Sáng kiến kinh nghiệm Hóa học lớp 9: Vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về KMnO4

Chia sẻ: Tran Thi Nghia | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

217
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn electron để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh nhất (không cần phải viết phương trình hóa học) dạng bài toán về KMnO4. Đề xuất những ý tưởng để giải nhanh bài toán về KMnO4 góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn ở trường THCS và là hành trang vững chắc để các em chuẩn bị bước vào THPT.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm Hóa học lớp 9: Vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về KMnO4

PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong các môn học ở trường phổ thông, môn Hóa học giữ một vai trò khá quan trọng. Hóa học là một môn khoa học tự nhiên, nó nghiên cứu về chất và sự biến đổi chất này thành chất khác. Với nhiều năm giảng dạy bộ môn Hoá học, tôi đã được tham gia giảng dạy các khối lớp 8,9 được tham gia ôn luyện đội tuyển thi học sinh giỏi. Trong quá trình tìm tòi, nghiên cứu nhiều dạng bài toán hoá học khác nhau về các loại chất khác nhau vô cơ cũng như hữu cơ, tôi nhận thấy rằng bài tập về KMnO 4 là một trong những dạng bài tập mà học sinh hay gặp trong các kỳ thi. Thông thường những bài tập về KMnO4 thường khá phức tạp và xảy ra theo nhiều phương trình phản ứng khác nhau. Vậy phương pháp nào để giải quyết bài toán khoa học nhất, hiệu quả nhất và nhanh nhất. Đó là lý do để tôi viết đề tài “ Vận dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán về KMnO4 ” nhằm giúp học sinh giải quyết tốt các bài toán một cách nhanh chóng đồng thời chia sẻ kinh nghiệm về phương pháp giải bài tập với các đồng nghiệp. 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng các định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố, định luật bảo toàn electron để tìm ra phương pháp giải tối ưu nhất, nhanh nhất (không cần phải viết phương trình hóa học) dạng bài toán về KMnO4. Đề xuất những ý tưởng để giải nhanh bài toán về KMnO 4 góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn ở trường THCS và là hành trang vững chắc để các em chuẩn bị bước vào THPT. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng là học sinh giỏi các lớp 8,9. Với khuôn khổ thời gian nghiên cứu có hạn nên trong đề tài này tôi chỉ nghiên cứu phương pháp vận dụng các định luật bảo toàn để giải một số bài bài toán về KMnO4. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Đưa ra các định luật bảo toàn cần vận dụng, phân tích áp dụng vào các dạng toán và đề ra phương pháp giải. Thử nghiệm trên các lớp: 8,9 Trường THCS Giáo viên đưa ra các phiếu học tập bằng các dạng bài tập về KMnO4. 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Đọc các tài liệu làm cơ sở xây dựng lí thuyết của chuyên đề: tài liệu lí luận dạy học (Chủ yếu là phương pháp giải bài tập Hóa học ); sách giáo khoa, sách bài tập hóa học; phương pháp giải bài tập hóa vô cơ; 16 phương pháp và kĩ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm môn Hóa học; một số đề thi học sinh giỏi. 5.2. Phương pháp sư phạm a. Phương pháp chuyên gia Vận dụng phương pháp bài tập để hướng dẫn học sinh giải quyết bài toán. Xin ý kiến nhận xét, đánh giá của các giáo viên có kinh nghiệm, giáo viên giỏi về nội dung sáng kiến. b. Tìm hiểu chất lượng học sinh ở những lớp mình điều tra c. Chọn lớp thử nghiệm và đối chứng kết quả Thời gian nghiên cứu Từ tháng 12 năm 2018 đến tháng 02 năm 2020.
PHẨN THỨ HAI: NỘI DUNG Chương I: CƠ SỞ LÝ LUẬN Các định luật cần vận dụng 1.1. Định luật bảo toàn khối lượng Nội dung định luật: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sau phản ứng. Trong đó chúng ta cần vận dụng các hệ quả Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, mS là khối lượng các chất sau phản ứng. Dù phản ứng xảy ra với hiệu suất bất kỳ ta đều có: mT = mS. Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp chất ta luôn có: Khối lượng chất = khối lượng của cation+khối lượng anion. Khối lượng của cation hoặc anion ta coi như bằng khối lượng của nguyên tử cấu tạo thành. 1.2. Định luật bảo toàn nguyên tố Nội dung định luật: Tổng khối lượng một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của nguyên tố đó sau phản ứng. Nội dung định luật có thể hiểu là tổng số mol của một nguyên tố được bảo toàn trong phản ứng. 1.3. Định luật bảo toàn electron Nội dung định luật: Trong phản ứng oxi hóa khử: Số mol electron mà chất khử cho đi bằng số mol electron mà chất oxi hóa nhận về. Khi vận dụng định luật bảo toàn electron vào dạng toán này cần lưu ý: Trong phản ứng hoặc một hệ phản ứng chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không cần quan tâm đến trạng thái trung gian. Nếu có nhiều chất oxi hóa và chất khử thì số mol electron trao đổi là tổng số mol của tất cả chất nhường hoặc nhận electron. Tổng quan về bài tập KMnO4 Dạng bài tập KMnO4 chúng ta nhắc đến ở đây liên quan đến 2 phản ứng: 2.1. Nhiệt phân muối: điểu chế khí O2 trong phòng thí nghiệm ( Hóa học 8) 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 2KClO3 2KCl + 3O2 2.2. Tác dụng với axit HCl: điều chế khí Cl2 trong phòng thí nghiệm ( Hóa học 9): KClO3 + 6HCl KCl + 3Cl2 + 3H2O. 2KMnO4 +16 HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O. 2K2MnO4 +16 HCl 4KCl + 2MnCl2 + 4Cl2 + 8H2O. MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O. Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng:
Khi nhiệt phân hỗn hợp muối X thu được hỗn hợp muối Y và khí Oxi thì: my = mx + mO Dùng phương pháp bảo toàn electron: Theo định luật bảo toàn electron Chất khử Chất oxi hóa + 5e → 2 →O2 + 4e xmol→5x y → 4ymol 2→ Cl2 +2e z mol → 2z mol Tổng electron nhường =Tổng electron nhận: → 5x = 4y + 2z Dùng phương pháp thuần bảo toàn nguyên tố: “Toàn bộ O trong KMnO4 chuyển hết về H2O”. BTNT H → nHCl = 2nH2O (1) BTNT O → nO= nH2O (2) Từ (1), (2) → nHCl = 2nO BTNT Cl → nClban đầu + nCl(HCl) = nCl(trong muối) + nCl(Cl ) BTNT cho các nguyên tố khác xuất hiện trong từng bài. Khi nhiệt phân hỗn hợp các muối , CaOCl2 , Ca(ClO3 )2 , Ca(ClO2 )2 . . . thì sẽ thu được hỗn hợp các sản phẩm như , CaCl2 và O2 Phương trình nhiệt phân như sau: 2CaOCl2 2CaCl2 + O2 Ca(ClO3 )2 CaCl2 + 3O2 Ca(ClO2 )2 CaCl2 + 2O 2 Đó là dạng bài tập kết hợp giữa việc nhiệt phân chúng để thu khí O2 (theo phương pháp điều chế Oxi trong phòng thí nghiệm ở lớp 8) cùng hỗn hợp chất rắn, sau đó cho vào dung dịch axit HCl đặc, đun nóng (theo phương pháp điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm ở lớp 9). Tùy theo đề bài cho là nhiệt phân hoàn toàn hay nhiệt phân không hoàn toàn mà ta sẽ có những cách giải phù hợp với từng dạng bài và mức độ khó hay cơ bản. Nếu đề bài cho nhiệt phân hỗn hợp sau một thời gian có nghĩa là không hoàn toàn thì hỗn hợp sau phản ứng ngoài các sản phẩm và khí Oxi thì còn có hỗn hợp các chất ban đầu còn dư. Chính vì vậy, nếu như đặt ẩn từng chất trong hỗn hợp và mol tham gia phản ứng thì chúng ta sẽ gặp rắc rối vì khối lượng ẩn quá lớn (có thể lên đến 9 –10 ẩn) trong khi dữ kiện của bài toán chỉ có từ 3 – 4. Như vậy, đối với dạng bài tập này, chúng ta cần sử dụng khéo léo và thuần thục các định luật bảo toàn như: Bảo toàn khối lượng, Bảo toàn nguyên tố và Bảo toàn e.
Chương II. THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI 1.Thuận lợi Năm học với sự đạo của ngành giáo dục nhằm thực hiện tốt chủ đề của năm học: “Tiếp tục đổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục”. Tiếp tục thực hiện các cuộc vận động: “Học tập và làm theo tấm gương đạo đức Hồ Chí Minh”; cuộc vận động “Mỗi thầy cô giáo là tấm gương đạo đức, tự học và sáng tạo”; Phong trào thi đua “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực” đã tạo tiền đề và khí thế mạnh mẽ ngay từ đầu năm học. Đội ngũ cán bộ giáo viên nhà trường và tổ bộ môn đảm bảo về số lượng và chất lượng, đáp ứng yêu cầu của cấp học. Giáo viên trong nhà trường luôn có trách nhiệm cao, say mê với nghề nghiệp và hết lòng yêu thương học sinh. Ngay từ đầu năm học, ban giám hiệu và tổ bộ môn đã có triển khai các kế hoạch, chỉ thị năm học; kiểm tra khảo sát theo bộ môn để phân loại đối tượng học sinh, từ đó có biện pháp phụ đạo học sinh yếu kém, bồi dưỡng học sinh khá giỏi. Có nhiều học sinh khá, giỏi đã có kĩ năng giải bài tập này theo phương pháp thông thường (đặt ẩn, lập hệ phương trình). 2. Khó khăn Đối tượng học sinh của trường phần đông là học sinh ở vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa nên không có nhiều điều kiện cả về kinh tế và thời gian cho việc học tập. Rất nhiều học sinh vẫn chưa hiểu được bản chất của các phản ứng . Chưa biết cách áp dụng các định luật bảo toàn vào giải toán, đặc biệt là bảo toàn electron trong phản ứng oxi hoá khử. Mỗi dạng bài tập có nhiều phương pháp làm, nhưng có 1 phương pháp hiệu quả nhất để giải quyết mà học sinh chưa tìm ra được. Thói quen của học sinh về giải toán hoá bao giờ cũng là viết phương trình hoá học, đặt ẩn, lập hệ phương trình. Phương pháp này chỉ phù hợp với những bài toán đơn giản, khi số ẩn và số phương trình đại số lập được bằng nhau. Mặt khác, với một câu hỏi trắc nghiệm khách quan trong đề thi thì việc giải nhanh bài toán này là vấn đề khá nan giải. Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.Phương pháp giải một số dạng bài tập điển hình Sau đây là một số các ví dụ theo mức độ từ cơ bản đến nâng cao kèm theo phân tích và định hướng tư duy giải. Lớp 8 sau bài điều chế Oxi ta co các bài sử dụng định luật bảo toàn khối lượng lên lớp 9 các dạng toán được nâng lên như sau: Ví du 1: Nhi ệt phân hoàn toàn 4,385 gam hỗn hợp A gồm KMnO 4 và KClO3 thu được m gam chất rắn B và 0,56 lít O2 (ở đktc). Tính m. Hướng dẫn giải
nO2 = 0,025 mol Theo ĐLBTKL ta có: = + →m = mA – mO2 = 4,385 0,025.32 = 3,585 (g) Ví du 2: Nung hỗn hợp A gồm KMnO 4 và KClO 3 đến khi phân hủy hoàn toàn thì thu được 21,65 gam hỗn hợp B gồm các chất rắn và 4,48 lít khí (ở đktc). Tính khối lượng mỗi chất trong A. Hướng dẫn giải nO2 = 0,2 mol Theo ĐLBTKL ta có: = + m →= 21,65 + 0,2.32 = 22,29 (g) Gọi x là số mol của KClO3 , y là số mol của KMnO4 2KClO3 2KCl+3O2 2KMnO4 K2MnO4 +MnO2 +O2 → 122,5x+158y = 22,29 1,5x+0,5y = 0,2 → x = 0,116 và y = 0,05 Vậy khối lượng của KClO3 là: 0,116. 122,5 = 14,25 (g) Vậy khối lượng của KMnO4 là: 0,05 . 158 = 7,9 (g) Nhận xét: V ới 2 bài toán cơ bản này ta chỉ cần dùng định luật bảo toàn khối lượng đơn giản sau đó đưa về bài toán hỗn hợp, đa số học sinh đại trà được hướng dẫn sẽ làm được dạng này. Phát triển bài toán: Đoạn đầu nhiệt phân thường định luật bảo toàn khối lượng. Nhưng bài toán được phát triển để xác định được lượng Oxi cần giải quyết thêm bài toán chất khí phía sau. Ta xét ví dụ 2 sau đây: Ví du 3 : Nhiệt phân 4,385 gam hỗn hợp A gồm KClO 3 và KMnO 4 thu được V lít khí B(đktc) và m gam chất rắn D gồm K2MnO4, MnO2 và KCl. Toàn bộ lượng khí B cho tác dụng hết với cacbon nóng đỏ thu được 0,896 lít hỗn hợp khí C có tỉ khối so với hidro là 1 6. (Bi ết thể tích khí ở đktc) a. Tính V và m. b. Tính % theo khối lượng của KMnO4 trong A. Hướng dẫn giải M z = 32 → trong h ỗn hợp khí chỉ gồm CO và CO 2. Gọi a là số mol của CO , b là số mol của CO2
→ a+b = 0,896 : 22,4 = 0,04(mol)(1) Ta có : 28a + 44 ba + b = 32 → 4a=12b ⇔ a : b = 3 ⇔ a−3b = 0(2) Từ ( 1 ) và ( 2 ) → a = 0,03 , b = 0,01 2C+ O 2 2CO C + O 2 CO 2 ΣnO2 = 0,032 + 0,01 = 0,025(mol) Vậy thể tích của O2 (đktc) là: V = 0.025 . 22,4 = 0,56 (l) Theo ĐLBTKL ta có: mA =mB + mD →m= m A – mB = 4,385 – 0,025.32 = 3,585 (g) Gọi x là số mol của KClO3 , y là số mol của K M nO 4 2KClO3 2KCl+3O 2 2K M nO 4 K2MnO 4 +MnO 2 + O 2 →122,5x+158y = 4,3851 1,5x+0,5y = 0,025 →{x = 0,01 , y = 0,02 → mKClO 3 = 1,225(g), mKMnO 4 = 3,16(g) %KClO3 = = 28% %KMnO4 = 72 % Ví du 4: Nung m gam hỗn hợp A gồm KMnO4 và KClO3 thu được chất rắn A1 và khí O2 ,lúc đó KClO3 bị phân hủy hoàn toàn, còn KMnO4 bị phân hủy không hoàn toàn.Trong hỗn hợp A1 có 0,894 gam KCl chiếm 8,132% về khối lượng.Trộn lượng O2 thu được ở trên với không khí theo tỷ lệ thể tích 1:3 trong một bình kín thu được hỗn hợp A2. Cho vào bình 0,528 gam Cacbon rồi đốt cháy hết cacbon thu được hỗn hợp khí A3 gồm ba khí trong đó CO2 chiếm 22,92% về thể tích.Tính m. Hướng dẫn giải Các phản ứng xảy ra khi nhiệt phân hỗn hợp A 2KClO3 2KCl +3O2 ↑ (1) 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑ (2) Sau khi trộn O2 với không khí ta có: ∑nO2 = a + 3a . 0,2 = 1,6a mol (∑nO2 (1)+(2) = a mol) Ta xét 2 trường hợp sau: Nếu O2 dư (1,6a>0,044mol) lúc đó chỉ xảy ra phản ứng đốt cháy cacbon trong Oxi C + O2 CO2 ∑nA3 = = 0,192mol O2 : (1,6a−0,044)mol
N2 : 2,4a mol CO2: 0,044mol → (1,6a − 0,044) + 2,4a + 0,044 = 0,192 → a = 0,048 mol(TM) Theo ĐLBTKL ta có: mA =mA1 + mO2 mA = + 0,048 . 32 = 12,53 gam b) Nếu O2 thiếu (1,6a10000C).Tuy nhiên khi giải toán ta có thể giả sử Cacbon cháy đồng thời ở 2 phản ứng tạo ra hỗn hợp khí gồm CO và CO2 mà không ảnh hưởng đến kết quả bài toán. Bởi vì thực chất ta dùng hai định luật bảo toàn nguyên tố và Oxi để giải quyết nên việc xem như vẫn thỏa mãn các định luật bảo toàn. C + O2 CO2 (3) 2C + O2 2CO (4) A3gồm: CO2 : bmol N2 : 2,4amol CO(0,044−b)mol → nO2 (3)+(4) = 1,6a = + b %CO2 = = a = 0,0204mol b = 0,0213mol Theo ĐLBTKL ta có: mA =mA1 + mO2 mA =+ 32 . 0,0204 = 11,646 gam Nhận xét: Với các ví dụ trên ta chỉ mới sử dụng định luật bảo toàn khối lượng ở giai doạn nhiệt phân và tính toán đối với khí Oxi (dùng điểu chế khí O 2 trong phòng thí nghiệm ). Ở giai đoạn sau hỗ hợp chất rắn X được cho vào HCl đặc (dùng điểu chế khí Cl2 trong phòng thí nghiệm ), những ví dụ sau sẽ tính toán cho giai đoạn này. Ví dụ 5 : Nhiệt phân KMnO4 một thời gian thu được 3,36lít khí (đktc) O2(đktc) và m gam hỗn hợp chất rắn X. Để hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X cần 3,4 mol HCl đặc đun nóng thu V lít khí Clo (đktc) .Tính V. Hướng dẫn giải Phân tích đề:
Sơ đồ phản ứng: KMnO4 Giải quyết vấn đề: Cách 1:Với bài này ta có thể giải theo phương pháp thông thường ta làm như sau: 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 0,15 mol 0,15 mol 0,15 mol 2K2MnO4 + 16 HCl 4KCl + 2MnCl2 + 4Cl2 + 8H2O. 0,15 mol1,2 mol 0,3mol MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O 0,15 mol 0,6 mol 0,15 mol 2KMnO4 + 16 HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O. 1,6 mol 0,25 mol Tổng số mol Cl2 là : 0,15 + 0,3 +0,25 = 0,95mol Thể tích khí Cl2 là: V = 0,95.22,4 = 21,28lit Với cách giải này ta phải viết nhiều phương trình. Cách 2: Dùng các định luật bảo toàn X phản ứng với HCl thì toàn bộ O trong X chuyển vào H + → H2O = 2 (X) = 3, 4 mol → nO(Y) = 1,7 mol → nO(bđ) = 1,7 +0,15.2 = 2 mol → nKMnO4 = 0,5 mol → nK = nMn = 0,5mol ĐLBT e: Chất khử Chất oxi hóa + 5e → 2 →O2 + 4e 0,5mol→2,5 0,15→0,6 mol 2→Cl2 +2e nCl2 = = 0,95 mol Nếu không dùng ĐLBT e ta có thể dùng ĐLBTNT cho Cl (x là số mol của Cl2) BTNT Cl : nCl(HCl) = nCl(trong muối) + nCl(Cl) → 3,4 = 0,5 + 0,5.2 + 2x → x = 0,95mol Thể tích khí Cl2 là: V = 0,95.22,4 = 21,28lit
Ví dụ 6 : Hỗn hợp X gồm 31, 6 gam KMnO4 và 73, 5 gam KClO3. Nung nóng X trong bình kín một thời gian thu được khí O2 và 93, 9 gam hỗn hợp rắn Y gồm KMnO4, K2MnO4 , MnO2 , KClO3 và KCl. Cho Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit Clohiđric 36, 50% (khối lượng riêng là 1, 18 g/ml) khi đun nóng. Tính thể tích dung dịch HCl cần dùng vừa đủ . Hướng dẫn giải Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: Hỗn hợp XH2O Gđ1: Bài toán cho khối lượng của hỗn hợp X và hỗn hợp Y, sử dụng ĐLBTKL để tìm số mol O2 Gđ2: Toàn bộ O trong Y chuyển vào H2O, sử dụng BTNT để tìm số mol HCl Giải quyết vấn đề: Từ dữ kiện ta có: nKMnO4 =0, 2mol , nKClO3=0, 6mol BTKL → nO2 ↑ = = 0, 35mol BTNT: (Y) = 0,2. 4+ 3.0 , 6 – 2. 0 , 35= 1,9 mol Toàn bộ O trong Y chuyển vào H2O : + H2O = 2 (Y) = 2.1,9 = 3, 8 mol → = = 322, 034 ml Nhận xét: Nếu viết PTPU và giải theo phương pháp thông thường thì phải viết 6 phương trình phản ứng mà chỉ có 3 dữ kiện để giải, vừa mất thời gian vừa không thể tìm kết quả nếu không dùng thêm các định luật bảo toàn. Khi học sinh chưa được hướng dẫn dùng các định luật bảo toàn các em không giải quyết được loại bài này. Nhiệt phân X: 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 2KClO3 2KCl + 3O2 Y tác dụng với axit HCl: KClO3 + 6HCl KCl + 3Cl2 + 3H2O. 2K2MnO4 +16 HCl 4KCl + 2MnCl2 + 4Cl2 + 8H2O. 2KMnO4 +16 HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O. MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O. Ví dụ 7 : Nhiệt phân hoàn toàn 22, 26 gam hỗn hợp X gồm KClO3 ; KMnO4 và KCl thu được 3, 36 lít khí O2 (đktc) và hỗn hợp Y gồm KCl; K 2MnO4 ; MnO2
trong đó KCl chiếm 51,203% về khối lượng. Hòa tan hết hỗn hợp Y cần dùng dung dịch HCl 32,85% (đun nóng) thu được dung dịch Z. Tính nồng độ phần trăm của KCl có trong dung dịch Z . Hướng dẫn giải Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: Hỗn hợp XZ Giải quyết vấn đề: Do phản ứng nhiệt phân hoàn toàn nên các phương trình phản ứng nhiệt phân hỗn hợp X là: 2KClO3→ 2KCl + 3O2 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 Gọi số mol KClO3; KMnO4 và KCl lần lượt là a, b, c mol Từ các dữ kiện của đầu bài, ta thu được hệ phương trình sau: BTKL → 122, 5a + 158b + 74, 5c = 22, 26 ∑nKCl = a + c = 0, 12 nO2 = 1, 5a + 0, 5b = 0, 15 → a = 0, 08mol b = 0, 06mol c = 0, 04 mol Cách 2 cho việc tìm số mol các chất trong hỗn hợp ban đầu khi dùng các định luật bảo toàn: BTKL → mY = 22, 26 − 0, 15 . 32 = 17, 46 gam → mKCl = 17, 46 . 0,51203 = 8,94 gam → nK2MnO4 = nMnO2 = = 0, 03 mol → nKMnO4 = 0, 06 mol → nKClO3 = 0,08mol → nKCl = 0, 04mol nHCl = 2 (0,08 . 3+ 0, 06 4 – 0,1515 . 2) = 0, 36mol Dùng ĐLBT e: + 5e → 0,06 + 6e → 0,08 2 →O2 + 4e 0,15
2→Cl2 +2e → nCl2 ↑ = = 0, 09mol Khối lượng dung dịch HCl là: m = = 40 gam Khối lượng dung dịch sau phản ứng: m = mY + mddHCl mCl = 17, 46 + 40 – 0, 09. 71 = 51, 02 gam C%KCl = = 26, 28% Ví dụ 8 : Trộn KMnO4, KClO3 với một lượng bột MnO2 trong bình kín thu được hỗn hợp rắn X. Lấy 52, 55gam X đem nung nóng, sau một thời gian thu được hỗn hợp rắn Y (trong đó KCl chiếm 36, 315% khối lượng)và V lít O2 . Biết rằng KClO3 nhiệt phân hoàn toàn. Sau đó, cho toàn bộ Y tác dụng hoàn toàn với HCl đặc, dư, đun nóng, sau phản ứng cô cạn dung dịch thu được 51, 275 gam hỗn hợp muối khan. Hiệu suất quá trình nhiệt phân KMnO4 là ? Hướng dẫn giải Các phản ứng xảy ra khi nhiệt phân hỗn hợp X là: 2KClO3 →2KCl + 3O2 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 mY = = 41, 03gam → nO2 = = 0, 36mol Hỗn hợp rắn Y => X Từ các dữ kiện của đề bài ta thu được hệ phương trình 3 ẩn sau: BTKL → 158x + 197y + 87z = 41, 03 − 14, 9 = 26, 13 BTNT O → 4x + 4y + 2z + 0, 36 . 2 = 4(x + 2y) + 0, 2 . 3 + 2(z − y) Khối lượng muối KCl và MnCl2 → 74,5 ( x + 2y )+ 126 ( x + y + z ) = 51, 275 − 14, 9 = 36, 375 x = 0, 03mol y = 0, 06mol z = 0, 11mol Hiệu suất nhiệt phân KMnO4 là: H = .100 = 80% Nhận xét: Với các ví dụ 5,6,7,8 nếu dùng phương pháp thông thường thì phải viết nhiều phương trình và không đủ dữ kiện để giải. giai đoạn cho vào HCl phức tạp nên dùng phương pháp bảo toàn electron, bảo toàn nguyên tố để tính toán.
Phát triển bài toán: Ngoài KMnO4 thì bài toán còn nhiệt phân những muối giàu Oxi như KClO3, Ca(ClO3)2 thì việc dùng các phương pháp bảo toàn cũng tương tự. Ngoài cách sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho O, H,Cl thì còn dùng định luật bảo toàn nguyên tố cho các nguyên tố khác như K. Ta xét ví dụ 9 và ví dụ 10 sau: Ví dụ 9 : Hỗn hợp X gồm KClO3 ,Ca(ClO3)2 ,CaCl2 và KCl có tổng khối lượng là 83, 68 gam. Nhiệt phân hoàn toàn X thu được 17, 472 lít O2 (đktc) và chất rắn Y gồm CaCl2 và KCl. Y tác dụng vừa đủ 0,36 lít dung dịch K2CO3 0,5M thu được dung dịch Z. Lượng KCl trong Z nhiều gấp 22/3 lần lượng KCl trong X . Phần trăm khối lượng KClO3 trong X là bao nhiêu. Hướng dẫn giải Phân tích đề: Sơ đồ phản ứng: Hỗn hợp X dd Z Giải quyết vấn đề: nO2 = = 0, 78mol BTKL: → m = mx mO= 83,68 – 0,78.32 = 58, 72gam nCaCl2 = nK2CO3 = 0,36.0,5 = 0, 18mol → mKCl = m mCaCl= 58,72 – 0,18.111 = 38, 74gam → nKCl(Y) = = 0, 12mol → nKCl = = 0, 88mol → nKCl(X) = = 0, 12mol BTNT (K) → nKClO3 = nKCl(Y) – nKCl(X) = 0, 52 − 0, 12 = 0, 4mol → %KClO3 == 58, 55% Ví dụ 10 : Hỗn hợp rắn E gồm KClO3, Ca(ClO2)2 , Ca(ClO2)2 , KCl. Nhiệt phân 27, 17 gam rắn E, sau một thời gian thu được chất rắn F và 2a mol khí X. Cho rắn F tác dụng với dung dịch chứa 0, 48 mol HCl, đun nóng thu được 3a mol khí Y và dung dịch G. Dung dịch G tác dụng tối đa với 220 ml dung dịch K 2CO3 0, 5M thu được dung dịch H và a mol khí Z. Lượng KCl trong dung dịch H nhiều gấp 3 lần lượng KCl trong rắn E. Phần trăm khối lượng của Ca(ClO3)2 có trong hỗn hợp rắn E là?. Hướng dẫn giải Vận dụng các định luật bảo toàn: electron. → 2(0, 24 + 3a) = 2a . 4 + 3a . 2 → a = 0, 06mol
K: bmol Cl: c mol BTKL → 39b + 35, 5c = 18, 45 b + 2 . (0, 11 − 0, 06) = c a = 0, 2mol b = 0, 3 mol BTNT → nKCl(H)= 0⏟, 11 . 2+ 0⏟, 2 = 0, 42mol → nKCl(A) == 0, 12mol → nKClO3 (E) = 0, 2 − 0, 14 = 0, 06mol Ca(ClO3)3 x mol Ca (ClO2) 2 y mol BTNT: Ca → x + y = 0, 11 − 0, 06 = 0, 05 BTNT: O → 6x + 4y = 0, 24 + 3 . 0, 06 − 0, 06 . 3 = 0, 24 x = 0, 02mol y = 0, 03mol Ca(ClO2)2% = . 100% = 19, 32% 2. Bài tập vận dụng Bài 1 : Nhiệt phân hoàn toàn 43,85 gam hỗn hợp X gồm KClO 3 và KMnO4, thu được O2 và m gam chất rắn Y gồm K2MnO4, MnO2 và KCl. Toàn bộ lượng O2 thu được cho tác dụng hết với cacbon nóng đỏ, thu được 8,96 lít (ở đktc) hỗn hợp khí Z (gồm CO và CO2) có tỉ khối so với H2 bằng 16. a) Tính m. b) Tính khối lượng của các chất trong X. c) Tính thể tích (ở đktc) khí Cl2 thu được khi cho 87,7 gam X (ở trên ) tác dụng hết với dung dịch axit HCl đặc, dư (có đun nóng). Bài 2: Nhiệt phân hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm KClO3 và KMnO4 , thu được khí Oxi và 8, 66 gam chất rắn. Dẫn lượng O2 ở trên qua Cacbon nóng đỏ thu được 2, 24 lít (đktc) hỗn hợp khí Y có tỷ khối so với Hydro bằng 17, 6. Hấp thụ hết Y vào dung dịch nước vôi trong dư, sau phản ứng thu được 4 gam kết tủa. Tính phần trăm khối lượng của các chất có trong hỗn hợp X. Bài 3: Nung m gam hỗn hợp X gồm KClO3 và KMnO4 thu được chất rắn Y. Trong Y có 1, 49 gam KCl chiếm 19, 893% theo khối lượng. Trộn lượng O2 ở trên với không khí theo tỉ lệ thể tích tương ứng là 1 : 4 thu được hỗn hợp khí Z. Đốt cháy hết 0, 528 gam cacbon bằng hỗn hợp Z thu được hỗn hợp khí T gồm 3 khí
O2, N2, CO2 trong đó CO2 chiếm 22% về thể tích. Biết trong không khí có 80% N2 và 20% O2. Giá trị của m là bao nhiêu. Bài 4 : Nung nóng 30, 005 gam hỗn hợp X gồm KMnO4 KClO3 và MnO2, sau một thời gian thu được khí O2 và 24, 405 gam chất rắn Y gồm K2MnO4 MnO2, KMnO4, KCl. Để hòa tan hoàn toàn Y cần vừa đủ 2, 0 lít dung dịch chứa HCl 0, 4M thu được 4, 844 lít khí Cl2 (đktc). Tính phần trăm khối lượng của các chất trong hỗn hợp X . Bài 5 : Nhiệt phân hỗn hợp X gồm KMnO4 và KClO3 một thời gian thu được O2 và 28, 33 gam chất rắn Y gồm 5 chất. Toàn bộ hỗn hợp rắn Y tác dụng tối đa với 1, 2 mol HCl đặc thu được khí Cl2 và dung dịch Z. Cho toàn bộ dung dịch Z tác dụng với một lượng dư dung dịch AgNO 3 vừa đủ thu được 66, 01 gam kết tủa. Tính phần trăm khối lượng của các chất trong hỗn hợp X . Bài 6 : Hỗn hợp X có khối lượng 82, 3 gam gồm KClO3, Ca(ClO3)2, CaCl2 và KCl. Nhiệt phân hoàn toàn X thu được 13, 44 lít O2 (đktc). Chất rắn Y gồm CaCl2 và KCl. Toàn bộ Y tác dụng vừa đủ với 0, 3 lít dung dịch K2CO3 1M, thu được dung dịch Z. Lượng KCl trong Z nhiều gấp 5 lần lượng KCl trong X. Phần trăm khối lượng của KCl có trong X là bao nhiêu? Bài 7: Cho 20,14 gam hỗn hợp rắn X gồm Ca(ClO 3)2 , KClO3 (x mol) và CaCl2 vào dung dịch HCl đun nóng (dùng dư), thu được dung dịch Y và 0, 24 mol khí Cl2. Dung dịch Y tác dụng vừa đủ với dung dịch K2CO3, thấy thoát ra 0, 12 mol khí CO 2; đồng thời thu được 12, 0 gam kết tủa và dung dịch Z chứa y mol KCl. Tỉ lệ của x : y là bao nhiêu. Bài 8: Cho 0, 14 mol hỗn hợp X có khối lượng là 20, 75(gam) gồm KMnO4, KClO3 , Ca(ClO3)2 , MnO2 nung nóng sau một thời gian thu được m gam chất rắn A và xmol khí O2 . Cho A tác dụng vừa đủ với 0, 88 mol HCl đun nóng thấy thoát ra y(mol) khí Cl2. Trộn x với y rồi cho tác dụng với 0, 2 mol Fe và 0, 2 mol Mg thu được hỗn hợp rắn C chỉ gồm các oxit và muối, không thấy có khí thoát ra. C tác dụng vừa đủ với 7, 3 gam HCl được dung dịch D. Biết D tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thì thu được 139, 595 gam kết tủa. Tính phần trăm khối lượng KMnO4 có trong hỗn hợp X. : Nung nóng hỗn hợp gồm 6 32 gam KMnO và 4 14 gam Ca(ClO ) một Bài 9 , 4 , 3 2 thời gian thu được 8 86 , gam hỗn hợp chất rắn Y . Cho Y tác dụng với dung dịch HCl đặc dư đun nóng lượng khí Clo sinh ra cho hấp thụ vào 600 ml dung dịch chứa NaOH 0, 5 M đun nóng thu được dung dịch Z . Cô cạn dung dịch Z thu được m gam chất rắn khan. Giá trị gần nhất với m là: 3. Kết quả và bài học kinh nghiệm 2.1. Kết quả
Trong khi giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi và ôn thi đại học tôi đó có rất nhiều trăn trở khi dạy phần hỗn hợp sắt và hợp chất của sắt. Tôi nhận thấy kể cả đề thi học sinh giỏi và đề thi đại học số lượng câu hỏi về sắt và hợp chất sắt luôn chiếm một tỉ lệ nhất định và đặc biệt là những bài toán kinh điển. Trên thực tế như vậy, tôi đã mạnh dạn đưa các phương pháp giải dạng bài tập này vào và qua giảng dạy tôi thấy học sinh nắm vấn đề tương đối nhẹ nhàng và có hiệu quả rõ rệt không những chỉ ở những học sinh khá giỏi mà một số học sinh trung bình đã tiếp cận và áp dụng được ở một số bài tập. Tôi đã hướng dẫn cách làm này cho nhiều lớp học sinh và thu được kết quả rất đáng mừng. Với kiểu bài này, học sinh khá giỏi chỉ làm trong khoảng từ 1 đến 2 phút/câu tuỳ theo tính chất đơn giản hay phức tạp của đề bài. Trong thời gian thử nghiệm năm học 2019 – 2020 tôi đã thu được những kết quả nhất định, được thể hiện thông qua các lớp như sau: a) Trước khi thử nghiệm Tiến hành làm bài kiểm tra trắc nghiệm trên phiếu học tập bao gồm 5 bài tập trong thời gian 30 phút thu được kết quả như sau: Lớp Sĩ số Giỏi Khá Trung bình Yếu, kém 9A 33 0 5 7 21 9C 34 2 3 6 27 Cộng 70 2 8 13 48 Tỉ lệ (%) 1,4 11,4 18,6 68,6 b) Sau khi thử nghiệm Tiến hành làm bài kiểm tra trắc nghiệm trên phiếu học tập bao gồm 5 bài tập trong thời gian 30 phút thu được kết quả như sau: Lớp Sĩ số Giỏi Khá Trung bình Yếu, kém 9A 33 5 12 8 3 9C 34 10 14 9 5 Cộng 67 15 26 17 8 Tỉ lệ (%) 27,2 37,1 24,3 11,4 Sau khi học sinh nắm được phương pháp trên thì các bài tập về KMnO 4 không còn là vấn đề trở ngại cho học sinh đại trà và thi học sinh giỏi. Đây là kết quả đáng mừng và chúng ta chắc chắn rằng số học sinh khá giỏi, kể cả học sinh diện trung bình sẽ không bỏ qua dạng bài này khi gặp trong các kỳ thi. 2.2. Bài học kinh nghiệm Trong quá trình thực hiện đề tài này, tôi đã đúc kết ra một số bài học kinh nghiệm như sau:
Phát huy tinh thần tự học, tự bồi dưỡng nhằm nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ của người thầy. Ban lãnh đạo trường cần có phương án kiểm tra, đánh giá, khích lệ cụ thể. Có ý thức trách nhiệm cao đối với học sinh, đặt việc giảng dạy cho học sinh là tầm quan trọng hàng đầu trong sự nghiệp giáo dục. Người thầy phải biết tạo cho học sinh sự hứng thú, niềm đam mê vào việc học tập bộ môn hoá học. Hay nói cách khác, người thầy phải là người truyền lửa để thắp sáng tâm hồn và trái tim của các thế hệ học sinh Phần quan trọng nhất trong quá trình áp dụng phương pháp này là giúp học sinh định hướng được dạng bài tập, tìm ra bản chất của vấn đề để rút ngắn thời gian giải bài tập. Đó cũng là động lực để tôi hoàn thành đề tài này.
PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua nghiên cứu và áp dụng cho đối tượng học sinh lớp 8,9 trường tôi nhận thấy: Dạng bài tập về KMnO4 có vai trò rất quan trọng trong chương trình hóa học . Thông qua việc giải bài tập hóa học KMnO4, học sinh củng cố và nắm vững được các khái niệm cũng như các tính chất của chất của KMnO4 và các hợp chất giàu Oxi dễ bị phân hủy. Căn cứ vào thực trạng học tập của học sinh và công tác bồi dưỡng học sinh giỏi hiện nay, tôi nghĩ rằng người giáo viên cần phải nỗ lực nghiên cứu, tham khảo, trao đổi kinh nghiệm để tìm ra phương pháp tối ưu nhất để giảng dạy hướng dẫn học tập tích cực, rèn luyện óc tư duy sáng tạo và có lòng đam mê yêu thích đối với môn học. Trên đây là những kinh nghiệm mà tôi đã tích luỹ được trong quá trình giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giỏi. Vì thời gian có hạn và kinh nghiệm bản thân chưa nhiều nên chắc chắn đề tài này sẽ có nhiều điều cần bổ sung. Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các cấp lãnh đạo và bạn bè đồng nghiệp để đề tài này được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hương Sơn, ngày 20 tháng 2 năm 2020 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Phạm Văn Hoan, Từ Vọng Nghi, Đỗ Đình Rãng, Nguyễn Phú Tuấn, Hóa học 12 ban cơ bản – NXB Giáo dục, 2007. Nguyễn Xuân Trường (Chủ biên), Từ Ngọc Ánh, Phạm Văn Hoan, Bài tập Nguyễn Thanh Khuyến, Phương pháp giải toán Hóa học vô cơ – NXB Giáo dục, 1998. Nguyễn Cương (Chủ biên), Nguyễn Mạnh Dung, Nguyễn Thị Sửu, Phương pháp dạy học Hóa học, NXB Giáo dục, 2001.
Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lí thuyết các phản ứng hóa học – NXB Giáo dục, 2008. Phạm Ngọc Bằng (Chủ biên), Vũ Khắc Ngọc, Hoàng Thị Bắc, Tử Sĩ Chương, Lê Thị Mỹ Trang, Hoàng Thị Hương Giang, Võ Thị Thu Cúc, Lê Phạm Thành, Khiếu Thị Hương Chi, 16 phương pháp và kĩ thuật giải nhanh bài tập trắc nghiệm môn Hóa học – NXB Đại học Sư phạm, 2010. MỤC LỤC Nội dung Trang PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 Đối tượng và phạm vi 3. nghiên 1 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 6. Thời gian nghiên cứu 2 PHẦN THỨ HAI: NỘI DUNG 3 Chương I: CƠ SỞ LÝ LUẬN 3 1. Các định luật cần vận dụng 3 2. Tổng quan về bài tập KMnO4 3 Chương II: THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI 5 1. Thuận lợi 5 2. Khó khăn 6 Chương III: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 6 1. Phương pháp giải một số dạng bài tập điển hình 6 2.Bài tập vận dụng 20 3. Kết quả và bài học kinh nghiệm 22 PHẦN BA: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25