Saturday, 07/12/2019 - 00:00|
Chào mừng bạn đến với cổng thông tin điện tử của Trường THCS Nguyễn Du

Sinh hoạt cụm chuyên môn

Ngày 23 tháng 11 trường THCS Nguyễn Du tổ chức sinh hoạt cụm chuyên môn, tổ Hóa - Sinh báo cáo chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi.

Trường THCS Nguyễn Du

Tổ:  Hóa – Sinh

Chuyên đề

  BỒI DƯỚNG HỌC SINH GIỎI MÔN HÓA HỌC LỚP 9

 

SỬ DỤNG QUY TẮC HÓA TRỊ GIẢI NHANH ĐƯỢC

 BÀI TẬP HÓA HỌC KHÓ

 

A – LÝ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ:

1. Nội dung của chuyên đề phù hợp với kiến thức bồi dưỡng học sinh giỏi bậc học THCS
2. Giúp cho giáo viên và học sinh sử dụng tốt quy tắc hóa trị (lớp 8) sang quy tắc hóa trị mở rộng.

3. Vận dụng chuyên đề này để lập các phương trình hóa học khó và giải nhanh được nhiều dạng bài tập định lượng khác nhau bậc THCS thay cho các bài tập phải sử dụng phương pháp bậc THPT là không phù hợp.

4. Sử dụng một cách sáng tạo quy tắc hóa trị giải bài tập cho học sinh đại trà.

B – GIỚI HẠN CHUYÊN ĐỀ:

1. Chuyên đề sử dụng giải bài tập hóa học vô cơ
2. Vì thời gian và năng lực có hạn nên chỉ báo cáo 5 dạng bài tập hóa học cơ bản thường gặp trong chương trình hóa học lớp 9:

C – PHÂN DẠNG:

Dạng1: Sử dụng quy tắc hóa trị để lập phương trình hóa học khó:

Dạng 2: Sử dụng quy tắc hóa trị giải nhanh thay thế cho phương pháp bảo toàn electron (chương trình THPT không phù hợp) và các phương pháp giải khác:

Dạng 3: Sử dụng quy tắc hóa trị giải bài tập xác định công thức hóa học:

Dạng 4: Sử dụng quy tắc hóa trị xác định thành phần trong hỗn hợp:

Dạng 5: Sử dụng quy tắc hóa trị giải nhiều dạng bài tập khác:

(Kỹ thuật giải nhanh các bài tập trắc nghiệm định lượng khó)

D – NỘI DUNG:

I – KIẾN THỨC CẦN NHỚ:

1- Cơ sở phương pháp:

     Nếu các nguyên tố liên kết hoặc thay thế, trao đổi cho nhau thì tích giữa số mol và hóa trị của chúng luôn bằng nhau:

a/ Hệ quả của quy tắc hóa trị: Nếu A liên kết (hoặc thế, hoặc trao đổi) với B thì luôn có:

nA . htA = nB . htB     (ht: hóa trị).

b/ Nhận xét:

  • Tỷ lệ số mol bằng nghịch đảo tỷ lệ hóa trị.
  • Vì tỷ lệ số mol chính là tỷ lệ hệ số (hoặc chỉ số) trong PTHH nên ta có thể đổi chéo hóa trị của các nguyên tố và nhóm nguyên tử để làm hệ số trong các phương trình phản ứng hóa học.

2 – Phương pháp cân bằng phản ứng theo hóa trị:

     Phương pháp này thường áp dụng để cân bằng các phản ứng khó,

2.1 – Phản ứng của kim loại M (hóa trị n) với chất khác sinh ra khí H2:

a/ Tổng quát:

- Sơ đồ:   M    +   Chất X (nước, axit, kiềm)  Hợp chất của M  +  H2

- Bản chất: Kim loại M (hóa trị n) đẩy H2 (hóa trị II) khỏi hợp chất

 Tỷ lệ hệ số hệ số: 2M  nH2

b/ Các bước:

+ Bước 1: Nhẩm tỷ lệ hóa trị (tối giản) của kim loại M và H2

+ Bước 2: Đổi chéo hóa trị M (n) và H2(II) để làm hệ số

+ Bước 3: Từ các hệ số kim loại M và H2, thực hiện bảo toàn nguyên tố để cân bằng các nguyên tố khác.

2.2 – Phản ứng của kim loại M (hóa trị n) với axit HNO3, hoặc H2SO4 đặc:

a) Tổng quát:

_ Với HNO3:

 0             5                    n                                                        4         2       0

M   +   HNO3     M(NO3)n   +   H2O  + SP khử X         NO2;  NO;  N2

                                                                                                  1                                1

                                                                                                 N2O; NH4NO3 H4N2O3             

_ Với H2SO4 đặc:

 

0               6                n                                                          4              0           - 2

M   +   H2SO4  M2(NO3)n   +   H2O  + SP khử X         SO2 ;    S;    H2S

* Bản chất của phản ứng và một số quy ước:

3 Bản chất phản ứng: Kim loại M (hóa trị n) trao đổi hóa trị với nguyên tố phi kim N, S trong các sản phẩm NO2;  NO;  N2; N2O; NH4NO3 (đối với HNO3) và SO2 ;    S;   H2S (đối với H2SO4). Số đơn vị hóa trị tăng lên của kim loại M phải bằng số đơn vị hóa trị giảm xuống của các nguyên tố N, S trong sản phẩm khử (X)

3 Quy ước:

- Hóa trị của các nguyên tố trong đơn chất bằng 0

- Độ giảm hóa trị, hoặc độ tăng hóa trị của một nguyên tố được kí hiệu ht

- Công thức tính: ht = (hóa trị lớn – hóa trị bé) x chỉ số nguyên tố

                                                             (Tính theo chỉ số lớn nhất)

BẢNG MINH HỌA CÁCH TÍNH ht

Chuyển hóa

Độ tăng hóa trị kim loại

Độ giảm hóa trị  N, S

 

ht = (3 – 0 ) =3

 

 

ht = (3 – 0 ) x 2 = 6

 

 

 

ht =  5 – 4  = 1

 

 

ht =  5 – 2  = 3

 

 

ht = (5 – 1 ) x 2 = 8

 

 

ht = (5 – 1 ) x 2 = 8

 

 

ht = (5 – 0) x 2 = 10

 

 

ht = 6 – 4  = 2

 

 

ht = 6 – 0  = 6

 

 

ht = 6 –(-2)  = 8

* Lưu ý:

- Trong NH4NO3 thì hóa trị trung bình của một nguyên tử N bằng I

- Trong hợp chất 2 nguyên tố gồm phi kim liên kết với H (hoặc kim loại) thì điện hóa trị của nguyên tố phi kim có giá trị âm (học kỹ chương trình THPT).

- Trong các hợp chất vô cơ có oxi thì “ tổng hóa trị của các nguyên tử oxi bằng tổng hóa trị của các nguyên tử của nguyên tố khác”  

b) Các bước tiến hành:

+ Bước 1: Xác định ht của kim loại M và ht của N, S trong phản ứng

+ Bước 2: Viết ht dưới chất chứa nguyên tố tăng (hoặc giảm) hóa trị. (Nhớ đặt đenta hóa trị dưới chất có chỉ số nguyên tố lớn hơn)

+ Bước 3: Trao đổi chéo ht làm hệ số (nhớ rút gọn)

+ Bước 4: Thêm hệ số thích hợp vào các chỗ còn trống để bảo toàn các nguyên tố theo thứ tự Kim loại  Phi kim (N, S)  H  O

*Lưu ý:  Thường nguyên tố oxi sẽ tự cân bằng nếu ta cân bằng đúng các nguyên tố khác. Vì vậy đối với nguyên tố oxi ta chỉ nên kiểm tra trên máy tính bằng cách lấy tổng số nguyên tử oxi vế trái trừ cho tổng số nguyên tử oxi vế phải, nếu kết quả bằng 0 thì ta đã cân bằng đúng.

2.3 – Mở rộng cho phản ứng của HNO3, H2SO4 đặc tác dụng với các hợp chất của Fe có mức hóa trị dưới III.

* Phương pháp: Thực hiện các bước như 2.2

II – MỘT SỐ VÍ DỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1 – Phản ứng của kim loại M (hóa trị n) với chất khác sinh ra khí H2:

Ví dụ: Lập các phương trình hóa học sau:

1)  Al  +  HCl   AlCl3  +  H2

2)   Al  +  Ba(OH)2 +   H2O   Ba(AlO2)2  +  H2

2 – Phản ứng của kim loại M (hóa trị n) với axit HNO3, hoặc H2SO4 đặc

Ví dụ 1: Lập PTHH của kim loại tác dụng với HNO3

1)      Al  +  HNO3   Al(NO3)3   +  H2O   +  N2                                       

2)    Mg  +  HNO3   Mg(NO3)2     +   H2O     +      NH4NO3

Ví dụ 2: Lập PTHH của kim loại tác dụng với H2SO4

  1. Al  +   H2SO4 đặc nóng  Al2(SO4)3   +   H2O  +  H2S

2)  Fe  +   H2SO4 đặc nóng Fe2(SO4)3  +   H2O  +  SO2

3 – Mở rộng cho phản ứng của HNO3, H2SO4 đặc tác dụng với các hợp chất của Fe có mức hóa trị dưới III.

* Phương pháp: Thực hiện các bước như 2.2

* Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ: Hãy lập các phương trình hóa học sau:

1)   Fe(OH)2  +  HNO3 Fe(NO3)3  +   H2O  +    NO                                       

2)  Fe3O4   +     HNO3  Fe(NO3)3   +  H2O  +   NO2

Lưu ý: Ghi đenta hóa trị dưới Fe3O4, Vì chỉ số Fe lớn hơn trong Fe(NO3)3, vì đenta bằng nhau nên thực hiện bước bảo toàn.

3) FexOy  +  H2SO4Fe2(SO4)3  +  H2O  +   SO2

4) FexOy  +  HNO3  Fe(NO3)3  +    H2O  +   NO

5) FeS +    HNO3   H2SO4    +     Fe(NO3)3    +   NO    +    H2O

* Nhận xét: Đây là phản ứng khó, vì FeS2 chứa 2 nguyên tố Fe, S đều tăng điện hóa trị, vì vậy ta phải rất khéo léo ta có thể cân bằng nhanh chóng được:

Quy đổi FeS2 thành các đơn chất Fe và S:

6) KMnO4     +      SO2  + H2O  K2SO4  +  MnSO4  +  H2SO4

    1 =  5              2 =  2

 

Dạng 2: Sử dụng quy tắc hóa trị giải nhanh thay thế cho phương pháp bảo toàn electron (chương trình THPT không phù hợp) và các phương pháp giải khác:

1. Nội dung:

Giả sử A, B là các đơn chất (hoặc nhóm, gốc:  - Cl; = SO4;  - NO3;  PO4; ...)

 
  

 

 

nA . hóa trị A = nB . hóa trị B

                 * A thay thế cho B                Theo QT hóa trị

                 * Hoặc A trao đổi với B       

                 * Hoặc A kết hợp với B

* Lưu ý: Trong các phản ứng oxi hóa – khử  (có sự thay đổi hóa trị nguyên tố) thì cần chú ý rằng số mol hóa trị tăng lên bằng số mol hóa trị giảm xuống (thay hóa trị A, hóa trị B bằng ht của chúng.

2. Một số ví dụ:

Ví dụ 1: Trích đề thi học sinh giỏi tỉnh Gia Lai năm học 2009 – 2010.

Để m gam sắt ngoài không khí, sau một thời gian thu được chất rắn X có khối lượng là

(m + 1,6) gam. Nếu cho toàn bộ X tác dụng với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng, dư thì được 4,48 lít khí SO2 (đktc) duy nhất thoát ra. Viết các phương trình phản ứng có thể xảy ra. Tính m.

Giải

Cách 1: Giải bằng phương pháp bảo toàn electron (theo đáp án của đề thi)

Các phương trình có thể xảy ra là: (chỉ cần viết đúng 2 phương trình trở lên được 0,5 điểm)

 

Gọi x là số mol của Fe suy ra ne Fe nhường là 3x

Số mol O = 0,1 mol

Số mol SO2 = 0,2 mol

Suy ra tổng ne nhận = 0,6 mol

Do đó, 3x = 0,6 suy ra x = 0,2 mol

 

Cách 2: Giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố + bảo toàn khối lượng

n= nFe

Fe + O2  X

X + aH2SO4  + (a-3)SO2 + aH2O

BTNT áp dụng cho nguyên tố S ta có:

          nS(trong )= nS(trong) + nS (trong)

 +(+ 0,2) mol

          n= n= nS(trong )= (+  0,2) mol

Áp dụng ĐLBTKL ta có:    mX  + m  = m   + m + m

(m +1,6) + 98.(+ 0,2) = 400. + 0,2.64 +18.(+ 0,2)   m = 11,2 (gam)

Cách 3:  phân tích hệ số

Đặt công thức của rắn X là FexOy

    2xFe   +   yO2 2FexOy

2FexOy  +   (6x – 2y) H2SO4   xFe2(SO4) +   (6x – 2y)  H2O   +   (3x – 2y) SO2

Phân tích hệ số, chỉ số ta thấy:    

Suy ra:  gam

Cách 4: Sử dụng quy tắc hóa trị (thay cho phương pháp bảo toàn electron là phù hợp )

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Ví dụ 2: Trích đề thi học sinh giỏi  tỉnh Bình phước năm học 2012 – 2013.

Để một lượng bột sắt nặng a gam ngoài không khí, sau một thời gian thu được 12 gam chất rắn X gồm sắt và các oxit của sắt. Cho X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng dư thấy giải phóng ra 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc). Viết các phương trình hóa học xảy ra và xác định giá trị a.

Giải:

Cách 1: Giải bằng phương pháp bảo toàn electron (theo đáp án của đề thi)

Cách 2: Giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố + bảo toàn khối lượng

Tính nNO = =  0,1 mol ;  nFe =  = x (mol)

Các phương trình hóa học:

2Fe  +   O2    2FeO

4Fe  + 3O2   2Fe2O3

3Fe  + 2O2   Fe3O4

Fe2O3  +  6HNO3    2Fe(NO3)3  +   3H2O

3FeO  +  10HNO33Fe(NO3)3  +  NO  +   5H2O

3Fe3O4   +   28HNO3     9Fe(NO3)3  +   NO   +   14H2O

Fe  +  4HNO3    Fe(NO3)3   +   NO   +   2H2O

Bảo toàn số mol Fe, N, H ta có:

nFe = (phản ứng) = (3x + 0,1) (mol)

 

Sơ đồ: (X)  +  HNO3   Fe(NO3)3  +  H2O   +   NO

Theo bảo toàn khối lượng, ta có:

12  +  63.(3x  +  0,1) = 242x  +  9(3x  +  0,1)  +  0,1. 30  x = 0,18 (mol)

Vậy m = 0,18 .56 = 10,08 gam

Cách 3: Sử dụng quy tắc hóa trị (thay cho phương pháp bảo toàn electron)

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Dạng 3: Sử dụng quy tắc hóa trị giải bài tập xác định công thức hóa học:

Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 4,88 gom hỗn hợp X gồm đồng và một oxit sắt trong dung dịch HNO3 dư, thu được dung dịch A và 1,12 lít hỗn hợp khi B ở (đktc) (gồm NO và NO2) có tỉ khối hơi so với H2 là 19,8. Cô cạn dung dịch A thu được 14,78 gam hỗn hợp muối khan. Tìm công thức của oxit sắt.

Giải

Cách 1: Phương pháp bảo toàn mol + bảo toàn khối lượng

Áp dụng hệ quả của quy tắc đường chéo,  ta có:

 =    =  0,02 (mol) ;  = 0,03 (mol)

3FexOy  + (12x – 2y) HNO3  3xFe(NO3)3  +  (6x – y)H2O + (3x – 2y)NO

FexOy  + (6x – 2y) HNO3   xFe(NO3)3  +   (3x – y)H2O  +    (3x – 2y)NO2

3Cu    +    8HNO3     3Cu(NO3)2  +  2H2O   +  2NO

Cu    +    4HNO3    Cu(NO3)2  +  2H2O   +  2NO2

Gọi n là số mol HNO3 phản ứng  số mol H2O  = 0,5n (mol)

Theo bảo toàn khối lượng ta có:

4,88  +  63n  =  14,78  +  0,5n .18  +  0,05.39,6  n = 0,22 (mol)

Bảo toàn số mol N   (muối) = 0,22 – 0,05 = 0,17 (mol)

Gọi a, b lần lượt là số mol Fe(NO3)3 và Cu(NO3)2

Ta có:    242a +  188b = 14,78 (1)

              3a    +  2b    =  0,17    (2)

Giải ra được a = 0,03 ;   b  =  0,04

 nO (FexOy) =

Ta có:

Vậy công thức oxit sắt là Fe3O4

Cách 2: Phương pháp quy đổi:

Cách 3: Sử dụng quy tác hóa trị:

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Dạng 4: Sử dụng quy tắc hóa trị xác định thành phần trong hỗn hợp:

Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 9,75gam hỗn hợp gồm Al, Mg trong dung dịch chứa HCl, H2SO4 loãng dư thì thu được 11,2 lít khí (đktc). Tính phần trăm theo khối lượng của Al có trong hỗn hợp.

Giải

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Dạng 5: Sử dụng quy tắc hóa trị giải nhiều dạng bài tập khác:

 ( Kỹ thuật giải nhanh các bài tập trắc nghiệm định lượng khó)

Ví dụ 1: Hỗn hợp khí X gồm Cl2, O2 (tỉ lệ số mol tương ứng bằng 3:2) tác dụng vừa đủ với hỗn hợp kim loại Y gồm 0,125mol Zn; 0,2 mol Ca; 0,25 mol Al. Thể tích của hỗn hợp khí X (đktc) là:

A. 10,08 lít                      B. 11,2 lít                           C. 16,8 lít                       D. 8,96 lít

Giải:

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Ví dụ 2 : Cho 5,6 gam sắt cháy trong khí O2 sau một thời gian thu đưjc m (gam) rắn X. Hòa tan hết X trong dung dịch H2SO4 đặc nóng, dư thì thu được 2,8 lít khí SO2 (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính giá trị của m ?

A. 8,0gam                          B. 8,4gam                            C.6,9gam                          D. 5,6gam

Giải:

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Ví dụ 3: Ngâm 5,1 gam hỗn hợp hỗn hợp Mg, Al (số mol bằng nhau) vào dung dịch chứa AgNO3 0,2M và Cu(NO3)2 0,3M đến khi phản ứng hoàn toàn thu được m (gam) rắn X gồm 3 kim loại. Cho X vào dung dịch NaOH dư thu được 0,03mol khí (đktc). Giá trị m là ?

A. 23,4 gam                 B. 22,98gam                      C. 22,44gam                   D. 24,35gam

Giải:

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

Ví dụ 4: Hòa tan 39,2gam hỗn hợp A gồm K, Ba, K2O, BaO trong nước, dư thì thu được Vml dung dịch A (nồng độ mol các chất tan đều bằng 0,4M) và thoát ra 1,12 lít (đktc). Giá trị  V là:

A. 250ml                       B. 500ml                          C. 600ml                            D. 750ml

Giải

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................

E – KẾT LUẬN
Khi viết chuyên đề  này, tuy đã rất cố gắng, nhưng không thể tránh được thiếu sót ngoài ý muốn. Tôi xin ghi nhận và cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của đồng nghiệp, chỉ ra những thiếu sót của chuyên đề, để bổ sung cho hoàn chỉnh hơn.

 

 

 
  

 

 

 

 

 

 

 

Bài tin liên quan
Tin đọc nhiều
Liên kết website
Thống kê truy cập
Hôm nay : 0
Hôm qua : 48
Tháng 12 : 338
Năm 2019 : 7.297