Xây dựng hệ thống lý thuyết và bài tập phần cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA HỒNG MINH NHỰT Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Đà Nẵng -2014 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Sinh viên thực : Hoàng Minh Nhựt Lớp : 10SHH Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Lan Anh Đà Nẵng -2014 MỤC LỤC Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Sư phạm Khoa Hóa Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hoàng Minh Nhựt Hiện học lớp: 10SHH Tên đề tài khóa luận “Xây dựng hệ thống lý thuyết tập phần cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông” Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị - Giáo trình Đại học học phần Cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học, Hóa đại cương, Đại cương kim loại - Đề thi học sinh giỏi mơn Hóa học cấp thành phố cấp quốc gia Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sở lí luận thực tiễn vấn đề học sinh giỏi, tầm quan trọng việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trường trung học phổ thông - Xây dựng hệ thống lý thuyết chuyên đề: Cấu tạo nguyên tử, Hệ thống tuần hồn ngun tố hóa học, Hóa học phóng xạ, Liên kết hóa học - Xây dựng hệ thống phân dạng tập có lời giải, hệ thống tập tự giải, hệ thống đề kiểm tra chuyên đề dựa tảng lý thuyết xây dựng Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thị Lan Anh Ngày giao đề tài: 15/1/2014 Ngày hoàn thành đề tài: 20/5/2014 Chủ nhiệm khoa PGS.TS Lê Tự Hải Giáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Thị Lan Anh Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho khoa ngày … tháng … năm 2014 Kết điểm đánh giá Ngày … tháng … năm 2014 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt thầy khoa Hóa học trường với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Và em xin chân thành cám ơn cô Nguyễn Thị Lan Anh nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn em hoàn thành luận văn Do hạn chế thời gaian trình độ lý luận, kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy, Cơ để em học thêm nhiều kinh nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2014 Sinh viên Hoàng Minh Nhựt MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích đề tài Đối tượng nghiên cứu Nhiệm vụ đề tài Giả thiết khoa học Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Những đóng góp đề tài PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở lí luận 1.1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi Hố học bậc trung học phổ thơng 1.1.1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nước 1.1.1.2 Những lực phẩm chất học sinh giỏi Hoá học 1.1.1.3 Một số biện pháp phát bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học 1.1.2 Đặc trưng dạy học hoá học bậc học nói chung bậc phổ thơng nói riêng 1.1.2.1 Hóa học gắn liền với thực nghiệm 1.1.2.2 Cơ sở lý thuyết vững vàng 1.1.2.3 Gắn liền với vấn đề công nghệ, mơi trường, kinh tế xã hội, phịng chống AIDS 1.1.2.4 Sự vi tính hoá 1.1.2.5 Phương pháp khoa học 1.1.3 Bài tập hoá học 1.1.3.1 Vai trị, mục đích tập hố học 1.1.3.2 Phân loại tập hoá học 1.1.3.3 Tác dụng tập hố học việc dạy học nói chung việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học nói riêng 1.2 Cơ sở thực tiễn - Nội dung kiến thức hoá học thường đề cập kỳ thi học sinh giỏi quốc gia 1.2 Nội dung chương trình thi học sinh giỏi THPT mơn hóa học 1.2 Các dạng tập 14 a Bài tập lý thuyết 14 b Bài tập định lượng 15 1.2.3 Cách thức đề 15 a Nội dung đề thi 15 b Hình thức đề thi 16 1.3 Tầm quan trọng phần “Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học” bồi dưỡng học sinh giỏi THPT 16 CHƯƠNG HỆ THỐNG LÍ THUYẾT CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ HỌC SINH CHUYÊN HÓA HỌC 17 2.1 Chuyên đề 1: Cấu tạo nguyên tử 17 2.1.1 Thành phần cấu tạo nguyên tử 17 2.1.2 Kích thước, khối lượng nguyên tử 17 2.1.3 Hạt nhân nguyên tử 18 2.1.4 Nguyên tố hóa học 18 2.1.5 Đồng vị 18 2.1.5.1 Định nghĩa 18 2.1.5.2 Thang khối lượng nguyên tử tương đối, khối lượng ngun tử trung bình ngun tố hóa học 18 2.1.6 Cấu tạo vỏ nguyên tử 19 2.1.6.1 Những sở thực nghiệm cho biết xếp electron nguyên tử 19 2.1.6.2 Chuyển động electron nguyên tử Obitan nguyên tử 20 2.1.6.3 Sự xếp electron nguyên tử 23 2.1.6.4 Đặc điểm lớp electron 25 2.2 Chuyên đề 2: Bảng hệ thống tuần hồn ngun tố hóa học – Định luật tuần hoàn 25 2.2.1 Nguyên tắc xếp nguyên tố hóa học 26 2.2.2 Cấu tạo bảng tuần hồn ngun tố hóa học 26 2.2.2.1 Ô nguyên tố 26 2.2.2.2 Chu kì 26 2.2.2.3 Nhóm 26 2.2.3 Sự biến đổi tuần hồn cấu hình electron ngun tử nguyên tố hóa học 27 2.2.3.1 Cấu hình electron ngun tử ngun tố nhóm A 27 2.2.3.2 Cấu hình electron nguyên tử nguyên tố nhóm B 27 2.2.4 Những đại lượng tính chất biến đổi tuần hồn theo chiều tăng điện tích hạt nhân 28 2.2.4.1 Bán kính nguyên tử 28 2.2.4.2 Năng lượng ion hóa (I) 28 2.2.4.3 Ái lực electron (E) 29 2.2.4.4 Độ âm điện (  ) 29 2.2.4.5 Tính kim loại, tính phi kim 29 2.2.5 Sự biến đổi tính axit – bazơ oxit hiđroxit 29 2.2.6 Hợp chất với hiđro 29 2.1.3 Chuyên đề 3: Hóa học phóng xạ 30 2.3.1 Sơ lược hạt nhân 30 2.3.2 Hiện tượng phóng xạ 30 2.3.2.1 Hiện tương phóng xạ tự nhiên 30 2.3.2.2 Sự phóng xạ nhân tạo Điều chế đồng vị phóng xạ nhân tạo 32 2.3.3 Phản ứng hạt nhân 32 2.3.3.1 Phản ứng hạt nhân 32 2.3.3.2 Phản ứng phân chia hạt nhân (phản ứng phân hạch hạt nhân) 33 2.3.3.3 Phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch) 33 2.4 Chuyên đề 4: Liên kết hóa học 33 2.4.1 Tổng quan liên kết hóa học 33 2.4.1.1 Phân tử liên kết hóa học 33 2.4.1.2 Các khuynh hướng hình thành liên kết hóa học 34 2.4.2 Liên kết ion 35 2.4.2.1 Khái niệm ion 35 2.4.2.2 Sự tạo thành liên kết ion 36 2.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tạo thành liên kết ion 37 2.4.2.4 Hoá trị nguyên tố hợp chất ion 38 2.4.3 Liên kết cộng hóa trị 38 2.4.3.1 Lý thuyết phi học lượng tử ( Thuyết electron hóa trị Lewis - Langmuir) 38 2.4.4 Liên kết kim loại 54 2.4.4.1 Định nghĩa 54 2.4.4.2 Một số kiểu mạng tinh thể kim loại 54 2.4.4.3 Ảnh hưởng liên kết kim loại đến tính chất vật lý kim loại 55 2.4.4.4 Độ đặc khít mạng tinh thể, khối lượng riêng kim loại 55 2.4.5 Liên kết hyđro 57 2.4.5.1 Khái niệm 57 2.4.5.2 Bản chất lực liên kết hyđro 57 2.4.5.3 Điều kiện hình thành liên kết hyđro 57 2.4.5.4 Ảnh hưởng liên kết hyđro đến tính chất vật lý chất 58 2.4.6 Liên kết Vanđecvan (liên kết phân tử) 59 2.4.6.1 Định nghĩa 59 2.4.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới lực liên kết Vanđecvan 59 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÁC CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC DÙNG ĐỂ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC 61 3.1 Chuyên đề 1: Cấu tạo nguyên tử 61 3.1.1 Dạng 1: Xác định khối lượng, bán kính nguyên tử 61 3.1.2 Dạng 2: Các dạng tập liên quan đến hạt tạo thành nguyên tử 63 3.1.3 Dạng 3: Bài tập số khối, đồng vị nguyên tử khối trung bình 67 3.1.4 Dạng 4: Bài tập cấu hình electron số lượng tử 69 3.1.5 Dạng 5: Bài tập tổng hợp 72 3.2 Chuyên đề 2: Bảng hệ thống tuần hoàn nguyên tố hóa học – Định luật tuần hồn 79 3.2.1 Dạng 1: Mối liên hệ vị trí ngun tố tính chất hóa học 79 3.2.2 Dạng 2: Xác định công thức phân tử hợp chất 83 3.2.3 Dạng 3: So sánh tính chất hóa học nguyên tố 87 3.2.4 Dạng 4: Xác định nguyên tố thuộc nhóm A liên tiếp chu kì liên tiếp HTTH 91 3.2.5 Dạng 5: Bài tập liên quan đến lượng ion hóa 94 3.3 Chuyên đề 3: Hóa học phóng xạ 98 3.3.1 Dạng 1: Phương trình phản ứng hạt nhân 98 3.3.2 Dạng 2: Xác định đại lượng phóng xạ 99 3.3.3 Dạng 3: Xác định chu kì bán rã 104 3.3.4 Dạng 4: Tính tuổi vật 106 3.3.5 Dạng 5: Bài tập tổng hợp 108 3.4 Chuyên đề 4: Phân tử liên kết 112 3.4.1 Dạng 1: Xác định loại liên kết độ phân cực liên kết 112 3.4.2 Dạng 2: Viết CTCT, giải thích dạng hình học phân tử, tính chất phân tử tương tự 115 3.4.3 Dạng 3: Xác định hóa trị số oxi hóa nguyên tố hợp chất hóa học 121 3.4.4 Dạng 4: Viết công thức electron công thức cấu tạo phân tử ion 125 3.4.5 Dạng 5: Tính hiệu ứng nhiệt, lượng liên kết trung bình 130 3.5 Chuyên đề 5: Tinh thể phân tử 135 3.5.1 Dạng 1: Dựa vào cấu trúc mạng tinh thể để giải thích tính chất phân tử 135 3.5.2 Dạng 2: Xác định khối lượng riêng, số phối trí, độ đặc khít cấu trúc mạng 138 3.5.3 Dạng 3: Xác định bán kính, cạnh hình khoảng cách ngắn hai tâm hai nguyên tử mạng tinh thể 142 3.5.4 Dạng 4: Xác định trị số Avogadro Tính thành phần phần trăm thể tích khơng gian trống mạng tinh thể 144 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO 150 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong năm gần đây, trước nghiệp đổi toàn diện đất nước, giáo dục nước nhà đóng vai trị chức cỗ máy nhằm hoạt động “ nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực , bồi dưỡng nhân tài ” để hoàn thành tốt cơng cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước, đưa nước ta tiến kịp hội nhập với nước khu vực nói riêng tồn cầu nói chung Kết bước đầu khẳng định số lượng học sinh đạt giải quốc gia quốc tế nước ta ngày tăng nhanh Đặc biệt kết tham dự cáccuộc 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 Olympiad 35th-2003 Hy Lạp đạt huy chương vàng ba huy chương đồng, Olympiad 36th -2004 CHLB Đức đạt ba huy chương bạc huy chương đồng, Olympiad 37th- 2005 Đài Loan đạt ba huy chương vàng huy chương bạc Từ thực tế đặt cho nghành giáo dục đào tạo có nhiệm vụ đào tạo tồn 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 Đó nhiệm vụ cấp thiết việc bồi dưỡng học sinh giỏi tuyển chọn em có khiếu thực môn lớp chuyên trung tâm giáo dục chất lượng cao Xuất phát từ thực trạng dạy học lớp chuyên Hóa học việc bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học cịn gặp số khó khăn phổ biến: - Giáo viên chưa mở rộng kiến thức Hóa học phù hợp với học sinh chuyên hóa học sinh giỏi Hóa học Nghiên cứu chương trình thi Olympic quốc gia đặc biệt quốc tế cho thấy khoảng cách kiến thức nội dung chương trình thi Olympic xa Để rút ngắn khoảng cách cần trang bị cho em số kiến thức Hóa học ngang tầm với chương trình đại học nước ta mức độ vận dụng - Vì chưa chuẩn bị tốt hệ thống lý thuyết nên chưa xây dựng hệ thống tập nâng cao chuyên sâu phù hợp với khiếu tư em ... tài: ? ?Xây dựng hệ thống lý thuyết tập phần cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông? ?? nhằm bồi dưỡng học sinhgiỏi học sinh chuyên Hóa học nắm vững phần. .. trọng phần ? ?Cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học? ?? bồi dưỡng học sinh giỏi THPT 16 CHƯƠNG HỆ THỐNG LÍ THUYẾT CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VÀ HỌC SINH. ..ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT HÓA HỌC DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THPT KHÓA LUẬN TỐT