Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hóa đại cương vô cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế

Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hóa đại cương vô cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế Nguyễn Thị Nhung Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngàn

Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hóa đại cương vô cơ huấn luyện học sinh

giỏi cấp quốc gia, quốc tế

Nguyễn Thị Nhung

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý; Mã số: 60 44 31

Người hướng dẫn: PGS TS Lê Kim Long

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về khảo sát đặc điểm của học sinh

giỏi quốc gia (HSGQG) nói chung và HSG quốc gia tham dự đội tuyển ICho nói riêng Phân tích nội dung bài thực hành trong các đề thi Olympic hoá học quốc tế các năm gần đây Xây dựng, hệ thống một số bài thực hành đại cương vô cơ dành cho học sinh giỏi quốc gia và dự tuyển quốc tế Tổ chức thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi

và hiệu quả của việc xây dựng, hệ thống các bài thực hành ở trên

Keywords: Hóa đại cương; Hóa vô cơ; Bài thực nghiệm

Content

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Giáo dục Việt Nam thế kỉ XXI đang đứng trước những thời cơ và thách thức lớn Sự phát triển nhảy vọt của khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin và truyền thông đã và đang đưa nhân loại bước sang một giai đoạn phát triển mới - thời đại của nền kinh

tế tri thức

Trước xu thế hội nhập và toàn cầu hóa đang diễn ra mạnh mẽ như một tất yếu của dòng chảy thời đại, phát huy nguồn lực con người chính là yếu tố cơ bản, là nền tảng để thực hiện mục tiêu tăng trưởng kinh tế, phát triển xã hội Đảng và nhà nước ta đã xác định phát triển Giáo dục và Đào tạo là quốc sách hàng đầu

Để thực hiện được chủ trương đó, một trong những nhiệm vụ trọng yếu là bồi dưỡng tri thức, phát huy tiềm năng ẩn chứa trong mỗi con người Đặc biệt là đào tạo bồi dưỡng thế

hệ trẻ để các em có thể phát huy tối đa năng lực và tri thức đóng góp cho công cuộc xây dựng

và đổi mới đất nước Trước yêu cầu đó, hệ thống trường THPT chuyên đã được thí điểm triển khai, từng bước khẳng định ưu thế và mở rộng ở khắp các vùng miền trong cả nước, trở thành những cái nôi quan trọng góp phần bồi đắp nguyên khí cho nước nhà

Trong chương trình THPT chuyên, môn hóa học là môn khoa học thực nghiệm và lí thuyết Với mục tiêu giúp HS nắm vững những kiến thức khoa học phổ thông cơ bản về các chất,

sự biến đổi các chất, mối liên hệ qua lại giữa công nghệ HH, môi trường và con người Thông qua

đó, hình thành kĩ năng của môn học như: kỹ năng quan sát, phân tích, so sánh, phán đoán, tính toán, thực hành thí nghiệm

Kì thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế được tổ chức hàng năm nhằm tìm kiếm và phát triển những tài năng hoá học cho đất nước Nội dung bài thi quốc gia các năm trước chỉ dừng lại ở các bài thi lý thuyết đại cương vô cơ và hữu cơ tức là mới chỉ đề cập đến một phần mặc dù khá quan trọng của môn khoa học kì diệu này Trong khi đó bài thi olympic quốc tế bao gồm cả hai phần rất quan trọng thực hành và lý thuyết Chương trình thi của Icho khá rộng và có một số vấn đề khác biệt so với chương trình dạy học môn hóa ở các chương trình

cơ bản, nâng cao Việc huấn luyện HSG cho kì thi các cấp thường nặng về lí thyết và ít có các nội dung thực nghiệm Thực tế, kết quả thực hành của HS Việt Nam thường không cao trong các kỳ thi Olympic hóa học quốc tế Từ hai năm trở lại đây, Bộ GD&ĐT đã có chủ trương tổ chức thi thực hành Đây là cơ hội để thúc đẩy các nội dung hóa học có ứng dụng và rèn luyện

kỹ năng thực hành cho học sinh Trên cơ sở đó chúng tôi đã chọn đề tài "Xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần hoá đại cương vô cơ huấn luyện học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế" nhằm thúc đẩy một bước các nghiên cứu tăng cường kỹ năng thực hành và thu hút

hứng thú của học sinh

Mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng hệ thống những bài thực nghiệm phần đại cương vô cơ giúp cho học sinh chuyên hoá, học sinh yêu thích môn hoá rèn luyện kĩ năng thực hành từ cơ bản đến nâng cao tham gia các kì thi trong khu vực, quốc gia và cao hơn là olympic hoá học quốc tế

nhất là cho kì thi Icho 2014 tổ chức tại Việt Nam

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về khảo sát đặc điểm của HSG QG nói chung

và HSG quốc gia tham dự đội tuyển Icho nói riêng

- Phân tích nội dung bài thực hành trong các đề thi Olympic hoá học quốc tế các năm gần đây

- Xây dựng, hệ thống một số bài thực hành đại cương vô cơ dành cho học sinh giỏi quốc gia và dự tuyển quốc tế

- Tổ chức thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc xây dựng,

hệ thống các bài thực hành ở trên

Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 3 phần chính:

Mở đầu

Nội dung (gồm 3 chương)

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Hoạt động nhận thức [14], [16], [27]

1.1.1 Khái niệm nhận thức

Theo "Từ điển Bách khoa Việt Nam", nhận thức là quá trình biện chứng của sự phản ánh thế giới khách quan trong ý thức con người, nhờ đó con người tư duy và không ngừng tiến đến gần khách thể Như vậy, nhận thức là một trong ba mặt cơ bản của đời sống tâm lý con người (nhận thức, tình cảm và hành động) Nó là tiền đề của hai mặt còn lại và có ảnh hưởng tới các hiện tượng tâm lý khác [14]

1.1.2 Rèn luyện năng lực nhận thức của học sinh trong quá trình dạy và thực hành hoá học

1.1.2.1 Rèn luyện năng lực quan sát

1.1.2.2 Rèn luyện các thao tác tư duy

1.2 Năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy thực hành hóa học

1.2.1 Năng lực sáng tạo của học sinh

* Khái niệm về năng lực

* Khái niệm về sáng tạo

* Những quan niệm về năng lực sáng tạo của học sinh

1.2.2 Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh

1.3 Cơ sở lý luận, thực tiễn công tác bồi dưỡng HSG ở trường THPT Chuyên

1.3.1 Vị trí, vai trò của công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THPT:

Năm 2012 đoàn HSG của Việt Nam tham dự kì thi Olympic khu vực châu á và quốc

tế đã xuất sắc dành được 29 tấm huy chương, trong đó đội tuyển hoá học có 4/4 em đều đạt giải bao gồm 1 huy chương vàng, 2 huy chương bạc và 1 huy chương đồng[31]

Có được thành tích này phần lớn dựa trên nền kiến thức của học sinh các trường THPT chuyên các tỉnh, thành phố trên cả nước Sự nỗ lực của Thầy và Trò trong hệ thống các trường chuyên đã góp phần làm cho chất lượng giáo dục Việt Nam dần tiếp cận với giáo dục thế giới

1.3.2 Những phẩm chất và năng lực cần có của HSG Hoá học:

* Quan niệm về học sinh giỏi

Cơ quan giáo dục Hoa Kỳ miêu tả khái niệm “HSG” như sau: Đó là những học sinh có

khả năng thể hiện xuất sắc hoặc năng lực nổi trội trong các lĩnh vực trí tuệ, sự sáng tạo, khả

năng lãnh đạo, nghệ thuật, hoặc các lĩnh vực lí thuyết chuyên biệt Những HS này thể hiện tài năng đặc biệt của mình từ tất cả các bình diện xã hội, văn hóa và kinh tế”

* Phẩm chất và năng lực của học sinh giỏi hóa học

- Có năng khiếu HH, biểu hiện ở chỗ:

- Có lòng say mê đặc biệt với môn HH, có sức khoẻ tốt, có tính kiên trì bền bỉ để có

thể học tập nghiên cứu trong một thời gian dài, có tính khiêm tốn và cầu tiến Có ý thức tự học, tự hoàn thiện kiến thức ở mọi nơi, mọi lúc

- Có kiến thức văn hoá nền tảng vững chắc Đó là kiến thức các bộ môn bổ trợ như Toán học, Vật lí, Sinh học, Ngoại ngữ, Tin học và các kiến thức văn hoá nền như Địa lí, Lịch

sử, văn hoá ứng xử…

1.3.3 Kĩ năng cần có của Giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi

- Nhà giáo phải có phẩm chất đạo đức, tư tưởng tốt Có tinh thần trách nhiệm cao trong nghề nghiệp

- Kiến thức chuyên môn chắc chắn, chuyên sâu

- Luôn có tinh thần tự học, tự nghiên cứu để không ngừng nâng cao trình độ chuyên môn

- Kĩ năng thực hành chuẩn, thành thạo

- Hướng dẫn học sinh khả năng tự học, tự nghiên cứu trên cơ sở kiến thức cơ bản vững chắc

- Đủ sức khoẻ theo yêu cầu nghề nghiệp

- Yêu thích, đam mê môn học mình phụ trách

1.3.4 Hiện trạng bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường THPT Chuyên

Năm 2012 -2013 một số môn thi như vật lý, hoá học, sinh hoc có thêm buổi thi thực hành nhưng khâu chuẩn bị cho buổi thi này có vẻ chưa được tốt chẳng hạn như môn hoá học, các bài thực hành đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GD&ĐT) đưa vào chương trình sách giáo khoa phổ thông nhưng đa số các trường THPT kể cả THPT Chuyên mấy năm trước đều không đủ điều kiện để hướng dẫn các em làm, có chăng các em cũng chỉ được xem thí nghiệm mô phỏng hoặc giáo viên làm mẫu do đa số các trường THPT chuyên đang rơi vào tình trạng thiếu thiết bị thực hành, trường nào cũng có phòng thí nghiệm nhưng thiết bị nghèo nàn, lạc hậu và chật chội không đủ điều kiện và độ an toàn cho các em làm thí nghiệm thêm

vào đó nhà trường hầu như chưa có giáo viên chuyên trách sử dụng các thiết bị và hướng dẫn các em thực hành do vậy công tác dạy thí nghiệm còn rất hạn chế, các em rất bối rối với các bài thực hành mặc dù mới chỉ đề cập ở những thao tác cơ bản, đơn giản

1.4 Một số vấn đề lí luận về làm thực hành hoá học ở trường THPT

1.4.1.Ý nghĩa, tác dụng của thực hành hóa học

Trong dạy học hóa học, thực hành hoá học vừa là phương pháp vừa là phương tiện hữu hiệu để giúp HS vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học, biến những kiến thức đã thu được qua bài học thành kiến thức của chính mình

1.4.2 Phân loại bài thực hành hóa học

1.4.2.1 Dựa vào lĩnh vực nghiên cứu có thể chia bài thực hành thành 3 loại

* Bài thực hành đại cương vô cơ:

* Bài thực hành phân tích:

* Bài thực hành hữu cơ

1.4.2.2 Dựa vào cách thức thể hiện có thể phân bài tập hóa học thành 2 loại

* Bài thực hành định tính:

* Bài thực hành định lượng:

1.4.2.3 Phân loại theo mục tiêu sử dụng có thể chia làm hai loại:

* Bài thực hành làm trực tiếp:

* Bài thực hành bằng quan sát (đề mô, mô phỏng)

1.5 Một số nội dung thực hành đã được đề cập trong chương trình phổ thông, đề thi học sinh giỏi quốc gia và olympic hoá học quốc tế các năm gần đây:

1.5.1 Các bài thực hành được đề cập trong chương trình phổ thông:

1.5.2 Nội dung đã được đề cập tới của đề thi HSG Quốc gia năm 2012 [33] :

1.5.3 Tóm tắt nội dung thực hành phần đại cương vô cơ trong bài thi olympic hoá học quốc tế các năm gần đây [32]

:

1.5.3.1 Lưu ý trong quá trình làm bài:

1.5.3.2 Nội dung thực hành đề cập trong đề thi IChO từ năm 2008 - 2012:

1.6 Nhận xét bài thi thực hành quốc gia và quốc tế:

Tiểu kết chương 1

Trong chương này chúng tôi đã nghiên cứu một số lý luận cơ bản về hoạt động nhận thức, năng lực sáng tạo của học sinh Đưa ra tổng quan các vấn đề lí luận và thực tiễn về công tác bồi

dưỡng HSG, thực trạng của thí nghiệm, thực hành trong dạy học hóa học của chương trình trung học phổ thông cơ bản, nâng cao và trung học phổ thông chuyên, trong các kì thi học sinh giỏi cấp quốc gia ở nước ta hiện nay Tóm tắt nội dung thực hành hoá học đại cương vô

cơ trong đề thi Icho các năm gần đây Từ đó nhận xét mối liên hệ giữa chương trình thực hành trong nước với các đề thi olympic hoá học quốc tế

Chương 2:

MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH RÈN LUYỆN KĨ NĂNG CHO HỌC SINH GIỎI QUỐC

GIA VÀ QUỐC TẾ 2.1 Cơ sở lý thuyết chung

2.1.1 Phân tích định lượng [12], [13], [22] :

2.1.1.1 Dụng cụ và cách sử dụng:

2.1.1.2 Nồng độ và pha chế dung dịch:

a Nồng độ dung dịch:

b Pha chế dung dịch

2.1.1.3 Các phương pháp chuẩn độ hay gặp trong các đề thi Icho:

a Dựa vào bản chất của phản ứng trong phân tích thể tích có thể phân loại các phương pháp phân tích sau:

b Tuỳ theo trình tự tiến hành chuẩn độ người ta chia thành các chuẩn độ sau:

2.1.1.4 Các chất chỉ thị chuẩn độ

a Chất chỉ thị cho chuẩn độ axit - bazơ

b Chất chỉ thị cho chuẩn độ oxi hóa – khử

2.1.2 Động học phản ứng [25] :

2.1.2.1 Tốc độ phản ứng:

a Khái niệm

b Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng:

c Phương pháp xác định bậc phản ứng:

2.1.2.2 Cân bằng hoá học:

a Khái niệm:

b Điều kiện cân bằng hoá học:

c Xây dựng hằng số cân bằng:

Khi đó phương trình (4) được viết lại như sau:

d Các yếu tố ảnh hưởng tới cân bằng hoá học:

2.2 Phân tích nội dung bài thực hành vô cơ trong kì thi Icho:

Chuẩn độ oxi hoá - khử phức chất để xác định nồng độ của dd K4[Fe(CN)6] và của ion

Zn2+:

1 Chuẩn độ dd K4[Fe(CN)6] trong môi trường H2SO4 bằng dd chuẩn Ce4+ 0.05136M với chỉ thị Feroin;

2 Dùng dd K4[Fe(CN)6] vừa chuẩn độ ở trên xác định nồng độ ion Zn2+

với chất chỉ thị là điphenyl amin

2.3 Một số bài thực hành đề xuất làm đề nguồn cho kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia và olympic quốc tế[7], [18]

: Bài 1: Hằng số tốc độ phản ứng bậc 2: Sự xà phòng hoá etyl axetat

Xét phản ứng động học bậc 2 đơn giản thuỷ phân etyl axetat trong môi trường kiềm với nồng độ ban đầu không giống nhau:

OH- + CH3COOC2H5  CH

3COO- + C2H5OH

lg

k





Xử lý hỗn hợp phản ứng bằng axit sau đó chuẩn độ ng ược bằng kiềm

Bài 2: Xác định hằng số tốc độ phản ứng phân huỷ H2O2 với xúc tác dị thể MnO2

H2O2 phân huỷ theo phương trình sau: H2O2 → H2O + 1/2O2

Tốc độ phản ứng này tăng lên khi có xúc tác và diễn ra theo 2 giai đoạn:

HOOH cham 2H + 1/2O2 (1) HOOH + 2H nhanh 2H2O (2) 2H2O2 → 2H2O + O2

2.303 lg

t

V k







 ( 3)

Hằng số tốc độ của phản ứng được xác định bằng phương pháp đo thể tích oxi tại thời điểm t

Bài 3 Nghiên cứu cân bằng hoá học của phản ứng: 2Fe3+ + 3I- ⇌ 2Fe2+ + I3

-Xét phản ứng: 2Fe3+ + 3I- ⇌ 2Fe2+ + I3-

3 2

3

Fe Fe I I

Xét tại điều kiện chuẩn: K c 10nF E 0/RT 107.46

Hằng số cân bằng của phản ứng được biểu diễn theo phương trình:

2 2 -3 3+ 2 - 3

[ ] [I ] [Fe ] [I ]

c

Fe K



Hằng số cân bằng của phản ứng được xác định bằng phương pháp chuẩn độ gián tiếp

I2 sinh ra, xác định thành phần cân bằng của hệ

Bài 4: Nghiên cứu sự phân bố chất tan giữa hai dung môi không trộn lẫn vào nhau: CH3COOH trong hệ dung môi H2O/CCl4

Khi lắc chất tan với hai dung môi không trộn lẫn vào nhau:

Adm1 ⇌Adm2

2 1

C K C

 (1) Hằng số cân bằng của hệ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ axit axetic trong dung môi nước

Bài 5: Tổng hợp vô cơ - Điều chế natri thiosunfat

Trong phòng thí nghiệm muối này được điều chế bằng phương pháp đun nóng natri sunfit với lưu huỳnh trong hệ dung môi rượu/nước

Na2SO3 + S 

Na2S2O3

Bài 6: Chuẩn độ gián tiếp xác định thành phần hợp kim

- Để xác định hàm lượng các kim loại trong mẫu trước tiên phá mẫu bằng dung dịch axit HNO3 loãng Thiếc được tách ra ở dạng SnO2 bằng cách đun dung dịch với dung dịch H2O2 3%

3Zn + 8H+ + 2NO3- 

3Zn2+ + 4H2O + 2NO 3Cu + 8H+ + 2NO3-  3Cu2+

+ 4H2O + 2NO 3Ag + 4H+ + NO3-  3Ag+

+ 2H2O + NO 3Sn + 8H+ + 2NO3-  3Sn2+

+ 4H2O + 2NO

Sn2+ + 2H2O2  SnO

2 + 2H2O + Trước tiên dùng phương pháp chuẩn độ kết tủa Fajans để xác định lượng Ag+

trong dung dịch Trong phép đo bạc này, natri clorua được dùng làm thuốc thử Điểm cuối chuẩn độ được xác định nhờ chất chỉ thị hấp phụ, tiêu biểu là điclofluorensen là một axit hữu cơ yếu

Ag+ + Cl-  AgCl

- Sau khi chuẩn độ xong Ag+ phần còn lại chứa hai ion Zn2+ và Cu2+ trong dung dịch

sẽ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ complexon với axit ethylenđiamintetraaxetic EDTA là một phối tử sáu càng Hai ion này tạo phức với EDTA với hằng số bền gần bằng nhau:

M2+ + H2Y2- ⇌ MY2- + 2H+

Tiểu kết chương 2

Trên cơ sở nghiên cứu và phân tích nội dung chương trình, kiến thức hóa học chuyên; các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp khu vực, cấp quốc gia phần hóa đại cương vô cơ và các bài thực hành hóa đại cương vô cơ trong các bài chuẩn bị và các đề thi thực hành Olympic hóa học quốc tế qua các năm đã xây dựng được sáu bài thí nghiệm thực hành hóa đại cương vô cơ về nghiên cứu tốc độ phản ứng, cân bằng hoá học và tổng hợp vô cơ, Đề xuất hệ thống câu hỏi, thang điểm đánh giá phù hợp với từng mức độ của các kì thi học sinh giỏi quốc gia và Olympic hóa học quốc tế

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm sư phạm nhằm khẳng định mục đích nghiên cứu của đề tài là thiết thực, khả thi, đáp ứng được yêu cầu cung cấp các bài thực hành nguồn góp phần nâng cao khả năng thí nghiệm của học sinh THPT chuyên hóa đặc biệt là các em trong đội dự tuyển quốc gia, quốc tế

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm

3.2 Nội dung và phương pháp thực nghiệm

3.2.1 Nội dung thực nghiệm

3.2.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

3.3 Tổ chức thực nghiệm

3.3.1 Đối tượng và phạm vi thực nghiệm

Lựa chọn địa bàn:

Lựa chọn giáo viên:

Lựa chọn học sinh:

3.3.2 Thực hiện thí nghiệm:

3.3.2.1 Bài 1: Hằng số tốc độ phản ứng bậc 2 - Sự xà phòng hoá etyl axetat.:

* Kết quả của GV:

Tính k theo phương trình (*)ở mỗi giá trị t và rút ra k

STT Thời gian

(phút)

VNaOH 0.05M

2.303

t

lg





k