Một số vấn đề trong việc sử dụng các công thức tính nhanh để giải bài tập hóa học

Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG VIỆC SỬ DỤNG CÁC CÔNG THỨC TÍNH NHANH ĐỂ GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC Bắt đầu từ năm học 2006-2007, các kỳ thi Tốt nghiệp THPT và Tuyển sinh ĐH-CĐ đã chính thức chuyển sang hình thức thi trắc nghiệm, đánh dấu một sự thay đổi quan trọng về mặt kỹ thuật trong việc đánh giá chất lượng học sinh. Cũng từ đó đến nay, việc đổi mới các phương pháp giảng dạy và học tập cho phù hợp với hình thức thi mới cũng liên tục được đặt ra và đạt được những kết quả đáng kể. Tuy nhiên, bên cạnh đó, tâm lý đối phó với kỳ thi cũng làm nảy sinh những hình thức học tập tiêu cực mà việc sử dụng tùy tiện các công thức giải nhanh trong bài tập Hóa học là một điển hình. Trong các bài viết của mình, cũng có đôi lần tôi đề cập tới các công thức giải toán có thể dùng trong bài tập Hóa học (điển hình là “công thức tính nhanh cho bài toán vô cơ kinh điển”: mFe = 0,7*mhh (Fe và các oxit) + 5,6ne (hh cho) và công thức tính nhanh hiệu suất của phản ứng crackinh ankan mà đã có rất nhiều thầy cô giáo và các tác giả đã “ăn theo” trong các bài giảng, sách tham khảo, bài viết trên tạp chí HH&ƯD, …). Tuy nhiên, khi giới thiệu một công thức giải toán nào tôi cũng luôn luôn cố gắng diễn giải công thức đó một cách dễ hiểu nhất, con đường chứng minh các công thức ấy và các khả năng – giới hạn trong quá trình ứng dụng, …. Tất cả đều nhằm một mục đích là để giúp cho các bạn học sinh dễ dàng tiếp nhận, hiểu được và vận dụng được trong các tình huống thích hợp. Như tôi đã nhiều lần nhấn mạnh, một bài toán Hóa học bị chi phối bởi nhiều yếu tố, nhiều dữ kiện mà 2 yếu tố chủ đạo là: phương pháp giải toán và hiện tượng Hóa học xảy ra trong bài toán đó. Vì lẽ đó, việc phân tách rạch ròi các yếu tố này là không hề đơn giản, cùng là phương pháp giải toán đó nhưng trong các phản ứng Hóa học khác nhau sẽ có cách vận dụng khác nhau và ngược lại, cùng là phản ứng Hóa học đó nhưng ghép với các dữ kiện giải toán khác nhau ta có thể phải sử dụng đến các phương pháp khác nhau để giải. Các công thức tính nhanh khi áp dụng cho các bài tập Hóa học đều có những đòi hỏi hết sức ngặt nghèo về mặt Hóa học của bài toán, mà đề bài không phải lúc nào cũng được thỏa mãn được hết các điều kiện đó. Trong khi đó, các bài tập trong đề thi ĐH-CĐ luôn có độ phức tạp nhất định về mặt Hóa học, người ra đề luôn tìm cách che giấu các “dấu hiệu” giải toán bằng các phản ứng Hóa học phức tạp và nhiều giai đoạn trung gian. Do đó, việc sử dụng các công thức giải toán trong đề thi ĐH-CĐ là không thực sự hiệu quả và khả thi. Bài viết dưới đây sẽ giúp các bạn có được một cái nhìn đầy đủ hơn về các hạn chế của việc sử dụng công thức trong giải toán Hóa học, từ đó có những quyết định cẩn trọng hơn khi theo đuổi phương pháp học tiêu cực và mang tính “mì ăn liền” này. 1, Các công thức giải toán cần nhiều điều kiện và không phải lúc nào cũng đúng: Chúng ta đều đã biết và có lẽ đã khá quen với công thức: 3 2 2 2 2 4 2HNO NO NO N O N H SO SO n = 2n = 4n = 10n = 12n hay n = 2n (công thức này cũng có “mẹo” rất dễ nhớ ^^) Nhưng thử viết phản ứng của FeO với HNO3 hay H2SO4, ta sẽ thấy nó không còn nghiệm đúng nữa! Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) Một công thức khác mà tôi đã từng giới thiệu trong bài viết “Phương pháp phân tích hệ số” (và đã được rất nhiều người khác “chôm” lại) là công thức tính hiệu suất của phản ứng crackinh ankan dựa vào KLPT trung bình của hỗn hợp khí trước và sau phản ứng: t s MH% = - 1 ×100% M ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ Công thức này nghiệm đúng trong hầu hết các bài toán, ví dụ: 1, Khi crackinh một ankan thu được hỗn hợp X gồm 3 hiđrocacbon. Biết khối lượng mol của ankan ban đầu gấp 1,35 lần khối lượng mol trung bình của X. Hỏi có bao nhiêu phần trăm (theo số mol) ankan ban đầu tham gia phản ứng trên? (Trích đề thi Học sinh giỏi Thành phố Hà Nội năm 2008) 2, Crackinh C4H10 thu được hỗn hợp gồm 5 hiđrocacbon có KLPT trung bình bằng 36,25. Hiệu suất của phản ứng crackinh là: A. 40% B. 60% C. 20% D. 80 3, Crackinh C4H10 thu được hỗn hợp chỉ gồm 5 hiđrocacbon có tỷ khối hơi so với H2 là 16,325. Hiệu suất của phản ứng crackinh là: A. 77,64% B. 38,82% C. 17,76% D. 16,325% 4, Crackinh một ankan thu được hỗn hợp khí có tỷ khối hơi so với H2 bằng 19,565. Biết hiệu suất của phản ứng Crackinh là 84%. Xác định ankan đã cho. A. Butan B. Isobutan C. Pentan D. A và B Nhưng trong đề thi ĐH-CĐ khối A năm 2008, công thức này không còn đúng nữa! Khi cracking hoàn toàn một thể tích ankan X thu được 3 thể tích hỗn hợp Y (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất); tỉ khối của Y so với H2 bằng 12. Công thức phân tử của X là: A. C6H14 B. C3H8 C. C4H10 D. C5H12 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ khối A – 2008) Đề bài cho phản ứng hoàn toàn hay: t t s s M H% = - 1 100% = 100% M = 2M = 2 2 12 = 48 v« nghiÖm ???? M ⎛ ⎞× → × × →⎜ ⎟⎝ ⎠ Công thức này có đáng để học thuộc không, khi mà trong chương trình ta chỉ học 2 rượu thỏa mãn đặc điểm này là C2H4(OH)2 và C3H5(OH)3 ???? Hơn nữa, xác suất để đề bài cho đúng dữ kiện về O2, ancol và điều kiện: “Biết ancol có số nhóm –OH bằng số C” là vô cùng thấp!!! 2, Dùng công thức để giải toán chưa chắc đã là cách làm nhanh nhất: Cách đây 2 năm, tôi đã giới thiệu “công thức tính nhanh cho bài toán vô cơ kinh điển”: mFe = 0,7*mhh (Fe và các oxit) + 5,6ne (hh cho) Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) dùng để tính nhanh các bài toán liên quan đến phản ứng oxh hoàn toàn hỗn hợp gồm Fe và các oxit của nó. Đến nay, công thức này đã trở nên hết sức phổ biến, các giáo viên và học sinh hoàn toàn không còn “lạ lẫm” gì với nó. Công thức này cùng với phương pháp “quy đổi nguyên tử” được xem là 2 phương pháp giải nhanh nhất cho các bài toán loại này. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng! Trong các bài toán dưới đây, dùng công thức tính nhanh hoặc “quy đổi nguyên tử” có thể là cách làm nhanh nhất: 1, Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư), thoát ra 0,56 lít (ở đktc) NO là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là: A. 2,52 B. 2,22 C. 2,62 D. 2,32 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ khối B – 2007) 2, Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dung dịch HNO3 loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là: A. 49,09 B. 34,36 C. 35,50 D. 38,72 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH – CĐ khối A – 2008) 3, Hòa tan hết m gam hỗn hợp Fe, Fe2O3, Fe3O4 trong dung dịch HNO3 đặc, nóng dư được 448 ml khí NO2 (ở đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng được 14,52 gam muối khan. Giá trị của m là: A. 3,36 gam B. 4,28 gam C. 4,64 gam D. 4,80 gam 4, Hòa tan hoàn toàn 49,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được dung dịch Y và 8,96 lít khí SO2 (đktc). Khối lượng muối thu được khi cô cạn dung dịch Y là: A. 160 gam B. 140 gam C. 120 gam D. 100 gam 5, Cho 11,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 vào dung dịch HNO3 loãng, dư được V lít khí Y (đktc) gồm NO và NO2 có tỉ khối hơi so với H2 là 19. Mặt khác, nếu cho cùng lượng khí hỗn hợp X trên tác dụng với khí CO dư thì sau phản ứng hoàn toàn được 9,52 gam Fe. Giá trị của V là: A. 2,8 lít B. 5,6 lít C. 1,4 lít D. 1,344 lít 6, Để m gam Fe trong không khí một thời gian được 7,52 gam hỗn hợp X gồm 4 chất. Hòa tan hết X trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư được 0,672 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch Y. Cô cạn cẩn thận dung dịch Y được m1 gam muối khan. Giá trị của m và m1 lần lượt là: A. 7 gam và 25 gam B. 4,2 gam và 1,5 gam C. 4,48 gam và 16 gam D. 5,6 gam và 20 gam Nhưng trong bài toán dưới đây, cả “phương pháp quy đổi nguyên tử” và công thức tính nhanh ở trên đều chỉ đáng “xách dép” về tốc độ nếu so với một công thức khác: Hòa tan hoàn toàn 34,8 gam một oxit sắt dạng FexOy trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau phản ứng thu được 1,68 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc). Xác định công thức của oxit đã cho? • Cách 1: Coi loại oxit đã cho (1 chất) là hỗn hợp của Fe và O nguyên tử. Gọi số mol của 2 loại nguyên tử trong 34,8 gam hỗn hợp lần lượt là x và y (mol). Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) Quá trình phản ứng trong bài có thể tóm tắt lại trong sơ đồ: 2 4+H SO 3+ -2 2Fe, O dd (Fe , O ) + SO⎯⎯⎯→ ↑ Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn electron, ta có hệ phương trình: ⎧ ⎧⎪ → →⎨ ⎨× ⎩⎪⎩ oxit Fe O e cho e nhËn m = m + m = 56x + 16y = 34,8 gam x = 0,45 mol x 3 = 1,68 n = n hay 3x = 2y + 2 y = 0,6 mol y 4 22,4 Do đó Oxit đã cho là Fe3O4. • Cách 2: Dùng công thức tính nhanh. 34 82 16Fe hh e (hh cho) Fe O - 25,2 m = 0,7m - 5,6n = 25, gam n = 0,45 mol n = = 0,6 mol→ → , Fe 3 4 O n 3 = Fe O n 4 → → • Cách 3: Dùng công thức tính nhanh khác. Ta có: 2oxit e SO oxit 3 4 34,8n = n = 2n = 0,15 mol M = = 232 Fe O 0,15 → → Một ví dụ khác là một câu được đánh giá là “khó” trong đề thi ĐH-CĐ khối A năm 2009: Hòa tan hết m gam ZnSO4 vào nước được dung dịch X. Cho 110 ml dung dịch KOH 2M vào X, thu được a gam kết tủa. Mặt khác, nếu cho 140 ml dung dịch KOH 2M vào X thì cũng thu được a gam kết tủa. Giá trị của m là A. 20,125 B. 12,375 C. 22,540 D. 17,710 Cách 1: Tính lần lượt theo từng bước phản ứng. Ở đây, lượng KOH trong 2 trường hợp là khác nhau nhưng lượng kết tủa lại bằng nhau→ để Zn2+ bảo toàn thì ở trường hợp 1, sản phẩm sinh ra gồm Zn(OH)2 và Zn2+ dư, còn ở trường hợp thứ 2, sản phẩm sinh ra gồm Zn(OH)2 và 2-2ZnO . Ở cả 2 trường hợp, ta đều có phản ứng tạo thành kết tủa: 2+ - 2Zn + 2OH Zn(OH) (1)→ ↓ với 2+ -Zn OH 1 0,11 2 n = n = = 0,11 mol 2 2 × Ở trường hợp 2, còn có thêm phản ứng tạo ra ion zincat: 2+ - 22Zn + 4OH ZnO (2) −→ với 2+ -Zn OH (2) 1 (0,14 - 0,11) 2 n = n = = 0,015 mol 4 4 × Do đó, 2+ 4ZnSOZn n = 0,125 mol = n m = 161 0,125 = 20,125 gam→ × Cách 2: Tính theo công thức 2( 1) ( 2) +- -OH TH OH TH Znn + n = 4n - - 2 2 4ZnSOOH (TH1) OH (TH2) Zn Zn n + n = 4n = (0,11 0,14) 2 = 0,5 mol n = 0,125 mol = n+ ++ × → Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) Do đó, m = 20,125 gam * Công thức trên hoàn toàn có thể xây dựng được một cách đơn giản từ ptpư (1) và (2)! Nếu chỉ nhìn vào 2 cách làm trên, nhiều người sẽ cho rằng cách sử dụng công thức tính nhanh ở trên là nhanh hơn hẳn so với cách 1, tuy nhiên, việc nhớ chính xác được một công thức như vậy khi đi thi không hề đơn giản. Hơn nữa, trong bài tập này, ta còn một cách làm khác hoàn toàn không cần dùng đến công thức mà có phần còn đơn giản và nhanh hơn cách sử dụng công thức rất nhiều: Cách 3: Phương pháp biện luận bất phương trình Vì trường hợp 1 KOH thiếu, trường hợp 2 KOH lại dư (so với phản ứng tạo kết tủa), do đó, số mol ZnSO4 phải nằm trong khoảng (0,11;0,14) và khối lượng ZnSO4 tương ứng phải nằm trong khoảng (17,71;20,125). Xét cả 4 đáp án thì chỉ có B là thỏa mãn. Công thức phức tạp này có đáng để nhớ không, khi ta có thể giải bài toán ví dụ một cách cũng rất đơn giản như sau: Bảo toàn khối lượng cho phản ứng hiđro hóa, ta có: 16 8 12 6 X Y X Y X X Y Y Y X n M m = m hay M n = m n = = = n M × × → Giả sử trước phản ứng có 8 mol hỗn hợp khí → sau phản ứng có 6 mol hỗn hợp khí Số mol khí giảm (2 mol) chính là số mol anken ban đầu 8 12 2anken 3 6 - 6 2 M = = 42 C H × ×→ → Như vậy là rõ ràng, việc sử dụng công thức tính nhanh khi giải toán Hóa học chưa chắc đã là giải pháp nhanh nhất và tối ưu nhất. Mỗi công thức đều có “khả năng ứng dụng” có giới hạn, phụ thuộc vào việc “ta có những dữ kiện gì” và “ta cần dữ kiện gì”. 3, Rất nhiều công thức giải toán có “nguồn gốc chung” với nhau và ta không nên tốn thời gian vào việc học từng công thức riêng lẻ mà hãy học và nắm cho vững cái “nguồn gốc chung” ấy: Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) Tất cả những thứ gọi là “công thức” này có đáng để học thuộc không khi tất cả chúng đều đơn giản là bắt nguồn từ phương pháp Tăng – giảm khối lượng??? Việc học thuộc các công thức trên hoàn toàn là vô nghĩa và không cần thiết nếu như học sinh đã nắm vững các nội dung cơ bản của phương pháp Tăng – giảm khối lượng (còn nếu đã không nắm vững thì không thể nghĩ đến chuyện nhớ và vận dụng đúng công thức được!) Tất cả các công thức tính đồng phân này có đáng để học không khi mà ta hoàn toàn có thể dùng một công thức và phương pháp tính đơn giản, hiệu quả hơn hẳn để tính toán số đồng phân của hầu hết các loại hợp chất hữu cơ trong chương trình phổ thông, đồng thời còn biết được số loại đồng phân ứng với từng loại cấu tạo (có bao nhiêu đồng phân rượu/amin bậc I, bậc II, bậc III, …)??? Hơn nữa, đề thi ĐH-CĐ hầu như không bao giờ hỏi đơn giản việc tính số đồng phân như trong các công thức trên mà việc tính số đồng phân luôn đi kèm với biện luận CTCT thỏa mãn các tính chất Hóa học cho trước! Như vậy, chỉ bằng một vài ví dụ điển hình, ta có thể thấy rằng việc sử dụng công thức tính nhanh trong giải toán Hóa học tiềm ẩn rất nhiều rủi ro. Việc áp dụng các công thức tính nhanh vào giải toán đôi khi cũng là cần thiết và hiệu quả nhưng để làm được như vậy nhất thiết phải nắm vững các điều kiện cần và đủ để nghiệm đúng công thức đó, đồng thời, chúng ta cũng nên sàng lọc, lựa chọn trong quá trình học, chỉ nên “nhớ” những “công thức gốc” và những “phương pháp gốc” có tính ứng dụng cao, phổ biến và dễ có khả năng rơi vào đề thi ĐH nhất thay vì học vô số các công thức hệ quả của chúng, vừa tốn thời gian vừa dễ nhầm lẫn và không hiệu quả! Không phải bài toán nào trong đề thi cũng có công thức tính nhanh! Không phải khi đi thi, bài toán nào ta cũng nghĩ ra được cách làm nhanh nhất! Khi đi thi, phương pháp nhanh nhất cho 1 bài toán chính là phương pháp mà ta nghĩ ra được ngay lúc đó và để giải nhanh nhất đề thi ĐH, điều cơ bản và quan trọng nhất là từng phép tính nhỏ, từng biến Sao băng lạnh giá – Vũ Khắc Ngọc 0985052510 vukhacngoc@gmail.com Dịch vụ ôn thi chất lượng cao – GSA Education: Liên hệ: 04.39152590 - 0989768553 (Linh) đổi và quan hệ Hóa học đều được xử lý một cách nhanh nhất và tối ưu nhất. Nếu thực sự làm được như vậy thì hiệu quả thu được còn nhanh hơn rất nhiều so với việc “cố nhớ” một công thức giải nhanh nào đó. P/S: Bài viết trên mang quan điểm cá nhân của tác giả và chỉ mang tính chất tham khảo. Để hiểu rõ hơn các thông tin và nhận định đã nêu ra ở trên, các bạn có thể tìm đọc các bài giảng có liên quan tại các địa chỉ: Tổng hợp 18 cách giải cho bài toán vô cơ kinh điển Rèn luyện để trở thành học sinh giỏi Hóa học ở trường phổ thông Vấn đề rèn luyện kỹ năng tính ở trường phổ thông Công thức tính nhanh cho bài toán vô cơ kinh điển của Sao băng lạnh giá Chiến thuật chọn ngẫu nhiên trong bài thi trắc nghiệm Hóa học Đánh giá đầy đủ hơn ý nghĩa của phương pháp ghép ẩn số Phân tích hệ số phản ứng và ứng dụng trong giải nhanh bài toán Hóa học Các bạn cũng có thể tham khảo các bài giảng chuyên đề trên blog cá nhân của tôi: và … và các bài viết khác trên Tạp chí Hóa học và Ứng dụng của Hội Hóa học Việt Nam. Ngoài ra, để giúp các em học sinh có được sự chuẩn bị tốt nhất cho kỳ thi Tốt nghiệp THPT và Tuyển sinh ĐH-CĐ sắp tới đây, vào đầu tháng 5 này, Công ty cổ phần Giáo dục GSA tiếp tục khai giảng Khóa luyện thi ĐH cấp tốc dành cho các em học sinh lớp 12 và 13. Tham gia vào Khóa học, các em sẽ có cơ hội: + Được tiếp cận với các phương pháp tư duy giải toán mới nhất, nhanh nhất và hiệu quả nhất + Làm chủ hoàn toàn các phương pháp giải toán quan trọng với những “dấu hiệu nhận biết” và cách phân loại hết sức rõ ràng. + Làm quen với các dạng bài tập và các phương pháp giải toán hoàn toàn mới và “độc”: giải toán với đương lượng phản ứng, phương pháp biện luận giới hạn nghiệm, xấp xỉ hóa các đại lượng cực nhỏ, đường chéo trong các bài toán pH, đường chéo cho các dung dịch có phản ứng với nhau, quy đổi phản ứng Hóa học, phương pháp Chọn ngẫu nhiên, các “công thức gốc” trong giải toán, …. đặc biệt là phương pháp Đếm và Tính nhanh số đồng phân các hợp chất hữu cơ. + Phương pháp tư duy linh hoạt và giải quyết hiệu quả các yêu cầu phổ biến trong đề thi như: xác định CTPT, biện luận CTCT, bài tập tính hiệu suất, chuỗi phản ứng, các bài tập so sánh, nhận biết, tách, … Các em học sinh và các quý vị phụ huynh có thể truy cập website: hoặc điện thoại tới số 04.38684441 – 36230476 - 39152590 – 0989768553 (gặp Chị Hậu hoặc Chị Linh) để tìm hiểu thông tin chi tiết.