skkn sử dụng bài tập hóa học đại cương và vô cơ bồi dưỡng học sinh giỏi casio môn hóa học nhằm phát triển năng lực tư duy cho học sinh

Để tạo nền tảng kiến thức và phát triển khả năng tư duy cho học sinh, gópphần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi casio môn Hoá học của trường, tôi chọn đề tài: “Sử dụng bài tập

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Từ năm học 2010-2011 trở về trước, học sinh trường THPT Lê Thánh Tôngkhông có hứng thú tham gia các kỳ thi giải toán trên máy tính cầm tay môn Hóahọc, năm học 2010-2011 có hai HS tham gia thi cấp tỉnh nhưng không đạt kếtquả, với lý do các em nhận thấy HTBT khó, cần phải tư duy và sự suy luận logiccao, kết hợp với việc nắm chắc kiến thức toán học mới tìm được kết quả đúngcủa bài toán

Với nhu cầu về một lực lượng đội ngũ cán bộ giỏi trong các lĩnh vực côngnghệ hoá học là rất lớn Việc bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung và bồi dưỡng

"học sinh giỏi về giải toán trên máy tính cầm tay môn Hóa học" (trong bài viết này tôi xin được gọi là " học sinh giỏi casio môn Hóa học") ở trường THPT Lê

Thánh Tông nói riêng góp phần phát hiện, bồi dưỡng và đào tạo nhân tài trongcông cuộc đổi mới đất nước hiện nay

Để tạo nền tảng kiến thức và phát triển khả năng tư duy cho học sinh, gópphần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi casio môn Hoá học của

trường, tôi chọn đề tài: “Sử dụng bài tập hóa học đại cương và vô cơ bồi dưỡng học sinh giỏi casio môn Hóa học nhằm phát triển năng lực tư duy cho học sinh" làm bài viết sáng kiến - kinh nghiệm của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Tuyển chọn HTBT phần hóa học đại cương và vô cơ nhằm phát triển năng

lực tư duy cho HS thông qua quá trình tìm kiếm lời giải Từ đó, đề xuất sử dụngHTBT này nhằm rèn luyện tư duy cho HS trong việc bồi dưỡng HSG casio mônHóa học ở trường THPT

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

3.1 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy bồi dưỡng HSG casio môn Hoá học ở trường THPT

3.2 Đối tượng nghiên cứu

HTBT phần hóa học đại cương và vô cơ và cách sử dụng chúng nhằm rènluyện tư duy cho HS trong việc bồi dưỡng HSG casio môn Hoá học ở trườngTHPT

4 Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng bài tập phần hóa học đại cương và vô cơ phù hợp nhằm rèn

luyện tư duy cho HS trong việc bồi dưỡng HSG casio môn Hoá học sẽ làm tiền

đề vững chắc để HS có thể nghiên cứu tốt hơn các phần bài tập tiếp theo, gópphần nâng cao chất lượng bồi dưỡng HSG casio môn Hoá học

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận, thực tiễn của đề tài

- Xác định nội dung các dạng bài tập để bồi dưỡng HSG casio môn Hoá học

- Phân tích câu hỏi và bài tập phần hóa học đại cương và vô cơ, dựa vào tàiliệu giáo khoa Hoá học nâng cao và đề thi HSG casio môn Hoá học cấp Tỉnh, cấpQuốc gia nhằm phát triển năng lực tư duy của HS

- TNSP: Nhằm kiểm tra và đánh giá hiệu quả hệ thống bài tập đã tuyển chọn và xây dựng

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận

- Phương pháp đọc và nghiên cứu tài liệu;

- Về mặt thực tiễn: Nội dung của bài viết giúp GV, HS có thêm tư liệu bổích trong việc bồi dưỡng đội tuyển HSG casio môn Hoá học

PHẦN 2: NHỮNG BIỆN PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Theo thuyết thông tin: Tư duy là hoạt động trí tuệ nhằm thu thập thông tin

và xử lí thông tin về thế giới quanh ta và thế giới trong ta Chúng ta tư duy đểhiểu tự nhiên xã hội và hiểu chính mình

2.1.2 Tầm quan trọng của phát triển tư duy

Ngày nay giáo dục rất coi trọng đến vấn đề phát triển tư duy cho HS Sựtích luỹ kiến thức trong quá trình DH đóng vai trò không nhỏ, song không phảiquyết định hoàn toàn Con người có thể quên đi nhiều sự việc cụ thể mà dựavào đó những nét tính cách của họ được hoàn thiện Nhưng nếu những tínhcách này đạt đến mức độ cao thì con người có thể giải quyết được mọi vấn đềphức tạp nhất, điều đó có nghĩa là họ đã đạt đến một trình độ tư duy cao

2.1.3 Vấn đề phát triển tư duy cho HS

Trong quan điểm DH ngày nay, người thầy là thầy học, là chuyên gia vềviệc học để dạy HS cách học (thông qua các tri thức khoa học) trong đó chủ yếu

là dạy phương pháp học Học cốt lõi là tự học, là rèn luyện tư duy.

Sự phát triển tư duy nói chung được đặc trưng bởi sự rèn luyện các thao tác

tư duy, phương pháp logic thành thạo và vững chắc của con người

2.1.4 Sự phát triển tư duy trong dạy học hoá học

Tư duy hoá học được đặc trưng bởi phương pháp nhận thức hoá học, nghiêncứu các chất và các quy luật chi phối quá trình biến đổi các chất Khi tương tácvới nhau, xảy ra sự biến đổi nội tại của mỗi chất để tạo thành các chất mới Sựbiến đổi này tuân theo những nguyên lý, quy luật, những mối quan hệ định tính

và định lượng của hoá học Việc sử dụng các thao tác tư duy, sự suy luận đềuphải tuân theo quy luật này

Giải các BTHH là một trong những hoạt động chủ yếu để phát triển tư duycho HS, hoạt động này là một trong những điều kiện tốt nhất để phát triển nănglực trí tuệ, năng lực hành động cho HS.

Rèn tư duy cho HS thì kết quả đem lại không “đong đếm” được như dạykiến thức mà tư duy được hình thành theo kiểu “các hạt cát tích lũy lâu ngày sẽtạo nên bãi phù sa”

2.1.5 Một số biện pháp phát hiện học sinh có năng lực trở thành học sinh giỏi môn Hoá học

Làm rõ mức độ đầy đủ, chính xác của kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo theo tiêuchuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình Muốn vậy phải kiểm tra HS ở nhiềuphần của chương trình và nâng dần một số phần trong chương trình nhằm mụcđích đo khả năng tiếp thu của mỗi HS trong lớp và dạy học lý thuyết là một quátrình trang bị cho HS vốn kiến thức tối thiểu, trên cơ sở đó mới phát hiện đượcnăng lực sẵn có của một vài HS thông qua các câu hỏi củng cố

Làm rõ mức độ tư duy của từng HS bằng nhiều biện pháp, nhiều tình huống

về lý thuyết và bài tập để đo mức độ tư duy của từng HS Đặc biệt, đánh giá khảnăng vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, sáng tạo

Soạn thảo và lựa chọn một số dạng bài tập đáp ứng hai yêu cầu trên đây đểphát hiện HS có năng lực trở thành HSG môn Hoá học nói chung và học sinh giỏicasio môn hóa học nói riêng

2.2 Các biện pháp sử dụng bài tập hóa học đại cương và vô cơ bồi dưỡng học sinh giỏi casio môn hóa học nhằm phát triển năng lực tư duy cho học sinh

Hoá học là môn khoa học tự nhiên, là môn học vừa thực nghiệm vừa lýthuyết Dạy cách học hoá học là dạy cách tư duy trừu tượng, dạy cách tìm hiểuthế giới của những hạt vi mô mà mắt thường không thể nhìn thấy được, đó làcác hạt nguyên tử, phân tử, ion, electron, Chúng được ví như những viêngạch xây nên vũ trụ

Phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hoá, trừu tượng hoá, cụ thể hoákết hợp với các phương pháp hình thành phán đoán mới là quy nạp, diễn dịch,suy diễn và loại suy là những thao tác tư duy cơ bản được sử dụng để nghiên cứu

kiến thức hoá học một cách có hiệu quả Giải BTHH có tác dụng rèn cho HS sửdụng các thao tác tư duy rất cao.

Ở trường THPT, trên cơ sở kiến thức các môn học nói chung và môn hóahọc nói riêng, chúng ta có thể rèn luyện cho HS tới 8 loại tư duy Đó là: tư duyđộc lập, tư duy logic, tư duy trừu tượng, tư duy hình tượng, tư duy biện chứng, tưduy đa hướng, tư duy phê phán và tư duy sáng tạo

2.2.1 Rèn năng lực tư duy trừu tượng và tư duy hình tượng cho học sinh

Ví dụ 1: Sắt dạng  (Fe) kết tinh trong mạng lập phương tâm khối, nguyên

tử có bán kính r = 1,24 Å Hãy tính:

a) Hãy vẽ cấu trúc mạng tế bào cơ sở và cho biết số nguyên tử Fe chứa trong tếbào sơ đẳng này

b) Tính cạnh lập phương a (Å) của tế bào sơ đẳng

c) Xác định khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử Fe trong mạng

d) Tính khối lượng riêng của Fe theo g/cm3.

Thép là hợp kim của sắt và cacbon, trong đó một số khoảng trống giữa cácnguyên tử sắt bị chiếm bởi nguyên tử cacbon, trong lò luyện thép (lò thổi) sắt dễnóng chảy khi chứa 4,3% cacbon về khối lượng Nếu được làm lạnh nhanh thìcác nguyên tử cacbon vẫn được phân tán trong mạng lưới lập phương nội tâm,hợp kim được gọi là martensite cứng và giòn Kích thước của tế bào sơ đẳng củaFe không đổi

e Hãy tính số nguyên tử trung bình của C trong mỗi tế bào sơ đẳng của Fevới hàm lượng của C là 4,3%

g Hãy tính khối lượng riêng của martensite

(cho Fe = 55,847; C = 12,011; số N = 6,0221023 )

Phân tích:

Rèn năng lực tư duy cho HS thông qua việc phân tích các dữ kiện của bài toán kết hợp với quan sát hình vẽ minh họa Từ những kiến thức trừu tượng về các hạt tinh thể Fe không thể nhìn thấy bằng mắt thường, cần giúp HS cụ thể hóa bằng hình vẽ.

a) Mạng tế bào cơ sở của Fe (hình vẽ):

Theo hình vẽ, số nguyên tử Fe là:

Ở 8 đỉnh lập phương = 8 1

8 = 1 Ở tâm lập phương = 1.

Vậy tổng số nguyên tử Fe chứa trong tế bào sơ đảng = 1 + 1 = 2 (nguyên tử)

b) Mặt chéo mạng tế bào cơ sở (theo hình vẽ):

Thể tích của 1 tế bào cơ sở (thể tích hình lập phương):

V = a3 =   8 3   23 3

)

(2,864 10 = 2,349 10 (cm ).Mỗi tế bào cơ sở chứa 2 nguyên tử Fe, mà 1 mol Fe có:

Nâng cao dần khả năng lao động trí óc cho học sinh bằng cách nâng dần mức độ yêu cầu của bài tập:

A B

C D

e) Trong 100 gam martensite có 4,3 gam C (0,36 mol) và 95,7 gam Fe (1,71 mol) Tức là ứng với 1 nguyên tử Fe có 0,36 : 1,71 = 0,21 nguyên tử C.

g) Mỗi tế bào sơ đẳng Fe có 2 nguyên tử Fe tức là có trung bình 0,21  2 = 0,42 nguyên tử C

Vì nguyên tử không chia lẻ được nên một cách hợp lý hơn ta nói cứ 12 tế bào sơ

a) Vanađi kết tinh theo kiểu mạng tinh thể nào?

b) Tính số phối trí của Vanađi trong cấu trúc mạng tinh thể đó? Giải thích?c) Tính thể tích không gian trống trong ô mạng cơ sở của Vanađi?

Phân tích:

Để rèn khả năng tư duy cho HS về dạng bài toán tinh thể kim loại kết tinh theo kiểu lập phương tâm khối, nhưng rèn ở mức độ nâng cao hơn đó là dữ kiện

đề bài chưa cho biết kiểu mạng mà kim loại kết tinh.

a) Thể tích của ô cơ sở của Vanađi là:

V = (307 pm)3 = (307 x 10-8 cm)3 = 28,9344 x 10-24 (cm3)

Khối lượng của ô cơ sở là:

m = 28,9344 x 10-24 (cm3)x 5,96 (g/cm3) = 172,4493 x 10-24 (g)

Vì chưa cho biết Vanađi kết tinh theo kiểu mạng lập phương nào Gọi n là

số nguyên tử Vanađi trong 1 ô cơ sở thì khối lượng một nguyên tử Vanađi là:

-24

172,4493 x 10

nBiết rằng khối lượng mol nguyên tử của Vanađi (AV) là 54,94 gam

Ta có: AV = mV x N0 (N0 là số avôgađro)

-24 23172,4493

50,94 = x 10 x 6,022 x 10

n103,848950,94 = n = 2,0386 n 2

Vậy trong mỗi ô mạng cơ sở của Vanađi chứa 2 nguyên tử

Mỗi ô mạng cơ sở lập phương tâm khối có 8 đỉnh, mỗi đỉnh chứa 1

8 nguyên

tử, ở tâm của khối lập phương chứa 1 nguyên tử

Tổng số: (8 1

8) + 1 = 2 (nguyên tử)

 Vanađi kết tinh theo kiểu lập phương tâm khối

b) Trong cấu trúc này, nguyên tử nằm ở tâm có 8 láng giềng gần chiếmnhững đỉnh ở khoảng cách d Như vậy, một nguyên tử ở đỉnh thuộc về 8 ô mạngkhác nhau, có 8 láng giềng, một ở tâm của mỗi ô mạng Do đó, số phối trí bằng 8.c) Mặt chéo mạng tế bào cơ sở V (theo hình vẽ):

VV

Ví dụ 3: Tinh thể đồng kim loại có cấu trúc lập phương tâm diện

a) Hãy vẽ cấu trúc mạng tế bào cơ sở và cho biết số nguyên tử Cu chứa trong tếbào sơ đẳng này

b) Tính cạnh lập phương a (Å) của mạng tinh thể, biết nguyên tử Cu có bán

kính bằng 1,28 Å

c) Xác định khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử Cu trong mạng

d) Tính khối lượng riêng của Cu theo g/cm3.

Phân tích:

Rèn cho HS quan sát các dữ kiện của bài toán về tinh thể có cấu trúc lập phương tâm diện thông qua hình vẽ, rèn năng lực tư duy trừu tượng về các hạt tinh thể Cu không thể nhìn thấy bằng mắt thường:

a) Mạng tế bào cơ sở của Cu (hình vẽ):

AE = AC a 2

2  2 = 2,55 (Å)d) Cứ 1 mol Cu = 64 (g)

Thể tích của 1 tế bào cơ sở = a3 chứa 4 nguyên tử Cu

Nâng cao dần khả năng tư duy của học sinh bằng cách nâng dần mức độ yêu cầu của bài tập, mạng tinh thể lập có cấu trúc lập phương tâm diện nhưng của tinh thể hợp chất:

Ví dụ 4: Muối LiCl kết tinh theo mạng lập phương tâm diện Ô mạng cơ sở

có độ dài mỗi cạnh là 5,1410-10 m Giả thiết ion Li+ nhỏ tới mức có thể xảy ra tiếp xúc anion - anion và ion Li+ được xếp khít vào khe giữa các ion Cl- Hãy tính

độ dài bán kính của mỗi ion Li+ , Cl- trong mạng tinh thể theo pm

Cộng vectơ, sử dụng hệ thức lượng trong tam giác: a2 = b2 + c2 – 2bc cosA

a Hãy xác định đồng phân cấu tạo của triclobenzen có độ dài vectơ momen

lưỡng cực của phân tử bằng   0

b Một đồng phân cấu tạo khác của triclobenzen có độ dài của vectơ momen

lưỡng cực lớn nhất Hãy tính độ dài vectơ momen lưỡng cực của phân tử đó

Phân tích:

a Momen lưỡng cực của phân tử bằng tổng vectơ momen lưỡng cực của các

nguyên tử trong phân tử, có tính đến các cặp electron chưa liên kết của nguyên tốtrung tâm Do nguyên tố clo có độ âm điện lớn hớn nguyên tố cacbon nên chiềucủa vectơ momen lưỡng cực hướng từ trong nhân benzen ra ngoài phân tử

Do có tính đối xứng nên hợp chất 1,3,5-triclobenzen (

Cl

Cl

Cl ) có mođuncủa momen lưỡng cực    0

Giải thích bằng hình vẽ bên dưới theo qui tắccộng vectơ:

b Đồng phân có momen lưỡng cực lớn nhất là 1,2,3-triclobenzen Phân tích

dữ kiện bài toán kết hợp với hình vẽ:

sở cho quá trình phát triển tư duy.

2.2.2 Rèn năng lực tư duy độc lập

Trong quá trình DH, cần phải rèn cho HS thói quen suy nghĩ độc lập, có tưduy độc lập mới có tư duy logic, tư duy hình tượng, tư duy biện chứng và nhưvậy mới có tư duy phê phán Có tư duy phê phán mới phát hiện được vấn đề, do

đó mới có tư duy sáng tạo Như vậy, độc lập là tiền đề cho sáng tạo nên việctruyền thụ kiến thức và rèn luyện năng lực suy nghĩ độc lập phải được coi trọngnhư nhau

Ví dụ 1: Phân tử X có công thức dạng abc Tổng số hạt mang điện và không

mang điện trong phân tử X là 82 Trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạtkhông mang điện là 22, hiệu số khối giữa b và c gấp 10 lần số khối của a, tổng sốkhối của b và c gấp 27 lần số khối của a Tìm công thức phân tử đúng của X

Phân tích:

Từ dữ kiện của bài toán, thiết lập các phương trình, liên kết các phươngtrình được hệ phương trình:

Gọi số hạt proton, nơtron, số khối của nguyên tử a là: Za, Na, Aa

Gọi số hạt proton, nơtron, số khối của nguyên tử b là: Zb, Nb, Ab

Gọi số hạt proton, nơtron, số khối của nguyên tử c là: Zc, Nc, Ac

Ví dụ 2: Hợp chất Z được tạo bởi 2 nguyên tố M, R có công thức MaRb

trong đó R chiếm 6,667% khối lượng Trong hạt nhân nguyên tử M có n = p + 4,còn trong hạt nhân nguyên tử R có n’ = p’, trong đó n, p, n’, p’ là số nơtron vàproton tương ứng của M và R Biết rằng tổng số hạt proton trong phân tử Z bằng

84 và a + b = 4 Tìm công thức phân tử của Z

M = n + p → thay n = p + 4 được M = 2p + 4

R = n’ + p’ → thay n’ = p’ được R = 2p’

Thay tiếp vào (1) được 14p’b = pa + 2a (6)

Ghép (6) với (4) cho 15p’b = 84 + 2a Hay p' = 84 + 2a

Như vậy, HS vừa lập hệ phương trình từ các dữ kiện đã cho, vừa suy nghĩ

để tìm hướng giải vì khi đã có hệ phương trình vẫn chưa thể giải tìm được nghiệm của bài toán  Các em không chỉ hiểu được bản chất của quá trình, mà

còn rèn luyện được cả năng lực suy nghĩ độc lập

2.2.3 Rèn năng lực tư duy logic

Hoá học là một môn khoa học thực nghiệm, vì vậy khi dạy HS các kiến thứchoá học chúng ta không nên chỉ truyền đạt kiến thức dưới dạng những thực đơn

đã có sẵn, HS chỉ việc học thuộc, mà phải dạy cho HS cách phát hiện vấn đề, tìmcách lý giải, tìm cách chứng minh những lập luận của mình bằng thực nghiệm,bằng công thức, bằng hình vẽ, kiểm tra tính đúng đắn các lập luận của mình

Để rèn tư duy logic cần sử dụng bài tập khi xây dựng tiến trình lập luận giảidựa vào tính logic của vấn đề

Ví dụ 1: Xác định nhiệt tạo thành của CaCl2 (tinh thể) biết:

- Nhiệt thăng hoa của Ca: +192 kJ.mol-1

- Tổng năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của nguyên tử Ca: +1745kJ.mol-1

- Năng lượng phân li Cl2 : + 243 kJ.mol-1

- Ái lực với electron của nguyên tử clo: -364 kJ.mol-1

- Năng lượng mạng lưới tinh thể CaCl2 : -2247 kJ.mol-1

Phân tích:

Để giải quyết yêu cầu của bài toán, từ các dữ kiện tưởng như không liênquan với nhau, nhưng logic của bài toán ở chỗ để có phương trình tạo thànhCaCl2 (tinh thể) cần viết các phương trình quá chuyển hóa theo dữ kiện của đềbài, cộng hoặc trừ các phương trình, ta được kết quả:

ΔHH = Ho

3 = 242 kJ/mol 2(k)

0 pl(H )

ΔHH = Ho

4 = 430,5 kJ/molNăng lượng ion hóa: I (H) = Ho

5 = 1312,5 kJ/mol

Ái lực electron: E (Cl) = Ho

6 = - 348 kJ/molNăng lượng mạng tinh thể: U (NH Cl) = Ho

7 = - 651,1 kJ/mol