Luận văn tốt nghiệp hệ thống lí thuyết, bài tập cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa học

Phần I: Mở đầu I Lí chọn đề tài Trong năm gần đây, trớc nghiệp đổi toàn diện đất nớc, giáo dục nớc nhà đóng vai trò chức cỗ máy nhằm hoạt động nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực , bồi dỡng nhân tài để hoàn thành tốt công công nghiệp hóa - đại hóa đất nớc, đa nớc ta tiến kịp hội nhập với nớc khu vực nói riêng toàn cầu nói chung Kết bớc đầu đợc khẳng định số lợng học sinh đạt giải qc gia vµ qc tÕ ë níc ta ngµy cµng tăng nhanh Đặc biệt kết tham dự kì thi Olympic Hãa häc qc tÕ cđa ®éi tun häc sinh giỏi nớc ta nhiều năm gần đà ghi nhËn nhiỊu thµnh tÝch tù hµo vµ khÝch lƯ Olympiad 35 th2003 Hy Lạp đạt huy chơng vàng ba huy chơng đồng, Olympiad 36th -2004 CHLB Đức đạt ba huy chơng bạc huy chơng đồng, Olympiad 37th- 2005 Đài Loan đạt ba huy chơng vàng huy chơng bạc Từ thực tế đặt cho nghành giáo dục đào tạo có nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho hệ trẻ mà phải có chức phát hiện, bồi dỡng tri thức khiếu cho học sinh nhằm đào tạo em trở thành nhà khoa học mũi nhọn lĩnh vực Đây nhiƯm vơ cÊp thiÕt viƯc båi dìng häc sinh giỏi tuyển chọn em có khiếu thực môn lớp chuyên trung tâm giáo dục chất lợng cao Xuất phát từ thực trạng dạy học lớp chuyên Hóa häc cịng nh viƯc båi dìng häc sinh giái Hãa học gặp số khó khăn phổ biến: - Giáo viên cha mở rộng đợc kiến thức Hóa học phù hợp với học sinh chuyên hóa học sinh giỏi Hóa học Nghiên cứu chơng trình thi Olympic quốc gia đặc biệt quốc tế cho thấy khoảng cách kiến thức nội dung chơng trình thi Olympic xa Để rút ngắn khoảng cách cần trang bị cho em số kiến thức Hóa học ngang tầm với chơng trình đại học nớc ta mức độ vận dụng - Vì cha chuẩn bị tốt hệ thống lí thuyết nên cha xây dựng đợc hệ thống tập nâng cao chuyên sâu phù hợp với khiếu t em Xây dựng hệ thống lí thuyết, tập hóa học chuyên sâu vấn đề để giáo viên bồi dỡng học sinh chuyên Hóa học tham khảo thiết nghĩ cần thiết Đề tài mong muốn góp phần nhỏ bé vào mục đích to lớn II Mục đích đề tài Xây dựng hệ thống lí thuyết, tập nâng cao phần Cấu tạo nguyên tử liªn kÕt hãa häc ” nh»m båi dìng häc sinh giỏi nh học sinh chuyên Hóa học nắm vững phần cách toàn diện lí thuyết tập, phơng pháp giải với mục đích giúp em chuẩn bị tốt kỳ thi Olympic Hóa học III Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu sở lí luận, thực tiễn đề tài Xác định nội dung chơng cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học tài liệu giáo khoa Hóa học ban KHTN giáo khoa chuyên Hóa học Phân tích câu hỏi tập phần Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học dựa vào tài liệu giáo khoa Hóa học ban KHTN, giáo khoa chuyên Hóa học ®Ò thi häc sinh giái cÊp TØnh, cÊp Quèc Gia, Olympic Hãa häc qc tÕ X©y dùng hƯ thèng lí thuyết, phân dạng câu hỏi tập phần cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học ” dïng cho häc sinh kh¸, giái Hãa häc ë bËc THPT Thùc nghiƯm s ph¹m: Nh»m kiĨm tra đánh giá hiệu hệ thống lí thuyết, tập đà xây dựng IV Giả thuyết khoa học Nếu có hệ thống lí thuyết, tập bản, kết hợp với phơng pháp bồi dỡng hớng giáo viên, chắn thu đợc kết cao viƯc båi dìng häc sinh giái vµ häc sinh chuyên hóa học V Phơng pháp ngiên cứu Trong trình nghiên cứu đề tài, sử dụng kết hợp nhiều phơng pháp: Nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu lý luận mục đích, yêu cầu, biện pháp phát bồi dỡng học sinh giỏi Hóa học - Nghiên cứu lý luận việc xây dựng hệ thống câu hỏi tập phần Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học dựa quan điểm lí luận trình nhận thức - Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến luận văn: Sách, báo, tạp chí, nội dung chơng trình, tài liệu giáo khoa chuyên Hóa học, đề thi Hóa học nớc quốc tế nhằm đề giả thuyết khoa học nội dung luận văn Nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy bồi dỡng học sinh khá, giỏi lớp chuyên, chọn Hóa học nhằm phát vấn ®Ị nghiªn cøu - Trao ®ỉi kinh nghiƯm víi giáo viên có nhiều kinh nghiệm bồi dỡng học sinh khá, giỏi, Thực nghiệm s phạm: Nhằm đánh giá hệ thống lí thuyết, tập su tầm, biên soạn áp dụng vào thực tế giảng dạy, bồi dỡng học sinh giỏi để dù thi häc sinh giái cÊp TØnh vµ cÊp Quèc gia VI Những đóng góp đề tài Về lí luận: Bớc đầu đề tài đà xác định góp phần xây dựng đợc hệ thống lí thuyết, tập cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học tơng đối phù hợp với yêu cầu mơc ®Ých båi dìng häc sinh giái Hãa häc ë trờng phổ thông giảng dạy lớp chuyên VỊ mỈt thùc tiƠn: Néi dung cđa ln ¸n gióp gi¸o viªn cã thªm nhiỊu t liƯu bỉ ích việc giảng dạy lớp chuyên bồi dỡng đội tuyển học sinh giỏi Phần II: Nội dung Chơng I: Tổng quan sở lí luận thực tiễn đề tài I Cơ sở lí luận I.1 Båi dìng häc sinh giái Ho¸ häc ë bËc trung học phổ thông I.1.1 Bồi dỡng học sinh giỏi phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nớc [13] Trong công cải cách giáo dục nay, việc phát đào tạo học sinh giỏi để tạo đà phát triển nhân tài cho đất nớc mét nh÷ng nhiƯm vơ quan träng ë bËc THPT Vì ngời giáo viên môn cần có nhiệm vụ phát hiện, bồi dỡng học sinh giỏi môn Công việc mẻ, gặp nhiều khó khăn mang nét đặc thù Trong kú thi häc sinh giái Quèc gia, Quèc tÕ nh×n chung số học sinh đặc biệt học sinh Việt Nam đoạt giải ngày tăng số lợng chất lợng so với nhiều Quốc gia khác Họ đà phát huy đợc lực tích cực lĩnh vực kinh tế quốc dân, nhiều ngời đà trở thành chuyên gia đầu ngành lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, giáo dục - đào tạo Do vấn đề bồi dỡng học sinh giỏi Hoá học cần thiết I.1.2 Những lực phẩm chất học sinh giỏi Hoá học [14] a Có lực tiếp thu kiến thức có kiến thức vững vàng, sâu sắc, hệ thống Biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thức vào tình b Có lực t sáng tạo, suy luận logic Biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá vấn đề, có khả sử dụng linh hoạt phơng pháp t duy: quy nạp, diễn dịch, loại suy c Có kỹ thực nghiệm tốt, có lực phơng pháp nghiên cứu khoa học hoá học Biết nêu lý luận cho tợng xảy thực tế, biết cách dùng thực nghiệm để kiểm chứng lại lý luận biết cách dùng lý thuyết để giải thích tợng đà đợc kiểm chứng I.1.3 Một số biện pháp phát bồi dỡng học sinh giỏi Hoá học [14] a Mét sè biƯn ph¸p ph¸t hiƯn häc sinh cã lực trở thành học sinh giỏi Hoá học a.1 Làm rõ mức độ đầy đủ, xác kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo theo tiêu chuẩn kiến thức, kỹ chơng trình sách giáo khoa Muốn phải kiểm tra học sinh nhiều phần chơng trình, kiến thức lý thuyết, tập thực hành Có thể thay đổi vài phần chơng trình nhằm mục đích đo khả tiếp thu học sinh lớp giảng dạy lý thuyết trình trang bị cho học sinh vốn kiến thức tối thiểu sở phát đợc lực sẵn có vài học sinh thông qua câu hỏi củng cố a.2 Làm rõ trình độ nhận thức mức độ t học sinh nhiều biện pháp nhiều tình lý thuyết thực nghiệm để đo mức độ t học sinh Đặc biệt đánh giá khả vận dụng kiến thức cách linh hoạt, sáng tạo a.3 Soạn thảo lựa chọn số dạng tập đáp ứng hai yêu cầu để phát học sinh có lực trở thành học sinh giỏi Hoá học b Một số biện pháp trình bồi dỡng học sinh giỏi Hoá học b.1 Hình thành cho học sinh kiến thức bản, vững vàng, sâu sắc Đó lý thuyết chủ đạo, định luật bản, quy luật môn Hệ thống kiến thức phải phù hợp với logic khoa học, logic nhận thức đáp ứng đòi hỏi phát triển nhận thức cách hợp lý b.2 Rèn lun cho häc sinh vËn dơng c¸c lý thut chđ đạo, định luật, quy luật môn học cách linh hoạt, sáng tạo sở chất hoá học vật, tợng b.3 Rèn luyện cho học sinh dựa chất hoá học, kết hợp với kiến thức môn học khác chọn hớng giải vấn đề cách logic gọn gàng b.4 Rèn luyện cho học sinh biết phán đoán (Quy nạp, diễn dịch) cách độc đáo, sáng tạo giúp cho học sinh hoàn thành làm nhanh hơn, ngắn gọn b.5 Huấn luyện cho học sinh biết tự đọc có kỹ đọc sách, tài liệu (Xem mục lục, chọn nội dung cần đọc, ghi nhớ phần trọng tâm đọc đọc lại nhiều lần), với học sinh giỏi đọc nhiều tăng lợng chất vốn kiến thức b.6 Ngời giáo viên môn phải thờng xuyên su tầm tích luỹ tài liệu môn, cập nhật hoá tài liệu hớng dẫn học sinh tự học, tự nghiên cứu xem biện pháp thiếu đợc việc bồi dỡng học sinh giỏi I.2 Đặc trng dạy học hoá học bậc học nói chung bậc phổ thông nói riêng [13] I.2.1 Gắn liền với thực nghiệm Trong thời đại khoa học kỹ thuật ngày phát triển nh vũ bÃo, thực nghiệm hoá học có nét chủ yếu sau: a Có thêm phơng tiện đại Các kết thực nghiệm thu đợc phổ hồng ngoại (IR), phổ tử ngoại - khả kiến (UV- Vis), phổ cộng hởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối (MS) đà trë thµnh t liƯu häc tËp vµ cã néi dung đề thi học sinh giỏi cấp b Sự mini hoá thể việc dùng lợng chÊt rÊt nhá, dơng nhá I.2.2 C¬ së lý thuyết vững vàng Các quy luật lý thuyết đợc hỏi riêng vận dụng đan xen vào tập Có sở lý thuyết vững vàng giảng dạy học tập, bậc phổ thông kết tất yếu phát triển nội khoa học hoá học suốt chiều dài hình thành phát triển I.2.3 Gắn liền với vấn đề công nghệ, môi trờng, kinh tế xà hội, phòng chống AIDS Đặc điểm thể chỗ nội dung, phơng pháp nghiên cứu hoá học phải bắt nguồn từ thực tế Việc thí nghiệm mức vi lợng vừa tiết kiệm vừa tránh ô nhiễm môi trờng Các vấn đề toàn cầu nh lỗ thủng tầng ozon, ma axit, điều chế sử dụng dợc phẩm có mặt tập nh đề thi Đặc điểm xuất phát từ chất cđa khoa häc ho¸ häc I.2.4 Sù vi tÝnh ho¸ Đặc điểm thể phần nội dung giảng, tập, đề thi phần phơng pháp, cách thức làm dới dạng câu hỏi trắc nghiệm khách quan I.2.5 Phơng pháp khoa học Đặc điểm thể nhiều khía cạnh, nhiều mức độ thông qua nội dung để dạy phơng pháp học tập, phơng pháp nghiên cứu mà cốt lõi tự lực cá nhân vơn lên đóng góp mức nhiều cho xà hôị, cho đất nớc Đối víi häc sinh ViƯt Nam cã mét u ®iĨm đáng đợc ý sức bật, ý chí vơn lên, khả kiên nhẫn khéo léo, bứt phá giai đoạn đích I.3 Bài tập hoá học I.3.1 Vai trò, mục đích tập hoá học [4] Bài tập hoá học vừa mục tiêu, vừa mục đích, vừa nội dung vừa phơng pháp dạy học hữu hiệu cần đợc quan tâm, trọng học Nó cung cấp cho học sinh kiến thức, niềm say mê môn mà giúp học sinh đờng giành lấy kiến thức, bớc đệm cho trình nghiên cứu khoa học, hình thành phát triển có hiệu hoạt ®éng nhËn thøc cđa häc sinh B»ng hƯ thèng bµi tËp sÏ thóc ®Èy sù hiĨu biÕt cđa häc sinh, vận dụng sáng tạo hiểu biết vào thực tiễn, yếu tố trình phát triển xà hội, tăng trởng kinh tế nhanh bền vững I.3.2 Phân loại tập hoá học [4] Dựa theo nhiều sở chia tập hoá học thành nhiều loại nhỏ để học sinh dễ nắm bắt ghi nhớ Tổng quát tập Hóa học Bài tập tổng hợp Bài tập đơn giản Bài tập định tính Nghiên cứu tài liệu Bài tập định tính có nội dung thực nghiệm Hoàn thiện kiến thức kỹ Kiểm tra đánh giá Bài tập định lợng Nghiên cứu tài liệu Bài tập định lợng có nội dung thực nghiệm Hoàn thiện kiến thức kỹ Kiểm tra đánh giá I.3.3 Tác dụng tập hoá học việc dạy häc nãi chung vµ viƯc båi dìng häc sinh giỏi Hoá học nói riêng [15] a) Bài tập hoá học có tác dụng sau: - Làm xác khái niệm định luật đà học - Giúp học sinh động, sáng tạo học tập, phát huy khả suy luận, tích cực học sinh - Ôn tập, củng cố hệ thống hoá kiến thức - Kiểm tra kiến thức, rèn luyện kỹ học sinh - Rèn luyện phát triển t cho học sinh b) Ngoài tác dơng chung trªn, viƯc båi dìng häc sinh giái hóa học, tập hóa học có tác dụng sau : - Là phơng tiện để ôn luyện, kiểm tra, đánh giá nắm bắt kiến thức cách chủ động, sáng tạo - Là đờng nối liền kiến thức thực tế lý thuyết tạo mét thĨ hoµn chØnh vµ thèng nhÊt biƯn chøng trình nghiên cứu - Phát triển lực nhận thức, tăng trí thông minh, phơng tiện để häc sinh tiÕn tíi ®Ønh vinh quang, ®Ønh cao cđa tri thøc II C¬ së thùc tiƠn Phân tích néi dung kiến thức hoá học thờng đợc đề cập kỳ thi học sinh giỏi quốc gia dựa chơng trình chuyên hoá phổ thông [25] bao gồm : II.1 Lý thuyết đại cơng : - Cấu tạo nguyên tử, liên kết hoá học Sự lai hoá obitan - Lý thuyết điện ly Dung dịch, tính tan chất, loại công thức tính nồng độ Các phản ứng axít - bazơ, loại thị phennolphtalein, quỳ tím - Tích số tan, số cân b»ng axÝt - baz¬ TÝnh pH , Ka , Kb - Các định luật chất khí: Định luật Avogađrô, tỷ khối - Phản ứng oxi hoá - khử, dÃy điện hoá, oxi hoá -khử, sức điện động thành lập pin - Các loại mạng tinh thể - Lý thuyết phản ứng hoá học : Cân hoá học, hiệu ứng nhiệt, nhiệt tạo thành, nhiệt đốt cháy, nhiệt hoà tan, lợng mạng lới tinh thể, lợng liên kết, tốc độ phản ứng - Năng lơng tự Gibbs, chu trình Bocnơ-habơ, định luật Hess - Hạt nhân nguyên tử - Hiện tợng phóng xạ, đồng vị phóng xạ, phản ứng hạn nhân - Chu kỳ bán huỷ, độ phóng xạ, phân rà hạt , , II.2 Hoá học vô (hoá học ngyên tố) - Các nguyên tố halogen, nguyên tố oxi, lu huỳnh, nitơ, phốt pho, cacbon - Các hợp chất đơn giản, thông dụng nguyên tố - Kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm, sắt, đồng, chì, crôm, kẽm, thuỷ ngân - Các hợp chất đơn giản, thông dụng chúng - Nhận biết chất vô II.3 Hoá hữu - Danh pháp :Tên quốc tế, tên thông thờng - Hiệu ứng cấu trúc: Hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng liên hợp, hiệu ứng siêu liên hợp - Đồng đẳng, đồng phân, lập công thức phân tử, công thức cấu tạo - Hoá lập thể chất hữu - Cấu trúc tính chất vật lý - Phản ứng hữu chế phản phản ứng - Xác định cấu tạo chất hữu - Tổng hợp hữu - Phân tích định tính, định lợng phơng pháp đơn giản - Thuyết cấu tạo hoá học, định luật Raum, tỉ khối Trong chơng đà tổng quan sở lý luận thực tiễn đề tài bao gồm : Nghiên cøu c¬ së lý ln, thùc tiƠn båi dìng häc sinh giỏi Hoá học bậc THPT cụ thể : tính cấp thiết vấn đề, lực phÈm chÊt cđa mét häc sinh giái Ho¸ häc, mét số biện pháp phát bồi dỡng học sinh giái Ho¸ häc, c¸c néi dung kiÕn thøc hãa häc thờng đợc đề cập đến kì thi học sinh giỏi quốc gia Nghiên cứu đặc trng dạy học hoá học bậc học nói chung bậc phổ thông nói riêng Nghiên cứu vai trò, mục đích, cách phân loại tác dụng tập hoá học việc dạy học nói chung việc bồi dỡng học sinh giỏi Hoá học nói riêng Tất vấn đề sở giúp đề nhiệm vụ ph ơng pháp tiến hành để thực nhiệm vụ đề tài Chơng II Hệ thống lí thuyết cấu tạo nguyên tử liên kÕt hãa häc dïng båi dìng häc sinh giái vµ học sinh chuyên hóa học A cấu tạo nguyên tử I Thành phần cấu tạo nguyên tử, kích thớc, khối lợng nguyên tử I.1 Thành phần cấu tạo nguyên tử Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dơng lớp vỏ nguyên tử mang điện tích âm Hạt nhân: Gồm hạt proton (p) mang điện dơng nơtron (n) không mang điện qp = +1,6.10-19 C ( 1+) ; mp = 1,67.10-24 g ( 1®v.C) qn = (không mang điện) ; mn mp = 1,67.10-24 g ( 1đv.C) Vỏ nguyên tử: Gồm hạt electron mang điện tích âm qe = -qp = -1,6.10-19 C ( 1-) ; me = 9,1.10-31 kg = 9,1.10-28 g ( 0,00055đv.C) I.2 Kích thớc, khối lợng nguyên tử Nguyên tử đợc xem nh khối cầu có đờng kính d=10-10m = A Hạt nhân nguyên tử đợc xem nh khối cầu có đờng kính d = 10 -4 A nghĩa bé đờng kính nguyên tử 10.000 lần Đờng kính -7 A proton electron nhỏ nhiều: khoảng 10 Từ ta thấy electron hạt nhân có khoảng trống, nghĩa nguyên tử có cấu tạo rỗng Khối lợng nguyên tử: mnt = mp + mn + me Vì khối lợng me