Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH o0o LÊ THỊ TÚ ANH Tiểu luận BIÊN SOẠN BÀI TOÁN HÓA HỌC CÓ THỂ GIẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI ĐỂ RÈN LUYỆN TƯ DUY CHO HỌC SINH Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Xuân Trường Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông Lớp: Cao học K17 - LL & PPGD Hóa học Vinh, 3/2011 Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 1 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông MỤC LỤC MỞ ĐẦU 03 NỘI DUNG 04 Đề bài 04 Các phương pháp giải 04 1. Phương pháp đại số 04 2. Phương pháp bảo toàn khối lượng 05 3. Phương pháp bảo toàn electron 06 4. Phương pháp quy đổi 06 KẾT LUẬN 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 2 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông MỞ ĐẦU Trong đời sống hằng ngày, chúng ta thường xuyên dùng phép quy đổi để thuận tiện cho việc thanh toán như: quy giá trị của hàng hóa ra tiền để trả tiền chứ không trao đổi hàng hóa như thời đại trước kia, đối với những tài sản giá trị lớn như nhà, đất, … thì quy ra giá trị vàng hoặc đôla để thanh toán, … Trong hóa học, có những bài toán hỗn hợp nhiều chất, xảy ra nhiều phản ứng, phản ứng diễn ra nhiều giai đoạn, phức tạp, đặc biệt là trong đó có các phản ứng oxi hóa - khử. Ví dụ: hỗn hợp chứa Fe, FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 ; hỗn hợp chứa Fe, FeS và FeS 2 cùng tác dụng với một chất nào đó; … Đối với những bài tập tính toán dạng này nếu giải theo cách thông thường sẽ mất nhiều thời gian, thậm chí không giải được. Vì thế để đơn giản hơn ta sẽ tiến hành quy đổi. Phương pháp quy đổi là phương pháp đưa bài toán ban đầu từ một hỗn hợp phức tạp về dạng đơn giản, qua đó làm cho các phép tính trở nên dễ dàng, thuận tiện để nhanh chóng tìm ra kết quả. Bài toán dưới đây là một ví dụ điển hình để áp dụng phương pháp quy đổi. Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 3 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông NỘI DUNG ĐỀ BÀI Hòa tan hoàn toàn 11,2 gam hỗn hợp X gồm: Fe; FeO; Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 trong dung dịch HCl dư, sau phản ứng thấy tạo ra 12,7 gam FeCl 2 . Tính khối lượng FeCl 3 thu được. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI Phân tích chung: Khi cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư: - Đầu tiên xảy ra phản ứng của các oxit: FeO; Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 với dung dịch HCl tạo ra dung dịch muối FeCl 2 , FeCl 3 . - Kim loại Fe phản ứng sau. Do vị trí các cặp oxi hóa - khử trong dãy điện hóa: Fe Fe H H Fe Fe 2 32 + +++ Phản ứng xảy ra tiếp theo là: Fe + 2Fe 3+ → 3Fe 2+ Sau phản ứng còn có FeCl 3 → Fe hết, không xảy ra phản ứng Fe tác dụng với HCl. Vậy các chất thu được sau phản ứng gồm FeCl 2 , FeCl 3 và H 2 O. 1. Phương pháp đại số Phương trình phản ứng: x x (1) OHFeClHCl2FeO 22 +→+ 2y y (2) OH3FeCl2HCl6OFe 2332 +→+ 2z z z (3) OH3FeCl2FeClHCl8OFe 23243 ++→+ Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 4 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông 3t 2t t (4) FeCl3FeCl2Fe 23 →+ Gọi x, y, z, t lần lượt là số mol của FeO; Fe 2 O 3 ; Fe 3 O 4 và Fe m X = 11,2 → 72x + 160y + 232z + 56t = 11,2 (*) Theo các phương trình phản ứng (1), (2), (3), (4): t2z2y2n 3 FeCl −+= (**) mol 1,0 127 7,12 t3zxn 2 FeCl ==++= Từ (*) và (**) ta có:    ×=++ =+++ ⇔    =++ =+++ (b) 721,0)t3zx(72 (a) 11,2 56t 232z 160y 72x 1,0t3zx 11,2 56t 232z 160y 72x Lấy (a) – (b): 160y + 160z – 160t = 4 → 2y + 2z – 2t = 0,05 Theo trên: gam 125,85,16205,0m 05,0t2z2y2n 33 FeClFeCl =×=→=−+= 2. Phương pháp bảo toàn khối lượng Sơ đồ phản ứng: OH3FeClFeCl HCl OFe OFe FeO Fe X 232 43 32 ++→+        Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: (1) mmmmm OHFeClFeClHClX 232 ++=+ mol 1,0 127 7,12 n 2 FeCl == Đặt mol xn 3 FeCl = Bảo toàn nguyên tố Cl: 32 FeClFeClHCl n3n2n += = 0,2 + 3x Bảo toàn nguyên tố H: )x32,0( 2 1 n 2 1 n HClOH 2 +== Thay vào biểu thức (1): Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 5 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông 11,2 + 36,5(0,2 + 3x) = 12,7 + 162,5x + 18. )x32,0( 2 1 + → x = 0,05 → gam 125,85,16205,0m 3 FeCl =×= 3. Phương pháp bảo toàn electron Giả sử ban đầu có a gam Fe tác dụng với O 2 thu được hỗn hợp X, khi đó ta có sơ đồ sau: OH3FeClFeCl OFe OFe FeO Fe X Fe 232 HCl 43 32 O 2 ++ →         → ++ Các quá trình: 0,1- 56 a 3 0,1- 56 a 0,1- 56 a 3e Fe Fe 0,2 0,1 1,0 2e Fe Fe 3 2       +→ +→ + + 8 a-11,2 16 a-11,2 O 2e O -2o →+ Theo định luật bảo toàn electron: 0,2 + 0,1- 56 a 3       = 8 a-11,2 ⇒ a = 8,4 → mol 15,0 56 4,8 n Fe == Bảo toàn nguyên tố Fe: mol 05,01,015,0 nn n n n n 2332 Fe Fe FeFeFe Fe =−=−=→+= ++++ → gam 125,85,16205,0m 3 FeCl =×= 4. Phương pháp quy đổi Cách 1: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe 2 O 3 Sơ đồ phản ứng: Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 6 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông         →  → + + 2y y FeCl2OFe x x FeCl FeO 3 HCl 32 2 HCl Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe 2 O 3 . Theo bài ra: 2,11y160x72 2,11mm 2,11m 32 OFeFeOX =+⇒=+⇒= (1) Mặt khác: mol 1,0 127 7,12 n 2 FeCl == ⇒ x = 0,1 (2) Từ (1) và (2) ⇒ y = 0,025 Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0 m mol 05,0y2n 33 FeClFeCl =×=⇒== Cách 2: Quy đổi hỗn hợp X về FeO và Fe 3 O 4 Sơ đồ phản ứng:        + →  → + + 2y y y FeCl2FeClOFe x x FeCl FeO 32 HCl 43 2 HCl Gọi x; y lần lượt là số mol của FeO và Fe 3 O 4 . Theo bài ra: (1) 2,11y232x72 2,11mm 2,11m 43 OFeFeOX =+⇒=+⇒= Mặt khác: 1,0 127 7,12 n 2 FeCl == mol 1,0yx =+⇒ (2) Từ (1) và (2) ⇒    = = 025,0y 075,0x Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0m mol 05,0y2n 33 FeClFeCl =×=⇒== Cách 3: Quy đổi hỗn hợp X về Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 Sơ đồ phản ứng: Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 7 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông        + →  → + + 2y y y FeCl2FeClOFe 2x x FeCl2OFe 32 HCl 43 3 HCl 32 Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe 2 O 3 và Fe 3 O 4 . Theo bài ra: (1) 2,11y232x160 2,11mm 2,11m 4332 OFeOFeX =+⇒=+⇒= Mặt khác: 1,0 127 7,12 n 2 FeCl == mol 1,0y =⇒ (2) Từ (1) và (2) ⇒ x = - 0,075 Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0m mol 05,0y2x2n 33 FeClFeCl =×=⇒=+= Cách 4: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và Fe 2 O 3 Sơ đồ phản ứng:        →+  → + 3x 2x x FeCl3FeCl2Fe 2y y FeCl2OFe 23 3 HCl 32 Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe 2 O 3 . Theo bài ra: (1) 2,11y160x56 2,11mm 2,11m 32 OFeFeX =+⇒=+⇒= Mặt khác: 1,0 127 7,12 n 2 FeCl == mol ⇒ 3x = 0,1 (2) Từ (1) và (2) ⇒        = = 120 7 y 30 1 x Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0m mol 05,0x2y2n 33 FeClFeCl =×=⇒=−= Cách 5: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và Fe 3 O 4 Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 8 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông Sơ đồ phản ứng:        →+ + → + 3x 2x x FeCl3FeCl2Fe 2y y y FeCl2FeClOFe 23 32 HCl 43 Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và Fe 3 O 4 . Theo bài ra: (1) 2,11y232x56 2,11mm 2,11m 43 OFeFeX =+⇒=+⇒= Mặt khác: 1,0 127 7,12 n 2 FeCl == mol ⇒ 3x + y = 0,1 (2) Từ (1) và (2) ⇒    = = 04375,0y 01875,0x Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0m mol 05,0x2y2n 33 FeClFeCl =×=⇒=−= Cách 6: Quy đổi hỗn hợp X về Fe x O y Sơ đồ phản ứng: y2x3 2x)-0,1(2y 0,1 2y-3x 0,1 FeCl)x2y2(FeCl)y2x3( OFe 32 HCl yx − −+− → + Theo bài ra: 2,11 y2x3 1,0 )y16x56( 2,11m 2,11m yx OFeX = − +⇒=⇒= ⇒    = = ⇒= 7y 6x 7 6 y x Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0m mol 05,0 y2x3 2x)-0,1(2y n 33 FeClFeCl =×=⇒= − = Cách 7: Quy đổi hỗn hợp X về Fe và O Sơ đồ phản ứng: Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 9 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông     →    ++ + + OH Fe ;Fe O Fe 2 32 H Gọi x; y lần lượt là số mol của Fe và O. Theo bài ra: (1) 2,11y16x56 2,11mm 2,11m OFeX =+⇒=+⇒= Ta có các quá trình: 0,1)-3(x 0,1- x1,0x 3e Fe Fe 0,2 0,1 1,0 2e Fe Fe 3 2 − +→ +→ + + 2y y O 2e O -2o →+ Theo định luật bảo toàn electron: 0,2 + 3(x – 0,1) = 2y ⇒ 3x – 2y = 0,1 (2) Từ (1) và (2) ⇒    = = 175,0y 15,0x Theo sơ đồ phản ứng: gam 125,85,16205,0m mol 05,01,0xn 33 FeClFeCl =×=⇒=−= Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 10 [...]... dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông KẾT LUẬN Bài toán trên có rất nhiều cách giải, nhiệm vụ của chúng ta là xem xét cách giải nào phù hợp, dễ hiểu và nhanh gọn nhất để áp dụng Không có một phương pháp nào là công cụ vạn năng cho mọi bài tập hóa học Chúng ta phải phân tích, lựa chọn, kết hợp một cách linh hoạt để tìm ra cách giải tối ưu Đối với bài toán trên phương pháp quy đổi rất... tạo, dựa vào những giả định hóa học và toán học để việc tính toán các giá trị lượng chất của một hỗn hợp phức tạp trở nên đơn giản hơn Hi vọng bài toán sẽ được nhận thêm sự đóng góp ý kiến của thầy, cô và các bạn để trở nên hoàn thiện hơn 11 Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông TÀI LIỆU THAM... Nguyễn Xuân Trường - Ôn tập kiến thức và luyện giải nhanh bài tập hoá học vô cơ ở trường trung học phổ thông - Tập 2 - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 2 TS Cao Cự Giác - Cẩm nang giải toán trắc nghiệm hóa học - Dùng cho các kì thi quốc gia – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 3 Tạp chí hóa học và ứng dụng 12 Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 . dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH o0o LÊ THỊ TÚ ANH Tiểu luận BIÊN SOẠN BÀI TOÁN HÓA HỌC CÓ THỂ GIẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI. ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy – K17 1 Chuyên đề: Sử dụng bài tập Hóa học trong dạy học ở trung học phổ thông MỤC LỤC MỞ ĐẦU 03 NỘI DUNG 04 Đề bài 04 Các phương pháp giải 04 1. Phương pháp. 04 2. Phương pháp bảo toàn khối lượng 05 3. Phương pháp bảo toàn electron 06 4. Phương pháp quy đổi 06 KẾT LUẬN 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 Học viên: Lê Thị Tú Anh – Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp