Trong thực tế có nhiều học sinh làm các bài thi Hoá học trong kỳ thi vào Đại học rất hiệu quả, điểm gần như tuyệt đối không phải chỉ ở một trường Đại học mà ở cả ba, bốn trường Đại học với các đề thi khác nhau. Như vậy cũng có nghĩa đó là những học sinh giỏi môn Hoá học, nhưng cũng chính những học sinh đó trong thành phần đội tuyển thi học sinh giỏi lớp 12 Quốc gia (của thành phố) lại không được điểm cao, giải cao. Thậm chí nếu vào đội tuyển OLIMPIC Quốc tế thì khi thi cũng không được giải cao (chỉ được bằng khen). Vấn đề không phải là mức độ, khối lượng kiến thức, mà chính là ở cái mà ta thường gọi là năng khiếu Hoá học .
Trang 1Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học sư phạm hà nội
*******************
vũ anh tuấn
năng khiếu hoá học, những phẩm chất và năng lực
quan trọng nhất của một học sinh giỏi hoá học
Chuyên ngành: Phương pháp giảng dạy hoá học
Mã số : 5.07.02
chuyên đề tiến sĩ khoa học giáo dục
Hà Nội – 2004
Trang 2M c l cục lục ục lục
Trang
1.1 Học sinh có khả năng tư duy Toán học tốt nhưng không có
khả năng quan sát, nhận thức các hiện tượng tự nhiên:
3
1.2 Học sinh có khả năng quan sát, nhận thức các hiện tượng tự
nhiên dẫn đến niềm say mê Hóa học nhưng khả năng tư duy
Toán học chưa tốt:
6
2 Những phẩm chất và năng lực quan trọng nhất của một học sinh
giỏi hoá học
Những phẩm chất và năng lực quan trọng nhất 12
2.1 Năng lực tiếp thu kiến thức
2.2 Năng lực suy luận lôgíc
2.3 Năng lực đặc biệt
2.5 Năng lực kiểm chứng
2.6 Năng lực thực hành
3 Những kỹ năng cần thiết của giáo viên khi bồi dưỡng học
sinh giỏi hóa học
Trang 31 Năng khiếu Hóa học:
Trong thực tế có nhiều học sinh làm các bài thi Hoá học trong kỳ thi vào Đại học rất hiệu quả, điểm gần như tuyệt đối không phải chỉ ở một trường Đại học mà ở cả ba, bốn trường Đại học với các đề thi khác nhau Như vậy cũng có nghĩa đó là những học sinh giỏi môn Hoá học, nhưng cũng chính những học sinh đó trong thành phần đội tuyển thi học sinh giỏi lớp 12 Quốc gia (của thành phố) lại không được điểm cao, giải cao Thậm chí nếu vào đội tuyển OLIMPIC Quốc tế thì khi thi cũng không được giải cao (chỉ được bằng khen) Vấn đề không phải là mức độ, khối lượng kiến thức, mà chính là ở cái mà ta thường gọi là năng khiếu Hoá học
Vậy năng khiếu Hoá học là gì ? Vấn đề này một đôi lần đã được đưa ra tham khảo ý kiến nhưng chưa có một hội nghị nào bàn cụ thể và kết luận thống nhất về nó! Theo chúng tôi, năng khiếu Hoá học bao gồm 2 mặt tích cực chủ yếu là:
* Khả năng tư duy Toán học
* Khả năng quan sát, nhận thức và nhận xét các hiện tượng tự nhiên, lĩnh hội và vận dụng tốt các khái niệm, định luật hoá học.
1.1 Học sinh có khả năng tư duy Toán học tốt nhưng không có khả năng quan sát, nhận thức các hiện tượng tự nhiên:
thì không thể có niềm say mê Hóa học dẫn đến học môn Hóa theo cách thức phiến diện, công thức và Toán hóa các sự việc, hiện tượng của Hóa học
Ví dụ 1: Hỗn hợp gồm Mg và Fe2O3 nặng 20gam tan hết trong dung dịch
H2SO4 loãng, dư thoát ra Vlít H2 (đktc) và nhận được dung dịch B Thêm dung dịch NaOH dư vào dung dịch B và lọc kết tủa tách ra nung trong không khí đến lượng không đổi cân nặng 28gam Viết phương trình phản ứng, tínhV và %
lượng hỗn hợp (Cần kiểm tra học sinh phản ứng khử Fe 3+ thành Fe 2+ )
Sau khi viết phương trình phản ứng, ta nhận xét: Mg + O Mg O
Trang 4Lượng oxi đã kết hợp với Mg bằng 28 - 20 = 8( gam) hay 0,05 mol
Ví dụ 2: Một hỗn hợp gồm Rượu no đơn chức và andehit no đơn chức có
khối lượng 5,04 gam bị đốt cháy hoàn toàn Sản phẩm cháy chia đôi, một nửa cho đi qua CaO dư thấy lượng CaO tăng 7,8 gam, nửa còn lại cho đi qua P2O5
dư thấy lượng P2O5 tăng 2,52 gam Hãy xác định công thức mỗi chất và thành phần hỗn hợp
phương trình để giải:
C n H 2n+2 O + (3
2
n )O 2 n CO 2 + (n+1) H 2 O
C m H 2m O + (3 1
2
m )O 2 m CO 2 + m H 2 O
Nửa thứ hai: P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4
Ta có hệ 3 phương trình: (14n + 18) a +(14m + 16) b = 5,04
na + mb = 0,24 và (n + 1)a + mb = 0,28
Vì hệ này có 3 phương trình, 4 ẩn số nên khi giải cũng mất nhiều thời gian
* Nếu học sinh có khả năng quan sát các phương trình thì sẽ rút ra nhận xét :
Số mol C n H 2n+2 O bằng 0,28 – 0,24 = 0,04 mol
Lượng C + H trong hỗn hợp bằng (0,24 12) + (0,28 2 )= 3,44 gam
16
Ví dụ 3: Một hỗn hợp lỏng gồm Rượu etylic và 2 Hydrocacbon đồng đẳng kế
tiếp nhau Nếu cho 1/2 hỗn hợp bay hơi có thể tích bằng thể tích của 1,32 gam
CO2 (cùng điều kiện) Khi đốt hết 1/2 hỗn hợp cần 6,552 dm3 O2 (đkc) cho sản
Trang 5phẩm cháy qua H2SO4 đặc rồi đến dung dịch Ba(OH)2 dư thì ở dung dịch Ba(OH)2 dư có 36,9375 gam kết tủa tách ra Tìm công thức Hydrocacbon và tính thành phần % hỗn hợp
Cách giải chung mà các học sinh có đặc điểm này đều làm là đặt ẩn, lập
hệ phương trình để giải:
CxHy + (4
4
x y
)O2 x CO2+
2
y
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O
Ta có hệ 3 phương trình: a + b = 0,03
(4
4
x y
)a + 3b = 0,2925 và ax + 2b = 0,1875
Vì hệ này có 3 phương trình, 4 ẩn số nên khi giải cũng mất nhiều thời gian
* Nếu học sinh có khả năng quan sát các phương trình thì sẽ rút ra nhận xét :
2
O
2
O
2
n ) O 2 n CO 2 + (n + 1) H 2 O Suy ra số mol 2 Hydrocacbon = [0,2925 - (0,1875 x 1,5)] x 2 = 0,0225
n C bằng 0,02250,1725=7,667 2 Hydrocacbon kế tiếp là C 7 H 16 và C 8 H 18
Ví dụ 4: (Câu VI – Đề thi vào Đại học năm 2002) [5]
Hỗn hợp A gồm một axit no đơn chức và hai axit không no đơn chức chứa
một liên kết đôi, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng Cho A tác dụng hoàn toàn với 150 ml dung dịch NaOH 2 M Để trung hòa hết lượng NaOH dư cần thêm vào 100 ml dung dịch HCl 1 M, được dung dịch D Cô cạn cẩn thận D được 22,89 gam chất rắn khan Mặt khác đốt cháy hoàn toàn A rồi cho toàn bộ sản phẩm cháyhấp thụ hết vào bình đựng lượng dư dung dịch NaOH đặc, khối
Trang 6lượng bình tăng thêm 26,72 gam Xác định công thức cấu tạo có thể có của từng axit và tính khối lượng của chúng trong A
Cách giải chung mà các học sinh có đặc điểm này đều làm là đặt ẩn , lập hệ
phương trình để giải:
x x x
y y y
2
1 n
3
x (n+1)x (n+1)x
CmH2m1COOH+
2
m 3
y (m+ 1)y my
Phản ứng trung hoà NaOH dư:
0,1 0,1 0,1
Theo phương trình:
NaOH phản ứng với các axit hữu cơ bằng 0,3 – 0,1 = 0,2 (mol)
lượng muối của các axit hữu cơ bằng 22,89 - 0,1.58,5 = 17,04 (gam)
Có hệ phương trình:
26,72 y]18
m 1)x [(n 1)y]44 m
( 1)x [(n
17,04 66)y
m (14 68)x (14n
0,2 y x
72 , 26 x 18 ) y x ( 44 ) y m nx ( 62
04 , 17 x 2 ) y x ( 66 ) y m nx ( 14
2 , 0 ) y x (
Trang 7*Nếu học sinh có khả năng quan sát các phương trình thì sẽ rút ra nhận xét :
KL mol TB của 3axit bằng 85,2 – 22 = 63,2
Với công thức tổng quát C n H 2n O 2 và C H m 2 -2m O (với 2 m > 3) ta thấy:
Tổng khối lượng C + H bằng (63,2 0,2) – (32 0,2)= 6,24 gam, kết hợp với
Từ C n H 2n O 2 + 3 2
2
n O 2 n CO 2 + n H 2 O
C H m 2m2O2 + 3 2
2
m O 2 m CO 2 + ( m - 1) H 2 O
0,1
=80,4
Ví dụ 2: Cho X là hỗn hợp 3 chất gồm kim loại M, oxit và muối sunfat của kim
loại M (M có hoá trị 2 không đổi trong các hợp chất) Chia 29,6 gam X thành 2 phần bằng nhau :
- Phần 1 : đem hoà tan trong dung dịch H2SO4 loãng , dư thu được dung dịch
A và khí B Lượng khí B này vừa đủ để khử hết 16 gam CuO đun nóng Sau
đó cho dung dịch A tác dụng với dung dịch KOH dư đến khi kết thúc phản ứng thu được kết tủa C Nung C đến lượng không đổi thu được 14 gam chất rắn D
Trang 8- Phần 2 : Cho tác dụng với 200 ml dung dịch CuSO4 1,5M Sau khi phản ứng kết thúc tách bỏ chất rắn, cô cạn phần nước lọc thì thu được 46 gam muối khan E a) Viết phương trình phản ứng xảy ra
b) Xác định kim loại M và tính % lượng các chất trong X [5]
Cách giải chung mà các học sinh có đặc điểm này đều làm là đặt ẩn , lập
hệ phương trình để giải:
M + H 2 SO 4 MSO 4 + H 2 (0,2 mol)
MO + H 2 SO 4 MSO 4 + H 2 O
MSO 4 MSO 4
H 2 + CuO (0,2mol) Cu + H 2 O
M(OH) 2 MO (14g) + H 2 O
M + CuSO 4 MSO 4 + Cu
MO (0,2mol) (0.2mol) MO
MSO 4 MSO 4 46g
CuSO 4 (0,1mol) CuSO 4 (0,1mol)
Hệ phương trình: Mx + (M+16)y + (M+96)z = 14.8
(M+16).(x+y+z) = 14 và (M+96)(0,2+ z)+ 160 0,1 = 46 Giải hệ cho : x = 0,10 ; z = 0,05; M= 24 Mg
*Nếu học sinh có khả năng quan sát các phương trình thì sẽ rút ra nhận xét :
M + O MO
14,8 gam MO MO 14 gam
MSO 4 - SO 3 MO
Ta có: 14,8 + 0,2 16 80 n MSO4 = 14 n MSO4 = 0,05 (mol) (M + 96) 0,25 + 16 = 46 M = 24 Mg
1.2 Học sinh có khả năng quan sát, nhận thức các hiện tượng tự nhiên dẫn
đến niềm say mê Hóa học nhưng khả năng tư duy Toán học chưa tốt:
Trang 9thì việc nghiên cứu Hóa học gặp rất nhiều khó khăn, nhất là hiện nay việc áp
dụng công nghệ tin học vào Hóa học ngày được phát triển Tất yếu những học sinh này cũng không thể đạt kết quả xuất sắc được
Ví dụ 1: Đồng (Cu) kết tinh có dạng tinh thể lập phương tâm diện.
*Tính cạnh lập phương a(Å) của mạng tinh thể và khoảng cách ngắn nhất giữa hai tâm của hai nguyên tử đồng trong mạng, biết rằng nguyên tử đồng có bán kính bằng 1,28 Å *Tính khối lượng riêng của Cu theo g/cm3 ( Cu= 64) [10]
Theo hình vẽ ta thấy: 1 mặt của khối lập phương tâm diện có AC = a 2=4 r Cu a = 4 1, 28
2
= 3,62 (Å) Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 tâm của nguyên tử là AM
AM = 2 r Cu = 1,28 2 = 2,56 (Å)
8 +
d = m
64 4
hình học của C2H2I2 với giả thiết 2 đồng phân này có cấu tạo phẳng.( Cho độ dài liên kết C – I là 2,10 Å và C=C là 1,33 Å ) [10]
Đồng phân cis- :
d cis = d C= C + 2 d C – I sin 30 0 = d C= C + d C – I
= 1,33 + 2,1 = 3,43 Å Đồng phân trans- :
d trans =2 IO
M
C D
a
C C
I I
1200
d
C
I
C
I
300
I
Trang 10IO = IC2 CO2 2IC CO cos120 0 = 2 1,33 2 1,33 0
2,5 Å d trans =5,0 Å
Ví dụ 3: Những hợp chất nào sau đây có cấu dạng: [11]
a) CH3Cl b) H2O2 c) NH2OH d) CH2= CH2
Hãy vẽ ba cấu dạng của mỗi hợp chất đó
Chỉ có (b) và (c) là có cấu dạng
O O
H
H
O O H
H
O H
H
O H
H H
N O
H H
N O
H H
Ví dụ 4: Hãy viết công thức đồng phân lập thể của các chất sau đây, nêu rõ loại đồng phân (hình học, quang học) và ghi rõ danh pháp Z/E hoặc R/S [4] a) CH3CH2CHBr – CH = CH – CH3
b) CH2Cl2
c) CH3 – CH = N – OH
d) HOOC – CH(OH) – CH(OH) – COOH
CH3CH2
Br
CH2Cl2 c) CH3
d)
H H
OH OH COOH
COOH
Ví dụ 5: Al(OH)3 là một hidroxit lưỡng tính có thể tồn tại 2 cân bằng sau: Al(OH)3 Al3+ + 3OH- T t(1) = 10-33
Al(OH)3 + OH- AlO2- + 2H2O T t(2) = 40
Viết biểu thức biểu thị độ tan toàn phần của Al(OH)3 (S) =[Al 3+] +[AlO2 ] dưới dạng một hàm của [H3O+] ở pH bằng bao nhiêu thì S cực tiểu Tính giá trị S cực tiểu [9]
Xét 2 cân bằng: Al(OH) 3 Al 3+ + 3OH T t (1) = [Al 3+].[OH ]3 =10 -33
Trang 11Al(OH) 3 + OH AlO2 + 2H 2 O T t (2) = AlO2
OH
= 40
Từ T t (1) : [Al 3+ ] =
33 3
10
OH
=
3 33
3
14 3
10 (10 )
H O
= 10 9 [H3O + ] 3 ;
và từ T t(2) : [AlO2 ] = 40[OH ] = 40
14
3
10
H O
Do đó S = [Al 3+ ] + [AlO2 ] = 10 9 [H3O + ] 3 + 40
14
3
10
H O
S cực tiểu khi đạo hàm
3
dS
d H O = 3.10 9 [H3O + ] 2
13 2 3
4.10
H O
= 0
[H3O + ] 4 = 4.10 913
3.10
[H3O + ] = 3,4 10 6 pH = 5,5
S min = 10 9 (3,4 10 6) + 40
13
6
4 10
3, 4 10
Ví dụ 6: Khi trộn lẫn 200 gam nước ở 150C với 400 gam nước ở 600C thì quá trình san bằng nhiệt độ có tự xảy ra không? Biết hệ là cô lập và nhiệt dung mol của nước lỏng bằng 75,3 J.K–1 mol–1 [8]
* 200 gam nước nhận một nhiệt lượng là:
Q 1 =
2 T 2
200
dT = 75,3
18
T
* Nhiệt lượng do 400 gam nước nhường là:
Q 2 =
2 T 2
400
dT = 75,3
18
T
200
18 75,3 (T 2 - 288) + 400
* Sự biến thiên entropi khi nước biến đổi nhiệt độ:
S =
2
1
T
T
dT nC
T
2
1
2 1
T ln T
T
T
nC
S 2 = 400 75,3ln318
S = S 1 + S 2 = 5,78 J K –1 > 0
Hệ có S > 0 nên quá trình san bằng nhiệt độ này tự xảy ra
Trang 12
2 Những phẩm chất và năng lực quan trọng nhất của một học sinh giỏi hoá học
Vấn đề năng khiếu hoá học và những thành tố chủ yếu của năng khiếu Hoá
học còn cần được tiếp tục nghiên cứu thêm Trước mắt cần xác định những
phẩm chất và năng lực quan trọng nhất của một học sinh giỏi hóa học Theo chúng tôi, đó là:
a Có kiến thức hoá học cơ bản vững vàng, sâu sắc, hệ thống (chính là nắm
vững bản chất hoá học của các hiện tượng hoá học).
b Có năng lực tư duy hoá học (biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát
hoá cao , có khả năng sử dụng phương pháp đoán mới : qui nạp, diễn dịch, loại
suy ) Có khả năng quan sát, nhận thức, nhận xét các hiện tượng tự nhiên
c Biết vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo những kiến thức cơ bản và
những nhận thức đó vào tình huống mới, không theo đường mòn.
Theo các tài liệu về Tâm lý học và phương pháp dạy học Hoá học thì Năng khiếu Hoá học được thể hiện qua một số năng lực và phẩm chất sau : [1][2][3][7]
2.1 Năng lực tiếp thu kiến thức :
- Khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng
- Luôn hào hứng trong các tiết học, nhất là bài học mới
- Có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện những tri thức đã thu được ngay từ dạng sơ khởi
2.2 Năng lực suy luận lôgíc :
- Biết phân tích các sự vật và hiện tượng qua các dấu hiệu đặc trưng của chúng
- Biết thay đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật hiện tượng
- Biết cách tìm con đường ngắn để sớm đi đến kết luận cần thiết
- Biết xét đủ các điều kiện cần thiết để đạt được kết luận mong muốn
- Biết xây dựng các phần ví dụ để loại bỏ một số miền tìm kiếm vô ích
- Biết quay lại điểm vừa xuất phát để tìm đường đi mới
2.3 Năng lực đặc biệt :
- Biết diễn đạt chính xác điều mình muốn
Trang 13- Biết phân biệt thành thạo các kỹ năng đọc, viết và nói.
- Biết thu gọn các vấn đề và trật tự hoá các vấn đề để dùng khái niệm trước mô
tả cho các khái niệm sau
2.4 Năng lực lao động sáng tạo :
- Biết tổ hợp các yếu tố, các thao tác để thiết kế một dãy hoạt động, nhằm đạt đến kết quả mong muốn
2.5 Năng lực kiểm chứng :
- Biết suy xét sự đúng sai từ một loạt sự kiện
- Biết tạo ra các tương tự hay tương phản để khẳng định hoặc bác bỏ một đặc trưng nào đó trong sản phẩm do mình làm ra
- Biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ liệu cần phải kiểm nghiệm sau khi thực hiện một số lần kiểm nghiệm
2.6 Năng lực thực hành :
- Biết thực hiện dứt khoát một số động tác trong khi làm thí nghiệm
- Biết kiên nhẫn và kiên trì trong quá trình làm sáng tỏ một số vấn đề lý thuyết qua thực nghiệm hoặc đi đến một số vấn đề lý thuyết mới dựa vào thực nghiệm
Trong thực tế khi làm thí nghiệm hoá học, có một số học sinh nhỏ giọt hoá chất A vào dung dịch của hoá chất B một lần là có kết quả rõ ràng ngay Ngược lại có nhiều học sinh làm động tác trên nhiều lần mà kết quả vẫn không rõ ràng
Ta hiểu rằng: Hoá học là bộ môn khoa học thực nghiệm nên học sinh có năng khiếu hoá học không chỉ có các năng lực 1,2,3,4,5 trên mà cần phải có khả năng về thực nghiệm, năng lực tiến hành các thực nghiệm Hoá học
Thực tế trong một số kỳ thi OLYMPIC có những học sinh điểm lý thuyết rất cao nhưng điểm thực hành thấp - Kết quả không đạt giải