8. Những đóng góp của đề tài
1.3.1. Điều tra cơ bản
* Mục đích điều tra: Điều tra nhằm mục đích khảo sát, định lượng việc sử
dụng kỹ năng so sánh trong dạy và học môn hoá học ở trường trung học phổ thông về các mặt:
- Tìm hiểu những thuận lợi, khó khăn khi dạy và học hoá học trong bối cảnh hiện nay.
- Tìm hiểu về việc sử dụng kỹ năng so sánh trong dạy và học hóa học.
- Khảo sát tính thường xuyên vận dụng các biện pháp rèn luyện kỹ năng so sánh của giáo viên và học sinh như thế nào.
- Tìm hiểu về tinh thần, thái độ và kết quả đạt được của học sinh khi học các tiết dạy có vận dụng các biện pháp rèn luyện kỹ năng so sánh..
* Kế hoạch, phương pháp điều tra:
- Thời gian: công việc điều tra được tiến hành từ 1/4/2012 đến 1/5/2012, khi đã có kết quả học tập của năm học 2011 - 2012.
- Địa điểm: một số trường trung học phổ thông (THPT) trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa: THPT Nguyễn Mộng Tuân, THPT Đông Sơn I, THPT Đông Sơn II, THPT Hàm Rồng, THPT Đào Duy Từ, THPT Lý Tự Trọng.
- Đối tượng: giáo viên THPT giảng dạy môn Hoá học và học sinh THPT. - Phương pháp điều tra: điều tra bằng cách trả lời vào phiếu điều tra (ở phụ lục) và trao đổi, trò chuyện với giáo viên và học sinh.
Qua điều tra, nghiên cứu việc sử dụng kỹ năng so sánh của giáo viên và học sinh trong dạy và học; phương pháp, hình thức tổ chức bài dạy của giáo viên, cách tiếp thu kiến thức mới và ôn tập, tổng hợp, thực hành kiến thức cũ có sử dụng kỹ năng so sánh của học sinh, kết quả thu được như sau:
- Trong quá trình dạy và học, giáo viên và học sinh đều đã sử dụng kỹ năng so sánh, song còn ít, không liên tục, rời rạc.
- Hầu như kỹ năng so sánh chỉ được sử dụng nhiều trong các tiết ôn tập, khi truyền đạt kiến thức mới và trong thực hành còn ít.
- Học sinh đa số chỉ sử dụng kỹ năng so sánh khi có sự hướng dẫn của giáo viên, chỉ một số ít học sinh khá giỏi mới tự lập được các bảng so sánh.
- Thời gian dành cho học sinh tự lực lập các bảng so sánh trên lớp còn ít, hầu như chỉ được hoàn thành dưới sự hướng dẫn, gợi ý của giáo viên để kịp tiết dạy.
Qua một số cuộc trao đổi với giáo viên và học sinh phổ thông thấy rằng hầu hết các giáo viên và học sinh đều thấy rõ lợi ích của việc sử dụng kỹ năng so sánh trong quá trình truyền đạt, tiếp thu kiến thức mới và ôn tập, tổng kết các kiến thức cũ. Tuy nhiên việc sử dụng kỹ năng này không thường xuyên và không toàn diện vì nhiều lí do: Thứ nhất, thời gian để lập một bảng so sánh đầy đủ cả công thức, đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lý, tính chất hóa học, phương pháp điều chế, ứng dụng mất rất nhiều thời gian. Thứ hai, chương trình dạy và học quá nặng, có nhiều tiết học mà giáo viên chỉ giảng bài thôi cũng không đủ thời gian, nên việc dành thời gian cho học sinh được rèn luyện kỹ năng so sánh là điều không thể. Mặt khác, học sinh phần lớn không ham học, chỉ học chiếu lệ nên không hứng thú tới việc sử dụng kỹ năng so sánh, thường ỷ lại, một số khác chăm học, có thể tự rèn luyện thì không được sự quan tâm đầy đủ và kịp thời của giáo viên nên cũng không còn hứng thú nữa.
Những kết quả điều tra ở trên cho thấy tình trạng sử dụng kỹ năng so sánh trong dạy và học ít không đơn thuần là do cách truyền thụ của giáo viên mà còn do học sinh thụ động. Vì vậy, giáo viên cần sử dụng kỹ năng so sánh thường xuyên và có những giải pháp nhằm khuyến khích học sinh, có như thế học sinh mới hình thành kỹ năng so sánh và rèn luyện để có kết quả tốt được.
Trong chương này, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài bao gồm:
1. Vấn đề về tư duy: Định nghĩa, tầm quan trọng, đặc điểm, tư duy hóa học, mối quan hệ giữa các thao tác tư duy và việc phát triển năng lực tư duy.
2. Vấn đề về kỹ năng và kỹ năng so sánh: Định nghĩa, phân loại, tầm quan trọng của kỹ năng so sánh trong dạy và học Hóa học.
3. Tình hình sử dụng kỹ năng so sánh để phát triển tư duy và rèn trí thông minh cho học sinh hiện nay thông qua lăng kính thực tiễn.
Tất cả các vấn đề trên là nền tảng cơ sở cho phép chúng tôi nêu lên các biện pháp rèn luyện kỹ năng so sánh trong dạy và học Hóa học, góp phần phát triển năng lực tư duy và rèn trí thông minh học sinh.
Chương 2
CÁC BIỆN PHÁP RÈN LUYỆN KỸ NĂNG SO SÁNH TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC
2.1. Một số biện pháp rèn luyện kỹ năng so sánh trong dạy học hóa học
2.1.1. So sánh về đặc điểm cấu tạo các chất
Yêu cầu so sánh:Để so sánh được cấu tạo của các chất, nhận rõ được sự giống nhau và khác nhau trong phân tử mỗi chất cần phải làm rõ được các yếu tố sau:
- Công thức cấu tạo: đưa ra được công thức cấu tạo cụ thể của mỗi chất. - Trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm, hình dạng phân tử.
- Các loại liên kết: trong mỗi công thức cấu tạo gồm những loại liên kết nào, số lượng mỗi loại liên kết là bao nhiêu.
- Độ âm điện: đưa ra độ âm điện của từng nguyên tố trong công thức cấu tạo để biết các cặp electron liên kết bị lệch về phía nguyên tử nguyên tố nào.
- Độ dài liên kết - Độ bội liên kết - Độ phân cực - Góc liên kết
Áp dụng:
Ví dụ: So sánh đặc điểm cấu tạo của CO2 và SO2? Các đặc điểm củaCO2 và SO2:
So sánh CO2 SO2
Công thức cấu tạo O = C = O S
O O
Trạng thái lai hóa sp sp2
Hình dạng phân tử thẳng góc
Các loại liên kết 2 liên kết σ, 2 liên kết π 1 liên kết σ, 1 liên kết π, 1 liên kết cho nhận Độ âm điện (χ) χ =C 2,55,χ =O 3, 44 χ =S 2,58,χ =O 3, 44
Độ bội liên kết 2 1,5 Góc liên kết 180° 119,5° Độ phân cực (µ) µ = 0 D µ = 1,59 D
Nhận xét: Ngoài các đặc điểm có thể dễ dàng nhận thấy sự giống và khác nhau giữa CO2 và SO2 từ bảng trên, còn một số đặc điểm giống và khác nhau giữa chúng như sau:
- Cặp electron dùng chung giữa các liên kết đều lệch về phía nguyên tử O do O S C
χ > χ > χ .
- Liên kết C – O bền hơn liên kết S – O.
- Phân tử SO2 phân cực mạnh, còn phân tử CO2 không phân cực mặc dù liên kết C – O phân cực (do phân tử CO2 có cấu tạo thẳng nên độ phân cực của hai liên kết đôi C = O triệt tiêu cho nhau).
2.1.2. So sánh về tính chất vật lí
Yêu cầu so sánh: Khi so sánh các chất về tính chất vật lý cần phải đưa ra
được sự giống và khác nhau về các yếu tố sau: - Trạng thái
- Màu sắc, mùi vị
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi - Tính tan
- Khối lượng riêng - Tính độc
Áp dụng:
Ví dụ: So sánh tính chất vật lý của Cl2 và F2?
So sánh Cl2 F2
Trạng thái (điều kiện thường) Chất khí Chất khí Màu sắc Màu vàng lục Màu lục nhạt
Mùi Mùi xốc Mùi xốc
Nhiệt độ nóng chảy (°C) -100,98 -223 Nhiệt độ sôi (°C) -34,15 -187 Tính tan Tan vừa phải trong nước, Tan ít trong nước
tan nhiều trong dung môi hữu cơ.
Tính độc Rất độc Rất độc
2.1.3. So sánh về tính chất hóa học
Yêu cầu so sánh: Khi so sánh tính chất hóa học phải đưa ra được sự giống và
khác nhau giữa tính chất của các chất, đồng thời đưa ra được nguyên nhân dẫn đến sự giống và khác nhau đó.
Áp dụng:
Ví dụ: So sánh tính chất hóa học của axit nitric (HNO3) và axit photphoric (H3PO4)?
- Giống nhau:
+ Trong phân tử hai axit cả N và P đều thể hiện số oxi hóa cao nhất +5.
+ Đều thể hiện tính axit: làm đỏ quỳ tím, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, kim loại…
- Khác nhau:
+ Mặc dù đều ở số oxi hóa cao nhất +5 nhưng chỉ HNO3 thể hiện tính oxi hóa còn H3PO4 thì không. Do số oxi hóa +5 ở photpho bền hơn ở nitơ, vì photpho nằm ở trạng thái lai hóa sp3 hoàn hảo còn nitơ ứng với trạng thái lai hóa sp2 phải tốn năng lượng để kích thích electron.
+ Tính axit của HNO3 mạnh hơn của H3PO4, do trong dung dich HNO3 phân li hoàn toàn còn H3PO4 phân li không hoàn toàn. Khi tác dụng với oxit bazơ hoặc bazơ thì axit nitric chỉ tạo một muối nitrat, còn axit photphoric tùy lượng mà tạo muối photphat, hiđrophotphat, đihiđrophotphat, hoặc hỗn hợp các muối này.
2.1.4. So sánh về phương pháp điều chế
Yêu cầu so sánh: - Điều chế bằng phương pháp nào, các chất ban đầu có dễ
tìm, giá thành có rẻ hay không?
- Ưu nhược điểm của phương pháp, hiệu suất của phương pháp - Kết luận phương pháp nào thuận lợi hơn
Áp dụng:
Ví dụ: So sánh phương pháp điều chế axit nitric và axit photphoric? - Điều chế axit nitric:
+ Trong phòng thí nghiệm: NaNO3 + H2SO4 → HNO3 + NaHSO4
+ Trong công nghiệp: Đi từ NH3 qua 3 giai đoạn: NH3 → NO → NO2 → HNO3. - Điều chế axit photphoric:
+ Trong phòng thí nghiệm: P + 5HNO3 (đặc) → H3PO4 + 5NO2 + H2O + Trong công nghiệp: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4(đặc) → 3CaSO4↓ + 2H3PO4
Hoặc: 4P + 5O2 → 2P2O5; P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
- Nhận xét:
+ Trong phòng thí nghiệm thì axit sunfuric là nguyên liệu để điều chế axit nitric, còn axit nitric lại là nguyên liệu để điều chế axit photphoric.
+ Trong công nghiệp ngoài các chất ban đầu để điều chế HNO3 là NH3, H3PO4 là P thì cả hai phương pháp đều cần dùng O2 và H2O.
2.1.5. So sánh về ứng dụng của các chất
Yêu cầu so sánh: Khi so sánh về ứng dụng của các chất cần phải đưa ra được
sự giống nhau và khác nhau về ứng dụng của các chất. Áp dụng:
Ví dụ: So sánh ứng dụng của axit nitric và axit photphoric? - Giống nhau: Chủ yếu dùng để điều chế phân bón.
- Khác nhau:
+ Axit nitric dùng điều chế phân đạm, axit photphoric dùng điều chế phân lân.
+ Axit nitric còn được dùng để sản xuất thuốc nổ, dùng trong thuốc nhuộm, dược phẩm…, axit photphoric điều chế các muối photphat.
2.1.6. So sánh về phương pháp giải bài tập
Yêu cầu so sánh: Đưa ra các phương pháp giải khác nhau cho cùng một bài tập,
phân tích ưu điểm của từng cách, sau đó so sánh các cách giải để tìm ra cách tối ưu.
Áp dụng:
Ví dụ: Hòa tan m gam hỗn hợp X gồm Fe và Cu trong dung dịch HNO3, kết thúc phản ứng thu được 0,1 mol NO và 0,15 mol NO2. Số mol HNO3 đã tham gia phản ứng là:
A. 0,30 mol. B. 0,40 mol. C.0,70 mol. D. 0, 35 mol Phân tích:
Cách 1: Dùng phương pháp thông thường:
X + HNO3 :
Fe + 6HNO3 Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O (1) 2x ← x
Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O (2) 4y ← y
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (3) 2z ← z
3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O (4) 4t ← t
Từ (1), (2), (3), (4) ⇒ nHNO3 = 2(x + z) + 4(y + t) = 2nNO2 + 4nNO = 0,7 mol
Cách 2: Sử dụng phương pháp ion - eletron.
Quá trình khử: NO− 3 + 2H+ + 1e → NO2 + H2O (5) 2.0,15 ← 0,15 NO− 3 + 4H+ + 3e → NO + 2H2O (6) 4.0,1 ← 0,1 5 + +4 5 + +2
Nhận xét: cách 1 viết phương trình phân tử dài dòng, cân bằng phương trình mất nhiều thời gian, cách 2 viết ít phương trình hơn, ngắn gọn hơn, tiết kiệm thời gian hơn. Vậy, cách 2 tối ưu hơn cách 1.
2.2. Sử dụng các kỹ năng so sánh trong dạy học hóa học
2.2.1. So sánh trong dạy học lí thuyết
Trong dạy học lý thuyết có thể rèn luyện kỹ năng so sánh khi nghiên cứu kiến thức mới hoặc ôn tập các kiến thức cũ. Sau đây là hệ thống câu hỏi có thể áp dụng để rèn luyện kỹ năng so sánh cho học sinh trung học phổ thông.
2.2.1.1. Hệ thống câu hỏi trong chương trình hóa học lớp 10 nâng cao
Câu 1: So sánh Cl2 và F2?
Trả lời:
* Về đặc điểm cấu tạo chất: - Giống nhau:
+ Nguyên tử X (X: F,Cl) đều có cấu hình lớp ngoài cùng là: ns2np5.
+ Phân tử X2 được tạo thành từ hai nguyên tử X bằng liên kết cộng hóa trị không phân cực, có công thức cấu tạo: X – X.
- Khác nhau:
+ Giá trị n, F: n = 2, Cl: n = 3.
+ Phân tử Cl2 bền hơn phân tử F2 (ECl – Cl = 239 kJ/mol, EF – F = 151 kJ/mol ), nguyên nhân: giải thích theo phương pháp liên kết hóa trị: trong phân tử Cl2 tồn tại liên kết π phụ, sinh ra theo cơ chế cho - nhận do cặp electron chưa chia của một nguyên tử Cl và một obitan trống 3d của nguyên tử Cl còn lại, nên liên kết Cl – Cl mang tính chất bội một phần, còn phân tử F2 không tạo được liên kết này do không có phân lớp d; giải thích theo phương pháp obitan phân tử (phương pháp MO): vì năng lượng của các obitan phân tử trong phân tử Cl2 ở xa nhau nên các electron trên các obitan liên kết bị các cặp electron trên các obitan chưa liên kết đẩy ít hơn trong phân tử F2.
* Về tính chất vật lý: (giống ví dụ ở phần 2.1.2)
So sánh Cl2 F2
Màu sắc Màu vàng lục Màu lục nhạt
Mùi Mùi xốc Mùi xốc
Nhiệt độ nóng chảy (°C) -100,98 -223 Nhiệt độ sôi (°C) -34,15 -187
Tính tan
Tan vừa phải trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ.
Tan ít trong nước
Tính độc Rất độc Rất độc
* Về tính chất hóa học:
- Giống nhau: Đều thể hiện tính oxi hóa mạnh: tác dụng với đa số phi kim có độ âm điện nhỏ hơn nó (trừ các khí trơ), phản ứng mãnh liệt với các kim loại (với F2
trừ Cu và Ni), với các hợp chất… - Khác nhau:
+ Tính oxi hóa của F2 mạnh nhất, mạnh hơn Cl2 do nguyên tử F trong phân tử F2 có độ âm điện lớn nhất (3,98) và phân tử F2 kém bền hơn phân tử Cl2.
+ F2 không có tính khử, Cl2 có tính khử yếu và chỉ thể hiện tính khử khi tác dụng với flo, thể hiện sự phân cực dương của clo trong các hợp chất với flo, oxi và nitơ (vì độ âm điện của clo kém 3 nguyên tố flo, oxi và nitơ).
0 0 3 1
2 3
2
Cl +3F →2Cl F+ −
+ Cl2 thể hiện tính tự oxi hóa – khử khi có môi trường là nước hoặc kiềm.
0 1 1 2 2 Cl +H Oƒ H Cl H ClO− + + 0 1 1 2 2 Cl +NaOH→Na Cl Na ClO H O− + + + * Về phương pháp điều chế: - Giống nhau:
+ Về nguyên tắc điều chế: oxi hóa ion X− trong hợp chất thành X2. + Trong công nghiệp đều dùng phương pháp điện phân để sản xuất. - Khác nhau:
+ F2 chỉ có một cách điều chế duy nhất là dùng phương pháp điện phân nóng chảy hỗn hợp KF + 2HF, còn Cl2 điều chế bằng cách điện phân dung dịch natri clorua bão hòa có màng ngăn.
+ Trong phòng thí nghiệm clo được điều chế từ axit clohiđric đặc với các chất oxi hóa mạnh như MnO2, KMnO4, KClO3,…
o t 2 2 2 2 MnO +4HCl→MnCl +Cl ↑ +2H O 4 2 2 2 2KMnO +16HCl→2KCl 2MnCl+ +5Cl ↑ +8H O * Về ứng dụng:
- Giống nhau: cả hai chất đều có vai trò quan trọng trong một số lĩnh vực riêng biệt.
- Khác nhau:
+ Khoảng 20% clo được dùng để sát trùng nước, tẩy trắng sợi, vải, giấy, 70% được dùng để sản xuất các hóa chất hữu cơ, còn lại để sản xuất các hợp chất vô cơ.
+ Flo dùng làm chất oxi hóa cho nhiên liệu lỏng dùng trong tên lửa, dùng trong