Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học thông qua dạy học phần điện hóa học ở trường trung học phổ thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM THỊ CHIÊN BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC THƠNG QUA DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN HĨA HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM HÓA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM THỊ CHIÊN BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HĨA HỌC THƠNG QUA DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN HÓA HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HĨA HỌC Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học mơn Hóa học Mã số: 60 14 01 11 Cán hướng dẫn: GS.TS Lâm Ngọc Thiềm Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn GS.TS Lâm Ngọc Thiềm, người giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em nghiên cứu hoàn thành luận văn Em chân thành cảm ơn thầy, cô Trường Đại Học Giáo Dục - ĐHQG Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để học viên chúng em hồn thành khố học luận văn Em xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo giảng dạy lớp Cao học khóa chuyên ngành lý luận phương pháp giảng dạy Hóa học truyền cho em nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu Xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo tổ Hóa học, em học sinh đội tuyển HSG trường THPT chuyên Trần Phú (Hải Phòng), trường THPT Thái Phiên (Hải Phịng) tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trình thực nghiệm sư phạm Cảm ơn anh chị bạn đồng nghiệp giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho luận văn hồn thành tiến độ có nội dung sâu sắc Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Học viên Phạm Thị Chiên DANH MỤC VIẾT TẮT BDHSG HH : Bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học BTHH : Bài tập Hóa học CTPT : Cơng thức phân tử ĐC : Đối chứng GS TS : Giáo sư, tiến sĩ HS : Học sinh HSG : Học sinh giỏi HTLT : Hệ thống lý thuyết KLPT : Khối lượng phân tử KTĐG : Kiểm tra đánh giá PPDH : Phương pháp dạy học PTHH : Phương trình hóa học THPT : Trung học phổ thơng PƯ : Phản ứng PƯOK : Phản ứng oxi hóa - khử TN : Thực nghiệm TNSP : Thực nghiệm sư phạm Lời cảm ơn Danh mục viết tắt Mục lục Danh mục bảng Danh mục đồ thị………………………………………….………………….vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Các luận án tiến sĩ 1.1.2 Các luận văn thạc sĩ 1.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi với việc đào tạo nhân tài cho đất nước 1.2.1 Chính sách Đảng, Nhà nước ngành giáo dục 1.2.2 Đào tạo nhân tài cho đất nước - Trách nhiệm lợi ích quốc gia 1.3 Tổng quan vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT 1.3.1 Quan niệm học sinh giỏi 1.3.2 Mục tiêu việc bồi dưỡng HSG 1.3.3 Những phẩm chất lực quan trọng HSGHH 1.3.4 Một số biện pháp phát HSG hóa học bậc THPT 1.3.5 Một số biện pháp bồi dưỡng HSG hóa học bậc THPT 1.3.6 Những lực cần thiết GV dạy bồi dưỡng HSG hóa học 1.3.7 Những kĩ cần thiết giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học 12 1.4 Bài tập hóa học 1.4.1 Khái niệm tập hoá học 1.4.2 Phân loại tập hóa học 1.4.3 Tác dụng tập hóa học 1.4.4 Sử dụng tập hóa học nhằm phát bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học 1.5 Một số phương pháp dạy học sử dụng để bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học 1.5.1 Phương pháp vấn đáp 17 1.5.2 Phương pháp đặt giải vấn đề 17 1.5.3 Phương pháp hoạt động nhóm 18 1.5.4 Phương pháp động não 19 1.6 Xác định vùng kiến thức hóa lí chương trình bồi dưỡng HSG hóa học THPT 20 1.7 Thực trạng việc bồi dưỡng HSG hóa học trường THPT 20 1.7.1 Điều tra, tham khảo ý kiến công tác bồi dưỡng HSG trường THPT 1.7.2 Thuận lợi khó khăn 21 Tiểu kết chương 24 CHƯƠNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HĨA HỌC THƠNG QUA DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN HĨA HỌC Ở TRƯỜNG THPT 25 2.1 Nội dung bồi dưỡng học sinh giỏi phần điên hóa học 25 2.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi thơng qua dạy học phần điện hóa học 27 2.2.1 Chuyên đề phản ứng oxi hóa khử 27 2.2.2 Chuyên đề pin điện hóa 50 2.2.4 Chuyên đề điện phân 73 Tiểu kết chương 92 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 93 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 93 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 93 3.3 Chọn đối tượng địa bàn thực nghiệm sư phạm 93 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 94 3.4.1 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 94 3.4.2 Tiến hành kiểm tra xử lý kết thực nghiệm 95 3.4.2 Phương pháp xử lý, phân tích kết thực nghiệm 95 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm đánh giá 97 3.5.1 Xử lý kết thực nghiệm sư phạm 97 Tiểu kết chương 102 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHUYẾN NGHỊ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC 107 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Kết điều tra giáo viên thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT Bảng 3.1 Các chuyên đề dạy thực nghiệm Bảng 3.2 Kết kiểm tra trước thực nghiệm Bảng 3.3 Kết kiểm tra sau thực nghiệm Bảng 3.4 Phần trăm HS đạt điểm giỏi, trung bình, yếu Bảng 3.5 Giá trị tham số đặc trưng kiểm tra Bảng 3.6 Bảng thống kê Tkđ Bảng 3.7 Phần trăm HS đạt điểm Xi trở xuống DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1 Phân loại học sinh theo kết điểm kiểm tra lần Đồ thị 3.2 Phân loại học sinh theo kết điểm kiểm tra lần Đồ thị 3.3 Đường luỹ tích so sánh kết kiểm tra lần Đồ thị 3.4 Đường luỹ tích so sánh kết kiểm tra lần MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi công tác mũi nhọn việc nâng cao dân trí, đào tạo nguồn lực, bồi dưỡng nhân tài cho nhà trường nói riêng, cho địa phương nói chung Bồi dưỡng HSG cơng việc khó khăn lâu dài, địi hỏi nhiều cơng sức thầy trị Tại đại hội Đảng toàn quốc lần VIII IX Đảng ta xác định nhấn mạnh: “Giáo dục quốc sách hàng đầu động lực quan trọng tạo chuyển biến toàn diện phát triển giáo dục đào tạo” Xuất phát từ quan điểm đạo Đảng giáo dục - đào tạo, thực chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn nay, ngành giáo dục tích cực bước đổi nội dung chương trình, đổi phương pháp dạy học, đổi công tác quản lý giáo dục nâng cao chất lượng quản lý dạy bồi dưỡng học sinh giỏi nhằm nâng cao chất lượng giáo dục đào tạo, nhằm hoàn thành mục tiêu: “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài” Bước đầu mục tiêu khẳng định số lượng học sinh đạt giải quốc gia quốc tế nước ta ngày tăng nhanh Đặc biệt kết tham dự kì thi Olympic Hóa học quốc tế đội tuyển học sinh giỏi nước ta nhiều năm gần ghi nhận nhiều thành tích tự hào khích lệ Từ thực tế đặt cho ngành giáo dục đào tạo khơng có nhiệm vụ đào tạo toàn diện cho hệ trẻ mà phải có chức phát hiện, bồi dưỡng tri thức khiếu cho học sinh nhằm đào tạo em trở thành nhà khoa học mũi nhọn lĩnh vực Đây nhiệm vụ cấp thiết việc bồi dưỡng học sinh giỏi tuyển chọn em có khiếu thực môn Thực tế cho thấy năm qua việc dạy học lớp chuyên Hoá học việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học trường THPT có khó khăn thuận lợi định Bên cạnh thuận lợi sở vật chất kĩ thuật tăng cường, quy mô giáo dục mở rộng, ngân sách đầu tư cho giáo dục nhiều có số khó khăn như: tài liệu dùng cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi cịn hạn chế, chưa có hệ thống tập chuyên sâu, nội dung giảng 10 120 Phụ lục ĐỀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM SỐ Thời gian 45 phút (Sau học chuyên đề 1, 2) A Ma trận kiểm tra Mức độ Nội dung Phản ứng oxi hóa – khử Số câu Số điểm Thế điện cực chuẩn pin điện Số câu Số điểm Các yếu tố ảnh hưởng đến điện cực Số câu Số điểm 121 B Đề kiểm tra I Trắc nghiệm khách quan Câu Cho q trình oxi hóa khử sau nhận xét tương ứng, cho biết nhận xét đúng: MnO → Mn 2+ 3) CH3-CHO → CH3COOH A Q trình (1) (2) (3) q trình oxi hóa C Quá trình (2) (3) trình khử Câu Trong phản ứng: 3FeS2 + 18HNO3 Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3 + 3H2SO4 + 15NO + 6H2O số mol electron mà FeS2 nhường có 33,6 lít khí NO đktc là: A 1,5 mol B 0,15 mol C 0,45 mol D 4,5 mol Câu Đối với phản ứng: CrCl3 + NaOCl + NaOH→ Na2CrO4 + NaCl + H2O + Cl2, hệ số cân chất oxi hóa, chất khử chất đóng vai trị mơi trường là: A 2, 10 B 3, 10 o C 2, 2+ 2+ D 4, 2+ Câu Cho biết E Mg /Mg = −2,37V; Zn /Zn = −0,76V; Pb /Pb = −0,13V; 2+ Cu /Cu = +0,34V Pin điện hóa có suất điện động chuẩn 1,61V cấu tạo hai cặp oxi hóa - khử A Mg2+/Mg Zn2+/Zn B Zn2+/Zn Pb2+/Pb C Pb2+/Pb Cu2+/Cu D Zn2+/Zn Cu2+/Cu Câu Cho biết: sức điện động chuẩn pin Ni-Pb 0,13V ; sức điện động chuẩn 2+ pin Cd-Ni 0,14V; Thế điện cực chuẩn cặp Pb /Pb -0,13V Vậy điện 2+ 2+ cực chuẩn cặp Ni /Ni Cd /Cd tương ứng : A + 0,00V + 0,14V B - 0,00V - 0,14V C - 0,26V - 0,40V D + 0,26V - 0,40V Câu Cho điện cực chuẩn 250C số cặp oxi hóa – khử: E0Fe / Fe2 0,771 V; E 0Fe / Fe 0,44 V ; E0Cu / Cu 0,34 V Những phản ứng tự xảy ra: (1) Fe + Cu 2+ (3) Fe + 2Fe 122 3+ Fe 2+ 3Fe + Cu 2+ A (2), (3) (4) B (1), (2) (3) C (1), (2), (3) (4) D c h ỉ ( ) v ( ) Câu Cho phản ứng sau: Na + Cl2 SO3 H2SO4 2NaCl + H2O Fe2O3 + 6HNO3 2Fe(NO3)3 + 3H2O H2O + Na2O 2NaOH 2NO2 + 2NaOH NaNO3 + NaNO2 + H2O O2 + 2Cu 2CuO Các phản ứng phản ứng oxi hoá – khử? A 1, 6; B 1, 2, 3; C 2, 3, 6; D 2, 5, 6; Câu Cho hỗn hợp Fe Cu vào dung dịch AgNO3 Sau kết thúc phản ứng thu chất rắn A gồm kim loại dung dịch B chứa hai muối Các chất 123 A B là: A Ag, Cu Fe(NO3)2, Cu(NO3)2 B Ag, Cu Fe(NO3)3, Cu(NO3)2 C 32 32 D 33 Câu Trong trình pin điện hố Zn-Ag hoạt động, ta nhận thấy: A nồng độ ion Zn2+ dung dịch tăng B khối lượng điện cực Zn tăng C nồng độ ion Ag+ dung dịch tăng D khối lượng điện cực Ag giảm Câu 10 Cho biết: E0 pin Zn-Cu 1,10V ; E pin Zn-Pb 0,62 V; Vậy E pin điện hóa Pb-Cu : A + 1,72V II Phần tự luận Câu 1.(3 điểm) Cân phản ứng sau phương pháp ion-electron - a Zn[Hg(SCN)4] + IO3 + Cl b [Cu(NH3) m] Câu 2.(3 điểm)Fe 2+ 2+ - - + CN + OH - [Cu(CN) + + Ag + 3+ E Ag /Ag = 0,80V ; E Fe /Fe a Xác định chiều phản ứng điều kiện chuẩn tính số cân phản ứng 298K b Xác định chiều phản ứng xảy dung dịch Fe + 3+ 0,1M ; Fe 2+ 0,01M Ag 0,001M cho bột Ag vào dung dịch ? B Đáp án thang điểm chấm 2+ I Phần trắc nghiệm: 0,4đ/1 câu Câu Câu B D II Phần tự luận: Câu Câu 1- a Zn[Hg(SCN)4] + 16H2O Zn 2+ + Hg 2+ + 4HC x | IO3 - - Zn[Hg(SCN)4] + 6IO3 + 6Cl + 8H+ b 2[Cu(NH3) m] 2+ + 5CN- + 2OHa Fe 2+ E pin = 0,8 – 0,77 = 0,03V => P b E = E EAg+/Ag = 0,8 + E Fe3+/Fe2+ = 0,77 Do E > nên phản ứng xảy theo chiều : Fe 3+ 124 Phụ lục ĐỀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM SỐ (Sau học hết chuyên đề) A Ma trận đề kiểm tra Mức độ Nội dung Phản ứng oxi hóa – khử Số câu Số điểm Pin điện hóa Số câu Số điểm Sự điện phân Số câu Số điểm B Đề kiểm tra I Trắc nghiệm khách quan Câu Cho phản ứng: Mg + HNO → Mg(NO3)2 + NO + NO2 + H2O Nếu tỉ lệ số mol NO NO2 : 1, tổng hệ số cân HNO3 phương trình hố học A 12 B 50 C 18 D 20 125 Câu Cho phản ứng sau: Fe xOy + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Tổng đại số hệ số chất phương trình phản ứng (các hệ số chất số nguyên tối giản) A 13x - 5y + C 14x - 5y + Câu Cho 3,024 gam kim loại M tan hết dung dịch HNO lỗng, thu 940,8 ml khí NxOy (sản phẩm khử nhất, đktc) có tỉ khối H2 22 Khí NxOy kim loại M là: A NO Mg Câu Hãy cho biết chất (hoặc ion) thiếu phản ứng: 2- 2- - SO3 + … + … SO4 + MnO2 + OH A KMnO4, H2SO4 C MnO4 Câu Cho biêt: E0 pin điện hóa 2Cr + 3Cu 2+ 2Cr 3+ + 3Cu Sức điện động chuẩn (E ) pin A 0,40 V Câu Cho pin điện hóa chuẩn hình thành từ điện cực M điện cực chuẩn hiđro Dùng vôn kế đo sức điện động pin thấy vôn kế giá trị 0,76 V Thế khử 2+ chuẩn cặp M /M phản ứng xảy điện cực M pin hoạt động là: A 0,76 V M M C – 0,76 V M 2+ 2+ + 2e + 2e M Câu Cho: MnO4 MnO2 Thế khử chuẩn nửa phản ứng: MnO4 A 0,28 V Câu Điện phân nóng chảy Al2O3 với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu m kg Al catot 67,2 m (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với hiđro 16 Lấy 2,24 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vơi (dư) thu gam kết tủa Giá trị m 126 A 108,0 2+ + 2+ Câu Cho ion sau Ca , K , Cu , Al 3+, 2+ Zn , NO3 dung dịch nước, ion không bị điện phân là: 2+ + 2+ 3+ A Ca , K , Cu , Al 3+, C Al 2+ Zn , NO3 Câu 10 Điện phân AgNO3, sau thời gian điện phân thấy khối lượng dd điện phân giảm 19,4 gam Cho 20,0 gam bột sắt vào dung dịch sau điện phân thấy thoát khí NO có m gam kết tủa Vậy giá trị m A 18,4 B 17,4 C 16,4 D 15,4 II Phần tự luận Câu 1.(4 điểm) Điện phân có vách ngăn xốp 500 ml dung dịch hỗn hợp HCl 7,8 gam muối clorua kim loại M, anot thấy có khí Cl liên tục, catot lúc đầu có khí H2 bay ra, sau đến kim loại M thoát Sau điện phân thu 2,464 lít khí clo m gam M, đem trộn m ga M với 1,3 gam kim loại R khác cho tác dụng với dung dịch H2SO4 dư thể tích H2 bay nhiều gấp lần so với cho 1,3 gam R tác dụng Biết trộn 1,3 gam kim loại R với lưu huỳnh nung nóng thu chất rắn C cho C phản ứng hết với dung dịch H 2SO4 dư hỗn hợp khí D nặng 0,52 gam có tỉ khối với hiđro 13 a Xác định tên M, R b Tính nồng độ mol dung dịch HCl điện phân Giả sử phản ứng xảy hồn tồn, thể tích dung dịch điện phân xem không đổi Câu (2 điểm) Điện phân 100 ml hỗn hợp dung dịch gồm FeCl 1M , FeCl2 2M , CuCl2 1M HCl 2M với điện cực trơ có màng ngăn xốp cường độ dòng điện 5A 40 phút 50 giây Tính khối lượng chất thu catot? C Đáp án thang điểm chấm I Phần trắc nghiệm: 0,4đ/1 câu Câu Câu B A 127 II Phần tự luận Câu Câu a Phương trình điện phân : 2HCl x 2MCln y => 0,5x => Hỗn hợp m gam M 1,3 gam R + dung dịc Ta có Mặt khác : Do : 1,3 gam R S đem đun nóng : 2R + Hỗn hợp rắn C : z mol R2St b mol R Ta có : Mà : Lại có : => R = 32,5t => (2) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượn Theo : n Fe3+ = 0,1 mol ; n Fe2+ = 0,2 mol ; n Cu n HCl = 0,2 mol Sắp xếp tính oxi hóa ion theo ch Fe 2+ + < H < Cu 2+ < Fe 3+ → Thứ tự bị điện phân catot (-) : 128 Cu 2+ + 2e → Cu (2) 0,1 → 0,2→ 0,1 + o H + 1e → H (3) 0,2→ 0,2 2+ Fe + 2e → Fe (4) Theo công thức Faraday số mol e trao đổi hai điện cực : n = It/96500 = 5.9650/96500 = 0,5 mol Vì số mol e trao đổi 0,5 mol → Khơng có phản ứng (4) , kim loại thu phản ứng (2) → Khối lượng kim loại thu catot : 0,1.64 = 6,4 gam 129 1đ ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM THỊ CHIÊN BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC THƠNG QUA DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN HĨA HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC... thuyết tập hóa học phần điện để bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học trường THPT - Sử dụng phương pháp dạy học để nâng cao hiệu bồi dưỡng học sinh giỏi phần điện hóa học Giả thuyết khoa học Nếu giáo... dung bồi dưỡng học sinh giỏi phần điên hóa học 25 2.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi thông qua dạy học phần điện hóa học 27 2.2.1 Chuyên đề phản ứng oxi hóa khử 27 2.2.2 Chuyên đề pin điện