hệ thống bài tập cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên hóa học.

Xuất phát từ thực trạng dạy và học ở các lớp chuyên Hóa học còngnh việc bồi dưỡng học sinh giỏi Húa học còn đang gặp một số khó khăn phổ biến: - Giáo viên chưa mở rộng được kiến thức Hóa

MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, trước sự nghiệp đổi mới toàn diện của đất nước, nền giáo dục nước nhà đang đóng vai trò chức năng của một

cỗ máy cái nhằm hoạt động “ nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực , bồi dưỡng nhân tài ” để hoàn thành tốt công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, đưa nước ta tiến kịp và hội nhập với các nước trong khu vực nói riêng và toàn cầu nói chung

Kết quả đó bước đầu được khẳng định bởi số lượng học sinh đạt giải quốc gia và quốc tế ở nước ta ngày càng tăng nhanh Đặc biệt kết quả tham dự các kì thi Olympic Hóa học quốc tế của đội tuyển học sinh giái nước ta trong nhiều năm gần đây đó ghi nhận nhiều thành tích tự hào và khích lệ Olympiad 35th - 2003 tại Hy Lạp đạt một huy chương vàng và ba huy chương đồng, Olympiad 36th - 2004 tại CHLB Đức đạt

ba huy chương bạc và một huy chương đồng, Olympiad 37th- 2005 tại Đài Loan đạt ba huy chương vàng và một huy chương bạc

Tõ thực tế đó đặt ra cho nghành giáo dục và đào tạo không những

có nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho thế hệ trẻ mà phải có chức năng phát hiện, bồi dưỡng tri thức năng khiếu cho học sinh nhằm đào tạo các em trở thành những nhà khoa học mũi nhọn trong từng lĩnh vực Đây chính

là nhiệm vụ cấp thiết trong việc bồi dưỡng học sinh giái và tuyển chọn các em có năng khiếu thực sự của từng bộ môn và các lớp chuyên ở trung tâm giáo dục chất lượng cao

Xuất phát từ thực trạng dạy và học ở các lớp chuyên Hóa học còngnh việc bồi dưỡng học sinh giỏi Húa học còn đang gặp một số khó khăn phổ biến:

- Giáo viên chưa mở rộng được kiến thức Hóa học cơ bản phù hợp với học sinh chuyên hóa và học sinh giái Hóa học Nghiên cứu chương trình thi Olympic quốc gia và đặc biệt là quốc tế cho thấy khoảng cách kiến thức giữa nội dung chương trình thi Olympic là rất xa Để rút ngắn khoảng cách đó cần trang bị cho các em mét sè kiến thức Hóa học cơ bản ngang tầm với chương trình đại học nước ta về mức độ vận dụng

- Vì chưa chuẩn bị tốt hệ thống lí thuyết cơ bản nên cũng chưa xây dựng được một hệ thống bài tập nâng cao và chuyên sâu phù hợp với năng

khiếu tư duy của các em

Xây dựng mét hệ thống lí thuyết, bài tập hóa học cơ bản và chuyên sâu từng vấn đề một để giáo viên bồi dưỡng và học sinh chuyên Hóa học tham khảo thiết nghĩ là rất cần thiết Đề tài này mong muốn góp một phần nhỏ bé vào mục đích to lớn đó

II MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Xây dựng hệ thống lí thuyết, bài tập cơ bản và nâng cao về phần “ Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học ” nhằm bồi dưỡng học sinh giái cũng như học sinh chuyên Hóa học nắm vững phần này một cách toàn diện cả về lí thuyết và bài tập, phương pháp giải với mục đích giúp các

em chuẩn bị tốt trong các kỳ thi Olympic Hóa học

III NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

1 Nghiên cứu cơ sở lí luận, thực tiễn của đề tài

2 Xác định nội dung cơ bản của các chương cấu tạo nguyên tử và liên kết húa học trong tài liệu giáo khoa Húa học ban KHTN và giáo khoa chuyên Húa học

3 Phân tích câu hỏi và bài tập phần “ Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học ” dựa vào tài liệu giáo khoa Hóa học ban KHTN, giáo khoa chuyên Hóa học và đề thi học sinh giái cấp Tỉnh, cấp Quốc Gia, Olympic Hóa học quốc tế

4 Xây dựng hệ thống lí thuyết, phân dạng câu hỏi và bài tập về phần “cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học ” dùng cho học sinh khá, giỏi Hóa học ở bậc THPT

5 Thực nghiệm sư phạm: Nhằm kiểm tra và đánh giá hiệu quả hệ thống lí thuyết, bài tập đã xây dựng

IV GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu có một hệ thống lí thuyết, bài tập cơ bản, kết hợp với phương pháp bồi dưỡng đúng hướng của giáo viên, chắc chắn sẽ thu được kết quả cao trong việc bồi dưỡng học sinh giái và học sinh chuyên hóa học

V PHƯƠNG PHÁP NGIấN CỨU

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi sử dụng kết hợp nhiều phương pháp:

1 Nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu lý luận về mục đích, yêu cầu, biện pháp phát hiện và bồi dưỡng học sinh giái Hóa học

- Nghiên cứu lý luận về việc xây dựng hệ thống các câu hỏi và bài tập phần “ Cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học ” dựa trên quan điểm lí luận về quá trình nhận thức

- Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến luận văn: Sách, báo, tạp chí, nội dung chương trình, tài liệu giáo khoa chuyên Húa học, các đề thi Húa học trong nước và quốc tế nhằm đề ra giả thuyết khoa học và nội dung của luận văn

2 Nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy và bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở các lớp chuyên, chọn Hóa học nhằm phát hiện vấn đề nghiên cứu

- Trao đổi kinh nghiệm với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm trong bồi dưỡng học sinh khá, giái, …

3 Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đánh giá hệ thống lí thuyết, bài tập do chúng tôi sưu tầm, biên soạn khi áp dụng vào thực tế giảng dạy, bồi dưỡng học sinh giái để dự thi học sinh giái cấp Tỉnh và cấp Quốc gia

VI NHỮNG ĐểNG GểP CỦA ĐỀ TÀI

1 Về lí luận: Bước đầu đề tài đã xác định và góp phần xây dựng được một hệ thống lí thuyết, bài tập về cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học tương đối phù hợp với yêu cầu và mục đích bồi dưỡng học sinh giái Hóa học ở trường phổ thông và giảng dạy các lớp chuyên hiện nay

2 Về mặt thực tiễn: Nội dung của luận án giúp giáo viên có thêm nhiều tư liệu bổ Ých trong việc giảng dạy lớp chuyên và bồi dưỡng đội tuyển học sinh giái

VII CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần kết luận chung và ý kiến đề xuất, tài liệu tham khảo, mục lục, phụ lục Luận văn gồm 3 phần

Phần I: Mở đầu

Phần II: Nội dung ( gồm 3 chương)

Chương I: Tổng quan về cơ sở lớ luận và thực tiễn của đề tài Chơng I: Tổng quan về cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chượng II: Hệ thống lớ thuyết cấu tạo nguyờn tử và liờn kết hỳa học dựng bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyờn Hỳa học Chượng II: Hệ thống lớ thuyết cấu tạo nguyờn tử và liờn kết húa học dựng bồi dưỡng

học sinh giỏi và học sinh chuyờn Húa học Chợng II: Hệ thống lí thuyết cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học dùng bồi dỡng học sinh giỏi và học sinh chuyên Hóa học

Chương III: Hệ thống bài tập cấu tạo nguyờn tử và liờn kết hỳa học dựng bồi dưỡng học sinh giỏi và học sinh chuyờn Hỳa học

Phần III: Thực nghiệm sư phạm

NỘI DUNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

CỦA ĐỀ TÀI

I Cơ sở lớ luận

Trong cụng cuộc cải cỏch giỏo dục hiện nay, việc phỏt hiện và đào tạo những hs giỏi để tạo đà phỏt triển nhõn tài cho đất nước là một trong những nhiệm vụ quan trọng ở bậc THPT Vỡ thế người giỏo viờn bộ mụn cần cú nhiệm vụ phỏt hiện, bồi dưỡng HSG bộ mụn Cụng việc này mới

mẻ, cũn gặp nhiều khú khăn và mang những nột đặc thự của nó

1 Những năng lực và phẩm chất của một học sinh giỏi Hoỏ học

a Cú năng lực tiếp thu kiến thức và cú kiến thức cơ bản vững vàng, sõu sắc, hệ thống Biết vận dụng linh hoạt, sỏng tạo những kiến thức cơ bản đú vào tỡnh huống mới

b Cú năng lực tư duy sỏng tạo, suy luận logic Biết phõn tớch, tổng hợp, so sỏnh, khỏi quỏt hoỏ vấn đề, cú khả năng sử dụng linh hoạt phương phỏp tư duy: quy nạp, diễn dịch, loại suy…

c Có kỹ năng thực nghiệm tốt, có năng lực về phương pháp nghiên cứu khoa học hoá học Biết nêu ra những lý luận cho những hiện tượng xảy ra trong thực tế, biết cách dùng thực nghiệm để kiểm chứng lại những lý luận trên và biết cách dùng lý thuyết để giải thích những hiện tượng đã được kiểm chứng

2 Một số biện pháp phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học.

a Một số biện pháp phát hiện hs có năng lực trở thành học sinh giái Hoá học

a.1 Làm rõ mức độ đầy đủ, chính xác của kiến thức, kỹ năng,

kỹ xảo theo tiêu chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình và SGK.Muốn vậy phải kiểm tra hs ở nhiều phần của chương trình, về kiến thức lý thuyết, bài

tập và thực hành Có thể thay đổi một vài phần trong chương trình nhằm mục đích đo khả năng tiếp thu của mỗi hs trong lớp và giảng dạy lý thuyết là mét quá trình trang bị cho hs vốn kiến thức tối thiểu trên cơ sở

đó mới phát hiện được năng lực sẵn có của một vài hs thông qua các câu hỏi củng cố

a.2 Làm rõ trình độ nhận thức và mức độ tư duy của từng hs bằng nhiều biện pháp và nhiều tình huống về lý thuyết và thực nghiệm để đomức độ tư duy của từng hs Đặc biệt đánh giá khả năng vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, sáng tạo

a.3 Soạn thảo và lựa chọn mét sè dạng bài tập đáp ứng hai yêu cầu trên đây để phát hiện hs có năng lực trở thành hs giỏi Hoá học

b Một số biện pháp cơ bản trong quá trình bồi dưỡng hs giỏi Hoá học b.1 Hình thành cho học sinh mét kiến thức cơ bản, vững vàng, sâu sắc Đó là lý thuyết chủ đạo, là các định luật cơ bản, là các quy luật cơ bản của bộ môn Hệ thống kiến thức phải phù hợp với logic khoa học, logic nhận thức đáp ứng sự đòi hỏi phát triển nhận thức một cách hợp lý

b.2 Rèn luyện cho hs vận dụng các lý thuyết chủ đạo, các định luật, quy luật cơ bản của môn học một cách linh hoạt, sáng tạo trên cơ sở bản chất hoá học của sự vật, hiện tượng

b.3 Rèn luyện cho hs dựa trên bản chất hoá học, kết hợp với kiến thức các môn học khác chọn hướng giải quyết vấn đề một cách logic và gọn gàng

b.4 Rèn luyện cho hs biết phán đoán (quy nạp, diễn dịch…) một cách độc đáo, sáng tạo giúp cho hs hoàn thành bài làm nhanh hơn, ngắn gọn hơn

b.5 Huấn luyện cho hs biết tự đọc và có kỹ năng đọc sách, tài liệu (Xem mục lục, chọn nội dung cần đọc, ghi nhớ những phần trọng tâm… và đọc đi đọc lại nhiều lần), với HSG đọc càng nhiều mới tăng lượng chất trong vốn kiến thức của mình

b.6 Người giáo viên bộ môn phải thường xuyên sưu tầm tích luỹ tài liệu bộ môn, cập nhật hoá tài liệu hướng dẫn hs tự học, tự nghiên cứu

và xem đó là biện pháp không thể thiếu được trong việc bồi dưỡng học HSG

3 Đặc trưng của dạy học hoá học hiện nay ở các bậc học nói chung và bậc phổ thông nói riêng đó là:Húa học luôn gắn liền với thùc

nghiệm,

- 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 cơ

- Cấu trúc và tính chất vật lý

- Phản ứng hữu cơ và cơ chế phản phản ứng

- Xác định cấu tạo chất hữu cơ

- Tổng hợp hữu cơ

- Phân tích định tính, định lượng bằng các phương pháp đơn giản

- Thuyết cấu tạo hoá học, định luật Raum, tỉ khối

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG LÍ THUYẾT CẤU TẠO NGUYấN TỬ

VÀ LIấN KẾT HểA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI

VÀ HỌC SINH CHUYấN HểA HỌC Dựa vào nội dung chương trình SGK Hóa học ban KHTN, SGK

chuyên hóa, nội dung kiến thức hóa học thường được đề cập đến trong các kì thi Olimpic cấp tỉnh, quốc gia và trao đổi với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm trong việc bồi dưỡng hs giái chúng tôi đã xây dựng

hệ thống lớ thuyết cơ bản và nõng cao về phần CTNT và LKHH bao gồm:

Cấu tạo nguyờn tử :

- Thành phần nguyờn tử: điện tớch, kớch thước, khối lượng cỏc hạt cơ bản (e, p, n), hạt nhõn, nguyờn tử ; số khối, tỉ trọng hạt nhõn; KLNT trung bỡnh

- Vỏ nguyờn tử: Sự chuyển động của e trong nguyờn tử, AO, lớp

và phõn lớp e, năng lượng của cỏc e trong nguyờn tử, cấu hỡnh e (nguyờn

tử, ion), cỏc số lượng tử (n, l, ml, ms) và ý nghĩa của nú Đặc điểm của electron lớp ngoài cựng

- Húa học hạt nhõn: Hiện tượng phúng xạ, đồng vị, độ hụt khối, năng lượng liờn kết hạt nhõn, phản ứng hạt nhõn,sự phõn ró cỏc hạt,, Định luật chuyển dời, cỏc họ phúng xạ, động học quỏ trỡnh phúng xạ, chu kỳ bỏn hủy, ứng dụng của cỏc đồng vị phúng xạ trong khảo cổ…

Liên kết hóa học (LKHH):

- Phân tử và LKHH: e hóa trị, sơ đồ Liuyt, qui tắc bát tử; các

đại lợng đặc trng cho LKHH (bậc liên kết, độ dài liên kết, góc liên kết, năng lợng liên kết)

3 Liờn kết cộng hỳa trị

a Electron hỳa trịlà e cú khả năng tham gia tạo liờn kết hỳa học.

Nguyờn tố nhúm A cú số ehỳa trị bằng số e lớp ngoài cựng,nguyên

tố nhóm B có số e hóa trị bằng số e có trong các phân lớp (n-1)d

và ns

b Cụng thức Liuyt: Cụng thức Liuyt là loại cụng thức cho biết số e

hỳa trị của nguyờn tử, trong đú hạt nhõn và e lớp trong được biểu diễn bằng kớ hiệu húa học của nguyờn tố, cũn e hỳa trị tượng trưng bằng cỏc dấu chấm (.) đặt xung quanh kớ hiệu của nguyờn tố (cú phõn biệt e ghộp đụi và e độc thõn) Mỗi cặp e tham gia liờn kết hoặc tự do cũn cú thể biểu diễn bằng một đoạn gạch ngang (-)

c Qui tắc bỏt tử:Khi tham gia vào liờn kết húa học cỏc nguyờn tử

cú khuynh hướng dựng chung e hoặc trao đổi để đạt đến cấu trỳc bền của khớ hiếm bờn cạnh với 8e lớp ngoài cựng hoặc giống He (2 e)

d Một số đại lượng đặc trưng cho liờn kết cộng hỳa trị

- Độ dài liên kết (d): Là khoảng cách giữa hai hạt nhân của hai nguyên tử liên kết trực tiếp với nhau.Trong phân tử nước, dO - H = 0, 94

Độ dài liên kết giữa hai nguyên tử A - B có thể tính gần đúng bằng tổng bán kính của hai nguyên tử A và B

- Góc liên kết:Là góc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phát tõ mét hạt nhân nguyên tử và đi qua hạt nhân của hai nguyên tử liên kết trực tiếp với nguyên tử đó Trong phân tử nước, góc HOH = 104028’

- Năng lượng liên kết: Năng lượng liên kết A - B là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ hoàn toàn liên kết A - B (thường được qui về 1 mol liên kết - kJ/ mol hoặc kcal/mol)

VD:EH - H = 103 kcal/ mol : H2 2H  H = 103 kcal/ mol

Năng lượng liên kết (năng lượng phân li liên kết), về trị tuyệt đối, chính bằng năng lượng hình thành liên kết nhưng ngược dấu Tổng năng lượng các liên kết trong phân tử bằng năng lượng phân li của phân tử đó

e Liên kết xichma () và liên kết pi ().

- Liên kết xichma () : là loại liên kết cộng húa trị được hình thành bằng phương pháp xen phủ đồng trục các AO nguyên tử, vùng xen phủ nằm trên trục liên kết

Liên kết  có các loại s - s , s - p , p - p , …

d) Động học quá trình phóng xạ:

- Phương trình động học: Thực nghiệm xác nhận về mặt động hóa

học tất cả các quá trình phân rã phóng xạ đều tuân theo qui luật phản ứng một chiều bậc nhất.Biểu thức phương trình động học:

(4)

N = N 0 e - kt (5)

Trong đó:

k là hắng số phân rã (hoặc hằng số phóng xạ);

N 0 là số hạt nhân phóng xạ có thời điểm đầu (tức t = 0)

N là số hạt nhân đó còn lại ở thời điểm t đang xét

- Chu kì bán hủy: Là thời gian chất có ban đầu (a hay N0) mất đi một nửa (a/ 2 hoặc N0/2), được gọi là thời gian bán hủy hay chu kì bán hủy (trong phóng xạ hạt nhân thường gọi là thời gian bán rã hay chu kì bán rã) Nó đặc trưng qua trọng cho từng nguyên tố phóng xạ

Kí hiệu t1/ 2 hay (đọc là tau)

Thay N = N0/ 2 vào (4) ta được (6)

- Độ phóng xạ (A) là đại lượng bằng số các phân rã trong một đơn

vị thời gian Vậy A = = k N ( k: hằng số phóng xạ, N: Số hạt nhân phóng xạ) Thực chất đây là tốc độ phân rã của mẫu phóng xạ đó

Đơn vị: quyri, 1 quyri ứng với 3, 7.10 10 phân rã trong một giây.

Ta viết: quyri = 3, 7 1010 phân rã/ giây ; Các đơn vị khác: 1mquyri (miliQuyri) = 10 - 3quyri ; 1quyri(microQuyri) = 10 - 6 quyri

2 Giải thích hình học phân tử dựa vào thuyết lai hoa các obitan.

a) Sù lai hóa các obitan nguyên tử.

- Thuyết lai hóa cho rằng mét sè AO có mức năng lượng gần bằng nhau khi tham gia liên kết cú xu hướng tổ hợp với nhau để tạo ra các AO lai hóa có năng lượng thấp hơn, liên kết hình thành bởi sù xen phủ các AO

lai húa sẽ bền vững hơn

- Số obitan lai húa tạo thành bằng số obitan nguyên tử tham gia lai húa và các obitan lai húa tạo ra có năng lượng tương đương (bảng 2)

K/

hiệu Sù lai hóa Phân bố không gian của các AO lai húa

VÀ HỌC SINH CHUYấN HểA HỌC.

Dựa vào nội dung lí thuyết cơ bản và nâng cao ở chương 2, chúng tôi đã tuyển chọn và xây dựng hệ thống bài tập ở mức độ cơ bản và nâng cao phù hợp với việc bồi dưỡng HSG và học sinh các lớp chuyên Hóa học

Hệ thống bài tập gồm: Bài tập tự luận (9 dạng - 114 bài) và bài tập trắc nghiệm khách quan (90 câu)

Hệ thống bài tập tự luận: Kích thước, khối lượng nguyên tử , điện tích hạt nhân (14 bài); phản ứng hạt nhân, sự phóng xạ(18 bài); vỏ nguyên tử : (19 bài); liờn kết húa học (16 bài); dạng hình học của phân

tử (20 bài); sù phân cực liên kết, phân tử phân cực và không phân cực

(14 bài); thuyết MO, giải thích tính thuận từ nghịch từ(2 bài); tinh thể kim loại (5 bài), bài tập tổng hợp (5 bài)

Sau đây chúng tôi phân tích mét sè bài tập cơ bản và nâng cao dùng để bồi dưỡng HSG và học sinh chuyên Hóa học

1 Một số bài tập cơ bản

a) Bài tập tự luận

d) Th228 là một phần tử trong chuỗi thori, thể tích của Heli theo cm3 tại 00c

và 1atm thu được là bao nhiêu khi 1, 00g Th228 (t1/ 2 = 1, 91 năm) được chứa trong bình 20, 0 năm ? Chu kỳ bán hủy của tất cả các hạt nhân trung gian là rất ngắn so với Th228

e) Một phân tử trong chuỗi Thori sau khi tách riêng thấy có chứa 1, 50

1010 nguyên tử của một hạt nhân và phân hủy với tốc độ 3440 phân rã mỗi phút Chu kỳ bán hủy tính theo năm là bao nhiêu ?

Các khối lượng nguyên tử cần thiết là: 82Pb206=207, 97664u ;

2He4= 4, 0026u ; 90Th232 = 232, 03805 u ; 1u = 931, 5 MeV;

1MeV = 1, 602 10 - 13J , NA = 6, 022 10 - 23 mol - 1;

Thể tích mol của khí lí tưởng tại 00C và 1 atm là 22,4l

HD: a) Gọi x, y lần lượt là số hạt ,  phân hủy ra Theo định luật bảo

toàn số khối và định luật bảo toàn điện tích ta có:

Vậy phóng ra 4 hạt  bức xạ b) Phương trình phóng xạ chung là: 90Th23282Pb208 + 6 2He4 + 4

-A N2 , O2 , F2 B F2 , O2 , N2 C O2 , F2 ,

N2 D O

2 , N2 , F2

7 Hiđro Halogenua nào có điểm sôi nhỏ nhất

HF BHCl . CHBr . D HI

dsp3

D d2sp3