Khóa luận Đồ thị trong hóa học, ứng dụng trong bồi dưỡng học sinh giỏi THCS

TRƯỜNG ĐH THỦ ĐÔ HÀ NỘI KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THÚY HẰNG ĐỒ THỊ TRONG HÓA HỌC, ỨNG DỤNG TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THCS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM HÓA HỌC Hà Nội, tháng năm 2019 TRƯỜNG ĐH THỦ ĐÔ HÀ NỘI KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THÚY HẰNG ĐỒ THỊ TRONG HÓA HỌC, ỨNG DỤNG TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THCS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM HÓA HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thị Nụ Hà Nội, tháng năm 2019 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bài tập hóa học xu hướng phát triển 1.1.1 Bài tập hóa học 1.1.1.1.Khái niệm 1.1.1.2.Vai trò, ý nghĩa : 1.1.1.3.Phân loại : 1.1.2.Xu hướng phát triển : 1.2 Học sinh giỏi : 1.2.1.Quan niệm học sinh giỏi : .6 1.2.1.1.Những phẩm chất lực học sinh giỏi hóa học : 1.2.1.2.Mục tiêu việc bồi dưỡng HSG : 1.2.2.Khái niệm tập hóa học cho học sinh giỏi : 1.3 Yêu cầu xây dựng tập hóa học bồi dưỡng học sinh giỏi : 1.3.1.Nguyên tắc : .9 1.3.1.1.Hệ thống tập phải đảm bảo tính xác, khoa học .9 1.3.1.2.Hệ thống tập phải đảm bảo tính hệ thống, tính đa dạng 1.3.1.3.Hệ thống tập phải đảm bảo tính vừa sức 10 1.3.2.Quy trình xây dựng tập hóa học bổi dưỡng học sinh giỏi [ 15 ] 10 Tiểu kết chương 12 CHƯƠNG : BÀI TẬP ÁP DỤNG PPDH BẰNG ĐỒ THỊ DẠY HỌC 13 2.1 Hệ thống kiến thức : 13 2.1.1.Bản chất phản ứng hóa học : .13 2.1.1.1.CO2 ( SO2 ) tác dụng với bazơ : 13 2.1.1.2.OH- tác dụng với dung dịch H+, Al3+, Zn2+ 14 2.2 Hệ thống tập : 15 2.2.1.CHUYÊN ĐỀ : XO2 TÁC DỤNG VỚI KIỀM 15 2.2.1.1.Dạng :XO2 tác dụng với dung dịch M(OH)2 15 2.2.1.2.Dạng : XO2 phản ứng với dung dich gồm M(OH)2, AOH .23 2.2.2.CHUYÊN DỀ : OH- TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH Al3+, Zn2+ 31 2.2.2.1.Dạng : OH- tác dụng với dung dịch Al3+ 31 2.2.2.2.Dạng : OH- tác dụng với dung dịch Zn2+ 37 2.2.3.CHUYÊN ĐỀ : H+ PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA H+, AlO2- .45 Tiểu kết chương 53 KẾT LUẬN .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành bày tỏ lịng cảm ơn kính trọng sâu sắc T.S Nguyễn Thị Nụ - giảng viên mơn Hóa học trường Đại học Thủ Hà Nội – người tận tình hướng dẫn em suốt q trình tiến hành thực khóa luận Cô tạo điều kiên thuận lợi cho em học tập nghiên cứu Em học nhiều cô từ phong cách làm việc phương pháp nghiên cứu khoa học Em xin thể lịng kính trọng lịng biết ơn đến thầy tổ Hóa – khoa Khoa học Tự nhiên trường Đại học Thủ đô Hà Nội giúp đỡ em suốt năm học để em có kiến thức hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, thầy cô giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tốt khóa luận Cuối cùng, em xin cảm ơn tất người thân, thầy cô, bạn bè động viên, giúp đỡ em q trình học tập hồn thành khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thúy Hằng DANH MỤC VIẾT TẮT GV Giáo viên HS Học sinh BTHH Bài tập hóa học THCS Trung học sở SGK Sách giáo khoa HSG Học sinh giỏi HSGHH Học sinh giỏi Hóa học LỜI MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài : Trong học tập hóa học, việc giải tập củng cố kiến thức có ý nghĩa vơ quan trọng Ngồi việc rèn luyện kĩ vận dụng kiến thức học sinh, đào sâu mở rộng kiến thức học cách sinh động, tập hóa học cịn dùng để ôn tập, rèn luyện số kĩ hóa học tốn học Việc giải tập giúp học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thơng minh, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú học tập Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải toán lại mang lại ý nghĩa quan trọng học sinh đặc biệt học sinh giỏi Một tốn có phương pháp giải có tốn đưa nhiều phương pháp giải khác tùy theo khả nhận thức, khả tư người Nếu giáo viên biết lựa chọn phương pháp hợp lý, thích hợp với lực học sinh giúp học sinh nắm vững kiến thức chất tượng hóa học Qua trình tìm hiểu, học hỏi qua thầy cô, mạng xã hội bạn bè, tích lũy phương pháp đồ thị để giải tập hóa học, đồ thị hóa học mang lại ý nghĩa quan trọng việc giải toán Việc vận dụng phương pháp đồ thị tốn học để giải số tập hóa học đặc biệt toán liên quan đến CO2 ( SO2) tác dụng với dung dịch kiềm, OH- tác dụng với dung dịch chứa H+, Al3+, Zn2+ có ý nghĩa quan trọng Việc sử dụng đồ thị giúp học sinh thuận lợi cho việc học mơn Hóa học, tiết kiệm nhiều thời gian tính tốn, nhanh chóng có kết quả, kích thích khả tư học sinh Từ lí trên, tơi chọn đề tài : “ Đồ thị hóa học, ứng dụng bồi dưỡng học sinh giỏi THCS ” Mục đích nghiên cứu : Mục đích đề tài xây dựng hệ thống tập đồ thị chương trình hóa học THCS nhằm bồi dưỡng học sinh khá, giỏi Nhiệm vụ nghiên cứu : Đối tượng nghiên cứu : Đồ thị hóa học, ứng dụng bồi dưỡng học sinh khá, giỏi chương trình THCS Phạm vi nghiên cứu : Bài tốn đồ thị chương trình hóa học THCS Phương pháp nghiên cứu : Phương pháp nghiên cứu lí luận : Nghiên cứu tài liệu, văn có liên quan đến việc xây dựng hệ thống tập đồ thị chương trình hóa học THCS nhằm bồi dưỡng học sinh khá, giỏi Cấu trúc đề tài : Đề tài gồm phần : Phần : Mở đầu Phần : Nội dung gồm chương Chương : Cơ sở lí luận thực tiễn đề tài Chương : Áp dụng PPDH đồ thị để dạy học số chủ đề : Phần : Kết luận CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bài tập hóa học xu hướng phát triển 1.1.1 Bài tập hóa học 1.1.1.1 Khái niệm Khái niệm tập Theo từ điểm Tiếng Việt : “ Bài tập cho HS làm để vận dụng điều học ” Bài tập lựa chọn cách phù hợp với nội dung cụ thể rõ ràng Muốn giải tập này, HS phải biết suy luận logic dựa vào kiến thức học, phải sử dụng khái niệm, định luật, học thuyết, phép toán,… đồng thời phải biết phân biệt loại tập để tìm hướng giải hợp lý có hiệu Khái niệm BTHH vấn đề không lớn mà trường hợp tổng quát giải nhờ logic, phép tốn thí nghiệm sở khái niệm, định luật, học thuyết phương pháp hóa học Trong thực tiễn dạy học trường THCS, BTHH giữ vai trị vơ quan trọng BTHH vừa mục đích, vừa nội dung lại vừa phương pháp dạy học hiệu Nó khơng cung cấp cho học sinh kiến thức, đường giành lấy kiến thức mà mang lại niềm vui khám phá, tìm tịi tìm đáp án đúng, giải toán hay Hơn nữa, BTHH mang lại cho người học trạng thái hưng phấn, hứng thú nhận thức Điều đáp ứng tiêu quan trọng dạy học ngày nay, dạy học theo lợi ích, nhu cầu, hứng thú người học Nhờ phát huy tối đa tính tích cực, chủ động, sáng tạo người học 1.1.1.2 Vai trò, ý nghĩa : Bài tập hóa học nói chung tốn hóa học nói riêng có ý nghĩa, tác dụng to lớn nhiều mặt : Bài : Cho từ từ dung dịch chứa x mol NaOH vào 300 ml dung dịch ZnSO4 1,5M thu 19,8 gam kết tủa Tính giá trị x ? Hướng dẫn giải :  Từ đề → nZn2+ → kết tủa cực đại, nZn(OH)2  Dựng đồ thị → x Giải :  Ta có : nZn2+ = 0,45 ( mol ) → kết tủa cực đại = 0,45 ( mol ) nZn(OH)2 = 0,2 ( mol ) nZn(OH)2 0,45 0,2 a b 0,9 1,8 nOH-  Từ đồ thị → a = 0,2.2 = 0,4 ( mol ) = x 1,8 – b = a → b = 1,4 ( mol ) = x Bài : Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch gồm a mol HCl b mol ZnSO4 Kết thí nghiệm biểu diễn sơ đồ sau : 41 nZn(OH)2 x nOH0 0,4 Tỉ lệ a : b ? Hướng dẫn giải :  Dựa vào đồ thị → a  Gọi kết tủa đạt cực đại = b ( mol )  Dựng lại đồ thị  Tính giá trị x, b → tỉ lệ a : b Giải :  Từ đồ thị → a = 0,4 ( mol ) (1)  Gọi b số mol kết tủa đạt cực đại 42 nZn(OH)2 b x nOH0 0,4 0,4 + 2b 0,4 + 4b  Từ đồ thị → 2x = – 0,4 → x = 0,3 ( mol )  Ta có : – 0,4 = 0,4 + 4b – → b = 0,8 ( mol ) (2)  Từ ( ), ( ) → a : b = 0,4 : 0,8 = : Bài : Hòa tan hết m gam ZnSO4 vào nước dung dịch X Nếu cho 110 ml dung dịch KOH 2M vào X 3a mol kết tủa Mặt khác, cho 140 ml dung dịch KOH 2M vào X thu 2a mol kết tủa Tính m ? Hướng dẫn giải :  Chia TH, dựa vào liệu đề cho vẽ đồ thị Giải :  Gọi x số mol kết tủa cực đại Số mol KOH 0,22 mol 0,28 mol  Vì tăng KOH số mol kế tủa giảm nên ứng với 0,28 mol KOH có phản ứng hịa tan kết tủa  TH1 : Ứng với 0,22 mol KOH phản ứng hịa tan kết tủa 43 nZn(OH)2 x 3a 2a nOH-  0,22 2x 0,28 4x Từ đồ thị suy : 2.3a = 0,22 4x – 0,28 = 2.2a 2x > 0,22 a= → x= 300 75 2x > 0,22 → vô lý  TH2 : Ứng với 0,22 mol KOH có phản ứng hịa tan kết tủa 44 11 nZn(OH)2 x 3a 2a nOH-  2x Từ đồ thị : 0,22 0,28 4x 4x – 0,22 = 2.3a 4x – 0,28 = 2.2a → 2x ˂ 0,22 a = 0,03 x = 0, ( thỏa mãn ) 2x ˂ 0,22 → m = 16,1 ( g ) 2.2.3 CHUYÊN ĐỀ : H+ PHẢN ỨNG VỚI DUNG DỊCH CHỨA H+, 𝐀𝐥𝐎− 𝟐 a Dáng đồ thị : + Cho từ từ dung dịch chứa H+ vào dung dịch chứa a mol AlO2- ta có phản ứng xảy : H+ + AlO2- + H2O → Al(OH)3↓ Al(OH)3 +3H+ → Al3+ + 3H2O + Đồ thị biểu diễn hai phản ứng sau : 45 nAl(OH)3 A(a) M nH+ O(0) B(a) C ( 4a ) + Ta ln có : BO BM = ; BM = a = 𝑛↓𝑚𝑎𝑥 BC BM = ; BC BM = b Nhận xét :  Dáng đồ thị : Tam giác không cân  Tọa độ điểm quan trọng : + Điểm xuất phát : ( 0, ) + Điểm cực đại ( kết tủa cực đại ) : ( a, a ) [ a số mol Al3+ ] → kết tủa cực đại a mol + Điểm cực tiểu : ( 0, 4a )  Tỉ lệ đồ thị : ( 1: ) ( 1: ) 46 Chú ý : Khi thêm H+ vào dung dịch chứa OH- vào AlO2- H+ phản ứng với OH- trước sau H+ phản ưng với AlO2- Đồ thị tốn có dạng : nAl(OH)3 a x nH+ a+x 4a + x Bài : Cho từ từ dung dịch HCl đến dư vào dung dịch NaAlO2 Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị Tính giá trị a, b tương ứng ? nAl(OH)3 M a nH+ b 0,8 47 Hướng dẫn giải :  Dựa vào tỉ lệ đồ thị Giải : + Từ đồ thị, ta có tỉ lệ đồ thị : : →a=b= 0,8 = 0,2 ( mol ) Bài : Hòa tan vừa hết m gam Al vào dung dịch NaOH dung dịch X 3,36 lít H2 ( đktc ) Rót từ từ đến hết V lít dung dịch HCl 0,2M vào X thu 5,46 gam kết tủa Tính m V ? Hướng dẫn giải :  Từ giả thuyết → nNaAlO2  Dựng đồ thị → a, b → V Giải : nH2 = 0,15 ( mol ) , n↓ = 0,07 ( mol ) NaOH + Al + H2O → NaAlO2 + H2↑ 0,15 ← 0,15 → m = 0,15 27 = 4,05 ( g ) 48 nAl(OH)3 0,15 0,07 a n H+ 0,15 b 0,4  Từ đồ thị tỉ lệ → a = 0,07 → V = 0,35 ( lít ) = 350 ml b = 0,1 + 3( 0,1 – 0,07 ) = 0,19 → V = 0,95 ( lít ) = 950 ml Bài : Nhỏ từ từ dung dịch HCl vào dung dịch NaAlO2 Kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau : Từ đồ thị cho biết lượng HCl cho vào 0,85 mol lượng kết tủa thu gam ? nAl(OH)3 a nH+ 0,2 49 Hướng dẫn giải :  Dựa vào đồ thị → a  Vẽ lại đồ thị, chia TH → 𝑚↓ Giải :  Từ đồ thị → a = 0,2 ( mol )  Ta vẽ lại đồ thị sau : nAl(OH)3 nAl(OH)3 x 0,4 0,2 y 0,2 x 4x nH+ 0,4 Hình Hình + Từ đồ thị → 4x – = 3.0,2 + Từ đồ thị, ta có : 0,85 nH+ 1,6 3y = 1,6 – 0,85 → y = 0,25 ( mol ) → x = 0,4 ( mol ) → 𝑚↓ = 19,5g 50 Bài : Cho 200 ml dung dịch X gồm NaAlO2 0,1M Ba(OH)2 0,1M tác dụng với V ml dung dịch HCl 2M, thu 0,78g kết tủa Tính V ? nAl(OH)3 0,02 0,01 0,04 a b 0,06 Hướng dẫn giải :  Dựa vào đồ thị → nOH− , nAlO2− , nAl(OH)3  Từ đồ thị → a, b, V Giải :  Dựa vào đồ thị, ta có : nOH− = 0,04 ( mol ), nAlO−2 = 0,02(mol) nAl(OH)3 = 0, 01 ( mol )  Từ đồ thị : a = 0,04 + 0,01 = 0,05 ( mol ) → V = 0,05.22,4 = 1,12 ( lít ) 0,12 – b = 0,01.3 → b = 0,09 ( mol ) → V = 2,016 ( lít ) 51 0,12 nH+ Bài : Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch HCl vào dung dịch hỗn hợp x mol Ba(OH)2 y mol Ba[Al(OH)4]2, kết thí nghiệm biểu diễn đồ thị sau : nAl(OH)3 0,2 0,1 0,3 0,7 n H+ Tính giá trị x, y ? Hướng dẫn giải :  Dựa vào đồ thị → nOH− → x  Kết tủa đạt cực đại → y Giải :  Từ đồ thị → nOH− = 0,1 ( mol ) → 2x = 0,1 → x = 0,05 ( mol )  Từ đồ thị → kết tủa tan vừa hết : nHCl = 0,7 + 0,2.3 = 1,3 ( mol ) → kết tủa cực đại = 2y = ( 1,3 – 0,1 ) : → y = 0,15 ( mol ) 52 Tiểu kết chương Trong chương 2, tơi hệ thống hóa kiến thức bản, nâng cao ứng dung đồ thị dạy học xây dựng số tập đồ thị Cụ thể, hệ thống tập đồ thị gồm dạng tập :  Chuyên đề : XO2 tác dụng với kiềm gồm dạng :  Dạng : XO2 tác dụng với dung dịch M(OH)2  Dạng : XO2 tác dụng với dung dịch gồm M(OH)2 AOH  Chuyên đề : OH- tác dụng với dung dịch Al3+, Zn2+  Dạng : OH- tác dụng với dung dịch Al3+  Dạng : OH- tác dụng với dung dịch Zn2+  Chuyên đề : H+ tác dụng với dung dịch chứa H+, AlO2- 53 KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu đề tài : “ Đồ thị hóa học, ứng dụng bồi dưỡng họ sinh giỏi THCS ” đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu, tơi thực nhựng nhiệm vụ sau : - Đã biết cách tiến hành đề tài nghiên cứu khoa học giáo dục, nghiên cứu hệ thống sở lí luận đề tài - Đã xây dựng tập đồ thị nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học THCS Trên nghiên cứu ban đầu mảng đề tài Do kinh nghiệm trình độ thân cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo bạn sinh viên để tiếp tục phát triển hồn thiện đề tài Tơi xin trân trọng cảm ơn ! 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Ngọc Bằng,Vũ Khắc Ngọc, Hoàng Thị Bắc, Từ Sĩ Chương, Lê Thị Mỹ Trang, Hoàng Thị Hương Giang, Võ Thị Thu Cúc, Lê Phạm Thành, Khiếu Thị Hương Chi ( 2013 ), 16 phương pháp kĩ thuật giải nhanh tập trắc nghiệm mơn Hóa học, NXB Đại học Sư phạm Viện ngôn ngữ học ( 2006 ), Từ điển Tiếng Việt, NXB Đà Nẵng Vũ Anh Tuấn ( 2006 ), Xây dựng hệ thống tập hóa học nhằm rèn luyện tư việc bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trường trung học phổ thơng, Luận án Tiến sĩ lí luận phương pháp dạy học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội https://tanggiap.org/threads/phuong-phap-do-thi-trong-hoa-hoc-tu-az.4461/ https://dhanhcs.violet.vn/present/skkn-giai-nhanh-bt-hoa-hoc-bang-dothi-833273.html https://bloghoahoc.com/tai-lieu-mon-hoa/phuong-phap-do-thi-hoa-hocly-thuyet-va-bai-tap-ap-dung.html 55 ... KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THÚY HẰNG ĐỒ THỊ TRONG HÓA HỌC, ỨNG DỤNG TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THCS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM HÓA HỌC GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thị Nụ... “ Đồ thị hóa học, ứng dụng bồi dưỡng học sinh giỏi THCS ” Mục đích nghiên cứu : Mục đích đề tài xây dựng hệ thống tập đồ thị chương trình hóa học THCS nhằm bồi dưỡng học sinh khá, giỏi Nhiệm vụ... BTHHs  Khái niệm học sinh giỏi, tập hóa học cho học sinh giỏi; phẩm chất lực cần có HSG mơn hóa học THCS  Cơ sở xây dựng hệ thống tập đị thị nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học THCS Những nội