luận văn giúp hình thành và phát triển khái niệm axit bazơ

Chương trình hóa học phổ thông bao gồm các khái niệm hoá học cơ bản ban đầu và dần phát triển những khái niệm đó, việc giảng dạy hóa học phổ thông phải chú ý đến nhiều khái niệm, axit –

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Sưu tầm, xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập hóa học để hình thành và phát triển khái niệm axit – bazơ trong

phổ thông (nâng cao)

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đổi mới giáo dục là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành giáo dục đào tạo trong giai đoạn hiện nay Để đổi mới nội dung, phương pháp dạy học có hiệu quả cao cần trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản vững chắc.Trên cơ sở đó học sinh biết vận dụng sáng tạo kiến thức giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn cuộc sống

Mục tiêu của nhà trường phổ thông là trang bị kiến thức phổ thông cơ bản tương đối hoàn chỉnh để giúp học sinh nắm vững hiểu biết khoa học Môn hóa học góp một phần quan trọng trong mục tiêu đào tạo ở trường phổ thông Chương trình hóa học phổ thông bao gồm các khái niệm hoá học cơ bản ban đầu và dần phát triển những khái niệm đó, việc giảng dạy hóa học phổ thông phải chú ý đến nhiều khái niệm, axit – bazơ là một trong những khái niệm cơ bản, có tầm quan trọng đối với khoa học hóa học Để hiểu và truyền thụ đầy

đủ nội dung về sự hình thành và phát triển khái niệm axit – bazơ Giáo viên cần nắm vững quá trình hình thành phát triển khái niệm này để đảm bảo việc giảng dạy có hiệu quả đáp ứng nhu cầu giáo dục

Trong chương trình phổ thông khái niệm axit – bazơ được đề cập rất sớm ngay từ phần mở đầu về hóa học lớp 8 và được củng cố ở các lớp và cấp học tiếp theo Khái niệm axit – bazơ trong chương trình phổ thông được hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn, là một trong những đề tài có tầm quan trọng đặc biệt

Axit – bazơ là các hợp chất quan trọng và phổ biến, có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong sản xuất và nghiên cứu khoa học

Các phản ứng xảy ra trong dung dịch thường liên quan đến khái niệm axit – bazơ

Khái niệm axit – bazơ và phản ứng axit – bazơ cho phép hệ thống hóa các hợp chất hóa học, phân loại các phản ứng các chất, giải thích các hiện tượng hóa học, chọn tác nhân phản ứng, chất xúc tác…

Sản phẩm tương tác axit – bazơ hoặc axit hay bazơ với hợp chất khác đều có ý nghĩa về mặt thực tiễn Nhiều phản ứng hóa học về thực chất cũng là phản ứng axit – bazơ

Việc hình thành khái niệm axit – bazơ ở phổ thông đạt hiệu quả cao khi người giáo viên nắm vững nội dung và hệ thống quá trình hình thành và phát triển khái niệm đó trong toàn bộ chương trình phổ thông Đồng thời giáo viên

sử dụng phương pháp dạy học có hiệu quả, giảng dạy có kế hoạch và lưu ý tới đặc điểm của từng giai đoạn để có một hệ thống bài tập cơ bản đa dạng phong phú theo các mức độ nhận thức khác nhau trong quá trình hình thành và phát triển khái niệm axit – bazơ

Với những lí do trên, tôi chọn đề tài: „„Sưu tầm, xây dựng và sử dụng

hệ thống bài tập hóa học để hình thành và phát triển khái niệm axit – bazơ trong chương trình hóa học vô cơ trung học phổ thông (nâng cao)‟‟

2 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy học hóa học ở trường THPT

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hệ thống bài tập hóa học hình thành và phát triển khái niệm axit – bazơ trong chương trình hóa học vô cơ THPT (nâng cao)

4 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

a Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu lựa chọn xây dựng hệ thống bài tập hóa học và phương pháp sử dụng chúng trong việc hình thành và phát triển khái niệm axit – bazơ trong chương trình hóa học vô cơ THPT (nâng cao)

b Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về quá trình hình thành khái niệm hóa học

và ý nghĩa tác dụng của bài tập hóa học trong việc hình thành khái niệm hóa học cho học sinh bậc THPT

- Phân tích chương trình sách giáo khoa phần hóa học vô cơ bậc THPT xác định nội dung và dung lượng khái niệm axit – bazơ

- Lựa chọn, xây dựng hệ thống bài tập hóa học về axit – bazơ trong chương trình hóa học vô cơ THPT chương trình nâng cao

- Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ thống bài tập trên để hình thành khái niệm axit – bazơ

- Thực nghiệm sư phạm để xác định tính phù hợp của hệ thống bài tập trên và kiểm nghiệm tính hiệu quả của các đề xuất

6 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phối hợp các phương pháp sau:

- Nhóm các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm và xử lý thông tin

7 Giả thuyết khoa học

Trong dạy học hóa học nếu giáo viên xác định đúng nội hàm và ngoại diên của khái niệm đồng thời lựa chọn xây dựng được 1 hệ thống bài tập hóa học đa dạng phong phú ở các mức độ nhận thức khác nhau từ đó sử dụng chúng 1 cách hợp lí và áp dụng những biện pháp rèn luyện tích cực theo hướng dạy học tích cực, chúng ta có thể phát huy được tố chất, năng lực sáng tạo, khả năng tư duy của học sinh Từ đó nâng cao hiệu quả của việc dạy học

8 Đóng góp mới của đề tài

trong chương trình hóa học phổ thông

- Xây dựng và sưu tầm: Hệ thống các bài tập cơ bản, nâng cao nhằm hình thành khái niệm axit – bazơ trong chương trình hóa học vô cơ trung học phổ thông (nâng cao)

khái niệm axit – bazơ trong chương trình hóa học phổ thông

PHẦN II: NỘI DUNG

Chương 1:

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Những cơ sở phương pháp luận của sự hình thành khái niệm hóa học

1.1.1 Định nghĩa khái niệm [27]

Khái niệm là hình thức phản ánh sự vật và hiện tượng từ các mặt của các dấu hiệu và các mối quan hệ chủ yếu của chúng Nội dung của khái niệm được mô tả bằng lời, bằng các kí hiệu của ngành khoa học Lênin đã nhận xét:

‟‟khái niệm- sản phẩm cao nhất của trí tuệ, sản phẩm cao nhất của vật chất‟‟ Trong lí thuyết nhận thức, khái niệm được xem xét như là một trong các hình thức phản ứng ở một mức độ tư duy trừu tượng

Trong dạy học hoá học, khái niệm là dạng khái quát hoá của kiến thức

và hình thức tư duy của học sinh trong quá trình nắm vững kiến thức Sự hình thành khái niệm là một trong các vấn đề trung tâm quan trọng của quá trình dạy học hoá học Sự hình thành khái niệm chính là quá trình nhận thức có sử dụng các thao tác tư duy khác nhau để nhận thức các dấu hiệu, các mối quan

hệ của khái niệm Sự sử dụng các khái niệm trong quá trình nhận thức chính

là quá trình học cách tư duy, thực hiện quá trình tìm kiếm sáng tạo Vì vậy nó kích thích sự phát triển trí thông minh của học sinh

1.1.2 Cấu trúc của khái niệm [27]

Khái niệm bao gồm hai mặt dung lượng và nội dung, chúng có mối liên

hệ chặt chẽ với nhau

Dung lượng của khái niệm (ngoại diên) được đặc trưng bằng số đối tượng được khái quát trong khái niệm Dung lượng phản ánh mặt số lượng của quá trình nhận thức

Ví dụ: Dung lượng của khái niệm axit ở THCS là tất cả các chất có chứa nguyên tử H kết hợp với gốc axit, ở THPT bao gồm các chất có khả

thể là dung môi nước hoặc các dung môi khác nước, có thể xảy ra giữa các chất hoá học trong các phản ứng hoá học,…

bản, dấu hiệu bản chất chính của khái niệm, nội dung chính của khái niệm phản ánh mặt chất lượng của kiến thức thể hiện mức độ sâu rộng của khái niệm trong nhận thức Nội dung của khái niệm axit ở THCS là có mặt nguyên

tử H liên kết với gốc axit; bazơ là chất có nhóm hiđroxyl liên kết với nguyên

tử kim loại và phản ứng axit-bazơ là phản ứng giữa axit và bazơ

Nội dung của khái niệm axit ở THPT là những chất có khả năng

Dung lượng và nội dung là đặc tính logic của khái niệm Khi phát triển một khái niệm thì dung lượng của nó được mở rộng và nội dung của nó được đào sâu, các mối liên hệ của nó với các khái niệm khác được thay đổi, mở rộng và phát triển lên Như vậy cấu trúc của khái niệm như là hệ thống các dấu hiệu cơ bản mà được mở ra qua nội dung khái niệm

1.1.3 Cơ sở phương pháp luận hình thành khái niệm hoá học [27]

Thế giới vật chất xung quanh chúng ta là nguồn gốc tạo ra các khái niệm Sự hình thành khái niệm là một quá trình nhận thức phức tạp, được dựa trên logic của sự nhận thức khoa học và sự chuyển biến khách quan từ không biết đến hiểu biết trong nhận thức của con người

Phương pháp luận của quá trình hình thành khái niệm là học thuyết nhận thức của Lênin: ‟‟ Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ

đú đến thực tiễn là con đường biện chứng của sự nhận thức chõn lớ, nhận thức thực tiễn khỏch quan‟‟ Những điều thu nhận được từ trực quan sinh động (cảm giỏc, tri giỏc biểu tượng) là điểm xuất phỏt ban đầu của việc dạy và học cỏc khỏi niệm hoỏ học

Con đường nhận thức, hỡnh thành khỏi niệm được mụ tả bằng sơ đồ sau:

Sự vận động của nhận thức từ cảm giỏc đến tư duy trừu tượng là sự vận động đồng thời của kiến thức từ hiện tượng đến bản chất Sự chuyển đổi của tư duy (cảm giỏc đến trừu tượng) trong quỏ trỡnh hỡnh thành khỏi niệm

và sự vận dụng khỏi niệm đó đào sõu, mở rộng khả năng nhận thức về dung lượng và nội dung trong nhận thức của cỏc cỏ thể Vỡ vậy trong quỏ trỡnh hỡnh thành khỏi niệm cần xỏc lập mối liờn hệ chặt chẽ của khỏi niệm với biểu tượng, sự trừu tượng lớ thuyết với thực nghiệm và những kết luận về nội dung của khỏi niệm phải được hỡnh thành trong hoạt động thực tiễn, vận dụng khỏi niệm

Trong dạy học, sự hỡnh thành khỏi niệm cú thể đi theo mối liờn hệ hệ

Quỏ trỡnh hỡnh thành khỏi niệm bằng sự tư duy lớ thuyết đó được rỳt ngắn bước nghiờn cứu thực nghiệm và tăng cường mức độ lớ thuyết, thay sự

Trực quan

Cảm giác Tri giác Biểut-ợng

Khái niệm (định nghĩa)

Hình thành

T- duy trừu t-ợng

Khái quát

Vận dụng Thực tiễn

quan sát thực tiễn (thí nghiệm hoá học) bằng mô hình, phương tiện kĩ thuật và

sử dụng rộng rãi phương pháp nêu vấn đề, đề xuất giả thuyết, suy diễn-diễn dịch, mô hình hoá để thực hiện các bước đi khái quát hoá lý thuyết Quá trình này không làm giảm vai trò thực nghiệm hoá học, hoặc các sự kiện, kinh nghiệm đã có của học sinh hay phép qui nạp trong dạy học

Vì vậy tuỳ theo nội dung khái niệm, logic bên trong của nó mà giáo viên có thể chọn các con đường hình thành khái niệm từ trực quan hay từ tư duy lí thuyết khi hình thành biểu tượng để khái quát hình thành khái niệm

1.1.4 Nguyên tắc hình thành khái niệm hoá học ở trường phổ thông [27]

Trên cơ sở lí luận dạy học và tâm lí dạy học cùng với tính chất đặc thù

và quy luật của sự nhận thức hoá học mà sự hình thành các khái niệm hoá học trong dạy học hoá học phổ thông cần đảm bảo các nguyên tắc sau:

1 Sự hình thành khái niệm hoá học cần đi từ các ví dụ về đối tượng, hiện tượng hoá học điển hình, để phân tích, xác định đúng nội dung của khái niệm

2 Cần đặt khái niệm nghiên cứu ban đầu trong sự phát triển (theo dung

tính định hướng phát triển của khái niệm

3 Có sự thống nhất hợp lí các mặt cảm giác trong nội dung của khái niệm,

4 Tăng cường sử dụng các kí hiệu, ngôn ngữ hoá học như là một hình thức biểu thị khái niệm và vận dụng chúng trong học tập

5 Có sự thống nhất trong mô tả định lượng và định tính của khái niệm

6 Cần chú ý đến tính thống nhất của những nét riêng biệt, đặc thù và chung nhất trong khái niệm và các mối liên hệ qua lại giữa chúng

7 Sự hình thành khái niệm phải được thực hiện trong các hoạt động học tập thể hiện các mối quan hệ kiến thức và kĩ năng, kiến thức và thực tiễn

8 Tăng cường khả năng vận dụng của các khái niệm đã được hình thành qua hoạt động học tập để tối ưu hoá sự phát triển tư duy học sinh

Như vậy những con đường phương pháp luận của sự hình thành khái niệm hoá học được xác định với sự cân nhắc, tính toán đến cấu trúc của khái niệm, tính chất và vai trò của nó trong toàn bộ hệ thống khái niệm hoá học phổ thông

1.2 Các giai đoạn quan trọng của sự hình thành khái niệm hoá học [27]

Quá trình hình thành khái niệm hoá học ở trường phổ thông bao gồm các giai đoạn: Sự hình thành khái niệm, sự phát triển khái niệm và sự liên kết các khái niệm có liên quan trong nội dung của nó

Sự lựa chọn phương pháp hình thành các khái niệm cụ thể cần căn cứ vào đặc điểm của khái niệm, mức độ nhận thức của khái niệm (dung lượng của khái niệm), mức độ kiến thức của học sinh, vai trò, ý nghĩa và tầm quan trọng của khái niệm trong chương trình hoá học phổ thông

1.2.1 Sự hình thành khái niệm [27]

Trong quá trình dạy học hoá học, hệ thống các khái niệm hoá học được hình thành dần dần và phát triển trên cơ sở các học thuyết hoá học khác nhau Thông qua các quá trình này mà dung lượng và nội dung của khái niệm được

mở rộng, đào sâu dần

Hình thành khái niệm hoá học cơ bản nhất được thực hiện ngay từ các bài học hoá học đầu tiên ở THCS Các khái niệm hoá học cơ bản được hình thành bằng hai con đường khái quát qui nạp từ các tài liệu cảm giác và con đường kết luận suy diễn từ các qui luật, học thuyết, định luật đã biết để lập luận, khái quát thành khái niệm

Đối với giai đoạn đầu của sự dạy học hoá học (THCS) sự hình thành khái niệm bằng con đường khái quát qui nạp là đặc trưng nhất, cơ sở của nó là

sự khái quát hoá từ các tư liệu thực nghiệm để hình thành khái niệm

+ Khái quát – quy nạp là phương pháp xây dựng khái niệm đi từ thực nghiệm hay các tư liệu nghiên cứu để khái quát thành khái niệm (định nghĩa)…Bước đầu, chọn ví dụ thực nghiệm, tư liệu hay sự kện điển hình, đem phân tích, so sánh để tìm ra các dấu hiệu chung của khái niệm Trong các dấu hiệu chung đó, xác định dấu hiệu bản chất, từ đó rút ra định nghĩa khái niệm

và tiến tới vận dụng khái niệm Sau đó thiết lập mối liên hệ giữa khái niệm đã được hình thành với các khái niệm gần kề Sự hình thành khái niệm bằng con đường khái quát qui nạp được thực hiện theo một logic xác định bao gồm các giai đoạn:

1 Phân tích, so sánh các đối tượng điển hình để làm rõ các dấu hiệu chung của khái niệm

2 Lựa chọn và làm chính xác hoá các dấu hiệu bản chất tức là tách dấu hiệu bản chất khỏi các dấu hiệu không bản chất

3 Phát biểu định nghĩa về khái niệm

4 Thiết lập các mối liên hệ giữa khái niệm đó với các khái niệm khác

và phân chia giới hạn với các khái niệm gần kề

5 Xác định vị trí của khái niệm trong sự phân loại tương ứng và vận dụng khái niệm được hình thành

+ Suy diễn - diễn dịch là phương pháp xây dựng khái niệm bằng con đường lập luận theo logic nhận thức Phương pháp này thường được dùng để xây dựng khái niệm hoá học sau khi đã nghiên cứu nội dung lí thuyết cơ bản Bước đầu cần chọn tiên đề cho sự kết luận của khái niệm, tiếp theo đưa ra định nghĩa khái niệm, phân tích định nghĩa để làm sáng tỏ các dấu hiệu bản

hình thành khái niệm bằng con đường suy diễn lí thuyết được sử dụng để hình thành các khái niệm trừu tượng bằng cách lập luận theo logic hình thức xuất phát từ các học thuyết, qui luật, định luật mà phân tích các hiện tượng tìm ra nét bản chất của khái niệm Ví dụ như các khái niệm nguyên tố, đồng vị, liên kết hoá học, hoá trị, obitan nguyên tử…Cấu trúc của logic hình thành khái niệm bằng con đường suy diễn lí thuyết bao gồm:

1 Sự lựa chọn tiên đề xuất phát cho kết luận của khái niệm

2 Nêu kết luận về định nghĩa khái niệm và làm chính xác hoá các dấu hiệu bản chất của nó

3 Xác định vị trí của khái niệm trong hệ thống kiến thức lí thuyết và mối liên hệ với các khái niệm khác

4 Chính xác hoá khái niệm, phân biệt với các khái niệm gần kề, mở rộng khái niệm trong các tình huống riêng biệt

5 Vận dụng khái niệm vào việc giải các bài tập nhận thức khác nhau Như vậy các khái niệm hoá học có thể được hình thành bằng các con đường như:

phản ứng hoá học, ăn mòn điện hoá, ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ, xúc tác đến tốc độ phản ứng hoá học, sự điện li…

* Từ sự tư duy lí thuyết dựa trên các học thuyết để phân tích các hiện tượng tìm ra nét bản chất từ đó hình thành khái niệm

Ví dụ: Các khái niệm liên kết hoá học, hoá trị, số oxihoá, sự lai hoá các obitan, phản ứng oxihoá khử

* Từ sự mô tả kinh nghiệm đi đến giải thích lí thuyết về nội hàm của khái niệm

Ví dụ: Phân tích cấu trúc phân tử các chất hữu cơ qua mô hình để giải thích về tính chất các loại hợp chất hữu cơ, phân tích cấu trúc tinh thể, các dạng mạng tinh thể giải thích tính chất các chất có cấu trúc, dạng mạng tinh thể tương ứng

1.2.2 Sự phát triển khái niệm [27]

Trong chương trình hoá học phổ thông, các khái niệm đã hình thành ở giai đoạn đầu nghiên cứu hoá học ở THCS được phát triển liên tục theo ba con đường cơ bản đó là: Sự đào sâu khái niệm hay tăng nội dung của khái niệm Sự đào sâu bản chất của khái niệm bằng cách mở ra qui luật mới bên trong khái niệm và thay đổi các mối liên hệ bên trong giữa các thành tố của chính bên trong khái niệm

Khái niệm axit-bazơ ở THCS nghiên cứu phân tử hợp chất có chứa nguyên tử H (axit) hay chứa nhóm nguyên tử OH (bazơ) Khái niệm này được phát triển ở THPT bằng cách đào sâu bản chất của khái niệm là có sự cho và

vậy, nội dung của khái niệm đã tăng lên với cả những chất không có nguyên

muối cũng được mở rộng và phát triển hơn ở THPT (muối là những chất…),

và do đó dung dịch muối có thể có môi trường axit, bazơ hay trung tính tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo của muối Các khái niệm hoá học cơ bản khác cũng được phát triển bằng con đường này

Sự mở rộng khái niệm bằng cách tăng dung lượng của khái niệm hay còn gọi là con đường mở rộng diện Các khái niệm được phát triển bằng cách khái quát các đối tượng mới trong khái niệm này Khái niệm axit-bazơ có bản chất là sự cho nhận proton Các chất có thể không có dấu hiệu là nguyên tử H

hay nhóm nguyên tử OH nhưng vẫn thể hiện tính chất axit hay bazơ Từ sự

mở rộng diện của khái niệm mà cần xác định các mối liên hệ mới giữa khái niệm và sự phân loại các đối tượng Với cách mở rộng diện mà khái niệm hoá học được phát triển dần, các khái niệm chất, PƯHH được phát triển đa dạng

và ngày càng đi sâu vào bản chất của chúng

1.2.3 Sự liên kết các khái niệm [27]

Sự phát triển khái niệm được hoàn thiện bởi sự liên kết của các khái niệm tức là sự thống nhất của chúng trong một hệ thống kiến thức trên cơ cở

lí thuyết xác định Trong dạy học hoá học sự liên kết khái niệm được thực hiện khi tổng kết kiến thức nhằm thiết lập mối liên hệ giữa các khái niệm để

có một cái nhìn khái quát về từng mảng kiến thức trong toàn bộ chương trình Như là hệ thống kiến thức theo các khái niệm lớn: Kim loại, phi kim, liên kết hoá học, cấu tạo nguyên tử, hiđrocacbon, hợp chất có nhóm chức…

Sự liên kết các khái niệm được tiến hành bằng sự khái quát sâu lí thuyết trên cơ sở lí thuyết chủ đạo với sự sử dụng rộng rãi mối liên hệ trong môn học

và liên môn học

Sự hình thành, phát triển khái niệm đòi hỏi sự tổ chức hợp lí hoạt động đồng bộ của giáo viên và học sinh Giáo viên tổ chức cho học sinh tìm tòi, khám phá những dấu hiệu bản chất của khái niệm, khái quát trong nhận xét, định nghĩa và vận dụng trong các tình huống học tập, thực tiễn có liên quan

1.3 Khái niệm axit-bazơ trong chương trình HHPT

1.3.1 Khái niệm axit – bazơ trong chương trình THCS (Thuyết nguyên tử, phân tử)

1.3.1.1 Thuyết nguyên tử, phân tử

Sau khi được nghiên cứu về chất và sự biến đổi của chất, học sinh tìm hiểu về cấu tạo của chất để biết rõ nguyên nhân sự biến đổi đó Những nguyên

liệu ban đầu cấu tạo nên các chất là những nguyên tố hóa học, nguyên tố hóa học gồm những hạt vô cùng bé nhỏ gọi là nguyên tử

Các chất đều được tạo nên từ những hạt vô cùng nhỏ, trung hoà về điện gọi là nhuyên tử Có hàng chục triệu chất khác nhau nhưng chỉ có trên một trăm loại nguyên tử

VD: Nguyên tố Hiđro : H - 1 nguyên tử hiđro

Chất có thể do một hoặc nhiều nguyên tố hóa học cấu tạo nên Mỗi đơn chất hay hợp chất đều gồm một tập hợp vô cùng nhỏ (hạt vi mô) tham gia trong phản ứng hóa học thể hiện đầy đủ tính chất hóa học của một chất Phân

tử là hạt đại diện cho chất, gồm một số nguyên tử liên kết với nhau và thể hiện đầy đủ tính chất hoá học của chất Phân tử có thể bị chia nhỏ trong phản ứng hóa học

có thể chia thành H và O

Hợp chất được tạo thành từ hai nguyên tố trở lên Phân tử là hạt vi mô đại diện cho chất mà nguyên tử lại là hạt vi mô đại diện cho nguyên tố Vậy phân tử của hợp chất gồm từ hai nguyên tử trở lên và là những nguyên tử

1.3.1.2 Khái niệm axit – bazơ trong chương trình THCS:

Trong quá trình tiếp thu kiến thức, học sinh dần dần tìm hiểu về thành phần của các hợp chất, quen dần với một số hợp chất vô cơ: oxit, axit, bazơ, muối…trong các bài về oxi-sự cháy, hiđro, nước Mặc dù đã quen với tên gọi axit – bazơ nhưng đến khi tìm hiểu tính chất hóa học của nước, thành phần các hợp chất vô cơ, học sinh mới được tìm hiểu về thành phần của axit – bazơ

Để nhận biết các dung dịch là axit hay bazơ, dựa vào sự biến đổi màu của giấy quỳ tím Dung dịch bazơ đổi màu quỳ tím thành xanh Dung dịch axit đổi màu quỳ tím thành đỏ

Thành phần hóa học của axit : là hợp chất mà phân tử gồm một gốc axit liên kết với một hay nhiều nguyên tử hiđro (H)

Axit clohiđric : HCl gốc axit – Cl : Clorua liên kết một nguyên tử H

Thành phần hóa học của bazơ : là hợp chất mà phân tử gồm một nguyên tử kim loại liên kết với một hay nhiều nhóm –OH (hiđroxit)

NaOH : Kim loại Na liên kết với 1 nhóm –OH

Sau khi đã biết khái quát về thành phần hóa học của axit – bazơ ,học sinh tiếp tục tìm hiểu về những tính chất hóa học và những quan hệ giữa axit – bazơ và quan hệ giữa axit, bazơ và những hợp chất vô cơ khác

Định nghĩa axit: Là hợp chất mà phân tử gồm có một hay nhiều nguyên

tử H liên kết với gốc axit

VD: 1 nguyên tử H liên kết với gốc clorua: HCl

Định nghĩa axit còn có thể dựa vào tính chất hóa học của chúng Axit là hợp chất mà thành phần có nguyên tử H, nguyên tử H này có thể thay thế bằng nguyên tử kim loại để tạo thành muối

VD: HCl : nguyên tử hiđro có thể thay thế bằng kim loại (Fe, Al, Zn,…) trong phản ứng thế giữa kim loại với axit

Định nghĩa bazơ : Là hợp chất mà phân tử có một nguyên tử kim loại liên kết với một hay nhiều nhóm hiđroxit (- OH)

Định nghĩa bazơ dựa vào tính chất hóa học Bazơ là hợp chất có phản ứng trung hòa với axit, tạo thành muối và nước Phản ứng axit – bazơ tạo thành muối và nước gọi là phản ứng trung hòa

1.3.2 Thuyết axit – bazơ của Areniuyt [12]

- Thuyết axit – bazơ xuất phát từ thuyết điện li của Areniuyt cho rằng,

- Phản ứng trung hòa là phản ứng giữa axit và bazơ, tạo ra muối và

- Phản ứng thủy phân của muối là phản ứng giữa ion của muối với nước, kết quả làm cân bằng phân li của nước thay đổi, dẫn đến môi trường

2-3

CO

3

trò quyết định của dung môi trong sự phân li của axit, bazơ Mặt khác, thuyết Areniuyt không giải thích được các phản ứng tạo ra muối giống như phản ứng

Hiện nay có một số thuyết axit – bazơ tổng quát hơn Được áp dụng rộng rãi nhất là 3 thuyết: Thuyết các hệ dung môi do hai nhà bác học người

Mĩ là Keđi và Franklin công bố vào năm 1905 Thuyết proton được công bố vào năm 1923 đồng thời bởi nhà hóa học Đan Mạch Bronstet và nhà hóa học người Anh Lauri Thuyết electron cũng được đề nghị vào năm 1923 do nhà hóa học Mĩ Liuyt Mặc dù các thuyết này xuất phát từ những luận điểm khác nhau nhưng chúng không chống đối lại nhau mà hỗ trợ cho nhau

Vấn đề đặt ra là từ một hệ cụ thể và tiến hành tương tác ở một điều kiện nhất định, người ta sẽ sử dụng thuyết nào trong các thuyết đã nêu ra cho thích hợp

Sau đây chúng ta sẽ xem xét một số thuyết axit – bazơ đã nói ở trên

1.3.3 Thuyết axit – bazơ của Bronstet và Lauri [12]

Bronstet và Lauri đã đưa ra thuyết axit – bazơ tổng quát hơn với định nghĩa axit, bazơ chỉ liên quan tới proton: Axit là chất có khả năng cho proton, bazơ là chất có khả năng nhận proton Vì vậy, thuyết axit – bazơ của Bronstet

và Lauri còn được gọi là thuyết proton

Các phản ứng axit – bazơ khác cũng xảy ra sự chuyển proton theo phương trình tổng quát nêu trên:

Axit 1 + Bzơ 2  Bazơ 1 + Axit 2

Các ví dụ trên chính là những phản ứng ion thu gọn biểu diễn bản chất của nhiều phản ứng axit – bazơ cụ thể khác nhau

Bảng 1.1: Độ mạnh tương đối của các cặp axit – bazơ liên hợp

phôtphat

3

Nước H2O OH - Ion hiđroxyl

Bảng 1.1 Sắp xếp các cặp axit – bazơ liên hợp theo độ mạnh yếu tương đối giữa chúng Theo trật tự từ trên xuống dưới, lực axit giảm dần và lực bazơ

3

H O trở lên là các axit mạnh

-thể xét đoán được chiều hướng của phản ứng axit – bazơ

Ví dụ : Hãy cho biết hiện tượng xảy ra khi nhỏ dung dịch Na S vào 2

-nhiều, do đó các phản ứng sau hầu như xảy ra hoàn toàn nên có khí hidđro sunfua thoát ra:

-Các axit Bronstet – Lauri đều chứa proton, vì vậy, chúng còn được gọi

Các dung môi không proton là các dung môi trung tính (như benzen, toluen, tetraclorua cacbon, đicloetan…) Khả năng kết hợp hoặc cho proton của chúng rất yếu

Thuyết proton tổng quát hơn thuyết axit – bazơ của Areniuyt Các axit Bronstet rất đa dạng, không chỉ bao gồm những chất phân li trong nước thành

2,

CH …Các hiđroxit kiềm như NaOH, KOH,…theo Areniuyt là bazơ, nhưng

-OH mà tất cả những chất có khả năng nhận proton đều là bazơ Mặt khác, thuyết axit – bazơ của Areniuyt chỉ áp dụng cho dung môi nước, còn

3

Tuy vậy, thuyết proton chỉ giới hạn cho những phản ứng axit – bazơ trong đó có sự trao đổi proton Có nhiều quá trình tương tác, trong đó các chất thể hiện tính axit và tính chất bazơ, nhưng theo thuyết proton không cho là phản ứng axit – bazơ, bởi vì ở đó không có sự trao đổi proton Chẳng hạn, phản ứng của oxit kim loại và oxit phi kim tạo ra muối

H O OH 2

-40 60 80 100 120

hoạt độ của các ion chính bằng nồng độ, còn nước coi là nước nguyên chất nên hoạt độ chấp nhận là 1 Ta được :

3

-K là hằng số điện li của nước Nó phụ thuộc vào nhiệt độ Như vậy ở một

Như vậy, khi tăng nồng độ ion hiđro trong dung dịch thì nồng độ ion hiđroxyl

[H O ].[A ]

K =

3 a

Vì vậy, không thể xác định được hằng số axit của axit clohiđric

Các axit yếu, thường phản ứng rất ít với nước, trong dd nồng độ ion

+

3

-[HA]

Bảng 1.3: Các giá trị K a và pK a đối với một số axit yếu ở 25 0 C

độ của dung dịch

VD: đối với axit axetic khi nồng độ khi nồng độ giảm từ 0,1 mol/l

Hằng số Ka có thể tính theo phương pháp lập chu trình Booc – Habơ dựa trên các dữ kiện nhiệt động như: năng lượng ion hóa, ái lực electron, nhiệt hiđrat hóa, nhiệt hòa tan, năng lượng tự do Gip…Sau đó từ phương trình:

các hiđroxit kim loại, hoặc do phản ứng chiếm proton của nước:

-Hiđroxit của các kim loại kiềm thổ (trừ Be) đều là những bazơ mạnh

phân li hoàn toàn trong nước nên tạo ra dung dịch chứa ion hiđroxyl với nồng

độ lớn Các bazơ yếu chỉ tạo ra các ion hiđroxyl nồng độ nhỏ Để biểu diễn

Đối với các hiđroxit kim loại:

bảng 1.1 là các bazơ mạnh, do đó, trong phản ứng với nước chúng sẽ chiếm

nguyên chất mà còn trong tất cả các dung dịch loãng của các chất trong nước

gọi là dung dịch có môi trường bazơ

Để biểu thị mức độ axit hay bazơ của môi trường thay cho nồng độ ion

Môi trường sẽ là trung tính khi pH = 7 và pOH = 7

Môi trường sẽ là axit khi pH < 7 và pOH > 7

Môi trường sẽ là bazơ khi pH > 7 và pOH < 7

Giá trị pH của môi trường càng nhỏ hơn 7 thì môi trường càng axit, pH càng lớn hơn 7 thì môi trường càng bazơ

Tích số ion của nước thay đổi theo nhiệt độ, vì vậy ở các nhiệt độ khác nhiệt

độ phòng, môi trường sẽ là trung tính khi pH của dung dịch lớn hơn hoặc nhỏ hơn 7

1.3.6.2 Chất chỉ thị axit-bazơ [12]

Chương trình hoá học phổ thông có đề cập đến các chất chỉ thị bazơ Đó là các chất mà khi đổi màu chúng cho biết nồng độ các ion hiđro (chỉ số hiđro pH) trong dung dịch Mỗi chất chỉ thị axit-bazơ chỉ biến đổi màu trong một khoảng pH nhất định, được trình bày ở bảng sau:

axit-Bảng 1.5: Khoảng đổi màu của một số chỉ thị axit – bazơ

Chú thích:

Trả lời: Chất chỉ thị là phenolphtalein

1.3.7 Dung dịch đệm [12]

Dung dịch điệm là dung dịch có giá trị pH không đổi khi pha loãng hoặc khi làm đặc hoặc thay đổi rất ít khi thêm một lƣợng nhỏ axit mạnh hay bazơ mạnh

- Hai muối axit có hằng số axit khác nhau, chẳng hạn nhƣ dung dịch

Cứ hai chất trộn với nhau tạo thành một dung dịch đệm đƣợc gọi là một cặp đệm

1.3.7.1 Tính pH của dung dịch đệm [12]

a) Dung dịch đệm pha từ axit yếu và muối của nó

Thí dụ: Tính pH của dung dịch gồm CH3COOH có nồng độ ban đầu là

b) Dung dịch đệm pha từ bazơ yếu và muối của nó

pOH = pKb - lg C b

C b

Đây là biểu thức tổng quát để tính pH của dung dịch đệm pha từ bazơ yếu và muối của nó Từ các biểu thức 1.9, 1.10 ta thấy pH của dung dịch đệm không những phụ thuộc vào hằng số axit yếu hoặc hằng số bazơ của bazơ yếu

mà còn phụ thuộc vào tỉ lệ nồng độ của muối và axit hoặc nồng độ của mối và bazơ Do đó, axit yếu và muối của nó hoặc bazơ yếu và muối của nó ta có thể pha đƣợc các dung dịch đệm của pH khác nhau bằng cách thay đổi tỷ lệ muối

và axit hoặc muối và bazơ

1.3.7.2 Tác dụng của dung dịch đệm [12]

- Dung dịch đệm có khả năng giữ cho pH của nó không thay đổi khi bị pha loãng hay làm đặc hơn không nhiều Sở dĩ dung dịch đệm có tác dụng đó

là vì khi bị pha loãng hay làm đặc thì nồng độ của muối và axit hay của muối

và bazơ trong dung dịch đều làm giảm hoặc tăng nhƣ nhau nên tỉ số của các nồng độ đó vẫn không thay đổi lắm cho pH của dung dịch không thay đổi (xem công thức tính pH của dung dịch đệm 1.9 và 1.10)

- Dung dịch đệm có khả năng giữ cho pH của dung dịch thay đổi rất it khi thêm vào dung dịch đó một lƣợng nhỏ bazơ mạnh hay axit mạnh

Bảng 1.6 đã chỉ ra các giá trị pH khi thêm một lƣợng KOH hay một

Bảng 1.6: Giá trị của pH của dung dịch đệm CH 3 COOH 0,1M và

CH 3 COOK 0,1M khi thêm một lƣợng bazơ mạnh hay axit mạnh

pH của dung dịch đệm

lƣợng HCl thêm vào (mol/l)

H ] (mol/l) trong dung

pH của dung dịch đệm

- Hemoglobin và kali hemoglobinat

- Axit hữu cơ và muối của axit hữu cơ…

1.3.8 Phản ứng axit-bazơ [12]

* Sự dung môi phân của muối

Xét về mặt hình thức, phản ứng trao đổi giữa các thành phần của muối

với các thành phần của dung môi được gọi là phản ứng dung môi phân Trong trường hợp dung môi là nước thì người ta gọi đó là phản ứng thuỷ phân

Thí dụ:

CH3COONa + H2O CH3COOH + NaOH (1.10)

Sau đây sẽ vận dụng lý thuyết về phản ứng axit – bazơ để xem xét bản chất của phản ứng dung môi phân

1.3.8.1 Sự thuỷ phân của muối

Theo quan điểm của thuyết Areniuyt thì sự thuỷ phân là phản ứng ngược với phản ứng trung hoà Chẳng hạn như phản ứng thuỷ phân (1.10), muối đã tác dụng với nước để tạo thành axit và bazơ

Theo quan điểm của thuyết Brestet, bản chất của phản ứng (1.10) được biểu hiện ở phản ứng ion thu gọn của nó:

-3

Phản ứng (1.11) cũng có dạng của phản ứng axit – bazơ kiểu:

Ta hãy xét sự thuỷ phân của 4 loại muối dựa vào axit hoặc bazơ của những ion hợp thành muối so với nước Xét như thế cho phép tiên đoán phản ứng thuỷ phân của muối tạo ra môi trường gì

a) Muối tạo thành từ bazơ mạnh và axit mạnh

Thuộc loại này có các muối peclorat, clorat, nitrat, clorua, bromua, iođua của các cation kim loại kiềm, kiềm phổ (trừ Be), họ lantan và họ actini

Thí dụ: NaCl, MgBr2, La(NO3)3 , Ba(ClO4)2, Ac(CLO3)3…

Bởi vì các ion gốc axit ở các muối này đều là các bazơ yếu hơn nước (bảng 1.1) nên chúng không phản ứng với nước theo kiểu phản ứng axit – bazơ Brostet, là chỉ phản ứng tạo ra các ion hiđrat hoá theo kiểu axit – bazơ Liuyt như sau:

[A(H O) ] (anion hiđrat hoá)

Vì lực axit – bazơ của các cation hiđrat hoá và anion hiđrat hoá loại trên đều yếu hơn nước nên chúng không phản ứng tiếp với nước

Như vậy, muối loại này không thể thuỷ phân, môi trường vẫn trung tính

b) Muối tạo thành bazơ mạnh và axit yếu:

Thuộc loại này có muối xianxua, axetat, cacbonat, sufua, photphat, fomiat… của cation kim loại kiềm, kiềm thổ (trừ Be) họ lantan, họ actini

Khi tan trong nước các muối loại trên sẽ phân li hoàn toàn thành các cation và các anion Vì các cation của các muối đó đều không bị thuỷ phân (mục a đã xét), còn các anion đều có lực bazơ mạnh hơn nước nên chỉ có các anion phản ứng với nước:

Trong phản ứng thuỷ phân trên, anion

-A đã giành proton của nước để

-OH làm cho dung dịch có môi trường bazơ

-OH

4

Phản ứng thuỷ phân ion photphat chi xảy ra ở nấc 1 và nấc 2 là chính,

tạo thành axit photphoric ở nấc 3 Dung dịch có môi trường bazơ

c) Muối tạo thành từ bazơ yếu và axit mạnh

Điển hình của loại muối này là các muối peclorat, clorat, nitrat, clorua, bromua, ionđua của amoni và đa số các kim loại ở phía phải của bảng tuần

Đối với loại muối này chỉ có các cation phản ứng đáng kể với nước:

Axit 1 Bazơ2 Bazơ1 Axit2

Sở dĩ như vậy là vì tất cả các ion trong dung dịch nước đều bị hiđrat hoá Vấn đề chính là các ion hiđrat hoá đó có lực axit hay bazơ mạnh hơn nước không Nếu lực axit hoặc bazơ của chúng mạnh hơn nước thì chúng mới

có khả năng tham gia phản ứng axit – bazơ với nước, nghĩa là tham gia phản ứng thuỷ phân Còn nếu lực axit hoặc bazơ của chúng yếu hơn nước thì chúng chỉ tồn tại trong dung dịch nước dưới dạng ion hiđrat hóa Ở các phản ứng trên, để cho gọn thường người ta hay viết ion đơn giản mà không viết ion hiđrat hoá

Một số cation kim loại hiđrat hoá thể hiện lực axit manh hơn nước rất nhiều Đó là những cation có bán kính nhỏ, điện tích lớn Thí dụ:

Thí dụ: Để làm sạch nước, người ta hoà tan một ít phèn nhôm kali

hấp thụ các chất bẩn lơ lửng và các vi khuẩn có trong nước lắng xuống đáy làm trong nước