Sử dụng đồ thị để giải quyết dạng bài tập oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm trong trường hợp tạo kết tủa

2 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG XƯƠNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI SỬ DỤNG ĐỒ THỊ ĐỂ GIẢI QUYẾT DẠNG BÀI TẬP OXIT AXIT TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀ

.MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG

1 MỞ ĐẦU : 2

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG XƯƠNG

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI

SỬ DỤNG ĐỒ THỊ ĐỂ GIẢI QUYẾT DẠNG BÀI TẬP

OXIT AXIT TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM

TRONG TRƯỜNG HỢP TẠO KẾT TỦA

Người thực hiện: Phạm Thị Thủy Chức vụ: Phó hiệu trưởng Đơn vị công tác: Trường THCS Nguyễn Du SKKN thuộc lĩnh vực : Hóa học

THANH HOÁ NĂM 2016

1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Mục đích nghiêncứu: 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu: 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu: 4

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN: 4

2.1 Cơ sở lí luận: 4

2.2.Thực trạng vấn đề nghiên cứu: 4

2.3 Những giải pháp thực hiện: 5

2.4 Kết quả đạt được: 12

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 15

1 MỞ ĐÂU

1.1.Lý do chọn đề tài

Với mục tiêu là xây dựng một nền giáo dục toàn diện , đào tạo ra một thế hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước , phù hợp với thực tiễn và truyền thống Việt Nam, tiếp cận trình độ giáo dục ở các nước phát triển trong khu vực và trên thế giới Trong những năm qua Bộ Giáo Dục và đào tạo đã luôn không ngừng chỉ đạo việc đổi mới phương pháp giảng dạy nhằm phát huy tính chủ động, sáng tạo của học sinh, giúp các em tiếp cận gần hơn với nền giáo dục của thế giới

Đối với bộ môn hóa học thì đây là một môn khoa học thực nghiệm , học sinh cần nghiên cứu các kiến thức trên cơ sở các thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm thực hành Giúp học sinh nắm vững kiến thức hóa học, biết khai thác, vận dụng kiến thức để giải quyết tốt các vấn đề gặp phải trong thực tiễn cũng như khi học tập bộ môn là nhiệm vụ thường xuyên và quan trọng trong quá trình giảng dạy Bên cạnh việc khắc sâu kiến thức, nó còn giúp học sinh tiếp cận với quy luật tự nhiên và thực tiễn khách quan, có cách nhìn khoa học hơn để nhận biết sự vật, hiện tượng một cách hệ thống, lôgic

Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, học sinh mũi nhọn là một trong những nhiệm vụ quan trọng của các nhà trường và của mỗi cán bộ giáo viên làm công tác trực tiếp giảng dạy các bộ môn văn hoá nói chung và môn hoá học nói riêng

Để làm tốt công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn hoá học cấp THCS đòi hỏi người giáo viên không những phải nắm vững các kiến thức cơ bản của chương trình mà cần phải có khả năng tổng hợp kiến thức, vận dụng linh hoạt kiến thức liên môn để giải quyết các bài tập của bộ môn hóa học,

Để đạt được mục đích trên; trong quá trình giảng dạy phải chú ý giúp học sinh phương pháp tự nghiên cứu, tự học và biết vận dụng những kiến thức đã học trong những trường hợp cụ thể mà áp dụng cho những trường hợp khác tương tự Trong chương trình Hóa học THCS thường gặp các dạng lí thuyết, bài tập có thể gây khó khăn cho giáo viên và học sinh trong quá trình dạy và học

Một trong những dạng bài đó là bài toán về phản ứng giữa CO2 và dung dịch kiềm Đây là loại bài mà học sinh thường rất lúng túng khi xét các trường hợp xảy ra, phải mất khá nhiều thời gian để xét khả năng phản ứng và sản phẩm tạo

thành nhưng vẫn có thể không hết được các trường hợp xảy ra hoặc nhầm lẫn khi tính toán

Để có cách giải loại bài tập trên đơn giản và hiệu quả nhất; giúp học sinh dễ hiểu, giải quyết vấn đề nhanh, chính xác, đầy đủ và gọn gàng hơn Đồng thời rèn luyện khả năng tư duy độc lập trong qua trình học tập cho học sinh; tôi đã chọn

dề tài “ Sử dụng đồ thị để giải quyết dạng bài tập oxit axit tác dụng với dung

dịch kiềm trong trường hợp tạo kết tủa”

Với mong muốn giúp giáo viên có thể thuận lợi hơn trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn hóa học

1 2.Mục đích nghiên cứu

- Góp phần đổi mới phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh, sử dụng kiến thức bộ môn toán học vào việc giải quyết tình huống cụ thể của bộ môn hóa học

- Giúp các em học sinh định hướng được việc ngiên cứu mảng kiến thức phần oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm một cách đầy đủ, cụ thể theo nội dung kiến thức và cách thức ngiên cứu sau:

+ Phân tích chi tiết về mặt lý thuyết một phản ứng tiêu biểu nhất, từ đó rút ra những điểm chung cho dạng phản ứng giữa oxit axit và dung dịch bazơ tạo kết tủa và các dạng phản ứng tương tự

+ Tìm mối liên quan giữa định tính và định lượng, thể hiện bằng mối tương quan hàm số toán học

+ Vận dụng đồ thị để xét phản ứng thường gặp

+ Hình thành kỹ năng tư duy cho học sinh , giúp học sinh tự nghiên cứu, thao tác với một số dạng phản ứng khác và rút ra cách xét các trường hợp phản ứng dạng tương tự

Đề tài được áp dụng cho đối tượng học sinh khá, giỏi; tham gia bồi dưỡng thi học sinh giỏi và thi tuyển sinh vào lớp 10 PTHH chuyên Lam sơn

1.3 Đối tượng nghiên cứu:

- Các dạng bài tập khi cho oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm

- Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa các đại lượng trong dạng bài tập nêu

trên

1.4 Phương pháp nghiên cứu :

- Sử dụng kiến thưc liên môn

- Thống kê, xử lí số liệu

- Tổng hợp kiến thức sách giáo khoa, tài liệu tham khảo

- Phương pháp thực nghiệm

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 cơ sở lý luận

Phần oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm có liên quan đến tính chất hóa học của các loại hợp chất vô cơ , nên để có thể nắm vững kiến thức phần này đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức tổng hợp về các loại hợp chất vô cơ, cách thức giải các bài tập liên quan đến kiến thức về các hợp chất vô cơ

Để làm tốt bài tập phần oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm tạo kết tủa thì bước đầu học sinh phải nhận biết được dạng bài tập Xác định được các trường hợp có thể xảy ra viết đúng phản ứng hóa học đối với mỗi trường hợp

2.2 Thực trạng vấn đề ngiên cứu

Trong sách giáo khoa hoá học lớp 9 đã có đề cập đến các bài tập về oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm nhưng mới chỉ dừng lại ở các dạng bài tập đơn giản như: , viết các phương trình hóa học xảy ra trong các trường hợp tạo muối trung hòa, tạo muối axit hay tạo 2 muối Còn các bài tập tính toán thì chủ yếu đề cập đến các trường hợp tạo một muối

Tuy nhiên khi đi vào giải quyết các bài tập học sinh sẽ lúng túng vì chưa được nghiên cứu cụ thể , quy lát về các dạng bài tập vì vậy thường bỏ sót các trường hợp có thể xảy ra

VD: Khi gặp bài toán: Sục 6,72 lít khí CO 2 ở đktc vào 200ml dung dịch Ca(OH) 2 1M Hãy tính khối lượng kết tủa thu được sau phản ứng

Rất nhiều em viết ngay PTHH: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O và tính khối lượng CaCO3 tạo ra hoặc là theo CO2 hoặc là theo Ca(OH)2 mà bỏ qua dữ kiện còn lại Và kết quả đều sai

Năm học 2014 – 2015 khi tham gia bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi cấp huyện tôi đã tiến hành khảo sát , Kết quả thu được như sau:

Khi chưa áp dụng đề tài

sinh Sl % SL % SL % Sl % Sl % Đội

tuyển

2 3 Những giải pháp thực hiện

2.3.1 Phân tích lý thuyết trường hợp oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ tạo

thành kết tủa ( phản ứng sục khí CO 2 hoặc SO 2 vào dung dịch Ca(OH) 2 hoặc dung dịch Ba(OH) 2 )

VD: Khi sục x mol CO2 vào dd có chứa a mol Ca(OH)2 :

- Trước tiên sẽ có phản ứng tạo kết tủa CaCO3 :

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (1)

- Khi lượng CO2 tăng dần thì lượng kết tủa lớn dần Lượng kết tủa đạt cực đại khi CO2 phản ứng vừa đủ với Ca(OH)2

- Sau khi lượng kết tủa cực đại vẫn tiếp tục sục CO2 vào kết tủa sẽ tan dần theo phản ứng :

CO2 + H2O + CaCO3  Ca(HCO3)2 (2)

- Khi CO2 phản ứng hết với CaCO3 , kết tủa tan hoàn toàn , sản phẩm thu được chỉ gồm muối tan Ca(HCO3)2

Như vậy sản phẩm của phản ứng có thể là một trong 3 trường hợp: muối CaCO3, Ca(HCO3)2 hoặc cả 2 muối Điều này phụ thuộc vào tỉ lệ số mol của CO2 và Ca(OH)2

2.3.2 Các trường hợp có thể xảy ra.

Trường hợp 1:

Phản ứng chỉ tạo kết tủa ( Muối trung hoà CaCO 3 ) Tức là chỉ xảy ra phản ứng

(1)

có hai khả năng có thể xảy ra :

- Lượng CO2 chưa đủ để phản ứng hết với Ca(OH)2 :

 n CO2 x(mol) n Ca(OH)2 a (mol)

Theo PTHH (1) ta có : n CaCO3 n CO2 n Ca (OH) 2

Do Ca(OH)2 còn dư nên khối lượng kết tủa được tính theo CO2

 ( ) ( )

2

n CaCO  CO  

- Lượng CO2 phản ứng vừa đủ với Ca(OH)2 :

2 2

n CaCO  CO  Ca OH   + Như vậy: khi n CO2 n Ca (OH) 2 chỉ xảy ra phản ứng (1) và khi đó

2

CaCO n

Trường hợp 2:

Phản ứng chỉ tạo ra muối axit Ca(HCO 3 ) 2 ( muối tan)

Khi đó ở phản ứng (1) Ca(OH)2 hết, CO2 dư sẽ hòa tan hết lượng CaCO3

tạo ra theo phản ứng (2) Lượng CO2 có thể hết hoặc dư

Theo PTHH (2) ta có : n CO2 n CaCO3 n Ca(HCO)2 a(mol)

→ n CO2 aa 2a(mol)

+ Như vậy , khi n CO2  2n Ca(OH) 2 thì sản phẩm chỉ có a mol Ca(HCO3)2

Trường hợp 3:

Phản ứng tạo hỗn hợp hai muối : muối trung hoà ( CaCO 3 kết tủa ) và muối axit ( Ca(HCO 3 ) 2 tan )

Xảy ra cả hai PTHH (1) và (2) trong đó Ca(OH)2 đã phản ứng hết ở PTHH (1)

Theo PTHH (1) ta có : n CaCO3 n CO2 n Ca(OH)2 a(mol)

Khi Ca(OH)2 đã phản ứng hết , vẫn tiếp tục sục CO2 vào nên xảy ra PTHH (2) nhưng CO2 ở PTHH (2) không đủ để hoà tan hết lượng kết tủa CaCO3 tạo thành

từ PTHH (1)

Số mol CO2 còn dư sau PTHH (1) là : n CO2 x a(mol)

Theo PTHH (2) : n Ca(HCO)2 n CaCO3 n CO2 x a(mol)

Mà sau PTHH (2) CaCO3 còn dư nên x aa x 2a

Số mol CaCO3 còn lại sau phản ứng (2) là : a (x a)  2a x(mol)

+ Như vậy khi n Ca(OH) 2 n CO2  2n Ca(OH) 2 thì sản phẩm gồm (2a - x) mol CaCO3

và (x – a) mol Ca(HCO3)2

* Kết luận :

Khi sục x mol CO2 vào dd có chứa a mol Ca(OH)2 sẽ có 3 trường hợp tạo sản phẩm :

- Nếu x  a chỉ tạo ra CaCO3 và khi đó n CaCO x mol

3

- Nếu a  x  2a tạo ra hỗn hợp hai muối CaCO3 và Ca(HCO3) khi đó

mol a x n

mol x a

n CaCO3  ( 2  ) ; Ca(HCO)2  (  )

- Nếu x  2a chỉ tạo ra Ca(HCO3)2 và khi đó n Ca HCO a mol

2

) (

2.3.3 Biểu diễn mối quan hệ giữa số mol kết tủa CaCO 3 với số mol CO 2 bằng tương quan hàm số

Sau khi phân tích chi tiết các trường hợp phản ứng có thể xảy ra và các kết luận cụ thể ở trên ta thấy rằng số mol kết tủa CaCO3 phụ thuộc vào lượng CO2

và lượng Ca(OH)2 Nếu biểu thị số mol CO2 là biến số x , số mol CaCO3 là hàm số y ta có :

 Phản ứng chỉ tạo ra CaCO 3

Khi đó : xa n CaCO3 x mol  y  x

 Phản ứng tạo ra hỗn hợp CaCO 3 và Ca(HCO 3 ) 2

Khi đó : ax 2a  n CaCO3  ( 2a x)mol y 2a x

 Phản ứng tạo ra Ca(HCO 3 ) 2

Khi đó : x 2a y 0

2.3.4 Biểu diễn trên đồ thị :

+ Khi 0  x  a thì y = x cho nên ta có sự tương ứng sau:

- Với x = 0,5 a thì y = 0,5 a

- Với x = a thì y = a

+ Khi a  x  2a thì y = 2a – x nên ta có sự tương ứng sau :

- Với x = 1,5 a thì y = 0.5 a

- Với x = 2a thì y = 0

Y ( CaCO3)

a A

0,5a

O B x ( CO2) 0,5a a 1,5a 2a

Gọi nhánh OA của đồ thị là nhánh trái và nhánh AB của đồ thị là nhánh phải

2.3.5 Vận dụng đồ thị để xét trường hợp xảy ra khi giải bài tập

Việc tìm hiểu chi tiết các trường hợp phản ứng có thể xảy ra và thể hiện các trờng hợp trên đồ thị không có nghĩa là đưa cả quá trình trên vào lời giải của bài toán hoá học , mà chỉ nhằm mục đích giúp học sinh xét các trường hợp phản ứng , xác định bài toán xảy ra theo trường hợp nào Từ đó lựa chọn phản ứng và cách giải thích hợp tránh sai sót

 Dạng1: Dạng bài tập cho biết số mol CO 2 ( hoặc SO 2 ) và số mol Ca(OH) 2

(hoặc Ba(OH) 2 ) , tính số mol kết tủa

Ví dụ 1 : Sục 2,8 lit khí CO2 (đktc) vào dd có chứa 0,15 mol Ca(OH)2 Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng

Hướng dẫn giải :

Ta thấy : n CO 0 , 125 (mol) n Ca OH 0 , 15mol

4 , 22

8 , 2

2

2    ( )  Dựa vào đồ thị và kết hợp với kết quả so sánh n CO2 n Ca (OH) 2 thấy bài toán thuộc trường hợp thứ nhất ứng với nhánh trái của đồ thị ( dư Ca(OH)2 ) nên chỉ cần viết PTHH (1) để lí luận và tính toán

PTHH : CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

Thep PTHH ta có :

n Ca(OH)2 n CaCO3 n CO2  0 , 125mol

 sau phản ứng Ca(OH)2 còn dư :

Số mol Ca(OH)2 dư = 0,15 – 0,125 = 0,025 ( mol)

 m CaCO3  0 , 125 100  12 , 5 (g)

Vậy sau phản ứng thu được 12,5 g CaCO3

Ví dụ 2 : Cho 1,12 lít CO2 (đktc) tác dụng hết với dd có chứa 0,02 mol Ca(OH)2 Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng

Hướng dẫn giải

Ta thấy :

n CO 0 , 05 (mol) ;n Ca OH 0 , 02mol

4 , 22

12 , 1

2

 0 , 05 2 2 0 , 02 0 , 04

2

n

- Dựa vào đồ thị , kết hợp với kết quả so sánh n CO2  2n Ca(OH) 2 ta thấy bài toán thuộc trường hợp thứ 3 ứng với nhánh phải của đồ thị , tức là phản ứng chỉ tạo

ra Ca(HCO3)2 duy nhất Nên thay vì viết và tính toán theo hai bước của cả hai PTHH ta chỉ cần viết một PTHH trực tiếp tạo thành muối axit Ca(HCO3)2

- Học sinh tránh được sai lầm thường gặp là chỉ viết PTHH (1) tạo ra CaCO3 và

dư CO2 sau phản ứng

PTHH : 2CO2 + Ca(OH)2  Ca(HCO3)2 (3)

Theo PTHH ta có :

n CO2  2n Ca(OH)2  2 0 , 02  0 , 04 (mol)

 sau phản ứng CO2 còn dư :

Số mol CO2 dư  0 , 05  0 , 04  0 , 01 (mol)

Theo PTHH (3) ta có :

n Ca HCO n Ca OH 0 , 02mol

2

)

0 , 02 162 3 , 24 ( )

2

3 )

m Ca HCO  



Vậy sau phản ứng thu được 3,24 g Ca(HCO3)2

Ví dụ 3: Cho 0,56 lit khí CO2 ( đktc ) phản ứng hoàn toàn với dung dịch có chứa 0,02 mol Ca(OH)2 Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng

Hướng dẫn giải :

- Ta có :

n CO 0 , 025 (mol) ;n Ca OH 0 , 02mol

4 , 22

56 , 0

2

 0 , 02 0 , 025 2 2 0 , 02 0 , 04

2 2

)

n

- Dựa vào đồ thị , kết hợp với kết quả so sánh n Ca(OH) 2  n CO2  2n Ca(OH) 2 ta thấy bài toán thuộc trường hợp thứ 2 ứng với trường hợp nhánh phải của đồ thị tức là phản ứng tạo cả 2 muối CaCO3 và Ca(HCO3)2 Nên ta chỉ cần viết hai PTHH

trực tiếp tạo thành hai muối CaCO3 và Ca(HCO3)2 ( PTHH (1) và (3) ) để tính toán

- Bài toán trở nên gọn gàng và dễ hiểu hơn khi viết và tính toán theo hai PTHH (1) và (2) Vì vậy học sinh không bị nhầm lẫn số mol CaCO3 trong các PTHH (1) và (2) từ đó không bị sai số mol kết tủa CaCO3 còn lại hoặc có thể sai như ví

dụ thứ 2

PTHH : CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O (1)

2CO2 + Ca(OH)2  Ca(HCO3)2 (3)

Gọi số mol của CaCO3 và Ca(HCO3)2 lần lượt là x mol , y mol

Theo PTHH (1) và (3) ta có :

(**) 02 , 0 )

(

(*) 025 , 0 2 )

( 2 2

2 3

2

2 3

2

) ( )

(

) (





























y x mol

y x n

n

n

y x mol

y x n

n

n

HCO Ca CaCO

OH

Ca

HCO Ca CaCO

CO

Kết hợp (*) và (**) ta có hệ phương trình :























005 , 0 015 , 0 02

, 0 025 , 0 2

y x y

x y x

) ( 81 , 0 162 005 , 0

; ) ( 5 1 100 015 ,



Vậy khối lượng muối thu được sau phản ứng là :

m = 1,5 + 0,81 = 2,31 (g)

* Kết luận:

Với việc sử dụng đồ thị học sinh có thể :

- Dễ dàng biết được bài toán xảy ra theo trường hợp nào , từ đó áp dụng cách giải và viết các PTHH phù hợp , đơn giản và dễ theo dõi

- Tránh được giải sai hoặc sót các trường hợp

* Dạng 2: Dạng bài tập cho biết số mol kết tủa , số mol Ca(OH) 2 , tìm số mol

CO 2

Ví dụ : Sục V lit khí CO2 (ở đktc) vào 500 ml dung dịch Ca(OH)2 1M Sau khi kết thúc phản ứng thu được 20 gam kết tủa.Tính V

Hướng dẫn giải

n Ca(OH)2 = 0,5 (mol)

n CaCO3 = 0,2 (mol)

n CaCO3 < n Ca(OH)2 Đối chiếu với đồ thị ta thấy trường hợp này có 2 giá trị của

CO2

TH1: Chỉ xảy ra phản ứng (1) , Ca(OH)2 hết hoặc dư

PTHH: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

Theo PTHH nCO2 = nCaCO3 = 0,2 (mol)