Chương 3: Hợp chất chứa nitrogen (Hoá học 12)
STT Tên bài Số tiết
1 Amine 1
2 Amino acid 2
3 Peptide 1
4 Protein và enzyme 1
5 Bài thực hành 1
6 Ôn tập – Kiểm tra 1
Tổng số tiết trong chương 7
2.1.2. Mục tiêu dạy học phần nguyên tố nitrogen và các hợp chất của nitrogen
Theo Chương trình giáo dục phổ thơng mơn HH của Bộ GD&ĐT ban hành 2018 [5], sau khi học phần nguyên tố nitrogen và các hợp chất của nguyên tố nitrogen (bao gồm cả HH 11 và HH 12), HS cần đạt được:
a. Về kiến thức
- HS nêu được các khái niệm chính: amine, amino acid, peptide, protein…
- HS viết được CTCT, gọi tên của nitrogen và một số hợp chất của nitrogen: ammonia, muối ammonium, hợp chất chứa oxygen của nitrogen, amine, amino acid, peptide, protein…
- HS nêu được đặc điểm về tính chất vật lí của nguyên tố nitrogen và hợp chất chứa nitrogen.
- HS trình bày được các tính chất hố học cơ bản của nguyên tố nitrogen và hợp chất của nitrogen.
- HS trình bày được các ứng dụng của nguyên tố nitrogen và hợp chất của nirogen trong đời sống và sản xuất.
- HS phân tích và giải thích được nguyên nhân của 1 số quá trình, hiện tượng trong tự nhiên: quá trình tạo và cung cấp nitrate cho đất từ mưa, hiện tượng mưa acid, hiện tượng phú dưỡng hoá …
b. Về kĩ năng
- Rèn kĩ năng viết CTCT, gọi tên, viết PTHH phản ứng của nitrogen và các hợp chất chứa nitrogen.
- Rèn kĩ năng thực hành thí nghiệm, kĩ năng quan sát và giải thích các hiện tựợng thí nghiệm..
- Rèn kĩ năng quan sát, giải thích nguyên nhân các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên. - Rèn kĩ năng thuyết trình, làm việc nhóm trong q trình học tập.
- Rèn kĩ năng giải bài tập định tính, bài tập định lượng trong phần nguyên tố nitrogen và hợp chất chứa nitrogen.
- Phân biệt được 1 số chất chứa nguyên tố nitrogen với các chấtkhác theo phương pháp HH.
c. Về thái độ
- Tích cực, nghiêm túc, sáng tạo trong nghiên cứu khoa học. - Có ý thức bảo vệ môi trường.
- Học HH gắn liền với cuộc sống.
d. Về định hướng hình thành và phát triển năng lực
- Phát triển NLTNHH.
- Phát triển một số NL khác như: NL giải quyết vấn đề và sáng tạo, NL ngơn ngữ, NL tính tốn, NL hợp tác, NL tự học…
2.1.3. Những nội dung kiến thức phần nguyên tố nitrogen và các hợp chất của nguyên tố nitrogen nguyên tố nitrogen
Theo Chương trình giáo dục phổ thơng mơn HH của Bộ GD&ĐT ban hành 2018 [5], nội dung kiến thức phần nguyên tố nitrogen và các hợp chất của nguyên tố nitrogen (HH 11 và HH 12) được quy định như sau:
Bài học: Đơn chất nitrogen
- Phát biểu được trạng thái tự nhiên của nguyên tố nitrogen.
- Giải thích được tính trơ của đơn chất nitơ ở nhiệt độ thường thông qua liên kết và giá trị năng lượng liên kết.
- Trình bày được sự hoạt động của đơn chất nitrogen ở nhiệt độ cao đối với hydrogen, oxygen. Liên hệ được quá trình tạo và cung cấp nitrate cho đất từ nước mưa.
- Giải thích được các ứng dụng của đơn chất nitrogen khí và lỏng trong sản xuất, trong hoạt động nghiên cứu.
Bài học: Ammonia và một số hợp chất ammonium
- Mơ tả được cơng thức Lewis và hình học của phân tử ammonia.
- Dựa vào đặc điểm cấu tạo của phân tử ammonia, giải thích được tính chất vật lí (tính tan), tính chất HH (tính base, tính khử). Viết được PTHH minh họa.
- Vận dụng được kiến thức về cân bằng HH, tốc độ phản ứng, enthalpy cho phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen trong quá trình Haber.
- Trình bày được tính chất cơ bản của muối ammonium (dễ tan và phân li, chuyển hoá thành ammonia trong kiềm, dễ bị nhiệt phân) và nhận biết được ion ammonium trong dd.
- Trình bày được ứng dụng của ammonia (chất làm lạnh; sản xuất phân bón như: đạm, ammophos; sản xuất nitric acid; làm dung môi...); của ammonium nitrate và một số muối ammonium tan như: phân đạm, phân ammophos...
- Thực hiện được (hoặc quan sát video) thí nghiệm nhận biết được ion ammonium trong phân đạm chứa ion ammonium.
Bài học: Một số hợp chất với oxygen của nitrogen
- Phân tích được nguồn gốc của các oxide của nitrogen trong khơng khí và ngun nhân gây hiện tượng mưa acid.
- Nêu được cấu tạo của HNO3, tính acid, tính oxi hố mạnh trong một số ứng dụng thực tiễn quan trọng của nitric acid.
- Giải thích được nguyên nhân, hệ quả của hiện tượng phú dưỡng hoá (eutrophication).
Bài học: Amine
- Nêu được khái niệm amine và phân loại amine (theo bậc của amine và bản chất gốc hydrocarbon).
- Viết được CTCT và gọi được tên một số amine theo danh pháp thế, danh pháp gốc -
chức (số nguyên tử C trong phân tử ≤ 5), tên thông thường của một số amine hay gặp. - Nêu được đặc điểm về tính chất vật lí của amine (trạng thái, nhiệt độ sơi, nhiệt độ
- Trình bày được đặc điểm cấu tạo phân tử và hình dạng phân tử methylamine và aniline.
- Trình bày được tính chất HH đặc trưng của amine: tính chất của nhóm –NH2 (tính base: với quỳ tím, với HCl, với FeCl3), phản ứng với nitrous acid, phản ứng thế ở nhân thơm với nước bromine) của aniline, phản ứng tạo phức của methylamine (hoặc ethylamine) với Cu(OH)2.
- Thực hiện được (hoặc quan sát video) thí nghiệm về phản ứng của dd methylamine(hoặc ethylamine) với quỳ tím (chất chỉ thị), với HCl, với iron(III) chloride (FeCl3), với copper(II) hydroxide (Cu(OH)2); phản ứng của aniline với nước bromine; mơ tả được các hiện tượng thí nghiệm và giải thích được tính chất HH của amine.
- Trình bày được ứng dụng của amine (ứng dụng của diamine và aniline); các phương pháp điều chế amine (khử hợp chất nitro và thế nguyên tử H trong phân tử ammonia).
Bài học: Amino acid
- Nêu được khái niệm về amino acid, amino acid thiên nhiên, amino acid trong cơ thể; gọi được tên một số amino acid thông dụng, đặc điểm cấu tạo phân tử của amino acid. . - Nêu được đặc điểm về tính chất vật lí của amino acid (trạng thái, nhiệt độ sơi, khả năng hoà tan).
- Trình bày được tính chất HH đặc trưng của amino acid (tính lưỡng tính, phản ứng ester hố; phản ứng trùng ngưng của - và -amino acid).
- Nêu được khả năng di chuyển của amino acid trong điện trường ở các giá trị pH khác nhau (tính chất điện di).
Bài học: Peptide
- Nêu được khái niệm peptide và viết được cấu tạo của peptide.
- Trình bày được tính chất HH đặc trưng của peptide (phản ứng thuỷ phân, phản ứng màu biuret).
Bài học: Protein và enzyme
- Nêu được khái niệm, đặc điểm cấu tạo phân tử, tính chất vật lí của protein.
- Trình bày được tính chất HH đặc trưng của protein (phản ứng thuỷ phân, phản ứng màu của protein với nitric acid và copper (II) hydroxide; sự đông tụ bởi nhiệt, bởi acid, kiềm và muối kim loại nặng).
- Thực hiện được thí nghiệm về phản ứng đơng tụ của protein: đun nóng lịng trắng trứng hoặc tác dụng của acid, kiềm với lòng trắng trứng; phản ứng của lòng trắng trứng với nitric acid; mơ tả các hiện tượng thí nghiệm, giải thích được tính chất HH của protein.
- Nêu được vai trò của protein đối với sự sống; vai trò của enzyme trong phản ứng sinh hoá và ứng dụng của enzyme trong công nghệ sinh học.
2.1.4. Một số điểm cần lưu ý về nội dung và phương pháp dạy học phần nguyên tố nitrogen và các hợp chất của nguyên tố nitrogen tố nitrogen và các hợp chất của nguyên tố nitrogen
Do HS đã được học đầy đủ cơ sở lí thuyết, nên GV cần dẫn dắt để HS dựa vào lí thuyết chủ đạo như cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn, liên kết HH, cân bằng HH, sự điện li, khái niệm về acid, base, muối … để dự đốn được tính chất của đơn chất nitrogen và các hợp chất của nitrogen. GV cho HS tiến hành các thí nghiệm, TN, thơng qua quan sát, nhận xét để rút ra kết luận khẳng định sự đúng đắn của những dự đốn đó.
(1) Đơn chất nitrogen
- Phân tử N2 có 1 liên kết 3 với năng lượng liên kết rất lớn (946 KJ/mol), lớn gấp khoảng 6 lần liên kết đơn N – N (EN – N = 169 kJ/mol), làm cho liên kết trở nên rất bền. Ở nhiệt độ thường nitrogen là một trong những chất trơ nhất hoạt động hơn ở nhiệt độ cao hoặc khi có mặt chất xúc tác.
- Nguyên tử N có hóa trị cao nhất trong các hợp chất bằng 4 và thể hiện các số oxi hoá: -3, 0, +1, +2, +3, + 4, +5.
- Sử dụng phương pháp chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng để điều chế nitrogen trong công nghiệp. Để loại tạp chất oxygen lẫn vào, người ta cho hỗn hợp đi qua một hệ thống chứa đồng kim loại đốt nóng.
(2) Ammonia
- Liên kết hidrogen giữa các phân tử NH3 và H2O là nguyên nhân chính giải thích cho tính tan nhiều của NH3 trong nước.
- Khi tan trong nước, trong dd nước của ammoniac xảy ra các quá trình sau: NH3 + H2O ⇄ NH3 … H2O ⇄ NH4+
+ OH–, dd trở nên có tính base.
- NH3 có khả năng kết hợp với các ion kim loại như Ca2+, Zn2+, Cu2+, Ag+…do có sự hình thành các liên kết cho – nhận giữa cặp electron tự do chưa sử dụng của nguyên tử N(NH3) và obital lai hố cịn trống của ion kim loại (thuyết liên kết hố trị).
- Ammonia cịn có tính khử do nguyên tử N có số oxi hố thấp nhất (-3) gây ra. Ngoài oxygen và oxide kim loại ra, chlorine và bromine oxi hố mãnh liệt ammonia ở trạng thái khí và trạng thái dd ngay ở nhiệt độ thường.
(3) Muối ammonium
- Cần có sự so sánh muối ammonium và muối kim loại kiềm. - Cần chú ý sản phẩm nhiệt phân của muối ammonium.
(4) Nitric acid
- Cần chú ý sản phẩm khử của nitric acid với các kim loại có thể là 1 hoặc hỗn hợp tùy thuộc và nồng độ của acid và độ mạnh tính khử của kim loại.
- Kim loại bị oxi hóa đến số oxi hố bền, cao nhất khi phản ứng với nitric acid. Axit càng lỗng sản phẩm khử với số oxi hóa càng thấp.
- Trong phịng thí nghiệm,HNO3 “bốc khói” được điều chế theo PTHH: NaNO3rắn + H2SO4 đặc → NaHSO4 + HNO3
(5) Muối nitrate
- Các muối nitrate dễ bị phân huỷ bởi nhiệt. Sản phẩm nhiệt phân phụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối.
- Tuỳ thuộc vào môi trường phản ứng, ion NO3– có thể có (mơi trường acid) hoặc khơng có (mơi trường trung tính) khả năng oxi hoá. Ion NO3– bị một số kim loại mạnh như Al, Zn… khử đến NH3 trong mơi trường trung tính.
(6) Amine
- Nên xuất phát từ cấu tạo và tính chất của ammonia để hình thành khái niệm và xét tính chất của amine.
- Khi xác định bậc amine cần có sự liên hệ và so sánh với bậc C, bậc ancohol. - Cần trình bày đầy đủ cấu trúc phân tử của cả amine mạch hở và amine thơm (aniline) để HS có thể phân tích, dự đốn được các tính chất đặc trưng cho loại hợp chất này, cần xem xét ảnh hưởng của nhóm amino tới gốc hidrocarbon và ngược lại. - Khi hướng dẫn HS xét tính base của amine, GV nên hướng HS có sự so sánh với NH3, lưu ý nguyên nhân chính là do trên nguyên tử N của nhóm NH2 có cặp electron chưa sử dụng. Việc so sánh đánh giá một cách định tính độ mạnh yếu tính base của các amine căn cứ vào cấu tạo của các gốc hidrocarbon mà ảnh hưởng đến mật độ electron trên nguyên tử N của nhóm NH2 khác nhau.
- Nên tổ chức cho HS thực hiện thí nghiệm phản ứng thế nguyên tử H trong nhân thơm của aniline vì đơn giản, kết quả nhanh, rõ ràng, gây hứng thú trong học tập cho HS. Hướng dẫn HS giải thích kết quả sản phẩm ưu tiên thế vào vị trí o,p (tương tự phenol).
(7) Amino acid
- Nên cho HS đi từ cấu tạo phân tử (chứa 2 nhóm chức có tính chất trái ngược nhau và có thể tương tác với nhau tạo ione lưỡng cực) để dự đốn tính chất hố học của amino acid, tiến hành liên hệ, so sánh với các hợp chất amine, cacboxylic acid đã học. Tiến hành thực nghiệm HH để nghiên cứu, kiểm chứng những tính chất đó. - Nội dung phản ứng trùng ngưng chỉ viết PTHH đối với 6-aminohexanoic và 7-aminoheptanioc.
(8) Peptide và Protein
- Cần cho HS phân tích cấu tạo phân tử của peptide, từ đó hình thành khái niệm về peptide, protein.
- Cấu tạo mạch của cả peptide/protein là tập hợp có thứ tự các gốc α-amino acid, nên việc thay đổi vị trí các gốc sẽ tạo ra peptide/protein khác. Ứng với n gốc
α-amino acid sẽ có số đồng phân cấu tạo là (n!).
- Cấu trúc của protein rất phức tạp, nên khí giảng dạy, GV nên sử dụng cấu trúc của phân tử insuline để mô tả cấu trúc bậc I của protein.
- Phản ứng đặc trung của cả peptide và protein là phản ứng thuỷ phân và phản ứng màu biuret (có từ 2 liên kết peptide trở lên). Sử dụng phản ứng màu biuret trong các bài tập nhận biết peptide/protein.
- GV nên cho HS tiến hành TN phản ứng màu biuret của protein, phản ứng đông tụ protein và liên hệ các hiện tượng thường gặp trong thực tiễn về sự đông tụ protein.
2.2. Cơ sở và nguyên tắc thiết kế bài tập thực nghiệm hoá học
2.2.1. Cơ sở thiết kế bài tập thực nghiệm hoá học
Nhìn chung các tài liệu trước đều cho rằng có hai cơ sở thiết kế BTTNHH cơ bản, gồm [11]:
- Cơ sở lí thuyết: Bao gồm các nội dung hoá học cần kiểm tra.
- Cơ sở thực nghiệm: Bao gồm các nội dung thực nghiệm và các kĩ năng thực hành cần kiểm tra.
Như vậy để thiết kế BTTNHHcó thể xuất phát từ [11]: - Những kiến thức và kĩ năng cần kiểm tra.
- Những sai lầm về lí thuyết và thực hành mà HS thường mắc phải. - Một số BT cơ bản có sẵn.
Dựa vào các cơ sở và những điểm xuất phát trên có thể xây dựng được một BTHHTN có tính chất cơ bản, điển hình (gọi là bài tập gốc). Áp dụng phương pháp grap kết hợp với tiếp cận modul, chúng ta có thể biến đổi nội dung bài tập gốc thành nhiều bài tập khác nhau theo 6 cách sau [11]:
- Nghịch đảo giữa điều kiện và yêu cầu; - Thay đổi điều kiện;
- Thay đổi yêu cầu;
- Thay đổi cả điều kiện và yêu cầu; - Tổ hợp nhiều bài tập;
- Chuyển bài tập từ dạng TNKQ sang dạng tự luận và ngược lại.
Các phương pháp trên là cơ sở để xây dựng BTHHTN theo từng mục đích dạy học khác nhau, làm cho số lượng và chất lượng (độ khó) các BTHHTN được tăng lên.
2.2.2. Nguyên tắc thiết kế bài tập thực nghiệm
Bám sát Chương trình giáo dục Trung học phổ thông của Bộ GD&ĐT [4], tác giả tổng hợp các nguyên tắc thiết kế BTTN chính như sau:
Nguyên tắc 1: Nội dung BTTN phải bám sát mục đích, yêu cầu của kiến
thức, đồng thời gắn liền với thực tiễn, đời sống, xã hội, cộng đồng.
Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS, phù hợp với đặc điểm từng lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học… rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS.
Nguyên tắc 2: Nội dung BTTN cần chứa đựng các yếu tố phát triển các kĩ
năng thực hành.
Kĩ năng thực hành bao gồm kĩ năng tiến hành thí nghiệm, kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng hợp tác và giao tiếp, kĩ năng thu thập và xử lí dữ liệu, và kĩ năng phân tích và viết báo cáo kết quả. Để từ đó giúp HS làm quen với tác phong làm việc khoa học, rèn luyện đức tính cẩn thận, kiên nhẫn, làm việc nguyên tắc, và củng cố niềm tin vào khoa học.
Nguyên tắc 3: Nội dung BTTN phải phát huy được tính tích cực nhận thức
và chứa đựng các yếu tố phát triển tư duy, cần chú ý tạo cơ hội cho HS được đọc,