Đề tài Sử dụng phương pháp thăng bằng electron để giải bài tập phản ứng oxi hoá - Khử

c giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng. Ngoài việc rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động; bài tập hoá học còn được dùng để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng về hoá học. Thông qua giải bài tập, giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tập. Với hình thức thi trắc nghiệm, học sinh thường mất nhiều thời gian khi giải những bài tập tính toán. Để giải quyết vấn đề đó cần tìm ra những phương pháp giải nhanh nhằm tiết kiệm thời gian cho học sinh.
Việc giải bài tập hoá học - vấn đề quan trọng nhất là hiểu kĩ năng hoá học (lý thuyết hoá học). Có những bài tập hoá học có rất nhiều quá trình hoá học xảy ra mà học sinh thường không để ý đến, vì thế sẽ viết thiếu hoặc viết sai phương trình phản ứng với lý do không biết tạo ra sản phẩm gì.
Trước thực trạng đó và qua quá trình giảng dạy, và tham khảo nhiều tài liệu, tôi đã tích luỹ được một số phương pháp giải bài tập hoá học. Việc vận dụng phương pháp thăng bằng electron để giải nhanh một số bài tập hoá học đã tỏ ra có nhiều ưu điểm, đặc biệt là khi các kỳ thi ngày nay đã chuyển đổi sang phương pháp trắc nghiệm khách quan. 
Chính vì vậy, tôi viết sáng kiến “Sử dụng phương pháp thăng bằng electron để giải bài tập phản ứng oxi hoá - khử (Phương pháp bảo toàn electron)”. Thông qua đó tôi muốn giới thiệu với các thầy cô giáo và học sinh một trong những phương pháp giải bài tập hoá học rất có hiệu quả. Vận dụng được phương pháp này sẽ giúp cho quá trình giảng dạy và học tập môn hoá học được thuận lợi hơn rất nhiều, nhanh chóng có kết quả để trả lời câu hỏi trắc nghiệm khách quan.
II. PHẠM VI ÁP DỤNG:
Sáng kiến được áp dụng trong những dạng toán về phản ứng oxi hoá - khử trong các chất vô cơ.
Bài toán sử dụng phương pháp thăng bằng electron có nhiều dạng, tuy nhiên có năm dạng chủ yếu là:
	+ Dạng 1: Xác định các sản phẩm oxi hoá - khử
	+ Dạng 2: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch axit tạo hỗn hợp khí
	+ Dạng 3: Hỗn hợp kim loại tác dụng hỗn hợp muối.
	+ Dạng 4: Nhiều phản ứng xảy ra đồng thời
	+ Dạng 5: Phản ứng nhiệt nhôm
Các dạng toán trên nhìn chung đều là các trường hợp hỗn hợp kim loại (hoặc hợp chất của kim loại) tác dụng với axit giải phóng hỗn hợp khí và trường hợp bài tập về sắt qua nhiều trạng thái số oxi hoá.
Sáng kiến này được áp dụng tại lớp 10A1 Trường THPT Yên thuỷ C năm học 2009 -2010.
 Sáng kiến được viết dựa trên cơ sở giải một số ví dụ điển hình bằng phương pháp đại số thông thường và phương pháp thăng bằng electron. Tổ chức giảng dạy ở lớp 10A1, đánh giá việc vận dụng phương pháp này sau khi học sinh đã được học tập. So sánh kết quả làm bài với một lớp khác không được giới thiệu vận dụng phương pháp này. Trên cơ sở kết quả thu được, đánh giá được ưu điểm và khái quát thành phương pháp chung cho một số dạng bài tập hoá học có thể giải bằng phương pháp này
NỘI DUNG
I. CƠ SỞ KHOA HỌC
Cơ sở khoa học của phương pháp theo nguyên tắc: Trong phản ứng oxi hoá - khử tổng số electron do chất khử nhường = Tổng số electron do chất oxi hoá nhận.
=> Tổng số mol electron mà các phân tử chất khử nhường = Tổng số mol electron mà các phân tử chất oxi hoá nhận (số mol electron nhường = số electron nhường x số mol chất nhường; số mol electron nhận = số electron nhận x số mol chất nhận).
Dựa trên nguyên tắc này mà ta có thể giải nhanh được một số dạng toán nêu trên, mà nếu dùng phương pháp đại số thông thường sẽ lâu hơn.
Khi áp dụng phương pháp này ta chỉ cần nhận định đúng trạng thái đầu và trạng thái cuối của các chất oxi hoá và chất khử, thậm chí không cần quan tâm đến việc viết phương trình phản ứng hoá học.
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐIỂN HÌNH:
1. Dạng 1: Xác định các sản phẩm oxi hoá - khử:
	Ví dụ 1: Hoà tan hết 2,16 gam FeO trong HNO3 đặc. Sau một thời gian thấy thoát ra 0,224 lít khí X (đktc) là sản phẩm khử duy nhất, biết X có chứa N. Xác định X?
Giải
	Khí X có chứa N, gọi khí X có dạng NxOy
	Theo bài ra ta có:
2+
	nFeO = ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
FeO 	+	HNO3 à	Fe(NO3)3	+	NxOy	+ H2O
=> quá trình nhường:
	Fe - 1e -> Fe	-> số mol electron: 0,03
=> quá trình nhận:
	xN + (5x -2y)e -> N
Theo phương trình thăng bằng electron: 0,01.(5x – 2y) = 0,03
x =1; y =1 (nhận)
x = 2; y = 2,5 (loại)
Vậy X là NO.
2. Dạng 2: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch axit tạo hỗn hợp khí.
	Ví dụ 2: Cho 4,6 gam hỗn hợp Al và Zn tác dụng hết với HNO3 thu được 3,36 lít hỗn hợp NO và NO2 (đktc) có .... Tính thành phần % khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp.
Giải
* Nếu giải bài toán trên theo phương pháp đại số thông thường, học sinh khó viết được phương trình phản ứng, gây lúng túng khi làm bài
* Áp dụng phương pháp bảo toàn electron:
	Gọi số mol NO và NO2 lần lượt là a và b
......
Theo thăng bằng electron: 3x + 2y = 0,25	(1)
Theo khối lượng hỗn hợp: 27 x + 65 y = 4,6	(2)
Giải (1) và (2) => x = y = 0,05
....
3. Dạng 3: Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp muối.
	Ví dụ: Cho hỗn hợp gồm 0,05 mol Fe và 0,03 mol Al vào 100 ml dung dịch chứa AgNO3 và Cu(NO3)2, khuấy kĩ tới phản ứng hoàn toàn thu được 12,3 gam chất rắn gồm 3 kim loại. Hoà tan chất rắn đó bằng dung dịch HCl thu được 0,672 lít H2 (đktc). Tính nồng độ CM của AgNO3 và Cu(NO3)2 trong hỗn hợp ban đầu. Biết hiệu suất phản ứng đạt 100%
Giải
* Nếu giải ví dụ trên theo phương pháp đại số thông thường sẽ phải viết 5 đến 7 phương trình phản ứng hoá học và giải hệ phương trình 4 ẩn rất khó khăn, mất nhiều thời gian, thậm chí còn nhầm lẫn trong quá trình thành lập hệ phương trình.
* Giải theo phương pháp thăng bằng electron:
.......
Vì Al hoạt động hơn Fe nên chất rắn thu được gồm: Ag, Cu và Fe dư
Gọi x, y lần lượt là số mol AgNO3 và Cu(NO3)2 
...
Lượng Fe dư sẽ phản ứng với HCl nên ta dễ dàng suy ra nFe dư = 0,03 mol
Mặt khác theo bảo toàn khối lượng ta có: 108x + 64y = 8,12 – 56. 0,03 = 6,64 (1)
Theo thăng bằng electron ta có: x + 2y + 0,06 = 0,19 	(2)
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: x =0,05; y = 0,03
....
4. Dạng 4: Nhiều phản ứng xảy ra đồng thời
	Ví dụ:Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 ở nhiệt độ cao, sau một thời gian người ta thu được 6,72 gam hỗn hợp A gồm 4 chất khác nhau. Đem hoà tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO3 dư thấy tạo thành 0,448 lít khí B duy nhất (đktc) có tỉ khối so với H2 bằng 15. Tính m?
* Nếu giải ví dụ trên theo phương pháp đại sô thì rất khó khăn bởi vì rất khó lập luận để viết đúng phương trình phản ứng hoá học
* Theo phương pháp thăng bằng electron:
	Ta có MB = 15 .2 = 30	=> B là NO	.......
Trong bài toán này ta nhận thấy Fe không bị thay đổi số oxi hoá mặc dù có nhiều phản ứng xảy ra và qua nhiều giai đoạn đối với nguyên tử Fe. (Trạng thái ban đầu là +3 trong Fe2O3, trạng thái cuối cũng là +3 trong Fe(NO3)3). CO là chất khử, HNO3 là chất oxi hoá. 
Đặt số mol của CO là x...............
Theo thăng bằng electron: 2x = 0,06 -> x = 0,03
PTPƯ:	Fe2O3 + CO -> A + CO2 
Theo bảo toàn khối lượng ta có: 
	mFe2O3 + mCO = mA + mCO2 
m = mFe2O3 = mA + mCO2 – mCO
 = 6,72 + 44.0,03 – 28.0,03 = 7,2 gam
5. Dạng 5: Phản ứng nhiệt nhôm.
	Ví dụ: Trộn 0,54 gam bột Al với hỗn hợp bột Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí một thời gian, thu được hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hoàn toàn X trong HNO3 đặc, nóng dư thì thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Tính V?
Giải
*Nếu giải theo phương pháp thông thường sẽ gặp rất nhiều khó khăn vì: 
- Phản ứng này chưa hoàn toàn do đó có rất nhiều sản phẩm, vì vậy người giải phải viết rất nhiều phương trình phản ứng
- Số ẩn số cần đặt lớn trong khi bài toán chỉ cho một dữ kiện
* Theo phương pháp thăng bằng electron:
//////
Xét toàn bộ quá trình chỉ có Al và N trong HNO3 có sự thay đổi số oxi hoá, do đó chỉ cần viết hai quá trình.
Đặt số mol NO2 là x:................
Theo thăng bằng số mol electron => x = 0,06
=> .........................
III. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM:
IV. TỔ CHỨC THỰC HIỆN
Với nội dung phương pháp như đã trình bày ở trên, tôi đã áp dụng giảng dạy ở các lớp khối 12 và thu được kết quả rất tốt.
Học sinh lớp 12A1 được giới thiệu phương pháp đồ thị, còn học sinh lớp 12A2 chỉ được giới thiệu phương pháp truyền thống.
Đề bài kiểm tra TNKQ (trích):
Câu1. Cho V lít (đktc) khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào 450 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M thì thu được 15,76 gam kết tủa. Giá trị của V là:
	A. 1,792 lít.	B. 2,24 lít.	C. 2,016 lít.	D. A và B.
Câu 2. Cho m gam Na tan hết trong 100 ml dung dịch Al2(SO4)3 0,2M. Sau phản ứng thu được 0,78 gam kết tủa. Giá trị của m là:
	A. 0,69 gam.	B. 2,76 gam.	C. 2,45 gam.	D. 1,69 gam.
Câu 3. Rót từ từ dung dịch HCl 0,1M vào 200 ml dung dịch KAlO2 0,2M. Sau phản ứng thu được 1,56 gam kết tủa. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là:
	A. 0,2 và 1 lít. 	B. 0,4 và 1 lít.	C. 0,2 và 0,8 lít.	D. 0,4 và 1 lít.
Câu 4. Rót từ từ dung dịch Ba(OH)2 0,2M vào 150 ml dung dịch AlCl3 0,04M đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất, nhỏ nhất. Thể tích dung dịch Ba(OH)2 đã dùng tương ứng là:
A. 45 và 60 ml.	B. 60 và 45 ml.	C. 90 và 120 ml. 	D. 45 và 90 ml.
Kết quả chọn được số phương án đúng:
Tổng HS
Giỏi
Khá
Trung bình
Yếu
Lớp 12A1
42
Lớp 12A2
42
Ngoài những lần kiểm tra, đánh giá lấy kết quả để so sánh như trên, tôi đã theo dõi, so sánh trực tiếp trong bài giảng thông qua các câu hỏi vấn đáp. Mức độ nắm vững bài, biết vận dụng kiến thức của học sinh 2 lớp đều có kết quả tương tự như bài kiểm tra TNKQ.
Như vậy, với việc vận dụng phương pháp đồ thị trong toán học để giải một số bài tập hoá học chắc chắn là một trong những phương pháp mang lại hiệu quả cao trong quá trình giảng dạy cũng như học tập môn hoá. 
KẾT LUẬN
Quá trình giảng dạy ở năm học vừa qua, đặc biệt là khi việc kiểm tra, đánh giá học sinh chuyển sang hình thức kiểm tra TNKQ, tôi nhận thấy:
- Kiến thức của học sinh ngày càng được củng cố và phát triển sau khi hiểu nắm vững được bản chất của các quá trình hoá học. 
- Trong quá trình tự học, học sinh tự tìm tòi, phát hiện được nhiều phương pháp khác nhau trong