tiểu luận hóa vô cơ nâng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA TỰ NHIÊN - BỘ MÔN HỐ HỌC BÀI TIỂU LUẬN HĨA VƠ CƠ NÂNG CAO HỆ THỐNG CÁC THUYẾT AXÍT- BAZƠ VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CHÍNH VỀ AXIT- BAZƠ ĐƯỢC GIẢNG DẠY TRONG CTHH PHỔ THÔNG Học viên : Đinh Thị Mỹ Hạnh Lớp : Thạc sĩ phương pháp hóa học – khóa 27 PHẦN I: MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Để đáp ứng yêu cầu giáo dục, học sinh phải thực chủ động việc tiếp thu kiến thức giáo viên cần phải đổi phương pháp giảng dạy Đổi giáo dục nhiệm vụ quan trọng ngành giáo dục đào tạo trog giai đoạn Để đổi nội dung phương pháp dạy học có hiệu cần trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức vững Trên sở học sinh biết vận dụng sáng tạo kiến thức giải vấn đề học tập thực thực tiễn sống Mơn hóa học góp phần quan trọng mục tiêu đào tạo trường phổ thông Chương trình hóa học phổ thơng bao gồm khái niệm hóa học ban đầu dân phát triển khái niệm đó, việc giảng dạy hóa học phổ thông phải ý đến nhiều khái niệm , axit –bazơ khái niệm có tầm quan trọng khoa học hóa học, để hiểu truyền thụ đầy đủ nội dung hình thành phát triển khái niện axit – bazơ Giáo viên cần nắm vững qua trình hình thành phát triển khái niệm để dảm bào việc giảng dạy có hiệu đáp ứng nhu cầu giáo dục Khái niệm axit – bazơ chương trình phổ thơng dề cập sơm, hình thành phát triển qua nhiều giai đoạn đề tài có tầm quan trọng đặc biệt Axit – bazơ hợp chất quan trọng phổ biến, có nhiều ứng dụng đời sống sản xuất nghiên cứu khoa học Các phản ứng dung dịch thường liên quan đến khái niệm axit – bazơ Phản ứng axit – bazơ cho phép hệ thống hóa phản ứng hóa học, phân loại phản ứng chất , giải thích tượng hóa học, chọn tác nhân phản ứng, chất xúc tác Việc hình thành khái niệm axit – bazơ phổ thông đạt hiệu qủa cao người giáo viên nắn vững nội dung hệ thống trình hình thành phát triển khái niệm tồn chương trình phổ thơng Đồng thời giáo viên sử dụng phương pháp dạy học có hiệu giảng dạy có kế hoạch lưu ý tới đặc điểm giai đoạn đề có hệ thống tập đa dạng phong phú theo mức độ nhận thức khác trình hình thành phát triển khái niệm axit – bazơ Với lý chọn đề tài “ Hệ thống thuyết axit – bazơ vấn đề axit – bazơ giảng dạy chương trình phổ thơng ” Song khả kiến thức thân hạn chế nên tiểu luận nhiều thiếu sót Rất mong nhận đóng góp quý thầy cô 2 Khách thể nghiên cứu : Q trình dạy học hóa học trường THPT Đối tượng phạm vi nghiên cứu : Hệ thống tập hóa học hình thành phát triển khái nhiệm axit – bazơ chương trình hóa học vơ THPT nâng cao Mục đích nhiệm vụ : a Mục đích : Nghiên cứu xây hệ thống tập hóa học phương pháp sử dụng chúng việc hình thành phát triển khái nhiệm axit – bazơ chương trình hóa học vơ THPT nâng cao b Nhiệm vụ nghiên cứu : - Nghiên cứu sở lý luận qúa trình hình thành khái nhiệm axit – bazơ - Phân tích chương trình sách giáo khoa phần hóa học vơ bậc THPT xác đ5nh nội dung lượng khái niệm axit – bazơ - Lựa chọn xây dựng hệ thống tập hóa học axit – bazơ chương trình hóa học vơ THPT nâng cao - Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ thống tập để hình thành khái niệm axit – bazơ - THực nghiệm sư phạm để xác định tính phù hợp hệ thống tập kiểm nghiệm tính hiệu đề xuất Phương pháp nghiên cứu : - Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận - nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn PHẦN II NỘI DUNG A- LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỌC THUYẾT AXIT-BAZƠ 1.Thuyết oxi axit Lavoadiê (A Lavoisier 1743 - 1794) Thuyết có nhiều sở khoa học thuyết oxi axit nhà hóa học Pháp Lavoadie cơng trình cháy vào cuối kỉ XVIII(1776) Trước số lớn chất tạo thành cháy oxi chúng có tính axit dung dịch, Lavoadiê cho rằngoxi nguyên tố mang tính chất axit Nội dụng: Theo ơng : Axit = oxi + gốc axit Bazơ chất tác dụng với axit Ví dụ: Axit : SO2, SO3, P2O5 Bazo NaOH Nhận xét: Lavoadie đặt móng học thuyết axit-bazơ Tuy nhiên, khoa học dần phát triển, người ta thấy nhiều kiện thực nghiệm khơng phù hợp với lí thuyết ơng Tại hiđro cháy oxi không tạo axit mà lại tạo nước ? Tại đốt kim loại oxi lại tạo bazơ ? 2.Thuyết hiđro axit-Libic Năm 1838, nghĩa sau kỉ sau Lavoadiê, nhà Hoá học Libic cho đời học thuyết Hidro axit Nguyên nhân axit biết thời chứa nguyên tố hiđro HCl, HNO3, CH3COOH, … người ta lại trở với ý nghĩ cho có nguyên tố đặc biệt mang tính axit ngun tố hiđro Dựa kiện hóa học hữu cơ, nhà hóa học Đức Libic (Von Liebig) (1803 – 1900) cho : khơng phải ngun tử hiđro phân tử mang tính axit mà nguyên tử hiđro thay kim loại mang tính axit Nội dung: Axit hợp chất có nguyên tử H bị kim loại Bazơ chất có khả phản ứng với axit Ví dụ: Axit HNO3, H2SO4,CH3COOH,… Bazơ NaOH Nhận xét: So với Loavadie tiến học thuyết axit-bazo Tuy nhiên, nhiều hợp chất axit khơng chứa ngun tử H Libic chưa giải 3.Thuyết axit - bazơ Arêniuyts (còn gọi thuyết axit - bazơ cổ điển) (S Arrhénius 1859 – 1927), nhà vật lí học Thụy Điển, giải thưởng Nobel 1903) Năm 1894, dựa khảo sát thực nghiệm chất điện li, ông xây dựng học thuyết axit-bazo gần gũi với quan điểm đại Nhờ thuyết Arêniuyts, nhiều tính chất axit – bazơ trở nên đơn giản, rõ ràng lần tìm quan hệ định lượng xác định lực axit – bazơ vừa nêu trên, biết nhiệt trung hồ axit mạnh bazơ mạnh gần số (vì phản ứng trung hoà thực chất phản ứng kết hợp ion H+ OH-) Nội dung: Axit chất có khả tạo H+ Bazơ chất tạo ion OH- HnX → nH+ + X+ M(OH)m → Mm+ + mHOVí dụ: HCl → H+ + ClCa(OH)2 → Ca2+ + 2HOAxit: HCl, HNO3, H2SO4, SO3, P2O5,… Bazo: NaOH, KOH, Na2O, K2O, CaO,… Đánh giá: *Ưu điểm: Học thuyết Arenius lần đề cập đến ion H+ OH- Các vấn đề khác thuỷ phân muối, dung dịch đệm, điện li nước, lí thuyết pH dung dịch v.v… giải cách thoả đáng - Phân loại thành hợp chất axit, bazơ - Giải thích chất phản ứng trung hòa: H+ + HO- → H2O - Giải thích khả xúc tác: tính xúc tác tăng [H+ ]tăng - Thao tác đơn giản, dễ viết * Nhược điểm: - Nhưng thuyết bị giới hạn chỗ giải thích tính axit-bazơ hidro axit hidroxit; khơng nói lên vai trị dung mơi Các oxit bazo không tan bazo kết tủa chưa đề cập rõ ràng - Khơng giải thích tính axit, bazơ số hợp chất NH3, AlCl3, xà phịng - Khơng giải thích cho hợp chất lúc axit lúc khác bazơ 4.Thuyết axit-bazơ Bronsted Lowry: Năm 1923, định nghĩa tổng quát đề nghị nhà hóa học Ðan MạchJonhannes K.Bronsted nhà hóa học người Anh-Thomas Lowry Nội dung:Theo thuyết này: *Axit chất (phân tử trung hịa,ion) có khả cho proton Ví dụ: Những anion CH3COO-, SO42- : bazơ liên hợp * Bazơ chất (phân tử trung hịa, ion) có khả nhận proton Ví dụ Những cation NH4+, H3N+-N+H3, CH3OH axit liên hợp Qua ta thấy nước nhiều chất khác có chức nhóm hydroxyl tùy theo chất tác dụng với mà thể tính axit hay bazơ Theo Bronsted, axit mạnh phải có bazơ liên hợp yếu ngược lại, bazơ mạnh phải có axit liên hợp yếu Thuyết khắc phục nhược điểm thuyết Arhenius có nhiều ưu điểm * Ứng dụng thuyết axit-bazơ - Giải thích chế phản ứng hữu phản ứng loại nước, ankyl hóa, cracking, đồng phân hóa, trùng hợp hóa, - Dự đoán chiều phản ứng số phản ứng hữu - Giải thích số phản ứng hydrocacbon - Các oxit bazo ba zơ CuO, FeO, Fe2O3,… Trung tính gồm ion kim loại mạnh Na+, K+, Ca2+,… Ion gốc axit mạnh Cl-, NO3-, SO42-,… Đánh giá: Thuyết axit – bazơ Bronsted Lowry bao hàm thuyết axit-bazơ Arrhenius, mở rộng cho dung môi khác nước cho phản ứng xảy trạng thái khí Chương trình Hố học 11 ban nâng cao học sinh nghiênn cứu kĩ học thuyết 5.Thuyết axit-bazơ Lewis: Cùng năm 1923, thuyết tổng quát axit – bazơ G.N.Lewis đưa Nội dung: Theo thuyết Lewis: * Axit hợp chất ion, nguyên tử hay phân tử có khả kết hợp với đôi điện tử tự bazơ Các axit theo Liwis có: - Proton H+ + :NH3 → NH4+ H+ + CH2 = CH2 → CH3 - +CH2 - Các cation Li+ + CH3OH → CH – O+Li – H Ag+ + 2NH3 → [H3N:Ag:NH3] Tính axit cation tăng : + Điện tích dương cation tăng: Fe+2 < Fe+3 + Điện tích hạt nhân cation tăng: Li+ < Be+2 < B+3 + Bán kính ion giảm: K+ < Na+ < Li+ + Số lớp electron cation giảm Các liên kết bao quanh cation liên kết cộng hóa trị mà đa số liên kết ion-ion, ion-lưỡng cực Các nhóm bao quanh cation gọi Ligan Các hợp chất có nguyên tử trung tâm có lớp điện tử ngồi chưa đầy đủ, cịn chứa quỹ đạo trống BF3, AlCl3, hợp chất có khả tác dụng với đơi điện tử bazơ để tạo lớp điện tử đủ 8e-: AlCl3 + Cl- → AlCl 4 Trường hợp tính axit tăng khi: + Điện tích hạt nhân nguyên tử trung tâm tăng (áp dụng cho nguyên tử nhóm) + Độ âm điện nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm tăng + Bán kính nguyên tử trung tâm giảm + Số lớp điện tử xung quanh nguyên tử trung tâm giảm Các ngun tử có điện tử lớp ngồi ví dụ oxy, lưu huỳnh, nguyên tố tương tác với bazơ để tạo lớp ngồi đủ 8e- - Các hợp chất có nối kép bị phân cực - Các hợp chất mà lớp điện tử nguyên tử trung tâm mở rộng nguyên tử silic có quỹ đạo d cịn trống mở rộng lớp điện tử: * Bazơ anion hay phân tử, kể olefin hay hydrocacbon thơm có khả cho đơi điện tử khơng chia Trong phản ứng axit bazơ nói ta thấy, axit vào chỗ nhiều điện tử bazơ nên gọi tác nhân electrophyl Ngược lại, bazơ vào chỗ trống electron axit nên gọi tác nhân nucleophyl Tuy vậy, thuyết Lewis cịn nhược điểm khơng giải thích axit loại hydroaxit Nếu vận dụng theo khái niệm Lewis phản ứng: Cl – H + :NH3 → Cl:H:NH3 Nguyên tử hydro phải có hóa trị hai, điều mâu thuẫn với lý thuyết cấu tạo chất Ví dụ 1: H+ + NH3 → [H3N :→H]+ Trong phản ứng NH3 bazơ chất cho đơi electron, H+ axit chất nhận đôi elcetron Giá trị thuyết Lewis axit-bazơ chỗ giải thích phản ứng axit – bazơ theo quan điểm Bronsted Lowry, cịn giải thích số phản ứng axit – bazơ mà thuyết Bronsted Lowry khơng giải thích Ví dụ 2: Al3+ + 6H2O → [Al(H2O)6]3+ Al3+ chất nhận electron từ nguyên tử oxi nước axit nước bazơ Rộng phản ứng oxit axit nước, theo thuyết Lewis phản ứng axit – bazơ, oxit axit chất nhận đôi electron nên axit, nước chất cho đôi electron nên bazơ Đánh giá: Từ nội dung trên, ta thấy định nghĩa axit – bazơ Lewis bao hàm định nghĩa Bronsted Lowry Chương trình Hố học 11 ban chun, học sinh nghiên cứu kĩ học thuyết 6-Thuyết Ingold Robinson:(1932) - Chất electrophil (nhận cặp e) Ví dụ BF3 - Chất nucleophil (cho cặp e) Ví dụ NH3 7- Thuyết Lux-Flood(1939) - Chất nhận ion oxide , ví dụ SiO2 - Chất cho ion oxide , ví dụ CaO Học thuyết có nhiều ứng dụng cơng nghệ silicat, nhiên nhiều xa lạ với kiến thức học sinh THPT 8- Thuyết Usanovich(1939) - Chất nhận electron axit, ví dụ Cl2 - Chất cho electron bazo, ví dụ Na Học thuyết khó phân biệt axit-bazo phạm trú oxihoa-khử Tuy nhiên , có nhiều ứng dụng công nghiệp luyện kim 9-Thuyết hệ dung môi:1950 Nhiều dung môi lỏng tự điện ly mức độ định + S ⇄ C + A Phản ứng trung hòa: - + - C : acid; A : base + - C + A ⇄ S Axit : Chất làm tăng cation dung môi Bazo: Chất làm tăng anion dung môi + - + - Ví dụ 1: 2BrF3 ⇌BrF2 + BrF4 Hoặc BrF3 ⇌BrF2 + F - Trong đó, Bazo BrF4 , axit BrF2 + Ví dụ 2: SbF5 IF5 lỏng Ta có cân dung mơi: IF5⇌IF4+ + F - SbF5 + F- →SbF6Vậy SbF5 làm giảm ion âm ( đồng nghĩa với tăng ion dương nên SbF5 axit Ví dụ 3: KF IF5 lỏng Ta có cân dung mơi: IF5⇌IF4+ + F - Và KF→K+ + F- Vậy KF làm tăng F- nên bazo Học thuyết có nhiều nội dung tiến bộ, giải nhiều vấn đề axit-bazo xét dung môi khác nhau, không dung môi H2O 10-Thuyết obitan biên:1960 Axit: LUMO chất nhận Bazo: HOMO chất cho Ví dụ : Phản ứng Trifluorua bor amoniac: BF3 + NH3 → F3B-NH3 BF3 phân tử thiếu electron, xung quanh nguyên tử Bo có electron, phản ứng với NH3, nguyên tử Bo đạt cấu electron BF3 axit, NH3 bazo Đánh giá: Đây học thuyết có tính khái qt cao, nghiên ứu sâu rộng địi hỏi người nghiên cứu phải có hiểu biết định hố học đại cương Có thể nói tính kế thừa học thuyết sau, học thuyết trước trường hợp riêng học thuyết sau: Arrhenius < Bronsted-Lowry