6. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Nội dung phần lí thuyết về phản ứng hĩa học ở THPT
2.1.1. Chương 4: Phản ứng hĩa học – Lớp 10
Trong chương này cĩ hai nội dung lớn bao trùm là phản ứng oxi hĩa – khử và phân loại phản ứng trong hĩa học vơ cơ với nhiều định nghĩa, quy tắc mà học sinh phải ghi nhớ.
- Các khái niệm cơ bản như: chất khử, chất oxi hĩa, sự khử, sự oxi hĩa và phản ứng oxi hĩa – khử (phản ứng trong đĩ cĩ sự chuyển electron giữa các chất phản ứng, làm thay đổi số oxi hĩa của các chất).
- Cách cân bằng phản ứng oxi hĩa – khử theo phương pháp thăng bằng electron: Tổng số electron do chất khử nhường phải đúng bằng tổng số electron mà chất oxi hĩa nhận.
- Cách phân loại phản ứng trong hĩa học vơ cơ dựa vào sự thay đổi và khơng thay đổi số oxi hĩa của các chất phản ứng: Phản ứng hĩa hợp và phản ứng phận hủy cĩ thể thuộc loại phản ứng oxi hĩa – khử hoặc khơng. Phản ứng thế luơn thuộc loại phản ứng oxi hĩa – khử và phản ứng trao đổi luơn khơng thuộc loại phản ứng oxi hĩa – khử.
- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng phản ứng hĩa học giải phĩng năng lượng dưới dạng nhiệt. Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hĩa học hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. Lượng nhiệt kèm theo mỗi phản ứng hĩa học được gọi là nhiệt phản ứng.
2.1.2. Chương 7: Tốc độ phản ứng và cân bằng hĩa học – Lớp 10
Nội dung gồm hai vấn đề lớn là tốc độ phản ứng và cân bằng hĩa học, hai phần này cĩ mối liên quan chặt chẽ với nhau.
- HS dễ dàng hiểu được khái niệm tốc độ phản ứng, GV cần cho học sinh thấy rõ được tốc độ trung bình của phản ứng là đại lượng gần đúng trong khoảng thời gian nhất định, cịn trong tồn bộ quá trình phản ứng tốc độ trung bình giảm dần theo thời gian.
- Nguyên nhân quan trọng của các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng là do các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng va chạm của các chất tham gia phản ứng.
- Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều ngược nhau ở cùng điều kiện.
- Cân bằng hĩa học đạt được khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Hằng số cân bằng của một phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Nguyên lý chuyển dịch cân bằng và vận dụng nguyên lý này vào một số cân bằng cĩ ý nghĩa trong kỹ thuật.
2.1.3. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li (Chương 1: Sự điện li - Lớp 11) Lớp 11)
Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li cĩ những nội dung chính:
- Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch nước của các chất điện li là phải cĩ sự tạo thành ít nhất một trong các chất sau: chất kết tủa, chất điện li yếu và chất khí.
- Khái niệm sự thủy phân của muối và phản ứng thủy phân của muối. - Xác định mơi trường của các dung dịch muối.
+ Muối trung hịa tạo bởi cation của bazơ mạnh và anion gốc axit yếu tan trong nước: mơi trường kiềm.
+ Muối trung hịa tạo bởi cation của bazơ yếu và anion gốc axit mạnh tan trong nước: mơi trường axit.
+ Muối trung hịa tạo bởi cation của bazơ mạnh và anion gốc axit mạnh tan trong nước: mơi trường trung tính.
+ Muối trung hịa tạo bởi cation của bazơ yếu và anion gốc axit yếu tan trong nước: mơi trường phụ thuộc độ thủy phân của hai ion.
2.1.4. Dãy điện hĩa của kim loại - Sự điện phân (Chương 5: Đại cương về kim loại - Lớp 12) - Lớp 12)
Bài 20: Dãy điện hĩa của kim loại
- Các khái niệm về cặp oxi hĩa – khử của kim loại. - Khái niệm pin điện hĩa, suất điện động và thế điện cực. - Cơ chế phát sinh dịng điện trong pin điện hĩa
- Điện cực hidro chuẩn và thế điện cực chuẩn của kim loại. - Các ứng dụng của dãy thế điện cực chuẩn của kim loại. + So sánh tính oxi hĩa – khử.
+ Xác định suất điện động chuẩn của pin điện hĩa: thế điện cực chẩn của cực dương trừ đi thế điện cực chuẩn của cực âm.
+ Xác định thế điện cực chuẩn của cặp oxi hĩa – khử khi biết suất điện động chuẩn của pin và thế điện cực chuẩn của cặp oxi hĩa – khử cịn lại.
Bài 22: Sự điện phân
- Khái niệm sự điện phân.
- Các phản ứng xảy ra trên bề mặt các điện cực trong quá trình điện phân.
- Điện phân chất điện li nĩng chảy như NaCl (điều chế Na, Cl2), MgCl2 (điều chế Mg), Al2O3 (điều chế Al)…
- Điện phân dung dịch chất điện li trong nước bằng điện cực trơ (graphit) và anot tan. - Các ứng dụng thực tế của sự điện phân.
2.2. Định hướng khi thiết kế thí nghiệm bằng phần mềm Crocodile Chemistry 2.2.1. Các nguyên tắc khi thiết kế thí nghiệm 2.2.1. Các nguyên tắc khi thiết kế thí nghiệm
- Các thí nghiệm phải nằm trong nội dung chương trình hĩa học THPT. - Đảm bảo tính khoa học, chính xác về các kỹ năng thực hành thí nghiệm. - Đảm bảo tính thẩm mĩ trong mỗi thí nghiệm.
- Các bước tiến hành thí nghiệm hợp lí, khơng quá dài dịng.
- Thí nghiệm hấp dẫn, sinh động với các hiện tượng rõ ràng, nhanh chĩng.
2.2.2. Các qui trình khi thiết kế thí nghiệm
- Bước 1: Xác định thí nghiệm cần thiết kế đã cĩ sẵn trong mục Contents hay phải thiết kế mới (New model).
- Bước 2: Lựa chọn dụng cụ và hĩa chất phù hợp với thí nghiệm cần biễu diễn.
- Bước 3: Sắp xếp và lắp đặt các dụng cụ sao cho HS dễ quan sát được hiện tượng phản ứng.
- Bước 4: Chọn các chức năng xem chi tiết phản ứng ở dạng kí hiệu, mơ hình nguyên tử cũng ở dạng kí hiệu để HS dễ quan sát khi phản ứng xảy ra.
- Bước 5: Nhấn nút Pause, cho hĩa chất vào dụng cụ thí nghiệm sau đĩ nhấn nút Pause lần nữa để quan sát đầy đủ hơn về hiện tượng xảy ra.Muốn phản ứng xảy ra nhanh hay chậm, nhấn nút Simulation Speed.
2.3. Thiết kế thí nghiệm phần lí thuyết phản ứng THPT bằng phần mềm Crocodile Chemistry 6.05 Crocodile Chemistry 6.05
2.3.1. Các thí nghiệm lớp 10 về lí thuyết phản ứng
2.3.1.1. Phản ứng kim loại với oxi
* Mục đích thí nghiệm
Phản ứng kim loại với oxi là phản ứng oxi hĩa – khử vì tồn tại đồng thời sự oxi hĩa và sự khử, cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố.
Ví dụ: 2Mg + O2 2MgO
+ Số oxi hĩa của magie tăng từ 0 lên +2 nên magie là chất khử ứng với sự oxi hĩa. + Số oxi hĩa của oxi giảm từ 0 xuống -2 nên oxi là chất oxi hĩa ứng với sự khử.
*Hĩa chất và dụng cụ
Vào Part Library
- Chemicals Metals Powders and Liquids Magnesium, Zinc, Iron - Presentation Part Tray. Cho tất cả kim loại vào khay đựng
- Equipment Apparatus Bunsen Burner, Stand - Glasswares Standard Beaker 100ml
*Tiến hành
- Lần lượt cho các bột kim loại vào cốc. Nhấn vào nút Reaction Details, sau đĩ nhắp vào kí hiệu bên trái chữ “word” để xem thơng tin về khối lượng. nhiệt độ, mol và những tính chất khác của chất rắn trong cốc.
- Bật ngọn lửa đèn Bunsen bằng cách di chuyển nút Slider Handle trên thanh trượt bên cạnh đến nhiệt độ thích hợp.
Quan sát hiện tượng: Màu sắc chất rắn, các thơng tin trong bảng số liệu trước và sau phản ứng.
Hình 2.1. Phản ứng của magie với oxi
- Làm trống cốc. Tiến hành tương tự với kẽm và sắt.
2.3.1.2. Phản ứng của kim loại với dung dịch muối
* Mục đích thí nghiệm
Phản ứng kim loại với dung dịch muối là phản ứng oxi hĩa – khử vì xảy ra sự cho- nhận electron, dẫn đến sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố.
Ví dụ: Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu
+ Số oxi hĩa của sắt tăng từ 0 lên +2 nên sắt là chất khử ứng với sự oxi hĩa.
+ Số oxi hĩa của đồng giảm từ +2 xuống 0 nên đồng là chất oxi hĩa ứng với sự khử.
* Hĩa chất và dụng cụ
Vào Parts Library
- Chemicals Metals Lumps Iron - Chemicals Sulfates Copper (II) Sulfate - Glasswares Standard Beaker 100ml
* Tiến hành.
- Cho mẫu Fe vào cốc Beaker. Tiếp theo cho vào đĩ 25cm3 dung dịch CuSO4. Quan sát hiện tượng: Màu của dung dịch trong cốc, của sắt trước và sau phản
ứng. Xác định chất thu được sau phản ứng dựa vào Atom viewer sau khi lấy mẫu Fe ra khỏi cốc.
Hình 2.2. Phản ứng của sắt với dung dịch đồng sunfat
2.3.1.3. Phản ứng của kim loại với halogen
* Mục đích thí nghiệm
Phản ứng kim loại với halogen là phản ứng oxi hĩa – khử vì cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố.
Ví dụ: 2K + Cl2 2KCl
+ Số oxi hĩa của kali tăng từ 0 lên +1 nên kali là chất khử ứng với sự oxi hĩa. + Số oxi hĩa của clo giảm từ 0 xuống -1 nên clo là chất oxi hĩa ứng với sự khử.
*Hĩa chất và dụng cụ
Hình 2.3. Giao diện làm việc của mục Halogen
* Tiến hành
- Drag từng kim loại cho vào bình đựng khí clo (màu lục nhạt).
- Đối với K, Na, Li: phản ứng xảy ra tại nhiệt độ thường 25oC. Kim loại Mg chỉ phản ứng ở nhiệt độ trên 152oC, do đĩ ta phải thay đổi nhiệt độ của bếp bằng cách di chuyển nút Slider trên thanh trượt nhiệt độ hoặc thay đổi trực tiếp giá trị trên bếp điện.
- Làm tương tự với lọ chứa iot nhưng trước tiên ta phải làm thăng hoa iot bằng cách đưa nhiệt độ bếp lên trên 187oC. Iot thăng hoa thành hơi màu tím.
Hình 2.3. Phản ứng của kim loại liti, natri, magie với khí clo và iot
2.3.1.4. Phản ứng phân hủy
Trong phản ứng phân hủy, số oxi hĩa của các nguyên tố cĩ thể thay đổi hoặc khơng thay đổi. Như vậy, phản ứng phân hủy cĩ thể là phản ứng oxi hĩa khử hoặc khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử.
a. Nhiệt phân Kali Nitrat * Mục đích thí nghiệm
Phản ứng nhiệt phân Kali nitrat thuộc loại phản ứng phân hủy nhưng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố nên đĩ là phản ứng oxi hĩa – khử.
2 KNO3 2 KNO2 + O2 + Số oxi hĩa của nito giảm từ +5 xuống +3. + Số oxi hĩa của oxi tăng từ -2 lên 0.
*Hĩa chất và dụng cụ
Vào Parts Library
- Chemicals Nitrates Powders Potassium nitrate - Equipment Apparatus Bunsen Burner
- Equipment Apparatus Stand
- Equipment Meters and probes Glowing splint - Glassware Standard Beaker 100ml
- Presentation Part Tray
* Tiến hành
- Cho 10g KNO3 vào Beaker.
- Đặt que đốm cịn tàn lửa trên miệng Beaker.
- Bật ngọn lửa đèn Bunsen bằng cách di chuyển nút trên thanh trượt. - Chờ đến nhiệt độ thích hợp, phản ứng xảy ra. Quan sát hiện tượng.
Hình 2.4. Phản ứng nhiệt phân Kali nitrat Hình 2.4. Phản ứng nhiệt phân Kali nitrat
b. Nhiệt phân Đồng (II) cacbonat * Mục đích thí nghiệm
Phản ứng nhiệt phân Đồng (II) cacbonat thuộc loại phản ứng phân hủy nhưng khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố nên đĩ khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử.
CuCO3 CuO + CO2
+ Số oxi hĩa của đồng trước và sau phản ứng vẫn là +2. + Số oxi hĩa của oxi cũng khơng đổi là -2.
* Hĩa chất và dụng cụ
Vào Parts Library
- Chemicals Cacbonates Powders Copper (II) cacbonate - Equipment Apparatus Bunsen Burner
- Equipment Stand
- Glassware Standard Beaker 100ml
- Presentation Number (2 cái) và nhắm bắn đến cốc. Nhắp vào Property và chọn Temperature, Mass để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và khối lượng các chất trong cốc.
* Tiến hành
- Cho khoảng 10g CuCO3 vào Beaker.
- Bật ngọn lửa đèn Bunsen, thay đổi độ lớn ngọn lửa bằng cách di chuyển nút trên thanh trượt bên cạnh ngọn đèn.
Quan sát hiện tượng: sự thay đổi màu, khối lượng của chất rắn trước và sau phản ứng.
Hình 2.5. Phản ứng nhiệt phân đồng (II) cacbonat
2.3.1.5. Phản ứng thế
Trong phản ứng thế, bao giờ cũng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa cảu các nguyên tố. Chính vì vậy, các phản ứng thế là những phản ứng oxi hĩa – khử.
a. Kẽm tác dụng với HCl * Mục đích thí nghiệm
Phản ứng Zn tác dụng với HCl thuộc loại phản ứng thế, cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố nên đĩ là phản ứng oxi hĩa – khử.
Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2 + Số oxi hĩa của kẽm tăng từ 0 lên +2.
+ Số oxi hĩa của hidro giảm từ +1 xuống 0.
Vào Parts Library
- Chemicals Mentals Powder and Liquids Zinc - Chemicals Acids Chlohydric acid
- Glassware Standard Test tube
- Cĩ thể cho hĩa chất vào khay đựng Part Tray. Vào Presentation Part Tray
* Tiến hành
- Cho Zn (khoảng 10g) vào test tube, sau đĩ cho tiếp 25 cm3 dung dịch HCl
- Cĩ thể thay đổi khối lượng Zn, nồng độ và thể tích HCl nếu muốn thấy sự tạo thành khí H2 rõ ràng hơn. Thay đổi tốc độ phản ứng để quan sát: di chuyển nút Simulation Speed trên thanh trượt.
- Quan sát hiện tượng xảy ra đối với các nguyên tử Zn, sự tạo thành khí H2 và sự kết hợp của các ion khác.
Hình 2.6. Kẽm tác dụng với axit clohidric
b. Đồng tác dụng với dung dịch Bạc nitrat * Mục đích thí nghiệm
Phản ứng Cu tác dụng với dung dịch AgNO3 thuộc loại phản ứng thế, cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố nên đĩ là phản ứng oxi hĩa – khử.
Cu + 2 AgNO3 Cu(NO3)2 + Ag + Số oxi hĩa của đồng tăng từ 0 lên +2.
+ Số oxi hĩa của bạc giảm từ +1 xuống 0.
* Hĩa chất và dụng cụ
Vào Parts library
- Chemicals Metals Lumps Copper
- Glassware Standard Beaker 50ml - Presentation Part Tray
*Tiến hành
- Cho dung dịch AgNO3 vào Beaker - Cho mẫu đồng ra khỏi Beaker
- Phản ứng thực hiện xong, quan sát màu sắc của mẫu đồng so với trước phản ứng, màu của dung dịch trong Beaker.
Hình 2.7. Đồng tác dụng với dung dịch bạc nitrat
2.3.1.6. Phản ứng trao đổi
Trong phản ứng trao đồi, số oxi hĩa của các nguyên tố khơng thay đổi nên các phản ứng trao đổi khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử.
a. Dung dịch Bạc nitrat tác dụng với dung dịch Natri clorua * Mục đích thí nghiệm
Phản ứng AgNO3 với NaCl thuộc loại phản ứng trao đổi, khơng cĩ sự thay đổi số oxi hĩa của các nguyên tố nên đĩ khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử.
AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3
Số oxi hĩa của bạc và clo khơng đổi trước và sau phản ứng là +1 và -1.
* Hĩa chất và dụng cụ
Vào Parts Library
- Chemicals Halides Solutions Sodium chloride - Chemicals Nitrates Solutions Silver nitrate - Glassware Standard Beaker 50 ml
Cho dd AgNO3 vào cốc. Sau đĩ cho tiếp dung dịch NaCl vào. Quan sát số ion cĩ mặt trong cốc trước và sau phản ứng, sự kết hợp các ion thơng qua mơ hình Atom viewer.
Hình 2.8. Phản ứng của dung dịch natri hidroxit với bạc nitrat
b. Dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch CuCl2 * Mục đích thí nghiệm
Phản ứng NaOH tác dụng với CuCl2thuộc loại phản ứng thế, khơng cĩ sự thay đổi số