Về kỹ năng xử lý thí nghiệm
Trước tiên cần nói đến kỹ năng đọc thí thí nghiệm:
Đặc điểm của bài tập hoá học là các thí nghiệm trong bài toán. Nguyên tắc của việc tính toán trong hoá học là tính theo chất phản ứng hết. Vì vậy khi đọc thí nghiệm, các em phải xác định được ngay chất phản ứng hết dựa vào “từ khoá” trong câu chữ của thí nghiệm theo một trong sáu năng khả năng sau:
Cho A tác dụng vừa đủ với B thì cả A và B đều hết.
Cho A tác dụng với B cần (hoặc cần dùng) một lượng B nào đó (bài toán cho hoặc hỏi) thì cả A và B đều hết.
Cho A tác dụng với B dư thì A hết và B dư.
Cho A tác dụng hết với B thì A hết, còn B có thể hết hoặc dư. Tuy nhiên,
TS. Dương Quang Huấn
trong cách cho này thì chỉ quan tâm đến lượng của A mà không quan tâm đến lượng của B.
Cho A tác dụng với B đến khi phản ứng hoàn toàn (hoặc phản ứng kết thúc, hoặc phản ứng xong, hoặc ngừng phản ứng, hoặc ngừng thoát khí) thì khi đọc thí nghiệm này, ta chưa xác định được ngay chất phản ứng hết. Muốn xác định chất phản ứng hết phải dựa vào thí nghiệm tiếp theo (hoặc có thể phải tính toán, hoặc phải xét các trường hợp).
Cho A tác dụng với B một thời gian thì cả A và B đều dư, nghĩa là thí nghiệm này xảy ra với hiệu suất nhỏ hơn 100%).
Sau phần đọc sẽ là kỹ năng xử lý thí nghiệm:
Sau mỗi thí nghiệm, các em cần phải các định thành phần các chất trong các trạng thái sản phẩm quan tâm (trạng thái dùng để thực hiện thí nghiệm tiếp theo, hoặc trạng thái dùng để trả lời câu hỏi) dựa trên nguyên tắc: Một trạng thái sản phẩm chỉ chưa tối đa ba loại chất (chất không tham gia phản ứng, chất thu được sau thí nghiệm và chất còn dư sau thí nghiệm).
Cần phân biệt khải niệm chất sinh ra và chất thu được (chất sinh ra từ một phản ứng nếu nó không tham gia vào phản ứng tiếp theo thì sẽ thu được, còn nếu nó tham gia vào phản ứng kế tiếp thì có thể không thu được).
Ví dụ: Sục khí CO2 vào dung dịch nước vôi trong thì ban đầu sinh ra kết tủa CaCO3. + Nếu chỉ có một phản ứng:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Trong trường hợp này thì sẽ thu được CaCO3.
+ Nếu sau phản ứng trên vẫn còn CO2 thì CaCO3 sẽ bị tan theo phản ứng:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
Trong trường hợp này, có thể thu được CaCO3 (nếu dư) và không thu được CaCO3 (nếu bị tan hết).
Kỹ năng gộp thí nghiệm:
Trong một số bài toán có các thí nghiệm ở dạng chuỗi (trạng thái sản phẩm của thí nghiệm này sẽ tham gia vào thí nghiệm sau), các em có thể gộp tất cả các thí nghiệm ở dạng chuỗi đó thành một thí nghiệm.
Ví dụ: Trong bài toán có nhiều thí nghiệm mà mỗi thí nghiệm đều xảy ra phản ứng oxi hoá – khử, các em có thể bỏ qua tất cả các trạng thái sản phẩm trung gian, sau đó gộp tất cả các thí nghiệm thành một thí nghiệm: Các trạng thái ban đầu + các trạng thái tham gia thêm trong các thí nghiệm tiếp → các trạng thái cuối (theo sơ đồ dưới đây). Sau đó, dùng công thức của định luật bảo toàn electron cho thí nghiệm gộp.Khi đó, việc tính toán sẽ rất đơn giản.
Khi đó, các em bỏ qua hai trạng thái sản phẩm trung gian là D&G và gộp tất cả xác thí nghiệm thành một thí nghiệm gộp như sau:
A + B + E + H → K + F + C
Trong đó: A và B là các trạng thái ban đầu; E và H là các trạng thái tham gia thêm trong các thí nghiệm tiếp; K, F và C là các trạng thái cuối.
Về kỹ năng tính toán
Để tính nhanh một bài toán, các em cần hạn chế tới mức tối đa việc viết phương trình phản ứng (vì phải ghi đầy đủ chất tham gia, chất sản phảm và cân bằng phương trình).Thay vào đó, các em chỉ xác định công thức của các chất sản phẩm quan tâm; sau đó sử dụng bốn định luật bảo toàn để tính nhanh (bảo toàn nguyên tố, bảo toàn khối lượng, bảo toàn điện tích và bảo toàn electron).
Sau đây là một số lưu ý khi sử dụng các định luật bảo toàn nói trên.
Định luật bảo toàn nguyên tố
Dùng được cho tất cả các loại phản ứng (hoá hợp, phân huỷ, thế, cộng, tách, …)
Chỉ cần xác định đúng công thức của tất cả các chất tham gia và sản phẩm chứa nguyên tố cần quan tâm, rồi dùng công thức của định luật bảo toàn nguyên tố.
Trong một thí nghiệm, mỗi nguyên tố sẽ lập được một phương trình theo công thức của định luật bảo toàn nguyên tố.
Nếu có nhiều thí nghiệm ở dạng chuỗi thì chỉ quan tâm tới công thức của các chất trước thí nghiệm đầu tiên và sau thí nghiệm cuối cùng chứa nguyên tố cần quan tâm,rồi dùng công thức của định luật bảo toàn nguyên tố.
Định luật bảo toàn khối lượng
Dùng được cho tất cả các loại phản ứng (hoá hợp, phân huỷ, thế, cộng, tách, …)
Tuỳ theo các cho của từng bài để chọn một trong các công thức sau cho phù hợp:
Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng.
Tổng khối lượng các chất trước thí nghiệm bằng tổng khối lượng các chất sau thí nghiệm.
Tổng khối lượng các trạng thái trước thí nghiệm bằng tổng khối lượng các trạng thái sau thí nghiệm.
Áp dụng trạng thái chuẩn để giải bải toán tăng giảm khối lượng: Nếu lấy B làm chuẩn, dẫn A vào B thấy có C thoát ra khỏi B thì:
Hoặc mB tăng = mA vào – m¬C ra
Hoặc mB giảm = mC ra – m¬A vào
Cần lưu ý rằng, trong câu chữ của bài toán, trước từ “tăng” hoặc “giảm” được lấy làm trạng thái chuẩn.
Ví dụ: Dẫn hỗn hợp gồm CO2 và H2O vào bình dung dịch nước vôi trong dư, thu được kết tủa thì có hai cách cho “khối lượng bình tăng” hoặc “khối lượng dung dịch giảm”. Mỗi cách cho có một công thức tính:
m_(bình tăng)=m_(CO_2 )+m_(H_2 O)vì chỉ có CO2 và H2O vào bình, không có chất thoát ra khỏi bình.
m_dungdịchgiảm=m_(CaCO_3 )-(m_(CO_2 )+m_(H_2 O))vì có CO2 và H2O vào dung dịch, CaCO3 thoát ra khỏi dung dịch.
Định luật bảo toàn điện tích
Chỉ áp dụng cho thí nghiệm có phản ứng trao đổi (không có sự thay đổi số oxi hoá của tất cả các nguyên tố).
Không phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm khi ion này được thay thế bởi ion khác.
Định luật bảo toàn electron
Chỉ áp dụng cho thí nghiệm có phản ứng oxi hoá – khử (có sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tố).
Số mol electron có thể tính theo chất tham gia hoặc chất sản phẩm.
Một bài toán bất kỳ có phản ứng oxi hoá – khử thì chỉ rơi vào một trong bốn kiểu sau:
Kiểu 1: Chỉ có một thí nghiệm: Dùng ngay công thức của định luật bảo toàn electron.
Kiểu 2: Có nhiều thí nghiệm ở dạng chuỗi: Gộp tất cả các thí nghiệm thành một thí nghiệm (như hướng dẫn trong mục 1.c).
Kiểu 3: Hai thí nghiệm độc lập của một hỗn hợp (X) như sau:
Thí nghiệm 1: X + A → sản phẩm từ X + sản phẩm từ A.
Thí nghiệm 2: X + B → sản phẩm khác từ X + sản phẩm từ B.
Nếu thoả mãn đồng thời hai điều kiện:
Điều kiện 1: Lượng X tham gia hai thí nghiệm bằng nhau
Điều kiện 2: Tất cả các nguyên tố trong X ở thí nghiệm 1 chuyển về số oxi hoá bao nhiêu thì ở thí nghiệm 2 phải chuyển về số oxi hoá bấy nhiêu.
Thì áp dụng được công thức: ne thí nghiệm 1 = ne thí nghiệm 2
Cụ thể: ne tính theo A (hoặc sản phẩm từ A) = ne tính theo B (hoặc sản phẩm từ B)
Khi đó, không quan tâm đến thành phần, số lượng chất trong X nữa.
Kiểu 4: Như kiểu 3, nhưng không thoả mãn điều kiện 2 (ít nhất một nguyên tố trong X thí nghiệm 1 chuyển về số oxi hoá này, thí nghiệm 2 chuyển về số oxi hoá khác) thì dùng công thức của định luật bảo toàn electron cho một trong hai thí nghiệm hoặc từng thí nghiệm.