2.5. Một số biện pháp phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho học
2.5.1. Sử dụng hệ thống bài tập hóa học đã xây dựng để tạo tình huống có vấn đề và
và hướng dẫn giải quyết các vấn đề trong dạy học phần hóa kim loại lớp 12 – THPT
Việc sử dụng PPDH phát hiện và giải quyết vấn đề cũng như các PPDH tích cực khác sẽ đạt hiệu quả cao trong dạy học khi GV lựa chọn được nội dung kiến
thức phù hợp và biết cách tổ chức cho HS hoạt động để phát hiện, xây dựng và giải quyết hệ thống tình huống có vấn đề dưới dạng bài tập nhận thức vừa sức.
2.5.1.1. Nguyên tắc lựa chọn nội dung kiến thức để xây dựng tình huống có vấn đề
Khi lựa chọn một nội dung kiến thức để xây dựng tình huống có vấn đề cần
đảm bảo các nguyên tắc sau [15]:
1. Kiến thức mới cần khám phá có tính chất khơng phù hợp gần như “trái ngược” với kiến thức và quy luật mà HS đã biết (tình huống nghịch lý bế tắc)
2. Các kiến thức dùng để giải thích các tính chất đặc trưng của chất và giải thích các hiện tượng thực tế, địi hỏi phải có sự vận dụng quy luật đã có một cách tổng hợp, linh hoạt (tình huống nhân quả)
3. Các phương án yêu cầu lựa chọn, những cách giải quyết vấn đề, bài toán nhận thức đưa ra để HS lựa chọn phải có khó khăn và dường như cách giải quyết nào cũng hợp lý (tình huống lựa chọn).
2.5.1. 2. Sử dụng hệ thống bài tập hóa học đã xây dựng để tạo tình huống có vấn đề và hướng dẫn giải quyết các vấn đề trong dạy học phần hóa kim loại lớp 12 THPT
Trên cơ sở nội dung kiến thức phần hóa học kim loại trong chương trình SGK hóa học 12 – THPT, các tình huống có vấn đề được sử dụng trong từng bài có sử dụng thí nghiệm và khơng sử dụng thí nghiệm cụ thể như sau:
Tình huống 1:
Tại sao khi bảo quản natri và một số kim loại kiềm khác ta lại phải ngâm chúng trong dầu hỏa?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Khả năng hoạt động hóa học của các nguyên tố kim loại kiềm, điều kiện phản ứng với các chất trong khơng khí của kim loại kiềm?
- Mục đích của việc ngâm một số kim loại kiềm trong dầu hỏa?
- Vai trò của dầu hỏa trong việc bảo quản KLK? ( nước, O2, CO2, ít tan trong dầu hỏa và tỉ trọng của KLK lớn hơn dầu hỏa).
Tình huống 2:
- Các nguyên tố kim loại thường rất cứng, tại sao kim loại kiềm lại rất mềm và nhẹ?
- Cấu trúc mạng tinh thể của các kim loại kiềm có đặc điểm gì? Mối liên hệ giữa tính chất vật lý với cấu trúc mạng tinh thể?
Tình huống 3:
Vì sao kali và natri được dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài lò phản ứng hạt nhân?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Xác định sự chênh lệch nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi của hai kim loại này so với các kim loại khác?( Kim loại kiềm, kiềm thổ và nhôm)
- Do kali và natri có nhiệt độ nóng chảy thấp, nhiệt độ sôi cao, nhiệt dung riêng lớn → được dùng làm nguội lị phản ứng hạt nhân.
Tình huống 4:
Tại sao phân dơi được sử dụng để làm thuốc nổ? Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
Thành phần hóa học chính của phân dơi? 2NaNO3 → 2 NaNO2 + O2
Oxi sinh ra trong phản ứng trên được cung cấp cho quá trình phản ứng hóa học gây nổ.
Tình huống 5:
Làm thế nào để xác nhận natri khi cháy trong khí Oxi khơ lại tạo ra Na2O2 mà không phải là Na2O?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Na2O2 có tính chất gì khác so với Na2O?( liên hệ với hợp chất H2O2 oxi cũng có số oxi hóa là -1)
- Dùng chất nào để nhận ra Na2O2? Hiện tượng sẽ xảy ra?( dùng dung dịch KMnO4. Dung dịch chuyển từ màu tím → khơng màu)
Tình huống 6:
- Tại sao KLK thường được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối halogen của chúng?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Tính chất của KLK và trạng thái tự nhiên của chúng? - Có những chất nào khử được ion KLK?
- Muối halogen của KLK có đặc tính gì khác với các hợp chất khác của KLK? Tình huống 7:
Vì sao nhỏ dung dịch phenolphtalein vào dung dịch NaOH lỗng, dung dịch chuyển màu hồng cịn nhỏ phenolphtalein vào dung dịch NaOH đậm đặc thì dung dịch chuyển màu hồng sau đó lại mất màu?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Xác định khoảng pH chuyển màu của phenolphtalein?
- pH của dung dịch NaOH loãng và dung dịch NaOH đặc có giống nhau không? Đối chiếu với khoảng chuyển màu của phenolphtalein?
Tình huống 8:
Vì sao Na2CO3 là muối trung tính nhưng dung dịch của nó lại có tính kiềm? (pH > 7)
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
Dựa vào thuyết điện ly của Brotesd và vai trò của nước để giải thích.
Na2CO3 → 2Na+ + CO32-. Sự điện li của Na2CO3 trong nước? Ion nào tác dụng được với nước?
CO32- + H2O ↔ HCO3+ + OH- (bazo) (axit)
Tình huống 9:
Khi nhỏ từ từ đến dư dung dịch Na2CO3 vào dung dịch FeCl3 có cùng nồng độ và ngược lại nhỏ từ từ dung dịch FeCl3 vào dung dịch Na2CO3 hiện tượng thu được có giống nhau khơng? Vì sao?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Tính chất của dd Na2CO3 và dd FeCl3? (sự điện li và sự tương tác của các ion với nước)
- Xác định sự tương tác của các ion trong dd Na2CO3 (ít) với các ion trong dd FeCl3(dư) để xác định hiện tượng?( có bọt khí thốt ra, sau đó xuất hiện kết tủa nâu đỏ)
- Ngược lại: nhỏ dd FeCl3 (ít) vào dd Na2CO3 (dư) có hiện tượng gì? (xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ trước sau đó mới thấy bọt khí thốt ra)
- Kết luận: Hiện tượng xảy ra ở hai trường hợp là không giống nhau. Tình huống 10:
Vì sao NaHCO3 (nabica) được dùng làm thuốc chữa bệnh đau dạ dày khi dịch vị dạ dày có dư axit? (thuốc muối)
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Nguyên nhân gây ra những cơn đau dạ dày? (hàm lượng axit trong dạ dày quá cao, nồng độ ion H+ cao)
- Na2CO3 có trong thuốc nabica khi vào trong dạ dày sẽ thủy phân cho mơi trường bazo theo phương trình sau:
NaHCO3 → Na+ + HCO3- (1)
Anion hiđrocacbonat trung hòa lượng axit trong dạ dày cắt đứt các cơn đau theo PTHH :
HCO3- + H+ → H2O + CO2 (2)
Kết luận: Thuốc muối làm giảm [H+] → dứt các cơn đau dạ dày. Tình huống 11:
Tại sao nhiệt nóng chảy của magie thấp hơn các nguyên tố kim loại đứng sau nó trong nhóm IIA?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
So sánh sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể, bán kính nguyên tử, độ chặt khít của ơ mạng cơ sở, khối lượng riêng của magie với các ngun tố đứng sau nó?
Tình huống 12:
Giải thích hiện tượng hình thành thạch nhũ trong hang đá vôi? Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
Xẩy ra quá trình thuận nghịch sau:
1. CaCO3 ↓ + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2. Kết tủa tan.
2. Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + CO2 + H2O. Kết tủa được tạo thành. Tình huống 13.
Tại sao beri có thế điện cực chuẩn âm hơn hiđro nhưng khơng tham gia phản ứng được với nước cả ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao.
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Khả năng phản ứng của beri với oxi khơng khí? (beri tác dụng với oxi khơng khí ở điều kiện thường tạo lớp màng BeO)
tác dụng với nước cả ở nhiệt độ cao). Tình huống 14:
Tại sao khơng dùng CO2 để dập tắt đám cháy kim loại magie và các KLK, KLKT khác? Nêu cách dập tắt đám cháy của các kim loại này?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Magie và các KLK, KLKT có tính khử như thế nào? - Xác định số OXH của cacbon trong CO2?
- Các KLK, KLKT tiếp xúc với CO2 ở nhiệt độ cao có xảy ra phản ứng hóa học hay khơng?
- Có cách nào để dập tắt đám cháy của kim loại này? Tình huống 15:
Tại sao ấm đun nước hoặc phích chứa nước lâu ngày thường có cạn ở dưới đáy? Cách làm mất lớp cạn đó?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề: - Thành phần của nước tự nhiên?
- Những chất tan trong nước dễ bị phân hủy, tham gia phản ứng thủy phân tạo kết tủa, tạo cặn trong ấm, phích nước?
- Chất được dùng để khử cặn cần có đặc tính gì? (hịa tan kết tủa và không gây độc hại)
- Các cách sử dụng trong thực tế khơng dùng hóa chất? (đun với vỏ khoai tây, bã chè…)
Tình huống 16:
Vì sao nhôm là kim loại hoạt động mạnh nhưng lại phản ứng được với dd kiềm?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Nhơm có khả năng phản ứng được với nước khơng? Ví sao PƯ của (Al + H2O) lại dừng lại ngay?
- Tại sao khi cho dd kiềm vào thì PƯ lại tiếp tục xảy ra? 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓+ 3H2 (1)
Al(OH)3 + NaOH → Na Al(OH) 4 (2)
được với nước PƯ (1) tiếp tục xảy ra. Tình huống 17:
Vì sao muối K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O được gọi là phèn chua được dùng làm trong nước đục hoặc nước phù sa trên sơng ngịi?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề
- Muối K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O tan trong nước tạo thành môi trường gì? - Viết PTHH của phản ứng thủy phân của phèn trong nước?
K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. → 2K+ + 2Al3+ + 4SO42- + 24H2O Al3+ + H2O → Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ H2O → Al(OH)3↓ + H+
Do nồng độ ion H+trong nước khơng đủ lớn để kết tủa hồn tồn Al3+ nên tạo thành lớp màng keo nhớt, lơ lửng trong dung dịch. Các hạt phù sa nhỏ bám vào thành hạt lớn (lớp keo nhớt), nặng lắng xuống đáy.
Tình huống 18:
Vì sao nhơm được dùng làm dây dẫn điện đường điện cao thế mặc dù độ dẫn điện của nhôm chỉ bằng 2/3 của đồng?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- So sánh độ dẫn điện và tỉ trọng của nhôm và đồng?
- Với dây dẫn điện cao thế (dẫn đi xa và ở độ cao lớn) thì yếu tố nào quan trọng hơn? Giá thành của hai kim loại?
Tình huống 19:
Nước trong tự nhiên, nước giếng chứa nhiều ion: Ca2+; Mg2+; Ba2+, làm cách nào để loại bỏ những ion này ra khỏi nước?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
Chuyển các ion Ca2+; Mg2+; Ba2+ từ dạng dung dịch sang dạng kết tủa. Cách 1: Dùng phương pháp đun sôi.
Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + H2O + CO2 Ba(HCO3)2 → BaCO3 ↓ + H2O + CO2 Cách 2: Dùng dung dịch Na2CO3, Na3PO4 để tạo kết tủa.
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓ Mg2+ + CO32- → MgCO3 ↓ Ba2+ + CO32- → BaCO3 ↓
Gv có thể giới thiệu thêm phương pháp khác. Tình huống 20:
Vì sao kim loại nhơm được dùng làm giấy gói thực phẩm? (bánh kẹo, đồ ăn…) Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Yêu cầu của giấy dùng để gói thực phẩm? (khơng độc, bền, chắc )
- Nhơm khơng độc, tính dẻo của nó thuận lợi cho việc thay đổi, tạo các hình dạng khác nhau.
- Tính bền của nhơm trong khơng khí. (có lớp Al2O3 bền chắc bảo vệ). Tình huống 21:
Có nên dùng dụng cụ bằng nhôm để đựng dưa chua, đựng canh chua, cá kho lâu...ngày khơng? Vì sao? Nêu cách sử dụng hợp lí đồ dùng bằng nhơm?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
- Xác định môi trường canh chua, dưa chua, cá kho mặn…?
- Lớp Al2O3 bảo vệ cho nhơm, kim loại nhơm có bền trong mơi trường này khơng?
Tình huống 22:
Vì sao đoạn dây bằng nhôm nối với dây đồng để trong khơng khí ẩm lâu ngày thì dây nhơm, tại chỗ nối lại bị ăn mịn nhanh hơn?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
- Đoạn dây bằng nhơm nối với dây đồng để trong khơng khí ẩm sẽ phát sinh hiện tượng ăn mòn kim loại nào?
- Xác định vai trò của nhơm và đồng trong qúa trình ăn mịn trên? Từ đó giải thích tại sao nhơm lại bị ăn mịn nhanh hơn?
Tình huống 23:
Vì sao trong thùng điện phân Al2O3 thì cực âm ( than chì) lại được cố định ở đáy thùng cịn cực dương (than chì) lại có thể chuyển động thẳng đứng trong thùng?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
- Các chất tạo ra có khả năng phản ứng được với các điện cực khơng? Tình huống 24:
Nhỏ từ từ dd NaOH vào dd AlCl3 và ngược lại nhỏ từ từ dd AlCl3 vào dd NaOH hiện tượng xẩy ra có giống nhau khơng? Vì sao?
Nếu thay dd NaOH bằng dd NH3 thì có hiện tượng gì khác biệt? Giải thích? Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
Nhỏ từ từ dd NaOH vào dd AlCl3 ban đầu xuất hiện kết tủa Al(OH)3, khối lượng tăng dần đến cực đại, sau đó kết tủa tan. Ngược lại nếu cho dd AlCl3 vào dd NaOH kết tủa Al(OH)3xuất hiện rồi tan ngay.
Nếu thay dd NaOH bằng dd NH3 cũng thấy xuất hiện kết tủa Al(OH)3 nhưng kết tủa khơng tan.
Tình huống 25:
Vì sao người nơng dân thường dùng vôi sống ( CaO) để khử độ chua của đất trước khi cấy lúa?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
CaO là oxit bazơ, tác dụng với axit tạo muối và tác dụng với nước trong đất: CaO + H2O → Ca(OH)2 . Canxi hiđroxit là một bazơ trung hịa lượng axit có trong đất vì vậy làm giảm độ chua của đất.
Tình huống 26:
Tại sao ao cá trước khi thả cá ta thường bơm cạn, vét bùn, dải vôi bột, phơi khô? Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
- Tính chất của CaO?
- Ao ni cá lâu ngày có tính chất gì? CaO là oxit bazơ:
- CaO tác dụng với axit tạo muối.
- CaO + H2O → Ca(OH)2 . Canxi hiđroxit là một bazơ trung hịa lượng axit có trong đất vì vậy làm giảm độ chua của đất.
Ngồi tác dụng khử chua CaO cịn có khả năng diệt khuẩn. Tình huống 27:
Có thể dùng những chất nào sau đây để kết tủa Al(OH)3. Từ dung dịch AlCl3. Hướng dẫn giải quyết vấn đề:
A. Dung dịch HCl. B. Khí CO2. C. Dung dịch KOH. D. Dung dịch Na2CO3. E. Khí amoniac (NH3) Tình huống 28:
Trong q trình điều chế nhơm, từ Al2O3 để tăng hiệu suất của phản ứng điều chế nhôm người ta chọn cách nào?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
A. Dùng criolit nóng chảy (Na3AlF6). B. Tăng nhiệt độ của phản ứng. C. Tăng lượng Al2O3 đem nhiệt phân. Tình huống 29:
Nếu chỉ dùng Al2O3 mà khơng dùng criolit thì có điều chế được nhơm bằng q trình điện phân Al2O3 không? Tại sao?
Về mặt lý thuyết là hồn tồn có thể được. Vì criolit chỉ có tác dụng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của oxit nhơm( từ 20500C xuống 9000C). Tuy nhiên thực tế ta không thể không dùng criolit trong q trình điều chế nhơm từ nhơm oxit ( nhiệt độ nóng chảy Al2O3 rất cao, năng lượng tiêu tốn nhiều, khó có vật dụng nào có nhiệt nóng chảy cao trên 20500C.
Tình huống 30:
Trong q trình điện phân nóng chảy Al2O3 với anot bằng than chì, tại sao phải định kì thay anot?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
Anơt(cực +) C. xẩy ra q trình nhường electron.
2O2- + 4e → O2 . Nhiệt độ trong thùng điện phân khoảng 9000C ở nhiệt độ đó oxi sinh ra sẽ phản ứng với điện cực than chì gây ra hiện tượng cháy cực dương. Làm cho anot bị ăn mịn vì thế phải thường xun thay anot.
Tình huống 31:
Vì sao người thiếu máu (thiếu hồng cầu) cần uống thêm viên sắt? Hướng dẫn giải quyết vấn đề.
- Trong hồng cầu chứa hợp chất của nguyên tố nào? - Viên sắt có tác dụng bổ sung nguyên tố nào? Tình huống 32:
Tại sao dụng cụ bằng thép cacbon để lâu trong khơng khí lại xuất hiện một lớp gỉ màu nâu?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề: - Thành phần của thép cacbon? - Thành phần của khơng khí?
- Để thép trong khơng khí có q trình ăn mịn nào? Tình huống 33:
Vì sao vỏ tàu biển được bọc bằng thép lại dễ bị gỉ trong nước biển ? Nêu cách làm giảm sự ăn mòn vỏ tàu biển?
Hướng dẫn giải quyết vấn đề: