SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 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, H 2 SO 4 loãng) hoặc axit loại 2 (HNO 3 và H 2 SO 4 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, H 2 SO 4 loãng). Sơ đồ 1a: 0 2 3 3 t 2 2 2 (1) (2) 2 Al O AlCl Al Mg + O MgO + HCl MgCl + H O Cu CuO CuCl                  m gam V lít O 2 m 1 gam a mol m 2 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 m 1 , a, V  Trong phản ứng (1) ta tính được lượng ion O 2- trong các oxit: 2- 1 O m = m - m  Trong phản ứng (2) xảy ra phản ứng giữa H + (axit) với ion O 2- trong các oxit và có sự thay thế ion O 2- bằng ion - Cl (bản chất phản ứng). + 2- 2- - 2 2H + O H O ; O 2Cl   Sơ đồ 1b: 0 2 3 2 4 3 t 2 2 4 4 2 (1) (2) 4 Al O Al (SO ) Al Mg + O MgO + H SO MgSO + H O Cu CuO CuSO                  m gam V lít m 1 gam a mol m 2 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 m 1 , a, V.  Trong phản ứng (1) ta tính được lượng ion O 2- trong các oxit: 2- 1 O m = m - m .  Trong phản ứng (2) xảy ra phản ứng giữa H + axit với ion O 2- trong các oxit và có sự thay thế ion O 2- bằng ion 2- 4 SO (bản chất phản ứng). + 2- 2- 2- 2 4 2H + O H O ; O SO   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 2- 2- 1 1,2 - 3,33 - 2,13 1,2 0,075 16 O O m m m gam n mol       + 2- 2 2H + O H O 0,15 mol 0,075 mol   HCl 0,15 0,15 V = = 0,075 lít = 75 ml 2 HCl H n n mol     Chọn đáp án C. VD 2 : 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 2 SO 4 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 2- 4 SO m (tạo muối) = 7,42 – 1,66 = 5,76 gam  2- 4 5,76 0,06 96 SO n mol   Trong phản ứng (2) có sự thay thế ion O 2- bằng ion SO 4 2- . 2- 2- 4 O SO 0,06 mol 0,06 mol   Ta có: 2- 1,66 O m m   = 1,66 + 0,06.16 = 2,62 gam. Chọn đáp án B. VD 3 : 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 2- 2- 1 0,96 - 3,20 - 2,24 0,96 0,06 16 O O m m m gam n mol       Trong phản ứng (2) có sự thay thế ion O 2- bằng ion Cl - . 2- - O 2Cl 0,06 0,12 mol mol    hh clorua m  = hh kim loai m  + Cl m  = 2,24 + 0,12.35,5 = 6,50 gam. Chọn đáp án D. VD 4 : 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 A. 2,24. B. 3,36. C. 4,48. D. 8,96. Giải Cl m  = hh clorua m  - hh kim loai m  = (m + 14,2) – m = 14,2 gam - 14,2 0,4 35,5 Cl n mol    Trong phản ứng (2) có sự thay thế ion O 2- bằng ion Cl - . 2- - O 2Cl 0,2 0,4 mol mol   2- 2 2 0,2 0,1 0,1 22,4 2,24 2 2 O O O n n mol V       (lít) Chọn đáp án A. VD 5 : 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 H 2 (đkc). Giá trị của m là A. 3,22. B. 3,30. C. 3,38. D. 3,70. Giải 2 0,448 0,45 0,2 0,09 ; 0 ,02 22,4 HCl H H n n mol n mol        + 2 2H + 2e H 0,04 0,02 mol mol    + 2- 2 2H + O H O (0,09 - 0,04) mol 0,025 mol    2- 2,90 2,90 0,025 16 3,3 O m m gam       Chọn đáp án B. VD 6 : 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. Giải 0,07 2 0,14 HCl H n n mol      2- 2- 0,8 2,94 - 2,14 0,8 0,05 16 O O m gam n mol      + 2- 2 2H + O H O 0,1 0,05 mol mol   + 2 2H + 2e H (0,14 - 0,1) 0,02 mol    2 H V 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 (HNO 3 , H 2 SO 4 đặc nóng). Sơ đồ 2a: 0 3 2 3 3 3 HNO t 2 3 2 2 (1) (2) 2 3 2 Al O , Al Al(NO ) Al NO Mg + O MgO, Mg Mg(NO ) + + H O NO Zn ZnO, Zn Zn(NO )                     m kim loại V lít m 1 a mol m hh muối n e . 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 O 2- trong các oxit: 2- 1 O m = m - m .  Trong giai đoạn (2) axit HNO 3 tham gia 2 loại phản ứng: a) phản ứng với ion 2- O trong các oxit. 2- - 3 oxit 3 2HNO + O 2NO  (muối) + H 2 O b) oxi hóa các kim loại dư và oxi kim loại có hóa trị thấp (FeO, Fe 3 O 4 ) lên mức oxi hóa cao nhất. - 3 3 4HNO + 3e 3NO  (muối) + 2 NO + 2H O  - 3 3 2HNO + 1e NO  (muối) + 2 2 NO + H O  Sơ đồ 2b: 0 2 4 2 3 2 4 3 H SO t 2 4 2 2 (1) (2) 4 Al O , Al Al (SO ) Al Mg + O MgO, Mg MgSO + SO + H O Zn ZnO, Zn ZnSO                  m kim loại V lít m 1 a mol m hh muối n e . 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 O 2- trong các oxit: 2- 1 O m = m - m .  Trong giai đoạn (2) axit H 2 SO 4 tham gia 2 loại phản ứng: a) phản ứng với ion 2- O trong các oxit. 2- 2- 2 4 oxit 4 H SO + O SO  (muối) + H 2 O b) oxi hóa các kim loại dư và oxi kim loại có hóa trị thấp (FeO, Fe 3 O 4 ) lên mức oxi hóa cao nhất. 2- 2 4 4 2H SO + 2e SO  (muối) + 2 2 SO + 2H O  Bài tập áp dụng: VD 7 : 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 HNO 3 đã phản ứng là A. 0,12. B. 0,14. C. 0,16. D. 0,18. Giải 2- O m = , hh oxit kim loai m  - hh kim loai m  = 2,71 – 2,23 = 0,48 gam  2- 0,48 0,03 16   O n mol Trong bài toán trên HNO 3 tham gia 2 loại phản ứng a) Phản ứng với ion O 2- trong hỗn hợp oxit 2- 2- 3 (oxit) 3 2 2HNO + O 2NO + H O 0,06 0,03 mol mol   b) Oxi hóa các kim loại Fe , Al, Zn, Mg dư và FeO, Fe 3 O 4 lên mức oxi hóa cao nhất +3 +2 +2 +3 Al, Mg, Zn, Fe . +5 +2 - 3 3 2 4H NO + 3e 3NO + NO + 2H O 0,12 0,03 mol mol    3 0,12 0,06 0,18 HNO n mol     Chọn đáp án D. VD 8 : Nung 19,6 gam hỗn hợp X gồm Cu, Fe, Mg trong oxi, sau một thời gian thu được m gam rắn. Hòa tan hồn tồn 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. Giải                   2 3 2 + O (thiếu) 3 3 3 2 2 (1) (2) 3 2 Cu(NO ) Cu Hỗn hợp oxit KL Fe và + HNO (dư) Fe(NO ) + NO + H O Mg Kim loại dư Mg(NO ) 19,6 rắn gam m 84,7 0,35 gam mol Nhận xét: hh rắn m  =   2- hh kim loại O m m  - 3 ( ) NO trong hh muối nitrat n =  84,7 - 19,6 1,05 62 mol Trong giai đoạn 2 axit HNO 3 tham gia 2 loại phản ứng. a) Phản ứng với ion O 2- trong các oxit. 2- - 3 (oxit) 2 3 2HNO + O H O + 2NO 0,35 (1,05 - 0,35) mol mol   b) Oxi hóa các kim loại Fe , Cu, Mg dư và FeO, Fe 3 O 4 lên mức oxi hóa cao nhất +2 +2 +3 Mg, Cu, Fe +5 +4 - 3 3 2 2 2H NO + 1e NO + NO + H O 0,35 0,35 mol mol     hh rắn m  =   2- hh kim loại O m m = 19,6 + 0,35.16 = 25,2 gam Chọn đáp án A. VD 9 : 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 hồn tồn rắn X này HNO 3 lỗng 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. Giải                    2 3 2 + O (thiếu) 3 3 3 2 (1) (2) 3 2 Cu(NO ) Cu Hỗn hợp oxit KL Fe và + HNO (dư) Fe(NO ) + NO + H O Mg Kim loại dư Mg(NO ) 26,4 1,45 mol rắn gam m 0,25 mol Trong giai đoạn (2) HNO 3 đặc tham gia 2 loại phản ứng: a) phản ứng với ion O 2- trong các oxit. 2- - 3 3 2 2HNO + O 2N O + H O (1,45 - 1) 0,225 mol mol   b) oxi hóa Cu, Fe, Mg, FeO, Fe 3 O 4 lên mức oxi hóa cao nhất 2+ 2+ 3+ Cu , Mg , Fe . +5 +2 - 3 3 2 4H NO + 3e 3NO + NO + 2H O 1 0,25 mol mol    hh raén m  =   2- hh kim loaïi O m m = 26,4 + 0,225.16 = 30 gam Chọn đáp án C. VD 10 : 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 0 3 2 3 3 3 HNO t 2 3 2 2 3 2 Al O , Al Al(NO ) Al Mg + O MgO, Mg Mg(NO ) + NO + H O Zn ZnO, Zn Zn(NO )                  20,8 gam m gam 3 4,48 1,4 1 1,4 ; 0,2 22,4 HNO NO n mol n mol      Trong sơ đồ trên HNO 3 tham gia phản ứng với hai chức năng: 1) Oxi hóa các kim loại Al, Zn, Mg dư lên mức oxi hóa cao nhất +3 +2 +2 Al, Mg, Zn . - 3 3 2 4HNO + 3e 3NO + NO + 2H O 0,8 0,2 mol mol   2) Phản ứng với ion O 2- trong hỗn hợp oxit ( 3 HNO n phản ứng với O 2- = 1,4 – 0,8 = 0,6 mol). 2- - 3 2 3 2HNO + O H O + 2NO 0,6 0,3 mol mol    m = hh kim loai m  + 2- O m = 20,8 + 0,3.16 = 25,6 gam. Chọn đáp án B. VD 11 : 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 HNO 3 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 3 HNO NO 2,24 n = 0,35 2 = 0,7 mol ; n = = 0 ,1 mol 22,4  - 3 3 2 4HNO + 3e 3NO + NO + 2H O 0,4 0,1 mol mol   Số mol HNO 3 phản ứng với ion O 2- = 0,7 – 0,4 = 0,3 mol. 2- - 3 2 3 2HNO + O H O + 2NO 0,3 0,15 mol mol   , hh oxit kim loai m  = hh kim loai m  + 2- O m  hh kim loai m  = , hh oxit kim loai m  - 2- O m = 14,8 – 0,15.16 = 12,4 gam Chọn đáp án A. VD 12 : 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 - 3 NO n  (muối) = 117,2 - 24,2 62 = 1,5 mol. Trong phản ứng trên HNO 3 tham gia 2 loại phản ứng: 1) oxi hóa kim loại dư, FeO, Fe 3 O 4 lên mức oxi hóa cao nhất. - 3 3 2 4HNO + 3e 3NO + NO + 2H O 0,6 0,2 mol mol   2) phản ứng với ion 2- O trong các oxit. 2- - 3 2 3 2HNO + O H O + 2NO 0,45 (1,5 - 0,6) mol mol    m = 24,2 + 2- O m = 24,2 + 0,45.16 = 31,4 (gam). Chọn đáp án A. VD 13 : 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 2- O m = 27,15 – 23,15 = 4,0 gam  2- O n = 0,25 (mol) Trong phản ứng trên HNO 3 tham gia 2 loại phản ứng: 1) oxi hóa kim loại dư, FeO, Fe 3 O 4 lên mức oxi hóa cao nhất. - 3 3 2 4HNO + 3e 3NO + NO + 2H O 0,9 0,3 mol mol   2) phản ứng với ion 2- O trong các oxit. 2- - 3 2 3 2HNO + O H O + 2NO 0,25 0,5 mol mol   - 3 NO n  (muối) = 0,9 + 0,5 = 1,4 (mol)  m = 23,15 + - 3 NO m = 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. 2. Đề thi cao đẳng, đại học 2008 và 2010 . 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. 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. 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