SKKN Xây dựng hệ thống bài tập hóa học rèn luyện, phát triển tư duy phân tích tổng hợp để phát hiện, phân loại và bồi dưỡng học sinh khá, giỏi

Nội dung text: SKKN Xây dựng hệ thống bài tập hóa học rèn luyện, phát triển tư duy phân tích tổng hợp để phát hiện, phân loại và bồi dưỡng học sinh khá, giỏi

1. . Së gi¸o dôc vµ ®µo t¹o hµ tÜnh S¸ng kiÕn kinh nghiÖm X¢Y DùNG HÖ THèNG BµI TËP HãA HäC RÌN LUYÖN, PH¸T TRIÓN T¦ DUY PH¢N TÝCH TæNG HîP §Ó PH¸T HIÖN, PH¢N LO¹I Vµ BåI D­ìng häc sinh kh¸, giái (SKKN - 2014) T¸c gi¶: Phan Thanh Nam Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai Trang - 1 -
2. . Hà tĩnh, tháng 4 năm 2014 Trang - 2 -
3. . I. ĐẶT VẤN ĐỀ I.1. Lí do chọn đề tài Qua nhiều năm thực tế giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi, tôi đã đúc rút được một số kinh nghiệm: Quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi tham dự các kỳ thi, muốn có hiệu quả cao thì việc phát hiện ra các học sinh có tố chất và rèn luyện, phát triển tư duy phân tích tổng hợp cho các em là việc làm cần thiết mang tính chất quyết định. Có thể nói công việc này tạo ra được những học sinh có tư duy hóa học sắc bén và có khả năng tìm tòi và tự học cao, giải quyết được những bài tập khó trong các đề thi của các kỳ thi học sinh giỏi tỉnh hay các kỳ thi cao hơn là học sinh giỏi quốc gia. Lớp 10 là lớp khởi đầu cho chương trình THPT các em còn chưa có một sự định hướng rõ ràng với bộ môn hóa học, việc phát hiện và hướng dẫn các em có tố chất hóa học tốt rèn luyện và phát triển tư duy hóa học càng phải ưu tiên hơn. Mặt khác, trong nội dung chương trình khối lớp này phần cấu tạo chất là một phần rất quan trọng tạo tiền đề, cơ sở, nền tảng để học tốt những phần tiếp theo và thường xuất hiện trong đề thi của các kỳ thi nói trên. Từ những lập luận như vậy tôi đã đi đến chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập hóa học rèn luyện, phát triển tư duy phân tích tổng hợp để phát hiện, phân loại và bồi dưỡng học sinh khá, giỏi”. I.2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tìm tòi cách sử dụng bài tập hoá học theo hướng tích cực nhằm khai thác triệt để công dụng của bài tập nhằm nâng cao hiệu quả dạy học. I.3. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động nhận thức của học sinh trong quá trình dạy học hoá học. Học sinh khối THPT, nội dung chương trình THPT hiện hành. I.4. Phạm vi nghiên cứu Đối tượng là học sinh khá giỏi các lớp chọn khối 10 THPT. Nội dung chương trình lớp 10 THPT hiện hành thuộc các phần: Cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, liên kết hóa học. Trang - 3 -
4. . II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1. Thiết kế bài tập hoá học rèn luyện, phát triển tư duy phân tích, tổng hợp cho học sinh Các bài tập mà giáo viên sử dụng để ra cho của học sinh có thể chia ra làm bốn mức độ, đó là: mức độ một: nhận biết; mức độ hai: thông hiểu; mức độ ba: vận dụng và mức độ bốn: phân tích và tổng hợp. Mục đích của đề tài là phát hiện đối tượng học sinh khá giỏi và phân loại, rèn luyện tư duy phân tích tổng hợp cho các em nên các bài tập được thiết kế và lựa chọn ở đây đều thuộc mức độ bốn. Bài tập hóa học ở mức độ này thường có dạng: Xác định các phần, phân tích mối quan hệ giữa các phần và nhận thức lại những kiến thức có liên quan. Tập hợp các mối liên hệ trừu tượng hoặc tạo ra một thông tin thống nhất. Yêu cầu sử dụng ít nhất 2 đơn vị kiến thức (ở mức độ cao hơn vận dụng) để giải quyết vấn đề. Thí dụ: Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo các đồng phân, chọn được chất phù hợp với yêu cầu; xác định nguyên tố, viết cấu hình electron nguyên tử từ đó xác định vị trí hoặc tính chất của nguyên tố; Giáo viên làm việc phải dựa trên nguyên tắc, trước hết là trang bị, bổ túc những kiến thức lý thuyết cần thiết, nhất là những kiến thức khó cho học sinh, sau khi các em đã nắm vững một đơn vị kiến thức lý thuyết khá lớn (một phần hay một chương) thì mới tiếp cận hệ thống bài tập liên quan. II.2. Xây dựng hệ thống bài tập hoá học rèn luyện, phát triển tư duy phân tích tổng hợp Chương 1: NGUYÊN TỬ II.2.1. 1. Một số vấn đề lý thuyết cần bồi dưỡng cho học sinh khá, giỏi a) Các số lượng tử Số lượng tử chính n: có vai trò quan trọng nhất, có thể nhận những giá trị nguyên dương bất kỳ từ một trở đi (n = 1, 2, 3, ), nó cho biết electron thuộc lớp nào trong nguyên tử. Số lượng tử phụ l (số lượng tử obitan): cùng với số lượng tử chính xác định năng lượng của obitan của electron. Đối với mỗi giá trị của n, l có thể nhận những giá trị nguyên dương từ 0 đến (n-1). Mỗi giá trị của l tương ứng với một phân lớp electron trong lớp thứ n. Kí hiệu phân lớp: l = 0 1 2 3 s p d f Số lượng tử từ ml: trong một phân lớp, các AO có cùng mức năng lượng (ứng với cùng giá trị số lượng tử n, l) nhưng khác nhau về sự định hướng trong không gian. Phân lớp s chỉ có một AO: đối xứng cầu trong không gian Phân lớp p có ba AO: px, py, pz định hướng theo các trục Ox, Oy, Oz. Trang - 4 -
5. . Phân lớp d có năm AO: có năm cách định hướng trong không gian. Sự định hướng trong không gian của các AO thể hiện trong từ trường và mỗi cách định hướng ứng với một số lượng tử từ ml. Ứng với mỗi giá trị của l, ml có thể nhận bất kỳ giá trị nguyên nào trong giới hạn l, kể cả giá trị 0. Vậy ứng với mỗi giá trị l có (2l + 1) giá trị ml. Như vậy số obitan trong các phân lớp s, p, d, f lần lượt là 1, 3, 5, 7 obitan. Số lượng tử spin ms: các số lượng tử trên được đặc trưng cho sự chuyển động của electron trong nguyên tử. Ngoài ra, electron còn có sự chuyển động riêng, momen động lượng riêng do sự tự quay quanh trục của nó gây ra. Vectơ mô tả sự quay đó chỉ có thể định hướng theo hai chiều và mỗi chiều ứng với số lượng tử spin: ms = + 1/2 hoặc ms = - 1/2. Trạng thái của electron trong nguyên tử được đặc trưng bằng bốn số lượng tử: n, l, ml, ms. b) Cấu hình electron Nguyên lý Pauli: Trên 1 obitan chỉ có thể có nhiều nhất là hai electron, biểu diễn bằng hai mũi tên ngược chiều (trong một nguyên tử, không thể tồn tại hai electron có cùng bốn số lượng tử). Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái cơ bản, các electron lần lượt chiếm những obitan có mức năng lượng từ thấp đến cao. Quy tắc Hun 1: Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và có chiều tự quay giống nhau (trong một phân lớp các electron được sắp xếp để tổng spin là cực đại). Trật tự các mức năng lượng tăng dần: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f Cơ sở sắp xếp các mức năng lượng trên: Tổng giá trị (n + l) tăng dần. Nếu có cùng giá trị (n + l) thì viết theo thứ tự tăng giá trị n. Cấu hình electron được viết theo những nguyên lí và quy tắc trên là cấu hình electron ở trạng thái cơ bản, đó là trạng thái có năng lượng thấp nhất, những trạng thái có năng lượng cao hơn là trạng thái kích thích. Quy tắc Hun 2: Trong một phân lớp, các electron phân bố vào các obitan sao cho tổng ml là cực đại, electron có khuynh hướng sắp xếp trước tiên vào obitan có giá trị ml lớn. c) Một số trường hợp “bất thường” khi xây dựng vỏ nguyên tử Cr đáng lẽ có cấu hình: 1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3p 6 3d 4 4s 2 nhưng thực tế là 1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s1 . Giải thích: Từ quy tắc Hun 1 ta thấy độ bền của các cấu hình electron chẳng những phải thể hiện ở các cấu hình electron bão hòa 2–8–18–32 và các phân lớp bão hòa s 2 , p 6 ,d 10 , f 7 mà còn thể hiện ở cả cấu hình các phân lớp nửa bão hòa p 3 ,d 5 . Trang - 5 -
6. . Trường hợp của Cr: sở dĩ như vậy vì phân lớp 4s có mức năng lượng xấp xỉ phân lớp 3d và cấu hình 3d5 nửa bão hòa là một cấu hình bền vững, ở đây phân lớp 3d đã có 4 electron nên 1 electron của phân lớp 4s đã nhảy vào phân lớp 3d để đạt tới cấu hình bền vững (hiện tượng bán bão hòa gấp). Trường hợp của Cu: nếu cấu hình electron của Cu là 1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2 thì phân lớp 3d9 chưa phải là cấu hình nền vững. Vì vậy một electron của phân lớp 4s đã nhảy vào phân lớp 3d để đạt tới cấu hình 3d10 bền vững. Do đó cấu hình electron thực tế của Cu là Ar3d104s1 (hiện tượng bão hòa gấp). Trường hợp của Pd: có cấu hình Kr4d 10 5s 0 , ở đây cả hai electron của phân lớp 5s nhảy vào phân lớp 4d đã có 8 electron để đạt tới cấu hình 4d10 bền vững. Vì vậy mà phân lớp 5s (do đó cả lớp thứ năm) không có electron nào. Đây là trường hợp duy nhất trong bảng tuần hoàn mà số lớp electron nhỏ hơn số chu kì. Trường hợp của Nb: Kr4d 4 5s1 , cũng do khuynh hướng “điền gấp rút” electron ở phân lớp ns vào phân lớp (n - 1)d để tới Mo thì đạt được cấu hình electron bền vững (Mo: Kr4d 4 5s1 ). II.2.1.2. Hệ thống bài tập của chương 1 Dạng 1. Mối quan hệ giữa các hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử Bài tập 1. Hợp chất MX3 có tổng số proton, nơtron, electron là 196, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 60. Nguyên tử khối của X lớn hơn so với M là 8. Tổng 3 loại hạt trong nguyên tử X nhiều hơn trong M là 12. Xác định M và X, ghi kí hiệu nguyên tử của hai nguyên tố M và X. Viết công thức hóa học của MX3. Phân tích: Ta có bốn ẩn là ZM, NM, ZX, NX, bài ra cho bốn dữ kiện. Lập bốn phương trình toán học ứng với bốn dữ kiện, giải tìm ra các ẩn. Từ đó trả lời được yêu cầu của bài. Giải: Gọi số hiệu nguyên tử và số nơtron của M và X lần lượt là ZM, NM, ZX, NX, (ZM = PM = EM, ZX = PX = EX) Theo bài ra ta có: 2Z M N M 3(Z X N X ) 196 2Z M 6Z X N M 3N X 60 Z X N X (Z M N M ) 8 2Z X N X (2Z M N M ) 12 Z X 17, N X 18 Giải hệ phương trình: trên ta có kết quả N M 13, N M 14 Trang - 6 -
7. . Ta có X là Cl, M là Al. Số khối: AX = 17 + 18 = 35, AM = 13 + 14 = 27 35 27 Kí hiệu nguyên tử: 17 Cl,13 Al . Công thức hóa học: AlCl3. Tác dụng của bài tập: Học sinh biết giải loại bài tập tìm công thức hợp chất dựa vào mối quan hệ của các hạt proton, nơtron, electron trong hợp chất, bằng cách lập số phương trình bằng số ẩn. Rèn luyện kỹ năng giải hệ nhiều phương trình, viết ký hiệu nguyên tử. Bài tập 2. Trong hợp chất M a Rb , R chiếm 6,67% về khối lượng. Biết a + b = 4. Trong nguyên tử R, số nơtron bằng số proton, còn trong nguyên tử M số nơtron nhiều hơn số proton là 4 hạt. Trong M a Rb , tổng số proton là 84 hạt. Xác định các nguyên tố M, R và hợp chất M a Rb . Giải thích sự tạo thành M a Rb . Phân tích: Ta có 6 ẩn ZM, NM, ZR, NR, a, b; bài ra cho 5 dữ kiện, như vậy sẽ lập được 5 phương trình toán học ứng với 6 ẩn (số phương trình nhỏ hơn số ẩn) phải biện luận. Mấu chốt để biện luận bài tập này là dựa vào đặc điểm của ẩn a, b. Đây là hệ số các nguyên tử trong phân tử MaRb nên a, b là số nguyên, mà a + b = 4 nên 0 < a < 4 và 0 < b < 4 a, b chỉ có thể nhận các giá trị 1, 2 hoặc 3. Biết b thì tìm được a tương ứng. Như vậy có thể coi như một ẩn đã biết, bài toán trở thành 5 ẩn và 5 phương trình. Đối với dạng này ta biến đổi sao cho tìm được biểu thức ZM hoặc ZR phụ thuộc vào a (hoặc b), tức là rút gọn lại còn 1 phương trình từ các phương trình toán học đã lập. Từ các giá trị có thể có của a (hoặc b) tìm được ZM (hoặc ZR) tương ứng, chọn nghiệm phù hợp. Giải: Gọi số hiệu nguyên tử, số nơtron trong M và R lần lượt là ZM, NM, ZR, NR. Ta có %R = 6,67% %M = 100 – 6,67 =93,33% aM 93.33 a(Z N ) 14 M M 14 (1) bM 6.67 b(Z R N R ) Mặt khác: a + b = 4 (2) NM = ZM + 4 (3) ZR = NR (4) aZM + bZR = 84 (5) a(2Z M 4) ’ Thay (3), (4), vào (1) ta có 14 aZ M 2a 14bZ R (1 ) b.2Z R ’ Lấy (5) – (1 ) 15bZR =84 + 2a Trang - 7 -