Giáo án Bài 6. Tính theo phương trình hóa học

HS nhận ra khi nung đá vôi, khối lượng chất rắn giảm và có khí thoát ra; từ đó nêu được vấn đề cần giải quyết là tính khối lượng sản phẩm và lượng khí sinh ra.

GV chiếu mô phỏng 3D trên NeoEdu: cân 10 g đá vôi, nung trong chén sứ, quan sát đá vôi trắng dần, khí $\mathrm{CO_2}$ làm đục nước vôi trong, khối lượng trên cân giảm dần về 5,6 g.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Vì sao khối lượng chất rắn trên cân giảm? (2) Khí thoát ra là chất nào, làm sao em biết? (3) Nếu biết khối lượng đá vôi ban đầu, làm thế nào để tính được khối lượng khí và khối lượng vôi sống?
GV dẫn dắt: Muốn tính chính xác lượng sản phẩm, ta cần dựa vào mối liên hệ định lượng giữa các chất trong phương trình hóa học.

Nhận xét đúng: khối lượng giảm vì $\mathrm{CO_2}$ thoát ra; khí là $\mathrm{CO_2}$ vì làm đục nước vôi trong.
Vấn đề cần giải quyết: tính khối lượng $\mathrm{CO_2}$ và $\mathrm{CaO}$ khi nung 10 g $\mathrm{CaCO_3}$ tinh khiết, phản ứng hết.

HS nêu được tỉ lệ mol giữa các chất lấy từ hệ số của phương trình đã cân bằng và áp dụng được vào phản ứng nung đá vôi.

HS làm việc theo nhóm 4, hoàn thành Phiếu học tập số 1, phần 1 và 2:

• Viết phương trình $\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$ và kiểm tra cân bằng (số nguyên tử mỗi nguyên tố hai vế bằng nhau).
• Xác định tỉ lệ mol $\mathrm{CaCO_3} : \mathrm{CaO} : \mathrm{CO_2}$ từ hệ số.
• Với 0,1 mol $\mathrm{CaCO_3}$ phản ứng hết, tính số mol $\mathrm{CaO}$ và $\mathrm{CO_2}$ sinh ra.
  Câu hỏi GV đặt ra: Hệ số 1 : 1 : 1 cho biết điều gì về số mol các chất? Nếu có 0,2 mol $\mathrm{CaCO_3}$ thì sinh ra bao nhiêu mol $\mathrm{CO_2}$?

Phương trình cân bằng: $\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$ (tỉ lệ 1 : 1 : 1).
Kết luận: tỉ lệ mol giữa các chất bằng tỉ lệ hệ số trong phương trình đã cân bằng.
Kết quả: 0,1 mol $\mathrm{CaCO_3}$ cho 0,1 mol $\mathrm{CaO}$ và 0,1 mol $\mathrm{CO_2}$; 0,2 mol $\mathrm{CaCO_3}$ cho 0,2 mol $\mathrm{CO_2}$.

HS vận dụng được công thức $n = \dfrac{m}{M}$ để chuyển đổi khối lượng sang số mol, tính khối lượng chất cần tìm và giải thích được tổng khối lượng sản phẩm bằng khối lượng chất ban đầu.

HS tiếp tục hoàn thành Phiếu học tập số 1, phần 3 và 4, theo nhóm 4:

• Tính số mol $\mathrm{CaCO_3}$ từ $m = 10$ g và $M = 100$ g/mol.
• Từ số mol $\mathrm{CO_2}$ và $\mathrm{CaO}$, tính khối lượng mỗi chất theo $m = n \times M$.
• So sánh tổng khối lượng sản phẩm với khối lượng $\mathrm{CaCO_3}$ ban đầu.
• Lập bảng so sánh tỉ lệ mol (1 : 1 : 1) và tỉ lệ khối lượng (100 : 56 : 44).
  Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao tỉ lệ khối lượng không bằng 1 : 1 : 1 dù tỉ lệ mol bằng 1 : 1 : 1? Tổng khối lượng sản phẩm có bằng 10 g không?

Tính toán: $n_{\mathrm{CaCO_3}} = \dfrac{10}{100} = 0{,}1$ mol; $n_{\mathrm{CO_2}} = 0{,}1$ mol nên $m_{\mathrm{CO_2}} = 0{,}1 \times 44 = 4{,}4$ g; $m_{\mathrm{CaO}} = 0{,}1 \times 56 = 5{,}6$ g.
Kiểm tra: $4{,}4 + 5{,}6 = 10$ g, bằng khối lượng $\mathrm{CaCO_3}$ ban đầu.
Kết luận: Chuyển đổi khối lượng qua $n = \dfrac{m}{M}$ rồi suy số mol chất cần tìm và đổi lại thành khối lượng. Tỉ lệ mol là 1 : 1 : 1 nhưng tỉ lệ khối lượng là 100 : 56 : 44.

HS nêu được hiệu suất là tỉ lệ giữa lượng thực tế và lượng lí thuyết, tính được hiệu suất khi biết lượng thực tế thu được.

HS làm việc theo cặp đôi, hoàn thành Phiếu học tập số 2:

• Lượng lí thuyết $\mathrm{CaO}$ từ phép tính là 5 g. Nếu thu được 4 g $\mathrm{CaO}$ thực tế, tính hiệu suất.
• Giải thích vì sao hai lượng khi so sánh phải cùng là $\mathrm{CaO}$, cùng điều kiện.
• Nêu một nguyên nhân có thể làm lượng thực tế nhỏ hơn lượng lí thuyết (ví dụ: nung chưa đủ nhiệt, khí thoát ra không thu hết).
  Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao không được so sánh 4 g $\mathrm{CaO}$ với 10 g $\mathrm{CaCO_3}$ để tính hiệu suất?

Tính toán: $H = \dfrac{4}{5} \times 100\% = 80\%$.
Kết luận: Hiệu suất = lượng thực tế / lượng lí thuyết $\times 100\%$, hai lượng phải cùng đại lượng, cùng sản phẩm và cùng điều kiện; không lấy lượng nguyên liệu chưa đổi để so sánh.
Nguyên nhân hợp lí: nung chưa đủ nhiệt, khí thoát ra không thu hết, hoặc phản ứng chưa hoàn toàn.

HS phân biệt được tỉ lệ mol, chuyển đổi khối lượng và hiệu suất; nhận ra và sửa được quan niệm sai về hệ số.

HS chơi trò chơi ghép thẻ theo nhóm 4 và làm các bài tập 1, 3 và 4 của mục bài tập trong bài học. Đề bài:

• Bài 1: Trong bài này, tỉ lệ mol có đặc điểm nào? A. lấy từ hệ số phương trình đã cân bằng; B. luôn bằng tỉ lệ khối lượng; C. có thể bỏ qua cân bằng.
• Bài 3: Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng: Tỉ lệ mol, Chuyển đổi khối lượng, Hiệu suất.
• Bài 4: Hệ số 2 : 1 trong phương trình luôn nghĩa là khối lượng hai chất là 2 : 1. Đúng hay sai?
  Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao đặc điểm B của bài 1 không đúng?

Bài 1: Đáp án A. Tỉ lệ mol lấy từ hệ số phương trình đã cân bằng.
Bài 3: Tỉ lệ mol – lấy từ hệ số phương trình đã cân bằng; Chuyển đổi khối lượng – $n = \dfrac{m}{M}$ rồi suy mol chất cần và đổi lại; Hiệu suất – lượng thực tế/lượng lí thuyết $\times 100\%$ theo cùng đại lượng.
Bài 4: Sai. Hệ số là tỉ lệ mol (số hạt), khối lượng còn phụ thuộc khối lượng mol.

HS giải được bài toán nung đá vôi và lập luận khoa học để bác bỏ quan niệm sai về hệ số.

HS làm việc theo nhóm 4, hoàn thành các bài 6, 7 và 8 của mục bài tập:

• Bài 6: Nung 10 g $\mathrm{CaCO_3}$ tinh khiết, phản ứng hết ($M_{\mathrm{CaCO_3}} = 100$, $M_{\mathrm{CaO}} = 56$, $M_{\mathrm{CO_2}} = 44$). Tính khối lượng $\mathrm{CO_2}$.
• Bài 7: Nếu thu được 4 g $\mathrm{CaO}$ trong khi lí thuyết là 5 g thì hiệu suất là bao nhiêu?
• Bài 8: Một bạn khẳng định “Hệ số 2 : 1 luôn nghĩa là khối lượng hai chất 2 : 1”. Hãy bác bỏ bằng lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.
  Câu hỏi GV đặt ra: Trong bài 8, hệ quả của cách hiểu sai là gì khi tính toán?

Bài 6: $n_{\mathrm{CaCO_3}} = \dfrac{10}{100} = 0{,}1$ mol; $n_{\mathrm{CO_2}} = 0{,}1$ mol nên $m_{\mathrm{CO_2}} = 4{,}4$ g. (CaO: 5,6 g; tổng 10 g.)
Bài 7: $H = \dfrac{4}{5} \times 100\% = 80\%$.
Bài 8: Lí do: hệ số là tỉ lệ mol (số hạt), khối lượng còn phụ thuộc khối lượng mol. Hệ quả: tính sai lượng nguyên liệu hoặc sản phẩm khi bỏ qua khối lượng mol. Phát biểu sửa đúng: Hệ số 1 : 1 : 1 là tỉ lệ mol; khối lượng các chất tỉ lệ 100 : 56 : 44 theo khối lượng mol.

HS vận dụng tỉ lệ mol, chuyển đổi khối lượng và hiệu suất để giải quyết tình huống thực tế về nung vôi; có thể hoàn thành ở nhà.

Tình huống: Nung 20 g $\mathrm{CaCO_3}$ tinh khiết, thu được 8,4 g $\mathrm{CaO}$ thực tế.
HS tính: (1) số mol $\mathrm{CaCO_3}$; (2) khối lượng $\mathrm{CaO}$ lí thuyết; (3) hiệu suất phản ứng; (4) đề xuất một biện pháp để tăng lượng vôi thu được, dựa trên các nguyên nhân đã nêu ở hoạt động 4.
Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao cần tính lượng lí thuyết trước khi tính hiệu suất?

(1) $n_{\mathrm{CaCO_3}} = \dfrac{20}{100} = 0{,}2$ mol.
(2) $n_{\mathrm{CaO}} = 0{,}2$ mol, $m_{\mathrm{CaO}} = 0{,}2 \times 56 = 11{,}2$ g (lí thuyết).
(3) $H = \dfrac{8{,}4}{11{,}2} \times 100\% = 75\%$.
(4) Đề xuất hợp lí: nung đủ nhiệt và đủ thời gian để phản ứng xảy ra hoàn toàn, hạn chế thất thoát khí $\mathrm{CO_2}$.