Xây dựng hệ thống bài tập phức chất thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế

MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tập 1.1.1 Khái niệm tập hoá học .5 1.1.2 Tác dụng tập hoá học 1.1.3 Các loại tập hóa học phức chất 1.2 Tổng quan phức chất 1.2.1 Những khái niệm hóa học phức chất .9 1.2.2 Ion trung tâm phối tử .11 1.2.3 Số phối trí 12 1.2.4 Dung lượng phối trí phối tử 14 1.2.5 Cách gọi tên phức chất 16 1.2.6 Phân loại phức chất 17 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH PHỨC CHẤT 21 2.1 Xây dựng tập cấu tạo phức chất .21 2.2 Xây dựng tập liên kết phức chất 27 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG PHỨC CHẤT 31 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 PHỤ LỤC 60 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Hiện việc phát triển hóa học lý thuyết mạnh đưa vào áp dụng thời gian ngắn để giúp cho hoá học thực nghiệm đến kết nhanh Việc tổng hợp chất có tính chất mong muốn dựa nghiên cứu hóa học lý thuyết mối tương quan cấu trúc - tính chất, Do vậy, việc tổng hợp chất vô hóa học lý thuyết giúp rút ngắn thời gian công tác thực nghiệm Các định hướng nghiên cứu khoa học lĩnh vực “Hóa học phức chất” hướng tới ứng dụng mang nhiều thành tựu kết đóng góp cho khoa học Hóa vơ nước tổ chức quốc tế, là: - Tổng hợp nghiên cứu cấu tạo phức chất kim loại chuyển tiếp phương pháp vật lí hố lí - Nghiên cứu chế phản ứng phức chất - Nghiên cứu trình xúc tác phức - xúc tác đồng thể - Tổng hợp khuôn - Tổng hợp nghiên cứu cacboxylat kim loại nghiên cứu sử dụng chúng viếc chế tạo vật liệu Bên cạnh đó, cơng nghiệp hố chất nước ta ngày phát triển, cần phải có lực lượng, đội ngũ cán giỏi lĩnh vực cơng nghệ hố học Để làm điều đó, trình đào tạo sinh viên phải gắn tập vận dụng sở lý thuyết hoá học tiếp cận với quy trình sản xuất thực tế Đối với nội dung phức chất mơn Hóa vơ vậy, cần phải xây dựng hệ thống tập nhằm giải vấn đề lý thuyết giáo trình đồng thời phải gắn với vấn đề công nghệ Tuy nhiên, nói chưa có sách tập phức chất cụ thể sách tập hóa vơ kể sách nước dành cho bậc đại học ít, chí chưa có tài liệu đưa hệ thống tập nhằm tăng cường hoạt động sinh viên thúc đẩy họ suy nghĩ sáng tạo, hình thành tư logic lực giải vấn đề thực tế Nội dung lý thuyết phức chất hoá học phổ thơng đề cập kể tài liệu dành cho học sinh giỏi bồi dưỡng giáo viên, chủ yếu trình bày sở nêu phức chất đơn giản hay mô tả tượng bên ngồi hay định tính, cách đơn giản mà chưa sâu vào chất cân phản ứng tạo thành phức chất Điều khó đảm bảo để em giải trọn vẹn tốn định tính, bán định lượng định lượng hoá học cân tạo phức dạng khác đề thi học sinh giỏi quốc gia quốc tế Trong phức chất lĩnh vực khơng cịn xa lạ với nước giới ngày xuất nhiều kì thi quốc gia quốc tế Trong đề thi vòng loại nhiều quốc gia hay tập chuẩn bị (Preparatory propblems) nhiều đề thi olimpic Hoá học quốc tế (International Chemistry Olimpiad (IchO) đề cập sâu đến cân tạo phức chuẩn độ tạo phức Việc đề xuất hệ thống tập với nội dung liên quan đến hóa học phức chất phù hợp với chương trình hóa vơ bậc đại học với dạng mức độ khác (kèm theo hướng dẫn) công việc cần thiết nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức trang bị giáo trình hóa học vơ cơ, đồng thời cịn tài liệu giúp cho sinh viên việc tự học rèn luyện để nâng cao tầm nhìn mối quan hệ lý thuyết thực nghiệm Vì lý thúc lựa chọn đề tài: “XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP PHỨC CHẤT” 2 Mục đích đề tài Việc thực đề tài nhằm xây dựng hệ thống tập phức chất có tính chọn lọc cho sinh viên học sinh giỏi quốc gia, quốc tế bao gồm vấn đề lý thuyết, vận dụng lý thuyết cấu trúc, danh pháp, liên kết phức chất, cân tạo phức, xây dựng tiêu chí tập danh pháp, cấu trúc, liên kết phức chất phân loại chúng cách đơn giản phục vụ cho sinh viên học tập, góp phần nâng cao chất lượng học tập mơn hóa học vơ trường đại học phục vụ cho thi học sinh giỏi quốc gia quốc tế Nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu sở lí luận tập sở lí thuyết hố học - Nghiên cứu nội dung phân loại kiến thức hóa học vơ bậc đại học - Đề xuất tập phần vơ nhằm giúp sinh viên thực q trình tự bồi dưỡng Vận dụng lí thuyết để giải tập Phƣơng pháp nghiên cứu Trong trình nghiên cứu đề tài, chúng tơi sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: - Phương pháp đọc sách tài liệu tham khảo + Đọc sách giáo trình để tham khảo + Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến đề tài: Sách, báo, tạp chí, nội dung chương trình, đề thi olimpic sinh viên hố học nước quốc tế + Phương pháp thực nghiệm Tìm hiểu quy trình cơng nghệ sản xuất hố học vấn đề có tính ứng dụng hóa học thực tiễn + Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy giảng viên học tập sinh viên nhằm phát vấn đề khó thuộc mơn Hóa học phức chất - Phương pháp chuyên gia Tìm hiểu, thu thập tài liệu, xử lý tập cách tham khảo ý kiến giảng viên giỏi thuộc lĩnh vực nghiên cứu đề tài có kinh nghiệm giảng dạy Những đóng góp đề tài - Về lí luận + Bước đầu đề tài góp phần xây dựng hệ thống tập phức chất bậc đại học + Nghiên cứu đề xuất tốn tập hóa phức chất - Về mặt thực tiễn Nội dung luận văn giúp sinh viên có thêm nhiều tư liệu hữu ích q trình học tập, nghiên cứu Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tập 1.1.1 Khái niệm tập hoá học Trong Từ điển Tiếng Việt – 1992 (trang 40, 41) định nghĩa tập sau: “Bài tập cho học sinh để tập vận dụng điều học” Sau nghe giảng xong, sinh viên giải tập mà giảng viên đưa xem sinh viên lĩnh hội cách tương đối kiến thức giảng viên truyền đạt Nội dung tập hố học thơng thường bao gồm kiến thức yếu giảng Bài tập hố học tập lý thuyết đơn giản yêu cầu sinh viên nhớ nhắc lại kiến thức vừa học học xong tập tính tốn liên quan đến kiến thức hố học lẫn tốn học, đơi toán tổng hợp yêu cầu sinh viên phải vận dụng kiến thức học từ trước kết hợp với kiến thức vừa học để giải Tuỳ vào mục đích học mà tập giải nhiều hình thức nhiều cách giải khác 1.1.2 Tác dụng tập hoá học Giải tập hố học phương pháp tích cực để kiểm tra khả tiếp thu kiến thức sinh viên Thông qua tập, giảng viên phát sai sót yếu sinh viên mà qua có kế hoạch rèn luyện kịp thời giúp sinh viên vượt qua khó khăn giải tập hố học Chính tập hố học có tác dụng lớn sau: 1.1.2.1 Làm cho sinh viên hiểu sâu khắc sâu kiến thức học Bài tập hoá học giúp cho sinh viên nhớ lại tính chất chất, phương trình phản ứng; hiểu sâu nguyên lý định luật hoá học Những kiến thức (định nghĩa, khái niệm …) chưa vững chưa nắm kỹ thơng qua việc giải tập giúp sinh viên hiểu sâu nhớ lâu Ngồi ra, giải tập hóa học giúp sinh viên ôn tập kiến thức mơn khác như: tốn, lý, sinh … 1.1.2.2 Cung cấp thêm kiến thức mở rộng hiểu biết mà không làm nặng nề khối lượng kiến thức sinh viên Ngoài tác dụng củng cố kiến thức học, tập hố học cịn cung cấp thêm kiến thức mới, mở rộng hiểu biết sinh viên cách sinh động, phong phú mà không làm nặng nề khối lượng kiến thức sinh viên 1.1.2.3 Hệ thống hoá kiến thức học Đối với tập có tác dụng hệ thống hố kiến thức cần địi hỏi sinh viên phải vận dụng tổng hợp kiến thức hiểu biết kiến thức vừa học kiến thức học từ trước Tự làm tập giúp sinh viên củng cố kiến thức cũ cách thường xuyên Dạng tập tổng hợp buộc sinh viên phải huy động vốn hiểu biết nhiều chương, nhiều môn 1.1.2.4 Thường xuyên rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo hố học Trong q trình giải tập, sinh viên tự rèn luyện việc lập cơng thức, cân phương trình, thủ thuật tính toán Nhờ việc thường xuyên giải tập, lâu dần kỹ phát triển thành kỹ xảo giúp sinh viên ứng xử nhanh trước tình xảy 1.1.2.5 Phát triển kỹ năng: (so sánh, quy nạp, diễn dịch, phân tích, tổng hợp, loại suy, khái quát hoá …) Mọi tập hoá học giảng viên cho sinh viên có điểm nút, để mở điểm sinh viên bắt buộc phải tư để sử dụng phương pháp quy nạp, diễn dịch, phương pháp loại suy… Nhờ tư sinh viên phát triển lực làm việc độc lập sinh viên nâng cao Trong trình giải toán hoá học, sinh viên buộc phải tái lại kiến thức cũ, xác định mối liên hệ điều kiện có yêu cầu đề thơng qua hoạt động phân tích, tổng hợp, phán đốn, loại suy… để tìm lời giải Theo kinh nghiệm cho thấy sinh viên tự tìm hiểu kiến thức kiến thức khắc sâu sinh viên nhớ lâu 1.1.2.6 Giáo dục tư tưởng đạo đức Giải tập hoá học rèn luyện cho sinh viên tính kiên nhẫn, trung thực khoa học, tính cẩn thận, tính độc lập sáng tạo giải vấn đề xảy ra, tính xác khoa học Việc tự giải tập hố học thường xun góp phần rèn luyện cho sinh viên tinh thần kỷ luật, tính tự kiềm chế, cách suy nghĩ trình bày xác khoa học, qua nâng cao lịng u thích môn 1.1.2.7 Giáo dục kỹ tổng hợp Bộ mơn hố học có nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp Bài tập hoá học tạo điều kiện tốt cho nhiệm vụ giáo dục phát triển vấn đề kỹ thuật sản xuất biến thành nội dung tập hoá học Bài tập hố học cịn cung cấp cho sinh viên số liệu phát minh, suất lao động, sản lượng mà ngành sản xuất hoá học đạt giúp sinh viên hoà nhập vào phát triển khoa học kỹ thuật thời đại sống 1.1.3 Các loại tập hóa học phức chất 1.1.3.1 Bài tập cấu tạo phức chất Danh pháp phức chất * Kiến thức cần nắm được: - Từ công thức cấu tạo, nắm cách gọi tên phức chất tuân theo quy tắc nào: giống với hợp chất đơn giản, tên gọi phức chất bao gồm tên cation tên anion Tên gọi ion phức gồm có: số phối tử tên phối tử anion, số phối tử tên phối tử phân tử trung hòa, tên nguyên tử trung tâm số oxi hóa + Số phối tử: Để số lượng phối tử người ta dùng tiếp đầu đi, tri, tetra, penta, hexa… có nghĩa 2, 3, 4, 5, 6… Để số lượng phối tử nhiều người ta dùng tiếp đầu bis, tris, tetrakis, pentakis, hexakis có nghĩa 2, 3, 4, 5, + Tên phối tử: Nếu phối tử anion: anion + “o” Ví dụ: F- floro; Cl- cloro;… Nếu phối tử phân tử trung hịa: Ví dụ: C2H4 etylen; C5H5N pyridin… H2O aquơ; NH3 ammin; CO cacboxyl; NO nitrozyl… + Nguyên tử trung tâm số oxi hóa: Nếu nguyên tử trung tâm cation phức, người ta lấy tên nguyên tử kèm theo số La Mã viết dấu ngoặc đơn để số oxi hóa cần Nếu nguyên tử trung tâm anion phức, người ta lấy tên nguyên tử thêm at kèm theo số La Mã viết dấu ngoặc đơn để số oxi hóa , phức chất axit thay at đuôi ic * Kiến thức cần nâng cao: - Từ tên gọi phức chất suy công thức cấu tạo phức chất Đồng phân phức chất - Viết đồng phân phức chất dựa vào dấu hiệu nhận biết phức chất thuộc kiểu đồng phân nào? - Phức chất có kiểu đồng phân đồng phân hình học (đồng phân cis – trans) đồng phân quang học Ngồi cịn có kiểu đồng phân khác đồng phân phối trí, đồng phân ion hóa đồng phân liên kết Vì phải biết cách nhận biết phức chất thuộc kiểu đồng phân + Đồng phân cis – trans: có phức chất vng, phức tứ diện khơng có đồng phân hai đỉnh tứ diện phía nguyên tử trung tâm + Đồng phân quang học: xuất phối tử mặt phẳng đối xứng + Đồng phân phối trí: có trao đổi lớp vỏ phối trí + Đồng phân ion hóa: có xếp khác anion cầu nội cầu ngoại + Đồng phân liên kết: xuất phối tử phối trí nhiều vị trí khác 1.1.3.2 Bài tập liên kết phức chất - Biết lượng ghép đôi p, lượng tách ∆, số electron độc thân… tính momen từ, xét tính chất từ phức chất, xét xem phức chất bền, vẽ giản đồ lượng chúng… - Dùng thuyết liên kết hóa trị, thuyết VB, thuyết trường tinh thể để biểu diễn cấu hình phức chất - Bài tập liên quan đến phổ hấp phụ electron màu phức chất từ nhận biết ion kim loại, xác định nồng độ ion kim loại (hóa phân tích), nhận biết phối tử - Ngồi cịn có tập liên quan đến tập phép phân tích định lượng thường hay gặp mơn Hóa học phân tích 1.2 Tổng quan phức chất 1.2.1 Những khái niệm hóa học phức chất Từ kiến thức học, gặp hai loại hợp chất là: là, hợp chất đơn giản hay hợp chất bậc tạo thành từ ion, nguyên tử gốc kết hợp với nhau, ví dụ oxit (Na 2O, CuO, ), halogenua (NaCl, CuCl2, ) Hai là, hợp chất phức tạp hay hợp chất bậc ... hệ thống tập phức chất có tính chọn lọc cho sinh viên học sinh giỏi quốc gia, quốc tế bao gồm vấn đề lý thuyết, vận dụng lý thuyết cấu trúc, danh pháp, liên kết phức chất, cân tạo phức, xây dựng. .. sâu vào chất cân phản ứng tạo thành phức chất Điều khó đảm bảo để em giải trọn vẹn tốn định tính, bán định lượng định lượng hoá học cân tạo phức dạng khác đề thi học sinh giỏi quốc gia quốc tế. .. phần xây dựng hệ thống tập phức chất bậc đại học + Nghiên cứu đề xuất tốn tập hóa phức chất - Về mặt thực tiễn Nội dung luận văn giúp sinh viên có thêm nhiều tư liệu hữu ích q trình học tập,