Dựa vào lý luận và nguyên tắc xây dựng, quy trình thiết kế tình huống đã trình bày, chúng tôi đã thiết kế 32 tình huống trong dạy học chương Nitơ cụ thể như sau:
Bảng 2.2. Các tình huống dạy học chương Nitơ
STT Tình huống Bài học
01 Tính trơ của nitơ
Bài Nitơ 02 Nghịch lý mang tên Nitơ
03 Nitơ – kẻ thù của thợ lặn 04 Nitơ với đời sống con người 05 Hợp chất khí với Hidro
06 Tính chất hóa học cơ bản của amoniac
Bài amoniac và muối amoni 07 Bánh bao 08 Sông, hồ nhiễm bẩn 09 Thu khí NH3 10 Muối amoni 11 Vết gỉ trên khung xe đạp 12 Nhận biết dung dịch (NH4)2SO4 13 Xử lý nước rác
14 Mưa axit Bài axit nitric và
muối nitrat 15 Màu vàng của dung dịch HNO3
16 Tính chất hóa học cơ bản của HNO3 17 An toàn trong phòng thí nghiệm 18 Diêm tiêu
19 Thực phẩm được bảo quản bằng hóa chất 20 Pháo hoa
21 Tác dụng của nitơ trong tự nhiên 22 Nguyên tố Photpho
Bài Photpho 23 Hiện tượng ma trơi
24 Thuốc diệt chuột 25 Điều chế thuốc diêm 26 Sản xuất diêm
27 Axit photphoric (H3PO4) Bài axit
photphoric và muối photphat 28 Men bảo vệ răng
29 Phân lân tự nhiên
30 Bón phân cho đất chua Bài phân bón hóa
học 31 Cách bón phân 32 Lựa chọn đất trồng cây Tình huống 1
“Tính trơ của nitơ”
Nhiều nhà khoa học đã quan sát được tính chất của khí nitơ là không duy trì sự cháy và sự hô hấp, nhờ tính chất này mà khí nitơ được sử dụng khá phổ biến. Ví dụ điển hình như:
Trong bóng đèn sợi đốt bằng vonfam (W) được chứa đầy khí nitơ để làm giảm bớt sự bay hơi của kim loại này. Trong các nhiệt kế cột thuỷ ngân, để đo ở nhiệt độ cao 300o ÷ 500o C thường chứa đầy khí nitơ để tránh thủy ngân bay hơi và bị oxi hoá.
Hình 2.2. Mô hình cấu tạo nguyên tử nitrogen Như vậy theo các em, tính chất trơ của nitơ có lợi hay có hại?
Tình huống 1 là một thực tế mà HS có thể bắt gặp các bóng đèn thắp ở nhà và tự bản thân có thể kiểm chứng trên các báo khoa học, thông tin đại chúng.
Vì trơ, hay đúng với ngôn ngữ hóa học là nitơ kém hoạt động, nên nó không tác dụng được với oxi và hidro ở nhiệt độ thường. Cây cối rất cần nitơ dưới dạng hợp chất dễ tiêu là phân đạm. Nếu nitơ tác dụng dễ dàng với oxi, ta sẽ thu được khí NO. Khí này sẽ tác dụng tiếp với oxi biến thành nâu đỏ NO2 rồi từ đó tạo axit nitric, đây là axit cơ bản để sản xuất ra muối nitrat dùng làm phân bón.
Tình huống 2
“Nghịch lý mang tên Nitơ”
Năm 1772, nhà bác học người Anh Rutherford đã công bố kết quả tìm ra khí nitơ trong không khí mà ông cũng gọi là “không khí hỏng”. Tính chất của nguyên tố này có nhiều chuyện ngược đời là một khí không duy trì sự sống nhưng không có cuộc sống nào lại không có nitơ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.3.Mô hình 3D cấu tạo nitơ Các nhà khoa học gọi nhu cầu tốt và xấu của nitơ hoạt tính là “nghịch lý có tên nitơ”.
Câu hỏi:
1/ Theo em, nhà bác học Rutherford tìm ra nguyên tố nitơ từ thí nghiệm như thế nào ?
2/ Thông qua việc tìm hiểu nguyên tố nitơ, mời các bạn giải thích sự “nghịch lý của nitơ” ?
Tình huống 2 cũng thường đề cập trên báo, tạp chí khoa học và có thể kiểm chứng ngoài thực tế thế. Nhưng để lý giải nó cần tìm thông tin liên quan thông qua tạp chí khoa học, tìm hiểu lịch sử tìm ra các nguyên tố.
Trong luận án tiến sĩ y học công bố năm 1772, Rutherford đã công bố kết quả tìm ra khí nitơ trong không khí mà ông cũng gọi là “không khí hỏng”. Dưới chuông thủy tinh, ông đốt cháy những chất có chứa cacbon và dùng dung dịch kiềm để thu hết khí CO2 tạo thành. Ông nhận xét phần không khí còn lại không cháy được và không thở được.
Thành phần chính của không khí bao gồm khí oxi và khí nitơ, ở dạng tự do nitơ chiếm khoảng 80% thể tích của không khí. Trong phân tử Nitơ có 2 nguyên tử N liên kết với nhau bằng một liên kết ba bền vững, để phá vỡ liên kết này cần một năng lượng rất lớn (khoảng 946kj/mol) .
Vì vậy ở nhiệt độ thường nitơ khá trơ về mặt hóa học, nên mới nói nitơ là một khí “không duy trì sự sống”. Chính nhờ tính trơ của nitơ, mà nó được ứng dụng trong ngành công nghiệp luyện kim, trong bảo tàng, xưởng sản xuất đồ điện và cả trong y học…
Nitơ có trong khoáng vật diêm tiêu (tên gọi chung các muối nitrat của canxi, kali, natri) và nitơ là thành phần của chính protein nên mới nói “không có cuộc sống nào lại không có nitơ”, trong công nghiệp nitơ không được dùng như một khí trơ, mà để điều chế amoniac. Để liên kết được nitơ, con người chỉ thích dùng sức mạnh: nhiệt độ cao áp suất cao trong khi có những con vi sinh vật nhỏ bé không cần nhiệt độ, áp suất cũng lien kết được nitơ, biến thành phân bón phục vụ cây trồng.
Cách đây không lâu, 2 nhà hóa học Nga Volpin và Sur quan sát rằng nitơ tự nhiên dễ dàng hóa hợp với phức chất của nhiều kim loại chuyển tiếp như: titan, vanadi, ….phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường và áp suất thường. Như vậy, các kim loại nói trên có vai trò như những vi sinh vật, điều này hứa hẹn đầy tương lai của khoa học.
Tình huống 3
Ở tình huống 3, thông tin được đề cập trong tính chất của nitơ và tìm thông tin từ kinh nghiệm của các thợ lặn, bài báo chăm sóc sức khỏe. Việc chọn lọc kiến thức để giải thích hiện tượng này là vấn đề đối với học sinh. Nén chất khí càng mạnh thì nó hòa tan trong chất lỏng càng nhiều. Mặc độ hòa tan của nitơ ở trong nước nhỏ đến đâu, nhưng ở trong máu của chúng ta bao giờ cũng chứa nitơ hòa tan cùng với một số khí khác. Độ hòa tan của nitơ trong máu thay đổi tùy theo sự thay đổi của áp suất khí quyển, nhưng trong điều kiện bình thường, phạm vi của sự thay đổi đó rất nhỏ, không ảnh hưởng gì đến cảm giác của chúng ta. Những người lặn sâu thì không khí họ hô hấp càng bị nén mạnh. Chính sự tăng nồng độ nitơ trong máu gây ra trạng
“Nitơ – kẻ thù của thợ lặn”
Những người thợ lặn có kinh nghiệm không cần phải nhìn vào thước đo chiều sâu mà vẫn có thể đo được mình đã lặn sâu bao nhiêu. Anh ta có thể ước lượng chiều sâu căn cứ vào cảm giác của mình, khi những người thợ lặn, lặn xuống một độ sâu khá lớn thì họ cảm thấy tinh thần bàng hoàng, cử chỉ mất tự nhiên tựa như người say rượu.
Hình 2.4.Thợ lặn dùng bình thở có chứa nitơ
Trạng thái đó gọi là “say nitơ", bởi vì thủ phạm chính là nitơ. Câu hỏi:
1/ Nguyên nhân của sự “say nitơ” là gì?
2/ Theo em để tránh hiện tượng “say nitơ” và lặn được sâu, người thợ lặn phải làm gì?
thái say nitơ, nhưng lúc ấy, ở trong cơ thể con người không gây ra sự biến đổi hóa học nào cả. Nitơ thừa trong máu có thể thoát ra theo hai cách: qua mặt phổi hoặc ngay trong máu dưới dạng những bong bóng nhỏ. Những bong bóng này dưới sự tuần hoàn của máu kéo theo trong các mao quản, có thể làm tắt mao quản và bấy giờ làm cho người ta chết. Muốn tránh sự uy hiếp đó, khi hoàn thành nhiệm vụ, người thợ lặn phải ngoi lên từ từ để cho nitơ hòa tan ở trong máu có thể thoát ra ngoài mặt phổi.
Khi bơm từ trên mặt đất vào trong mũi người thợ lặn một hỗn hợp hô hấp nhân tạo, trong hỗn hợp này nitơ được thay bằng heli, thì trạng thái say nitơ của người thợ lặn sẽ tiêu tan. Ngày nay khi trục những tàu bể đắm ở biển khơi, do thay không khí bằng hỗn hợp hô hấp nhân tạo, tức là hỗn hợp oxi với khí trơ heli, nên những người thợ lặn đã được những kỉ lục cao nhất về lặn sâu.
Tình huống 4
“Nitơ với đời sống con người”
Một bé trai 8 ngày tuổi tím tái toàn thân vì suy hô hấp, được đưa đến Bệnh viện Nhi đồng 1 Tp. Hồ Chí Minh. Bác sĩ chuẩn đoán bị nhiễm trùng huyết và dùng máy thở khí NO (một loại hỗn hợp oxit của Nitơ).
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.5.Hệ thống máy cung cấp khí NO hỗn hợp (NO + N2)
Sau 4 ngày điều trị, tình trạng hô hấp của bé cải thiện dần và cơ thể hồng hào trở lại.
Câu hỏi:
1/ Hãy nêu biện pháp tăng cường khí NO hiệu quả, vào cơ thể ? 2/ Hãy nêu thêm vài ứng dụng và phương pháp sản xuất nitơ?
Tình huống này thường được đề cập đến trên các báo chí, trang wed, chuyên đề sức khỏe & đời sống trên đài truyền hình, các chuyên gia. Học sinh có thể đọc tin, được nghe thấy, nhưng việc chọn lọc kiến thức để giải thích tình huống này là một vấn đề.
“Khí NO vào máu làm giản nỡ các mạch máu ở phổi, dẫn đến giảm áp lực mạch máu phổi và giúp cho việc trao đổi khí hiệu quả hơn. Từ đó cải thiện được tình trạng suy hô hấp”.
Có nhiều cách để tăng cường lượng NO, nhưng có 3 phương pháp đơn giản nhất có thể vận dụng dễ dàng trong cuộc sống hằng ngày. Đó là sử dụng thường xuyên các loại thực phẩm có tác dụng kích thích quá trình tạo ra NO như: đậu nành, hạnh nhân, yến mạch, các loại cá nước lạnh như cá hồi, cá ngừ, cá thu... Đây là phương pháp thông qua các thức ăn tự nhiên, tốt cho sức khỏe nhưng chưa chắc đảm bảo cung cấp đầy đủ lượng NO cần thiết cho cơ thể hằng ngày. Phương pháp trực tiếp và hiệu quả hơn là sử dụng các thực phẩm bổ sung có chứa L-arginine - chất mẹ sản sinh ra NO. Đây là một a-xít amin dẫn xuất từ arginine, có tác động kích thích sản xuất hormone tăng trưởng và tham gia vào quá trình chuyển hóa năng lượng của cơ thể. Các loại thực phẩm chức năng có hàm lượng L-arginine đầy đủ sẽ làm tăng cường sức khỏe cho hệ tim mạch một cách rất rõ rệt. Cuối cùng, việc tập thể dục đều đặn sẽ giúp lượng máu lưu thông mạnh, kích thích nội mạc tạo ra NO.
Tình huống 5
“Hợp chất khí với Hidro”
Hợp chất khí với hidro của một nguyên tố R thuộc nhóm A, R có n electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được trạng thái bền của khí hiếm nguyên tử của nó phải cần thêm (8-n) electron nữa. Do đó một nguyên tử R kết hợp với (8-n) nguyên tử Hidro
Ở tình huống này, học sinh dựa vào gợi ý của nội dung tình huống & kiến thức học có liên quan để xử lý câu hỏi tình huống đưa ra cho phù hợp. 5 tình huống trên sử dụng trong bài “Nitơ”, giáo viên có thể chọn số lượng tình huống sao cho phù hợp với từng phần bài giảng ở từng trình độ học sinh của mình. Tình huống 6
Tình huống này học sinh cần dựa vào thuyết axit – bazo của Bronstet để
giải thích tính chất của NH3. Trong dung dịch nước của amoniac xảy ra các quá trình sau:
NH3 + H2O NH3...H2O NH4+ + OH- NH3 H2O
“Tính chất hóa học cơ bản của NH3”
Bạn An thực hiện thí nghiệm sau:
“Thêm vài ml dung dịch amoniac đậm đặc (25%) và 2 - 3 giọt dung dịch phenolphtalein vào cốc đựng 50ml rượu etylic khan. Hỗn hợp không có màu, khi đổ nước vào màu hồng xuất hiện và càng đổ thêm nước thì màu hồng càng đậm hơn”.
Hình 2.6. Thí nghiệm dung dịch amoniac + C2H5OH
Câu hỏi:
1/ Nguyên nhân nào xuất hiện màu hồng?
Khi đó NH3 kết hợp với H+ của nước theo cơ chế cho – nhận, tạo thành ion (NH4+) và dung dịch trở nên có tính bazo. Phản ứng chung được viết là: NH3(dd) + H2O NH4+ + OH-
Đây là phản ứng hóa học thuận nghịch, khi lạnh nó chuyển dịch từ trái sang phải, khi đung nóng trong binh hở nó chuyển dịch từ phai sang trái. Sử dụng trong bài “Amoniac & muối amoni”.
Tình huống 7
Tình huống này, học sinh có thể gặp ở các tiệm làm bánh có sử dụng bột xốp, các nơi bán bánh bao. Hiện nay thông thường bánh bao vẫn còn trộn bột nở (NH4)2CO3 nên dẫn đến có mùi khai mà không phải học sinh nào cũng giải thích được. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
“ Bánh bao”
Để có được bánh bao xốp và nở to ra, người thợ bánh đã cho một ít bột nở ((NH4)2CO3. Khí CO2 được sinh ra làm khối bột mì xốp và to ra kèm theo mùi khai trong sản phẩm, khi khách hàng ăn bánh có cảm giác mùi khai.
Hình 2.7.Bánh bao có thành phần bột nở
Khi làm bánh bao người ta thường cho ít bột nở (NH4)2CO3 vào bột mì. Khi nướng bánh, (NH4)2CO3 phân hủy thành các chất khí và hơi thoát ra nên làm cho bánh xốp và nở.
(NH4)2CO3 t
0
NH3 + CO2 + H2O 2
Như vậy khi hấp bánh bao khí CO2, NH3 thoát ra ngoài để lại vô số lỗ nhỏ trong bánh bao và xuất hiện mùi khai đặc trưng của amoniac (NH3). Giáo viên sử dụng tình huống này, khi trình bày tính chất kém bền nhiệt của muối amoni trong bài “ Amoniac và muối amoni”.
Tình huống 8
Tình huống này là hiện tượng thường gặp quanh hồ, ao, nhất là vào mùa khô, nắng nóng. Học sinh có thể kiểm chứng thực tế ở các nhóm chợ nhỏ gần sông hay khu vực có người dân sống gần ao hồ, nhưng việc lý giải tình huống này thì không phải dễ.
“Sông, hồ nhiễm bẩn”
Vào những ngày nắng nóng, ở các dòng sông sẽ tạo ra: “Ure (
(NH2)2CO, H2S, …)trong các hỗn hợp hữu cơ do hoạt động của con người và động vật sinh ra. Khi các bạn đi gần các khu vực sông hồ nhiều rác thải hữu cơ thuờng xuất hiện những mùi khai khó chịu.
Hình 2.8.Nước bị ô nhiễm
Theo em nguyên nhân vì sao khi đi gần các sông, hồ bẩn vào ngày nắng nóng, người ta ngửi thấy mùi khai ?
Khi nước sông, hồ bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ giàu đạm như nước tiểu, phân hữu cơ, rác thải hữu cơ… thì lượng urê trong các chất hữu cơ này sinh ra nhiều. Dưới tác dụng của men ureaza của các vi sinh vật, urê bị phân hủy tiếp thành CO2 và amoniac NH3 theo phản ứng:
(NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2
NH3 sinh ra hòa tan trong nước sông, hồ dưới dạng một cân bằng động:
NH3 + H2O NH4+ + OH-
Như vậy khi trời nắng (nhiệt độ cao), NH3 sinh ra do các phản ứng phân hủy urê chứa trong nước sẽ không hòa tan vào nước mà bị tách ra bay vào không khí làm cho không khí xung quanh sông, hồ có mùi khai khó chịu.
Tình huống 9
Tình huống này, học sinh dựa vào tính chất vật lý của amoniac để nắm bắt thông tin và chọn lọc kiến thức để giải quyết vấn đề.
Amoniac là chất khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí nên có thể thu khí NH3 bằng cách đẩy không khí (úp ngược bình).
Tổng hợp amoniac từ những nguyên tố tổ hợp thành là nitơ và hydro được xếp vào hàng những phát minh quan trọng nhất của xúc tác công nghiệp.
“Thu khí NH3”
Trong phòng thí nghiệm, để điều chế khí NH3, người ta thu khí bằng phương pháp:
A. Thu qua hơi nước.
B. Thu qua không khí bằng cách quay ống nghiệm thu khí lên. C. Thu qua không khí bằng cách úp ống nghiệm thu khí xuống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});