Ý nghĩa các thuyết và định luật trong Hóa học phổ thông. Ý nghĩa các thuyết và định luật trong Hóa học phổ thông. Ý nghĩa các thuyết và định luật trong Hóa học phổ thông. Ý nghĩa các thuyết và định luật trong Hóa học phổ thông.
Trang 1Ý nghĩa các thuyết và định luật trong chương trình hóa học phổ thông
Thứ Hai, 06/09/2010, 09:54 CH | Lượt xem: 65
Các thuyết và định luật là cơ sở lý thuyết chủ đạo trong việc nghiên cứu các chất và sự biến đổi của chúng
I Thuyết hóa học
Các lý thuyết quan trọng của chương trình hóa học phổ thông được lựa chọn tương ứng với các nguyên tắc xây dựng chương trình và được phân bố và sắp xếp liên tục trong chương trình Sự phấn bố các thuyết –định luật ở đầu chương trình hoặc phần đầu của các lớp cấp học đã thể hiện sự phát triển liên tục của các thuyết và vai trò chủ đạo của chúng Mỗi lý thuyết sau, được dựa trên cơ sở của các kiến thức lý thuyết trước
đó và ngày càng phát triển giúp khám phá sâu sắc cấu trúc của các chất và các mối liên
hệ nhân quả giữa thành phần cấu tạo và tính chất của các chất.
1 Thuyết nguyên tử – phân tử: Đây là cơ sở lý thuyết của giai đoạn đầu nghiên cưú Hóa
học Nội dung cơ bản của học thuyết cũng đã được hình thành trong chương trình vật lý (lớp 7) Trong Hóa học các khái niệm nền tảng, cơ bản của học thuyết này được khẳng định và hình thành một cách chắc chắn trên cơ sở thực nghiệm khoa học Khi đưa vào chương trình nội dung của học thuyết nguyên tử –phân tử cổ điển đã được bổ sung bằng các yếu tố của các khái niệm hiện đại về cấu tạo các chất Đây là tiền đề cho việc trình bày lý thuyết chủ đạo của chương trình phổ thông trung học.
Ví dụ 1:
*Vận dụng thuyết nguyên tử lớp 8 có thể hình thành cho học sinh khái niệm nguyên tố hóa học.
Ví dụ 2:
* Vận dụng thuyết cấu tạo nguyên tử lớp 10 hình thành khái niệm đồng vị Cho các nguyên tử có kí hiệu :
a/ Xác định số e, p, n, trong nguyên tử các nguyên tố đó.
b/ Các nguyên tử của cùng một nguyên tố có số khối giống nhau không? Vì sao?
c/ Về mặt cấu tạo, các nguyên tử của cùng một nguyên tố có đặc điểm gì giống, khác nhau?
d/ Các nguyên tử của các nguyên tố trên được gọi là đồng vị với nhau Vậy thế nào là đồng vị ?
2 Thuyết electron: phân bố ở phần đầu chương trình lớp 10 phổ thông trung học để
nghiên cứu học thuyết cấu tạo nguyên tử – liên kết hóa học Cơ sở lý thuyết electron về cấu tạo các chất được nghiên cứu một cách chi tiết và đầy đủ Các vấn đề về liên kết hóa học được nghiên cứu trên cơ sở thuyết cấu tạo nguyên tử với các khái niệm cơ lượng tử làm rõ trạng thái electron trong nguyên tử và cơ chế tạo thành các liên kết hóa học Nội dung cơ bản của học thuyết electron được vận dụng để nghiên cứu sự phụ thuộc của tính chất các chất vào cấu tạo các đơn chất và hợp chất hóa học Các bước nghiên cứu này cũng được vận dụng trong việc nghiên cứu các chất hữu cơ.
Ví dụ 1: Vì sao các Haloghen được coi là các phi kim điển hình?
- Các nguyên tử haloghen có 7e ở lớp ngoài cùng ns 2 np 5 dễ nhận thêm 1 e tạo ra ion X
-có cấu hình bền vững của khí hiếm.
- Các nguyên tử halogen dễ tạo ra 1 liên kết cộng hoá trị do :
Vỏ e gần bão hòa
Độ âm điện lớn.
→ Halogen là các phi kim điển hình.
Ví dụ 2: Nguyên nhân nào làm cho các halogen có tính chất lý học giống nhau ?
- Do sự tơng tự nhau về cấu tạo nguyên tử của các halogen : có 7 e ở lớp ngoài cùng.
- Ở cả 3 trạng thái rắn, lỏng, khí các halogen đều gồm những phần tử X 2 , 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng 1 liên kết.
Ví dụ 3: Vì sao ngoài mức oxi hóa -1 , các halogen (trừ F) còn thể hiện các mức oh +1, +3 , +5, +7
Trang 2- Do Flo có độ âm điện lớn nhất và không có phân lớp nd nên Flo chỉ thể hiện số oxi hóa
là -1 trong các hợp chất.
- Còn các nguyên tố còn lại đều có phân lớp nd trống, khi bị kích thích, những electron cặp đôi trong nguyên tử Cl, Br, I lên mức nd, làm số electron tham gia tạo thành liên kết cộng hoá trị đến 3,5 hoặc 7 → có số oxi hoá dương và lẻ.
3 Lý thuyết về phản ứng hóa học: Đây là lý thuyết về các quá trình hóa học được nghiên
cứu ở học kì 2 lớp 10 phổ thông trung học: bản chất của phản ứng hóa học được nghiên cứu sâu và được giái thích bằng sự phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử các chất tham gia phản ứng và tạo thành liên kết mới để tạo ra phân tử chất mới Các qui luật nhiệt hóa được nghiên cứu về mặt năng lượng của phản ứng hóa học Động học phản ứng hóa học được nghiên cứu ở mức độ kinh nghiệm.
Ví dụ : Khi giảng dạy phản ứng: H 2 + O 2 → 2H 2 O
- Giáo viên dựa vào thuyết phản ứng hoá học chỉ rõ cho học sinh thấy bản chất của phản ứng là sự phá huỷ liên kết trong phân tử H 2 và O 2 tạo thành các nguyên tử H và O sau đó hình thành liên kết mới : Liên kết giữa một nguyên tử O kết hợp với hai nguyên tử H tạo thành phân tử H 2 O.
→Giáo dục thế giới quan cho học sinh : “vật chất không tự sinh ra cũng không tự mất
đi mà chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác”.
4 Thuyết cấu tạo các hợp chất hữu cơ : Thuyết cấu tạo hóa học hữu cơ được bắt đầu từ
các nội dung cơ bản của thuyết Bút lê rốp và được mở rộng bằng các quan điểm của thuyết electron và cấu trúc không gian Nội dung của học thuyết giúp nghiên cứu cấu trúc của các loại hợp chất hữu cơ và là cơ sở để giải thích các chất hữu cơ, ảnh hưởng giữa các nguyên tử trong phân tử Thuyết cấu tạo gồm các hợp chất hữa cơ được nghiên cứu ở phần đầu của hóa học hữu cơ lớp 11 học kỳ 2.
Dựa trên 3 luận điểm của thuyết cấu tạo các hợp chất hữu cơ của Bút lê rốp có thể giải thích các vấn đề.
Ví dụ 1: Ứng với công thức phân tử C 2 H 6 O ta có 2 chất có cấu tạo khác nhau => tính chất hoá học khác nhau.
Ví dụ 2: Thành phần phân tử khác nhau và cấu tạo hoá học khác nhau => tính chất hoá học khác nhau :
+ Phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử.
C 4 H 10 : Chất khí
C 5 H 12 : Chất lỏng.
+ Phụ thuộc vào bản chất các nguyên tử.
CH 4 : Chất khí, dễ cháy.
CCl 4 : Chất lỏng, không cháy.
Ví dụ 3: Vận dụng sự ảnh hưởng qua lại trong các nguyên tử trong phân tử phenol Giải thích vì sao phenol phản ứng được với NaOH còn C 2 H 5 OH thìng phản ứng.
Do gốc _C 6 H 5 rút điện tử làm cho nguyên tử H trong nhóm –OH của C 6 H 5 OH linh động dễ tách ra do đó C 6 H 5 OH có tính axít và phản ứng với NaOH.
Ví dụ 4: Vận dụng sự khác nhau về cấu tạo để giải thích một số tính chất vật lý như:
So sánh nhiệt độ sôi của C 2 H 5 OH và CH 3 COOH.
Nhiệt độ sôi của CH 3 COOH > C 2 H 5 OH.
5 Lý thuyết sự điện ly : Lý thuyết sự điện li có đóng góp thực sự vào việc nghiên cứu các
chất điện li về mặt cơ chế và qui luật phản ứng Nó cho phép khám phá bản chất của các chất điện li, các quá trình điện li ,phát triển và khái quát các kiến thức về các loại chất axit, bazơ lưỡng tính và chứng minh tính tương đối của sự phân loại này Lý thuyết này đưa ra khả năng giải thích sự phụ thuộc tính chất của các điện li vào thành phần và cấu tạo của chúng theo quan điểm của thuyết Prôton
Ví dụ 1: Dựa vào thuyết về sự điện ly, dự đoán sự tồn tại các nhóm ion trong dung dịch a) HCO 3 - , K + , Ca 2+ , H +
b) HCO 3 , Na + , Ba 2+ , OH
Trang 3-c) Fe 2+ , Cl - , NO 3 - , S
2-Trong 1 dung dịch.
a) Ion H + nếu nhiều thì không thể tồn tại cùng với HCO 3 - vì xảy ra phản ứng.
H + + HCO 3 - → CO 2 + H 2 O
b) OH - không thể tồn tại cùng với HCO 32 - vì OH - + HCO 3 - → H 2 O + CO 3
c) Fe + không thể tồn tại cùng với S 2 - vì Fe + + S 2 - → FeS !
Ví dụ 2: Dự đoán phản ứng hoá học xảy ra.
Về nguyên tắc Ag không phản ứng với các dung dịch axít loãng nhưng Ag có khả năng đẩy được H 2 khỏi axít HI vì tạo AgI khó tan.
2Ag + 2HI → 2AgI¯ + H 2
Ví dụ 3: Vì sao HF tan vô hạn trong nước nhưng tính axít của nó lại là axít yếu.
Trong dung dịch nước
HF + H 2 O → H 3 O + + F - Ka = 7,2 x 10 -5
Ngoài quá trình phân li kém của HF gây nên chủ yếu bởi năng lượng liên kết H –
F rất lớn còn có thêm quá trình kết hợp của ion F - với phân tử HF.
F - + HF → HF 2 K = 5
→ Hàm lượng tương đối của H 3 O + không đáng kể → khi tác dụng với NaOH hay KOH thì HF tạo ra muối NaHF 2 hay KHF 2
Ví dụ 4:Tính axit trong dãy từ HF → HI thay đổi như thế nào ? Nguyên nhân.
- Dung dịch nước của các Hidrô Halogenua là những axít và được gọi là axít halogen hidric
HX + H 2 O → H 3 O + + X
-Tính axít trong dãy tăng HF < HCl < HBr < HI nguyên nhân là do từ F → I bán kính nguyên tử tăng, độ xen phủ e của các nguyên tử H và halogen giảm, vùng xen phủ nằm
ở khoảng cách xa hạt nhân nguyên tử halogen bị chặn mạnh hơn do số lớp e trung gian tăng → năng lượng liên kết H – X giảm → khả năng tách H + khi các HX tan vào H 2 O tăng → tính axít tăng.
II Các định luật hóa học cơ bản :
Các định luật hóa học được đưa vào chương trình để giúp cho quá trình nghiên cứu các qui luật chung và riêng biệt về cấu tạo chất và sự biến đổi các chất.
1 Định luật thành phần không đổi : nghiên cứu thành phần định lượng về cấu trúc phân
tử các chất , làm cơ sở dể xác định các nguyên tố hóa học tạo nên phân tử các chất từ số nguyên tử của các nguyên tố có trong thành phần các chất là cơ sở để biểu diễn, mô tả các chất bằng kí hiệu, công thức hóa học các chất.
Định luật được nghiên cứu ở chương II lớp 8 PTTHCS.
2 Định luật bảo toàn khối lượng : Nghiên cứu qui luật bảo toàn khối lượng các chất
trong phản ứng hóa học quá trình biến đỏi , vận động của vật chất : khối lượng các chất được bảả̀o toàn chỉ có “thay đổi lại cấu tạo , sấp xếp lại các nguyên tử để tạo chất mới” Định luật làm cơ sở cho việc tính toán định lượng các chất trong phản ứng hóa học Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng giải các bài toán định lượng.
Ví dụ 1: Để đốt cháy hoàn toàn 4,45g chất hữu cơ A, người ta phải dùng hết 4,2 lít O 2 Sản phẩm cháy gồm có 3,15g H 2 O và 3,92 lít hỗn hợp N 2 và CO 2 Các thể tích đo ở đktc Xác định CTPT của chất A biết tỉ khối hơi của A đối với H 2 là 44,5.
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : m A + m O 2 - m H 2 O = m N 2 + m CO 2
Từ đó đặt 1 phương trình theo
m N 2 + m CO 2 = 7,3
Tiếp tục sử dụng các dữ kiện còn lại giải tiếp bài toán.
3 Định luật Avôgađgo : Xác định thể tích một phân tử chất khí trong điều kiện chuẩn
Định luật giúp cho việc nghiên cứu định lượng quá trình biến đổi chất khí trong điều kiện chuẩn và mở rộng trong các điều kiện khác theo phương trình trạng thái của chất khí
Ví dụ 1: khi làm bay hơi 15g chất B chiếm 1 thể tích bằng thể tích của 7g khí N 2 (đo cùng điều kiện) Tìm khối lượng mol phân tử khí B.
Để giải bài toán này giáo viên hướng dẫn học sinh áp dụng hệ quả của định luật Avôgadrô, đó là trong cùng điều kiện tỉ lệ thể tích tương ứng với tỉ lệ số mol > số mol của 15g B bằng số mol của 7g N 2 > giải tiếp bài toán.
Trang 44 Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học : Nghiên cứu qui luật biến đổi tuần hoàn
tính chất các nguyên tố , các hợp chất trong chu kỳ , nhóm của các nguyên tố hóa học Cùng với thuyết electron xác định mối liên hệ giữa vị trí các nguyên tố trong HTTH qui luật biến đổi tính chất các chất với cấu tạo nguyên tử , dạng liên kết hóa học các chất Trên cơ sở đó mà dự đoán tính chất các chất, định hướng cao sự nghiên cứu thực nghiệm các chất và hình thành kĩ năng dự đóan khoa học trong học tập hóa học cho học sinh.
III Kết luận
1 Các thuyết – định luật hóa học giữ vai trò cơ sở lý thuyết cho toàn bộ chương tư(nh , giúp cho việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể của chương trình hóa học Sự nghiên cứu lý thuyết – định luật có giá trị phương pháp luận và quan trọng ở tất cả các giai đoạn của
sự tổng kết, khái quát hóa kiến thức Sự tổng kết các vấn đề trên cơ sở lý thuyết chủ đạo tạo điều kiện phát triễn tư duy lí thuyết, một phương pháp nhận thức , học tập cơ bản của bộ môn hóa học
2 Các thuyết làm cơ sở cho sự nghiên cứu hóa học đều đặt ở đầu chương trình để giúp cho việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể được dễ dàng hơn Một số định luật, qui tắc học xen kẽ với phần cụ thể nghiên cứu về các chất nhưng vẫn đảm bảo vai trò chủ đạo của lí thuyết : được nghiên cứu trước một bước làm cơ sở cho việc giải thích , hiểu sâu về chất
và sự biến đổi của chúng.
3 Thông qua việc nghiên cứu các thuyết, định luật hóa học mà hình thành thế giới quan khoa học, cơ sở của phép biện chứng.
(Tổng hợp)
Nguyên tắc chung khi dạy các bài về thuyết và định luật trong chương trình Hóa học phổ thông
Phương pháp D3H , Phương pháp dạy học | Chemistry Express | Tháng Tám 15, 2010 at 20:32
Các thuyết – định luật Hóa học giữ vai trò cơ sở lý thuyết cho toàn bộ chương trình , giúp cho việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể của chương trình hóa học Tuy nhiên, để học sinh nắm được nội dung của các thuyết và định luật thật không hề đơn giản Vì vậy, khi dạy các bài về thuyết và định luật, cần thực hiện các nguyên tắc sau
Nguyên tắc 1 Khi dạy học về các thuyết và định luật Hóa học cơ bản
cần xuất phát từ các sự kiện cụ thể, riêng lẻ có liên quan đến nội dung học thuyết, định luật để khái quát hóa, tìm ra bản chất chung hoặc quy luật được nêu ra trong nội dung
cơ bản của học thuyết đó.
Năm 1897 – Từ thí nghiệm của Tôm-xơn đã phát hiện ra tia âm cực mà bản chất là chùm các hạt nhỏ bé mang điện tích âm gọi là các electron.
Năm 1911 – Rơ-dơ-pho và các cộng sự đã cho các hạt a bắn phá một lá vàng mỏng và dùng màn huỳnh quang đặt sau lá vàng để theo dõi đường đi của hạt α.
Từ đó đi đến kết luận nguyên tử có cấu tạo rỗng, các e chuyển động tạo ra vỏ electron bao quanh hạt mang điện tích dương có kích thước nhỏ bé so với kích thước nguyên tử, nằm ở tâm nguyên tử Đó là hạt nhân nguyên tử.
Trang 5Năm 1916 – Rơ-dơ-pho phát hiện ra một loại hạt mang điện tích gọi là proton đó chính
là ion dương H + được ký hiệu bằng chữ P.
Năm 1932 – Chat-vich cộng tác viên của Rơ-dơ-pho dùng hạt a bắn phá 1 tấm kim loại Beri mỏng phát hiện ra một loại hạt mới có khối lượng xấp xỉ khối lượng của proton nhưng không mang điện, được gọi là hạt nơtron (ký hiệu chữ n).
Từ các sự kiện là những thí nghiệm của các nhà bác học dần dần dẫn đến sự khái quát tìm ra bản chất của nội dung thuyết cấu tạo nguyên tử:
Thành phần cấu tạo nguyên tử gồm:
- Hạt nhân nằm ở tâm của nguyên tử gồm các hạt p, n.
- Vỏ electron của nguyên tử gồm các e chuyển động xung quanh hạt nhân.
- Các đặc điểm của các loại hạt (kích thước, khối lượng, điện tích…).
Nguyên tắc 2 Cần phải nêu rõ (phát biểu) một cách chính xác, khoa học nội dung của
học thuyết hoặc định luật cần nghiên cứu.
Thí dụ: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Khi nghiên cứu về định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học cần phải nghiên cứu sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron nguyên tử các nguyên tố hóa học (Bảng 2-1 trang
39 sách giáo khoa lớp 10) và từ đó phải nêu rõ định luật tuần hoàn phát biểu như sau:
“Sự biến đổi tuần hoàn về cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố chính là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn về tính chất của các nguyên tốố́ đó” Đó chính là
cơ sở của định luật tuần hoàn Men-đê-le-ep.
Nguyên tắc 3 Từ nội dung của định luật học thuyết cần chỉ ra cơ sở khoa học, ý nghĩa
của chúng để giúp học sinh hiểu, nắm chắc nội dung và vận dụng trong việc nghiên cứu các vấn đề cụ thể, giải quyết các vấn đề học tập đặt ra.
Trang 6Thí dụ: Từ định luật tuần hoàn và thuyết electron cần chỉ ra cơ sở khoa học của nội dung định luật đó là cấu hình electron sẽ quyết định tính chất của các chất và sự biến đổi tính chất của các chất và hợp chất của chúng Từ đó thấy được vai trò và ý nghĩa của chúng trong việc vận dụng xét về mối quan hệ giữa vị trí và cấu tạo, giữa vị trí và tính chất, so sánh tính chất hóa học của một nguyên tố với các nguyên tố lân cận…
Nguyên tắc 4 Cần cho học sinh vận dụng những nội dung của các học thuyết vào việc
nghiên cứu các trường hợp cụ thể khác nhau để hiểu sâu sắc nội dung của nó, hoàn thiện – phát triển, mở rộng phạm vi áp dụng của nó.
Thí dụ: Vận dụng các nguyên lý và quy tắc phân bổ electron trong nguyên tử để viết cấu hình electron của một số nguyên tố trong phân nhóm phụ như: Cu, Fe, Cr… (mở rộng phạm vi áp dụng) để hiểu rõ hơn, sâu hơn về quy luật phân bố e Cu: Z = 29 cấu hình e: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2 nhưng do phân lớp 3d 9 rất dễ dàng nhận 1e của phân lớp 4s 2 để tạo thành cấu hình 3d 10 là cấu hình bền vững nên cấu hình electron của Cu là 1s 2 2s 2 2p 6
3s 2 3p 6 3d 10 4s 1
Nguyên tắc 5 Cần tận dụng các kiến thức lịch sử hóa học để giúp học sinh hiểu được
những nội dung khó của phần lý thuyết và giới thiệu cách tư duy khoa học của các nhà hóa học để rèn luyện phát triển tư duy sáng tạo của học sinh.
Thí dụ: Minh họa như ở nguyên tắc 1.
Hoặc giới thiệu lịch sử về nhà bác học Men- đê- lê – ep (trang 55 – Sách giáo khoa hóa
học, lớp 10).
Nguyên tắc 6 Tăng cường sử dụng các phương tiện trực quan: mô hình, tranh vẽ, thí
nghiệm, biểu bảng… giúp học sinh tiếp thu được dễ dàng các nội dung của các thuyết và định luật hóa học.