Cấu trúc nội dung kiến thức trong chương được thể hiện qua bảng sau: Bảng 2.1. Cấu trúc nội dung chương Cacbon-Silic
STT Tên bài Số tiết
1 Bài 15. Cac bon 1
2 Bài 16. Hợp chất của cacbon 1
3 Bài 17. Silic và hợp chất của silic 1
4 Bài 18. Công nghiệp silicat (giảm tải, không dạy, hướng dẫn HS tự nghiên cứu)
5 Bài 19. Luyện tập tính chất của Cacbon, Silic và hợp chất 1
Như vậy chương 3 Cacbon-Silic chương trình Hóa học 11 bản cơ bản nghiên cứu về hai nguyên tố Cacbon và Silic cùng với các hợp chất quan trọng của chúng, đồng thời chú trọng đến ngành công nghiệp khai thác than, công nghiệp xi măng (silicat) – những ngành cơng nghiệp có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế.
2.1.3. Những điểm chú ý về nội dung và phương pháp dạy học chương Cacbon – Silic hoá học lớp 11 Silic hoá học lớp 11
Hai nguyên tố Cacbon và Silic được nghiên cứu ngay sau khi HS đã được trang bị các kiến thức chủ đạo của chương trình (cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học, định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học, lí thuyết về phản ứng hóa học, lí thuyết sự điện li). Vì vậy PPDH chương này phải rèn luyện cho HS khả năng vận dụng kiến thức lí thuyết chủ đạo để dự đốn, giải thích tính chất của các đơn chất, hợp chất cụ thể để hoàn thiện một số nội dung của kiến thức lí thuyết chủ đạo.
Chương 3 – Nhóm Cabon - Hóa học 11 cơ bản được phân bố trong 4 tiết. Nội dung kiến thức trong chương 3 giúp học sinh nghiên cứu về vị trí trong bảng hệ thống tuần hồn, đặc điểm cấu tạo; tính chất hóa học cơ bản; cách điều chế; vai trị quan trọng của các nguyên tố và hợp chất của hai nguyên tố Cacbon và Silic.
Khi nghiên cứu phần Cacbon, cần cho HS hiểu được cacbon là nguyên tố đặc biệt trong bảng tuần hồn vì nó có khả năng tạo rất nhiều hợp chất, đa dạng về thành phần, tính chất và cấu tạo, có nhiều ứng dụng trong thực tiễn như các hợp
chất hữu cơ. Đặc tính này của nguyên tử cacbon là do chúng có khả năng liên kết với nhau tạo thành những mạch dài theo một, hai và ba chiều trong khơng gian.
Từ giá trị các số oxi hóa có thể có của cacbon để dự đốn tính khử, tính oxi hóa của cacbon và dùng thí nghiệm, các phản ứng với oxi, oxit kim loại, hiđro, kim loại để kết luận, giải thích tính chất của cacbon.
Nghiên cứu hợp chất CO chú ý phân tích cấu tạo phân tử có hai liên kết cộng hóa trị và một liên kết cho nhận làm cho phân tử rất bền với nhiệt, kém hoạt động ở
nhiệt độ thường giống nitơ nhưng khác nitơ ở tính độc và tính khử mạnh.
CO không tác dụng với nước và với dung dịch kiềm ở nhiệt độ thường, do tính bền cao của liên kết ba trong phân tử. Với ý nghĩa này, người ta nói CO là oxit không tạo muối. Nhưng ở nhiệt độ cao các tương tác sau đây xảy ra:
CO + H2O CO2 + H2 CO + NaOH 420 HCOONa o C, 5 atm 500oC Fe2O3
Như vậy, về hình thức người ta coi CO là anhidrit của axit formic HCOOH. Với CO2 cần chú ý đến tính oxi hóa khi tác dụng với một số kim loại có tính khử mạnh như Al, Mg, Na... Các kim loại này cháy mạnh trong khí cacbonic nên khơng thể dùng CO2 để dập tắt đám cháy của các kim loại này.
Mặc dù không phải là chất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng như các khí khác, nhưng khí CO2 có liên quan mật thiết với mơi trường. Khí CO2 trong khí quyển chỉ hấp thụ một phần những tia hồng ngoại (tức những bức xạ nhiệt) của Mặt trời và để cho phần cịn lại (những tia có bước sóng từ 5.000 nm đến 10.000 nm) đi qua dễ dàng đến Trái đất. Nhưng những bức xạ nhiệt phát ra ngược lại từ mặt đất (các tia có bước sóng trên 14.000 nm) bị khí CO2 hấp thụ mạnh và phát trở lại Trái
đất làm cho Trái đất nóng lên gây ra hiệu ứng nhà kính.
Với muối cacbonat thì hiện nay người ta mới biết được muối hiđrocacbonat của kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ và một vài kim loại khác. Tất cả các muối hiđrocacbonat đề tan trong nước trừ NaHCO3 ít tan. Các muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm khi đun nóng khơng bị phân hủy mà chỉ nóng chảy ra còn các muối cacbonat khác bị phân hủy thành CO2. Những muối cacbonat của kim loại hóa trị ba như Al, Fe,...không tồn tại trong dung dịch nước.
Khi nghiên cứu Silic cần so sánh với cacbon về tính oxi hóa, tính khử của chúng. Nghiên cứu hợp chất SiO2 cần chú ý đến tính chất oxit axit tác dụng với oxit bazơ ở nhiệt độ cao, tác dụng với kiềm NaOH và sođa nóng chảy. SiO2 chỉ tác dụng với Flo và axit flohiđric ở điều kiện thường.
Các nội dung được học trong chương Cacbon-Silic có nhiều mối liên hệ với đời sống, với môi trường như C, CO, CO2, muối cacbonat, Silic và các hợp chất của Silic… Do đó, HS có thể tự liên hệ với thực tiễn một cách dễ dàng, có nhiều điều kiện thuận lợi để vận dụng dạy học PH và GQVĐ vào chương Cacbon - Silic Hóa học 11 nhằm phát triển năng lực PH và GQVĐ thực tiễn.
GV cần có nhiều hiểu biết về thực tế: hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sản xuất sođa, gốm, sứ, thủy tinh, xi măng ở Việt Nam để bài giảng hấp dẫn và phong phú. Đồng thời cần dùng tranh ảnh, mơ hình để tăng tính trực quan cho bài dạy.
Các thí nghiệm thường được dùng để kiểm nghiệm, chứng minh cho những tính chất đã được dự đốn, vì vậy cần được đảm bảo tính khoa học, chính xác và thành công.
2.2. Tuyến chọn và xây dựng hệ thống bài tập hóa học định hướng phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho học sinh
2.2.1. Nguyên tắc lựa chọn và xây dựng hệ thống bài tập hóa học định hướng phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho học sinh phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho học sinh
Việc lựa chọn và xây dựng hệ thống BTHH để phát triển năng lực PH và GQVĐ cho HS cần đảm bảo các nguyên tắc sau:
1. Đảm bảo tính mục tiêu của chương trình, chuẩn kiến thức kỹ năng và định hướng phát triển năng lực HS.
2. Đảm bảo tính chính xác, khoa học của các nội dung kiến thức hóa học và các mơn khoa học có liên quan.
3. Đảm bảo phát huy tính tích cực tìm tịi và vận dụng tối đa kiến thức đã có của HS để giải quyết tốt các vấn đề đặt ra trong bài tập.
4. Đảm bảo phát triển năng lực của HS, đặc biệt là năng lực GQVĐ.
Để đảm bảo nguyên tắc này các BTHH được lựa chọn và xây dựng phải đảm bảo yêu cầu đa dạng của bài tập định hướng năng lực, có chứa đựng mâu thuẫn
nhận thức, đòi hỏi sự vận dụng những kiến thức, hiểu biết khác nhau để GQVĐ và gắn với bối cảnh, tình huống thực tiễn.
2.2.2. Quy trình xây dựng bài tập hóa học định hướng phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho học sinh
Việc xây dựng BTHH để phát triển năng lực PH và GDVĐ cho HS được thực hiện theo quy trình sau:
Bước 1: Lựa chọn nội dung học tập, hiện tượng, tình huống thực tiễn.
Bước 2: Xác định tri thức HS đã có và kiến thức kỹ năng cần hình thành trong nội dung học tập, trong hoạt động, tình huống thực tiễn đã chọn.
Bước 3: Xây dựng mâu thuẫn nhận thức từ nội dung học tập, xây dựng mâu thuẫn nhận thức cơ bản, đảm bảo mâu thuẫn này có thể giải quyết vấn đề trên cơ sở các tri thức HS đã có.
Bước 4: Thiết kế bài tập và diễn đạt
Lựa chọn các dữ liệu xuất phát hoặc bối cảnh, tình huống (từ kiến thức đã có, hình ảnh, tranh, nguồn thơng tin…), nêu u cầu đặt ra và diễn đạt bằng lời có chứa đựng các vấn đề cần giải quyết.
Bước 5: Xây dựng đáp án, lời giải và kiểm tra tính chính xác, khoa học, văn phong diễn đạt, trình bày… theo tiêu chí bài tập định hướng năng lực.
Bước 6: Tiến hành thử nghiệm và chỉnh sửa
Bài tập đã xây dựng cần cho kiểm tra thử và chỉnh sửa sao cho hệ thống bài tập đảm bảo tính chính xác, khoa học về kiến thức kỹ năng, có giá trị về mặt thực tiễn, phù hợp với đối tượng HS và đáp ứng mục tiêu giáo dục mơn hóa học ở trường THPT. Các bài tập sau khi thử nghiệm và chỉnh sửa được sắp xếp thành hệ thống bài tập đảm bảo tính logic của sự phát triển kiến thức và tiện lợi trong sử dụng.
Ví dụ xây dựng bài tập về tính chất của các oxit cacbon.
Nội dung lựa chọn: Tính chất hóa học của các hợp chất cacbon.
Kiến thức mới cần hình thành: CO có tính khử, CO2 khơng có tính khử, có tính oxi hóa.
Kiến thức HS đã có: oxit và tính chất hóa học của oxit, số oxi hóa và cách xác định vai trò của chất qua dấu hiệu thay đổi số oxi hóa.
Kỹ năng HS đã có: xác định số oxi hóa của nguyên tố trong hợp chất, viết và cân bằng phương trình hóa học của phản ứng, chỉ ra được vai trò của các chất trong phản ứng oxi hóa – khử.
- Xây dựng mâu thuẫn nhận thức: tại sao cùng là oxit của ngun tố phi kim cacbon nhưng CO2 khơng có tính khử mà CO lại có tính khử? CO2 có tính chất của oxit axit cịn CO là oxit trung tính.
Xây dựng bài tập: (bài tập 1 hay bài tập 2 đều hướng tới cùng mâu thuẫn)
Bài tập 1: Tại sao cacbon monooxit cháy được, còn cacbon đioxit khơng
cháy được trong khí oxi?
Bài tập 2: Tại sao không thể sử dụng CO thay thế cho CO2 có trong bình chữa cháy thông thường?
- Xác định vấn đề cần giải quyết: sự khác nhau về cấu tạo của CO và CO2. - Hướng giải quyết vấn đề: số oxi hóa của C trong 2 oxit này? Xác định khả năng tham gia phản ứng oxi hóa – khử của chúng….
- Xác định số oxi hóa của C trong 2 oxit và so với số oxi hóa tối đa của C. 2.3. Hệ thống bài tập chương Cacbon-Silic hoá học 11 trung học phổ thông định hướng phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề
2.3.1. Nguyên tắc sắp xếp hệ thống bài tập định hướng phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề hiện và giải quyết vấn đề
Việc sắp xếp hệ thống BTHH được thực hiện theo nguyên tắc:
- Sắp xếp theo mức độ nhận thức và đặc điểm bài tập định hướng năng lực. - Sắp xếp theo thứ tự nội dung học tập trong chương.
Như vậy hệ thống bài tập này được sắp xếp theo các dạng:
- Các bài tập vận dụng (củng cố kiến thức, rèn kỹ năng cơ bản). - Các bài tập GQVĐ (có sự phân tích, tổng hợp, vận dụng kiến thức). - Các bài tập gắn với bối cảnh, tình huống thực tiễn.
Trong mỗi dạng này, các bài tập được xếp theo cấu trúc nội dung kiến thức trong chương, có bài tập tự luận và bài tập trắc nghiệm khách quan.
2.3.2. Hệ thống bài tập vận dụng kiến thức chương Cacbon-Silic định hướng phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề
Các bài tập vận dụng những kiến thức trong các tình huống khơng thay đổi. Các bài tập này nhằm củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng cơ bản, chưa đòi hỏi sự sáng tạo người học.
Dạng bài tập lý thuyết
Bài 1: Giải thích vì sao Cacbon có nhiều dạng tồn tại khác nhau? Phát hiện vấn đề
Cacbon có nhiều dạng tồn tại khác nhau vì chúng có khả năng liên kết theo những cách khác nhau để đạt cấu hình bền của khí hiếm.
Các dạng thù hình tuy cùng do một loại nguyên tử nguyên tố tạo nên nhưng cấu tạo khác nhau dẫn đến tương tác giữa các ngun tử khác nhau nên có tính chất vật lí (màu sắc, khả năng dẫn điện dẫn nhiệt,..) khác nhau.
Hướng giải quyết vấn đề
Quan sát hình ảnh các dạng thù hình và cấu trúc của chúng để phát biểu được cách thức cấu tạo riêng biệt khác nhau của các dạng thù hình này.
Giải thích được đặc điểm liên kết giữa các nguyên tử cacbon trong từng dạng thù hình để phát biểu được sự ảnh hưởng tới tính chất vật lí của chúng.
Bài 2: Giải thích vì sao Cacbon vừa có tính khử lại vừa có tính oxi hóa? Viết PTHH
để minh họa cho các tính chất này.
Phát hiện vấn đề: Các mức oxi hóa có thể có của C.
Hướng giải quyết vấn đề: Nguyên tố C có thể đạt được các trạng thái số oxi hóa -4,
+2, +4 trong các hợp chất nên Cacbon đơn chất (0) có thể giảm trạng thái số oxi hóa xuống -4 khi hình thành liên kết với các nguyên tố kim loại và hidro có giá trị độ âm điện nhỏ hơn thể hiện tính oxi hóa, có thể tăng số oxi hóa lên +2, +4 khi hình thành liên kết với các nguyên tố như O, S, N,.. có giá trị độ âm điện cao hơn thể
hiện tính khử.
Bài 3: Giải thích vì sao CO2 và SO2 đều có cùng dạng cơng thức phân tử XO2, đều
cùng tồn tại ở trạng thái khí nhưng SO2 có thể làm mất màu dung dịch Br2, dung dịch KMnO4, cháy được trong khí O2 và tác dụng được với nhiều chất oxi hóa khác, cịn CO2 thì khơng có tính chất này?
Giải quyết vấn đề: Nguyên tố C trong CO2 có số oxi hóa cao nhất (+4) nên CO2
khơng có tính khử, trong khi đó ngun tố S trong SO2 có số oxi hóa thấp (+4) có thể tăng lên mức oxi hóa cao nhất của lưu huỳnh (+6) nên SO2 có tính khử nên tác dụng được với oxi, làm mất màu dung dịch thuốc tím, dung dịch brom và nhiều chất oxi hố khác: 2SO2 + O2 2SO3
SO2 + H2O + Br2 → H2SO4 + 2HBr
Bài 4: Giải thích vì sao để phân biệt giữa CO2 và SO2 ta có thể sử dụng thuốc thử là
dung dịch Br2 hoặc dung dịch thuốc tím KMnO4?
Phát hiện vấn đề: sự khác biệt về tính chất hóa học của CO2 và SO2.
Hướng giải quyết vấn đề:
Sự khác biệt về tính chất hóa học của CO2 và SO2, nguyên nhân của sự khác biệt này; Tính chất của các dung dịch thuốc thử dùng phân biệt 2 khí.
Giải quyết vấn đề:
CO2 khơng có tính khử, trong khi đó SO2 có tính khử nên tác dụng và làm mất màu dung dịch thuốc tím, dung dịch brom.
SO2 + H2O + Br2 → H2SO4 + 2HBr
→ Thuốc thử phân biệt CO2 và SO2 là dung dịch thuốc tím, dung dịch brom ...
Bài 5: Trình bày cách tách riêng từng khí CO và CO2 ra khỏi hỗn hợp của chúng: a)
bằng phương pháp vật lí; b) bằng phương pháp hố học.
Phát hiện vấn đề: sự khác biệt về nhiệt độ nóng chảy, điều kiện hóa rắn và tính chất
hóa học của CO và CO2.
Hướng giải quyết vấn đề:
a) Tăng áp suất thì CO2 sẽ hóa rắn trước.
b) Dùng dd Ca(OH)2 giữ CO2, lọc thu CaCO3 đem tác dụng với HCl dư hoặc nung để thu hồi CO2. (PTHH)
Bài 6: Vì sao các kim loại hoạt động mạnh (kim loại kiềm, Mg, Al,..) có thể cháy
được trong khí CO2?
Bài 7: Làm thế nào để loại các tạp chất là hơi nước và CO2 có trong khí CO?
Bài 8: Làm thế nào để chuyển NaHCO3 thành Na2CO3, Ca(HCO3)2 thành CaCO3 và
ngược lại?
Bài 10: Hãy phân biệt khí CO và khí H2 bằng phương pháp hố học. Viết phương
trình hố học của phản ứng để minh hoạ.
Bài 11: Làm thế nào để phân biệt muối natri cacbonat và muối natri sunfit?
Bài 12: Làm thế nào để phân biệt khí CO2 và khí O2 bằng phương pháp vật lí và
bằng phương pháp hố học?
Dạng tốn CO2 tác dụng với dung dịch kiềm có sử dụng giá trị tỉ lệ số mol