A. MỞ ĐẦU:
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Cùng với sự phát triển Kinh tế -Xã hội, Việt Nam ngày càng hội nhập sâu
rộng vào các vấn đề quốc tế, trong đó có lĩnh hội những tinh hoa giáo dục của
các nước tiên tiến trên thế giới trong công cuộc cải cách giáo dục và đặc biệt
quan trọng là Đảng và Nhà nước đã xác định giáo dục là mục tiêu hàng đầu, đầu
tư cho giáo dục là đầu tư cho sự phát triển lâu dài và bền vững. Khi hội nhập
quốc tế đòi hỏi nguồn nhân lực của đất nước ta phải đảm bảo về trình độ, năng
lực làm việc và có một nền tảng các kiến thức khoa học cơ bản
Xuất phát từ đòi hỏi đó công cuộc cải cách giáo dục của nước nhà đã diễn
ra trong những năm gần đây để đáp ứng những yêu cầu với sự phát triển của xã
hội. Trong thực tế khi nghiên cứu và trực tiếp giảng dạy với bộ sách giáo khoa
mới, đặc biệt là bộ môn Hóa Học tôi thấy: Về nội dung chương trình đáp ứng
được với tinh thần đổi mới, tuy nhiên vẫn còn một số nội dung quá nặng với học
sinh, vì đặc thù của bộ môn Hóa Học là một môn khoa học cơ bản, liên quan đến
các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày, bộ môn liên quan nhiều đến thực nghiệm.
Trong khi đó điều kiện kinh tế và nền khoa học kĩ thuật của ta đang còn rất hạn
chế. Công cuộc cải cách đòi hỏi từ nhiều phía: Từ nội dung chương trình,
phương pháp dạy, phương pháp học Đòi hỏi giáo viên phải giảng dạy nghiêm
túc, có trách nhiệm, tạo được hướng thú học tập, say mê tìm tòi. Học sinh phải
có ý thức học tập thật sự, xây dựng được động lực học tập đúng đắn.
Nhằm giúp học sinh có một cái nhìn tổng quát về một
phương pháp giải bài tập hóa học từ đó các em sẽ linh
hoạt lựa chọn cho mình được phương pháp tối ưu đối
với một bài toán nhất định trong quá trình giải. Chính vì
vậy tôi lựa chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh sử dụng
1
phương pháp quy đổi trong giải toán hóa học” để nghiên
cứu.
2
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
cơ sở:
Bài toán: Đốt cháy m(g) kim loại M trong không khí một thời gian thu được
m
1
(g) hỗn hợp X gồm kim loại M và oxit M
x
O
y
. Cho m
1
(g) hỗn hợp X tác dụng
với lượng dư dung dịch HNO
3
thu được V(l) khí N
a
O
b
duy nhất (ĐKTC).
Bài toán được tóm tắt theo sơ đồ sau:
0
3 2 42
( , )
0
(1) (2)
( )
n
HNO H SO d t duO
x y
M
M
tuân thủ hai nguyên tắc sau:
- Bảo toàn nguyên tố, tức tổng số mol mỗi nguyên tố ở hỗn
hợp đầu và hỗn hợp mới phải bằng nhau.
- Bảo toàn số oxi hóa, tức tổng số oxi hóa của các nguyên
tố trong hai hỗn hợp là như nhau.
II. CÁC HƯỚNG QUY ĐỔI.
Một bài toán có thể có nhiều hướng quy đổi khác nhau, trong đó
có ba hướng chính :
1. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ
một chất.
Trong trường hợp này thay vì giữ nguyên hỗn hợp các chất như ban đầu,
ta chuyển thành hỗn hợp với số chất ít hơn (cùng của các
nguyên tố đó), thường là hỗn hợp hai chất, thậm chí là một
chất duy nhất. Thí dụ: với hỗn hợp
5
các chất gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
ta có thể chuyển thành
các tổ hợp (Fe và FeO), (Fe và Fe
3
O
4
), (Fe và Fe
2
chỉ gồm 2 (hoặc 3) chất là các nguyên tố tương ứng.
Thí dụ : (Fe, FeS, FeS
2
, Cu, CuS, Cu
2
S, S)
→
(Cu, Fe,
S).
3. Quy đổi tác nhân oxi hóa trong phản ứng oxi hóa -
khử.
Với những bài toán trải qua nhiều giai đoạn oxi hóa khác nhau bởi những
chất oxi hóa khác nhau, ta có thể quy đổi vai trò oxi hóa của chất oxi hóa này
cho chất oxi hóa kia để bài toán trở nên đơn giản hơn.
Khi thực hiện phép quy đổi phải đảm bảo :
- Số electron nhường, nhận là không đổi (ĐLBT electron).
- Do sự thay đổi tác nhân oxi hóa
→
có sự thay đổi sản
phẩm cho phù hợp.
Thông thường ta hay gặp dạng bài sau :
6
Kim loại
1
OXH+
→
Hỗn hợp sẩn phẩm trung gian
2
OXH+
→
phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố và
bảo toàn electron, kết hợp với việc sơ đồ hóa bài toán để
tránh viết phương trình phản ứng, qua đó rút ngắn thời gian
làm bài.
3. Phương án quy đổi tốt nhất, có tính khái quát cao nhất là
7
+O
2
+HNO
3
quy đổi thẳng về các nguyên tử tương ứng. Đây là phương
án cho lời giải nhanh, gọn và dễ hiểu, đồng thời biểu thị
đúng bản chất hóa học của bài toán.
IV. VÍ DỤ MINH HỌA.
Ví dụ 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3,0 gam
hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong
dung dịch HNO
3
(dư), thoát ra 0,56 lít NO (ở đktc, là sản
phẩm khư duy nhất). Giá trị của m là
A. 2,52g. B. 2,22g. C. 2,62g.
D. 2,32g.
Hướng dẫn giải:
1. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ
một chất.
Sơ đồ của bài toán:
( )
3
2
dd
2
O
3
; FeO và Fe
2
O
3
; Fe
3
O
4
và Fe
2
O
3
; Fe và FeO ; Fe và
Fe
3
O
4
; FeO và Fe
3
O
4
) hoặc thậm chí là chỉ một chất
Fe
x
O
y
ở đây tôi chỉ trình bày 2 phương án.
2 3
0,01
Fe O
n mol=
Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe :
∑
n
Fe
= n
Fe
+ 2n(Fe
2
O
3
) = 0,045 mol → m = 56.0,045 = 2,52 →
Đáp án A.
Phương án 1.2. Quy đổi hỗn hợp X thành
( )
( )
Fe x mol
FeO y mol
→
→
Theo bảo toàn khối lượng : 56x + 72y = 3,0 (1)
Các quá trình nhường nhận electron :
Fe → Fe
+3
n mol
n mol
=
=
9
Theo bảo toàn nguyên tố đối với Fe :
∑
n
Fe
= n
Fe
+ n
Fe
O
= 0,045 mol → m = 56.0,045 = 2,52 →
Đáp án A.
2. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng.
Nhận thấy hỗn hợp X tuy phức tạp nhưng chỉ gồm 2
nguyên tố sắt và oxi, do đó có thể quy đổi hỗn hợp về
hai nguyên tố là Fe (x mol) và O (y mol).
X thành h
ỗn hợp chỉ gồm 2 nguyên tố Fe (x mol) và O
(y
mol).
Lúc này sơ đồ các biến đổi như sau :
[ ]
→
→
Theo bảo toàn khối lượng: 56x + 16y = 3,0 (5)
Các quá trình nhường nhận electron :
Fe
0
→ Fe
+3
+ 3e N
+5
+ 3e → N
+2
x 3x 0,075 0,025
O
0
+2e → O
-2
y 2y
Theo bảo toàn electron ta có: 3x = 2y + 0,075 (6)
Từ (5) và (6) →
0,045 0,045
0,03 0,03
x mol Fe mol
X
y mol O mol
= =
⇒
→ →
→
Ở đây thay vai trò nhận electron của N
+5
bằng O:
N
+5
+ 3e → N
+2
⇔
O
0
+ 2e → O
-2
0,075 0,025
Số mol do N nhận bằng số mol do O nhận
2n
O(**)
= 0,075 → n
O(**)
= 0,0375 mol
Theo bảo toàn khối lượng :
2 3
n
HNO H SO d tO
x y
M
M
M hhX
M O
N S
+
++
α β
→ →
M gam m
1
gam (n: max)
Gọi:
Số mol của kim loại là a.
Số oxi hóa cao nhất (max) của kim loại là n.
Số mol electron nhận ở (2) là t mol.
Ta có:
M M ne
a na
n
→ na =
1
8
m m
t
−
+
Nhân cả hai vế với M ta được:
1 1
( ) . .
( ) .
8 8 8
M m m M m M m
Ma n Mt mn M t
−
= + ⇒ = − +
Cuối cùng ta được:
1
8
(1)
8
M
m Mt
m
M
n
+
=
+
Ứng với M là Fe(56), n = 3 ta được: m = 0,7.m
2
, NO, N
2
O, NO
2
trong đó 2 khí N
2
và NO
2
có số mol bằng nhau. Cô
cạn cẩn thận dung dịch X thu được 117,6g muối khan. Số mol HNO
3
đã phản
ứng là?
A. 1,786 B. 1,876 C. 1,668 D. 1,678
Giải:
Ta có:
( )
56 24 64 28,8
0,2
x
x
+ + =
⇔ =
Xét quá trình OXH.
3
2
2
3
2
4
NO
3
.
Khối lượng muối NH
4
NO
3
= 117,6 – 115,6 = 2g
4 3
2
0,025( )
80
NH NO
n mol= =
í
5,376
0,24( )
22,4
kh
n mol= =
qui đổi hỗn hợp khí
2
2 2
2
( )
( )
N
NO NOx mol
N O N Oy mol
Ta có hệ:
3 8 0,2 1,4 0,144( )
0,24 0,096( )
x y x mol
x y y mol
+ + = =
⇒
+ = =
→ Số mol HNO
3
đã phản ứng: = 4x + 10y + 0,025.10 = 1,786 (mol) (Đáp án A)
Câu 2: Hỗn hợp X gồm: HCHO, CH
3
COOH, HCOOCH
3
và
CH
3
CH(OH)COOH. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X cần V lít O
2
(đktc) sau
phản ứng thu được CO
2
và H
n n V l= ⇒ = =
chọn D.
Câu 3 . Khi đốt cháy hoàn toàn một polime X (tạo thành do đồng trùng hợp 2,3-
Đimetyl butadien và acrilon nitrin CH
2
= CH-CN) với một lượng oxi vừa đủ
thấy tạo thành một hỗn hợp khí ở nhiệt độ nhất định, áp suất xác định chiếm
57,69% CO2 về thể tích. Tỉ lệ hai monome là?
A. 3/5 B. 1/1 C. 1/3 D. 3/2
Giải:
+) cách 1: Tách polime thành hai monome ban đầu:
PƯ cháy: C
6
H
10
+ 17/2 O
2
→ 6CO
2
+ 5H
2
O
x 6x 5x
CH
2
=CH-CN +15/2 O
2
→ 3CO
2
+ 3/2H
-C(CH
3
)=C(CH
3
)-CH
2
-)
x
(-CH
2
-CH(CN)-)
y
14
( )
( ) ( )
2
2
2
6 3 (6 3 )
10 3 5 1,5
0,5
x y C x y CO
x y H x y H O
yN N
+ → +
+ → +
→
Do đó:
2
%
trong HCl dư sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl
2
. Hỏi số
gam FeCl
3
thu được là bao nhiêu?
Hướng dẫn : Với hỗn hợp các chất gồm Fe, FeO, Fe
3
O
4
, Fe
2
O
3
ta có thể qui đổi thành các tổ hợp (Fe và FeO), (Fe và
Fe
3
O
4
), (Fe và Fe
2
O
3
), (FeO và Fe
3
O
4
), (FeO và Fe
2
O
O
3
trong lượng dư dung dịch HCl 1M thu được 0,224 lít H
2
(ĐKTC) và dung dịch D. Cho dung dịch D tác dụng với lượng dư
dung dịch NaOH. Lọc kết tủa đem nung ngoài không khí đến khối
lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Xác định m?
Hướng dẫn: Với bài toán này ta cũng có nhiều cách qui đổi khác nhau. Nhưng
nếu chúng ta qui đổi hỗn hợp thành các oxit (FeO và Fe
2
O
3
…) thì bài toán sẽ phi
thực tế do hỗn hợp các oxit phản ứng với dung dịch HCl không có khả năng tạo
khí H
2
. Vì vậy khi vận dụng phương pháp qui đổi trong giải toán chúng ta cần
chú ý: Dù muốn qui đổi theo hướng nào nhưng phải đảm bảo được bản chất
hóa học của bài toán.
VII. MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG.
Câu 1: Hòa tan hoàn toàn 3,76 gam hỗn hợp X ở dạng bột gồm S, FeS, FeS
2
trong dung dịch HNO
3
thu được 0,48 mol NO
2
và dung dịch D. Cho dung dịch D
tác dụng với Ba(OH)
2
dư, lọc kết tủa và nung đến khối lượng không đổi thu
4: Cho m gam hỗn hợp gồm FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
tác dụng với dung dịch
HCl (dư). Sau khi các
phản
ứng
xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y. Cô cạn
16
Y thu được 7,62 gam FeCl
2
và 9,75 gam FeCl
3
. Giá trị của m là?
A. 9,12. B. 8,75. C. 7,80. D. 6,50.
Câu
5: Nung 8,4 gam Fe trong không khí, sau một thời gian thu được m
gam hỗn hợp chất rắn X gồm
Fe,
FeO,
phản ứng hết
với dung dịch HNO
3
loãng dư thu được 2,016 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. 53,25. B. 51,9. C. 73,635. D. 58,08.
Câu 7: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
thì cần
0,05 mol
H
2
. Mặt
khác Hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung
dịch H
2
SO
4
đặc nóng thì thu
17
C. KẾT LUẬN
Đề tài này đã góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh, giúp các
em tích cực và tự tin hơn trong hoạt động tìm kiếm hướng giải cho các bài tập,
từ chỗ rất lúng túng hoặc lựa chọn phương pháp tốn nhiều thời gian, thì nay sau
khi bồi dưỡng chuyên đề trên phần lớn các em đã vận dụng phương pháp này
một cách thành thạo. Khá nhiều em không những áp dụng thành thạo phương
pháp giải bài toán vô cơ mà các em còn vận dụng được phương pháp để giải
thành công một số bài toán hóa học hữu cơ phức tạp.
Qua đề tài này, kiến thức kĩ năng giải toán của học sinh được củng cố một
cách có cơ sở vững chắc; kết quả học tập của học sinh được nâng cao.
Số liệu và kết quả thực hiện đề tài:
Bảng số liệu và kết quả thực hiện đề tài:
Số học sinh giải thành
thạo bài tập dạng này
Tỉ lệ đạt được
Năm học 2011-2012 99/575 17,22%
Năm học 2012-2013 462/575 80,35%
Tuy nhiên với thời gian nghiên cứu chưa nhiều và trong phạm vi trình độ
nhất định của bản thân chắc chắn đề tài cũng còn nhiều hạn chế. Rất mong được
sự góp ý của bạn bè và các đồng nghiệp để bản thân tôi hoàn thiện nội dung và
có thêm được nhiều kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy.
Xin chân thành cảm ơn!
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG
ĐƠN VỊ
Thanh Hóa, ngày 19 tháng 05 năm 2013
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết,
Không sao chép nội dung của người khác.
Người viết SKKN
III. CÁC CHÚ Ý KHI LÀM BÀI TOÁN QUY ĐỔI 7
IV. VÍ DỤ MINH HỌA 8
1. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về hỗn hợp hai hoặc chỉ một chất 8
2. Quy đổi hỗn hợp nhiều chất về các nguyên tử tương ứng 10
3. Quy đổi tác nhân oxi hóa 11
V. THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH KINH NGHIỆM CHO BÀI TOÁN
CƠ SỞ. 12
VI. VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VÔ CƠ
VÀ HỮU CƠ 13
VII. SAI LẦM CẦN TRÁNH KHI GIẢI BÀI TOÁN THEO PHƯƠNG
PHÁP QUI ĐỔI 15
VII. MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG 16
C. KẾT LUẬN 18
TÀI LIỆU THAM KHẢO 18
20