“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
A. PHẦN MỞ ĐẦU
I)
ĐẶT VẤN ĐỀ
1) Thực trạng của vấn đề
Trong trường trung học cơ sở các em được học bộ môn hóa học muộn hơn
so với các môn khoa học tự nhiên khác như : Toán, lý , sinh , công nghệ , các môn
học này ngay khi vào lớp 6 các em đã được học, còn bộ môn hóa học các em chỉ
được nghiên cứu từ lớp 8 . Tuy nhiên với lượng kiến thức mà các em học được ở 2
lớp này thì các em đã nắm phần lớn các kiến thức về hóa học sơ cấp như :
Hóa học đại cương : Nguyên tử, phân tử , đơn chất, hợp chất, các loại phản
ứng: hóa hợp, phân hủy, thế, oxi hóa khử, phản ứng trung hòa , phản ứng trao
đổi ...
Hóa học vô cơ: oxi, hiđro, nước, các hợp chất vô cơ (axit, oxit, bazơ, muối) ,
kim loại và phi kim .
Hóa học hữu cơ: Hiđrocacbon và dẫn xuất hiđrocacbon .
Để học các nội dung cơ bản trên không thể tách rời được hai nội dung cơ bản
của bộ môn hóa học đó là: Tính theo công thức hóa học và phương trình hóa học .
Trong chương trình hóa học lớp 8 các em học sinh được học một định luật quan
trọng đó là “Định luật bảo toàn khối lượng” nội dung của định luật này cho phép
các em học sinh có cách giải các bài tập một cánh nhanh chóng và sáng tạo để giúp
các em học sinh làm được điều này tôi đã nghiên cứu tìm tòi các ví dụ minh họa
phù hợp cho các em học sinh THCS và qua đó các em có thể vận dụng làm các ví
dụ tương tự ở các mức độ từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó.
2) Ý nghĩa và tác dụng của giải pháp.
Việc vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng mức độ đơn giản như bài
tập ở lớp 8 ,9 thì nhìn chung các em học sinh trung bình trở lên cũng có thể làm
được, tuy nhiên nếu vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng ở mức độ cao hơn thì
ở mức độ đơn giản (1 đến 3 PTHH) Từ ví dụ 1 đến ví dụ 6
Chấm điểm: phân loại giỏi, khá, trung bình
Thực nghiệm lần 2 ( kiểm tra độ bền kiến thức):
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 2
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
Cho học sinh 2 nhóm làm các bài tập vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng
ở mức độ phức tạp (4 PTHH trở lên) Từ ví dụ 7 đến ví dụ 11
Chấm điểm: phân loại giỏi, khá, trung bình
B. PHẦN NỘI DUNG
I) MỤC TIÊU
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài nhằm giải quyết một số vấn đề cơ bản sau đây :
• Những cơ sở lý luận về phương pháp các bài toán hoá học dựa vào định luật
bảo toàn khối lượng.
• Thực trạng về việc vận dụng các phương pháp giải nhanh hóa học .
• Từ việc nghiên cứu vận dụng đề tài, rút ra bài học kinh nghiệm để phát triển
thành diện rộng, góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi tại
huyện Yên Mỹ.
II)
GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI
1) CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG
a) Nội dung định luật bảo toàn khối lượng:
Định luật bảo toàn khối lượng hay định luật Lomonosov-Lavoisier là một
định luật cơ bản trong lĩnh vực hóa học, được phát biểu như sau: Trong phản ứng
mH 2O => nH 2O =
mH 2O
M H 2O
⇒ nH 2 ⇒ mH 2
mA + mH 2 = mKL + mH 2O
= > Tính mKL = ?
Trình bày lời giải
Phương trình hóa học
t
CuO + H2 O
→ Cu + H2O
o
t
Fe2O3 + 3 H2
→ 2Fe + 3 H2O
o
(1)
(2)
9
= 0,5 (mol)
18
Theo PTHH (1) và (2) ⇒ nH 2 = nH 2O = 0,5 (mol) ⇒ mH 2 = 0,5.2 = 1 (g)
Trình bày lời giải
Phương trình hóa học
Na2CO3 + BaCl2
→ BaCO3 + 2NaCl
K2CO3 + BaCl2
→ BaCO3 + 2KCl
mBaCO 3 => nBaCO 3 =
mBaCO 3
M BaCO 3
=
39, 4
= 0,2(mol )
197
⇒ nBaCl 2 = nBaCO 3 = 0, 2(mol ) ⇒ mBaCl 2 = 208.0, 2 = 41,6( g )
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m hỗn hợp + mBaCl 2 = m kết tủa + m
=> m = 24,4 + 41,6 – 39,4 = 26,6 (g)
Nhận xét: Nếu ví dụ 1; 2 các em học sinh làm theo phương pháp đại số (gọi ẩn và
giải hệ phương trình hoặc phương trình ) thì mất nhiều thời gian và cần nhiều khả
năng giải toán.
Ví dụ 3: Đốt cháy m gam chất A cần dùng 4,48 lít O2 thu được 2,24 lít CO2 và 3,6
nO2 =
4, 48
= 0, 2(mol ) ⇒ mO2 = 32.0, 2 = 6, 4( g )
22, 4
nCO2 =
2,24
= 0,1(mol ) => mCO2 = 44.0,1 = 4, 4( g )
22,4
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
mA + mO2 = mCO2 + mH 2O => m = mA = 4, 4 + 3,6 − 6,4 = 1,6( g )
Ví dụ 4: Xà phòng hoá hoàn toàn 17,24 gam chất béo cần vừa đủ 0,06 mol NaOH.
Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được khối lượng xà phòng là
A. 17,80 gam.
B. 18,24 gam.
C. 16,68 gam.
D. 18,38 gam
(Đề thi đại học Khối B-2008)
Hướng dẫn giải
Phát hiện vấn đề:
t
m ChÊt bÐo + m NaOH = m Xµ phßng + m C3 H5 ( OH ) 3
=> m Xµ phßng = m ChÊt bÐo + m NaOH − m C3 H5 ( OH ) 3 = 17,24 + 2,4 − 1,84 = 17,80( g )
Đáp án: A. 17,80 gam.
Ví dụ 5: Cho 17,5g hỗn hợp gồm 3 kim loại nhôm, kẽm, sắt tan hoàn toàn trong
dung dịch H2SO4 0,5M, ta thu được 11,2 lít H2 (đktc). Tính thể tích dung dịch axit
tối thiểu phải dùng và khối lượng muối khan thu được.
Hướng dẫn giải
Phát hiện vấn đề:
Biết
VH 2 => nH 2 =
VH 2
22, 4
⇒ mH 2 =nH 2 .M H 2
⇓ TheoPTHH
n H SO ⇒ m H SO = n H SO .M H SO
2
4
2
4
2
VH 2
=
22, 4
11,2
=0,5 mol
22, 4
⇒ mH 2 =nH 2 .M H 2 =0,5.2 =1(g)
⇒ m H SO = n H SO .M H SO = 0,5.98 = 49( g )
2
4
2
4
2
4
mhçn hîp kim lo¹i + m H SO = mMuèi khan + mH2
2
4
Hướng dẫn giải
Phát hiện vấn đề:
Biết
500 ml axit H 2SO 4 0,1M => nH 2SO4 = CM .V ⇒ nH 2 SO4 =nH 2SO4 .M H 2 SO4
⇓ Theo PTHH
n H O ⇒ m H O = n H O .M H O
2
2
2
2
mhçn hîp kim lo¹i + m H SO = mMuèi khan + mH2O => TÝnh mMuèi khan =?
2
4
Trình bày lời giải
Các PTHH xảy ra:
Fe2O3 + 3H2SO4
→ Fe2(SO4 )3 + 3H2O
(1)
MgO+ H2SO4
→ MgSO4 + H2O
(2)
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
Đáp án : D. 6,81 gam.
Nhận xét: Nếu ví dụ 5; 6 các em học sinh làm theo phương pháp đại số (gọi ẩn và
giải hệ phương trình ) số ẩn nhiều hơn số phương trình => Không giải được
DẠNG 2:
Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng ở mức độ phức tạp (4 PTHH trở lên)
Ví dụ 7: Cho từ từ đến dư một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp A
gồm : Fe, FeO, Fe3O4 , Fe2O3 đun nóng thu được 64g Fe. Khí đi ra sau phản ứng
cho đi qua dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 40g kết tủa. Tính m ?
Hướng dẫn giải
Phát hiện vấn đề:
Biết
mCaCO3 => nCaCO3 =
mCaCO3
M CaCO3
⇒ nCO2 ⇒ mCO2
⇓
nCO ⇒ mCO
mA + mCO = mFe + mCO2
= > Tính m A = ?
Trình bày lời giải
Phương trình hóa học
Fe + CO Không phản ứng
(3)
(4)
40
= 0, 4 (mol)
100
Theo phương trình (1); (2); (3); (4)
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 9
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
nCO2 = nCaCO3 = 0,4 mol ⇒ mCO2 = 0,4 . 44 = 17,6 (g)
Theo phương trình (1); (2); (3)
nCO = nCO2 = 0,4 mol ⇒ mCO = 0,4 . 28 = 11,2 (g)
Theo ĐLBTKL ta có
mA + mCO = mFe + mCO2
=> mA = mFe + mCO2 − mCO = 64 + 17,6 − 11, 2 = 70, 4 (g)
Ví dụ 8: 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 tíchdung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là
A. 57 ml.
Phương trình hóa học
t
2Mg + O2
→ 2MgO
0
t
2Cu + O2
→ 2CuO
0
(1)
(2)
t
4Al + 3O2
→ 2Al2O3
(3)
MgO + 2HCl
→ MgCl2 + H2O
(4)
CuO + 2HCl
→ CuCl2 + H2O
(5)
2
2
=> nHCl = 2nO (trong oxi) = 4nO2 = 4.0,0375 = 0,15(mol )
=> Vdd HCl 2 M =
0,15
= 0,075(l ) = 75(ml )
2
Đáp án : C. 75 ml.
Ví dụ 9:
Để hòa tan hoàn toàn 35,1 gam hỗn hợp A gồm một kim loại hóa trị II
(X) và một kim loại hóa trị III (Y) cần dùng 500 ml dung dịch hỗn hợp 2 axit HCl
2,4M và H2SO4 2,4 M . Hỏi sau phản ứng cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu
gam hỗn hợp muối khan. (Tính theo PTHH và vận dụng định luật bảo toàn khối
lượng)
Hướng dẫn giải
Phát hiện vấn đề:
nHCl =>m HCl = ?
nH2 SO4 => m H2 SO4
=> m hçn hîp axit = ?
= ?
Y + 2HCl
→ XCl2 + H2
(2)
2X + H2SO4
→ X2SO4 + H2
(3)
Y + H2SO4
→ YSO4 + H2
(4)
Theo phương trình (1) và (2)
1
1
.nHCl = .1,2 = 0,6(mol )
2
2
=> nH 2 PT(1) => (4) = 0,6 + 1,2 = 1,8(mol )
= nH 2SO4 = 1,2 (mol )
nH 2 PT(1) và (2) =
nH 2 PT(3) và (4)
= 5,88 => 46nNO 2 + 64nSO 2 = 5,88
nNO 2 + nSO 2 =
mNO 2 + mSO 2
=> nNO 2 =? ; nSO 2 =?
Theo PT (1) và (2) nHNO 3 = 2.nNO 2 ⇒ mHNO 3
=> mhh axit
Theo PT (3) và (4) nH 2SO 4 = 2.nSO 2 ⇒ nH 2SO 4
Theo PT (1) và (2) nH 2O = nNO 2
=> nH 2O = ? => mH 2O
Theo PT (3) và (4) nH 2O = 2nSO 2
mhçn hîp kim lo¹i + m hçn hîp axit = mMuèi khan + mH2O => TÝnh mMuèi khan =?
Trình bày lời giải
Phương trình hóa học
t
X + 2HNO3 đặc
→ XNO3 + NO2 + H2O
0
Y + 4HNO3
2X + 2H2SO4
Y + 2H2SO4
t
→ Y(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
nNO 2 + nSO 2 =
mNO 2 + mSO 2
Gọi x, y lần lượt là số mol của NO2 và SO2
Theo bài ra ta có hệ phương trình
x + y = 0,12
x = 0,1
⇔
46 x + 64 y = 5,88 y = 0,02
nNO 2 = 0,1 (mol )
=>
nSO 2 = 0,02 (mol )
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 13
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
Theo PT (1) và (2) nHNO 3 = 2.nNO 2 = 2.0,1 = 0, 2 (mol)
⇒ mHNO 3 = 0,2.63 = 12,6 ( g )
Theo PT (3) và (4) nH 2SO 4 = 2.nSO 2 = 2.0,02 = 0,04 (mol)
⇒ nH 2SO 4 = 0,04.98 = 3,92 ( g )
=> mhh axit = 12,6 + 3,92 = 16,52 ( g )
Theo PT (1) và (2) nH 2O = nNO 2 = 0,1 (mol)
Theo PT (3) và (4) nH 2O = 2nSO 2
→
→
0,448 lÝt, d Z/O2 = 0,5
0, 04 mol H2
C 2 H4 , H2 d−
Trình bày lời giải
Phương trình hóa học
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 14
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
C 2 H 2 + 2H 2
C 2 H2 + H2
0
t ,Xt
3.1 Hòa tan hoàn toàn 4 gam hỗn hợp gồm 1 kim loại hóa trị II và một kim loại hóa
trị III cần dùng 170 ml dung dịch HCl 2M thu được dung dịch A . Hỏi cô cạn
dung dịch A thu được bao nhiêu gam muối khan .
3.2 Hòa tan hoàn toàn 9,2 gam hỗn hợp gồm 1 kim loại hóa trị II và một kim loại
hóa trị III bằng dung dịch HCl dư thu được dung dịch A và 5,6 lít khí (đo ở
đktc) .Hỏi cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan.
3.3 Hòa tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp gồm 2 muối ACO3 , B2(CO3)3 bằng dung
dịch HCl dư thu được dung dịch A và 0,672 lít khí (đo ở đktc) . Hỏi cô cạn dung
dịch thu được bao nhiêu gam muối khan .
3.4 Hòa tan hoàn toàn 9,9 gam hỗn hợp gồm kim loại A hóa trị n và kim loại B hóa
trị m bằng dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch X và 6,72 lít khí duy nhất
NO (ở đktc) . Hỏi cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan .
3.5 Hòa tan hoàn toàn 5 gam hỗn hợp gồm 2 kim loại A,B bằng dung dịch HCl dư
thu được dung dịch A và 0,224 lít khí H2 (đo ở đktc) . Hỏi cô cạn dung dịch thu
được bao nhiêu gam muối khan.
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 15
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
3.6 Hòa tan hoàn toàn 2,17 gam hỗn hợp gồm 3 kim loại A,B và C bằng dung dịch
HCl dư thu được dung dịch gồm 3 muối ACl2, BCl2 , CCl3 và 1,68 lít khí (đo ở
đktc) . Hỏi cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan.
3.7 Cho 3,8 gam hỗn hợp P gồm các kim loại Mg, Al, Zn, Cu tác dụng hoàn toàn
với oxi dư thu được hỗn hợp Q có khối lượng 5,24 gam. Tính thể tích (tối thiểu)
dung dịch HCl 1M cần dùng để hoà tan Q.
3.8 Khử hoàn toàn 4,06 gam một oxit kim loại bằng CO ở nhiệt độ cao thành kim
loại. Dẫn toàn bộ khí sinh ra vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư, thấy tạo
A. 33,45.
B. 33,25.
C. 32,99.
D. 35,58.
3.12 Chia 1,24 gam hỗn hợp hai kim loại có hóa trị không đổi thành hai phần
bằng nhau. Phần 1: bị oxi hóa hoàn toàn thu được 0,78 gam hỗn hợp oxit. Phần
2: tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 loãng thu được V lít H2 (đktc). Cô cạn
dung dịch thu được m gam muối khan.
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 16
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
a) Giá trị của V là
A. 2,24 lít.
B. 0,112 lít.
C. 5,6 lít.
D. 0,224 lít.
C. 2,54 gam.
20%
lượng ở mức độ phức tạp dần ( 4 PTHH trở lên)
Sau khi sử dụng sáng kiến
( cho đội tuyển HS giỏi huyện Yên Mỹ dự thi cấp tỉnh năm học 2011 - 2012)
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 17
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
Chỉ tiêu
Xây dựng bài toán và vận dụng Định luật bảo toàn khối
Kết quả
100 %
lượng ở mức độ đơn giản (Từ 1 đến 3 PTHH)
Xây dựng bài toán và vận dụng Định luật bảo toàn khối
80 %
lượng ở mức độ phức tạp dần ( 4 PTHH trở lên)
Trước khi sử dụng sáng kiến
( cho đội tuyển HS giỏi huyện Yên Mỹ dự thi cấp tỉnh năm học 2012 - 2013)
Chỉ tiêu
Trang 18
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
Như vậy kết quả khảo sát sau khi áp dụng sáng kiến vào làm các bài tập áp
dụng định luật bảo toàn khối lượng thì kết quả cao, đạt 80 đến 100% so với trước
khi áp dụng phương pháp là 20 đến 40% .
2) Điều kiện áp dụng.
- Để đạt được hiệu quả cao khi sử dụng chuyên đề này người giáo viên phải đầu
tư thời gian nghiên cứu tài liệu tham khảo về các dạng bài tập vận dụng định
luật bảo toàn khối lượng để có thể xây dựng được hệ thống bài tập phù hợp với
từng đối tượng học sinh.
- Với các trường có triển khai môn tự chọn hoặc 2 buổi / ngày, đối với môn hoá
thì việc vận dụng chuyên đề này là phù hợp . Đối với giáo viên bồi dưỡng đội
tuyển HSG thì đây là một tài liệu bổ ích.
3) Những triển vọng trong việc áp dụng sáng kiến.
Thông qua áp dụng sáng kiến này giúp các em học sinh có cách giải nhanh
các bài tập hóa học qua đó giúp các đội tuyển HSG đạt kết quả tốt hơn.
4) Những đề xuất kiến nghị.
a) Đối với học sinh
- Để làm tốt dạng bài tập này trước tiên học sinh phải có kĩ năng tính theo
công thức hóa học và phương trình hóa học .
- Thời gian luyện tập cho dạng bài tập này còn hạn chế , nên chuyên đề này
được triển khai trong chương trình tự chọn hóa học 8 - 9 và bồi dưỡng HSG
thì rất cần thiết và bổ ích .
b) Đối với giáo viên
- Cần nhiều thời gian nghiên cứu, phân loại và xây dựng hệ thống bài tập từ dễ
đến khó , từ đơn giản đến phức tạp .
- Giáo viên phải có trình độ chuyên môn vững vàng để có thể đề xuất cách giải
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 20
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
PHỤ LỤC.
Mục
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
A.
I) ĐẶT VẤN ĐỀ
1
1) Thực trạng của vấn đề
1
2) Ý nghĩa và tác dụng của giải pháp.
2
3) Phạm vi nghiên cứu của đề tài
17
1) Những nhận định chung
17
2) Điều kiện áp dụng.
19
3) Những triển vọng trong việc áp dụng sáng kiến.
19
4) Những đề xuất kiến nghị.
19
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 21
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1)
Một số bài tập trong đề thi đại học khối A, B năm học 2007 , 2008
liên quan đến vận dụng ĐL BTKL
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 23
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC
PHÒNG GD&ĐT HUYỆN YÊN MỸ
Tổng điểm:......................Xếp loại:.............................
TM.HỘI ĐỒNG KHOA HỌC
CHỦ TỊCH – TRƯỞNG PHÒNG
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Trang 24
“Vận dụng Định luật bảo toàn khối lượng vào giải bài tập hóa học ”.
HỘI ĐỒNG KHOA HỌC
TRƯỜNG THCS YÊN HÒA
PHIẾU ĐÁNH GIÁ, THẨM ĐỊNH
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM.
Năm học: 2013 - 2014
- Tên SKKN: ....................................................................................................
- Họ và tên: ........................................................................................................
- Họ và tên người đánh giá:............................................Đơn vị:.......................
- Điểm cụ thể:
(20điểm)
Tính ứng
dụng phổ
biến (20
điểm)
Hình
thức
(10
điểm)
8
9
10
11
Kết cấu
ngôn ngữ
(5 điểm)
Trình bày 12
hoàn
thiện (5
điểm)
- Trên cơ sở kinh nghiệm trong công tác quản lý, giảng dạy,
giáo dục...phát hiện và xây dựng được nội dung, phương
pháp mới.
- Nội dung, phương pháp mới có tính đột phá, phù hợp và
nâng cao được hiệu quả, chất lượng trong quá trình thực hiện
công tác của mình.
Trịnh Hải Hồng trường THCS Yên Hòa – Yên Mỹ - Hưng Yên
Điểm Điểm
đạt
tối
đa
được
10đ
10đ
5đ
5đ
5đ
5đ
10đ
10đ
10đ
10đ
10đ
5đ
5đ
100đ