 15 hh (Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4) + HNO3 loãng  ddX + NO 11,36g m(g) 1,344 lít Như vậy, bài toán yêu cầu tìm khối lượng muối Fe(NO3)3 sinh ra Bước 2: Học sinh tìm tương quan giữa (số ẩn) và số dữ kiện (số phương trình): Số ẩn: 4 ẩn (a, b, c, và d là số mol lần lượt của Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4) Số dữ kiện (phương trình): 2 (11,36 và 1,344) Bước 3: Phát ý tưởng Giáo viên đặt câu hỏi đối với học sinh: để giải được bài toán này thì phải làm thế nào khi số ẩn nhiều hơn số phương trình từ 2 trở lên? Đến đây, giáo viên gợi ý chỉ có hai khả năng: Hoặc là giảm số ẩn, hoặc là tăng số phương trình; từ đây học sinh có thể trả lời là dùng phương pháp giảm ẩn. Do Fe3O4 được xem là hỗn hợp của FeO, Fe2O3 nên bài toán trên được đưa về dạng: hh (Fe, Fe3O4) + HNO3 loãng  ddX + NO 11,36g m(g) 1,344 lít Và đây là bài toán giải hệ phương trình như thí dụ 1 mà học sinh đã giải. Bước 4: Giải và xác định kết quả Fe + 4HNO3  Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (1) x mol x x mol 3Fe3O4 + 28HNO3  9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O (2) y mol 3y y/3 mol Đặt x, y lần lượt là số mol Fe và Fe3O4 có trong 11,36 gam hỗn hợp, n NO = x + y/3 = 1,344/22,4 = 0,06  3x + y = 0,18 Từ (1),(2) ta có m = mFe + mFe3O4 = 56x + 232y = 11,36 Giải hệ tìm được x = 0,0475 và y = 0,0375 hh Khối lượng muối mX = mFe(NO3)3 = 242(x + 3y) = 242(0,0475 + 3* 0,0375) = 38,72 (Đáp án A) Thí dụ 4: Cho hỗn hợp gồm 1 mol chất X và 1 mol chất Y tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) tạo ra 1 mol khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất). Hai chất X, Y là A. Fe, Fe2O3. B. Fe, FeO. C. Fe3O4, Fe2O3. D. FeO, Fe3O4 (Đề thi tuyển sinh Đại học năm 2014 – Khối A) Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện theo 4 bước sau: Bước 1: Lập dàn ý hh (X:1 mol, Y:1 mol) + H2SO4  SO2 (1 mol) Như vậy, bài toán yêu cầu tìm công thức của X và Y Bước 2: Học sinh tìm tương quan giữa (số ẩn) và số dữ kiện (số phương trình): Số ẩn: ≥ 4 ẩn (X, Y có thể là Fe và oxit sắt hoặc là 2 hợp chất của oxit sắt FexOy) Số dữ kiện (phương trình): 3 (1; 1và 1) 16 Bước 3: Phát ý tưởng Giáo viên đặt câu hỏi đối với học sinh: Khi số ẩn không xác định chính xác và không viết được phương trình phản ứng thì phương pháp giải như thế nào? Về mặt logic của lý luận, sẽ giải bài toán này trong điều kiện không viết phương trình phản ứng và không dùng ẩn số; từ đây học sinh có thể trả lời là dùng phương pháp bảo toàn số mol electron. Bước 4: Giải và xác định kết quả Sử dụng phương pháp bảo toàn số mol electron ne (cho) = ne (nhận) = 2nSO2 = 2*1 = 2 mol (do S nhận 2e) Gọi a, b lần lượt là số electron mà X và Y cho, ta có: a.nX + b. nY = 2  a + b = 2 (1) (do nX = nY = 1mol) Vì kim loại thường chỉ cho 1, 2, hoặc 3e nên theo đề bài học sinh suy ra: 3 ≥ a ≥ 0 và 3 ≥ b ≥ 0 (Trường hợp a, b = 0 là chỉ xảy ra phản ứng trao đổi) Từ (1)  nghiệm phù hợp duy nhất là a = b = 1 Như vậy trong 4 đáp án nêu trên chỉ có một đáp án đúng là: Đáp án D. Từ những thí dụ trên, giáo viên hướng dẫn để học sinh rút ra phương pháp tổng quát giải một bài toán theo 4 bước: Bước 1: Đặt vấn đề, tức là xác định yêu cầu của bài toán? Từ đó học sinh lập dàn ý (dạng sơ đồ hoá) Bước 2: Phân tích đề, tức là tìm tương quan giữa số ẩn và số phương trình (dữ kiện) của bài toán Bước 3: Phát ý tưởng, tức là tìm ra cách giải bài toán dựa trên phân tích ở bước 1 và bước 2. Có thể xảy ra những trường hợp sau: Trường hợp 1: Khi (số ẩn) = (số phương trình)  Bài toán giải hệ (như thí dụ 1) Trường hợp 2: Khi (số ẩn) - (số phương trình) =1  Đưa bài toán về 1 phương trình 2 ẩn và biện luận (như thí dụ 2) Trường hợp 3: Khi (số ẩn) - (số phương trình) ≥ 2  Có 2 khả năng: - Dùng phương pháp giảm ẩn  Đặt ẩn trung gian  Bài toán M trung bình hay bài toán giảm ẩn (như thí dụ 3) - Dùng phương pháp bỏ ẩn  Bài toán không dùng ẩn  Sử dụng các định luật bảo toàn (như thí dụ 4) Bước 4: Giải bài toán và đưa ra kết quả. Tuy nhiên, do yêu cầu cao của việc thi Đại học – Cao đẳng của những năm trước đây và kỳ thi THPT Quốc gia cho những sắp tới đòi hỏi học sinh không chỉ nắm vững phương pháp giải mà còn phải rèn luyện kỹ năng và kỹ thuật nhận dạng và giải nhanh một bài tập Hoá vô cơ. PHẦN IV: ÁP DỤNG VÀO DẠY VÀ HỌC HOÁ VÔ CƠ IV.1. Áp dụng vào giảng dạy hoá vô cơ 17 Từ nguyên tắc và phương pháp luận sáng tạo, giáo viên hướng dẫn học sinh phương pháp cân bằng phản ứng và xây dựng phương pháp giải toán theo 4 bước như đã đề cập ở trên. Từ đó giúp học sinh không những hình thành kỹ năng giải toán mà còn có thể sáng tạo và chủ động trong việc học hoá vô cơ. Sau khi học sinh có kỹ năng rồi giáo viên có thể giúp học sinh xây dựng khả năng nhận dạng và giải nhanh bài toán. Chúng ta sẽ xét một số trường hợp cụ thể: Đối với dạng toán: Hỗn hợp kim loại (M) tác dụng với axit nitric (HNO3) M + 2nHNO3 (đặc)  M(NO3)n + nNO2 + nH2O M + HNO3 (loãng)  M(NO3)n + NO (N2O, N2, NH4NO3) + H2O Học sinh sử dụng phương pháp tính nhẩm ở trên để cân bằng nhanh các phản ứng này. Sau đó giáo viên hướng dẫn học sinh viết các bán phản ứng: NO3- + 2H+ + 1e  NO2 + H2O NO3- + 4 H+ + 3e  NO + 2H2O 2NO3- + 10 H+ + 8e  N2O + 5H2O Từ đây giáo viên có thể hướng dẫn học sinh luận ra các bán phản ứng khác: 2HNO3 + 1e  NO2 + H2O + NO32a  a  a a (trong đó a là số mol NO2) 4HNO3 + 3e  NO + 2H2O + 3NO3 4b  3b  b 3b (b là số mol NO) 10HNO3 + 8e  N2O + 5H2O + 8NO3 10c  8c  c 8c (c là số mol N2O) Từ đây giáo viên giúp học sinh suy ra số mol gốc NO 3- tạo muối và số mol HNO3 phản ứng đế áp dụng vào việc giải toán.  nHNO3 (phản ứng) = 2nNO2 + 4nNO + 10nN2O  nNO3- (tạo muối) = nNO2 + 3nNO + 8nN2O Đối với dạng toán: Hỗn hợp ban đầu không hoàn toàn là kim loại tác dụng với axit nitric (HNO3) Khi đó chúng ta sử dụng phương pháp quy đổi về nguyên tố để giải nhanh. Thí dụ1: Khi cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 CuO, Cu tác dụng với HNO3 sinh ra NO2 và NO (không có phản ứng tạo NH4NO3). Tính số mol HNO3 phản ứng và NO3- tạo muối. Để giải nhanh chúng ta coi hỗn hợp X chỉ có Fe, Cu và O. Các bán phản ứng khử: 2HNO3 + 1e  NO2 + H2O + NO32a  a  a a (trong đó a là số mol NO2) 4HNO3 + 3e  NO + 2H2O + 3NO34b  3b  b 3b (b là số mol NO) O + 2HNO3 + 2e  H2O + 2NO3c  2c 2c (c là số mol O) 18  n HNO3 (phản ứng) = 2nNO2 + 4nNO + 2nO  n NO3- (tạo muối) = nNO2 + 3nNO + 2nO Thí dụ 2: Đối với hỗn hợp X gồm kim loại và muối sulfua như Fe, FeS, CuS, Cu thì chúng ta quy hỗn hợp X về Fe, Cu và S và sử dụng phương pháp như trên để giải toán (trong đó S  SO42-). Sau khi xây dựng phương pháp xong, giáo viên cho học sinh luyện tập bằng những bài toán cụ thể, đi từ dễ đến khó. IV.2. Áp dụng vào học hoá vô cơ Đối với dạng câu hỏi lý thuyết cân bằng phản ứng: Học sinh vận dụng phương pháp tính nhẩm để cân bằng nhanh một phản ứng oxy hoá khử vào việc trả lời câu hỏi trắc nghiệm: Thí dụ 1: Chọn hệ số cân bằng đúng cho phản ứng oxy hoá – khử sau: Mg + HNO3  Mg(NO3)2 + NH4NO3 + H2O A. (1,10,4,1,3). B.(4,10,4,1,3). C. (2,6,2,1,3). D. (4,10,4,1,5) Học sinh có thể cân bằng trong vòng 5-10 giây sẽ ra kết quả: 4Mg + 10HNO3  4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Từ đây, học sinh dễ dàng chọn đáp án đúng là: B Thí dụ 2: Cho phản ứng M + HNO3  M(NO3)n + NxOy + H2O Sau khi cân bằng phương trình hoá học trên với hệ số các chất là những số nguyên tối giản thì hệ số cân bằng của HNO3 là A. (3x –y). B. 2n(3x –y). C. (5x-2y). D. n(5x-2y) Học sinh sẽ mất nhiều thời gian để tìm ra đáp án đúng nếu cân bằng phản ứng trên theo 4 bước cơ bản. Tuy nhiên giáo viên có thể hướng dẫn học sinh cân bằng theo phương pháp tính nhẩm sẽ ra ngay kết quả: (5x-2y) M + 2n(3x –y)HNO3  (5x-2y)M(NO3)n + nNxOy + n(3x –y)H2O Từ đây, học sinh dễ dàng chọn đáp án đúng là: B Đối với các bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng với axit BT1: Cho 2,19 gam hỗn hợp Cu, Al tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO 3 dư , thu được dung dịch Y và 0,672 lít khí NO (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất). Khối lượng muối trong Y là A. 6,39 gam B. 8,27 gam C. 4,05 gam D. 7,77 gam Cách 1: Học sinh phân tích 4 bước và đưa ra ý tưởng giải bài toán là giải hệ phương trình 2 ẩn. Kết quả cho đáp án đúng là D. 7,77 gam như đã giải ở trên Cách 2: Học sinh vận dụng phương pháp giải nhanh đó chính là bảo toàn khối lượng, với cách gợi ý đặt vấn đề như sau: m muối = mion kim loại + m NO3- (tạo muối) = mkim loại + m NO3- (tạo muối) Đến đây học sinh viết bán phản ứng để tìm n NO3- (tạo muối): 4HNO3 + 3e  NO + 2H2O + 3NO319 n = 0,672/22,4 = 0,03 mol  n NO3- (tạo muối) = 3nNO = 0,09 mol Theo bảo toàn khối lượng NO m muối = m kim loại + m NO3- (tạo muối) = 2,19 + 62* 0,09 = 7,77 gam  Đáp án D Nhận xét: Ưu điểm của phương pháp này là giúp học sinh giải nhanh bài toán; từ đây cho thấy kết quả tính toán không phụ thuộc vào số lượng và bản chất của kim loại. Học sinh có thể sáng tạo ra các bài tập tương tự. BT2: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là A. 38,72. B. 35,50. C. 49,09. D. 34,36 Cách 1: Học sinh phân tích 4 bước và đưa ra ý tưởng giải bài toán là dùng phương pháp giảm ẩn. Kết quả cho đáp án đúng là A. 38,72 như đã giải ở trên Cách 2: Để giải nhanh bài toán này là dùng phương pháp quy đổi: chúng ta coi hỗn hợp chỉ gồm Fe (a mol) và O (b mol). Học sinh viết các bán phản ứng: Bán phản ứng nhận e Bán phản ứng cho e 4HNO3 + 3e  NO + 2H2O + 3NO3 Fe  Fe3+ + 0,18 0,03 a mol O + 2HNO3 + 2e  H2O + 2NO3 b mol 2b Dùng phương pháp bảo toàn số mol electron: 3a = 0,18 + 2b (1) Khối lượng hỗn hợp: 56a + 16b = 11,36 (2) Giải hệ phương trình (1) và (2) tìm được a = 0,16 và b = 0,15 3e 3a Suy ra khối lượng muối mX = mFe(NO3)3 = 242*0,15 = 38,72 gam (Đáp án A) Nhận xét: Học sinh có thể viết 2 bán phản ứng nhận e đơn giản hơn để tiết kiệm thời gian; tuy nhiên cách viết như trên còn có lợi thế khi đề yêu cầu tính lượng HNO 3 phản ứng. Cách tính nhanh này học sinh hoàn toàn có thể áp dụng khi hỗn hợp ban đầu không phải chỉ có kim loại (đây chính là phương pháp luận sáng tạo) BT3: Cho 29 gam hỗn hợp gồm Al, Cu và Ag tác dụng vừa đủ với 950 ml dung dịch HNO3 1,5M, thu được dung dịch chứa m gam muối và 5,6 lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm NO và N2O. Tỷ khối hơi của X so với H2 là 16,4. Giá trị của m là A. 98,20 B. 97,20 C. 98,75 D. 91,00 (Đề thi tuyển sinh Đại học năm 2012 – Khối B) Nhận xét: Ở bài toán này, học sinh gặp phải hai vấn đề đặt ra: (1) Phản ứng sinh ra hỗn hợp khí X gồm NO và N2O nên số ẩn tăng lên gấp đôi (6 ẩn); (2) đề bài chưa khẳng định X là sản phẩm khử duy nhất nên vẫn có thể có khả năng trong dung dịch thu được có thể có muối NH4NO3. Vì vậy, ý tưởng để tìm ra phương pháp giải cũng 20