Tài liệu Skkn thiết lập sơ đồ giải toán hóa học.

SKKN Trường THPT TAM HIỆP TÊN SKKN: THIẾT LẬP SƠ ĐỒ GIẢI TOÁN HÓA HỌC I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. - Trong thực tiễn dạy học ở trường phổ thông, bài tập hóa học giữ vai trò rất quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo. Bài tập hóa học vừa là nội dung vừa là phương pháp dạy học hiệu quả, nó không chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức, con đường chiếm lĩnh kiến thức mà còn mang lại niềm vui của quá trình khám phá, tìm tòi.... Bài tập hóa học hiện nay rất phong phú và đa dạng nhưng nhìn chung thì có khá nhiều bài tập có mối liên hệ với nhau, do đó việc thiết lập sơ đồ giải toán là rất cần thiết. Việc thiết lập sơ đồ giải toán có ý nghĩa rất quan trọng, nó giúp cho người học chủ động hơn, có cái nhìn tổng quát hơn để giải quyết các bài toán. Vì vậy, tôi chọn đề tài “thiết lập sơ đồ giải toán hóa học” nhằm nâng cao chất lượng việc dạy và học của thầy và trò. II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1. Cơ sở lý luận. - Hiện nay đa số học sinh khi làm bài tập thường không phát hiện được bản chất của phản ứng cũng như mối liên hệ giữa các đại lượng thông qua đại lượng trung gian nên việc giải bài tập thường bị thụ động. - Sau một số năm giảng dạy, tích lũy kinh nghiệm và giải đáp những câu hỏi của học sinh đưa ra và các bài tập trong kì thi quốc gia (cao đẳng, đại học) tôi đã hệ thống lại bốn sơ chung để giải quyết các bài toán oxi hóa kim loại bằng oxi, sau đó cho hỗn rắn thu được tác dụng với axit loại 1 (HCl, H2SO4 loãng) hoặc axit loại 2 (HNO3 và H2SO4 đặc). 2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài. Để giải quyết các bài toán, trước tiên phải hiểu được bản chất của phản ứng, sau đó đặt các dữ kiện đã cho vào sơ đồ và tìm ra mối liên hệ giữa các dữ kiện thông qua các đại lượng trung gian. Sơ đồ 1: Oxi hóa hoàn toàn hỗn hợp kim loại bằng oxi thu được hỗn hợp oxit, cho hỗn hợp oxit thu được tác dụng với axit loại 1 hoặc hỗn hợp axit loại 1 (HCl, H2SO4 loãng). Sơ đồ 1a:  Al   Mg  Cu...  m gam + O2 0  (1) t  V lít O2  Al2O3   MgO  CuO...  m1 gam + HCl a mol Trang 1  (2)   AlCl3   MgCl2  CuCl 2  m2 gam + H2O SKKN Trường THPT TAM HIỆP Nếu biết 2 trong 5 đại lượng trên ta có thể tính được 3 đại lượng còn lại. VD: biết m, m 2 ta có thể tính được m1, a, V  Trong phản ứng (1) ta tính được lượng ion O2- trong các oxit: m O2- = m1 - m  Trong phản ứng (2) xảy ra phản ứng giữa H + (axit) với ion O2- trong các oxit và có sự thay thế ion O2- bằng ion Cl (bản chất phản ứng). 2H + O2- +   H 2O O2- ;   2Cl- Sơ đồ 1b:  Al   Mg  Cu...  + O2 t0 (1)    Al2 O3   MgO  CuO...  +  (2)  H 2SO 4  Al2 (SO 4 )3   MgSO 4  CuSO 4  + H 2O m gam V lít m1 gam a mol m2 gam Nếu biết 2 trong 5 đại lượng trên ta có thể tính được 3 đại lượng còn lại. VD: biết m, m 2 ta có thể tính được m1, a, V. m = m1 - m  Trong phản ứng (1) ta tính được lượng ion O2- trong các oxit: O2.  Trong phản ứng (2) xảy ra phản ứng giữa H+ axit với ion O2- trong các oxit và có sự thay thế ion 2O2- bằng ion SO 4 (bản chất phản ứng). 2H + + O 2-   H 2O O 2- ;   SO 2-4 Bài tập áp dụng: VD1: Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu, và Al ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 3,33 gam. Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là A. 90. B. 57. C. 75. D. 50. Giải mO2-  m1 - m  3,33 - 2,13  1, 2 gam  2H + + 0,15 mol  O 2-   nO 2-  1, 2  0, 075 mol 16 H 2O 0,075 mol nHCl  nH   0,15 mol  VHCl = 0,15 = 0,075 lít = 75 ml 2 Chọn đáp án C. Trang 2 SKKN Trường THPT TAM HIỆP VD2: Oxi hóa hoàn toàn 1,66 gam hỗn hợp gồm Al, Cu, Mg bằng oxi thu được m gam hỗn hợp oxit. Hòa tan m gam hỗn hợp oxit trên bằng một lượng H 2SO4 loãng vừa đủ được dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được 7,42 gam muối khan. Giá trị của m là A. 2,52. B. 2,62. C. 3,42. D. 4,32. Giải mSO24 (tạo muối) = 7,42 – 1,66 = 5,76 gam  nSO2-  4 5, 76  0, 06 mol 96 Trong phản ứng (2) có sự thay thế ion O2- bằng ion SO42-. O 2-   SO 2-4 0,06 mol   Ta có: 0,06 mol m  1, 66  mO 2- = 1,66 + 0,06.16 = 2,62 gam. Chọn đáp án B. VD3: Oxi hóa hoàn toàn 2,24 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu, Mg bằng oxi thu được 3,20 gam hỗn hợp oxit. Nếu hòa tan 3,20 gam hỗn hợp oxit ở trên bằng dung dịch HCl thì khối lượng muối thu được sau phản ứng là A. 5,79. B. 5,08. C. 7,21. D. 6,50. Giải mO2-  m1 - m  3, 20 - 2, 24  0,96 gam  nO2-  0,96  0, 06 mol 16 Trong phản ứng (2) có sự thay thế ion O2- bằng ion Cl-. O 2  2Cl0, 06 mol     mhh clorua 0,12 mol =  = 2,24 + 0,12.35,5 = 6,50 gam. mhh kim loai + mCl  Chọn đáp án D. VD4: Oxi hóa hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm (Al, Fe, Cu, Mg ) cần dùng vừa đủ V lít khí O 2 (đkc), thu được hỗn hợp rắn X. Nếu hòa tan hỗn hợp X ở trên bằng HCl thì dung dịch sau phản ứng có chứa (m + 14,2) gam. Giá trị của V là Trang 3 SKKN Trường THPT TAM HIỆP A. 2,24. C. 4,48. mCl    = nCl -  B. 3,36. D. 8,96. mhh clorua -  Giải mhh kim loai = (m + 14,2) – m = 14,2 gam 14, 2  0, 4 mol 35,5 Trong phản ứng (2) có sự thay thế ion O2- bằng ion Cl-.   O 2- 0, 2 mol   nO2  nO2-  2 2Cl0, 4 mol 0, 2  0,1 mol 2  VO2  0,1 22, 4  2, 24 (lít) Chọn đáp án A. VD5: Oxi hóa chậm 2,90 gam hỗn hợp gồm Fe, Zn và Mg bằng oxi không khí thu được m gam chất rắn. Để hòa tan hoàn toàn m gam chất rắn trên cần dùng vừa đủ 450 ml dung dịch HCl 0,2M. Sau phản ứng thu được dung dịch X và 0,448 lít H2 (đkc). Giá trị của m là A. 3,22. B. 3,30. C. 3,38. D. 3,70. Giải  nH  nHCl  0, 45  0, 2  0, 09 mol ; nH 2  2H + + 2e   0, 04 mol  2H + + (0,09 - 0,04) mol   m  0, 448  0, 02 mol 22, 4 H2  0, 02 mol O 2-   H 2O 0,025 mol 2,90  mO2-  2,90  0, 025  16  3,3 gam Chọn đáp án B. Trang 4 SKKN Trường THPT TAM HIỆP VD6: Oxi hóa chậm 2,14 gam hỗn hợp gồm Al, Mg, Fe bằng oxi không khí, sau một thời gian thu được 2,94 gam hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn X trên cần dùng vừa đủ 70 ml dung dịch HCl 2M. Sau phản ứng thu được dung dịch Y và V lít khí (đkc). Giá trị của V là A. 0,224. B. 0,336. C. 0,448. D. 0,896. nH   mO 2-  2,94 - 2,14  0,8 gam  2H + 0,1 mol  nO2-  0,8  0, 05 mol 16 H 2O 0, 05 mol + 2e   (0,14 - 0,1)    O 2- + 2H + Giải nHCl  0, 07  2  0,14 mol  H2  0, 02 mol VH2  0, 02  22, 4  0, 448 (lít ) Chọn đáp án C. Sơ đồ 2: Oxi hóa hỗn hợp kim loại bằng oxi thu được hỗn hợp rắn gồm oxit kim loại và kim loại, cho hỗn hợp rắn thu được tác dụng với axit loại 2 (HNO3, H2SO4 đặc nóng). Sơ đồ 2a:  Al   Mg  Zn...  mkim loại + O2 0  (1) t  V lít  Al2 O3 , Al   MgO, Mg  ZnO, Zn...     HNO3 (2) m1 a mol  Al(NO3 )3   Mg(NO3 ) 2  Zn(NO ) ... 3 2  mhh muối +  NO   NO 2 + H 2O ne. Nếu biết 3 trong 6 đại lượng trên ta tính được 3 đại lượng còn lại.  Trong giai đoạn (1) ta tính được lượng ion O2- trong các oxit: m O2- = m1 - m .  Trong giai đoạn (2) axit HNO3 tham gia 2 loại phản ứng: 2a) phản ứng với ion O trong các oxit. 2HNO3 + 2O oxit   2NO3- (muối) + H2O b) oxi hóa các kim loại dư và oxi kim loại có hóa trị thấp (FeO, Fe3O4) lên mức oxi hóa cao nhất. 4HNO3 + 3e   3NO3- (muối) NO  + 2H 2 O + Trang 5 SKKN Trường THPT TAM HIỆP 2HNO3 +   1e NO3- (muối) NO 2  + + H2O Sơ đồ 2b:  Al   Mg  Zn...  + mkim loại O2  Al2 O3 , Al   MgO, Mg  ZnO, Zn...  t0 (1)   V lít    H 2SO 4 (2) m1 a mol  Al 2 (SO 4 )3   MgSO 4  ZnSO ... 4  mhh muối + SO2 + H 2O ne. Nếu biết 3 trong 6 đại lượng trên ta tính được 3 đại lượng còn lại.  Trong giai đoạn (1) ta tính được lượng ion O2- trong các oxit: m O2- = m1 - m .  Trong giai đoạn (2) axit H2SO4 tham gia 2 loại phản ứng: 2a) phản ứng với ion O trong các oxit. H 2SO4 2Ooxit +   SO 42- (muối) + H2O b) oxi hóa các kim loại dư và oxi kim loại có hóa trị thấp (FeO, Fe3O4) lên mức oxi hóa cao nhất. 2H 2SO 4 + 2e   SO 42- (muối) SO 2  + 2H 2 O + Bài tập áp dụng: VD7: Nung 2,23 gam hỗn hợp X gồm các kim loại Fe, Al, Zn, Mg trong oxi, sau một thời gian thu được 2,71 gam hỗn hợp Y. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp Y vào dung dịch HNO 3 (dư), thu được 0,672 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đkc). Số mol HNO3 đã phản ứng là A. 0,12. B. 0,14. C. 0,16. D. 0,18. mO 2- = =  mhh oxit , kim loai -  Giải mhh kim loai 2,71 – 2,23 = 0,48 gam  nO2-  0, 48  0, 03 mol 16 Trong bài toán trên HNO3 tham gia 2 loại phản ứng a) Phản ứng với ion O2- trong hỗn hợp oxit 2HNO3 + O 2-(oxit)   2NO32- + H2 O 0, 06 mol   0, 03 mol Trang 6 SKKN Trường THPT TAM HIỆP b) Oxi hóa các kim loại Fe , Al, Zn, Mg dư và FeO, Fe 3O4 lên mức oxi hóa cao nhất +3 +2 +2 +3 Al, Mg , Zn , Fe . +5 4H N O3 + 3NO 3- nHNO3  +2 NO  +   0,12 mol    3e + 2H 2O 0, 03 mol 0,12  0, 06  0,18 mol Chọn đáp án D. VD8: Nung 19,6 gam hỗn hợp X gồm Cu, Fe, Mg trong oxi, sau một thời gian thu được m gam rắn. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn trên bằng HNO 3 đặc nóng (dư) thu được 7,84 lít khí NO 2 (đkc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch B có chứa 84,7 gam hỗn hợp muối. giá trị của m là A. 25,2 gam. B. 26,0 gam. C. 24,4 gam. D. 23,6 gam.  Cu  + O2 (thie�  u)  Fe   (1)  Mg  Giải n h� � p oxit KL  Ho�  + HNO3 (d� )  (2)   va�  Kim loa� i d�  19,6 gam  Nhận xét:   mhh ra�n = 84,7 gam mra�n   Cu(NO3 )2   Fe(NO3 )3 + NO2 + H 2O  Mg(NO ) 3 2  mhh kim loa�i nNO- ( trong hh muo�initrat ) 3 0,35 mol mO2-  84,7 - 19,6  1,05 mol 62 = Trong giai đoạn 2 axit HNO3 tham gia 2 loại phản ứng. a) Phản ứng với ion O2- trong các oxit. 22HNO3 + O (oxit)   H 2O + 2NO-3   0,35 mol (1, 05 - 0,35) mol +2 +2 +3 b) Oxi hóa các kim loại Fe , Cu, Mg dư và FeO, Fe3O4 lên mức oxi hóa cao nhất Mg , Cu , Fe +5 2H N O3 + 1e   NO 3- +4 N O2  + 0,35 mol   0,35 mol Trang 7 + H 2O SKKN   Trường THPT TAM HIỆP mhh ra�n =  mhh kim loa�i  mO2- = 19,6 + 0,35.16 = 25,2 gam Chọn đáp án A. VD9: Nung 26,4 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu và Mg trong oxi, sau một thời gian thu được m gam rắn X. Hòa tan hoàn toàn rắn X này HNO 3 loãng dư. Sau phản ứng thu được dung dịch Y và 5,6 lít NO (đkc). Giá trị của m là bao nhiêu? (Biết rằng trong phản ứng trên có 1,45 mol HNO 3 đã tham gia phản ứng) A. 30,8 gam. B. 30,4 gam. C. 30,0 gam. D. 29,2 gam.  Cu  + O2 (thie�  u)  Fe   (1)  Mg  26,4 gam Giải n h� � p oxit KL  Ho�  + HNO3 (d� )  (2)   va�  Kim loa� i d�    Cu(NO3 )2   Fe(NO3 )3 + NO  + H 2O  Mg(NO ) 3 2  1,45 mol mra�n 0,25 mol Trong giai đoạn (2) HNO3 đặc tham gia 2 loại phản ứng: a) phản ứng với ion O2- trong các oxit. 2HNO3 + O 2  2NO3- + H 2 O (1, 45 - 1) mol   0, 225 mol 2+ 2+ 3+ b) oxi hóa Cu, Fe, Mg, FeO, Fe3O4 lên mức oxi hóa cao nhất Cu , Mg , Fe . +5 4H N O3 + 3e 1 mol  mhh ra�n   3NO 3-   =  +2 NO  + + 2H 2O 0, 25 mol mhh kim loa�i  mO2- = 26,4 + 0,225.16 = 30 gam Chọn đáp án C. VD10: Oxi hóa chậm 20,8 gam hỗn hợp gồm Al, Zn, Mg bằng oxi không khí thu được m gam hỗn hợp X gồm oxit và kim loại dư. Để hòa tan m gam hỗn hợp X trên cần 1,4 lít dung dịch HNO 3 1M. Sau phản ứng thu được dung dịch X và 4,48 lít NO (đkc). Giá trị của m là A. 24,0. B. 25,6. C. 27,2. D. 26,4. Giải Trang 8 SKKN Trường THPT TAM HIỆP  Al   Mg  Zn  +  Al2O3 , Al   MgO, Mg  ZnO, Zn  t0   O2 20,8 gam  Al(NO3 )3   Mg(NO 3 ) 2  Zn(NO )  3 2    HNO3 + NO + H 2 O m gam nHNO3  1, 4  1  1, 4 mol ; nNO  4, 48  0, 2 mol 22, 4 Trong sơ đồ trên HNO3 tham gia phản ứng với hai chức năng: +3 +2 +2 1) Oxi hóa các kim loại Al, Zn, Mg dư lên mức oxi hóa cao nhất Al, Mg , Zn . 4HNO3 +   3NO 3- 3e +   0,8 mol NO + 2H 2O 0, 2 mol 2) Phản ứng với ion O2- trong hỗn hợp oxit ( 2HNO3 0, 6 mol    m =    O 2- + H 2O + nHNO3 phản ứng với O2- = 1,4 – 0,8 = 0,6 mol). 2NO3- 0,3 mol mhh kim loai + mO 2- = 20,8 + 0,3.16 = 25,6 gam. Chọn đáp án B. VD11: Oxi hóa chậm m gam hỗn hợp gồm Al, Zn, Cu bằng oxi không khí, sau phản ứng thu được 14,8 gam hỗn hợp gồm oxit và các kim loại dư. Để hòa tan 14,8 gam hỗn hợp trên cần dùng vừa đủ 350 ml dung dịch HNO3 2M, sau phản ứng thu được dung dịch Y và 2,24 lít NO (đkc). Giá trị của m là A. 12,4. B. 13,2. C. 11,6. D. 10,8. Giải n HNO3 = 0,35  2 = 0,7 mol ; n NO = 4HNO3 0, 4 mol + 3e   3NO 3  + 2,24 = 0,1 mol 22,4 NO + 2H 2O 0,1 mol Số mol HNO3 phản ứng với ion O2- = 0,7 – 0,4 = 0,3 mol. Trang 9 SKKN Trường THPT TAM HIỆP 2HNO3 0,3 mol     O 2- + H 2O + 2NO3- 0,15 mol  mhh oxit , kim loai =  mhh kim loai   =  mhh oxit , kim loai mhh kim loai + mO 2- mO2- = 14,8 – 0,15.16 = 12,4 gam Chọn đáp án A. VD12: Nung 24,2 gam hỗn hợp gồm (Fe, Cu, Mg, Al) trong oxi, thu được m gam hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn m gam rắn X này bằng HNO 3 loãng dư thu được 4,48 lít NO (sản phẩm khử duy nhất, đkc) và dung dịch Y chứa 117,2 gam muối. Giá trị của m là A. 31,4. B. 32,2. C. 30,6. D. 33,8. Giải  nNO- 3 117,2 - 24,2 62 (muối) = = 1,5 mol. Trong phản ứng trên HNO3 tham gia 2 loại phản ứng: 1) oxi hóa kim loại dư, FeO, Fe3O4 lên mức oxi hóa cao nhất. 4HNO3 + 3e   3NO3- + NO + 2H 2O 0, 6 mol   0, 2 mol 22) phản ứng với ion O trong các oxit. 2HNO3 O 2- + 0, 45 mol  m = 24,2 + mO 2-     H 2O + 2NO3- (1,5 - 0, 6) mol = 24,2 + 0,45.16 = 31,4 (gam). Chọn đáp án A. VD13: Nung 23,15 gam hỗn hợp gồm (Fe, Zn, Mg, Al) trong oxi, thu được 27,15 gam hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn 27,15 gam rắn X này bằng HNO 3 loãng dư thu được 6,72 lít NO (sản phẩm khử duy nhất, đkc) và dung dịch Y chứa m gam muối. Giá trị của m là A. 78,95. B. 97,55. C. 82,95. D. 109,95. Giải Trang 10 SKKN mO2- Trường THPT TAM HIỆP = 27,15 – 23,15 = 4,0 gam  nO 2- = 0,25 (mol) Trong phản ứng trên HNO3 tham gia 2 loại phản ứng: 1) oxi hóa kim loại dư, FeO, Fe3O4 lên mức oxi hóa cao nhất. 4HNO3 + 3e   3NO3- + NO + 2H 2O 0,9 mol   0,3 mol 22) phản ứng với ion O trong các oxit. 2HNO3   O 2- + 0, 25 mol  nNO- 3 H 2O +   2NO30,5 mol (muối) = 0,9 + 0,5 = 1,4 (mol)  m = 23,15 + mNO- 3 = 23,15 + 1,4.62 = 109,95 (gam). Chọn đáp án D. III. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI. - Sau khi sử dụng đề tài “Thiết lập sơ đồ giải toán hóa học” thì học sinh hứng thú nhận thức hơn, hưng phấn hơn trong việc giải bài tập. Xuất phát từ sự đam mê, học sinh hứng thú với môn học, chủ động sưu tầm tài liệu nâng cao chất lượng học tập. Mỗi sơ đồ trên biến hóa ra nhiều bài tập mới, do đó chỉ cần học sinh nắm được bản chất của phản ứng thì có thể giải quyết được các bài tập biến hóa này. - Đề tài này đã áp dụng cho lớp 11A1 (năm học 2011-2012), hơn 90% học sinh trong lớp làm được các bài tập biến hóa từ 4 sơ đồ trên mà không cần sự hướng dẫn của giáo viên. IV.ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG - Áp dụng đề tài “Thiết lập sơ đồ giải toán hóa học” là một phương pháp tạo hứng thú học tập cho các em, giúp các em đam mê học tập, chủ động mở rộng kiến thức. Đây là một phương pháp thiết thực để khơi gợi hứng thú học tập, phát huy tinh thần tự học của các em và có thể áp dụng trong phạm vi rộng đem lại hiệu quả cao. Tuy nhiên phạm vi đề tài chỉ áp dụng cho học sinh lớp 11, lớp 12 và những học sinh có học lực từ trung bình trở lên. V. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sách giáo khoa hóa học 10, 11, 12. Trang 11 SKKN Trường THPT TAM HIỆP 2. Đề thi cao đẳng, đại học 2008 và 2010 Trang 12