6. Phương pháp nghiên cứu
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
- 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 oxi hĩa của các nguyên tố nên đĩ khơng phải là phản ứng oxi hĩa – khử.
2NaOH + CuCl2 Cu(OH)2 + 2NaCl
Số oxi hĩa của natri, đồng, clo và nhĩm hidroxit đều khơng đổi lần lượt là +1, +2, -1.
* Hĩa chất và dung cụ
Vào Parts Library
- Chemicals Alkalis Sodium hydroxide ( NaOH )
- Chemicals Halides Solutions Copper (II) chloride ( CuCl2 ) - Glassware Standard Beaker 50 ml
- Presentation Part Tray. Cho hĩa chất vào khay.
Cho 25 cm3 dd CuCl21M vào cốc. Sau đĩ cho tiếp 25 cm3 dung dịch NaOH 1M vào. Quan sát màu trong cốc đựng, số ion cĩ mặt trong cốc trước và sau phản ứng, sự kết hợp các ion thơng qua mơ hình Atom viewer.
Hình 2.9. Phản ứng của dung dịch natri hidroxit với đồng (II) clorua
2.3.1.7. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
Tốc độ của một phản ứng hĩa học xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như nồng độ, áp suất, nhiệt độ, diện tích tiếp xúc, chất xúc tác…
* Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng.
- Khi tăng nồng độ chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng vì khi tăng nồng độ chất phản ứng, tần số va chạm tăng, nên tốc độ phản ứng tăng. Tuy nhiên, chỉ những va chạm cĩ hiệu quả mới xảy ra phản ứng.
* Hĩa chất và dụng cụ
Contents Reaction rates Concentration and rate.
* Tiến hành
- Cĩ 3 ống nghiệm chứa canxi cacbonat và axit clohydric với nồng độ khác nhau là 1M; 1,5M và 2M.
- Đặt bong bĩng màu xanh lá cây vào ống nghiệm nghĩ là tốc độ phản ứng sẽ là nhanh nhất.
- Đặt bong bĩng màu đỏ vào ống nghiệm nghĩ là tốc độ phản ứng là chậm nhất. Cuối cùng gắn bong bĩng màu xanh dương vào ống nghiệm cĩn lại.
Hình 2.10. Ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng
2.3.1.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
* Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.
- Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng vì khi tăng nhiệt độ:
+ Tốc độ chuyển động của các phân tử tăng, dẫn đến tần số va chạm giữa các phân tử chất phản ứng tăng.
+ Tần số va chạm cĩ hiệu quả giữa các phân tử chất phản ứng tăng nhanh. Đây là yếu tố chính làm cho tốc độ phản ứng tăng nhanh khi tăng nhiệt độ.
* Hĩa chất và dụng cụ
Contents Reaction rates Temperature and rate.
* Tiến hành
- Gắn bong bĩng đỏ vào ống nghiệm nghĩ là phản ứng sẽ xảy ra với tốc độ chậm nhất. - Nhấn nút Pause Simulation và quan sát bong bĩng.
Hình 2.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng
2.3.1.9. Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng
* Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.
- Khi tăng diện tích tiếp xúc giữa chất phản ứng, tốc độ phản ứng tăng vì chất rắn với kích thước nhỏ (dạng bột mịn hay hạt nhỏ) cĩ tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với chất phản ứng cịn lại lớn hơn so với chất rắn cĩ kích thước lớn hơn (dạng khối).
* Hĩa chất và dụng cụ
Contents Reaction rates Surface area and rate.
* Tiến hành
- Cho bột canxi cacbonat loại mịn (fine), loại vừa (medium) và thơ (coarse) vào ba ống nghiệm chứa sẵn axit clohydric.
- Gắn bong bĩng màu xanh lá vào ống nghiệm nghĩ là phản ứng sẽ xảy ra nhanh nhất. Tương tự gắn bong bĩng màu đỏ vào ống nghiệm mà bạn nghĩ là phản ứng sẽ xảy ra chậm nhất và bong bĩng màu xanh dương vào ống nghiệm cịn lại.
- Nhấn nút Pause Simulation và quan sát các bong bĩng.
Hình 2.12. Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc đến tốc độ phản ứng
2.3.1.10. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng
* Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng.
- Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng cịn lại sau khi phản ứng kết thúc.
* Hĩa chất và dụng cụ
Contents Reaction rates Catalysts and rate.
* Tiến hành
- Cho hidropeoxit vào cả hai ống nghiệm.
- Cho MnO2 (chất xúc tác) vào 1 ống nghiệm (bên tay trái).
- Nhấn nút Pause Simulation và xem phản ứng. Quan sát thể tích khí trong 2 ống tiêm và đồ thị biểu diễn thể tích khí thu được theo thời gian ở phía trên.
Hình 2.13. Ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng
2.3.1.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển dịch cân bằng
Cân bằng hĩa học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch.
Sự chuyển dịch cân bằng hĩa học là sự di chuyển từ trang thái này cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác do các yếu tố từ bên ngồi như nồng độ, nhiệt độ, áp suất, chất xúc