Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

GIÁ THUYET KHOA HỌC Nếu đưa ra được hệ thống các bài tập hóa học trong các kì thi học sinh giỏi quốc gia môn hóa học và một số chuyên dé sẽ giúp học sinh có phương hướng để tự học, giúp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG DAI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHI MINH

nx

KHOA LUAN TOT NGHIEP

CU NHAN HOA HOC

Chuyên nghành: PHƯƠNG PHAP GIANG DAY

BOI DUGNG HOC SINH GIO!

QUOC GIA MON HOA HOC

Người hướng dẫn khoa học : TS TRINH VAN BIEU

Người thực hiện : TRAN THỊ DAO

| —~

hs ; THU vị: an

wena Đủ, Pry oesTP.HCM, thang 5 năm 2006

.eÒ3 CAM ON

Udi thời gian han hep càng nhitng khd khdn trong thời gian thite Kiện

dé tai, koàn thành được khda luậm tốt nghiệp: "BOI DUONG 2XQ

SIUM Q2Ú2 QUOC GIA MOH %Óc£ HOC” la tự cố gắng khêng

ngừng của bán than nà trên kết la sự giúp đề, động olin chan thành, nhiệt

linh của quý thấu ob, gia dink cà ban bè Ui ogy, em xin gửi lời eam on

chin thanh đến:

+ Giếm si Trinh Van Bitu — Wgubi đã trực tiếp butting dén, giúp đỡ od

tạa điều kiệu thuận lợi cho em trong uuốt thi glan nghién eitu.

* Thdy Viguyén Thank cẩn - GU trường C2077 chuyên Thang

Long - Da Đạt - đã giúa đề vd gợi cho em ý luting ban đầu.

* Ba me, các anh chị cùng các ban (Hoang Hiin, Kim Jai, Dhiie

lậu, Kit Day.) đã động oldn od gitip đề em rất nhiều để ý qua khd

khin nà hoan thank khda lugn.

Odi dé tài của mink, em hi nọng lẽ đồng góp nguda lt liệu phong phui

cho qui thấu ed od ede bạm sink niên Su phạm trên con đường tim kiếm nà đào tạo nhân tài cho đất nước, cho các em hge sinh trên con đường lin

đính Olympia - con đường chink phuye kiếm thite.

Pp FCM, thang 5 ndm 2006

Sink niên thife liệu

Fran Thị Đào

DANH MỤC CÁC CHU VIET TAT

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi sinh môn hóa hoc

MỤC LỤC

LOI CẢM ON DANH MUC CAC CHU VIET TAT

Chương 1: CƠ SỞ LY LUẬN

1.1 TAM QUAN TRONG CUA VIỆC BO! DƯỠNG HỌC SINH GIO] HOÁ HỌC TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPH 0 0 cccccssecssesssossssesssseessussseeseonesens 5

1.1.1, Sy can thiết phải học hóa học ở trường phổ thông - 5¿ 5

1.1.2 Nhiệm vụ trí dục - đức dục của việc giảng dạy hóa học ở trường phổ

|, (PP ẺP cPŸ Pa Pa raracaỶare- cjỶỶa.-.Ỷ“Ỷ a 6

1.1.3 Vì sao phải bồi đường học sinh giỏi hóa học 5-55: 8 1.2 NANG KHIEU HOA HỌC, NHUNG PHAM CHAT VA NANG LUC QUAN TRONG NHAT CUA MOT HỌC SINH GIO! HOA HỌC 5

1.3 CAC KỸ NANG GIÁO VIÊN CAN PHAI CÓ KHI BOI DUONG HỌC SINH

GIÒIHOA HỤC O TRƯỜNG THPT kissin 10

1.4 SƠ BO VE CÁC DE THI QUOC GIA MÔN HOÁ HỌC H

Chương 2: TONG QUAN VE CÁC DE THI HỌC SINH GIỎI QUOC GIA

MON HOA HOC

2.1 PHAN LOẠI VA HE THONG CAC BAI TAP THI HỌC SINH GIOI QUOC

GIA MON HOA HQC PHAN HÓA DAI CƯƠNG — HÓA VÔ CƠ 12

BN aN F0 Gi:ODENES16)10624)16454260020/4A06Lcdi6641600166260/12-ả445i8/688 12

2.1.1.1 Cấu tạo nguyên tử và HTTH các nguyên tố hóa học 12

1:1:Ì.2:/Phân ông hạt nhẦn cxsc<226 cerca eR 17

2.1.1.3 Cấu tạo phân tử va liên kết hóa học cv 20

2.1.1.4 Lý thuyết phản ứng hóa học 2-25-occz2iSSccvccrkv.Ecrcecsre 24

DALY Si ng điên « SƯ GIAN at 0060066066106 keeaoaŸae 31 2.1.1.6 Phản ứng oxi hóa - khử - Điện hóa học -cẰ neo 38

DD FGM VÕ CG nics c6xxca c2 6ctcácc225⁄122G5602:429386c65554635ggv66g0<5956ố2474992EE9566yX346522E21226exscec¿ 44

2.1.2.1 Phản ứng giữa các chất vô cơ -.- niesserisrskee 45

SVTH: Trần Thị Đào Trang |

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Van Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gis môn hóa học

2.1.2.2 Tinh chất hóa học, điểu chế các chất vô cơ - -2s52 50

2.1.2.3 Nhận biết, tinh chế, tách các chất vô cơ cccscSccs ve s3

2.2 MOT SO NHẬN XÉT VE CÁC DE THI HỌC SINH GIỎI QUOC GIA MON

La a 59

222A ING alien g Vắ CCl dc 800 CIT a ese ns va snnvonsrsseorsensorsesenpamsepernicnpsecepenypneseronnsnres 59

2.2.2 Tương quan giữa nội dung chương trình, trình độ học sinh tham gia và dé

2.2.3.Tương quan giữa dé thi Việt Nam và quốc tế 2-s2©ccssecsz 61

Chương 3: MOT SO CHUYEN DE BOI DUONG HỌC SINH GIỎI QUOCGIA MON HOA HOC

3.1 CHUYEN DE 1: LIEN KET HOA HỌC VA CAU TAO PHAN TU 65

3ì th, (Sen ROOTED) Pan AEE ae TCE ORCS Se a 84

3.2 CHUYEN DE 2: PHAN UNG GIỮA CAC CHAT VÔ CƠ 87

3.2.1 Bổ sung tác chit, sản phẩm va cân bằng phương trình phản img 873.2.2 Viết phương trình phan ứng minh hoa tính chất hóa học, thi nghiệm, hiện

tượng hóa học, quá trình điều chế 2-c.t++zEEEEEYZ£V2zcCCSz130234224 72 90

3.2.3 Dựa vào đặc điểm và tính chất xác định công thức phân tử của hợp chất vô

GVHD: Tiền sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quéc gia môn hóa học

MỞ ĐÀU

1 LY DO CHỌN DE TÀI

Van dé bồi dưỡng va dao tạo nhân tài là một trong những chiến lược phát triển của mỗi quốc gia Vì vậy, việc phát hiện để tổ chức bồi dưỡng nhân tài cho đất

nước là một khâu vô cùng quan trọng.

© nước ta, một trong các cách là các ki thi học sinh giỏi các cắp, các ki thi năng

khiếu được tổ chức hang năm; đây là cơ hội để học sinh có dip mài đũa kiến thức

và phát huy năng lực của mình, đồng thời người giáo viên kịp thời phát hiện những

học sinh có năng khiếu đưa vào bồi đưỡng va phát triển.

Hóa học cùng các môn khoa học khác đã và đang đưa nhân loại đến với những

thành tựu to lớn, những phát minh vĩ đại giúp cho cuộc sống của con người ngày

cảng tiến bộ hơn.

Vi vậy việc phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học đóng góp nhân tài cho

đất nước là rất cần thiết Hiện nay chúng ta đã và đang phát hiện nhân tài hóa họcqua các kì thi học sinh giỏi ở các cấp - tằm thước và quan trọng nhất là kì thi học

sinh giỏi quốc gia môn hóa học.

Tuy nhiên vẫn tồn tại một số thực trạng sau:

- — Học sinh tham gia chưa được cung cấp đầy đủ về: đề thi, phương pháp

học tập, tài liệu Nhất là học sinh Việt Nam chưa được tham gia thực hànhnhiều

- — Chương trình thi Olympic quốc tế và ki thi học sinh giỏi quốc gia môn

hóa học có khoảng cách khá xa về nội dung học tập và nội dung ra đề

- Chúng ta chưa xây dựng được hệ thống lý thuyết, bai tập cơ bản phù hợp

với chương trình hóa học quốc tế do điều kiện vật chất, nhân lực

Dé giúp cho học sinh có năng khiếu hóa học định hướng được phương pháp học

tập và góp phan nâng cao chất lượng kì thi, em quyết định chọn đẻ tai: "BOI

DUONG HỌC SINH GIỎI QUOC GIA MON HÓA HỌC",

SVTH: Trên Thị Đào Trang 3

GVHD: Tiền sĩ Trịnh Văn Biểu Bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Cung cắp cho học sinh, giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi hệ thống các bài tập,

phương pháp day va học nhằm phục vụ cho các kì thi học sinh giỏi quốc gia môn

hóa học

3 KHÁCH THẺ VÀ ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

e Đỗi tượng nghiên cứu: hệ thống va phương pháp giải các bai tập hóa học

phục vụ cho các ki thi học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

se Khách thé nghiên cứu: quá trình day và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học phổ

thông trung học

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

* Sưu tập các dé thi, phân loại và hệ thống hóa các dang bai tập hóa học (Hóa

đại cương và Hóa vô cơ) trong các kì thi học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

ø Đề ra một số chuyên để bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học

5 PHAM VI NGHIÊN CỨU

Ap dụng cho công tác bồi dưỡng và tổ chức ky thi chọn học sinh giỏi quốc gia

môn hóa học

6 GIÁ THUYET KHOA HỌC

Nếu đưa ra được hệ thống các bài tập hóa học trong các kì thi học sinh giỏi

quốc gia môn hóa học và một số chuyên dé sẽ giúp học sinh có phương hướng để

tự học, giúp giáo viên có thêm nguồn tư liệu và phương pháp day học; từ đó họcsinh có thé đạt kết quả cao va nâng cao chất lượng ki thi này

7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

e Phân tích va tổng hợp

® Doc và nghiên cứu các tài liệu liên quan

¢ Tìm kiếm, phân tích tải liệu trên mạng, phương tiện thông tin đại chúng

» Nhận xét và so sánh

SVTH: Tân Thị Đào Traag 4

GVHD: Tiến sĩ Trinh Văn Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

1.1 TAM QUAN TRỌNG CUA VIỆC BOI DUONG HỌC SINH GIỎI HÓA

HỌC TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPH

1.1.1 Sự cần thiết phải học hón học ở trường phổ thônga) Việc nghiên cứu hóa học, giúp học sinh hiểu được hóa học là một trong

những môn khoa học cơ bản của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đắt

nước

* Học sinh hiểu được nền sản xuất lớn hiện đại nói chung, mà trong đó hóa học

va các ứng dụng của nó thâm nhập sâu vào mọi lĩnh vực của cuộc sống.

e Học sinh hiểu được hóa học là một trong những cơ sở khoa học của nhiều

nghành sản xuất, có tam quan trọng to lớn đối với nền kinh tế nước ta cũng như

trên thế giới, như sản xuất hóa chất, công nghệ vật liệu, luyện kim, năng lượng,

nông nghiệp

b) Những kiến thức hóa học cơ bản ở phố thông là nên tảng vững chắc không

thể thiếu cho việc đào tạo nghề nghiệp sau này của những học sinh khi lao độngtrong các nghành sản xuất, nghiên cứu khoa học

sø Trang bị cho học sinh những kiến thức kỹ thuật tổng hợp.

se Những kiến thức hóa học là nền tảng cho các nghề: y, được, địa chất, công

nghệ thực phẩm, hóa chat

c) Hóa học góp phần vào mục tiêu đào tạo con người toàn diện

* Môn hóa học cung cắp cho học sinh những cơ sở khoa học của hóa học: khái

niệm, định luật, lý thuyết hóa học, hiện tượng hóa học vô cơ và hữu cơ cần thiết đểnhận thức thế giới vật chất và đáp ứng những yêu cầu của xã hội

* Môn hóa học cùng với các môn khoa học khác góp phan hình thành thế giới

quan, nhân cách toàn điện cho học sinh.

d) Những kiến thức hóa học rất cần cho cuộc sống hằng ngày của học sinh

e Giúp học sinh sử dụng có hiệu quả các vật dung hang ngày

e Giúp học sinh biết ăn uống vệ sinh, giữ gin sức khỏe

e Giúp học sinh giải thích được một số hiện tượng trong tự nhiên và cuộc sống

e) Hóa học có tác dụng giáo duc chủ nghĩa xã hội cho học sinh

SVTH Trần Thị Đào Trang 5

GVHD: Tiền si Trịnh Văn Biểu Bêi dưỡng học sinh giòi quốc gia môn hóa học

Khi nghiên cứu hóa học và lịch sử phát triển của nó, học sinh nhận thức được sự

vận động đặc biệt của một dạng vật chất, dạng hóa học Cùng với các môn học

khác, hóa học góp phan hình thành thế giới quan duy vật biên chứng va quan điểm

khoa học vô than ở học sinh.

Với những thành tựu của hóa học sẽ gido dục chủ nghĩa yêu nước và các phẩm

chất đạo đức khác cho học sinh:

s« Giúp học sinh thêm tự tin vào bản thân, tin vào khoa học

ø Giúp học sinh tăng cường khả năng độc lập, tự chủ, sáng tạo

Ø9 Việc nghiên cứu hóa học còn giúp cho học sinh phát trién những năng lực

nhận thức

Hình thành và phát triển cho học sinh phương pháp tư duy và phương pháp

nghiên cứu khoa học:

se Khả năng quan sắt, mô tả s® Khả năng thực nghiệm

se Khả năng tư duy

* Phương pháp phân tích, tổng hợp

s Phương pháp so sánh, khái quát hóa

e Phương pháp suy luận từ hiện tượng đến bản chất và ngược lại

Tóm lại, hóa học giữ vai trò hết sức quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu

đào tạo của nhà trường.

1.1.2 Nhiệm vụ trí dục - đức dục của việc giảng dạy hóa học ở trường phổ

thông

Nhiệm vụ của trường phổ thông là giáo dục con người xã hội chủ nghĩa, vì vậy

việc giảng dạy hóa học ở trường phổ thông phải dé ra cho mình những nhiệm vụ

lớn lao Với bậc THPT, môn hóa học có những nhiệm vụ trí dục - đức dục sau:

1.1.2.1 Nhiệm vụ trí dục của môn hóa học cung cấp cho học sinh hệ thingcác kiến thức và kỹ năng hóa học phổ thông cơ bản:

a) Cung cắp cho học sinh hệ thong các kién thức hóa học cơ bản

e Các khái niệm hóa học cơ bản vả ngôn ngữ hóa học

Hệ thống kiến thức về cấu tạo chấtSVTH: Tran Thj Dao Trang 6

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh gid! quốc gia môn hóa học

- Thuyết nguyên tử phân tử

- _ Thuyết cấu tạo nguyên tử

- — Liên kết hóa học

- Cấu tạo các loại mạng tỉnh thể

- _ Thuyết cau tạo hóa học

* Các định luật hóa học cơ bản

- _ Định luật bảo toàn khối lượng

- Định luật tuần hoàn các nguyên tế hóa hoc

* Kiến thức về dung dịch và các quá trình xảy ra trong dung dịch

« Kiến thức về sự phân loại các chất và các chất cụ thé

b) Cung cấp cho học sinh hệ thống những kỹ năng cơ bản về hóa học

se Kỹ năng tiền hành thí nghiệm

se Kỹ năng vận dụng kiến thức để phân tích, lý giải các hiện tượng hóa học trong

sản xuất và đời sống

se Kỹ năng phân tích, tổng hợp, khái quát hóa, hệ thống hóa các hiện tượng hóa

học

s Kỹ năng giải các bài tập hóa học

1.1.2.2 Nhiệm vụ đức duc của môn hóa học ử trường phổ thông

ø Giúp học sinh hình thành thế giới quan

e Nâng cao nhận thức của học sinh về vai trò, nhiệm vụ của hóa học trong cuộc

sống, xã hội, kinh tế, môi trường

GVHD: Tiên sĩ Trịnh Van Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia mén hóa học

e Góp phan giáo dục tư tưởng, đạo đức, lao động và thẳm mỹ giáo dục long

yêu nước và ý thức cộng đồng

1.1.3 Vì sao phải bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học

Xuất phát từ nhiệm vụ của việc giảng day hóa học ở phổ thông, chúng ta thấy

hóa học lả mon khoa học đóng góp nhân lực, tài lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa

hiện đại hóa đất nước Do đó việc phát hiện và đào tạo nhân tài nói chung cũng như

học sinh giỏi hóa học nói riêng được nước ta quan tâm đầu tư và phát triển.

Bước đầu tiên của quá trình đào tạo là việc phát hiện và bồi dưỡng những học

sinh có năng khiếu ở các cấp học phé thông

Hóa học là môn học đặc thù, nếu không được bồi đưỡng một cách có kế hoạch,

cỏ phương pháp thi học sinh khó hệ thống và tích lũy được kiến thức cho mình Vì

vậy bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học nhằm hướng học sinh có năng khiéu thêm yêu

thích hóa học va có hệ thông kiến thức vững chắc giúp các em tham gia va đạt kết

quả tốt trong các kì thi, tạo bệ phóng cho các em bước vào nghiên cứu khoa học hóa học phục vụ cho quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

1.2 NĂNG KHIEU HÓA HỌC, NHỮNG PHAM CHAT VÀ NĂNG LỰCQUAN TRỌNG NHÁT CỦA MỘT HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC

Để phát hiện những học sinh có năng khiếu về hóa học người giáo viên cần đisâu đi sát quá trình học tập của học sinh, chủ động tạo ra các tình huống hóa học đểhọc sinh giải quyết Thông qua cách giải quyết vấn đề của học sinh, chúng ta có thể

đánh giá được khả năng của học sinh vả bước đầu phát hiện được những học sinh

có năng khiếu hóa học

Trong quá trình học tập, những học sinh có năng khiếu phát hiện vấn dé trọng

tâm rat nhanh, các em thường đặt ra van dé mới trên cơ sở van dé cũ Vì vậy người giáo viên cần chú ý đến cách đặt vấn đề, cách xây dựng bải học.

Hóa học là môn khoa học gan lý luận với thực tiễn, học sinh có năng khiếu

thường đặt câu hỏi “tai sao ?” cho những hiện tượng xảy ra quanh chúng ta và tìm

cách giải thích bing kiến thức của bản thân các em, hay hỏi bạn bè, giáo viên, tham

khảo sách báo, các phương tiện thông tin Từ đó các em làm phong phi thêm cho

kho tàng kiến thức nói chung hay hóa học noi riêng của minh,

SVTH Trân Th Dao Trang 8

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quéc gia môn hóa học

Nhưng trước hết học sinh giỏi hóa học cần:

* Nắm vững các định luật cơ bản về hóa học

se Nắm vững đây đủ ý nghĩa định tính, định lượng các ký hiệu, công thức,

phương trình hóa học

e Thanh thạo các kỹ năng làm toán hóa học

Sw phát triển trí tuệ của những học sinh có năng khiếu hóa học có thể được

đánñt giá qua các tiêu chuẩn sau:

s Tốc độ của sự định hướng (sự nhanh trí) khi giải quyết các bài tập, tình

huỗng hóa học không giếng với các bài tập, các tình huống quen thuộc Học sinh giỏi nhanh chóng tìm ra cách giải quyết.

s Tốc độ khái quát (sự nhạy bén) được xác định bởi tan số luyện tập cần thiết

theo củng một kiéu để hình thành dạng toán khái quát Ở những học sinh giỏi, chi luyện tập một vài bài tập cùng loại đã có thể hình thành cách làm một dang bài tập.

s Tính tiét kiệm của tir duy: được xác định bằng số lan các lập luận cần đủ để đi

đến kết quả, đáp số, mục đích Học sinh có năng khiếu sẽ tìm được con đường ngắn

nhất để đi đến kết quả.

© Tính mềm déo của trí tug Chi số này thé hiện ở sự dễ dàng hay khó khăn

trong việc xây dựng lại hoạt động cho thích hợp với những biến đổi của điều kiện.

Tính mềm dẻo của trí tuệ thường bộc lộ ở những kỹ năng sau:

- — Kỹ năng biến hóa cách giải quyết vấn đề phù hợp với sự thay đổi của điều kiện

- — Kỹ năng xác lập sự phụ thuộc những kiến thức đã có sang một trật tự

khác ngược với hướng và trật tự đã tiếp thu

Kỹ năng đề cập cùng một hiện tượng theo những quan điểm khác nhau

s Tink phê phán của trí tug: thé hiện ở chỗ không dé dàng chấp nhận, không kết luận một cách không có căn cử, không di theo đường mòn nếp cũ, ma thường

hay lật ngược vấn dé, hay đặt câu hỏi “vi sao ?", hay nghỉ ngờ (nghi ngờ khoa học),

không hay cả tin, không vừa lòng với kết quả đạt được và có ý chí thúc đây vươn

lên những thành công mới

SVTH: Tran Thị Dao Trang 9

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi đưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

« Sự thấm sâu vào tài liệu, sự vật, hiện tượng nghiên cứu: thể hiện rÕ ở sự

phân biệt giữa cái bản chất và không bản chất, cái cơ bản và cái chủ yếu, cái tông

quất và cái bộ phan

13 CÁC KỸ NANG GIÁO VIÊN CAN PHAI CÓ KHI BOI DUONG HỌC

SINH GIỎI HÓA HỌC Ở TRƯỜNG THPT

Hiện nay trên thế giới có nhiều tiêu chuẩn để đánh giá người giáo viên giỏi, phù

hợp với điều kiện giáo dục ở nước ta, các chuyên gia Hà Lan đưa ra các tiêu chuẩn

Sau:

e Có kiến thức sâu về hóa học

e Đánh giá chính xác khả năng học tập của học sinh

« Giúp học sinh hiểu được môn hóa học rất quan trọng trong đời sống

e Có khả năng tạo ra một không khí học tập tích cực

e Có giọng nói rd rang, truyền cảm

« Trinh bày bang đẹp, khoa học

e Sử dụng hợp lý nhiều phương pháp day học khác nhau

s Khéo léo trong việc minh họa các phản ứng hóa học

« Biết làm và sáng tạo các đồ dùng dạy học

e Có khả năng biên soạn các tài liệu giảng day

e Là một người đáng mến

Trong đó các kỹ năng mà người giáo viên cần phải có khi bằi dưỡng học sinh

giỏi hóa học ở trường THPT là:

e Có kiến thức sâu rộng về hóa học

e Có khả năng biên soạn chuyên dé; phân loại, hệ thống hỏa, xây dựng ngân

hàng bài tập.

e Đánh giá và phát hiện, đưa vào bồi dưỡng kịp thời những học sinh có năng

khiếu hóa học

¢ Sau khi tuyển chọn, qua quá trình bồi đường, người giáo viên phải biết cách ra

đề nhằm chọn lọc được những học sinh thực sự có năng khiếu hóa học

ø Có khả năng tổ chức học tập, bồi dưỡng học sinh giỏi, từ đó hướng cho học

sinh lòng ham thích, say mê học tập nghiên cứu hóa học

SVTH Trần Thị Đào Trang 10

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Đôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

e Hệ thống hỏa kiến thức vả cung cắp phương pháp học tập giúp học sinh học

tập tốt, ngoài ra còn kích thích và giúp học sinh nâng cao khả năng tự học, tự tìm

tôi, nghiên cửu

ø Người giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học phải yêu thích hóa học, điều

đó sẽ kích thích cho người giáo viên say mê hứng thú tìm kiếm nguồn kiến thức, tài

liệu, cách giải hay, mới lạ, phong phú và cập nhật với thời đại

1.4 SƠ BỘ VE CÁC DE THỊ QUOC GIA MÔN HÓA HỌC

Những năm gan đây, dé thi học sinh giỏi quốc gia môn hóa học thường bao gồm hai phan:

® Hóa đại cương và hóa vô cơ

© Hóa hữu cơ

Cụ thể hơn:

° HÓA ĐẠI CƯƠNG

- _ Cấu tạo nguyên tử và HTTH các nguyên tố hóa học

° HÓA VÔ CƠ

- Phản ứng giữa các chất vô cơ

Tính chất hóa học, điều chế các chất vô cơ

Nhận biết, tinh chế, tách các chất vô cơ

k HÓA HỮU CƠ

Hóa học lập thể các chất hữu cơ

Quan hệ giữa cau trúc và tính chất

Phản ứng hữu cơ và cơ chế phản ứng

Xúc định cấu tạo các chất hữu cơ

- Tổng hợp hữu cơ

SVTH: Trên Thị Đào Trang II

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bồi dưỡng học sinh giỏi môn hóa học

Chương 2

TỎNG QUAN VỀ CÁC ĐÈ THỊ HỌC SINH GIỎI

QUÓC GIA MÔN HÓA HỌC

2.1 HỆ THONG CÁC BÀI TẬP THI HỌC SINH GIỎI QUOC GIA MON

HÓA HOC PHAN HÓA ĐẠI CƯƠNG — HÓA VÔ CƠ

Phin hóa đại cương bao gồm 7 vấn đẻ, phần hóa vô cơ bao gồm 3 van đẻ Với

khả năng của dé tài, chương hai sẽ dé xuất phương pháp giải cho các dạng bai tập

thường gặp của mỗi vấn dé trong các dé thi học sinh giỏi quốc gia những năm gần dây.

2.1.1 Hóa đại cương

2.1.1.1 Céu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tb hóa học Một số kiến thức cơ bản:

e Hat nhân nguyên tử

e Mô hình nguyên tử Bohr

¢ Cấu hình electron, bộ bến số lượng tử của electron

se Obital nguyên tử

e Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố (bán kính nguyên tử, năng lượng ion

hóa, độ âm điện )

> Dựa vào đữ kiện đẻ bài lập hệ phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các

hạt Đây là bước quan trọng quyết định tính chính xác của bài tóan, vì vậy cần

chú ý:

- _ Hệ số của mỗi nguyên tế trong công thức tổng quát

SVTH: Trên Thị Đào Trang 12

GVHD: Tiến st Trinh Văn 8iều Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

- Nếu dé cho dang ion: sé electron của mỗi tiểu phân sẽ khác với nguyên tửtrung hòa

- _ Có những bài tóan giới hạn dữ kiện, cần vận dụng phương pháp biện luận

(dùng điều kiện nguyên tố bền: 1< > $1,524)

> Giải hệ phương trình tim số hiệu nguyên tử z, suy ra nguyên tố tương ứng va

công thức phân tử cần tìm

Vi dụ:

1 Một phân tử XY; có tong cdc het proton, notron, electron bang 196; trong

đó, số hat mang điện nhiều hơn số hat không mang điện là 60, số hat mang điện

của X ít hon số hat mang điện của Y là 76.

a Hay xác định kí hiệu hóa học của X, Y và XY;

b Viết cau hình electron của nguyên tử X, V

c Dựa vào phản ứng oxi hóa - khử và phản ứng trao đổi, hãy viễt phương

trình phản ứng (ghi rõ điều kiện, nếu có) các trường hợp xảy ra tạo thành XY›

2 Hãy dùng kí hiệu ô lượng tử biểu diễn các trường hợp số lượng electron

trong một obitan nguyên tử.

(đề thi năm 2001)

Giải

1.a Kí hiệu số đơn vị điện tích hạt nhân của X là Zx, Y là Zy; số nơtron (hạt

không mang điện) của X là Nx, Y là Ny.

Với XY), ta có các phương trình:

XY; là AICI

SVTH: Trần Thị Đào Trang l3

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia mon hóa học

b Cau hình electron:

AI: ts? 2s? 2p® 3s? 3p'Cl: 1s? 2s? 2p® 3s? 3p’

c Các phương trình phản ứng tạo thành AICI):

2Al + 3C —’, 2AICh

2AI + 3CuCị — > 2AICh + 3Cu

ALO; + 6HCI — 2AlCh + 3H,0

AKOH); + 3HCI — AIC; + 3H;O

Al§, + 6HCI —> 2AICl, + 3H;§

NaAlO; + 4HCI —>x AICh + NaCl + 2H;O

Al,(SO,); + 3BaCl; —> 2AICh 3BaSO, }

2 Có ba trường hop: L] [T] noạc Lil 4 hoặc [[T]

Obitan nguyên tử: trống cole c62¢

DANG 2; XÁC ĐỊNH NG TO DUA VAO CAU ELECTRON

** Phương pháp giải:

> Viết chu hình electron đầy đủ

> Nếu cấu hình chưa bão hòa electron —> tính số hiệu nguyên tử z => nguyên tố

cần xác định

> Nếu cấu hình đã bão hòa electron: có 3 trường hợp

- Là cấu hình của khí hiếm —> tính sé hiệu nguyên tử zy, => khí hiếm cần xác

định

- La cấu hình của anion A”' => z4 = Z — giá trị điện tích -» nhận xét độ bén

của các anion để nhận nghiệm (n thường nhận giá trị 1, 2, 3)

- Là cấu hình của caion BTM => zg = zy + giá trị điện tích —> nhận xét độ bềncủa các cation dé nhận nghiệm (n thường nhận giá trị 1, 2,3)

> Kết luận

Vị dụ :

Các vi hạt có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng: 3s”, 3#, 3p’, 3p° là

nguyên tử hay ion? Tei sao?

SVTH: Trần Thị Đào Trang 14

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bồi sinh c gia môn hóa học

Hay dẫn ra một phản ứng hóa học (néu có) để minh hog tính chất hóa học

đặc trưng của mỗi vi hạt.

Cho biết: Các vi hạt này là ion hoặc nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm A

Na là kim loại điển hình, có tính khử rất mạnh Ví dụ: Na tự bốc cháy trong

nước ở nhiệt độ thường.

2Na + 2H,0 ——> 2NaOH + Hạ

2 Cấu hình [Ne] 3s ứng với nguyên tử Mg (Z = 12), không thé ứng với ion

Mg là kim loai hoạt động Mg cháy rất mạnh trong oxi và trong CO).

2Mg + O; -—Ẻ+y 2MgO

3 Cấu hình [Ne] 3s?3p” ứng với nguyên tử P (Z = 15), không thé ứng với ion.

P là phi kim hoạt động P cháy mạnh trong oxi.

4P + 50, ——> 2P;O,

4 Cấu hình [Ne] 3s?3pế:

e Trường hợp vi hạt có Z = 18 Đây là Ar, một khí tro.

se Vi hạt có Z < I8 Đây là ion âm:

> Z~ 17 Đây là CI, là chất khử yếu Ví dụ:

2MnO, + I6H°+ I0CE —» 2Mn* + 8H;O + SCI,

> Z= I6 Đây là S*, là chất khử tương đối mạnh Ví dụ:

2HạS + O, ——> 2S + 2H;O

> Z= I5 Đây là P”, rất không bén, khó tổn tại.

« Vị hạt có Z > 18 Đây là ion đương:

> Z = 19 Đây là K’, là chất oxi hóa rất yếu, chỉ bị khử dưới tác dụng của

dòng điện (điện phân KCI hoặc KOH nóng chảy).

> Z = 20 Đây là Ca", là chất oxi hóa yếu, chỉ bị khử dưới tác dụng của

SVTH: Trần Thị Đào Trang l5

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

dong điện (điện phân CaCl, nóng chảy).

DANG 3: SỰ BIEN DOI TUẦN HOÀN CUA CÁC NGUYÊN TO

TRONG CUNG CHU KY HAY PHAN NHOM

** Phương pháp giải:

> Dựa vào qui luật biến đổi của bán kính nguyên tử, ái lực clectron, năng

lượng ion hóa, độ âm điện của các nguyên tổ trong cùng chu ky, phân nhóm.

> Chú ý độ bền của lớp electron bão hòa, bán bão hòa

Ví dụ 1:

1 Hãy xếp các nguyên tỗ natri, kali, liti theo thứ tự giảm trị số năng lượng

lon hóa thứ nhất (1) Dựa vào căn cứ nào về chu tạo nguyên tử để đưa ra qui

luật sắp xếp đó?

2 Dựa vào cau hình electron, hãy giải thích sự lớn hơn năng lượng ion hóa

thứ nhất (I,) của Mg so với Al (Mg có I, = 7,644 eV; Al có ï, = 5,984 eV).

(dé thi năm 2000)

Giải

1 Thứ tự giảm 1, 1a: Li, Na, K

Giải thích: Các nguyên tố trên đều thuộc nhóm IA, có 1 e hóa trị, khi di từ trênxuống đưới:

Khi tach | e của Mg từ phân lớp ban bão hoà 3s' phải tốn nhiều năng lượng hơn

khi tach | e của Al từ phân lớp chưa bão hoà 3p'

Do dé Mg có l; lớn hơn AI.

SVTH: Trần Thị Đảo Trang 16

GVHD: Tiên sĩ Trịnh Văn Biểu Bê| dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

Ví dụ 2:

Thực nghiệm cho biết, độ đài các bán kính các ion (A) như sau: 1,71; 1,16;

1,19; 0,69; 1,26; 0,85 Các ion này có chung tổng số electron Số điện tích hat

nhân được giới hạn: 2 < : < 18.

Hãy gắn đúng trị số R cho từng ion, cin trình bày rõ về cơ sở cấu tạo nguyên

tử và cầu hình electron.

(dé thi 2006)

Giải

6 ion có tổng số electron bằng nhau và có 2 < z< 18 nên 6 ion trên có chung số

electron là 10 Và các ion là: N”, O”, F, Na’, Mg”", AP’.

Khi các ion có cùng số electron thì số điện tích hạt nhân càng lớn thì lực hút hạt

nhân tác dụng lên các electron cảng lớn, làm bán kính ion càng bé.

Vậy giá trị bán kính các ion là:

rN” = 1,71; rO* = 1,16; rF = 1,19; rNa" = 0,69; rMg”" = 1,26; rAP’* = 0,85 (A).

2.1.1.2 Phản ứng hạt nhân Một số kiến thức cơ bản:

s Ning lượng hạt nhân, phản ứng hạt nhân

se Độ hụt khối

s Định luật phân rã phóng xạ

©_ Định luật bảo toàn số khối, điện tích

** Phượng pháp giải:

s Viết phương trình phản ứng hạt nhân: áp dụng định luật bảo toàn vật chất:

> Định luật bảo toàn số khối

> Định luật bảo toàn điện tích

e Độ hụt khối, năng lượng hạt nhân:

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

Ví dụ 1:

Hãy hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau đây (có định luật

bảo toàn nào được dùng khi hoàn thành phương trình trên ?).

a, „U"” — sẹTh””° P 000

bồ a> — pPb"TM +

(dé thi năm 2000)

Giải

Áp dụng định luật bảo toàn vật chất (bảo toàn số khối, bảo toàn điện tích) để

hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân

a nu — oth” + 2,He + 2B

b au —› aPbTM + 7;Hc tổ + vn + 48

Vị dụ 2:

Liệu pháp phóng xg được ứng dụng rộng rãi để chữa ung thư Cơ sở của liệu

pháp đá là sự biến đổi hạt nhân.

;rCo” + gn! —»X? (D

X? + NIM + ; hv= 1,25 MeV (2)

1 Hãy hoàn thành phương trình của sự biến đỗi hạt nhân trên và nêu rõ định

luật nào được áp đụng để hoàn thành phương trình

2 Hãy cho biết diém khác nhau giữa phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi

hóa-khử (lắy thí dụ từ phản ứng (2) và phản ứng Co + Cl, —> CoCl;)

(đề thi năm 2002)

Giải

1 Dịnh luật bảo toan vật chất nói chung, định luật bảo toàn số khối và bảo toàn

điện tích nói riêng, được áp dụng:

(1) Điện tích: 27 + 0 = 27; Số khối: 59 + I =60 => X là „Co'°

„Co”” + onl => Co”

(2) Số khối: 60 = 60; Điện tích: 27 = 28 + x => x = -l Vậy có sự phóng thích |

GVHD Tiến sĩ Trịnh Van Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

e Phản ứng hạt nhân: xảy ra tại hạt nhân, tức là sự biến đổi hạt nhân thành

nguyên tổ mới Ví dy phản ứng (1), (2) ở trên.

© Phan ứng hóa học (oxi hóa khử): xảy ra ở vỏ electron nên chí biến đổi dang đơn chat, hợp chất Ví dụ: Co + Cl, —> Co” + 2Cl == CoCh.

© Chất dùng trong phản ứng hạt nhân có thé là đơn chất hay hợp chất, thườngdùng hợp chất Chất dùng trong phản ứng oxi hóa khử, phụ thuộc vào câu hỏi

ma phải chỉ rd đơn chat hay hợp chat.

e Năng lượng kèm theo phản ứng hạt nhân lớn hon hẳn so với năng lượng kèm theo phản ứng hóa học thông thường.

Ví dụ 3:

1 UTM* tự phân rã liên tục thành một đông vị bên của chi Tổng cộng có 8 hạt

a được phóng ra trong quá trình đó Hay giải thích và viết phương trình phản

ứng chung của quá trình này.

2 UF, là chất lỏng dễ bay hơi được ứng dụng phổ biến để tách các đẳng vị uran Hãy viết phương trình phản ứng có UF, được tạo thành khi cho UF, tác

dụng với CIF›.

(đề thi năm2004)Giải

1 U"* tự phóng xạ tạo ra đồng vị bền ;;Pb^ cùng với tám hạt ;He'Theo định luật bảo toàn khối lượng: A = 238 -4 8 = 206 Vậy có ;;Pb””*,

Theo định luật bảo toàn điện tích: 92 = 82 + 2 8 +x =x= - 6.

Vậy có 6 hạt ;e°.

Do đó phương trình chung là: sạU?”#——+ ;yPb?“ + 8 ;He' + 6 ¡c?

2 Phin img 2CIF; + 3UF¿ —>UF, + Cl

Vi dy 4;

Cho phan ứng hat nhân: *T + 7D ——> X +n

1 Xác định hạt nhân X Tính năng lượng liên kết của hạt nhân X.

2 Tính năng lượng tỏa ra từ phản ứng trên khi tỗng hợp được một gam X.

Cho: m,, = 1,0087u; m, = 1,0073u; mT = 3,01605u;

mp = 2,0141u; my " 4,0026ÿNÑMM-VW We1⁄⁄‹`

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bél dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

Giải

1 Áp dụng định luật bảo toàn vật chất (bảo toàn số khối, bảo toàn điện tích) để

hoàn thành phương trình phản ứng hạt nhân

=> E= AE nye NA= 26,5.10?” MeV

2.1.1.3 Cấu tạo phân tử và liên kết hóa học

Một sé kiến thức cơ bản:

e© Thuyết cấu tạo của Lewis, quy tắc bát tử

e Năng lượng liên kết, năng lượng ion hóa, độ âm điện

e© Thuyết VB

Một số dạng bài tập:

DANG 1: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC HINH HỌC CUA PHAN TỬ _

DỰA VÀO THUYET VB

** Phương pháp giải: xem chuyên đề 1- chương 3

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi dưỡng học sinh gidl quốc gia môn hóa học

Phân tử thẳng có 3 nguyên tử được giải thích như sau: Nguyên tử trung tâm lai

hóa sp (là lai hóa thăng)

BeH;, cấu hình electron của nguyên tử;

2 obitan lai hóa sp cùng trên trục Z, mỗi obitan xen phủ với 1 obitan 1s của H

tạo 2 liên kết o, Vậy BeH; có dạng thẳng hang

CO,, cấu hình electron của các nguyên tử:

_ kết x; 2 liên kết x này ở trong 2 mặt phẳng vuông góc với nhau và vuông góc với

mặt phẳng chứa liên kết ø Vậy CO;: O= C=O

Ví dụ 2:

Nhôm clorua không hoà tan vào một số dung môi hoặc khi bay hơi ở nhiệt độkhông quá cao thì tổn tại ở dạng dime (Al;Cl,) Ở nhiệt độ cao (700°C) dime bị

phân li thành monome (AICI,) Viết công thức cấu tạo Lewis của phân tử dime

và monome Cho biết kiểu lai hóa của nguyên từ nhôm, kiểu liên kết trong mỗiphân tử Mô tả cấu trúc hình học của các phân tử đó

(đê thi năm 2003)Giải

Viết công thức cau tao Lewis của phân tử dime và monome.

SVTH: Trên Thị Dao Trang 21

GVHD: Tién sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

Nhôm có 2 số phỏi trí đặc trưng là 4 và 6 Phù hợp với quy tắc bát tử, cấu tạo

Lewis của phân tử dime và monome:

L +

by : #7 | Nor ONG

* Kiểu lai hóa của nguyên tử nhôm:

Trong AICI; là sp’ vì Al có 3 cặp electron hóa trị

Trong Al;Cl, la sp” vì Al có 4 cặp electron hóa trị

* Liên kết trong mỗi phân từ:

AICI; có 3 liên kết cộng hóa trị có cực giữa nguyên tử AI với 3 nguyên tử Cl

Al;Cl,: mỗi nguyên tử Al tạo 3 liên kết cộng hóa trị với 3

nguyên tử Cl và | liên kết cho nhận với 1 nguyên tử Cl (Al: „q 12

kết cộng hóa trị thông thường và liên kết cho nhận.

* Cấu trúc hình học:

Phân từ AICI,: nguyên tử AI lai hóa kiểu sp (tam giác phẳng) nên phân tử có

cấu trúc tam giác phẳng, đều, nguyên

tử Al ở tâm còn 3 nguyên tử Cl ở 3 đỉnh của tam giác @ “

Phân tử Al;Cl,: cấu trúc 2 tứ điện ghép với nhau : `

Mỗi nguyên tử Al là tâm của một tứ diện, mỗi nguyên Q@Z `

tử Cl là đỉnh của tứ diện Có 2 nguyên tử Cl là đỉnh

chung của 2 tử diện.

s AI O Cl

Vid

Thực nghiệm cho biết PCI; có cau trúc song tháp tam giác, góc liên két trong

mặt phẳng đáy là 120°, trục với mặt đáy là 90° Ap dụng thuyết lai hóa, hãy giải

thích kết quả thực nghiệm đó.

(dé thi 2006)

SVTH: Tren Thy Dao Trang 22

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

Giải

P(z= 15): [Ne]3s?3p”

Cl(¿ = 17): [Ne]3s3p”

Nguyên tổ trung tâm P tổ hợp | obital s, 3 obital p, 1 obital d tạo thành 5 obital

lai hóa sp’d Năm obital này tạo liên kết với năm nguyên tử clo tạo năm liên kết ơ.

[ty » ITT TI

lai hóa sp”dVậy P lai hóa sp”d, cấu trúc phân tử: lưỡng tháp tam giác, góc liên kết trong

mặt phẳng đáy là 120°, trục với mat day là 90°.

** Phương pháp giải:

> Các yếu t6 ảnh hưởng đến tính chất vat lý ( nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy,

độ tan ):

- _ Khối lượng phân tử, lực tương tác giữa các phân tử

- Trạng thái tồn tại của hợp chất

- _ Cấu trúc phân tử

- Khả năng tạo liên kết Hyđrô liên phân tử, nội phân tử

> Chọn lựa yếu tế phù hợp dé giải thích các dữ kiện của dé bài

Ví dụ:

Phân tử HF và phân tử H;O có momen lưỡng cực, phân tử khối gần bằng nhau; nhưng nhiệt độ nóng chảy của hidroflorua là - 83°C thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của nước đá là OC, hãy giải thích vì sao?

(dé thi năm 2003)

Giải

*Phântừ H-E có thể tạo liên kết hiđro -

H E-H-O-H có thé tạo liên kết hiđro — H 0 ~

* Nhiệt độ nóng chảy của các chất rắn với các mạng lưới phân tử (nút lưới là cácphan tử) phụ thuộc vào các yếu tố:

- Khối lượng phân tử càng lớn thì nhiệt độ nóng chảy càng cao.

SVTH: Tran Thị Dio Trang 23

GVHD: Tiến st Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

- Lực hút giữa các phân tử càng mạnh thì nhiệt độ nóng chảy cang cao Lực

hút giữa các phân tử gồm: lực liên kết hiđro, lực liên kết Vanderwaals (lực định

hướng, lực khuếch tán).

*Nhận xét: HF va HạO có momen lưỡng cực xắp xỉ nhau, phân tử khối gần bằng nhau và đều có liên kết hidro khá bên, vì vậy HF có nhiệt độ nóng chảy cao hơn của nước (vì HF có momen lưỡng cực lớn hơn, phân tử khối lớn hơn, liên kết hiđro

hiđro tạo thành chuỗi một chiều, giữa các chuỗi đó liên kết với nhau bằng lực

Vanderwaals yếu Vì vậy khi đun nóng đến nhiệt độ không cao lắm thì lực

Vanderwaals giữa các chuỗi đã bị phá vỡ, đồng thời một phần liên kết hiđro cũng bị

phá vỡ nên xảy ra hiện tượng nóng chảy.

Mỗi phân tử H-O-H có thé tạo được 4 liên kết hiđro với 4 on

phân tir HO khác nằm ở 4 đỉnh của tứ diện Trong nước đá JBN

mỗi phân tử H;O liên kết với 4 phân tử H;O khác tạo thành and Pn

hel

mạng lưới không gian 3 chiều Muén làm nóng chảy nước đá i kề,

cần phải phá vỡ mạng lưới không gian 3 chiều với số lượng x

liên kết hiđro nhiều hơn so với ở HF rắn do đó đòi hỏi nhiệt độ cao hơn

2.1.1.4 Lý thuyết phản ứng hóa học

Một số kiến thức cơ bản:

e Nhiệt nội năng, entanpi, entropi

* Định luật Hess

« _ Biến thiên năng lượng tự do Gibbs

* Hing số cân bằng Kp, Ke

e Nguyên ly Le Satelier

Một số dang bài tập:

SVTH: Tran Thị Đào Trang 24

GVHD: Tiền sĩ Trịnh Văn Biểu Bồi dưỡng học sinh quốc gia môn hóa học

DANG |: TĨNH HIỆU UNG NHIỆT PHAN UNG DỰA VÀO

NHIỆT TẠO THÀNH, THIÊU NHIỆT, NĂNG LƯỢNG LIEN KET

** Phương pháp giải:

> Với dạng toán nảy, có thé (6 hợp cân bằng và dùng chu trình Hess

Ví dụ :

Trong công nghệ hóa dầu, các ankan được loại hidro để chuyển thành

hidrocacbon không no có nhiều ứng dung hơn Hãy tính nhiệt của mỗi phan

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

| — DẠNG 2: HÀNG SO CAN BANG VA VAN TỘC PHAN UNG |

** Phương pháp giải:

> Áp dụng định luật tác dụng khối lượng để tính hằng số cân bằng, với chất

khí thường dùng Kp và tính được lượng chất ở trạng thái cân bằng

> Áp dụng nguyên lý Le Satelier để xác định chiều chuyển dịch của cân bằng hóa học

> Với vận tốc phản ứng:

- Xác định bậc phản ứng dựa vào sy biến thiên nồng độ

- Vận tốc tiêu thụ mang dấu “-", vận tốc hình thành mang dấu dương “+”

> Dạng toán nay thường sử dụng phương pháp đồng nhất đơn vị.

a) Hãy cho biết đơn vị của trị số đó và giải thích: hằng số cân bằng Kp này

phải có đơn vị như vậy.

ð) Tính phần trăm theo thé tích SO;Cl; (khi) còn lại khi (1) đạt tới cân bằng ở

điều kiện đã cho.

c) Ban đầu dùng 150 mol SO;Cl; (kh0, tính số mol Cl;(kh(@ thu được khi (1)đạt tới cân bằng

Các khí được coi là khí lý tưởng.

(đề thi năm2001)

Giải a) Gọi sế mol SO,Cl, ban đầu là 1, độ phân li là a, ta có:

SO;Cl; (khí) == SO.(khi) + Ch(khi) (1)

Banđầu 1 - 0 0

Phân li œ

Cân bằng (1 - a) a a

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Đôi sinh môn hóa

„ pŠO;(atm).pCl;(atm)

„ pSO;Cl;(atm) (2)

Vi vậy Kp có đơn vị là atm.

b)Vì các khi đều là khí lí tưởng nên p, = P x; (3)

Số mol SO,Cl, còn = 1 - a = 0,0194 (mol)

Do đó SO;C]; còn lại chiếm (0,0194: 1,9804) 100% = 0,98%

Đây là % theo số mol, cũng là % theo thể tích Vậy khi (1) đạt tới cân bằng

SO;C]; còn lại chiếm 0,98% vé số mol hay thể tích của hệ.

c) Ban đầu dùng 150 mol (khí), tính số mol Cl;(khí) thu được khi (1) đạt tới cân

dung dịch đều có nông độ ban đầu thích hợp

1 Viết các phương trình phản ứng xảy ra; tại sao dung dịch từ không màu

chuyển sang màu xanh lam?

2 Người ta thu được số liệu sau đây:

Thời gian thí nghiệm (theo giây) Nông độ I (theo mol I")

s — 1,000

GVHD: Tién sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Van Biảu Bôi sinh môn hóa

3 Nếu phản ứng trên có phương trình N;Os () ——> 2NO; (k) + 1/20; (k)

thì trị số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải

Viitu thy NạOs = - 2 x 5, 16 10°

Veidu try N2Os = - 1,032.10-7 mol.I".s”

Dấu “-" để chỉ “tiêu thụ N;O tức mắt di N;O; hay giảm N;O;”

Ð Vpink tnanh NO2 = 4 Vou “ ~ 2V tty NzOs (5)

Thay số: Vhinh thánh NO; = 4x 5,16.10°

Vụnh thins NO; = 2,064,107 mol.TÌ.s?

Vhnh q=xÖ; = Vpu = 5,16.108 mol.I".s”

Hai tốc độ này đều có dấu "+" để chi “hình thành hay được tạo ra” (ngược với

"tiêu thu”).

Việc tính tốc độ tiêu thụ N;O; hay hình thành NO), O; theo tốc độ pu, v„„ như

trên chỉ thuần tuý hình thức theo hệ số phương trình, thực chất phản ứng này là

phan ứng một chiều bậc nhất.

2 Số phân tử N;Os đã bị phân huỷ được tính theo biểu thức:

- M„„ bị phân huỷ = N = vua ty NzO¿.Vbình.t.Nạ

1Š 080 NA T—TN

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Van Biểu Bồi sinh môn hóa hoc

Thay sé:

N = 1,032.10%, 20,0 30,0 6,023.10”.

N =3,7.10°” phân tử

3 Nếu phản ứng trên có phương trình: N;Os(k} ——>2NO¿(k) + 1/20, thì tốc

độ phản ứng, v„„, cũng như hằng số tốc độ phản ứng k đều không đổi (tại nhiệt độ T xác định), vì:

1 Viết phương trình phan ứng xảy ra.

2 Biết phản ứng trên thu nhiệt, tại 25°C có Kp = 116,6 Hay tính Ấp (ghi rõ

don vj) tại 0°C; 50°C Giả thiết rằng tỉ số giữa hai trị sb hằng số cân bằng tại 0°°

với 25°C hay 25°C với 50°C đều bằng 1,54

3 Xét tại 25°C, cân bằng hóa học đã được thiết lập Can bằng đó sẽ chuyến

dịch như thế nào? Nếu:

a) Tăng lượng khí NO

b) Giảm lượng hơi Br;

©) Giảm nhiệt độ

đ) Thêm khí N; vào hệ mà:

- Thể tích bình phản ứng không đỗi (V = const)

- Ấp sudt chung của hệ không đối (P = const)(dé thi năm 2002)

Giải

1 2NO(k)+Br(hơi) == 2NOBr(k) ; AH>0 (1)

Phan ứng pha khí, có An = -1; đơn vj Kp là atm ` (2)

2 Do phản ứng thu nhiệt nên:

Kp tại O°C > Kp tai 25°C > Kp tai 50°C (3)

Vay: Kp tai O°C = 1,54 Kp tai 25°C = 1,54 116,6 = 179,56 (atm”)

SVTH: Trân Thị Đào Trang 30

GVHD: Tiên sĩ Trinh Van Biểu Đồi sinh môn hóa

Kp tại 50°C = Kp tại 25°C : 1,54 = 116,6 :1,54 = 75,71 (atm")

3 Xét sự chuyển dời cân bằng hóa học tại 25°C

Trường hợp a và b: về nguyên tắc cần xét tỉ số:

o= a (4) (Khi thêm NO hay Br;)

Sau đó so sánh trị số Kp với Q để kết luận.

Tuy nhiên, ở đây không có điều kiện để xét (4); do đó xét theo nguyên lý Le

Satelier.

a Nếu tăng lượng NO, cân bằng chuyển dời sang phải

b Nếu giảm lượng Br, cân bằng chuyển dời sang trái

c Theo nguyên lý Le Satelier, sự giảm nhiệt độ làm cho cân bằng chuyến dời

sang trái, để chống lại sự giảm nhiệt độ

d, Thêm N¿ là khí tro + Nếu V = const: không ảnh hưởng tới cân bằng vì N; không gây ảnh hưởng nào liên hệ (theo định nghĩa áp suất riêng phần).

+ Nếu P = const ta xét hệ

Nếu chưa có Nạ: P= pNO + pBrạ +pNOBr (a)

Nếu có thêm Nz: P= p`NO + p'Br;+p'NOBr+pN; (b)

Vì P = const nên p’; < p,

Lúc đó ta xét Q theo (4) liên hệ tương quan với Kp:

1 Nếu Q = Kp: không ảnh hưởng

2 Nếu Q > Kp: cân bằng chuyển dời sang trái, để Q giảm tới trị số Kp

3 Nếu Q <Kp: cân bằng chuyển đời sang phải, để Q tăng tới trị số Kp Xảy ra trường hợp nào trong 3 trường hợp trên là tuỳ thuộc vào p, tại cân bằng héa học.

2.1.1.5 Dung dịch - Sự điện ly

Một số kiến thức cơ bản:

œ Độ điện li, hằng sé điện li, hằng số bền, không bén

s_ pH vả pOH của dung dịch

e Cặp axit va bazơ liên hợp, dung dịch đệm

e© Tích số tan Tt

SVTH Tran Thi Dao Trang 31

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

Một số dạng bài tập:

** Phượng pháp giải:

> Viết phương trình phản ứng kèm theo giá trị hằng số cân bằng

> Xác định nồng độ đầu, nồng độ phản ứng, nồng độ cuối tương ứng với mỗicấu tử

> Thiết lập biểu thức định luật tác dụng khối lượng, đặt điều kiện cho ẩn số,

có thể giải gần đúng

> Kết hợp kỹ năng toán học, kiểm tra lại điều kiện đề cho > nhận nghiệm

Ví dụ 1;

I Tính độ điện li của dung dịch CH;/VH; 0,010M, K, = 1ữ”"

2 Độ điện li thay đỗi ra sao khi:

a Pha loãng dung dịch ra 50 lần

2 Độ điện li thay 46i ra sao khi

a Pha loãng dung dịch ra 50 lần:

SVTH Trần Thị Đào Trang 32

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Đồi sinh môn hóa

107 Conan, == = 2.10% M

Định luật tác dụng khối lượng:

CH;COOH + CH;NH; —= CH;NH, + CHỊCOO' ; K= Ky Kg! =10""

K rat lớn, phan ứng xảy ra hoàn toàn

=C,„ =cC = I0 MCH NH CH;COOH

TU TT 0 LLL

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bội dưỡng học sinh gid! quốc gia môn hóa học

HCOO + H,O == HCOOH + OH (2)

3 =101925 << a Mo „ 40 “

K¿scoon (10) => Ky = 10'9? << xM, “lốy “21 Ksoneow (10 gs)

Tương tự câu c, ta thấy cân bằng (2) không ảnh hưởng gi đến cân bằng (1)

2 Một dung dịch A chứa các cation Mn**, Co”*, và Ag’ với nẵng độ ban đầu

của mỗi ion đều bằng 0,010 M Hoà tan H;Š vào A đến bão hoà và điều chỉnh

pH = 2,0 thì ion nào tạo kết tủa?

Cho: Tans = 2,5.10!° ; Tes = 4,0.10~?! ; TAg;S = 6,3.10”°

(dé thi năm 2003)

Giải

SVT: Trên Thị Đảo Trang 34

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Bidu Đồi sinh môn hóa hi

1 Tính nồng độ ion SẼ” trong dung dịch H;S 0,100 M; pH = 2,0

[Co**} [ S? ]= 107 1,3.10!” = 1,3.10? > Tt CoS =4,0.10?! — tạo kết tủa CoS

(Ag`]{S ] = (10?)? 1,3.10! = 1,3.10°! > Tt Ag;§ = 6,3.10°° = tạo kết tủa

Độ ten của CO; trong nước bằng 3,0.10” M.

Tích sỐ tan của CaSO, bằng 10°; của CaCO, bằng 1°

(dé th năm 2005)Giải

1 Thh độ điện li:

C0” + H,O c—> HCO; + OH” (1) Ky,= 10”?

HOy + HạO == (H;O.CO;) + OH (2) K;;=105

Ky; >> Kẹ; nên cân bằng (1) là chủ yếu

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Văn Biểu Bôi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn hóa học

CO + HO = HCO; + OH” (1) Ky; = 10°*

Cog = 0,0391 - 2,89.10° =0,0362 M

Corp Com TM 0,0362 x 107 =5,47.10% > 1095

Kết luận: có kết tủa CaCO;

TRONG DƯNG DỊCH

> Mô tả trạng thái ban đầu của dung dịch

> Viết phương trình các phản ứng có thé xảy ra

> Mô tả các cân bằng, tính hằng số cân bằng (nếu cần)

> So sánh các cân bằng => cân bằng chủ yếu

> Sử dụng định luật tác dụng khối lượng hoặc phương pháp tổ hợp cân

bằng để tính toán

TH: Tnn Thị ĐÀ ees

GVHD: Tiến sĩ Trịnh Van Biểu Bôi sinh môn hóa

K<< 1 = phản ứng xem như không xảy ra.

2 Xét độ tan của bạc trong dung địch NH; 0,1M:

Khi có mặt NH; có các quá trình sau:

Ag’ + NH; == AgNH;’ igh, = 3,32 (4)

Ag’ + 2NH; == Ag(NH;; = Igf; =3,32 (5)