SKKN Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải bài toán Hoá học trong chương trình THPT

Nội dung text: SKKN Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải bài toán Hoá học trong chương trình THPT

1. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình MỞ ĐẦU 1.Lý do chọn đề tài Hoá học là môn khoa học thực tiễn. Ban đầu các lý luận về hoá học được đưa ra một cách mơ hồ bởi các nhà khoa học trong quá khứ. Nhưng đến ngày nay, nhờ những công nghệ hiện đại hầu hết các tính chất, quá trình phản ứng đều đã được minh chứng rõ ràng. Đi đôi với sự khẳng định của lý thuyết Hoá học là các ứng dụng của ngành nghiên cứu Hoá học vào đời sống. Nhiều ứng dụng hoá học đã từng được coi là những phát minh vĩ đại nhất của loài người. Môn hoá học đã được đưa vào chương trình giáo dục từ rất lâu nhưng chúng ta luôn không ngừng cải tiến nội dung và phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng giáo dục. Những nghiên cứu về lý luận dạy học môn hoá học cho rằng: Học sinh sau khi được học xong lý thuyết các em phải thấy yên tâm khi vận dụng lý thuyết vào để giải bao tập. Bài tập hoá học có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức, mở sâu kiến thức một cách sinh động, phong phú và qua đó ôn tập lại, hệ thống hoá kiến thức một cách thuận lợi nhất. Ngoài ra, bài tập hoá học còn có tác dụng rèn luyện, phát triển năng lực hành động sáng tạo và khả năng tư duy nhạy bén. Nâng cao hứng thú học tập bộ môn hoá học cũng là một vai trò của các bài tập hoá học. Bài tập hóa học vừa là mục đích, vừa là nội dung phương pháp dạy học có hiệu quả. Bài tập hóa học có nhiều tác dụng lớn như vậy. Nhưng sao học sinh lại rất “sợ” khi phải giải bài tập hoá học như vậy? Một bài tập hoá học thường có rất nhiều cách giải khác nhau để đưa ra kết quả cuối cùng. Nhưng hầu hết các học sinh THPT đều sử dụng phương pháp giải dựa trên phương trình phản ứng đã được cân bằng. Là một giáo viên hoá học tôi luôn mong muốn có được một phương pháp giải toán hoá học ngắn ngọn, chính xác và dễ hiểu nhất. Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 1
2. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình Tất cả các lý do trên đây đã đưa tôi đến một quyết định là nghiên cứu vấn đề: “Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải bài toán hoá học trong chương trình THPT”. 2. Mục đích nghiên cứu - Củng cố phương pháp giải bài tập hay - Rèn luyện khả năng tư duy thông minh, tích cực sáng tạo nhằm tạo hứng thú học tập bộ môn hoá học của học sinh THPT. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các bài toán hoá học vô cơ và hữu cơ trong chương trình hoá học THPT. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Để hoàn thành đề tài này tôi nghiên cứu các vấn đề sau: - Cơ sở lý luận về bài tập hoá học của phương pháp bảo toàn khối lượng. - Hệ thống các bài tập hoá học phổ thông. Soạn và giải bài tập theo phương pháp bảo toàn khối lượng. - Thực hiện việc đánh giá việc áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng. 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu lý thuyết. Trong quá trình nghiên cứu đề tài này tôi có sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu phương pháp giải bài toán hoá học - Nghiên cứu sách giáo khoa, sách bài tập hoá học THPT, các nội dung lý thuyết liên quan đến bài tập hoá học. 5.2. Thực nghiệm sư phạm Đánh giá việc áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng trong giải toán hoá học. Tổ chức trò chuyện, trao đổi với giáo viên và học sinh trong quá trình nghiên cứu. Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 2
3. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 1. Đại cương về bài tập hoá học 1.1. Định nghĩa về bài tập hoá học Bài tập và bài toán là hai thuật ngữ trong từ điển Tiếng Việt dùng để hình thành kiến thức mỗi khi giải quyết một vấn đề chưa có câu trả lời “bài tập” mang ý nghĩa tổng quát hơn “bài toán” nên ta thống nhất gọi là “bài toán hoá học” 1.2. Ý nghĩa, tác dụng của bài tập hoá học ở trường THPT Việc dạy học không thể thiếu bài tập. Sử dụng bài tập để luyện tập là một biện pháp hết sức quan trọng để nâng cao chất lượng dạy và học. Bài tập hoá học có những ý nghĩa to lớn về nhiều mặt. 1.2.1. Ý nghĩa trí dục Làm chính xác hoá khái niệm hoá học, củng cố, đào sâu và mở rộng kiến thức một cách sinh động phong phú và hấp dẫn. Chi khi vận dụng được kiến thức vào giải bài tập học sinh mới nắm được kiến thức một cách sâu sắc. Ôn tập, hệ thống hoá kiến thức một cách tích cực nhất. Khi ôn tập học sinh sẽ buồn chán nếu chỉ yêu cầu học sinh nhắc lại kiến thức. Thực tế cho thấy học sinh chỉ thích giải bài tập trong giờ ôn tập. Rèn luyện các kỹ năng hoá học như cân bằng phản ứng, tính toán theo công thức hoá học và phương trình hoá học Nếu là bài tập thực nghiệm sẽ rèn các kỹ năng thực hành, góp phần vào thực tiễn đời sống lao động sản xuất và bảo vệ môi trường. Rèn luyện kỹ năng sử dụng ngôn ngữ hoá học và các thao tác tư duy. 1.2.2. Ý nghĩa phát triển Phát triển ở học sinh năng lực tư duy lôgic, biện chứng, khái quát, độc lập, thông minh, sáng tạo 1.2.3. Ý nghĩa giáo dục Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 3
4. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình Rèn luyện đức tính chính xác, kiên nhẫn, trung thực và lòng say mê hoá học. Bài tập thực nghiệm còn có tác dụng rèn luyện văn hoá lao động (lao động có tổ chức, có kế hoạch, gọn gàng ngăn nắp, sạch sẽ nơi làm việc). 1.3. Các bước giải một bài tập hoá học tổng hợp Bước 1: Viết tất cả các PT PƯ có thể xảy ra Bước 2: Đổi các giả thiết không cơ bản giả thiết cơ bản. Bước 3: Đặt ẩn cho số lượng các chất tham gia và thu được trong các phản ứng cần tìm dựa vào mối tương quan giữa các ẩn số đó trong PTPƯ để lập ra phương trình đại số. Bước 4: Giải phương trình hay hệ phương trình và biện luận kết quả rồi chuyển kết quả từ dạng cơ bản sang dạng không cơ bản theo yêu cầu của bài toán. 2. Cơ sở của phương pháp bảo toàn khối lượng. 2.1. Định luật bảo toàn khối lượng: Trong phương trình phản ứng hoá học khối lượng của các nguyên tố luôn luôn được bảo toàn, nghĩa là khối lượng nguyên tố không mất đi và cũng không tự tạo ra mà dịch chuyển từ chất này sang chất khác. 2.2. Các hệ quả của định luật bảo toàn khối lượng. Hệ quả 1: Ngoại trừ các phản ứng hạt nhân, không có phản ứng hoá học nào làm mất đi hay xuất hiện nguyên tố lạ. - Ta áp dụng hệ quả này để cân bằng các phương trình phản ứng hoá học. + Vế trái của PT có bao nhiêu nguyên tố thì vế phải của PT cũng phải có bấy nhiêu nguyên tố + Vế trái của PT có bao nhiêu nguyên tử của một nguyên tố thì vế phải có bấy nhiêu nguyên tử của nguyên . Phương trình phản ứng được cân bằng khi và chỉ khi thoả mãn hai nội dung trên. Tức là đảm bảo định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng. Hệ quả 2: Trong các phương trình phản ứng tổng khối lượng các chất tham gia bằng tổng khối lượng các chất tạo thành. Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 4
5. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình Phương trình phản ứng: A + B → C + D Thì: mA + mB = mC + mD Hệ quả 3: Trong phản ứng hoá học dù các chất tham gia phản ứng vừa đủ hay có chất dư thì tổng khối lượng các chất trước phản ứng (m t) bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng (ms ) ( sản phẩm + chất dư). Nếu sau phản ứng có các chất tách khỏi môi trường do bay hay kết tủa. Tức là không cùng trạng thái vật lý thì hệ quả trên vẫn không đổi. mt = ms Hệ quả 4: Khi Cation kim loại thay thế Anion này bằng Anion khác chênh lệch về khối lượng giữa chất mới và chất cũ bằng chênh lệch khối lượng giữa Anion cũ và Anion mới. Khi Anion thay thế cation này bằng catinon khác để sinh ra chất mới và chất cũ bằng sự chênh lệch cation mới và cũ. Hệ quả 5: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp chất như Axit, oxit, hiđroxit Ta luôn có: m hợp chất = mcation + manion Ghi chú: Vì khối lượng e không đáng kể nên: n+ Khối lượng M = khối lượng M Khối lượng Am- = khối lượng A 2.3. Một số ví dụ áp dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố và khối lượng 2.3.1.Phần vô cơ: Ví dụ 1: Hoà tan 10(g) hỗn hợp 2 muối cacbonat của hai kim loại (hoá trị II và III) bằng dung dịch HCl (dư) ta thu được dung dịch A và 0.672 lit khí (đktc). Hỏi khi cô cạn dung dịch A được bao nhiêu gam muối khan. Bài giải. Đặt công thức 2 muối Cacbonat là XCO3 và Y2(CO3)3. Phương trình phản ứng: XCO3 2HCl XCl2 CO 2 H 2O (1) Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 5
6. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình Y2 CO 3 3 6HCl 2YCl3 3CO 2 3H 2O (2) 0.672 n 0.03mol CO2 22.4 1 Theo (1) và (2) ta có: n n n 0.03mol CO2 H2O 2 HCl Gọi m là khối lượng muối khan thu được. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: 10 + 0,06.36,5 = m + 44. 0,03 + 18.0,03 m = 10,33 g Ví dụ 2: Cho 10g muối có CTPT là RCO 3 vào HCl dư (dư 10% so với lý thuyết) thu được 0,672 lit khí (đktc). Tính khối lượng muối và HCl dư. Bài giải. Phương trình phản ứng: RCO3 2HCl RCl2 CO2  H 2O 0,672 n 0,03mol CO2 22,4 Theo phương trình phản ứng. 1 n n n 0,03mol, m 0,06.36,5 2,19g CO2 H2O 2 HCl HCl 2,19.10 m 2,19 2,409g , mHCl du = 0,219 g HCldadung 100 m m m m m m RCO3 HCl muoi HCldu CO2 H2O 10 + 2,409 = mmuoi + mHCldu + 44.0,03 + 18.0,03 mmuoi = 10,33g Ví dụ 3: Cho 1,75g hỗn hợp 3 kim loại Fe, Al, Zn tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 loãng thu được 1,12 lit khí (đktc). Hỏi sau khi cô cạn dung dịch ta thu được bao nhiêu g muối khan. Bài giải: Phương trình phản ứng: 2Al 3H 2SO 4 2Al2 SO 4 3 3H 2  (1) Zn H 2SO 4 ZnSO4 H 2 (2) Fe H 2SO 4 FeSO 4 H 2 (3) Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 6
7. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Phạm Công Bình Nhận xét (1), (2) và (3) ta thấy: 1,12 n H n 2 0,05mol 2 SO4 22,4 Áp dụng hệ quả 5 ta có: 2- Khối lượng hỗn hợp muối = khối lượng kim loại + khối lượng SO4 = 1,75 + 0,05.96 = 6,55 gam Ví dụ 4: Hoà tan 2,84g hỗn hợp 2 muối cácbonat của hai kim loại thuộc phân nhóm chính nhóm 2 và thuộc hai chu kỳ liên tiếp bằng dung dịch HCl dư ta thu được dung dịch X và 0,672 lit khí (đktc). Hỏi khi cô cạn dd X thì thu được bao nhiêu gam muối khan. Tìm hai kim loại ban đầu. Bài giải: Gọi hai kim loại chưa biết là A và B hai muối cacbonat lần lượt là ACO3 và BCO3. Phương trình phản ứng: ACO3 2HCl ACl2 CO 2  H 2O (1) BCO3 2HCl BCl2 CO 2  H 2O (2) 1 0,672 Từ (1) và (2) ta có: n n n 0,03mol CO2 H2O 2 HCl 22,4 Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m m m m m MuoiCacbonat HCl MuoiClorua H2O CO2 m MuoiClorua 2,84 0,06.36,5 (0,03.44 0,03.18) 3,17gam 2,84 Theo đầu bài ta có: m 2- 94,67 MuoiCO3 0,03 Mà A + 60 < M = 94,67 < B +60 A < 34,67 < B A là Mg và B là Ca Ví dụ 5: m gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe 2O3. Cho một luồng khí CO đi qua ống đựng m gam hỗn hợp X nung nóng. Sau khi để nguội thu được 64g chất rắn A trong ống sứ và 11,2 lit khí (đktc) có tỉ khối so với H 2 là 20,4. Tính giá trị của m. Trịnh Thị Duyên – Tổ Hoá-Sinh 7