Sáng kiến kinh nghiệm Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh các bài toán hoá học ở trường THCS

tôi thấy phương pháp giải toán hoá học thực sự là cần thiết đối với học sinh bậc THCS nói riêng và học sinh phổ thông nói chung.
II. Nội dung.
1. Những yêu cầu chung về phương pháp giải toán Hoá học.
Khi giải bài toán Hoá học cần phải chú ý không những chỉ mặt tính toán mà phải chú ý đến bản chất Hoá học của bài toán. Hoá học nghiên cứu về chất và những biến đổi của chất. Chất và sự biến đổi của chất được xem xét cả về mặt định tính cũng như định lượng. Bởi vậy, giải bài toán Hoá học bao gồm 2 phần: Phần Hoá học và phần toán học. 
Thiếu hiểu biết đúng về mặt Hoá học thì không thể giải đúng được bài toán Hoá học. Do đó, sự thống nhất giữa hai mặt định tính và định lượng của các hiện tượng Hoá học là cơ sở phương pháp luận việc giải bất kỳ một bài toán Hoá học nào. Kinh nghiệm đã chỉ rõ rằng, không ít học sinh khi giải toán Hoá học chỉ tập trung chú ý vào mặt tính toán, ít chú ý đến phân tích nội dung Hoá học, dẫn dến tình trạng tính toán dài dòng, đôi khi dẫn đến những kết quả phi lý.
Có thể nêu lên các bước chung sau đây cho việc giải một bài toán Hoá học.
Bước 1: 
- Đọc kỹ đầu bài, có thể phải đọc đi đọc lại để nắm vững các dữ kiện của bài toán Hoá học. Những điều đã biết, những điều cần phải tìm lời giải.
- Ghi vắn tắt đầu bài toán làm 2 phần riêng biệt trên trang giấy hoặc phía trái, phía phải hoặc phần trên, phần dưới theo sơ đồ: Phía trái hoặc phần trên ghi những điều đã biết, phía phải hoặc phần dưới ghi những điều cần tìm. Những điều chưa biết cần tìm phải đánh dấu hỏi.
Trong phần ghi tóm tắt cần phải triệt để sử dụng các ký hiệu, công thức và phương trình Hoá học sao cho nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và dễ dàng theo dõi để tìm ra các mối liên quan cần thiết cho việc tìm kiếm cách giải.
Bước 2: Phân tích kỹ bài toán để tìm ra 2 nội dung đâu là nội dung Hoá học đâu là nội dung toán học. Đối với nội dung Hoá học thì cần sử dụng các kiến thức nào, công thức hay phương trình Hoá học (PTHH). Đối với nội dung toán học thì cần phải sử dụng các kiến thức về số học hay đại số.
Bước 3: Suy nghĩ tìm ra phương pháp giải bài toán. Trước hết cần phân tích xem bài toán thuộc dạng nào, tức là quy về các dạng quen biết, đã được học cách giải, thông thường khi giải một bài toán Hoá học cần phải phân tích kỹ mặt định tính sau đó mới bắt tay vào việc tính toán. Chỉ khi nào mặt Hoá học đã được hiểu rõ mới được chuyển sang tính toán.
Khi giải các bài tập về công thức Hoá học (CTHH) thì phải vận dụng các kiến thức về cấu tạo chất và định luật thành phần không đổi của chất.
 Khi giải các bài tập về PTHH thì cần phải nhớ lại các khái niệm về PTHH, Viết đúng, cân bằng đúng phương trình và vận dụng định luật bảo toàn khối lượng các chất trong tính toán. Khi cần tính toán định lượng về chất thì phải nhớ lại các kiến thức về khối lượng phân tử, khối lượng nguyên tử, mol, khối lượng mol, thể tích mol, số Avogađrô. Sau khi đã nắm vững, hiểu rõ và giải được phần Hoá học thì việc chuyển sang phần tính toán đối với học sinh sẽ không có khó khăn gì.
Bước 4: Tìm lời giải bằng cách tính toán Toán học. Bước này đòi hỏi vận dụng kỹ năng tính toán cụ thể, cũng có thể kèm theo thực nghiệm nếu bài toán đòi hỏi.
Bước 5: Kiểm tra kết quả tính toán, đối chiếu với lời giải (đáp án) với yêu cầu của câu hỏi bài toán. Biện luận và khẳng định đáp án. 
Có thể sơ đồ hoá các bước giải bài toán Hoá học như sau:
Đề bài toán
Ghi
tóm tắt
dữ kiện
bài toán
Nghiên cứu kỹ bài toán
Phân tích đề bài toán 
Phần giải
về
Hoá học
Chọn phương pháp giải
Giải bài toán (tính toán)
Lời giải 
(đáp án)
Phân tích lời giải (đáp án)
Phần
giải
bằng
tính
toán
toán
học
ơ
 2. Một số phương pháp giúp học sinh giải nhanh các bài toán Hoá học thường gặp ở trường THCS.
Gồm các phương pháp.
Phương pháp 1: áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng.
Phương pháp 2: dựa vào sự tăng, giảm khối lượng.
Phương pháp 3: Chuyển bài toán hỗn hợp thành bài toán chất tương đương.
Nội dung cụ thể.
1/ Phương pháp 1: áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng.
Nguyên tắc: Trong phản ứng hoá học, các nguyên tố và khối lượng của chúng được bảo toàn.
Từ đó suy ra:
+ Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành.
+ Tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng.
Phạm vi áp dụng: Trong các bài toán xảy ra nhiều phản ứng, lúc này đôi khi không cần thiết phải viết các phương trình phản ứng và chỉ cần lập sơ đồ phản ứng để thấy mối quan hệ tỉ lệ mol giữa các chất cần xác định và những chất mà đề cho.
Bài 1. Cho một luồng khí clo dư tác dụng với 9,2g kim loại sinh ra 23,4g muối kim loại hoá trị I. Hãy xác định kim loại hoá trị I và muối kim loại đó.
Hướng dẫn giải:
Đặt M là KHHH của kim loại hoá trị I.
PTHH: 2M + Cl2 2MCl
 2M(g) (2M + 71)g
 9,2g 23,4g
ta có: 23,4 x 2M = 9,2(2M + 71)
suy ra: M = 23.
Kim loại có khối lượng nguyên tử bằng 23 là Na.
Vậy muối thu được là: NaCl
Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 3,22g hỗn hợp X gồm Fe, Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 loãng, thu được 1,344 lit hiđro (ở đktc) và dung dịch chứa m gam muối. Tính m?
Hướng dẫn giải:
PTHH chung: M + H2SO4 MSO4 + H2 
nHSO = nH= = 0,06 mol
áp dụng định luật BTKL ta có:
mMuối = mX + m HSO- m H= 3,22 + 98 * 0,06 - 2 * 0,06 = 8,98g
Bài 3: Có 2 lá sắt khối lượng bằng nhau và bằng 11,2g. Một lá cho tác dụng hết với khí clo, một lá ngâm trong dung dịch HCl dư. Tính khối lượng sắt clorua thu được.
Hướng dẫn giải:
PTHH:
2Fe + 3Cl2 2FeCl3 (1)
Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (2)
Theo phương trình (1,2) ta có:
nFeCl = nFe = = 0,2mol nFeCl = nFe = = 0,2mol
 Số mol muối thu được ở hai phản ứng trên bằng nhau nhưng khối lượng mol phân tử của FeCl3 lớn hơn nên khối lượng lớn hơn.
mFeCl= 127 * 0,2 = 25,4g mFeCl= 162,5 * 0,2 = 32,5g 
2/ Phương pháp 2: dựa vào sự tăng, giảm khối lượng.
Nguyên tắc: So sánh khối lượng của chất cần xác định với chất mà giả thiết cho biết lượng của nó, để từ khối lượng tăng hay giảm này, kết hợp với quan hệ tỉ lệ mol giữa 2 chất này mà giải quyết yêu cầu đặt ra.
Phạm vị sử dụng: Đối với các bài toán phản ứng xảy ra thuộc phản ứng phân huỷ, phản ứng giữa kim loại mạnh, không tan trong nước đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối phản ứng, ...Đặc biệt khi chưa biết rõ phản ứng xảy ra là hoàn toàn hay không thì việc sử dụng phương pháp này càng đơn giản hoá các bài toán hơn.
Bài 1: Nhúng một thanh sắt và một thanh kẽm vào cùng một cốc chứa 500 ml dung dịch CuSO4. Sau một thời gian lấy hai thanh kim loại ra khỏi cốc thì mỗi thanh có thêm Cu bám vào, khối lượng dung dịch trong cốc bị giảm mất 0,22g. Trong dung dịch sau phản ứng, nồng độ mol của ZnSO4 gấp 2,5 lần nồng độ mol của FeSO4. Thêm dung dịch NaOH dư vào cốc, lọc lấy kết tủa rồi nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi , thu được 14,5g chất rắn. Số gam Cu bám trên mỗi thanh kim loại và nồng độ mol của dung dịch CuSO4 ban đầu là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải: PTHH
Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu ( 1 )
Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu ( 2 )
Gọi a là số mol của FeSO4 
Vì thể tích dung dịch xem như không thay đổi. Do đó tỉ lệ về nồng độ mol của các chất trong dung dịch cũng chính là tỉ lệ về số mol.
Theo bài ra: CM (ZnSO) = 2,5 CM (FeSO). Nên ta có: nZnSO= 2,5 nFeSO
Khối lượng thanh sắt tăng: (64 - 56)a = 8a (g)
Khối lượng thanh kẽm giảm: (65 - 64)2,5a = 2,5a (g)
Khối lượng của hai thanh kim loại tăng: 8a - 2,5a = 5,5a (g)
Mà thực tế bài cho là: 0,22g
Ta có: 5,5a = 0,22 a = 0,04 (mol)
Vậy khối lượng Cu bám trên thanh sắt là: 64 * 0,04 = 2,56 (g)
và khối lượng Cu bám trên thanh kẽm là: 64 * 2,5 * 0,04 = 6,4 (g)
Dung dịch sau phản ứng 1 và 2 có: FeSO4, ZnSO4 và CuSO4 (nếu có)
Ta có sơ đồ phản ứng:
 NaOH dư t, kk
FeSO4 Fe(OH)2 Fe2O3
 a a (mol)
mFeO = 160 x 0,04 x = 3,2 (g)
 NaOH dư t
CuSO4 Cu(OH)2 CuO
 b b b (mol)
mCuO = 80b = 14,5 - 3,2 = 11,3 (g) b = 0,14125 (mol)
Vậy nCuSO ban đầu = a + 2,5a + b = 0,28125 (mol)
 CM CuSO = = 0,5625 M
Bài 2: Nhúng một thanh sắt nặng 8 gam vào 500 ml dung dịch CuSO4 2M. Sau một thời gian lấy lá sắt ra cân lại thấy nặng 8,8 gam. Xem thể tích dung dịch không thay đổi thì nồng độ mol/lit của CuSO4 trong dung dịch sau phản ứng là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Số mol CuSO4 ban đầu là: 0,5 x 2 = 1 (mol)
PTHH
Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu ( 1 )
1 mol 1 mol
56g 64g làm thanh sắt tăng thêm 64 - 56 = 8 gam
 Mà theo bài cho, ta thấy khối lượng thanh sắt tăng là: 8,8 - 8 = 0,8 gam
Vậy có = 0,1 mol Fe tham gia phản ứng, thì cũng có 0,1 mol CuSO4 tham gia phản ứng.
 Số mol CuSO4 còn dư : 1 - 0,1 = 0,9 mol. Ta có CM CuSO = = 1,8 M
Bài 3: Dẫn V lit CO2 (đktc) vào dung dịch chứa 3,7 gam Ca(OH)2. Sau phản ứng thu được 4 gam kết tủa. Tính V?
Hướng dẫn giải:
Theo bài ra ta có:
Số mol của Ca(OH)2 = = 0,05 mol
Số mol của CaCO3 = = 0,04 mol
PTHH
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
Nếu CO2 không dư:
Ta có số mol CO2 = số mol CaCO3 = 0,04 mol
Vậy V(đktc) = 0,04 * 22,4 = 0,896 lít
Nếu CO2 dư:
 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
0,05 0,05 mol 0,05
 CO2 + CaCO3 + H2O Ca(HCO3)2
0,01(0,05 - 0,04) mol
Vậy tổng số mol CO2 đã tham gia phản ứng là: 0,05 + 0,01 = 0,06 mol
 V(đktc) = 22,4 * 0,06 = 1,344 lít
Bài 4: Hoà tan 20 gam hỗn hợp hai muối cacbonat kim loại hoá trị 1 và 2 bằng dung dịch HCl dư thu được dung dịch X và 4,48 lít khí (ở đktc) tính khối lượng muối khan thu được ở dung dịch X.
Bài giải: Gọi kim loại hoá trị 1 và 2 lần lượt là A và B ta có phương trình phản ứng: 
A2CO3 + 2HCl -> 2ACl + CO2ư + H2O (1)
BCO3 + 2HCl -> BCl2 + CO2ư + H2O 	(2)
Số mol khí CO2 (ở đktc) thu được ở (1) và (2) là:
Theo (1) và (2) ta nhận thấy cứ 1 mol CO2 bay ra tức là có 1 mol muối cacbonnat chuyển thành muối Clorua và khối lượng tăng thêm 11 gam (gốc CO3 là 60g chuyển thành gốc Cl2 có khối lượng 71 gam).
Vậy có 0,2 mol khí bay ra thì khối lượng muối tăng là:
0,2 . 11 = 2,2 gam
Vậy tổng khối lượng muối Clorua khan thu được là:
M(Muối khan) = 20 + 2,2 = 22,2 (gam)
3/ Phương pháp 3: Chuyển bài toán hỗn hợp thành bài toán chất tương đương.
Nguyên tắc: Khi trong bài toán xảy ra nhiều phản ứng nhưng các phản ứng cùng l