PHẦN HÓA PHI KIM LỚP 10 – NÂNG CAO
2.3.2. Xây dựng tình huống có vấn đề và hƣớng GQVĐ khi dạy học chƣơng O
chƣơng Oxi
Trên cơ sở các nội dung kiến thức của chƣơng oxi, trong dạy học ta có thể xây dựng các tình huống có vấn đề theo các nội dung sau:
Tình huống 1: Tại sao trong cùng phân nhóm VIA mà oxi có tính oxi hoá mạnh còn S và các nguyên tố khác lại vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử?
GQVĐ cần hƣớng dẫn HS phân tích:
- Cấu tạo nguyên tử oxi và các nguyên tố khác trong nhóm có gì giống và khác nhau?
- So sánh độ âm điện của oxi và các nguyên tố khác trong nhóm?
- Xu hƣớng tạo ra các trạng thái oxi hoá của các nguyên tố có gì khác nhau?
- Tính chất hoá học giữa oxi và các nguyên tố khác trong nhóm có gì giống và khác nhau?
Kiến thức thu đƣợc:
- Oxi có độ âm điện lớn, cấu tạo nguyên tử không có phân lớp d trống, có tính oxi hoá mạnh , số oxi hoá - 2.
- Các nguyên tố khác trong nhóm VI A (S, Se, Te) có phân lớp d trống, trạng thái kích thích tạo ra tối đa 6 e độc thân. Ngoài số oxi hoá- 2 còn tạo ra các số oxi hoá dƣơng +2, +4, +6 → S, Se, Te vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử.
Tình huống 2: Làm thế nào để biết O2 chiếm 1/5 thể tích không khí?
- Thành phần không khí bao gồm những khí nào chủ yếu? (O2 20%, N2
78%, khí khác: CO2, H2).
- Oxi có phản ứng đặc trƣng là gì? (O2 dễ dàng tham gia phản ứng cháy)
- Các khí khác trong không khí có tham gia phản ứng cháy không? (N2, CO2 không duy trì sự cháy)
- Có thể dùng tính chất này của oxi để xác định thành phần oxi trong không khí không?
Tình huống 3: Vai trò của MnO2 trong điều chế O2 từ KClO3.
Thí nghiệm điều chế oxi trong phòng thí nghiệm bằng cách nhiệt phân hỗn hợp KClO3 và MnO2. Trong hành phần phân tử của chúng đều chứa nguyên tố oxi. Vậy oxi đƣợc giải phóng ra nhờ quá trình phân huỷ chất nào? (Tình huống này đã đƣợc đề cập trong ví dụ về tạo tình huống lựa chọn)
Tình huống 4: Vì sao trong công nghiệp điều chế oxi từ không khí cần loại bỏ hơi nước và CO2 trước khi hoá lỏng không khí?
Cần hƣớng HS chú ý đến: - Nhiệt độ hoá lỏng của O2.
- Ở nhiệt độ đó H2O và CO2 ở trạng thái nào? (Cả H2O và CO2 đều bị hoá rắn)
- Điều này có ảnh hƣởng gì đến thiết bị điều chế?
Tình huống 5: Vì sao O3 có tính oxi hoá mạnh hơn O2 và tan trong nước tốt hơn O2 rất nhiều?
Để GQVĐ cần hƣớng dẫn HS:
- Phân tích sự khác nhau về cấu tạo phân tử, dạng liên kết trong O2, O3
- So sánh độ bền các liên kết trong phân tử O2, O3
Tình huống 6: Ozon có lợi hay có hại cho con người?
Hƣớng dẫn HS phân tích vấn đề:
- O3 có lợi nhƣ thế nào cho con ngƣời? (bảo vệ trái đất (tầng ozon), không khí trong lành, tẩy trùng, khử độc...)
- Nếu dùng O3 với liều lƣợng lớn thì xảy ra hiện tƣợng gì? (ozon có tính oxi hoá mạnh dễ phân huỷ các hợp chất hữu cơ trên mặt đất, gây ô nhiễm môi trƣờng).
Tình huống 7: Tại sao ozon nằm lơ lửng trên tầng cao của khí quyển mà không bị " rơi xuống" trong không khí O3 có khối lượng (M = 48) nặng hơn không khí?
Hƣớng dẫn HS GQVĐ:
- Tầng ozon đƣợc tạo ra nhờ phản ứng nào? Tồn tại ở khu vực nào của khí quyển?
- Hàm lƣợng ozon trên tầng ozon có lớn không?
- Thành phần khí quyển trên khu vực có tầng ozon có giống với vùng không khí ở gần mặt đất không? (giáo viên cung cấp)
- Hãy so sánh khối lƣợng tiêng của ozon trên tầng ozon so với khối lƣợng trung bình của không khí?
- Tại sao ozon không tồn tại ở vùng không khí gần mặt đất? Kiến thức thu đƣợc:
- Khi so sánh tỉ khối của 2 khí chỉ dựa vào khối lƣợng phân tử chƣa đủ mà phải xét trong cùng một điều kiện.
- O3 có tính oxi hoá mạnh nên không tồn tại ở lâu trong tầng đối lƣu.
Tình huống 8: Tại sao người ta thường đặt các viện dưỡng lão ở gần các đồi thông?
- Các nguồn sinh ra ozon trong tự nhiên (ozon sinh ra từ nhiều nguồn trong đó có cả chất chứa trong nhựa thông).
- Hàm lƣợng ozon do cây thông tạo ra có lợi hay có hại cho sức khoẻ? (Hàm lƣợng ozon nhỏ có lợi làm cho không khí trong lành).
Tình huống 9: Tại sao sau cơn giông bầu không khí lại trong lành, mát mẻ?
GQVĐ cần chú ý tới:
- Sau cơn giông, ozon đƣợc sinh ra rất nhiều.
- Tính chất vật lý của ozon (có màu xanh đặc trƣng và có khả năng diệt trùng).
Tình huống 10: Hiện tượng suy giảm tầng ozon đang là một vấn đề môi trường toàn cầu. Nguyên nhân của hiện tượng này là gì? Giải pháp để khắc phục?
Nguyên nhân của hiện tƣợng này là: A.Sự thay đổi của khí hậu.
B.Chất thải CFC (freon) do con ngƣời gây ra. C.Các hợp chất hữu cơ.
D.Một nguyên nhân khác. Đáp án: B.
Giải pháp khắc phục:
- Khí CFC có nhiều ở đâu? (thành phần làm lạnh trong ngành công nghiệp điện lạnh (tủ lạnh, máy lạnh…,), bình cứu hỏa, bình xịt...)
- Làm thế nào để làm giảm lƣợng khí thải CFC? (Dùng các chất có đặc tính tƣơng tự để thay thế CFC)
Tình huống 11: Vì sao những bức tranh cổ để lâu thường bị đen đi? Để khôi phục những bức tranh đó tại sao người ta lại dùng H2O2?
- Chất màu dùng để vẽ tranh là hợp chất nào? (2PbCO3.Pb(OH)2)
- Dự đoán chất màu đen sinh ra trong bức tranh để lâu là chất gì? (PbS) và do đâu mà sinh ra?
- Tại sao dùng H2O2 có thể khôi phục bức tranh?
- Viết phƣơng trình hóa học của phản ứng để chứng minh?
Tình huống 12: Tại sao ở điều kiện thường S khá trơ về mặt hoá học, S chỉ hoạt động mạnh khi có điều kiện nhiệt độ cao mặc dù S có độ âm điện cũng lớn?
Hƣớng dẫn HS hƣớng GQVĐ:
- Nêu cấu tạo phân tử của S ở điều kiện thƣờng? (S8)
- Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến cấu tạo phân tử nhƣ thế nào? (khi tăng nhiệt độ thì công thức phân tử của S thay đổi nhƣ thế nào?)
- So sánh khả năng hoạt động hoá học của S và S8?
Tình huống 13: Vì sao các kim loại Ag, Cu không tác dụng với axit loãng mà lại bị đen đi khi để trong không khí hoặc trong nước có chứa H2S?
GQVĐ cần hƣớng HS xác định:
- Tính chất của H2S? (tính axit yếu, tính khử).
- Tính chất của Ag, Cu? (tính kim loại yếu, tính khử yếu).
- Trong không khí, dung dịch H2S còn có chất nào có tính oxi hoá? (có sự tham gia của oxi không khí).
- Vai trò của H2S trong phản ứng?
Từ đó hƣớng HS phát triển các vấn đề sau:
- Vì sao ngƣời bị cảm thì dùng đồng tiền bạc hoặc vật dụng bằng bạc để đánh cảm thì đồng bạc lại bị đen đi?
- Vì sao đeo đồ trang sức bằng bạc thì có tác dụng kị gió? - Cách làm sáng các đồ trang sức bằng bạc?
Vận dụng: Quan sát đồ trang sức (vàng, bạc) đeo trên ngƣời có thể biết đƣợc sức khỏe của ngƣời dùng. Điều đó đúng hay sai? Giải thích?
Tình huống 14: H2S được tạo ra từ sự phân huỷ rác thải sinh hoạt. Vì sao hàm lượng H2S trong không khí không tăng lên trong khi rác thải sinh hoạt ngày càng tăng?
GQVĐ hƣớng HS chú ý tới:
- Tính chất đặc trƣng của H2S? (tính khử).
- Tính chất này thực hiện trong điều kiện nào? (dễ bị oxi hoá bởi oxi không khí ở nhiệt độ thƣờng).
Tình huống 15: Trong khí thải của nhà máy hoá chất A có các hợp chất của lưu huỳnh rất độc và gây ô nhiễm môi trường (SO2, H2S...) hãy đề xuất phương pháp để giúp nhà máy A xử lí các khí thải trên?
Để GQVĐ cần giúp HS chú ý tới:
- Trong các dạng đơn chất và hợp chất của S thì dạng nào ít gây độc và ô nhiễm môi trƣờng? (S đơn chất)
- Các dạng hợp chất của S gây ô nhiễm môi trƣờng chuyển về dạng đơn chất không gây ô nhiễm môi trƣờng bằng phản ứng hóa học nào?
- Viết phƣơng trình hóa học của các phản ứng cụ thể? (SO2 + H2S, H2S + O2)
Vận dụng kiến thức vừa thu đƣợc để giải quyết các vấn đề sau: Tại sao lọ đựng dung dịch H2S ở trong phòng thí nghiệm vài ngày có kết tủa đục sữa hoặc vàng nhạt?
Tình huống 16: Có thể dùng axit H2SO4 đặc nóng, axit HNO3 đem để điều chế H2S khi cho tác dụng với muối sunfua được hay không? (tình huống lựa chọn)
- Các axit H2SO4 đặc nóng, axit HNO3 có tính chất gì khác biệt so với các axit khác? (ngoài tính axit chúng còn tính chất gì khác)
- Có nhận xét gì về tính chất hoá học của các chất tham gia phản ứng? (Muối sunfua có tính khử, axit có tính oxi hoá)
- Nếu cho các axit trên tác dụng với muối sunfua thì có thu đƣợc H2S không?
Tình huống 17: Dùng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề khi dạy học sinh nghiên cứu về tính oxi hoá mạnh của dung dịch axit H2SO4 đặc, nóng.
Nêu vấn đề:
GV làm thí nghiệm cho mảnh Cu vào ống nghiệm chứa 2 ml dung dịch axit H2SO4 đặc, trong điều kiện thƣờng.
HS nhận xét: Không có phản ứng xảy ra do Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học của kim loại.
GV đặt vấn đề: Vậy nếu đem đun nóng ống nghiệm có hiện tƣợng gì xảy ra không? Sản phẩm sinh ra là chất gì? Vậy ngoài tính axit thì H2SO4 còn có tính chất nào khác?
GQVĐ:
GV hƣớng dẫn HS tìm hƣớng GQVĐ:
- So sánh mảnh đồng và màu dung dịch trong ống nghiệm trƣớc và sau khi đƣợc đun nóng? So sánh màu dung dịch thu đƣợc với màu dung dịch CuSO4?
- Chất khí sinh ra là chất gì? Có phải H2 không? Thử bằng cách nào? (đƣa qua đóm đang cháy vào đầu ống nghiệm, nếu cháy tiếp tục thì có H2
Vậy ngoài tính axit thì H2SO4 đặc, nóng còn có tính chất hoá học gì khác nữa, do nguyên tử nào gây nên? Viết các quá trình trao đổi electron và phƣơng trình phản ứng xảy ra?
Nhận xét hiện tƣợng thí nghiệm:
- Ống nghiệm chứa H2SO4 đặc và Cu trƣớc khi đun nóng không có hiện tƣợng gì xảy ra. Sau khi đun nóng, Cu tan ra, dung dịch chuyển thành màu xanh, có khí thoát ra.
- Khí thu đƣợc là khí SO2 (có mùi hắc, không màu, làm đỏ giấy quỳ tím ẩm).
- Dung dịch thu đƣợc có màu xanh giống dung dịch CuSO4 → dung dịch CuSO4.
- Phản ứng xảy ra là phản ứng oxi hoá khứ, trong đó S+6 trong H2SO4
chuyển xuống S+4
trong SO2.
Quá trình cho, nhận e xảy ra nhƣ sau: Cu Cu2+ + 2e S6+ + 2e S4+
2H2SO4 + Cu t0 CuSO4 + SO2 + 2H2O
Trong đó H2SO4 thể hiện tính oxi hoá, do nguyên tử S+6 gây nên.
Kết luận vấn đề: Giáo viên kết luận vấn đề, chỉnh lí, bổ sung.
H2SO4 ngoài tính oxi hoá do nguyên tử H (số oxi hóa +1) gây nên thì còn có tính oxi hoá do nguyên tử S (số oxi hoá +6) gây nên trong điều kiện là dung dịch đặc nóng, tác dụng với hầu hết các kim loại, trừ Au và Pt.
Kiểm tra lại kiến thức vừa tìm đƣợc và vận dụng:
GV yêu cầu HS nêu hiện tƣợng xảy ra và viết PTHH của phản ứng xảy ra khi cho H2SO4 đặc nóng tác dụng với các kim loại: Fe, Mg, Al, Mn, Hg.
Tình huống 18: Dùng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề khi dạy học sinh nghiên cứu bản chất của hai phản ứng: Cu + H2SO4 và Fe + H2SO4.
Nêu vấn đề: GV cho hs quan sát thí nghiệm trên băng hình: +Ống nghiệm 1: Fe + H2SO4 đặc, nguội.
+Ống nghiệm 2: Cu + H2SO4 đặc, nguội. → Không có hiện tƣợng gì xảy ra.
Đun nóng cả hai ống nghiệm thấy có phản ứng xảy ra theo PTHH sau:
2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O
to to
GV đặt vấn đề: Từ hiện tƣợng Fe, Cu không phản ứng với H2SO4 đặc nguội, cùng phản ứng với H2SO4 đặc, nóng có thể kết luận Fe, Cu có mức hoạt động hóa học với H2SO4 đặc nhƣ nhau không? Vì sao?
GQVĐ:
- Những kim loại nào thụ động với axit H2SO4 đặc, nguội? (Fe, Al, Cr) - Tại sao khi đun nóng, Fe lại phản ứng với dung dịch H2SO4 đặc? - Phản ứng Cu + H2SO4 đặc xảy ra trong điều kiện nào? (Đun nóng)
Tình huống 19: Tính háo nước của H2SO4 đặc: Sự làm khô và than hoá có bản chất giống nhau hay khác nhau?
GQVĐ cần hƣớng dẫn HS phân tích:
- Sự làm khô CuSO4.5H2O thì chất nào đƣợc tách ra?
- Sự than hoá đƣờng và xenlulozơ (giấy viết) thì nguyên tố nào bị tách ra? ở dạng chất nào?
Từ đó phát triển vấn đề:
- Tại sao khi tiếp xúc với các axit đặc dễ bị bỏng?
- Khi bị bỏng axit H2SO4 đặc phải xử lý nhƣ thế nào? (Lựa chọn) A. Xối nƣớc mạnh rồi rửa bằng dung dịch NaHCO3.
C. Xối nƣớc mạnh rồi rửa bằng dung dịch nƣớc vôi trong. D. Xối nƣớc mạnh rồi rửa bằng xà phòng.
Đáp án: A.
- Những chất nào sau đây có thể đƣợc làm khô bằng dung dịch H2SO4 đặc: H2, CO, SO2, H2S, CO2, Cl2, NH3, O2, N2?
Tình huống 20: Tại sao đất ở những vùng có nhiều quặng pirit thường hay bị chua?
Hƣớng dẫn GQVĐ cần hƣớng HS chú ý đến:
- Đất bị chua chứng tỏ môi trƣờng đất có tính axit bazơ? (môi trƣờng axit).
- Quặng pirit có thể phản ứng với chất nào để tạo ra axit? Viết phƣơng trình phản ứng?
Kiến thức HS thu đƣợc là:
- Những vùng đất chua có môi trƣờng axit.
- Quặng pirit bị oxi hoá bởi oxi không khí và nƣớc tạo ra môi trƣờng axit:
PTPứ: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4.
Tình huống 21: Tại sao các axit đặc dùng trong PTN, H2SO4 chỉ có nồng độ cao nhất là: 98%? Nếu cô cạn axit loãng có thu được axit có nồng độ cao hơn không?
Hƣớng dẫn HS GQVĐ:
- Dự đoán H2SO4 98% tiếp tục cô cạn có phải chỉ có nƣớc bay hơi không? (cả nƣớc và axit đều bay hơi).
Giải quyết vấn đề học sinh thu nhận đƣợc:
- Axit H2SO4 có nồng độ cao nhất là 98% vì ở nồng độ này tạo hỗn hợp đẳng phí với nƣớc ( hỗn hợp đồng sôi).
Tình huống 22: Trong khi điều chế axit H2SO4 giai đoạn tạo olêum, tại sao phải dùng axit H2SO4 đặc để hấp thụ SO3 trong hấp thụ mà không dùng nước hoặc dùng axit H2SO4 loãng?
GV gợi ý:
- SO3 có tan nhiều trong nƣớc ở dạng sa mù.
- Vậy điều này gây khó khăn hay thuận lợi cho việc thu H2SO4? - Dùng H2SO4 đặc thì có ƣu việt nhƣ thế nào?
Tình huống 23: Cần dùng bao nhiêu thể tích để pha loãng 100ml H2SO4 98% có khối lượng riêng là 1,84g/ml thành dung dịch H2SO4 20%?
Phát hiện vấn đề:
- Là dạng toán trộn lẫn dung dịch H2SO4 98% với nƣớc thu đƣợc dung dịch H2SO4 20%.
- Bài toán không cho biết khối lƣợng riêng của dung dịch H2SO4 20% nên không tính toán bằng phƣơng pháp đại số đƣợc.
Giải quyết vấn đề: Sử dụng phƣơng pháp đƣờng chéo. V H2O V dd H2SO4 98% 98 20 0 98 - 20 = 78 20 - 0 = 20 Vdd H 2SO4 98% H2O V = 78 20 = 3,9 H2O V = 3,9. V = 3,9.100 = 390 (ml)dd H2SO4 98%