Sáng kiến kinh nghiệm A. Đặt vấn đề I. Lý do chọn đề tài: Hoá học là môn học có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo ở bậc THCS. Chơng trình Hoá học THCS có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản, phổ thông và thói quen làm việc khoa học. Góp phần hình thành ở học sinh các năng lực nhận thức, năng lực hành động và các phẩm chất, nhân cách mà mục tiêu giáo dục đã đề ra. Để đạt đợc mục đích trên hệ thống bài tập giữ vị trí và vai trò to lớn trong việc dạy và học hóa học ở trờng THPT nói chung và trờng THCS nói riêng Là một giáo viên đang trực tiếp giảng dạy bộ môn Hoá học ở trờng THCS. Qua nghiên cứu nội dung chơng trình và quá trình học tập môn Hoá học của học sinh tôi nhận thấy: Học sinh tiếp thu môn Hoá học rất chậm, dù rằng đây là môn học còn mới đối với các em vì đến lớp 8 các em mới đợc làm quen. Nhng không phải vì thế mà chúng ta có thể thờ ơ với mức độ nhận thức của các em. Từ chỗ khó tiếp thu ngay ban đầu sẽ dẫn đến sự hời hợt của học sinh đối với môn Hoá học về những năm học sau. Mà cái khó của học sinh đối với môn Hoá học chính là bài tập, học sinh thờng rất lúng túng đối với các bài tập Hoá học, sự đa dạng của bài tập Hoá học thờng đẩy học sinh vào bế tắc khi mà ở trên lớp các em luôn tiếp thu bài một cách thụ động, nhớ một cách máy móc những bài toán mà giáo viên làm mẫu vì các em không có những phơng pháp giải áp dụng cho từng dạng toán Hoá học. Đã thế, nhiều giáo viên vẫn không nhận thấy những yếu điểm này của học sinh để tìm cách khắc phục mà vẫn để học sinh tiếp thu một cách thụ động và nhớ máy móc khi giải một bài toán hoá học. Vì vậy, để nâng cao chất lợng học môn Hoá học mỗi học sinh cần phải tích cực chủ động học tập song bên cạnh đó giáo viên phải đóng vai trò quan 1 Sáng kiến kinh nghiệm trọng, giáo viên phải cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức cơ bản từ để học sinh sẽ khai thác kiến thức đó vào những vấn đề cụ thể. Đặc biệt là phơng pháp giải các dạng toán hoá học vì chỉ nắm đợc phơng pháp giải, học sinh mới có thể chủ động trớc các dạng toán. Nhận thức đợc vấn đề này nên tôi đã đi sâu vào nghiên cứu để đa ra các phơng pháp giải phù hợp với từng dạng toán hoá học. Xây dựng và đa ra các dạng toán hoá học thờng gặp để các em học sinh có một t liệu học tập và không bị lúng túng trớc các bài toán hoá học làm cho mức độ nhận thức của học sinh ngày một nâng cao. II. Nhiệm vụ đề tài: Chơng trình Hoá học THCS ngoài nhiệm vụ hình thành ở học sinh những kiến thức hoá học cơ bản thì việc bồi dỡng các kỹ năng: năng lực t duy, năng lực nhận thức cho học sinh là một nhiệm vụ không kém phần quan trọng. Căn cứ vào yêu cầu, nhiệm vụ đó và dựa vào kinh nghiệm giảng dạy Hoá học ở trờng THCS trong đề tài này tôi xin đợc đa ra một số phơng pháp giải các dạng toán hoá học ở trờng THCS. III. Phơng pháp nghiên cứu đề tài: Để nghiên cứu và hoàn thành đề tài này tôi đã sử dụng các phơng pháp sau: - Phơng pháp thực nghiệm. - Phơng pháp nghiên cứu tài liệu. - Phơng pháp phân tích, tổng hợp, khái quát hóa vấn đề. - Phơng pháp quy nạp, Phơng pháp diễn dịch - phơng pháp so sánh, đối chiếu. B. Giải quyết vấn đề: I. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu: 1. Trong chơng trình THCS nói chung và bộ môn Hoá học nói riêng, mục tiêu đặt ra là không chỉ truyền đạt cho học sinh kiến thức theo yêu cầu 2 Sáng kiến kinh nghiệm mà phải hình thành ở các em những kiến thức tổng quát để từ đó các em có thể vận dụng trong mọi trờng hợp, các em có thể giải quyết đợc những vấn đề đặt ra. Vì lẽ đó mà mỗi giáo viên cần truyền đạt cho học sinh các phơng pháp, để từ những phơng pháp đợc học các em vận dụng vào những vấn đề cụ thể. Mặt khác đối với môn Hoá học nếu không giải đợc các bài toán hoá học thì các em cũng sẽ không nắm đợc kiến thức về lý thuyết một cách cụ thể, về bài tập để củng cố lý thuyết. Chính vì điều đó mà vấn đề đặt ra ở đây là phải truyền đạt cho các em một cách đầy đủ và có hệ thống các phơng pháp giải toán hoá học, vì các bài toán cũng là thớc đo mức độ hiểu bài và trình độ t duy của học sinh. Nh vậy qua những luận điểm nêu trên tôi thấy phơng pháp giải toán hoá học thực sự là cần thiết đối với học sinh bậc THCS nói riêng và học sinh phổ thông nói chung. 2. Một số hớng dẫn chung và sơ đồ tổng quát để giải một bài toán hóa học. (2.1). Ba bớc cơ bản để giải một bài toán hóa học sơ cấp. B ớc 1 : Chuyển giả thiết không cơ bản (GTKCB) (thờng là: chất không nguyên chất, dung dịch có nồng độ xác định, nguyên liệu lẫn tạp chất, khí ở điều kiện không tiêu chuẩn) về giả thiết cơ bản (BTCB) (là chất nguyên chất, khí ở ĐKTC) bằng công thức thực nghiệm (CT) và định nghĩa (ĐN). B ớc 2 : Từ giả thiết cơ bản tìm kết luận cơ bản (là chất nguyên chất) bằng cách áp dụng tính chất của các phơng trình phản ứng. B ớc 3 : Từ (KLCB) áp dụng công thức và định nghĩa để suy ra kết luận không cơ bản (KLKCB) (thờng là chất không nguyên chất, dung dịch có nồng độ xác định, hiệu suất phản ứng H< 100%, khí ở điều kiện không tiêu chuẩn,) theo yêu cầu của đề bài Sơ đồ giải toán hóa học tổng quát 3 Sáng kiến kinh nghiệm (2.2). Các yêu cầu bắt buộc để giải thành thạo bài toán hóa học (2.2.a). Yêu cầu 1: Phải lập đợc các phơng trình hóa học của các phản ứng xẩy ra từ đó viết đợc các phơng trình tỉ lệ số mol. Ví dụ: Cho phơng trình phản ứng: a A + b B -> p C + q D Ta luôn có: a 1 . n A = b 1 .n B = p 1 . n C = q 1 . n D Nghĩa là tỉ số giữa số mol và hệ số của các chất trong phơng trình phản ứng luôn bằng nhau. (2.2.b). Nắm vững các kỉ năng sử dụng quy tắc tam suất (tỉ lệ thuận) và cách tính số mol: * Quy tắc tam suất: (nhân chéo, chia ngang) áp dụng cho hai lợng chất A, B trong một phơng trình phản ứng. - Ví dụ: áp dụng khi có mối liên hệ về A và B là: A B A B A B A B GTKCB KLKCB Bước (1) CT;ĐN Bước (3) CT;ĐN GTCB KLCB Bước (2) Tính chất PTPư 4 Sáng kiến kinh nghiệm g g g g g mol g mol g l(đktc) g l(đktc) mol mol l(đktc) l(đktc) A B g dm 3 (đktc) Kg m 3 (đktc) A B Mol l(đktc) Mol l(đktc) A B l(đktc) g l(đktc) g A B g g l(đktc) l(đktc) * Nên chọn số mol làm căn bản tính toán, để giải toán hóa học đợc gọn, kết quả chính xác, dễ kiểm tra lại. - Khái niệm mol: Mol là lợng chất chứa 6.10 23 nguyên tử hoặc phân tử của chất đó.(6.10 23 gọi là số Avogadro) (SGK-Hóa học 8-NXB giáo dục-2004). * Cách tính số mol các chất: Nếu cho m(g) chất rắn A(rắn, lỏng, khí) n A = A A M m Nếu cho V (lit) khí A ở đktc n A = 4,22 V Nếu cho V (lit) khí A ở t ( o C), P (atm) n A = TR VP . . = )273.(4,22 273 t VP + Nếu cho V (l) dung dịch A (C M , d) n A = V.C M Nếu cho m(g) cho dung dịch A(C M ,d) n A = 1000. . d Cm M Nếu cho V (lít) ddA (C%, d) n A = A M dmlVC .100 ).(%. Nếu cho m(g), ddA(C%) n A = A M Cm .100 %. (2.2.c). Các loại công thức tính toán khác nh C M , C% . - Công thức tính nồng độ mol của dung dịch: C M = V n (1) - Công thức tính nồng độ phần trăm của dung dịch: C% = dd ct m m .100% (2) Một số chú ý khi dùng công thức (2): - Khối lợng chất tan (m ct ) và khối lợng dung dịch (m dd ) phải có cùng đơn vị về khối lợng. 5 Sáng kiến kinh nghiệm - Trong một dung dịch: m dd = m ct + m dm - Khi hòa tan chất tan vào nớc hoặc khi trộn lẫn hai dung dịch với nhau mà có phản ứng xẩy ra thì phải xác định lại thành phần của dung dịch sau phản ứng và loại trừ lợng các khí thoát ra hay lợng kết tủa xuất hiện trong phản ứng ra khỏi dung dịch: m dd sau = m dd trớc - m - Đa số các chất khi hòa tan vào nớc thì khối lợng chất tan (m ct ) không đổi, chẳng hạn nh NaCl, HCl nhng cũng có những chất khi hòa tan vào nớc thì lợng chất tan (m ct ) thu đợc giảm (ví dụ hòa tan a gam CuSO 4 .5H 2 O vào nớc) hoặc tăng (đối với trờng hợp chất đem hòa tan tác dụng với nớc, ví dụ hòa tan a gam SO 3 vào nớc thì do SO 3 + H 2 O-> H 2 SO 4 nên m ct = m H 2 SO 4 = 80 98a gam ). - Nếu lợng chất tan trong dung dịch đợc tạo thành từ nhiều nguồn khác nhau thì lợng chất tan của dung dịch (m ct ) bằng tổng khối lợng chất tan của các nguồn. ví dụ: Hòa tan a gam tinh thể CuSO 4 .5H 2 O vào b gam dung dịch CuSO 4 C% thì m ct = 250 160a + 100 %.Cb - Khi một dung dịch có nhiều chất tan (dung dịch hỗn hợp) thì lợng m ct đợc tính riêng cho từng chất, còn m dd là chung cho tất cả các chất. Ví dụ: Hòa tan 10gam NaCl và 40 gam KNO 3 vào 200gam nớc. Tính nồng độ phần trăm của mỗi muối. Giải: M dd = 10+40+200=250 gam C%(dd NaCl)= 100. 250 10 =4% C%(dd KNO 3 )= 100. 250 40 = 16% (2.2.d). Xác định hỗn hợp sau phản ứng: Gồm sản phẩm của phản ứng + chất còn d + chất không tham gia phản ứng. 6 Sáng kiến kinh nghiệm (2.3). Các bớc trình bày giải bài toán tính theo PTHH thờng theo trình tự sau: - Từ các đại lợng(thể tích đktc, khối lợng) quy đổi thành số mol các chất. - Đặt ẩn số cần tìm (với toán hỗn hợp nên đặt số mol chất thành phần làm ẩn số). - Lập các phơng trình hóa học của các phản ứng. - Điền tỉ lệ số mol theo phơng trình và theo bài ra hoặc sử dụng quy tắc tam suất nh bảng trên. - Xác định thành phần dung dịch tạo thành hoặc hỗn hợp tạo thành sau phản ứng. - Giải phơng trình đại số chứa các ẩn, tìm số mol các chất tơng ứng. Từ đó suy ra các đại lợng theo yêu cầu của đề bài. II. Nội dung: * Gồm các phơng pháp: - Phơng pháp giải bài tập: Lợng hai chất tham gia phản ứng. - Phơng pháp bảo toàn khối lợng. - Phơng pháp tăng giảm khối lợng. - Phơng pháp ghép ẩn số. - Phơng pháp đờng chéo. - Phơng pháp đồ thị * Nội dung cụ thể: 1. Phơng pháp giải bài tập: Lợng hai chất tham gia phản ứng. Phơng pháp giải dạng bài tập này đợc thể hiện qua việc hớng dẫn giải ví dụ sau: Ví dụ 1: Bỏ 4,5 gam Al vào 100ml dung dịch H 2 SO 4 0,5M . a. Tính thể tích khí H 2 sinh ra ở ĐKTC. b. Tính nồng độ mol của các chất trong dung dịch sau phản ứng (cho rằng thể tích dung dịch không thay đổi) Dạng bài tập này có nhiều cách giải khác nhau ,giáo viên có thể hớng dẫn học sinh tìm hớng giải nh sau: 7 Sáng kiến kinh nghiệm - Tính số mol của các chất theo bài ra cho : n Al =? n H 2 SO 4 =? -Viết phơng trình phản ứng -Tìm tỉ lệ số mol các chất theo phơng trình -Lập tỉ lệ số mol của các chất : n bài ra : n pt -> So sánh tỉ lệ số mol của 2cặp chất . Nếu hiệu suất phản ứng 100% thì có thể xẩy ra các trờng hợp sau: + Tỉ lệ số mol của 2 cặp chất bằng nhau thì cả 2 chất đều phản ứng hết, tính toán lợng sản phẩm tạo thành theo lợng chất nào cũng đợc.(1) + Tỉ lệ số mol của H 2 SO 4 > Tỉ lệ số mol của Al -> Al phản ứng hết, H 2 SO 4 d , tính lợng sản phẩm và lợng H 2 SO 4 tham gia phản ứng theo l- ợng chất đã phản ứng hết (Al).(2) + Tỉ lệ số mol của Al > Tỉ lệ số mol của H 2 SO 4 -> ngợc lại trờng hợp (2).(3) - Tính nồng độ mol của các chất trong dung dịch sau phản ứng-> Nếu nh xẩy ra trờng hợp (2) , thì thực hiện tính lợng chất còn d sau khi phản ứng kết thúc và xác định lợng chất tạo thành sau phản ứng. Còn trờng hợp (3) chỉ xác định lợng chất tạo thành sau phản ứng. Sau đó, chuyển về số mol và áp dụng công thức tính nồng độ. HS : Sau khi nhận nội dung bài tập , phân tích đề bài và biết đợc hớng giải quyết vấn đề .Từ đó thực hiện các bớc giải và dần dần hình thành đợc cách giải dạng bài tập này. -Bài giải cụ thể: Số mol của Al là: n Al = 5,4:27=0,2(mol) Trong 100ml dung dịch H 2 SO 4 có: n H 2 SO 4 =0,1x 0,5= 0,05(mol) Phơng trình phản ứng : 2Al + 3 H 2 SO 4 > Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2 2mol 3mol 1mol 3mol Tỉ lệ số mol của H 2 SO 4 là: n bài ra : n pt = 0,05:3 =0,01(6) Tỉ lệ số mol của Al là: n bài ra : n pt = 0,2:2=0,1 Vì 0,1>0,1(6) do đó H 2 SO 4 phản ứng hết , nhôm d. Trong dung dịch chỉ có Al 2 (SO 4 ) 3 . Vậy :Tính lợng các chất theo lợng axit H 2 SO 4 . Theo phơng trình phản ứngvà tính toán: a. Số mol H 2 tạo thành là: n H 2 = n H 2 SO 4 =0,05(mol) Thể tích H 2 sinh ra ở ĐKTC là: VH 2 = 0,05x 22,4=1,12(l) b. Số mol Al 2 (SO 4 ) 3 = n H 2 SO 4 : 3 = 0,05:3 = 0,017(mol) Nồng độ mol của dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 là: C M =0,017: 0,1=0,17M 8 Sáng kiến kinh nghiệm 2. Phơng pháp bảo toàn khối lợng: Nguyên tắc: Dựa vào định luật bảo toàn khối lợng: Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lợng của các chất sản phẩm bằng tổng khối lợng của các chất tham gia phản ứng Ví dụ 1 : Hòa tan 10 gam hỗn hợp hai muối cacbonat kim loại hóa trị II và III bằng dung dịch HCl ta thu đợc dung dịch A và 0,672 lít khí bay ra (đktc). Hỏi cô cạn dung dịch A thì thu đợc bao nhiêu gam muối khan? Bài giải: Gọi 2 kim loại hoá trị II và III lần lợt là X và Y ta có phơng trình phản ứng: XCO 3 + 2HCl -> XCl 2 + CO 2 + H 2 O (1) Y 2 (CO 3 ) 3 + 6HCl -> 2YCl 3 + 3CO 2 + 3H 2 O (2). Số mol CO 2 thoát ra (đktc) ở phơng trình 1 và 2 là: moln CO 03,0 4,22 672,0 2 == Theo phơng trình phản ứng 1 và 2 ta thấy : molnn COOH 03,0 22 == và moln HCl 006,02.03,0 == Nh vậy khối lợng HCl đã phản ứng là: m HCl = 0,06 . 36,5 = 2,19 gam Gọi a là khối lợng muối khan ( 32 YClXCl mm + ) Theo định luật bảo toàn khối lợng ta có: 10 + 2,19 = a + 44 . 0,03 + 18. 0,03 => a = 10,33 gam Ví dụ 2: Cho 7,8 gam hỗn hợp kim loại Al và Mg tác dụng với HCl thu đợc 8,96 lít H 2 (ở đktc). Hỏi khi cô cạn dung dịch thu đợc bao nhiêu gam muối khan. Bài giải: Ta có phơng trình phản ứng nh sau: Mg + 2HCl -> MgCl 2 + H 2 2Al + 6HCl -> 2AlCl 3 + 3H 2 9 Sáng kiến kinh nghiệm Số mol H 2 thu đợc là: moln H 4,0 4,22 96,8 2 == Theo (1, 2) ta thấy số mol gấp 2 lần số mol H 2 Nên: Số mol tham gia phản ứng là: n HCl = 2 . 0,4 = 0,8 mol Số mol (số mol nguyên tử) tạo ra muối cũng chính bằng số mol HCl bằng 0,8 mol. Vậy khối lợng Clo tham gia phản ứng: m Cl = 35,5 . 0,8 = 28,4 gam Vậy khối lợng muối khan thu đợc là: 7,8 + 28,4 = 36,2 gam 3. Phơng pháp tăng giảm khối lợng: - Nguyên tắc: Dựa vào sự tăng giảm khối lợng khi chuyển một mol chất A thành một hoặc nhiều mol chất B (có thể qua các giai đoạn trung gian) ta dề dàng tìm đợc số mol của các chất hoặc ngợc lại Phơng pháp này thờng sử dụng để giải bài toán hoá học mà trong chơng trình phản ứng có những nguyên tố hoá học dới dạng ẩn số. Ví dụ 1: Nội dung yêu cầu cũng nh ví dụ 1 ở mục II. 2 Bài giải: Vậy ta gọi hai kim loại có hoá trị II và III lần lợt là X và Y, ta có phản ứng: XCO 3 + 2HCl -> XCl 2 + CO 2 + H 2 O (1) Y 2 (CO 3 ) 3 + 6HCl -> 2YCl 3 + 3CO 2 + 3H 2 O (2). Số mol chất khí tạo ra ở (1) và (2) là: 4,22 672,0 2 = CO n = 0,03 mol Theo phản ứng (1, 2) ta thấy cứ 1 mol CO 2 bay ra tức là có 1 mol muối Cacbonnat chuyển thành muối clorua và khối lợng tăng 71 - 60 = 11 (gam) ( vì ;60 3 gm CO = gm Cl 71 = ). Số mol khí CO 2 bay ra là 0,03 mol do đó khối lợng muối khan tăng lên: 11x 0,03 = 0,33 (gam). 10